나무꾼이 본 글을 올리는 이유는 폭넓은 관점에서 우리의 현실을 직시하고 호 불호를 떠나서 좀 더 현명한 대응과 대처법을 생각하고 토론 하고자 하는데 있답니다.
질산염의 건강영향과 환경농업
서울대학교 보건대학원
환경보건학과 교수 김록호
질소와 생명, 질소순환
대기의 79%는 질소가스이다. 질소는 산소와 함께 생명체의 유지와 성장에 필수적인 원소이다.
대기중에 존재하는 질소가스(N2)는 화학적으로나 생물학적으로 매우 안정되어 반응성이 낮다.
질소가스가 동물이나 식물에 의하여 직접 사용되려면 대기중의 질소가 산소, 수소 등과 결합되어 나와야 하는데 이를 '고정(fixation)'이라고 한다.
자연에 존재하는 세균에 의하여 고정이 일어나지만 인공적으로는 질소비료공장의 화학반응(Haber 공법)에 의하여 일어난다.
즉 대기 중의 질소를 수소 가스와 결합시켜 암모니아가스(NH3)를 만든 뒤 질산염이나 요소와 같은 안정된 형태로 전환시킬 수 있다.
오늘날 전세계 적으로 일어나는 질소고정작용의 25%는 인공화학반응으로, 75%는 박테리아와 조류에 의하여 이루어진다.
대기에서 질소가 사라지는 것을 고정이라고 하듯이 한편 질소가 대기로 되돌아가는 탈질소화(denitrification)라고 한다.
현대 농업생산에서 질소비료가 사용되기 이전에는 질소고정과 탈질소화가 균형을 이루어 대기와 환경 중의 질소는 일정 수준으로 유지되었을 것이다.
그러나 농업생산력을 높이기 위해 인공적 질소고정이 대규모로 이루어지면 이 균형이 계속 유지되는지는 않을 것으로 보인다.
질소비료를 과도하게 사용하면 호수과 강, 해안에 부영양화(eutrification) 현상을 유발하는 것은 잘 알려져 있다.
즉 인이 많이 함유된 세제를 과도하게 사용할 때와 마찬가지로 질소 영양소가 물 속에 과다하게 존재하여 조류(algae)가 과도히 번식하여 수질을 악화시키고 생태계를 파괴시키게 되는 것이다.
비료공장보다 작은 규모이기는 하지만 화석연료의 연소, 번개, 화산폭발 등에서도 대기중의 질소가 고정된다.
바다의 청록조류와 물과 흙 속에 사는 세균, 그리고 특정 식물들과 공생관계에 있는 미생물이 자연계의 질소고정을 담당한다.
후자에 해당하는 뿌리혹박테리아(Rhizobium)는 땅콩, 콩, 알팔파, 토끼풀의 뿌리에 있는 결절에 산다.
콩을 심으면 토질이 비옥해지는 이유가 여기에 있는 것이다.
이 성질을 이용하여 콩과 일반 작물을 윤작하여 농작물 수확을 올리는 방법이 전통적으로 사용되어왔다.
윤작을 하면 적은 시비로도 많은 수확물을 낼 수 있게 되기 때문이다.
질소고정의 화학적 과정은 아래와 같이 질소의 삼중결합을 풀고 두 개의 암모니아를 만들어내는 것이다.
N2 (nitrogen gas) --> 2NH3 (ammonia) --> 2NH4 (ammonium)--> N2O (nitrous oxide) --> HNO3 (nitrate) --> HNO2 (nitrite)
질산염, 아질산염의 질소는 식물에 의하여 식물단백질의 재료가 된다.
육식동물의 단백질은 초식동물의 단백질에서, 초식동물의 단백질은 식물에서 오는 것이므로 질소고정 작용은 생태계의 유지에 중요한 것이다.
동식물이 죽으면 그 단백질이 다시 흙으로 돌아가 재활용되거나 탈질소화 된다.
농업에서의 비료사용에 의한 질산염 방출
질소비료가 합성되기 이전에는 칠레의 광산에서 나오는 질산소다(NaNO3)를 비료로 사용했다.
20세기에 들어와 Haber 공정에 의해 질소비료가 생산되기 시작하자 이는 농약과 함께 가장 중요한 농업용 화학물질이 되었다.
합성비료를 사용하지 않는 농법인 유기농법에서는축산물의 분변이 분해되어 발생하는 질산염을 사용한다.
합성비료이든 퇴비이든 흙 속에서 질산염을 형성하는 것은 공통점이다.
