영국 스코틀랜드 소재 제임스허튼연구소(JHI) 연구팀, 로버트고든대학교(RGU)와 공동연구 결과
적용 후 22년 후에도 토양 내 미세플라스틱 수가 비교적 변하지 않았다는 사실도 발견
연구 주도 스튜어트 라마지 박사 “토양 속 미세플라스틱, 미세플라스틱에 오염된 농작물 섭취함으로써 인간에게 노출될 수 있는 경로 제시할 수 있다”
영국 스코틀랜드에 소재한 제임스 허튼 연구소(James Hutton Institute, JHI)의 새로운 연구에 따르면 하수슬러지를 적용한 지 4년 만에 토양 샘플에서 발견되는 미세플라스틱(Microplastic) 수준이 최대 1천450% 증가한 것으로 나타났다. [사진출처(Photo source) = 화학 분야 NGO 단체 CHEM Trust]
영국 스코틀랜드에 소재한 제임스 허튼 연구소(James Hutton Institute, JHI)의 새로운 연구에 따르면 하수슬러지(Sewage Sludge)를 적용한 지 4년 만에 토양 샘플에서 발견되는 미세플라스틱(Microplastic) 수준이 최대 1천450% 증가한 것으로 나타났다.
스코틀랜드에 소재한 로버트 고든 대학교(Robert Gordon University, RGU)와 협력하여 수행된 이 연구에서는 적용 후 22년이 지난 후에도 토양 내 미세플라스틱의 수가 비교적 변하지 않았다는 사실도 발견했다.
미세플라스틱은 크기가 5mm 미만인 플라스틱 조각이다. 화장품과 같이 의도적으로 제조하거나 더 큰 플라스틱 조각에서 분리할 수 있다.
이번 연구를 주도한 제임스 허튼 연구소(JHI)의 스튜어트 라마주(Stuart Ramage) 박사. [사진출처(Photo source) = 제임스 허튼 연구소(JHI)]
전 세계 농지 비료로 흔히 사용되는 하수슬러지에는 적용 후 토양으로 배출되는 다량의 미세 플라스틱이 포함되어 있다. 현재 많은 국가에서 하수슬러지를 관리하기 위한 법률을 제정하고 있지만, 이러한 규정은 중금속과 같은 독성 요소에 초점을 맞추고 있어, 미세 플라스틱을 다루지 않는 국가가 많다.
연구자들은 1994년부터 2019년까지 영국 전역의 하수슬러지 실험에 포함된 노스 래너크셔 하트우드(North Lanarkshire Hartwood)의 한 밭 토양 샘플을 조사하여 결론을 도출했다.
하수슬러지 적용의 장기적인 영향을 조사하기 위해 과학자들은 4년 동안 다양한 슬러지를 토지에 적용하고 이 지역을 초원으로 유지했다. 토양 샘플은 25년 동안 2년마다 채취하여 허튼(Hutton)에 있는 스코틀랜드 국립토양목록(National Soils Inventory for Scotland)에 보관했다.
이 보관된 샘플들은 연구자들이 오랜 기간 동안 토양에서 미세플라스틱의 함유량을 분석할 수 있는 독특한 기회를 제공했으며, 이는 맥컬리 개발 신탁(Macaulay Development Trust)의 연구자금 지원으로 가능했다.
연구팀은 미세플라스틱의 빠른 증가와 수명에 대한 발견 외에도, 다양한 형태의 플라스틱에 따라 열화가 다르다는 것을 발견했다.
의류에서 발견되는 가장 흔한 유형의 미세플라스틱인 미세섬유(Microfibre)와 포장재에서 나오는 미세필름(Microfilm)은 모두 토양에서 분해되었지만 플라스틱 용기나 병의 플레이크(Flake, 큰 것에서 떨어져 나온 얇은 조각)와 같은 다른 모양은 분해되지 않았다. 분해된 미세플라스틱은 더 작은 미세 플라스틱과 나노플라스틱(Nanoplastic)을 형성하여 환경에 추가적인 위험을 초래했다.
섬유 내의 미세플라스틱(Microplastics in fibre) 모습. [그림출처(picture source) = 제임스 허튼 연구소(JHI)]
연구자들은 산업 현장에서만 사용되는 흔하지 않은 재료와 같은 미세플라스틱의 종류를 조사하여 토양 샘플에 사용되는 슬러지의 잠재적인 출처를 확인할 수 있었다.
또한 하수 슬러지에서 발견되는 섬유 섬유가 시간이 지남에 따라 색을 잃는다는 사실도 발견했지만 그 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 염료가 분해되어 섬유가 퇴색할 수도 있지만 염료가 환경으로 침출되어 토양에 더 많은 독성 효과를 일으킬 수도 있다.
허튼연구소의 분석 화학자이자 이 연구의 수석 저자인 스튜어트 라마지(Stuart Ramage) 박사는 “농업 토양에서 미세플라스틱이 장기간에 걸쳐 대량으로 잔류하는 것은 토양 건강을 해칠 가능성이 있다”라면서 “시간이 지남에 따라 미세 플라스틱이 어떻게 행동하는지 이해함으로써 토양 환경에 미치는 미세 플라스틱 오염의 영향을 더 자세히 조사할 수 있다”말했다.
