Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Environmental Monitoring of Selected Veterinary Antibiotics in Soils, Sediments and Water Adjacent to a Poultry Manure Composting Facility in Gangwon Province, Korea

강원지역 계분 퇴비공장 인근 토양, 하천수 및 저질토의 항생물질 잔류특성 조사

  • Lee, Hyeon-Yong (Department of Biological Environment, Kangwon National University) ;
  • Lim, Jung-Eun (Department of Biological Environment, Kangwon National University) ;
  • Kim, Sung-Chul (Department of Biological Environment, Kangwon National University) ;
  • Kim, Kwon-Rae (National Academy of Agricultural Science) ;
  • Lee, Sang-Soo (Department of Biological Environment, Kangwon National University) ;
  • Kwon, Oh-Kyung (National Academy of Agricultural Science) ;
  • Yang, Jae-E (Department of Biological Environment, Kangwon National University) ;
  • Ok, Yong-Sik (Department of Biological Environment, Kangwon National University)
  • 이현용 (강원대학교 바이오자원환경학과) ;
  • 임정은 (강원대학교 바이오자원환경학과) ;
  • 김성철 (강원대학교 바이오자원환경학과) ;
  • 김권래 (국립농업과학원) ;
  • 이상수 (강원대학교 바이오자원환경학과) ;
  • 권오경 (국립농업과학원) ;
  • 양재의 (강원대학교 바이오자원환경학과) ;
  • 옥용식 (강원대학교 바이오자원환경학과)
  • Received : 2009.11.24
  • Accepted : 2010.03.24
  • Published : 2010.03.31
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Abstract

Veterinary antibiotics have been used to treat disease and to promote growth of livestock. However, the total amount of veterinary antibiotics in Korea was much greater than other developed countries, and there is a high potential to release residual of antibiotics to environment. Consequentially, released antibiotics into the environment produces antibiotic resistant bacteria and causes adverse effects on human health. The objective of this research was to monitor antibiotic concentration in the environment adjacent to facilities which compose chicken manure. Total of 10 antibiotics were selected based on the total amount of higher usage in Korea, and its residuals were measured from surface water, soil and sediment. The frequencies of detected antibiotics were ranged 31-92% from soil, 0-93% from water, and 33-93% from sediment. Generally, a higher frequency was observed in soil or sediment than water. Different ranges in concentration among 4 different antibiotic groups was found from not detected(N.D.) to 35.6 ${\mu}g/kg$ for soil, N.D. to 19.2 ${\mu}g/L$ for water and N.D. to 114.3 ${\mu}g/kg$ for sediment. Our findings suggest that solid phase such as soil and sediment is a critical component to be needed to conduct the environmental impact assessment of antibiotics.

축산용 항생물질은 동물의 질병예방, 치료와 더불어 성장촉진 및 사료효율 증대를 위한 목적으로 널리 사용되고 있다. 우리나라에서 사용되는 항생물질의 가축 사육수 당 사용량은 선진국에 비해 매우 높으며 이로 인해 환경 내로 유입될 가능성이 상대적으로 높다. 특히 환경으로 유입된 항생물질은 내성 박테리아의 유발 등 여러 가지 환경적 문제를 야기할 수 있어 이에 대한 연구가 요구된다. 이에 본 연구는 국내 대규모 계분 처리시설을 중심으로 주변의 농경지 토양, 하천수 및 저질토 등으로의 환경 유출 가능성이 높은 항생물질 4가지 계열(tetracyclines[TCs], sulfonamides[SAs], macrolides[MLs], inopohores[IPs])을 대상으로 환경요소 내의 잔류 특성을 조사하였다. 연구결과 환경으로 유입된 TCs 항생물질은 일반적으로 토양 양이온과 흡착하여 안정화 되는 경향을 보였다. 우리나라에서 사용량이 가장 높은 TCs의 tetracycline(TC)가 토양, 하천수 및 저질토에서 50% 이상의 검출비율을 보였으며 최대 35.6 ${\mu}g/kg$까지 검출되었다. 반면 SAs 계열은 높은 이동성을 보였으며 연구지역 특성상 잔류 농도는 상대적으로 낮았지만 수질 시료 중 검출비율이 86.7~93.3%으로 다른 항생물질보다 높았다. IPs 중 monensin(MNS)는 양계용 사료에 많이 사용된다고 알려진 바와 같이 토양 중 최대 6.9 ${\mu}g/kg$으로 높은 수치 를 보였다. MLs의 tylosin(TYL)은 토양과 저질토에서 최대 농도가 각각 16.6 ${\mu}g/kg$, 114.3 ${\mu}g/kg$로 저질토에 흡착되어 잔류하는 특성이 강했다.