다만 퇴비에서 나오는 질산염은 그 방출 속도가 합성비료에서 나오는 것에 비해 느릴 뿐이다.
만약 합성비료보다 훨씬 많은 양의 퇴비를 사용한다면 토양에 방출되는 질산염의 총량은 유기농법에서 더 많을 수 있다.
DDT와 달리 질산염은 물에 잘 녹아 하천으로 씻겨 가거나 쉽게 지하수로 이동한다.
그 결과 많은 농업지역의 하천과 지하수는 상당량의 질산염으로 오염되는데 이는 특히 시비를 많이 하는 계절에 심각하게 된다.
적정량 이상으로 사용되는 퇴비는 농작물 특히 채소의 가식부위에 축적되어 최종 소비자에게 위해가 될 수 있다.
유럽에서는 유기질 비료(퇴비)의 질소성분량을 110kg/ha 정도로 유지하기 때문에 유기재배 채소의 질산염 집적량이 문제되지 않지만 우리나라의 경우 유기재배 과정에서 퇴비가 과다하게 사용되는 것 같다는 우려가 있다.
단국대학교의 손상목 교수에 의하면 얼갈이 배추의 질산염 집적량이 관행농산물의 경우 엽신 3279ppm, 중륵 5542ppm에 비해 일반유기농산물의 경우 엽신 1847ppm, 중륵 3056ppm으로 낮은 경향이었으나,
품질인증 유기재배농산물의 경우 엽신 3186-5338ppm, 중륵 5989-6955ppm으로 오히려 약간 높았는데,
그 이유는 유기물 즉 퇴비를 많이 투입할수록 더 완전한 유기농업이며 건강한 유기농산물을 생산할 수 있다는 그릇된 신념 때문인 것 같다고 한다.
우리나라의 유기농업은 퇴비 사용의 추천 시용량으로 50t/ha를 권장하고 있어 유럽 환경농업선진국들의 권고기준 20t/ha에 비하여 지나치게 많은 질산염을 방출시키고 있는 것이 문제로 지적되고 있다.
질산염의 주요 노출원
질산염을 사용하는 농업지역에서는 지표에 가까이 있는 지하수가 오염되어 그 물을 음용한 사람들에게 섭취된다.
미국에서는 1977년 영아의 메트헤모글로빈증을 예방하기 위하여 질산염에 관한 권고기준을 설정하였다.
1990년에 보고된 미국 환경부의 조사에 의하면 1.2%의 공동사용 샘물과 2.4%의 농촌 가정상수가 건강권고기준인 질산-아질산염 10ppm, 질산염 45ppm을 초과하고 있다.
아이오와의 경우 농촌 가정상수의 18%가 이 권고기준을 초과하고 있었다. 1992년의 최종보고서에 의하면 22,500명의 영아를 포함한 1백 50 만명의 사람들과 43,500명의 영아를 포함한 3백만명의 사람들이 질산염의 건강권고기준을 초과한 지역사회공동샘물을 사용하고 있다.
일본 농촌 지역인 야마가타 켄의 사카다 아쿠미 지역의 샘물 중 질산염을 측정한 데라오카에 의하면 밭농사를 짓는 지역은 2.3-19 ppm(평균 8.2ppm), 논농사를 하는 지역은 0.15-2.9ppm(평균 0.69ppm)이라고 한다.
계절적으로는 4,5월에 25-33ppm까지 높아지고 나머지 달에는 14-17ppm이라고 한다.
질산염이 많은 토양에서 길러진 식물은 질산염을 과도하게 축적하는 경향이 있다. 질산염이 많은 채소로 만든 음식을 먹은 영아에게 메트헤모그로빈증이 생긴 경우도 보고되어 있다.
옥수수대에는 많은 질산염이 축적되는데 질산염이 많이 함유된 옥수수대를 사료로 사용한 축우에게서 메트헤모글로빈증이 보고되기도 하였다.
옥수수대 등을 밀짚 등과 함께 잘게 썰어서 겨울철 가축용으로 저장해 놓은 싸일로에서 NO, NO2 등의 질소산화물 개스(NOx)의 온도가 상승하여 폭발하거나 농부의 호흡기에 손상을 주는 경우도 있다.
이 경우 질소산화물을 많이 흡입하여 메트헤모글로빈증으로 발전한 사례도 있다.
한국인의 경우 배추, 무 김치와 쌈, 나물 등을 통한 섭취량이 많기 때문에 채소의 질산염 오염은 중요한 노출원이 될 수 있다.
