• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.288-294
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• 2012

나노산업의 발달로 인해 나노제품의 제조, 소비, 폐기 과정에서 나노물질이 직 간접적인 경로를 통해 수생태 및 토양생태계로 유입되고 있다. 나노물질은 벌크물질과는 다른 특성을 가지고 있으며 나노물질의 다양한 물리화학적 변화는 환경내 나노물질의 거동 및 무생물적 생물적 상호작용에 영향을 미친다. 나노물질의 생태 독성 연구는 꾸준하게 증가하는 추세이며 특히 나노물질의 마이크로코즘 연구가 최근 보고되고 있다. 마이크로코즘(Microcosm)은 통제된 실험 조건 하에서 생태계의 일부분을 모사하여 자연 현상을 연구하기 위한 기법으로서, 마이크로코즘 연구는 생태계 내 나노물질의 거동과 통합적인 독성영향 평가를 가능하게 한다. 본 연구는 수생태 및 토양생태계에서 나노물질을 이용한 마이크로코즘 및 메조코즘(Mesocosm) 선행연구를 국제 학술 논문을 중심으로 조사하였다. 현재까지 마이크로코즘 연구는 총 12건의 논문이 발표되었고 단 1건의 메조코즘 연구가 보고되었는데, 대부분의 연구들이 미생물 군집 수준에서 나노물질의 영향을 제한적으로 평가하였다. 나노물질의 통합적 독성 영향을 평가하기 위해서 좀 더 다양한 생물종을 대상으로 그들의 상호작용을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 수생태 및 토양생태계에서 나노물질의 마이크로코즘 연구동향을 분석하고 중금속, 유기물질과 같은 일반 화학물질 이용한 마이크로코즘 독성 연구를 바탕으로 향후 나노물질의 마이크로코즘 연구방향을 제시하였다.

• 생태와환경
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• 제49권3호
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• pp.228-235
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• 2016

화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다. 본 연구에서는 독성시험 표준 생물인 녹조류 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩 Daphnia magna를 이용하여 화학물질의 독성을 생산자와 소비자의 상호작용을 고려한 군집 수준에서 평가할 수 있는 간단한 bi-trophic 마이크로코즘 시험 방법과 이에 대한 생물군집의 적정 조건을 제시하고자 하였다. 마이크로코즘 시험계 및 물벼룩 배양의 경우, $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$ 이상의 P. subcapitata (생산자) 농도를 설정하는 것이 적절할 것으로 분석되었다. 장기 독성시험을 고려할 경우, 물벼룩 (소비자)은 태어난 지 24시간이 되지 않은 미성숙 개체로 구성하여 마이크로코즘 시험을 시작하면 성체 및 혼합 개체군이 보다 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 이와 같은 bi-trophic 마이크로코즘 시험계는 오염원에 의한 생산자-소비자의 생물학적 상호작용의 교란 정도를 평가하고, 수생태계에 대한 위험요소평가를 종 수준의 평가에서 군집수준의 평가로 확대할 수 있는 적절한 시험 방법으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권2호
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• pp.52-58
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• 2005

본 연구는 사염화에틸렌(Perchloroethylene) 또는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene)으로 오염된 국내 지하수 내에 국외에서 보고된 환원성 탈염소화 미생물의 존재 유무와 사염화에틸렌의 생물학적 탈염소화 활성도를 평가하였다. 마이크로코즘 테스트(microcosm tests)는 4개의 오염지역(창원 A, 창원 B, 부천 및 양산) 지하수와 다양한 전자공여체 (sodium lactate, sodium propionate, sodium butyrate, sodium fumarate)를 이용하여 수행하였다. 단일 전자공여체 와 창원 A 혹은 창원 B 지하수를 주입한 전 마이크로코즘에서 사염화에틸렌 완전 탈염소화 분해 시 발생하는 최종 산물인 에틸렌이 배양 90일 후에 검출되었고, 부천 혹은 양산 지역의 지하수를 주입한 마이크로코즘에서는 배양 90 일 후 시스-1,2-디클로로에틸렌(cis-1 ,2-Dichloroethylene)만이 검출되었고, 염화비닐(Vinyl chloride) 과 에틸렌은 검출되지 않았다. 완전 탈염소화 생분해가 확인된 창원 B 지역 지하수와 불완전 탈염소화 생분해가 확인된 양산 지역 지하수 내 미생물 군집을 비교하기 위해 분자생물학적 방법을 이용한 실험을 수행하였다. 창원 B 지역 지하수의 클론 라이브러리(Clone library)에서 사염화에틸렌 완전 탈염소화 미생물, uncultured bacterium clone DCE47과 매우 유사한 염기서열 클론이 확인되었다. 그러나 양산 지역의 클론 라이브러리에서는 기존의 염화에틸렌 탈염소화 미생물과 유사한 염기서열 클론이 확인되지 않았다. 본 연구 결과를 통하여 국내 일부 지역의 지하수 내에 사염화에틸렌을 완전 탈염소화하여 무해한 에틸렌으로 분해하는 미생물이 존재함을 확인하였고, 적절한 전자공여체를 공급하는 경우 그 분해 활성도가 증가함을 확인하였다. 이 결과는 사염화에틸렌 혹은 트리클로로에틸렌으로 오염된 국내 지하수를 경제적인 공법인 환원성 탈염소화 생물학적 공정으로 복원할 수 있는 기능성을 보여주는 중요한 지표라고 사료된다.

