산업화에 따른 화학물질 사용의 급증은 화학 사고 발생 빈도 증가로 이어졌다. 2012년 구미시에서 발생한 불화수소 누출 사고를 필두로, 화학 사고에 대응하기 위한 많은 연구개발이 이루어졌으며 특히, 화학 사고 이후 물질의 생태 농축성, 잔류성을 고려한 화학 사고 장기 영향 평가 및 연구에 대한 요구가 증가하였다. 본 연구에서는 안정성 동위원소 비율 분석과 분자생물학적 분석을 통해 화학 사고 발생 주변 지역의 토양 요소 변화를 정량화하였다. 대표적으로 불화수소 유출 사고가 났던 구미 지역, 페놀 유출 사고가 발생한 강릉·옥계 지역, 톨루엔 화재 사고가 발생한 김포지역, 질산 누출사고가 발생한 안성 지역의 토양 시료를 분석하였다. 또한, 실제 사고지역에서 채취한 토양 시료를 활용해 화학 사고 및 자연 강우를 모사하여 불화 수소와 페놀의 영향에 따른 동위원소, 대사산물, 미생물의 변화양상을 확인하였다. 동위원소 비율 분석 결과, 실제 강릉지역의 사고 지점에서 하천을 기준으로 남쪽 토양의 13C 비율이 국내 평균 비율에서 70%가량 높게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한, 구미 불화수소 사고 지역의 상대적으로 높은 질소 동위원소의 비율 검출은 모사 실험을 통해 불화 수소 사고에 기인하는 것으로 보여진다. 분자생물학적 실험 중 일환으로, 토양 시료 내 대사체 프로파일링 분석 결과, 자연 강우를 모사한 이후 불화수소와 페놀에서 모두 Sphingolipid metabolism이 검출되었으며 비사고 지역 토양보다 대사 경로 내의 산물 중 phytosphingosine의 함량이 높게 측정되었다. 또한, 군집분석 결과 해당 토양에서 Sphingomonas의 양이 늘어난 것을 확인하였다. 이는 비오염·비강우 조건에서는 발견되지 않은 속으로, 실제 사고지역에서만 산발적으로 검출되었다. 본 연구의 결과로 제시한 안정성 동위원소 비율 분석과 분자생물학적 분석 결과는 화학 지역의 장기 환경 영향 평가의 지표로 사용될 수 있을 것이라 기대된다. 특히, 페놀과 불화수소의 사고 영향 평가에 사용될 Biomarker로써 Sphingomonas와 phytosphingosine 대사체를 활용할 수 있음을 제시하고자 한다.
The occurrences of chemical accident in Korea has been steadily increasing, along with the leakage of hydrogen fluoride in Gumi City in 2012. In order to manage with chemical leakage accidents, a lot of research and development has been carried out in Korea since 2012, and R&D is required from a long-term perspective after chemical accidents, taking into account the ecological enrichment and residuality of materials after chemical accidents. This study measured the stability isotope ratio of the actual chemical accident area in Korea and established the map, and monitored the effects of chemical accident through the metabolomics and microbiome through the analysis of 16s RNA. In this study, Gumi, where hydrofluoric acid accident occurred in September 2012, Okgye, Gangneung, where phenol spill occurred in June 2013, Gimpo, where toluene fire accident occurred, and Anseong, where nitric acid leak occurred, were selected as research areas. Additionally, chemical accidents were artificially simulated using soil in the accident area that rainfall simulation columns were produced to identify changes in isotopes, metabolites, and microorganisms due to the effects of fluoride hydrogen and phenol. According to the isotope ratio analysis, the carbon isotope ratio map in Gangneung confirmed that the 13C ratio of southern soil fiducially on streams at the accident site was about 70 % higher than the average ratio in Korea. In the Gumi fluoride accident area, the isotope ratio of nitrogen was high, and as a result of contaminating hydrogen fluoride in the soil of the non-accidental area in the area, it was confirmed that the isotope ratio of nitrogen rose high. Sphingomonas was one of the dominant species in soils contaminated with phenol and HF. These results suggest that phytosphingosine and Sphingomonas might be used as biomarkers to evaluate the status of soils contaminated with phenol or HF. In the actual accident area, sporadic detection was confirmed. Under simulated rain conditions, the species alpha-diversity index of soil microbes and the physicochemical properties of the soil indicated values close to those of the uncontaminated soil. Rain played an important role in the recovery of microbial and metabolic profiles after chemical accidents. Metabolic profiling and microbial community analysis can serve as a diagnostic tool for ecotoxicological research at chemical accident sites.
Ⅰ. 서론 11Ⅱ. 이론적 배경 171. 토양 특성 변화 172. 토양 미생물 군집분포 223. 안정성 동위원소 244. 대사체학 27Ⅲ. 실험 방법 302.1 화학사고 사례 지역 개요 302.2 화학사고 모사실험 322.2.1. 토양 샘플 채취 및 물질 322.2.2. 컬럼 설계 및 오염 시나리오 332.3 화학사고 현장 장기영향평가 352.4 분석 방법 472.4.1 토양 기초분석 472.4.2 미생물 군집분석 492.4.3 토양 안정성 동위원소 분석 522.4.4 대사체 및 분해/변환산물 분석 54Ⅳ. 결과 및 토의 593.1 토양 기초특성변화 593.2 미생물 군집 변화 643.3 안정성 동위원소 비율 변화 753.4 분해/변환산물 변화 853.5 대사체 변화 90Ⅴ. 최종 결론 111