채소류 질산염 실태조사 경감 연구

[솔메]

1. 연구배경

질산염은 식물이 생육하는 토양과 물 등에 널리 존재하며 토양, 비료 및 물 등으로부터 흡수한 질산염은 식물체에 흡수되어 단백질, 핵산 등의 주요 구성성분을 이루고 잔여 질산염은 식물체내에 축적되며 이는 질소고정화과정의 진행정도와 고정화된 질소의 대사과정에 의하여 좌우되고 또한 식물의 종류, 품종, 온도, 일조량 및 계절 등과 밀접한 관계가 있다(Maynard 등 1976, 원 등 1997. 황 1993). 물 또는 식품을 통해 흡수된 질산염은 다량섭취될 경우 체내에 흡수된 질산염은 혈액중의 Hemoglobin과 결합하여 Methemoglobin을 형성하여 유아의 경우 산소운반능력을 저하시켜 청람증 증세를 일으킬 수 있으며, 또한 질산염은 소화과정중 Oxalacid와 Nitrosamine을 생성하는데 특히 질산염이 Amine과 결합할 때 생성되는 Nitrosamine은 발암물질로 알려져 있다.

(Maynard 등 1976, Wright 등. 황 1993)

현재 채소류의 질산염에 대해서는 CODEX, 미국, 일본 등 대다수 국가는 규제를 하고있지 않으나 EU국가에서는 통상마찰 등을 이유로 97년 2월에 일부채소에 대해서 계절별 규정농도를 설정하였고 지속적인 모니터링을 실시하고 있다(원 등 1998). 그러나 WHO에서 발표한 내용에 의하면 식물체중의 NO₃ -함량이 식육제품에 사용되는 첨가물인 NaNO₃의 ADI(5mg/kg, NO₃ -로서3.7mg/kg)를 그대로 적용하여 채소류에 대한 질산염 기준을 설정한 것은 부적절하다고 하였다(원 등 1998). 식품에 정상적으로 존재하는 수준의 질산염은 독성이 없고 또한 채소는 인간이 섭취하는 질산염의 가장 큰 공급원임에도 불구하고 채소의 다량섭취가 암발생 특히, 위암발생을 감소시킨다는 사실을 보고하는 논문들이 있다(Block 등 1994). 이렇듯 채소류 질산염의 유해성에 대해서는 적확한 해석이 힘들어 그 유해성의 유무논란이 아직도 일고 있다. 그러나, 많은 양의 질산염이 채소류에 축적되는 것은 유독물질인 아질산염이 많아지므로 이의 경감은 필요하다고 본다. 따라서 본 실험은 농가에서 직접 재배하는 채소류중의 질산염함량을 재배방법별로 조사 분석하였고 재배조건에 의해 질산염을 경감시킬 수 있는 방법을 모색코자 수행하였다.

2. 재료 및 방법

가. 농가재배 채소류의 질산염 함량 실태조사

1997년부터 3년간 밀양, 창녕, 양산, 김해, 진주 등 영남지역 일원의 채소재배지에서 배추, 무, 상치, 부추, 케일 등 15작물 400여점의 주요 엽채류중 질산염 함량을 조사 분석하였다.

1) 작물별 시료채취

봄배추와 무는 3∼4월에 하우스에서 재배한 작물을 그리고 가을에 노지재배한 가을배추와 무는 10∼11월에 시료를 채취분석하였다. 상치는 여름철을 제외하고 전 시기에 걸쳐 채취하였으며 기타 엽채류도 재배시기별로 전 기간에 걸쳐 채취하였으며 토양도 함께 채취 분석하였다.

2) 재배양식별 시료채취

시료 채취는 3월부터 11월까지 영남지역 일원에서 시료를 채취하였다. 재배양식은 양액재배, 유기농재배 그리고 일반 농가관행재배 등 3부분으로 나누어서 조사하였으며 약 180여점을 채취 분석하였다. 양액재배농가의 질소원은 KNO₃ 를 사용하였으며, 유기농농가는 화학비료 및 농약을 전혀 사용치 않고 순수 유기농 농가를 선정하여 조사 분석하였고, 일반 농가는 작물별로 여러지역에서 농가관행대로 재배되는 작물을 조사분석하였다.