• 자원환경지질
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• 제36권5호
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• pp.349-356
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• 2003

최근 산업활동의 종류가 점차 복잡해지면서 오염물질의 종류도 많아지고 있으며 오염물질의 성상도 점차 복합화하고 있다. 이런 경향은 과거 단일 물질에 의한 오염에서 점차 유기물과 중금속이 동시에 오염되는 것과 같은 혼합 오염형태가 증가하고 있는데서 인지된다. 본 연구는 유류와 중금속이 동시에 오염된 지역에서 유류분해에 따른 혐기성 환경전환이 비소의 농도와 화학종에 어떤 영향을 미치며 그 결과가 위해성과 정화작용에 어떤 영향을 미치는지를 확인하고자 하였다. 충적대수층에서 채취한 사질토양을 tetradecane으로 오염시킨 후 As(III)과 As(V)를 각각 1:1, As(III)로만 그리고 As(V)로만 등으로 혼합비율을 달리하여 오염시킨 후 마이크로코즘을 제작하여 혐기성 반응기안에 방치, 60일간 운전하였다. 매 10일마다 마이크로코즘을 개방하여 유기물, As(III) 및 As(V)의 농도 그리고 Fe, Mn의 농도변화를 측정하였다. 전체 As 농도에 대한 As(III)의 비율, As(III) 자체의 농도 변화 그리고 유기물 분해경향 등을 바탕으로 유기물분해에 따라 As(III)의 증가에 영향을 미치는 것이 확인되었다. Fe, Mn의 환원에 따른 As의 산화와 유기물 분해에 따른 환원이 서로 상충할 수 있으며 실제 분해 단계에 따라 어느 한쪽의 작용이 우세해지는 것으로 판단된다. 즉, Fe, Mn의 환원은 유기물의 분해에 의해 억제되었으며 유기물 분해가 상당히 진행 된 이후 Fe, Mn의 혐기성 용출이 일어나는 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 혼합오염지역의 경우 유기물분해는 비소종의 화학형태에 영향을 미칠 것으로 예상되며 만약 As(III)의 비율이 증가할 경우 비소종의 위해성은 증가하게 될 것으로 판단되며 점차 증가하고 있는 혼합오염물 지역에 대한 정량적 위해성 평가가 요구된다.

• 한국습지학회지
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• 제17권2호
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• pp.203-208
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• 2015

벚나무류가 식재된 인공 연못에서 벚나무류의 낙화가 연못생태계의 물질순환에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 벚꽃이 분해되는 기간을 달리하여 마이크로코즘 실험을 수행하였다. 벚나무류의 꽃잎을 넣은 망(mesh)의 크기가 $1mm^2$인 나일론 꽃잎주머니를 제작하였다. 플라스틱 통을 하나의 마이크로코즘 단위로 하여 인공 연못의 유입수를 채우고, 꽃잎주머니를 넣은 처리구와 넣지 않은 대조구를 설정하였다. 처리구에서 꽃잎주머니를 수거하는 시기를 달리한 결과, 실험이 끝난 후 벚꽃잎은 초기 건중량의 32.3%만이 남았으며, 분해율(k)은 $7.06{\times}10^{-2}day^{-1}$로 나타났다. 벚꽃잎이 분해된 물의 $NO_3-N$ 농도는 1.90 mg/L에서 처음 4일 후 급격히 감소하여 0.02 mg/L를 나타낸 반면, $NH_4-N$ 농도는 0.03 mg/L에서 분해가 진행되는 동안 계속적으로 증가하여 2.85 mg/L를 나타냈다. $PO_4-P$ 농도는 0.03 mg/L에서 꽃잎의 분해에 의해 2.39 mg/L까지 증가하여, 인이 질소에 비해 상대적으로 높은 비율이 무기형태로 용탈되고 있음을 알 수 있다. 인공 연못에 쌓이는 벚꽃의 양을 추산하고 용탈되는 가용성 질소와 인의 양을 예상한 결과, 벚꽃잎이 분해되어 물에 녹아나온 가용성 인은(0.02 mg/L 증가) 인공 연못의 부영양화를 유발할 수 있는 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제1권1호
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• pp.25-28
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• 2014

