미세플라스틱이 토양 속 질소고정과 질산화를 촉진해 식물의 질소 축적에 변화를 유발한다는 연구 결과가 나왔다.
콩과 식물의 뿌리혹에 존재하는 세균인 '뿌리혹박테리아'는 질소고정 능력으로 대기 중 질소를 식물이 이용할 수 있도록 형태를 바꿔, 식물의 생명 유지에 필수적인 질소를 식물에 제공하여 생장에 도움을 준다.
안전성평가연구소(KIT)는 미세플라스틱이 질소고정 효율에 영향을 미치는지 확인하기 위해, 미세플라스틱의 크기와 농도에 따라 콩과 식물(대두, 강낭콩, 팥 등)과 연계된 질소고정 효율을 분석했다. 연구팀은 콩과 식물이 생육할 토양에 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 재질의 미세플라스틱을 1~2㎛의 서브마이크론 크기로 환경유의농도 최저농도인 50㎎/㎏을 노출시켰다. 환경유의농도는 실제 환경에서 발견되는 오염물질 농도로 미세플라스틱의 경우 50∼500㎎/㎏을 의미한다.
분석 결과, 미세플라스틱으로 오염된 토양에서 대두(Soybean)의 생육은 영향을 받지 않았으나, 유기물 함량, 양이온 치환용량(토양이 식물에게 필요한 영양소를 보유할 수 있는 능력) 등 토양의 물리화학적 특성가 변한 것으로 나타났다. 또 토양과 식물에서 질소화합물이 축적돼, 질소 순환과 관련한 박테리아가 활성화된 것으로 나타났다. 식물 뿌리 영역(근권)에 미생물 군집 구성이 변화했으며, 특히 질소고정과 질산화에 관여하는 박테리아의 수와 유전자 발현이 증가했다.
연구팀은 "미세플라스틱으로 식물 뿌리 영역에 질소 순환과 관련된 미생물 군집 수와 활성이 변화된 것으로 분석된다"며 "미세플라스틱이 미생물 군집의 활성과 구성을 변경하고, 탄소와 질소원 활용을 증가시켜 질소 순환에 영향을 미친 것"이라고 했다.
일반적으로 미세플라스틱이 식물세포 손상, 활성산소종(ROS)의 생성, 광합성·발아 감소, DNA 손상 등으로 식물에 부정적 영향을 주는 것으로 알려져 있으나, 이번 연구를 통해 미세플라스틱이 토양과 식물 환경에서 주변 근권 미생물의 풍부도와 다양성에 영향을 줘 질소 순환에도 변화를 일으킬 수 있다는 것이 드러났다.
환경독성영향연구센터 윤학원 센터장은 "이번 연구는 미세플라스틱을 실험실 조건의 고농도 대신 실제 환경과 유사한 농도에서 확인한 연구 결과로, 미세플라스틱의 크기와 농도와 같은 다양한 변수에 따른 미세플라스틱 영향 연구가 필요하다"라며 "특히 최근 농업 환경에서 미세플라스틱에 대한 오염이 가속화되는 만큼 전 지구적으로 미칠 수 있는 질소 순환과 같은 생지화학적 영향 연구가 다각도로 이루어져 한다"라고 말했다.
한편, 이번 연구는 환경과학 분야의 국제 학술지 'Journal of Hazardous Materials'에 최근 게재됐다.
콩과 식물의 뿌리혹에 존재하는 세균인 '뿌리혹박테리아'는 질소고정 능력으로 대기 중 질소를 식물이 이용할 수 있도록 형태를 바꿔, 식물의 생명 유지에 필수적인 질소를 식물에 제공하여 생장에 도움을 준다.
안전성평가연구소(KIT)는 미세플라스틱이 질소고정 효율에 영향을 미치는지 확인하기 위해, 미세플라스틱의 크기와 농도에 따라 콩과 식물(대두, 강낭콩, 팥 등)과 연계된 질소고정 효율을 분석했다. 연구팀은 콩과 식물이 생육할 토양에 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 재질의 미세플라스틱을 1~2㎛의 서브마이크론 크기로 환경유의농도 최저농도인 50㎎/㎏을 노출시켰다. 환경유의농도는 실제 환경에서 발견되는 오염물질 농도로 미세플라스틱의 경우 50∼500㎎/㎏을 의미한다.
분석 결과, 미세플라스틱으로 오염된 토양에서 대두(Soybean)의 생육은 영향을 받지 않았으나, 유기물 함량, 양이온 치환용량(토양이 식물에게 필요한 영양소를 보유할 수 있는 능력) 등 토양의 물리화학적 특성가 변한 것으로 나타났다. 또 토양과 식물에서 질소화합물이 축적돼, 질소 순환과 관련한 박테리아가 활성화된 것으로 나타났다. 식물 뿌리 영역(근권)에 미생물 군집 구성이 변화했으며, 특히 질소고정과 질산화에 관여하는 박테리아의 수와 유전자 발현이 증가했다.
연구팀은 "미세플라스틱으로 식물 뿌리 영역에 질소 순환과 관련된 미생물 군집 수와 활성이 변화된 것으로 분석된다"며 "미세플라스틱이 미생물 군집의 활성과 구성을 변경하고, 탄소와 질소원 활용을 증가시켜 질소 순환에 영향을 미친 것"이라고 했다.
일반적으로 미세플라스틱이 식물세포 손상, 활성산소종(ROS)의 생성, 광합성·발아 감소, DNA 손상 등으로 식물에 부정적 영향을 주는 것으로 알려져 있으나, 이번 연구를 통해 미세플라스틱이 토양과 식물 환경에서 주변 근권 미생물의 풍부도와 다양성에 영향을 줘 질소 순환에도 변화를 일으킬 수 있다는 것이 드러났다.
환경독성영향연구센터 윤학원 센터장은 "이번 연구는 미세플라스틱을 실험실 조건의 고농도 대신 실제 환경과 유사한 농도에서 확인한 연구 결과로, 미세플라스틱의 크기와 농도와 같은 다양한 변수에 따른 미세플라스틱 영향 연구가 필요하다"라며 "특히 최근 농업 환경에서 미세플라스틱에 대한 오염이 가속화되는 만큼 전 지구적으로 미칠 수 있는 질소 순환과 같은 생지화학적 영향 연구가 다각도로 이루어져 한다"라고 말했다.
한편, 이번 연구는 환경과학 분야의 국제 학술지 'Journal of Hazardous Materials'에 최근 게재됐다.