1 9권1호_김대근(1-8).pdf2.34MB

1. 서론

 한정된 공간에서 집약적이고 기업화된 형태 로 축산업의 운용 방식이 전환됨에 따라 발생 되는 환경오염과 건강보건학적 문제들에 대한 관심과 규제가 국내외적으로 한층 증가되고 있는 실정이다. 따라서 축산 유래 대기오염물질은 매우 광범위한 분야에 걸쳐 영향을 미칠 수 있기 때문에 그에 대한 대책이 어렵고 시급한 상황이라 할 수 있다.

 현재 우리나라의 돈사 시설은 내부 온․습도 제어를 통한 돼지의 증체량 향상과 소요되는 노동력 절감을 위해 기계적 환기를 통한 밀폐 형 돈사의 보급이 지배적이다. 그러나, 대부분의 밀폐형 돈사 작업장들은 경영비를 최대한 줄이기 위해 효율적인 환기 시스템을 제대로 적용하지 못하고 있을 뿐 아니라, 우리나라의 기후에 적합한 적정 환기시스템 이론과 기술조 차 명확히 정립되지 않은 상황이다. 개방형 돈사 시설들 또한 여타 다른 시설에 비해 경제적으로 열악한 조건하에서 운영되고 있기 때문에 쾌적한 작업 환경을 기대한다는 것은 거의 불가능한 일이다. 따라서 돈사 내부의 작업 환경은 부적절한 환기량 적용으로 인해 상당한 양 의 공기 오염물질들이 내재하고 있으며, 작업자들에게 심각한 건강상의 위해요소로 작용하고 있다 (Aarnink et al., 1996).

 실내에 분포하는 부유 세균에 관한 국외의 연구는 사람들이 거주하고 활동하는 주거 주택, 다중이용시설, 일반 사업장 뿐 아니라 돈사 실내 환경을 대상으로도 수행되었다. 선행 연구 결과에 의하면 돈사 내부의 부유 세균의 농도는 다른 실내 공간의 오염도보다 상대적으로 매우 높다고 보고되고 있다 (Clark et al., 1983; Thorne et al., 1992; Griffiths and Decosemo, 1994). 돈사 시설을 대상으로 한 부유 세균의 연구는 주로 돼지보다는 작업자의 건강을 보호하기 위한 보건위생학적 측면에서 수행되었으며, 돈사의 실내 주요 오염물질인 암모니아나 분진과 같은 기타 다른 공기오염물질과의 상호연관성 및 노출 정도를 규명하는 데 중점을 두었다 (Crook et al., 1991; Duchaine et al., 2000; Chang et al., 2001). 유럽에서는 이미 대규모 현장 명하를 통해 각 나라마다 돈사 유형별로 부유 세균의 농도 및 발생량을 정량화하여 작업자의 노출 수준 및 두당 혹은 면적당 원단위 발생량을 산정하였다 (Seedorf et al., 1998). 돈사 실내에 부유하고 있는 부유 세균들을 동정한 몇몇 연구들도 보고되고 있는데, Elliott 등(1976)에 의하면 돈사 실내 공기 중에는 Staphylococcus가 주요 우점 세균이며, Salmonella는 전혀 검출되지 않았다고 보고하고 있다. Cormier et al.(1990)은 돈사 내부에는 다양한 부유 세균들이 분포하고 있으며, 농도 측면에서 그람 양성 세균이 대부분이며 그람 음성 세균은 매우 적은 농도로 존재하고 있다고 보고하였다. 따라서 부유 세균에의한 돈사 실내의 공기 오염은 돼지 생산성 저하, 주변 인근 주민의 악취 민원 증가, 축산업종사자의 흡입 노출로 인한 천식, 비염, 기관지염 등의 호흡기계 질환을 유발시킬 수 있는 주요 원인으로 작용할 수 있다고 할 수 있다. 하지만 국내의 경우 돈사 실내 공기 중에 존재하는 부유 세균의 분포 특성을 조사한 선행 결과가 보고된 바 없어 이에 대한 기초 연구 수행이 필요한 시점이다.

본 연구는 돼지의 생육 단계별 돈사 유형에 대해 계절적 조건을 반영한 현장 조사를 통해 돈사에서 발생되는 공기오염물질 중 부유 세균의 실내 농도를 측정 분석하여 양돈업자 및 환경 규제자가 활용할 수 있는 기초적 연구 자료를 제시하기 위한 목적에서 수행되었다  

2. 연구 방법

2.1 연구대상

 본 연구에서 조사된 돈사는 돼지 사육 단계에 따라 임신/분만돈사 (Gestation/Farrowing room), 자돈사 (Nursery room), 육성/비육돈사(Growing/Fattening room)의 세 가지 유형에 근거하여 조사 대상으로 선정하였고, 모든 돈사의 분뇨처리는 슬러리 방식 (Deep-pit manure sys-tem with slats)으로 운용되고 있었으며, 환기는 측벽 팬을 이용한 강제 방식 (Forced ven-tilation)으로 적용되고 있었다. 