3) 분석법

채소류중 질산염 분석을 위한 전처리는 벨기에 모니터링방법(Dejonckheere, W. 등 1994)에 따라 시료중의 흙은 물로서 제거한 후 수분을 완전히 제거하였다. 배추의 경우는 세로로 4등분∼8등분하여 내·외엽과 중륵 및 옆이 골고루 포함되게 하였으며 무는 무청과 뿌리부분을 같은 비율로 나누어 분석치의 평균을 이용하였고 나머지시료는 표면의 흙과 수분을 제거한 후 대부분 시료전체를 세절(5mm×5mm)하였다. 세절한 시료 10g을 80℃로 가온한 200mM Sodium Borate용액 약 70ml를 가한 후 Homogenizer로 균질화시킨 후 다시 200mM Sodium Borate용액으로 100ml로 mass up하였다. 그리고 80℃ 항온수조에서 15분간 정치한 후 바로 얼음물로 냉각시키고 이를 다시 여과시켜 희석한 후 Ion chromatography로 분석하였다. 토양 질산염 및 작물중 T-N등은 토양화학분석법(농촌진흥청)에 의해 분석하였으며 비타민C는 Hydrazine 비색법(주현규 등 1995)으로 분석하였다.

나. 채소류 질산염 경감시험

1) 질소시용량별 질산염 함량변화

적상추를 공시품종으로 하여 질소, 인산, 칼리를 각각 20-5.9-12.8kg/10a 시비하였으며 질소를 2배, 3배량인 40, 60kg/10a수준으로 표2와 같은 화학성을 가진 미사질 식양토에 처리하였다. 시료는 파종후 40, 60, 80일째에 채취분석하였다. 또한, 김장용 가을배추를 덕평통의 미사질토양에서 재식거리 60×40cm 간격으로 점파하였으며 처리로는 퇴비3ton과 N-P ₂O ₅-K ₂O를 32-7.8-19.8kg/10a로 시용한 구를 관행으로 하고 토양분석에 의한 시비처방 결과 N-P₂ O₅ -K₂ O를 28.1-12.9-22.1kg/10a로 시용한 시비처방구, 그리고 현재 전작물용 완효성복비로 많이 판매중인 UF복비를 관행질소량의 50%, 70% 및 100%수준에 퇴비 3ton 씩을 처리한 구 등 5처리를 하였다. 수확은 파종 후 90일 후에 하였으며 기타 분석은 농촌진흥청 토양분석법을 기준으로 하였다.

표 1. 시험전 토양의 화학성

pH (1:5)	EC (ds/m)	NO 3 - (mg/kg)	Av.P 2 O5 (mg/kg)	Ex. Cations(cmol/kg)
				K	Ca	Mg
6.63	0.38	9.5	109	0.41	6.87	1.99

2) 차광조건 및 품종별 질산염 함량변화

적상추를 공시하여 차광조건은 비닐 및 한랭사를 이용하여 무차광, 30%, 70%차광 처리를 하였고 질소시비수준은 무질소, 100%, 200%수준으로 처리하였다. 시료는 파종후 40, 60, 80일째 채취분석하였다. 상추품종별로 적상추와 청상추를 각각 질소시비량 0, 100, 200% 수준으로 처리하여 파종후 40, 60, 80일째 각각 채취분석하였다.