한국인이 주로 섭식하는 채소인 무, 배추, 상추는 질산염 함량이 2000ppm 이상이어서 서구인들에 비해서 질산염의 섭취량이 높다.
손상목 교수에 의하면 식수에 10ppm, 채소 중에 1000-2000ppm의 질산염이 함유되어 있다고 가정할 때 한국인의 주당 질산염섭취량은 2727-5197mg으로 WHO의 주당 허용치 1540을 최소한 1.77-3.37배 초과하고 있다고 한다.
질산염은 물과 토양뿐만 아니라 가공처리된 육류와 어류에도 보존제로 많이 사용된다.
질산염은 고기에 붉은 빛깔을 내주고 나쁜 냄새를 없애주고 식중독의 원인이 되는 Clostridium botulina의 증식을 억제하기 때문에 많이 사용되는 것이다.
미국 FDA의 기준에 의하면 보존처리된 육류의 경우 질산/아질산 질소의 농도가 200ppm 이하가 되어야 한다.
외국에서는 질산염, 아질산염으로 처리된 소세지를 먹은 어린이가 메트헤모글로빈증에 걸린 사례도 있다.
(나무꾼의 의견)의 대부분의 쏘세지-어묵-햄종류
는 아질산염 나트륨을 기본적으로 사용합니다-발색제 라는것입
니다
그래서 본인은 항시 끓는물에 한번 데쳐서 요리를 하거나 먹습니
다.
휘발성 질산염은 마약으로 사용되기도 한다.
아밀, 부틸, 그리고 이소프로필 나이트라이트등이 그 예가 된다.
또한 화상에 사용되는 질산은, 말라리아 약인 퀴논 유도체, 협심증 약인 니트로글리세린, 이뇨제인 아질산 암모니움, 청산칼리 제독제인 아질산 아밀 혹은 소다(amyl nitrite, sodium nitrite), 혈압강하제인 이소소르비드 등이 질산염 혹은 아질산염을 함유하고 있다.
아질산 소다는 보일러의 냉난방용 배관 침식보호제(anticorrosive agent)로 사용된다.
학교 집단급식과정에서 난방용 온수를 식수용 온수로 잘못 사용한 미국의 국민학교에서 수십명의 집단적인 메트헤모글로빈등이 발생한 사고도 있다.
질산염이 인체에 미치는 영향
질산염은 그 자체로는 인간과 동물에 독성이 그리 강하지 않다.
저농도에서는 거의 영향이 없으며 흡수되는 대로 몸밖으로 배설된다. 고농도일 경우 약한 설사작용, 이뇨작용이 있다.
질산염은 독성이 강한 아질산으로 쉽게 환원되어
서 문제가 된다.
이 반응은 주로 세균에 의하여 일어난다.
사람의 위장관 세균은 질산염을 아질산염으로 환원시키는 능력이 있다.
되새김질을 하지 않는 동물들은 아질산염을 먹으면 질산염의 경우보다 최소 10배 이상의 독성을 보인다.
첫째 아질산염은 혈관확장을 유발하여 혈압강하,
뇌혈류감소 등으로 실신하게 한다.
둘째 아질산염은 혈액 속의 헤모글로빈을 메트헤모글로빈으로 전환시킨다. 메트헤모글로빈의 색은 암녹갈색 내지 쵸콜렛색을 띈다.
혈액속의 메트헤모글로빈 농도가 올라가면 피부, 입술, 손톱 등에 청색증이 나타난다. 뉴욕의 한 식당에서 질산소다를 식염으로 오인하여 여러명의 청색증 환자들이 생긴 사례도 있다.
되새김질을 하는 초식동물들은 4개의 위에서 음식이 소화되기 위해 머무는 시간이 길므로 위장내 세균이 작용하여 질산염을 아질산염으로 전환시킬 수 있는 가능성이 높다.
되새김질을 하지 않는 동물들은 질산염이 아질산염으로 되기 전에 위장에서 흡수되어 버리므로 아질산염의 피해가 적지만 되새김질을 하는 동물들은 질산염에 의한 피해가 잘 생길 수 있다.
1945년 미국 아이오와에서는 샘물을 먹은 영유아에게 메트헤모글로빈등이 집단적으로 발생하였다.
1949년과 1950년에 실시된 조사에서 278건 증례와 39건의 사망례를 찾을 수 있었다.
