미세플라스틱이 토양 질소 순환에 미치는 영향

 

최근 연구에 따르면, 미세플라스틱이 토양 속 질소고정과 질산화 과정을 촉진해 식물의 질소 축적 과정에 변화를 일으키는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 미세플라스틱이 농업 생태계에 미치는 영향을 새로운 관점에서 조명한 중요한 연구로, 미세플라스틱이 토양 생태계의 화학적·생물학적 과정을 교란할 수 있다는 가능성을 시사합니다.

질소고정의 중요성: 식물 생장과 생태계의 핵심

콩과 식물의 뿌리혹에 존재하는 ‘뿌리혹박테리아’는 대기 중의 질소를 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환하는 ‘질소고정’ 기능을 수행합니다. 이 과정은 식물의 생명 유지와 생장에 필수적인 역할을 하며, 농업에서의 작물 생산성에 크게 기여합니다. 질소는 모든 생명체의 기본적인 구성 요소 중 하나로, 식물은 이를 통해 단백질을 합성하고, 세포의 성장을 촉진하며, 더 나아가 농업 생산량을 증가시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 배경 속에서, 미세플라스틱이 토양 내 질소 순환에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 연구가 진행되었습니다. 안전성평가연구소(KIT)의 연구팀은 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 재질의 미세플라스틱을 1~2㎛의 크기로 토양에 노출시켜 콩과 식물(대두, 강낭콩, 팥 등)과 연관된 질소고정 효율 변화를 분석했습니다. 실제 환경에서 발견되는 오염물질 농도(50mg/kg)를 적용해, 미세플라스틱이 식물과 토양에 미치는 영향을 관찰했습니다.

연구 결과: 미세플라스틱이 토양과 미생물 군집에 미치는 영향

연구 결과에 따르면, 미세플라스틱에 오염된 토양에서 대두의 생육 자체는 크게 영향을 받지 않았으나, 토양의 물리화학적 특성에는 뚜렷한 변화가 나타났습니다. 특히 유기물 함량과 양이온 치환용량(토양이 식물에게 필요한 영양소를 보유할 수 있는 능력)이 변화하면서, 토양의 비옥도에 영향을 미쳤습니다. 더 나아가, 미세플라스틱이 노출된 토양에서는 질소 순환과 관련된 박테리아의 수가 증가하였으며, 특히 질소고정과 질산화 과정에 관여하는 박테리아의 유전자 발현이 활발해졌습니다. 이는 미세플라스틱이 뿌리 근권(식물 뿌리 주변의 토양)에 있는 미생물 군집의 구성과 활동성을 변화시키면서, 토양 내 질소 순환을 교란시킨 결과로 볼 수 있습니다.

미세플라스틱의 생태학적 영향: 미생물 군집과 질소 순환

미세플라스틱이 식물 뿌리 근처의 미생물 군집에 영향을 미쳐, 질소 순환에 관련된 미생물들의 수와 활성이 변했다고 설명했습니다. 미세플라스틱이 존재하는 환경에서는 미생물 군집이 활발해져 탄소 및 질소 원소의 활용이 증가하며, 그로 인해 토양 속 질소 순환이 활성화되는 것으로 나타났습니다. 이는 미세플라스틱이 미생물 군집의 활성과 구성을 근본적으로 변화시켜, 식물의 질소 흡수 과정에까지 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 일반적으로 미세플라스틱은 식물의 발아 저해, 세포 손상, 광합성 감소, 활성산소종(ROS) 생성 증가 등 부정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이번 연구는 미세플라스틱이 질소 순환과 같은 중요한 생지화학적 과정에 직접적으로 관여할 수 있으며, 식물과 토양 환경을 근본적으로 변화시킬 수 있다는 사실을 처음으로 밝혀냈습니다.

농업과 환경에 미치는 미세플라스틱의 장기적 영향

실험실 내 고농도가 아닌, 실제 환경에서 발생하는 미세플라스틱 농도에서 진행되었다는 점에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. 이는 농업 환경에서 미세플라스틱 오염이 이미 확산되고 있으며, 이러한 오염이 토양 생태계에 미치는 장기적 영향을 재평가할 필요가 있음을 시사합니다. 특히 미세플라스틱이 토양 속 미생물 군집을 교란하고 질소 순환에 변화를 일으키는 것은 농업 생산성과 식물 영양 상태에 장기적인 영향을 미칠 수 있는 중요한 요소로 작용할 수 있습니다. 안전성평가연구소의 윤학원 센터장은 "이번 연구는 미세플라스틱이 농업 생태계에 미칠 수 있는 장기적이고 전 지구적인 영향을 평가하는 데 있어 중요한 첫걸음"이라고 강조했습니다. 그는 미세플라스틱이 실제 농업 환경에서 지속적으로 축적됨에 따라, 이들이 질소 순환뿐만 아니라 다른 생지화학적 순환에도 영향을 미칠 가능성이 크다는 점을 지적하며, 이에 대한 다각적인 후속 연구가 필요하다고 말했습니다.

플라스틱 오염 문제 해결을 위한 방향성

플라스틱 오염이 단순히 해양 생태계에만 영향을 미치는 것이 아니라, 농업 생태계와 토양의 질소 순환에까지 깊숙이 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 플라스틱 오염이 계속해서 증가하는 만큼, 전 세계적으로 미세플라스틱이 생태계와 농업 환경에 미칠 장기적인 영향을 보다 면밀히 연구해야 할 필요성이 커지고 있습니다. 따라서 플라스틱 사용을 줄이고, 생분해성 플라스틱과 같은 대안을 적극적으로 도입하는 노력이 필요합니다. 또한, 농업과 환경 관리 측면에서도 미세플라스틱 오염을 최소화할 수 있는 정책과 규제가 필요하며, 이를 위한 국제적 협력과 연구 개발이 필수적입니다.

플라스틱 오염 문제는 이제 농업 생산성과 식량 안보에도 직접적인 영향을 미치는 중요한 문제로 부상하고 있으며, 이를 해결하기 위한 혁신적인 대책이 시급한 상황입니다. 이번 연구는 미세플라스틱이 농업 생태계에 미치는 영향을 분석한 최초의 연구 중 하나로 주목받고 있습니다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 미세플라스틱이 토양과 농업 시스템에 미치는 영향을 명확히 파악하고, 지속 가능한 농업 환경을 조성하는 데 기여할 수 있기를 기대합니다.