3. 결과 및 고찰

가. 채소류 질산염 실태조사

1) 재배양식별 농가재배 채소중 질산염 함량

양액재배, 유기농재배 및 일반농가 관행재배시 각 채소류의 질산염 평균함량은 표2와 같다. 질산염함량은 작물내에서 도관을 타고 이동하는 질산염의 이동속도가 빠르기 때문인지 질산염의 편차가 동일작물에서 매우 컸으며 평균값이 가장 높은 채소는 케일로서 4,095mg/kg이었으며 쑥갓이 3,597mg/kg 그리고 적상추가 1,386mg/kg으로 가장 낮았다. 외국의 기준치는 재배양식별로 구분되어 있지는 않았지만 전체적으로 외국기준치에 비해 비교적 높은 함량을 나타냈다. 양액재배에서도 동일작물내에서 편차가 컸으며 가장 높은 함량은 역시 케일로서 유기농재배보다 높은 4,773mg/kg이었으며 청경채가 3,180mg/kg, 미나리는 1,120mg/kg으로 가장 낮았다. 유기농재배와의 동일작물비교에서는 케일, 상추, 청경채에서 양액재배작물이 높은 질산염 함량을 보여 유기농재배보다 비교적 질산염 축적이 많은 경향을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 이는 양액재배의 질소원인 KNO ₃가 항상 일정농도로 지속적으로 공급되고 토양에서 일어나는 양분의 완충작용이 없기 때문에 토양중의 축적이나 용탈이 없어 상대적으로 다소 높은 값을 나타낸 것으로 생각되었다.

농가관행재배에서는 유기농 및 양액재배와 동일한 작물이 많지 않았지만 그 중 상추의 경우 1,897mg/kg으로 유기농과 양액에 비해 다소 낮은 함량을 나타냈으며 외국기준치 보다도 낮은 함량을 나타냈다.

표 2. 영남지역의 재배양식별 주요채소류중의 질산염함량, 엽색 및 비타민C의 함량

재배양식	작불	질산염함량(mg/kg)		엽색도	비타민 C (mg/100g)
		평균	EU 기준함량
유기농	배 추	3,066±457	2,500	-	19.4
	무	3,101±489	3,000	-	21.7
	상 추	1,947±342	2,000	32.2	4.8
	쑥 갓	3,597±512	-	33.4	18.4
	치커리	2,209±310	1,500	27.6	22.6
	근 대	2.080±268	-	30.4	14.3
	케 일	4,095±684	-	51.5	58.5
	시금치	2,943±511	2,000	43.4	24.5
양액재배	상 추	2,202±234	2,000	23.8	9.8
	미나리	1,120±145	-	-	9.7
	치커리	2,793±223	1,500	24.9	20.0
	케 일	4,773±367	-	38.5	47.3
	근 대	2,192±169	-	38.7	10.7
관 행	배 추	2,899±468	2,500	-	14.2
	무	2,626±543	3,000	-	18.4
	상 추	1,897±329	2,000	21.9	5.7
	잎들깨	1,249±310	-	32.2	21.1
	부 추	1,467±297	-	40.4	31.2
	미나리	476±134	-	-	6.7

* Leaf color : Minolta SPAD 502 chlorophyll meter

 

(상치)	(치커리)

그림 1. 재배양식별 상치와 치커리중 질산염 함량의 비교

상추와 치커리의 경우 재배양식별 비교를 해보면 두 작물의 질산염 함량은 비슷하였으며 표준편차의 값이 커서 재배양식간의 차이는 있다고 볼 수 어렵지만 전체적인 경향은 양액재배시 다소 높은 경향을 나타냈고 다음이 유기농, 일반농가관행 순이었다. 그리고 양액재배의 표준편차가 타 처리에 비해 적은 것은 토양이라는 매질을 거치지 않고 직접 양액을 통해 질소원이 공급되기 때문에 작물 및 반복간에 표준편차가 다른 처리보다 적었던 것으로 생각되었다.

2) 재배형태별 질산염 함량변화

하우스와 노지재배시 기온이나 토양수분조건 등 여러 가지 질산염 함량에 영향을 미칠 수 있는 요인이 있지만 광의 차단에 의한 광합성효율의 저하가 큰 원인이라고 할 수 있다. Brown(1966) 등에 의하면 광의 강도를 감소시켰을 때 채소류중의 질산염이 증가된다고 하였으며 문(1991) 등은 고광도에서 자란 오이는 엽내의 질산염 함량이 낮고 NRA가 높으며 저광도에서 자란 오이는 질산염함량이 높으며 NRA함량이 낮다고 하였다. 이러한 주장과 마찬가지로 하우스와 노지에서 재배한 배추, 무, 상치의 경우 모두 하우스 작물의 질산염 함량이 높은 경향을 보였다. 특히 상추는 가식부위의 대부분이 광에 노출되는 작물이기 때문에 배추나 무에 비해 질산염 함량은 낮지만 재배방법에 따른 질산염 함량은 가장 큰 차이를 나타냈다.

