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봉쇄제 Chelating agent

봉쇄제 Chelating agent
- 단백질 : 헤모글로빈, CPP, 철분 : Siderophores
- 유기산 : 피트산, 옥살산 oxalic acid, 구연산, 인산
- 합성 : EDTA
* 참고 : 미네랄의 흡수조건 : 킬레이트

킬레이트제란 게의 집게발처럼 다른 양이온과 고리 구조의 형태로 결합하는 물질로, 작물에 필요한 양분을 흡수하기 좋은 상태로 만들어 주는 기능을 한다.
킬레이트제는 합성킬레이트제와 천연킬레이트제가 있으며, 대표적 합성킬레이트제로 EDTA(Ethylenediamine tetraacetic acid), DTPA(Diethylenetriamine pentaacetic acid) 등이 있다.
이번에 개발한 활용기술은 염류가 집적된 시설 오이재배지를 대상으로 킬레이트제(DTPA)를 물에 희석해 토양에 관주(灌注)해 주는 것으로, 킬레이트제가 토양에 집적된 양분과 결합해 작물이 잘 흡수할 수 있도록 양분의 유효성과 이동성을 높여준다.
이에 따라 시설재배지에 킬레이트제를 처리하면 토양에 집적된 인산, 칼슘, 마그네슘, 미량원소 등의 성분을 작물이 잘 흡수해 생육이 왕성해지고, 작물의 질소 흡수량도 좋아진다.
또한, 작물의 수량을 높이기 위해 과잉 투입되는 양분의 토양 집적화를 막을 수 있으며, 특히 토양에 집적된 염류를 다시 양분으로 활용함으로써 비료 투입량도 줄일 수 있다. 양분이 농경지 밖으로 유출되는 위험성도 감소시킬 수 있다.

킬레이트제 활용해 시설재배지 비료 사용↓ 수확량↑

데일리대한민국 2017/07/28

농촌진흥청은 시설재배 농가의 큰 어려움 중 하나인 염류장해를 해결하는 킬레이트제(Chelate) 활용기술을 보급한다고 밝혔다.
그동안 염류장해를 해결하는데 담수제염, 객토, 흡비작물 또는 녹비작물 재배 등을 활용했으나 투입비용이 높고, 염류제거작물 재배 기간에 소득이 없어 한계가 있었다.
킬레이트제 활용기술은 작물을 재배하면서 염류를 제거할 수 있고, 비료의 사용량 절감, 관주방식의 편리성, 수확량 증대하는 효과적인 기술이다.
킬레이트제 작용 원리는 토양 중의 칼륨, 칼슘, 미량원소, 불용화된 인산을 토양에서 분리해 작물이 쉽게 흡수하도록 도와준다. 대표적으로 디티피에이(DTPA; Diethylene triamine penta-acetic acid), 구연산 등이 있다.
디티피에이(DTPA)는 합성해서 만든 흰색 고체물질로 작물의 영양소와 고리모양으로 결합하는 특성이 있어 염류 또는 토양의 고정된 성분을 떼어내 작물이 잘 활용하도록 해준다.
세종특별자치시에서 11년 동안 시설 오이를 재배해온 A농가의 경우 6개월 동안 디티피에이(DTPA)를 사용한 결과 토양 전기전도도가 23% 감소되고, 수량이 13% 증수되는 효과를 보기도 했다.
2018년 신기술 시범사업에서는 먼저 염류가 집적(전기전도도 2.0∼3.0dS/m-1 이상)된 시설 재배 농가를 선정해 과채류에는 디티피에이(DTPA), 엽채류에는 구연산을 처방하는 기술을 보급할 계획이다.
특히, 디티피에이(DTPA)를 찬물에 녹이는 새로운 기술을 개발해 농업인이 편리하게 사용할 수 있다. 또한 염류농도를 줄이면서 알맞은 비료 사용량도 함께 제시해 농업 현장에서 활용도가 높아질 것으로 기대한다.
지난 6월 누구나 참여할 수 있는 "킬레이트제 활용기술 열린 강좌"를 개최한 이후 시군 농업기술센터나 작목반 단위로 교육을 개설하는 등 관심이 급증하고 있다.
이와 함께 새로운 기술이 농가에 확산되도록 내년부터 전국 100여 농가에 킬레이트제 활용 시범사업을 추진할 계획이다.