Keywords

References

  1. Kim, S. C., "Occurrence, fate, and transport of human and veterinary antibiotics in the watershed," Ph.D thesis, Colorado State University, Fort Collins, Colorado, USA. (2006).
  2. 식품의약품안전청, "축산 항생제내성 및 항생제 사용실태 조사," 국립수의과학검역원(2007).
  3. 옥용식, "작물재배환경에서 중금속 및 항생물질의 안정성 평가," 농업과학기술개발공동연구사업 연차보고서, 농촌진흥청(2008).
  4. 옥용식, "작물재배환경에서 중금속 및 항생물질의 안정성 평가," 농업과학기술개발공동연구사업 연차보고서, 농촌진흥청(2009).
  5. Thiele-Bruhn, S., "Pharmaceutical antibiotic compounds in soils-a review," J. Plant Nutrition and Soil Sci., 166(2), 145-167(2003). https://doi.org/10.1002/jpln.200390023
  6. Tolls, J., "Sorption of veterinary pharmaceuticals in soils: A reiview," Environ. Sci. and Techno., 35(17), 3397-3406(2001). https://doi.org/10.1021/es0003021
  7. 손희종, 정종문, 황영도, 노재순, 유평종, "활성탄 재질 및 사용연수에 따른Tetracycline계 항생물질 흡착특성," 대한환경공학회지, 30(9), 925-932(2008).
  8. 이현용, 임정은, 권오경, 김성철, 서영호, 양재의, 옥용식, "토양 및 수질 중 항생제 처리기술에 관한 최근 연구동향," 농생명과학연구, 20, 45-54(2009).
  9. Kolpin, D. W., Furlong, E. T., Meyer, M. T., Thurman, E. M., Zaugg, S. D., Barber, L. B. and Buxton, H. T., "Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U. S. streams, 1999-2000: A national reconnaissance," Environ. Sci. Techno., 36(6), 1202-1211 (2002). https://doi.org/10.1021/es011055j
  10. Pailler, J. Y., Krein, A., Pfister, L., Hoffmann, L. and Guignard, C., "Solid phase extraction coupled to liquid chromatography- tandem mass spectrometry analysis of sulfonamides, tetracyclines, analgesics and hormones in surface water and wastewater in Luxembourg," Sci. Total Environ., 407(16), 4736-4743(2009). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.04.042
  11. Seo, Y. H., Choi, J. K., Kim, S. K., Min, H. K. and Jung, Y. S., "Prioritizing environmental risks of veterinary antibiotics based on the use and the potential to reach environment," J. Soil Sci. Fertilizer, 40(1), 43-50(2007).
  12. 임정은, 김성철, 이현용, 권오경, 양재의, 옥용식, "국내 우분 퇴비화 시설 인근 농경지 및 수계 중 Tetracycline 및 Sulfonamide 계열 항생물질의 분포특성," 대한환경공학회지, 31(10), 681-688(2009).
  13. 이현용, 임정은, 김성철, 김권래, 권오경, 양재의, 옥용식, "토양컬럼을 이용한 테트라사이클린계 및 설폰아마이드계 항생물질의 이동특성 평가," 대한환경공학회지, 31(12), 1105-1112(2009).
  14. Kim, S. C. and Carlson, K., "Quantification of human and veterinary antibiotics in water and sediment using SPE/LC/MS/MS," Anal. Bioanalytical Chemistry, 387(4), 1301-1315(2007). https://doi.org/10.1007/s00216-006-0613-0
  15. Hamscher, G., Sczesny, S., Hoper, H. and Nau, H., "Deterination of persistent tetracycline residues in soil fertilized with liquid manure by high-performance liquid chromatography with electrospray ionization tandem mass spectrometry," Anal. Chmi., 74(7), 1509-1518(2002). https://doi.org/10.1021/ac015588m
  16. Rabolle, M. and Spliid, N. H. "Sorption and mobility of metronidazole, olaquindox, oxytetracycline and tylosin in soil," Chemosphere, 40(7), 715-722(2000). https://doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00442-7
  17. Kay, P., Blackwell, P. A. and Boxall, A. B. A., "Column studies to investigate the fate of veterinary antibiotics in clay soils following slurry application to agricultural land," Chemosphere, 60, 497-507(2005). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.01.028
  18. 하준일, 홍기성, 송시욱, 정석찬, 민영식, 신형철, 이기옥, 임경종, 박종명, "축산 및 수산분야의 항생물질 사용실태 조사," 한국수의공중보건학회지, 27(4), 205-217(2003).
  19. Migliore, L., Cozzolino, S. and Fiori, M., "Phytotoxicity to and uptake of enrofloxacin in crop plants," Chemosphere, 52(7), 1233-1244(2003). https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00272-8
  20. Hu, D. and Coats, J. R., "Laboratory evaluation of mobility and sorption for the veterinary antibiotic, tylosin, in agricultural soils," J. Environ. Monitor., 11(9), 1634-1638 (2009). https://doi.org/10.1039/b900973f
  21. Hu, D., Coats, J. R, "Aerobic degradation and photolysis of tylosin in water and soil," Environ. Toxicol. Chem., 26(5), 884-889(2007). https://doi.org/10.1897/06-197R.1
  22. KFDA, Annual report of NARMP vol. 4(2006).
  23. Jorgensen, S. E. and Halling-Sorensen, B., "Editorial: Drugs in the environment," Chemosphere, 40(7), 691-699(2000). https://doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00438-5
  24. Blackwell, P. A., Kay, P., Ashauer, R. and Boxall, A. B. A., "Effects of agricultural conditions on the leaching behaviour of veterinary antibiotics in soils," Chemosphere, 75(1), 13-19 (2009). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.11.070
  25. Boxall, A. B.A., Blackwell, P., Cavallo, R., Kay, P. and Tolls, J., "The sorption and transport of a sulphonamide antibiotic in soil systems," Toxicol. Lett., 131(1-2), 19-28 (2002). https://doi.org/10.1016/S0378-4274(02)00063-2
  26. Hansen, M., Krogh, K. A., Bjorklund, E., Halling-Sorensen, B. and Brandt, A., "Environmental risk assessment of ionophores," Trends Anal. Chem., 28(5), 534-542(2009). https://doi.org/10.1016/j.trac.2009.02.015
  27. 한국환경정책평가연구원(KEI), "의약물질의 환경위해성 평가 체계 구축 방안," 연구보고서(2006).