채소류중의 질산염은 엽맥중의 도관을 따라 이동하여 아미노산이나 단백질 등으로 전환되며 과잉성분은 질산염으로 축적된다(Maynard 1976 등). 손(1993) 등에 의하면 채소류는 부위별로 질산염 함량에 차이를 나타낸다고 하였으며 Cantliffe(1972)는 Table beet의 뿌리보다 엽맥에서 3배이상 높은 질산염 함량을 나타냈다고 보고하였다. 배추중에서는 엽색이 짙고 엽중 및 엽장이 긴 외엽이 내엽보다 질산염 함량이 높았으며 엽신보다는 엽맥의 질산염 함량이 가장 높았다. 무의 경우도 부위별로 차이가 컸는데 지상부에 있는 무청이 무뿌리보다 질산염 함량이 상대적으로 높았다.

그림 2. 하우스와 노지재배시 주요 채소류중의 질산염 함량변화

그림 3. 배추 및 무의 가식부위별 질산염 함량비교

그림 4. 주요 채소류의 질산염과 토양질산염과의 상관관계

그림 5. 주요 채소류의 질산염함량과 비타민C와의 상관관계

3) 채소류 질산염과 토양 질산염, 엽색, 비타민C와의 상관관계

채소류중 질산염과 토양중 질산태질소와의 상관관계는 그림 4처럼 고도로 유의한 정의상관관계를 보여서 작물별로 그 함량에는 차이가 있겠지만 일반적으로 토양중에 질산태질소가 많으면 그 시점의 채소류중에도 질산염 함량이 높은 관계를 보였다. 그리고 그림 5는 채소류중 질산염과 엽색과의 관계인데 토양보다 상관지수는 다소 낮지만 역시 고도로 유의한 상관관계를 보였다.

식물체의 엽색지수는 채소류마다 측정하기가 쉽진 않았지만 무, 양배추, 미나리 등 측정이 곤란한 채소는 제외하고 최대한 동일부위를 엽색지수 측정용으로 주로 사용되는 Minolta SPAD 502로서 측정한 결과, 엽색의 짙고 옅음에 큰 영향을 주는 질소함량과 밀접한 관계가 있어 채소류중 질산염 함량이 높을수록 엽색지수도 높았다. 따라서 녹색채소의 경우 질산염 함량은 엽색을 측정함으로써 간이적으로 측정할 수 있을 것으로 생각된다.

그림 6. 주요 채소류의 질산염함량과 비타민C와의 상관관계

그림 6에서는 채소류 질산염과 비타민 C와의 관계를 나타낸 것으로서 토양과 엽색에 비하여 그 상관지수는 낮았지만 이 역시 정의 상관관계를 나타냈다. 일반적으로 채소류의 생육이 양호하면 양분 흡수력 등이 좋아서 질산염 흡수량도 많아져 그 농도가 높아진다(손 등 1995). 또한 이러한 채소에는 비타민C의 함량도 자연적으로 증가하여 질산염의 유해성이 상당부분 상쇄되는 것으로 생각된다. 채소류중의 질산염이 무해하다고 주장하는(Bartsh 등 1988) 근거에는 항산화물질이며 인체에 유익한 비타민C와 같은 영양소가 많기 때문에 그 독성을 경감시킬 수 있다고 생각한다.

2) 채소류 질산염 경감시험

(1)시비처리별 가을배추중 질산염 경감

파종 후 시기별로 채취한 배추중의 질산염 함량은 그림 7과 같다. 1차 시료는 파종 후 3일째 결구되기전 쌈배추로 사용할 수 있는 배추로서 이 시기의 질산염 함량은 3요소+퇴비구에서 가장 높은 함량을 나타냈다. 다음으로 UF복비 100%구와 시비처방구였이며 UF 복비 50%구다 가장 적었다. 2차시료는 파종 후 60일째 결구가 시작될 때로서

그림 7. 배추의 수확시기에 따른 질산염 함량의 변화

그림 8. 배추의 질산염과 토심별 질산태질소함량간의 상관관계

30일째에 비하여 전체적인 질산염 함량은 증가하였으며 처리중에서는 완효성비료의 용출이 증가하는 시점이라 UF복비 100%시용구에서 2,400mg/kg으로 가장 높은 함량을 나타냈으며 시비처방구에서 가장 낮았고 무처리구는 650mg/kg으로서 비료처리구들에 비하여 4배정도 낮은 함량을 보임으로서 시비에 의해 질산염 축적이 많음을 알 수 있었다. 완전 결구하여 김장배추로 사용되는 수확시기의 질산염 함량은 3시기중 가장 높은 함량을 보였다.