킬레이트제, 연간 7780억 농가소득 증대토양 염류 양분으로 재활용 기대
농업정보신문 | 승인 2015.10.19

‘게의 집게’가 농가소득을 올려줄 것으로 보인다. 그리스어로 ‘게의 집게’를 뜻하는 ‘킬레이트’에서 이름이 붙여진 ‘킬레이트제(chelating agent)는 시설재배지 토양에 집적된 염류를 작물이 양분으로 재활용할 수 있도록 할 수 있는 물질로, 농촌진흥청에서 2011년 개발해 2012년부터 현장에서 큰 효과를 보고 있다.
토양 중에 고정 또는 불용화된 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 양분은 킬레이트제를 뿌려주면 작물이 흡수하기 쉬운 상태가 된다. 실제로, 농가 현장에서 비료 양을 기존의 반으로 줄이고 킬레이트제를 섞어 토양에 뿌려주었을 때 수량과 품질이 향상된 결과를 얻었다.
세종시 오이 재배 농가에서는 토양의 염류농도가 44% 줄었고, 수량은 20% 정도 증가한 것으로 나타났고, 순창의 농가에서는 방울 토마토 수확이 약 1주일 빨라졌으며, 멜론의 당도가 기존 13브릭스에서 15브릭스로 높아졌으며 상품성도 향상됐다.
농촌진흥청 토양비료과 김명숙 연구사는 “킬레이트제를 사용하면연간 약 880억 원의 비료값 절약과 작물의 수량 및 품질 제고로 연간 총 7,780억 원의 농가 소득 증대 효과가 기대된다”라며 “앞으로도 ‘시설재배지 염류 장해 해결–킬레이트제 현장 적용 사례’ 교재를 발간·보급하는 한편, 영농현장 교육을 강화할 계획이다”라고 말했다.