 국내 지역 조건을 최대한 반영하기 위해 3가지 돈사 유형을 대상으로 도를 기준으로 하여 9지역 (경기, 강원, 충북, 충남, 경북, 경남, 전북, 전남, 제주)을 선정하여 총 27개의 농가를 방문 조사하였다. 또한 우리나라의 사계절 기후조건을 반영하기 위해 봄철(3-5월), 여름철(6-8월), 가을철(9-11월), 겨울철(12-2월)에 대해 각 1회씩 평가하였다. 

2.2 연구방법

2.2.1 측정 및 분석

 입경별 크기 분포를 알아보기 위하여 six-stage viable particulate cascade impactor (Model 10-800 Andersen Inc, USA)를 사용하였으며, 각단계별 공기역학적 직경 범위는 stage 1(>7.0㎛), stage 2(4.7-7.0㎛), stage 3(3.3-4.7㎛), stage 4(2.1-3.3㎛), stage 5(1.1-2.1㎛), stage 6(0.65-1.1㎛)이다. 분당 28.3ℓ의 유량으로 1-2분씩 돈사 중앙 바닥 1m 상부 지점에서 시료 공기를 포집 하였다. 이 six-stage viable particulate cascade impactor를 이용해 표본 포집시 멸균 확인된 배지를 사용기기에 장착하고 배지를 교체할 때와 포집 전 기기 외부를 70% 알콜로 소독처리 하여 오염을 예방하였다. 포집된 배지는 오염방지를 위하여 곧바로 실험실용 필름을 이용하여 봉한 후 보관하여 미생물 분석실로 즉시 운반하였다. 부유 세균 포집에 사용된 배지는 곰팡이의 성장을 억제하기 위해 cycloheximide 500㎎이 첨가된 세균용 배지 Trypticase Soy Agar(TSA) (Lot 3087230, Becton Dickinson and Company, USA)로서 30~37℃에서 24-48시간 동안 배양 시킨 후 집락(colony)를 관찰하였다. 

 전체 정량 평가를 위한 농도 산출은 6개 stage에서 배양된 집락수를 합한 값을, 입경별 정량 평가는 각 stage에서 개별적으로 배양된 집락수를 포집 공기량(m³)으로 나눈 CFU/m³의 값으로 표시하였다 (식 1, 2 참조) 

  CFU(Colony Forming Unit) / m³ = Colony counted on agar plate / Air volume (m³) ··· 식(1)

 Air volume (m³) = 28.3ℓ / min x sampling time(min) /10³ ······················································식(2) 

 정성 평가의 경우 배양된 집락을 Bergey‘s manual 분류법에 따라 균종을 동정하였고, Gram 염색 후 자동화동정 시스템인 VITEK (Model VITEK 32 system, bioMerieux Inc., France)을 통해 biochemical test를 실시하여 균종을 추가 동정하였다. 

2.2.2 자료 분석

 SAS package(SAS/Stat 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 계절 및 돈사 유형에 따른 부유 세균의 농도 차이는 ANOVA 및 Duncan의 다중 비교 분석 방법을 통해 통계적 유의성을 검증하였다. 

3. 결과 및 고찰

3.1 정량 분석

 Fig. 1에서 나타난 바와 같이 돈사 내부 부유세균의 평균 농도는 임신/분만 돈사의 경우 봄철은 3,690(±1,528)cfu m^-3 , 여름철은 10,145 (±4,266)cfu m^-3 , 가을철은 1,546(±835)cfu m^-3,겨울철은 2,582(±916)cfu m^-3로, 자돈사의 경우 봄철은 11,628(±5,624)cfu m^-3 , 여름철은 36,054 (±13,260)cfu m^-3 , 가을철은 2,743(±1,688)cfu ^-3 m^-3 , 겨울철은 4,075(±2,300)cfu m^-3로, 육성/비육돈사의 경우 봄철은 34,025(±8,652)cfu m^-3,여름철은 36,619(±10,234)cfu m^-3 , 가을철은 10,230(±3,521)cfu m^-3 , 겨울철은 26,208(±5,248)cfu m^-3 로 분석되었다. 측정 결과 돈사 유형 측면에서는 부유세균의 평균 농도가 육성/비육 돈사>자돈사>임신/분만 돈사의 순서로 나타났고 (p<0.05), 계절 측면에서는 여름>봄>겨울>가을 순서로 조사되었다 (p<0.05).