가을배추 재배토양의 토심별 질산태질소의 농도를 그림 8에서 나타냈는데 앞서 말한 실태조사에서의 내용과 같이 채소류중의 질산태질소농도와 토양중 질산태질소농도간에는 정의 상관관계를 보였다. 그러나 토심별로는 표토에서의 상관계수는 높아 그 상관관계가 깊었으나 심토에서는 상관계수가 낮아 토심이 깊어질수록 질산염의 용탈에 의한 이동으로 인하여 채소류중의 질산염 농도와 밀접한 관계를 보이지는 않았다.

처리별 가을배추의 수량은 관행구 대비시 시비처방구와 UF복비 70%구에서 비슷한 수량을 보였으며 UF복비 100%구에서 가장 높은 수량을 보였다. 수량과 대비하여 본 질산염의 농도는 역시 UF복비를 100%수준으로 처리한 구가 가장 높았으며 관행구와 비슷한 수량을 보인 시비처방구와 UF복비 70%구에서 유의적으로 감소하였다. 따라서 가을 배추의 수량을 유지하면서 질산염의 함량을 낮추기 위해서는 토양의 사전분석에 의해 필요한 양만을 공급하는 시비처방에 의한 방법과 최근 그 사용량이 증가추세에 있는 완효성복비인 UF복비의 경우는 적정수준의 퇴비를 같이 공급할 경우 관행대비 시비량의 70%수준으로 시용하였을 때 수량유지 및 질산염의 함량을 경감할 수 있을 것으로 생각된다.

그림 9. 배추의 수량과 질산염 함량의 변화

(2) 질소시비수준별 질산염 경감

적상추에 시비량이 질소기준량, 배량, 3배량되게 시용했을 때 20일간격으로 채취한 상추의 질산염 함량은 시비량에 따라 표준편차간의 차이가 확연하였으며 시기별로는 2차수확시기에 가장 높은 함량을 나타냈다. 질산염의 함량이 높을수록 표준편차의 차이 또한 컸다. 정(1997) 등은 Italian rygrass에서 질소시용량이 증가할수록 지상와 경부, 엽부 등에서 현저하게 질산염 함량이 증가하였다고 하였다.

배추와 상추중의 질소시비량과 질산염 함량간의 관계는 고도로 유의한 정의 상관관계를 보이므로써 질소시비량이 채소류중 질산염 축적 및 농도증가에 결정적인 영향을 미친다고 생각되었다.

그림 10. 질소비료의 시용량에 따른 시기별 상추중 질산염 함량의 변화

그림 11. 배추와 상추중 질소시용량과 질산염 함량과의 관계

(3) 차광조건별 질산염 경감

앞서 언급한 하우스와 노지재배시 채소류중의 질산염 함량에 차이를 보였는데 이에 대한 차이를 확인하기 위해 차광조건별로 질산염 함량을 분석한 결과는 표11과 같다. 질소의 시비수준에 따라 질산염의 함량은 유의하게 증가하였고 차광율이 높아질수록 질산염 함량도 증가하였다. 손(1995) 등에 의하면 30%이상 차광조건에서는 생육 및 수량은 감소하나 질산염 집적은 급격히 증가한다고 하였으며 배비구에서는 차광정도에 관계없이 일정한 경향을 보인다고 하였으나 본 실험에서는 질소를 배량 시용한 처리에서는 70% 차광구에서 급격하게 질산염 함량이 증가하는 양상을 보였다. 이는 상추중 질산염 환원능력과 암모니아동화작용보다 질산염의 influx가 지나치게 많아 가식부위에 집적된 질산염이 빛의 차광에 의한 광합성효율의 저하로 인해 질산염 집적의 상승작용을 받아 급격히 질산염 함량이 증가한 것으로 보인다. 일반적인 하우스의 차광정도가 25∼35%정도의 차광율을 보이는데 약 50%정도를 차광시켰을 때 질소시비량을 배량시용했을 때와 비슷한 질산염 함량을 보였으며 차광에 의한 광합성효율의 저하와 이로 인한 질소동화량의 감소 등으로 질산염의 축적이 증가하는 것으로 생각되었다.