흙 속에 함유된 미세플라스틱(Microplastics in soil) 모습. [사진출처(Photo source) = 제임스 허튼 연구소(JHI)]
스튜어트 라마지 박사는 특히 “토양의 미세플라스틱은 미세플라스틱에 오염된 농작물을 섭취함으로써 인간에게 노출될 수 있는 경로를 제시할 수 있다”고 강조했다.
이번 연구의 수석 연구원이자 선임 환경 미생물학자인 울린 파갈링(Eulyn Pagaling) 박사는 “우리의 결과는 하수슬러지 적용의 장기적인 결과와 토양에 대한 미세플라스틱의 주요 원인을 완화하기 위해 이러한 슬러지를 관리하는 것의 중요성을 강조한다”고 말했다.
울린 파갈링 박사는 이어 “우리는 현재 이러한 미세 플라스틱 및 기타 오염물질이 토양에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 이것이 농작물 재배와 같은 생태계 서비스에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 노력하고 있다”고 덧붙였다.
로버트 고든 대학교(RGU)의 약학, 응용과학 및 공중보건대학의 키아리 예이츠(Kyari Yates) 교수는 “토양과 지하수 모두에 다른 오염원의 원천으로 작용할 수 있는 미세플라스틱의 풍부함과 지속성은 농업환경에서 하수슬러지를 사용할 때 예방적 접근 방식을 채택하려는 과학계의 노력을 뒷받침하며, 잠재적인 위험이 반드시 없는 것은 아니다”라고 강조했다.
현미경으로 촬영한 미세플라스틱으로 인한 섬유 염료 손실(Microplastics, Fibre dye loss) 모습. [그림출처(picture source) = 제임스 허튼 연구소(JHI)]
[원문보기]
New study finds 1,450% increase in microplastic levels within soil after four years of sewage sludge application
A new study by The James Hutton Institute has revealed an increase of up to 1,450% in the level of microplastics found within soil samples after just four years of sewage sludge application.
The study, which was carried out in collaboration with Robert Gordon University (RGU), also found that the number of microplastics in the soil remained relatively unchanged 22 years after application.
Microplastics are pieces of plastic measuring less than 5mm in size. They can be manufactured intentionally (such as in cosmetics) or broken off from larger pieces of plastic.
Sewage sludges, which are commonly used to fertilise farmland around the world, contain large amounts of microplastics that are released into the soil after application. Many countries currently have legislation to manage sewage sludge; however, these regulations focus on toxic elements such as heavy metals and do not cover microplastics.
Researchers drew their conclusions by looking at soil samples from a field in Hartwood, North Lanarkshire, which was included in a UK-wide sewage sludge experiment between 1994 and 2019.
Investigating the long-term impacts of sewage sludge application, scientists applied a variety of sludges to plots of land for four years and maintained the area as grassland. Soil samples were taken every two years over a 25-year period and archived in the National Soils Inventory for Scotland at the Hutton.
These archived samples provided researchers with a unique opportunity to analyse the fate of microplastics in soils over an extended period, which they were able to do with funding from the Macaulay Development Trust.
In addition to their discoveries around the quick increase in and longevity of microplastics, scientists found that degradation varied between different forms of plastic.
Microfibres from clothing (the most common type of microplastic found) and microfilms from packaging both broke down in the soil, while other shapes - such as flakes from plastic containers and bottles - did not. Microplastics that did degrade formed smaller microplastics and nanoplastics, posing an additional hazard to the environment.
Researchers were able to determine the potential sources of the sludges used on the soil samples by examining the types of microplastics present, such as uncommon materials only used in industrial locations.
They also noticed that textile fibres found within the sewage sludge lost their colour over time, however the cause of this is still unknown. It may be that the dyes are degrading, causing the fibres to fade, however it is also possible that dyes are leaching into the environment, which could cause further toxic effects in the soil.
Dr Stuart Ramage, an analytical chemist at the Hutton and lead author of the study, said: “The persistence of microplastics in large numbers in agricultural soils over long periods of time has the potential to damage soil health. By understanding how different microplastics behave over time, we can further examine the impact of microplastic pollution in our soil environment.
“Microplastics in soils may present a pathway for exposure to humans through consumption of microplastic-contaminated crops.”
Dr Eulyn Pagaling, a senior environmental microbiologist, and the principal investigator on the study said: “Our results highlight the long-term consequences of sewage sludge application and the importance of managing these sludges to mitigate against a major source of microplastics to soils.
“We are now working to see what these microplastics and other pollutants are doing to soil and how this affects ecosystem services we rely on, such as growing crops.”
Professor Kyari Yates, from RGU’s School of Pharmacy, Applied Sciences and Public Health, said: “The abundance and persistence of microplastics which could potentially act as sources of other pollutants to both soil and possibly ground water supports the push within the scientific community to adopt a precautionary approach in the use of sewage sludges in agricultural settings and perhaps out of site is not necessarily without potential risks.”
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