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소형어류(대륙송사리, 참붕어)에 미치는 염화물 제설제의 독성 영향

Title
소형어류(대륙송사리, 참붕어)에 미치는 염화물 제설제의 독성 영향
Other Titles
Toxicity effect of chloride deicing agent on small fishes(Oryzias sinensis, Pseudorasbora parva)
Author
오세현
Alternative Author(s)
Oh, Se Hyun
Advisor(s)
김문일
Issue Date
2014-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
우리나라는 지난 5년간 겨울철 기온은 낮아지고, 해마다 내리는 강설량이 증가하고 있어 이에 따른 제설량 역시 증가하는 추세이다. 이러한 겨울철의 폭설과 결빙은 국지적으로는 도로의 교통소통에 막대한 지장을 초래하며 경제적인 손실과 물류지연 등 막대한 사회 경제적 손실을 초래한다. 따라서 겨울철 도로 위에 내리는 눈을 제거하기 위한 제설제의 사용은 필수불가결한 실정이다. 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 제설제는 염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화물계 제설제이며, 이러한 제설제는 염소이온(Cl-) 및 나트륨(Na+)이온을 다량으로 함유하고 있어 대량 살포 시 심각한 환경오염의 원인이 되고 있다. 염화물은 가로수나 도로변의 식물 생육에 영향을 미치고, 육상군집의 조성에 영향을 미칠 수 있으며 제설제로 인한 염화물은 대기에서 분진의 형태로 식물과 직접 접촉하거나 토양에 녹아 들어가 식물의 뿌리로 흡수되어 생장에 영향을 미친다. 뿐만 아니라, 염화물이 물속에 녹아 강이나 호소에 흘러 들어가면 수중 생태계의 파괴와 음용수의 오염을 일으킬 수 있다. 특히, 눈이 녹는 초봄은 어류 및 양서류의 산란시기와 맞물려 눈에 함유된 제설제의 독성이 어류 및 양서류의 주 산란지인 둠벙, 습지와 같은 정수지역에 악영향을 미칠 잠재적 위험성이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 염화물계 제설제에 의한 이론적 폐사 농도를 확인하고자 경제협력개발기구(OECD), 미국 환경보호청(EPA), 미국표준시험협회(ASTM) 등의 시험지침을 근간으로 한 화학물질유해성시험방법(국립환경과학원 고시 제 2012-23호)을 따라 수생태독성시험법 중 하나인 어류급성독성시험을 국내 호소 및 하천에서 서식하는 대표 어종이라 할 수 있는 참붕어(Pseudorasbora parva)와 대륙송사리(Oryzias sinensis)를 대상으로 진행함으로써 잠재적 생태학적 우려물질(Contaminant of Potential Concern, COPEC)인 염화물계 제설제의 위험성을 밝히고자 하였다. 또한, 2007년에 도로교통공단에서 보고한 “제설방법에 따른 염화물이 콘크리트 구조물과 환경에 미치는 영향 대책” 중 개량송사리(Oryzias latipes)와 잉어(Cyprinus carpio)를 대상으로 실시한 생태독성시험 결과와 본 시험 어종인 대륙송사리(O. sinensis)와 참붕어(P. parva)와의 독성 민감도를 비교하였다. 본 시험을 통해 다음과 같은 결과를 도출하였다. 첫째, CaCl2에 대한 시험 내 대륙송사리 전 개체가 폐사한 최소농도는 11,950 mg/L로 나타났고, 반수치사농도(LC50, 96시간)는 11,204 ∼ 12,086 mg/L으로 LC50값은 11,670 mg/L로 나타났다. NaCl에 대한 영향으로는 11,500 mg/L에 전 개체가 폐사하였고, 반수치사농도(LC50, 96시간)는 10,643 ∼ 11,494 mg/L, LC50 값은 10,903 mg/L로 나타났다. 