그림 12. 상추재배시 차광조건에 따른 질산염 함량의 변화

(4) 상추품종별 질산염 함량 변화

시중에 시판되는 청상추와 적상추간의 질산염 함량을 그림13에 나타냈다. 시기별 질산염의 변화나 질소시비량에 따른 질산염의 변화 등이 거의 같은 양상을 보였으나 생육후기로 갈수록 청상추의 질산염 함량이 시비량이 높은 구에서 급격히 감소하였다. Jackson 등은 작물의 품종에 따라 질산염의 함량차이를 보인다고 하였으나 상추의 경우

적상추와 청상추간에는 질산염 함량의 차이가 없었다고 할 수 있다. 질소시비량과 품종간의 관계는 두 품종에서 거의 같은 양상의 정의 상관관계를 보였다. 그러므로 상추에서도 마찬가지로 질산염의 축적에는 질소의 시비량이 가장 큰 영향을 미치므로 채소류중의 질산염 함량에는 질소시비량의 경감과 표준시비의 준수가 가장 큰 영향을 미친다고 할 수 있다.

적상추   청상추

그림 13. 상추 품종에 다른 시기별 질산염 함량의 변화

그림 14. 상추품종별 질소시용량수준에 따른 시기별 질산염 함량의 변화

4. 적 요

채소류중 질산염의 함량분포를 알기 위하여 재배양식별로 채소류 재배농가에서 약 13작물 400여점의 시료를 양액재배, 유기농재배, 일반 농가관행재배, 하우스, 노지 등 각종 재배 형태별로 질산염 함량을 조사분석하였다. 또한 질산염 함량의 축적정도를 알기 위해 질소시비량수준별, 차광조건별, 품종별 등 재배적인 관점에서 질산염의 함량을 경감시킬 수 있는 시험을 한 결과를 아래와 같이 요약하였다.

가. 재배방법별 채소류중 질산염 함량은 작물에 따라 다소 차이를 보였지만 일반적으로 양액재배>유기농재배>관행재배 순의 경향이었음.

나. 채소류중 질산염 함량과 토양 질산태질소, 엽색 등과는 고도로 유의한 상관을 보였 으며 비타민C와도 유의한 정의 상관관계를 보임으로서 토양질산태나 엽색등으로 채소류 질산염을 간이적으로 예측할 수 있을 것으로 생각됨.

다. 배추중 질산염 함량은 관행대비 시비처방구에서 13%정도 경감하였으며 완효성비료량이 증가할수록 질산염은 비례하여 증가하였고 수량은 완효성비료+퇴비구가 9%, 시비처방구는 2% 증수되었으며 수량과 질산염 함량을 고려할 때 UF복비는 70%수준이 적당할 것으로 생각됨.

라. 차광조건별로는 노지상태의 무차광조건에서 질산염의 축적이 적었으며 차광율이 높아질수록 질산염의 축적은 증가되었으며 질소시비량과 차광율은 질산염 축적의 상승작용

을 하여 질소 2배량에서는 70%차광시 질산염 함량이 현격히 증가하였다.

마. 적상추와 청상추를 비교한 품종간의 질산염 함량에는 차이가 없었으며 질소시비량 과도 거의 유사한 상관관계를 보였음.

바. 채소류중의 질산염 축적에는 질소시비량이 가장 큰 영향을 미치므로 시비처방

이나 표준시비량의 준수 등으로서 질산염의 과잉축적의 예방해야 할 것으로 생각됨.

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6. 연구결과활용

영남지역 채소류중 질산염 함량 분포 및 질산염 축적에 미치는 요인에 관한 기초자료