습지를 건설하여 수질 개선의 목적으로 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 인공습지의 대표적인 형태인 연못형(Pond-type)과 소택지형 (Marsh-type)에서 제거되는 양이온의 처리 효율을 비교한 연구는 많지 않다. 본 논문에서는 마이크로코즘 규모로 건설된 인공습지에서 제거되는 양이온들의 처리 효율을 습지 형태 및 이온 별로 비교하는 내용을 다루고 있다. 양이온 중 $NH_4{^+}$, $K^+$, $Mg^{2+}$등은 높은 처리 효율을 보였고, 이는 습지의 식물에 의한 흡수, 토양 흡착 등에 기인한 것으로 보였다. 그러나 연못형 습지의 경우 오히려 $Ca^{2+}$의 방출이 관찰되었으나 그 정확한 기작은 파악할 수 없었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.839-846
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• 2016

유류오염은 우리나라의 대표적인 토양 비점오염원으로 알려져 있으며, 이를 정화하는 토양의 능력은 토양 자원의 기능적 가치 평가에서 매우 유의하다. 특히 절/성토 설계 등의 친환경 건설기술 측면에서 토양의 유류오염정화능력을 평가하는 것은 중요하다. 그러나 마이크로코즘 실험을 포함한 기존의 토양 유류 오염정화능력 평가기법은 경제적, 시간적인 제약이 많아 광범위한 지역에 적용하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 유류 오염물질 중 가솔린의 대표적 오염물질인 톨루엔을 선정하여 쉽고 간편하게 측정할 수 있는 토양의 미생물 다양성 지표를 이용, 토양의 유류오염 정화능력을 평가하는 기법을 제시하였다. 연구를 통해 미생물 군집의 다양성 지표 중 Shannon index가 토양의 정화능력 인자인 Specific Degradation Rate ($V_{max}$)와 상관성 관계가 있음을 보였고, 두 인자 간의 상관식을 도출할 수 있었다. 또한 본 상관식을 Michaelis-Menten kinetics에 적용하여 미생물 다양성 인자만으로 토양의 톨루엔 정화능력을 평가할 수 있는 기법을 제시하였다. 본 기법을 통해 간단히 토양의 톨루엔 정화능력을 평가할 수 있으며, 친환경 건설기술분야와 같은 다양한 공학적 분야에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국유기농업학회지
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• 제23권4호
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• pp.847-858
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• 2015

인삼뿌리썩음병에 길항력이 있는 Bacillus amyloliquefaciens GR4-5 균주 처리 전 후의 토양 내 Bacillus spp. 밀도 변화를 qPCR을 이용하여 분석하였다. 실내배양시험에서는 GR4-5 균주 처리 직후부터 4주째까지 Bacillus sp. group의 유전자 수가 무처리구보다 약 100배 이상으로 유지되는 경향이었다. 실외매몰시험과 포장시험에서는 유의차는 없었지만 경향으로 보아 GR4-5 처리구와 무처리구의 B. subtilis group 유전자 수가 비슷한 수준이 되는데 걸리는 시간은 7일 내외로 나타났다. 토양에 접종된 미생물의 생존에는 환경요인이 큰 영향을 미치며 그 중에서도 온도와 미생물의 격리 정도가 가장 큰 인자로 추정된다. 또한 GR4-5 균주의 생존에는 토양의 수분 함량 변화보다는 균주 처리 방법에 의한 영향이 더 크게 작용하는 것으로 보인다. 본 연구결과를 고려하면, B. amyloliquefaciens GR4-5 균주를 생물적 방제제로 사용하고자 한다면 7일 간격으로 관주 처리하는 것이 식물병원균 억제 및 근권 정착에 유리한 환경을 조성할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서 제작한 실외 마이크로코즘 시스템은 제어하기 어려운 외부 환경 요인을 최소로 하여 유용미생물의 토양 내 생존 패턴을 분석하기 위한 간편한 방법으로서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2971-2977
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• 2015