둘째, CaCl2에 대한 시험 내 참붕어 전 개체가 폐사한 최소농도는 9,000 mg/L로 나타났고, 반수치사농도(LC50, 96시간)는 4,672 ∼ 6,572 mg/L였으며 LC50 값은 5,622 mg/L로 나타났다. NaCl에 대한 영향으로는 13,000 mg/L에 전 개체가 폐사하였고, 반수치사농도(LC50, 96시간)는 9,542 ∼ 10,424 mg/L, LC50 값은 9,862 mg/L로 나타났다. 셋째, 각 반수치사농도(LC50, 96시간)에 대해 5회씩 재현성 시험 결과 시료와 대상종별 대부분 반수치사농도에 근접한 결과를 보였고, 평균검증 결과 CaCl2와 NaCl의 t-value가 -1.633, -1.000이고 p-value(유의확률)는 α=0.05의 양측검증(Sig. 2-tailed)에서 0.178, 0.374로 비유의적으로 나타나 대륙송사리는 CaCl2와 NaCl의 해당 LC50값에 50 % 치사율을 보이는 것으로 나타났다(p-value=0.178 < α=0.05, p-value=0.374 < α=0.05). 참붕어의 경우 CaCl2와 NaCl의 t-value가 -0.408, -1.000이고 p-value(유의확률)는 α=0.05의 양측검증에서 0.704, 0.374로 비유의적으로 나타나 참붕어는 CaCl2와 NaCl의 해당 LC50값에 50 % 치사율을 보이는 것으로 나타났다(p-value=0.178 < α=0.05, p-value=0.374 < α=0.05). 따라서 본 검증 결과 시험 결과로 나타난 LC50값의 신뢰도가 높음을 알 수 있었다. 넷째, 대상 시료의 농도에 따른 독성영향은 대상종에 따라 달라진 것으로 나타났고, 참붕어의 경우 CaCl2와 NaCl의 농도차이가 약 1.8배를 보여 대륙송사리에 비해 독성에 더욱 민감한 종으로 나타났다. 다섯째, 시험을 통해 확인한 대륙송사리의 CaCl2와 NaCl의 최소영향농도(LOEC)는 각각 11,000 mg/L, 10,200 mg/L이고, 해당 농도의 염소이온 함유량은 7,036 mg/L, 6,190 mg/L로 나타났다. 참붕어의 CaCl2와 NaCl의 최소영향농도는 2,500 mg/L, 8,000 mg/L로 나타났으며, 해당 농도의 염소이온 함유량은 각각 1,599 mg/L와 4,855 mg/L로 나타나 대륙송사리는 CaCl2와 NaCl의 농도가 L당 각각 11,000 mg과 10,200 mg 이상이 투여 될 경우 생존에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 참붕어는 CaCl2와 NaCl의 농도가 L당 각각 2,500 mg과 8,200 mg이상의 농도에 노출이 될 경우 생존에 영향을 미치는 것으로 나타나 대륙송사리보다 참붕어가 해당 시료에 대한 독성에 더욱 민감한 것으로 나타났다. 여섯째, 도로교통공단에서 시험한 대상종인 개량송사리와 잉어를 포함하여 대상 시료에 함유된 염소이온량은 대상종 중 특히 민물어종에 강한 독성영향을 미치는 것으로 나타났다. LC50값의 95 % 신뢰한계값에 따른 염소이온 함유량은 대륙송사리의 경우 7,167 ∼ 7,731 mg/L가 반수치사 가능한 염소이온 농도였고, 국내 보편적 민물어종 중 하나인 잉어는 6,613 ∼ 7,007 mg/L가 반수치사 가능한 농도인 것으로 나타났다. 대표적 민물어종 중 하나인 참붕어는 2,985 ∼ 4,206 mg/L로 나타나 대상종 가운데 가장 염소이온 함유량에 민감한 종인 것으로 나타났다. 염소이온 함유량에 따른 치사농도의 차이는 대상종에 따라 394 ∼ 1,601 mg/L(개량송사리 포함)의 차이를 보였으나 약 1,600 mg/L의 차이는 대상 독성 영향에 가장 민감하게 나타난 참붕어의 무영향농도(NOEC) 이하 수치인 것으로 나타나 그 차이는 미비한 것으로 판단된다. 반면에 국내 하천에 서식하지 않는 종인 개량송사리의 LC50값의 95 % 신뢰한계값에 따른 염소이온 함유량은 14,224 ∼ 15,825 mg/L로 나타나 염화물 제설제에 대해 대륙송사리의 약 2.0 배, 잉어의 약 2.3 배, 참붕어의 약 3.8 배 독성에 강한 것으로 나타났다. 