킬레이트제 활용
김 명 숙 국립농업과학원 토양비료과 박사

시설재배지의 염류집적 해결방법으로 기존에는 논에 물을 담아 염류를 제거하거나 흡비·녹비작물(옥수수, 호밀 등) 재배, 돌려짓기, 토양 교체 등의 방법을 이용했다. 물을 담는 방법은 일정시간이 지나면 지하의 염류가 토양표면으로 올라와서 효과가 떨어진다. 일정기간 흡비·녹비작물을 재배할 경우 농가소득이 줄어들게 된다. 토양 교체는 토양 구입비용과 시설 내 기기 작업의 어려움 등으로 제한적으로 사용되고 있다.
킬레이트제 활용 기술은 기존의 염류집적 해결 방안들이 가지고 있는 단점을 보완하고자 개발됐다. 토양 염류를 줄이는 동시에 연속적인 작물재배로 농가 소득이 유지되고, 저렴한 비용과 물에 녹여서 관주하는 편리함 때문에 농가에서도 쉽게 활용하고 있다.
염류가 집적된 시설재배지에서 킬레이트제를 관주하고 비료를 줄여 작물을 재배했을 때 수량과 품질이 향상되었다. 세종시 오이 재배 농가에서는 토양의 염류농도가 44% 줄었고, 수량은 20% 정도 증가했다. 순창의 농가에서는 방울토마토 수확이 약 1주일 빨라졌으며, 멜론의 당도와 상품성이 크게 향상된 것으로 나타났다. 정읍의 수박 재배농가에서도 수량이 14% 정도 증가하였다. 예산의 국화 재배농가의 경우 토양의 염류농도가 31%로 크게 줄었고, 수량이 30% 정도 증가하였다.
이처럼 현장에서 킬레이트제 활용으로 큰 효과를 얻기 위해서 다음과 같은 절차를 따르는 것이 좋다. 우선 농업인 본인 농경지가 염류집적이 발생했는지를 알아야 한다. 작물 정식 전 토양을 채취하여 시·군 농업기술센터에 분석을 의뢰하면 염류집적지(염류농도 2.0 dSm-1 이상)인지 확인할 수 있다.
그리고 킬레이트제 사용 시 토양 염류농도에 따라 비료량을 반드시 줄여서 사용해야 한다. 농가가 농경지에 투입하는 비료량은 토양의 전기전도도에 따라 달라지는데, 토양을 경운하기 바로 전에 비료가 뿌려지지 않은 곳에서 채취한 토양의 전기전도도 값을 기준으로 해야 한다. 비료 투입량은 토양 염류농도를 기준으로 10 dS m-1 이상에서 킬레이트제만을 사용하고, 7~10 dS m-1일 경우 농가관행 비료량의 1/3을, 5~7 dS m-1일 경우 농가관행 비료량을 1/2만 사용해야 한다. 그리고 토양 전기전도도의 값이 2~5 dS m-1일 경우 농가관행 비료량의 2/3에 해당하는 양을 사용하면 된다.
킬레이트제와 비료를 토양에 주는 시기는 작물의 뿌리가 활착이 끝난 시기가 적당하다. 봄작기에는 작물 정식 1달 후부터 수확기까지 주는 것이 좋다. 그리고 염류에 강한 작물과 약한 작물을 구분하여 킬레이트제를 물에 녹여 관주해 주어야 하는데, 오이, 호박, 토마토 등과 같이 염류에 강한 작물은 1주일에 1회씩, 딸기, 고추 등과 같이 염류에 약한 작물은 1주일에 1회씩 주는 것을 추천한다.
킬레이트제를 토양에 과잉으로 사용하게 되면 작물에게 피해가 발생할 수 있으므로 적정량을 준수해야 한다. 킬레이트제 사용할 때는 사람의 피부와 눈에 닿지 않도록 하고 흡입하지 말아야 하며, 반드시 비닐장갑을 착용한 후에 만져야 한다.
최종적으로 작물을 수확한 이후에 토양을 채취하여 시군 농업기술센터에 토양 분석을 의뢰해 토양 전기전도도 값이 감소하였는지 확인을 해야 한다. 만약, 염류농도가 높아졌을 경우, 다음 작기에 비료사용량을 더욱 많이 줄이고 킬레이트제를 병행해서 사용해야 한다. 토양 전기전도도 값이 낮아진 경우, 위에 제시한 토양 전기전도도 값에 따라 비료량을 줄여서 킬레이트제와 함께 공급해 주면 된다. 토양염류 농도가 작물 재배 전과 후 2 dS m-1 정도의 값을 유지하도록 토양 양분을 관리하는 것이 매우 중요하다.
그 동안 농업인의 가장 큰 애로점은 킬레이트제를 끓는 물에 녹여서 사용하는 것이었다. 이러한 문제를 해결하고자 농촌진흥청에서는 찬물에서도 킬레이트제를 잘 녹이는 방법을 개발했다. 5L의 찬물에 200g의 수산화칼륨(KOH)을 먼저 녹인 후 킬레이트제(DTPA) 680g을 녹인 다음 1,000배 희석해 주면 된다.
작물 정식 전과 수확기 이후 토양 분석을 통해 토양에 투입하는 비료량을 조절하고 킬레이트제를 활용한다면 시설재배지의 집적 염류를 쉽게 해결할 수 있을 것이다.

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구연산(citric acid)을 첨가한 식물추출법(phytoextraction)의 우라늄 제거 효과 규명
한이경․박수민․이민희‡ 부경대학교 지구환경과학과