본 연구는 마이크로코즘에서 적조생물 Cochlodinium polykrikoides을 살조하기 위해 사용된 화학물질과 황토의 처리 후 미소생물그룹의 단주기 변화를 파악하였다. 황토 4g 과 10g에서 적조생물의 살조효과는 20%이하로 낮게 관찰된 반면, 화학물질(TD49)의 $0.8{\mu}M$ 에서는 대상생물이 85%이상 제어되었다. 미소생물그룹에서 박테리아는 모든 실험군에서 조사 1일 후 현저하게 증가하였고, 2일 후 가장 높게 관찰된 후 점차적으로 감소하는 경향을 관찰하였다. 대조적으로 종속영양편모충은 조사 3-5일 경과 후 현저하게 높게 증가하였다. TD49처리군에서 박테리아가 2일후 점차적으로 감소한 것은 포식자인 HNF의 증가로 기인된 것으로 파악되었다. 또한 피각을 형성하지 않는 섬모충 Uronema sp.,의 증가는 박테리아의 증가 후 2-3일의 시간차를 두고 반응하는 특색을 관찰하였다. 즉 이는 적조생물이 살조된 후 분해되는 과정에서 박테리아의 현저한 증식을 일으켰고, 이와 함께 포식자 HNF와 Uronema sp.는 일정의 시간차를 두고 높은 개체수를 유지 한 것으로 판단되었다. 이와 같은 경향은 살조물질 TD49처리군에서 두드려졌다. 특히. 사이즈가 큰 무각섬모충 Euplotes sp. 개체수는 HNF와 Uronema sp.의 현저한 증가 후 높게 관찰되는 특성을 보였다. 결과적으로 살조제 TD49물질은 미소생물그룹에 긍정적인 효과를 가져왔고, 이는 박테리아, HNFs 섬모충으로 이어지는 먹이망의 에너지 흐름이 효율적으로 작용하고 있다는 것을 시사할 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권3호
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• pp.253-260
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• 2018

유용미생물은 임업과 축산 분야에 활용될 뿐만 아니라 병해충 방제와 작물 생육 증진 등의 용도로 농업에서 널리 이용되고 있다. 하지만 유용미생물의 토양에서의 생존율과 정착율에 대한 연구는 미미한 형편이다. 본 연구에서는 마이크로코즘을 이용해 바실러스 3 균주를 토양에 처리한 후, 이들의 토양 내 생존능을 정량 PCR을 이용하여 13일 동안 정량적으로 분석하였다. 또한 Illumina MiSeq 플랫폼을 이용하여 바실러스 3 균주 처리구와 대조구의 토양미생물 군집 분포를 비교 및 분석하였다. 바실러스 3 균주의 처리 직후 토양 내 밀도는 건조토양 1 그람당 평균 $4.4{\times}10^6$ 유전자수로 대조구에 비해 1,000배 이상 높았다. 바실러스 균주의 토양 내 밀도는 처리 후 약 일주일 간 유지되었고 그 후부터는 유의성 있게 감소하였지만 여전히 대조구보다 100배 이상 높았다. 바실러스 균주 처리 후 토양 내 미생물 군집 구조 분석 결과, 대조구와 처리구 모두 Acidobacteria 문($26.3{\pm}0.9%$), Proteobacteria 문($24.2{\pm}0.5%$), Chloroflexi 문($11.1{\pm}0.4%$), Actinobacteria 문($9.7{\pm}2.5%$)에 속하는 세균이 우점하였다. 대조구 대비 처리구에서 Actinobacteria 문의 비율은 뚜렷하게 감소하였지만 Bacteroidetes 문과 Firmicutes 문의 비율은 증가하는 경향이었다. 속 수준에서 바실러스 3 균주를 처리함에 따라 일부 세균 군집의 종 풍부도를 변화되었고, 결국 전체 토착 미생물 군집 구조가 변화되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 수행한 유용한 바실러스의 토양 접종 후 이들의 토양 내 생존능 분석 및 토착 세균 군집의 변화는 유용미생물을 생물적 제제로 시설재배지에 사용할 때 중요한 정보를 제공할 것으로 판단된다.