일곱째, 도로교통공단에서 시험한 개량송사리와 잉어를 포함한 염화물 제설제에 대한 독성민감도를 비교한 결과 참붕어 > 잉어 > 대륙송사리 > 개량송사리 순인 것으로 나타나 국내 대표적 담수어종인 참붕어가 CaCl2과 NaCl에 가장 민감한 것으로 나타났다. 여덟째, 시험 대상종 중 가장 독성에 민감하였던 참붕어를 대상으로 도로 면적당 제설제 살포량에 따른 독성영향을 살펴본 결과 완충지대 없이 직접적으로 담수 지역에 노출될 경우 담수지역 1 L당 도로 면적 약 4.0 m2에 해당하는 살포량만으로도 시험 대상 어종 중 참붕어에게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 대륙송사리의 CaCl2의 최소영향농도(LOEC)는 도로 17.7 m2 살포량에 해당하였으며, NaCl의 최소영향농도(LOEC)는 도로 16.4 m2 살포량에 해당하였다. 가장 염화물 제설제의 독성에 민감하게 나타난 참붕어의 경우 CaCl2의 최소영향농도(LOEC)는 도로 4 m2 살포량에 해당하였으며, NaCl의 최소영향농도(LOEC)는 도로 12.9 m2 살포량에 해당하였다. 본 시험 결과 정수 지역과 같이 물의 흐름이 없는 1,000 L의 유량을 가진 담수지역에 직접적으로 유입된다고 가정했을 때 CaCl2의 경우 2차선도로(도로폭 3.5 m) 574 m2이상에 살포 시 참붕어에게 영향을 미치는 수치인 것으로 나타났다. 다리 및 교각과 같은 곳은 따로 오염처리 시설 및 완충지대가 없어 제설제에 대한 직접적으로 노출될 가능성이 높은 것으로 사료되고 다리 및 교각 하부에 위치한 하천 및 담수지역에 존재하는 수중생태계에 치명적인 영향을 미치는 잠재적 위험성은 매우 큰 것으로 판단된다. 실제로 봄철 산란기에 대형 및 소형어류는 상류의 수심이 낮은 수초대에 산란을 하기 위해 유수역과 연결된 정수역으로 소상하고, 양서류 역시 둠벙, 습지와 같은 소규모 정수역에 산란을 한다. 그러나 이 시기는 눈이 녹으면서 눈에 함유된 제설제가 함께 유수역 및 정수역으로 유입 될 가능성이 높으며, 특히 정수역의 경우 유수역에 비해 제설제의 확산이 용이하지 않고, 체류시간이 증가함에 따라 어류 및 양서류의 산란기에 악영향을 미칠 수 있는 잠재적 위험성이 존재한다. 따라서 상대적으로 환경영향이 적은 친환경 제설제 도입과 완충지대 및 비점오염처리시설 설치 등 대책 방안이 시급한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 어류만을 대상으로 시험을 진행하였으나 생태피라미드의 기반이 되는 플랑크톤 또는 저서성무척추동물에 대한 제설제의 영향에 관한 연구가 필요한 것으로 판단되며 담수 지역뿐만 아닌 제설제가 하천에 유입될 경우 생태에 미치는 영향을 살펴보기 위한 추가 연구가 필요하다고 판단된다. 결론적으로 제설제에 대한 생태독성은 생물에게 치명적인 영향을 미치므로 초봄 수중 생물들의 산란기에 산란지를 보호하기 위한 대처 방안이 필요하며 이에 따른 추가 연구가 필요한 것으로 사료된다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/130033http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000425137
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GRADUATE SCHOOL OF INNOVATION[E](이노베이션대학원) > DEPARTMENT OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING(환경공학과) > Theses (Master)
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