국내 대표 재배 식물과 구연산(citric acid)을 이용한 식물추출법(phytoextraction)의 효과를 정량적으로 검증하기 위하여, 우라늄 함량이 높은 것으로 보고된 옥천대 흑색 셰일층과 점판암이 기반암인 금산군 추부지역과 괴산군 덕평지역의 토양을 사용하여 식물추출법 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 우라늄 제거효과에 대한 선행 연구가 거의 없고 성장속도가 빠른 식물 중에서 국내에서 흔히 재배되는 상추(lettuce: Lactuca sativa L.), 배추(Chinese cabbage: Brassica campestris L.), 고구마(sweet potato: Ipomoea batatas L.), 무(radish: Raphanus sativus L.) 등 총 4종을 사용하였다. 오염토양 3.3 kg을 채운 식물재배 포트(30 cm × 10 cm × 11 cm)에 각 식물들을 식재한 후, 식물 성장기(온도 25℃, 습도 70%, 조도 4000 Lux (16 시간/일), CO2 농도 600 ppm 유지)에서 49일 동안 재배하였으며, 재배시간별로 채취한 잎과 뿌리의 우라늄 농도를 분석하여 식물추출법에 의한 우라늄 제거량과 제거효율을 계산하였다. 구연산(citric acid)를 첨가하지 않은 식물추출법 실험결과 식물체에서 우라늄은 대부분이 뿌리에 농축되었고, 잎으로의 전이량은 매우 낮았다. 특히 네 종류 식물 중 상추 뿌리가 우라늄 농축 농도(덕평토양: 404.48 ㎍/kg)뿐 아니라 제거량도 가장 높았고(덕평토양: 1179.47 ㎍), 그 다음은 배추,고구마, 무 순이었다. 실험 결과, 식물체에 농축되는 우라늄 양은 토양 내 용출 가능한 우라늄량(특히 교환성/탄산염형태로 존재하는 우라늄량)에 비례하는 것으로 나타났다. 토양으로부터 식물로의 우라늄 흡수율을 높이기 위하여 첨가제로 25 mM과 50 mM 구연산용액을 식물 수확 6일 전에 각각 300 ml씩 주입하여 식물추출법 실험을 수행한 결과, 50 mM 구연산용액을 첨가한 경우 구연산용액을 첨가하지 않은 경우보다 식물 우라늄 농도는 잎은 최소 10배에서 최대 50배, 뿌리는 최소 3배에서 최대 10배까지 증가하여, 우라늄 흡수율을 높이기 위한 첨가제로 50 mM 구연산용액을 사용하는 것이 매우 효과적인 것으로 나타났다. 구연산용액을 첨가하지 않은 식물추출법의 경우, 초기 우라늄 농도가 높은 덕평토양 내 교환성/탄산염결합 형태로 존재하는 우라늄량의 14%를 제거할 수 있었으나, 50 mM 구연산용액을 첨가한 경우 토양 내 교환성/탄산염결합 형태로 존재하는 우라늄량을 100% 제거할 수 있었다. 이러한 결과는 구연산용액의 첨가가 토양에 존재하는 우라늄의 용해도를 증가시켜 용존 우라늄이 구연산의 카르복실기와 결합하여 식물로 쉽게 이동하고, 식물체의 생물활성도를 증가시켜 식물체 내 우라늄 전이량을 증가시키기 때문으로 판단된다.

EDDS가 바이오에너지 작물의 중금속 흡수에 미치는 영향
이중헌·성기준* 국립부경대학교 생태공학과

중금속 오염 토양을 정화하기 위하여 적용되는 공법들 가운데 식물상치유법(phytoremediation)은 물리·화학적인 공법에 비하여 경제적이며, 정화 공법을 적용하는데 있어서 심미적인 효과를 얻을 수 있고, 오염 토양의 생물학적인 기능 또한 향상시킬 수 있는 다양한 장점을 가진다
최근에는 식물상치유법의 정화 효율을 향상시키기 위하여 킬레이트제를 적용하는 연구가 국외에서 많이 진행되었는데, 중금속의 식물이용성을 증가시키고 식물 지하부에 흡수된 중금속의 지상부 이동을 향상시킨다고 알려져있다(Cooper et al., 1999; Huang et al., 1997; Shen
et al., 2002). 현재 사용하고 있는 킬레이트제 중 EDTA(Ethylene diamine tetraacetic acid)는 중금속 오염 토양의 정화에 효율적이라고 보고되었지만(Nascimento et al.,2006), 환경에서의 잔류성과 독성으로 인하여 in-situ 공법에 적용할 경우 오히려 생태계의 교란을 가져올 수도 있으며(Gr man et al., 2001; Saifullah et al., 2009), 중금속의 침출 등 2차 오염을 유발시킬 수도 있다고 알려져있다(Gr man et al., 2003; Evangelou et al., 2007). 이에 따라 최근에는 EDTA의 대안 물질로 생물분해가 가능한 APCAs(Aminopolycarboxylic acids)의 적용이 검토되고 있다. 이 중 미생물에 의하여 자연적으로 생성되기도 하고 인공적으로 합성하여 사용할 수 있는 EDDS(Ethylene diamine disuccinate)는 분해가 쉽고 분해과정 중에 난분해성 물질을 생성하지 않으며, 활성슬러지에 대한 분배계수가 40 L/kg로서 흡착능이 약하며 또한 독성도 낮은 물질로 알려지 있다(Jaworska et al., 1999). 따라서
EDTA와는 달리 자연 상태에서 쉽게 분해가 일어날 수있는 EDDS가 기존의 EDTA를 대체할 수 있을 것으로 주목받고 있다(Evangelou et al., 2007).