발생한 모든 사례들이 보고되는 것이 아니므로 실제로는 이보다 많이 발생할 것으로 추측된다.
미국에서는 1950년대를 고비로 서서히 감소하여 요즈음에는 거의 발생하지 않는 것으로 알려져 있다.
전세계적으로 1945년 첫 사례이래 약 2,000건 이상의 질산염 중독으로 인한 메트헤모글로빈증이 보고되어 있는데 치사율은 약 10%인 것으로 알려져 있다.
대부분의 메트헤모글로빈증은 1살 아래의 영아에게 발생한다.
병원에서 건강하게 태어난 아이가 퇴원한 후 수일 내지 수주가 지나면 청색증이 발생하였다.
병원에 다시 입원하게 되면 서서히 증세가 좋아져 퇴원하게 되는데 집에 가면 증세가 서서히 재발, 악화되어 다시 병원에 오기도 한다.
집에 있는 독성물질에 노출되었기 때문인데 병원에 있는 동안에는 메트헤모글로빈이 정상 헤모글로빈으로 서서히 전환되어 상태가 호전되는 것이다.
농장이나 농촌에 거주하는 가정에서 환자가 발생하였으며 도시의 상수도를 사용하는 경우는 없었다. 나이든 아이나 어른은 증세를 보이지 않았다.
이들 가정에서는 대개 얕게 판 샘, 즉 지표수가 흘러 들어가는 샘의 물을 음용수로 사용하고 있었다.
물을 분석한 결과 보통 40ppm 이상의 질산질소가 검출되었고 20ppm 이하인 경우는 2%밖에 되지 않았으며 10ppm이하인 경우는 한 가정도 없었다.
캔사스의 한 지하수에서는 1000ppm 이상이, 어떤 도시 상수도에서는 미국 보건부 기준인 45ppm이상이 나오기도 했다.
합성비료 뿐만 아니라 함부로 버려지는 동물의
분뇨가 질산염의 원천이 되기도 했다.
어떤 샘물에서는 질산염을 아질산염으로 전환시키는 세균이 발견되기도 하였는데 이런 샘물 주변에서는 어른들도 청색증이 생겼다.
샘물이 영아에게 영향을 준 이유는 영아의 분유를 질산염이 과다한 샘물에 타서 먹였기 때문인 것으로 밝혀졌다.
영아의 위장관에서 세균의 작용으로 질산염이 아질산염으로 바뀌어 흡수되면 청색증이 생기는 것이다.
체코슬로바키아에서는 질산염을 환원시켜 아질산을 만들어내는 세균의 스포아로 분유가 오염되어 314명의 영아에게 메트헤모글로빈증이 생기기도 하였다.
메트헤모글로빈증에 걸린 영아는 발병 전에 소화기장애, 구토, 설사 등의 경험이 있는 경우가 많았다. 4개월 미만의 영아에게 자주 발생하는 이유는 아래와 같다.
(1) 영아에서는 장내 pH가 나이든 어린이에서보다 낮아서 장내세균이 질산염을 아질산염으로 전환시키기에 좋은 조건이다.
(2) 영아의 헤모글로빈의 상당부분은 태내헤모글로빈인데 이는 아질산염과 반응하여 성인의 헤모글로빈에 비해서 쉽게 메트헤모글로빈으로 변한다.
(3) NADH 의존 메트헤모글로빈 환원효소가 영아에게는 어른의 절반밖에 되지 않아 메트헤모글로빈등으로부터의 회복속도가 느리다.
또한 질산염은 위장관 내에서 아민과 결합하여 니트
로사민(nitrosamine)이 되기도 하는데 니트로사민은
간독성, 암과 돌연변이, 태아기형을 유발하기도 한
다.
니트로사민의 종류는 300여가지가 있는데 이 가운데 95%가 발암성을 갖는 것으로 검사되었다.
암을 일으키는 부위는 구강, 식도, 위, 간, 방광 등인데 1mg/kg의 낮은 수준의 노출로도 암이 생길 수 있다.
니트로사민은 간에 많이 분포되어 있는 P450 효소체계에 의하여 독성이 강한 중간물질로 대사되는데 이 물질이 거대분자나 DNA와 결합하여 세포독성, 암과 돌연변이를 일으키게 된다.
그 밖에 질산염이 갑상선비대증을 일으킨다는 보고도 있으나 이에 대해서는 많은 연구가 되어 있지 않은 실정이다.
한국에서의 환경농업과 질산염 오염문제
토양과 물이 질산염으로 오염되는 원인은 앞에
논의한 바와 같이 질소비료와 가축분뇨를 함유
한 퇴비의 과도한 사용이다.
질산염 성분의 비료를 사용하면 그것이 합성비료(금비)이든 천연비료(퇴비)이든 관계없이 환경의 질산염 농도를 높이게 되는 것이다.
특히 작물이 적절히 흡수하여 영양소로 이용하지 못할 만큼 넘치는 시비를 하게 되면 오염의 정도가 심각한 수준이 될 수 있을 것이다.
과학적인 토양분석에 근거한 시비가 아니라 자연산은 무
조건 독성이나 환경오염
이 적을 것이라는 그릇된
신념으로 과도한 퇴비가
사용된다고 한다.
아무리 유기농법이라 하여도 환경오염과 건강피해를 가져올 수 있다.
배추의 경우 질산염 집적량은 질소 시비량이 증가할수록 늘어나 가식부위에 따라서는 최고 130배까지 증가한다고 한다.
손상목 교수는 다음 세가지 이유를 들어 한국인의 질산염 오염문제가 심각해지고 있다고 지적하였다.
첫째 우리나라의 단위면적당 질소비료 사용량이 1970년대 이후 급격하게 증가하였다.
둘째 추천시비량을 훨씬 상회하는 질소다비재배가 작물의 다수확을 겨냥하는 일반 재배농가에서 관행적으로 실시되고 있다.
작목별 재배면적과 추천시비량을 근거로 소비가 예측되는 질소
비료의 양은 292,600톤이나 실제 사용되고 있는 질소비료 시비
량은 467,000톤이어서 추천 시비량의 약 1.6배가 사용되고 있
다.
셋째 채소내 질산염함량은 질소사용량과 밀접한 관계가 있어 적정량 이상으로 질소비료를 사용할 때 채소 질산염 함량이 급격히 상승한다.
따라서 실제 질산염함량의 증가는 시비량의 증가보다 더 급격하게 일어났을 가능성이 많다.
이러한 이유와 함께 (1) 육식을 주로하는 서구인들도 질산염 섭취의 가장 큰 원천은 채소이다 (2) 더구나 우리나라 국민들의 채소의존도는 세계 제 1위이다
(3) 배추와 무의 가식부위내 질산염집적량은 다른 채소(양채류)에 비해 월등히 높다
(4) 우리나라의 단위면적당 질소시비량이 세계 제 2위로서 추천시비량보다 1.6배나 많은 질소비료를 사용하고 있다는 이유로 우리나라에서도 지체하지 말고 즉시 채소의 질산염 함량 허용기준치 제도를 도입하여야 한다고 주장한다.
그리고 그 기준치는 외국의 허용기준을 그대로 모방해서는 안되며 더욱 엄격한 기준이 되어야 할 것이라고 한다.
참고문헌
http://www.anseo.dankook.ac.kr/~ecnet/serve/base11.html (손상목. 일부유기농산물 채소의 고 질산염 문제)
Smith RP. A Premier of Environmental Toxicology. Lea & Febigger. 1992 Philadelphia.
Kross BC, Ayebo AD, Fuortes LJ. Methemoglobinemia: Nitrate Toxicity in Rural America. American Family Physician. 1992;46:183-188.
Vogymann H. From healthy soil to healthy food: an analysis of the quality of food produced under contrasting agricultural systems. Nutrition and Health 1988;6:21-35.
Risch HA, Jane M, Choi NW, etc. Dietary factors and the incidence of cancer of the stomach. American Journal of Epidemiology. 1985;122:947-59.
Teraoka H. Investigations on the quality of well water in the Sakata-Akumi areas of Yamagata-ken. Nippon Koshu Eisei Zasshi. 1993;40:491-9.
첫댓글 농작물에 질소를 과다 시비하지 말라고 하는데요,그 이유를 잘 설명해 놓은 글입니다.간략히 요약하면질산염이 체내에서 아질산염으로 환원이 되는데아질산염은 혈관을 확장시켜 혈압이 낮아지고,또한 피 속의 헤모그로빈과 결합하여 산소 공급을 방해 한답니다. 또 아민이란 놈하고 결합하여 발암물질이 된다는내용
훌륭한 재주!
저런 자료 찾으신 것두,
저 긴 자료, 7줄(제 핸폰 기준)로 요약정리하신 것두!
아주 요긴하게 잘 보아 감사드려요^^
종종 올려 주셔요~~