Fig. 1. Mean seasonal concentration of airborne bacteria in pig building according to pig housing type

 본 측정을 통해 나타난 돈사 유형별 부유세균의 분포 양상은 사육되고 있는 돼지의 성장 단계와 활동성에 기인한다고 판단된다. 다시 말해, 육성/비육 돈사의 경우 출하 전의 성돈을 사육하는 돈사이기 때문에 돼지의 몸집이 크고 활동성도 상대적으로 높다. 따라서 부유 세균의 발생원이자 영양 공급원으로 작용하는 돈사 바닥에 침전되고 있는 사료나 건조화된 분뇨의 입자가 실내 공기 중으로 비산될 잠재성이 상대적으로 높다고 할 수 있다. 반면 임신/분만 돈사는 임신한 돼지가 분만틀에 고정되어 사육되고 있기 때문에 상대적으로 활동성이 낮아 돈사 바닥에 침전된 분진 요인들이 실내 공기중으로 비산될 가능성이 낮을 것이라 추정된다. 계절 측면에서는 돈사 실내 공기 중에 분포하는 부유 세균의 농도가 여름에 가장 높고 겨울에 가장 낮았는데, 그 이유는 실외 기온이 상승함에 따라 돈사 내부의 온도도 높아져 부유 세균이 증식하기에 적합한 환경 조건이 조성된 결과라 판단된다.

 돈사 내 부유 세균을 측정한 Kim et al. (2008)의 국내 선행 연구 결과에 의하면 부유세균의 농도가 약 10⁴cfu m^-3 수준인 것으로 보고하고 있으나, 측정시기가 봄과 가을철에만 수행된 점과 시료 채취 방법이 충돌법이 아닌 흡수법으로 적용된 점이 본 연구와 상이하기 때문에 서로의 측정 결과를 단면적으로 비교한다는 것은 객관성이 결여된다. 사람들이 거주하는 일반 시설들에서 측정된 부유 세균의 농도(Kim et al., 2002; Lee et al., 2005; Park et al., 2006; Kim et al., 2007)와 비교시 본 연구에서 측정된 돈사 내부 농도는 10~100배에 해당될 정도로 아주 높은 수치인 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 사료, 분뇨, 돼지의 피부 및 털등 부유 미생물의 주요 발생원이 될 수 있는 유기성 원료가 일반 시설들에 비해 돈사 내부에 상대적으로 많이 분포하고 있기 때문이다 (Cormier et al., 1990).

3.2 입경 분석

Fig. 2는 돈사 내부에서 측정된 모든 데이터를 근거로 산출한 부유세균의 입경별 분포 양상을 보여주고 있다. 임신/분만 돈사의 경우 stage 1(>7.0㎛)이 21%, stage 2(4.7-7.0㎛)가 22%, stage 3(3.3-4.7㎛)이 25%, stage 4(2.1-3.3㎛)가 17%, stage 5(1.1-2.1㎛)가 9%, stage 6(0.65-1.1㎛)이 6%로, 자돈사의 경우 stage 1(>7.0㎛)이 25%, stage 2(4.7-7.0㎛)가 21%, stage 3(3.3-4.7㎛)이 18%, stage 4(2.1-3.3㎛)가 17%, stage 5(1.1-2.1㎛)가 9%, stage 6(0.65-1.1㎛)이 11%로, 육성/비육 돈사의 경우 stage 1(>7.0㎛)이 21%, stage 2(4.7-7.0㎛)가 23%, stage 3(3.3-4.7㎛)이 21%, stage 4(2.1-3.3㎛)가 18%, stage 5(1.1-2.1㎛)가 12%, stage 6(0.65-1.1㎛)이 6%로 조사되었다. 측정 결과 돈사 유형에 따라 부유세균의 입경 분포가 서로 다른 양상을 보였으나, 전반적으로 입경 크기가 2.1㎛ 이상 (stage 1~stage 4)에 해당되는 부유세균이 전체 약 80%를 차지하고 있는 것으로 분석되었다. 

Fig. 2. Size distribution of airborne bacteria in pig building according to pig housing type

3.3 정성 분석 (동정)

 <표 1>은 돈사 유형별 실내공기 중에 검출된 부유 세균의 동정 결과를 보여주고 있다. 돈사 유형에 상관없이 Micrococcus 속, Brevibacillus 속, G(+) Bacillus 속이 공통적으로 검출되었고, 검출빈도 측면에서는 전반적으로 Micrococcus 속>Brevibacillus 속>G(+) Bacillus 속인 순서로 나타나 돈사 내부에서 검출된 부유세균 중 Micrococcus 속이 가장 우점하는 것으로 분석 되었다. 특이할만한 사항은 각 돈사 유형에서만 독립적으로 동정된 부유세균 종이 발견되었는데, 임신/분만 돈사의 경우 Staphylococcus saprophytius, 자돈사의 경우 Proteus mirabilis, 육성/비육 돈사의 경우 Aerococcus viridans였다. 

Table 1. Identification and detection rate of airborne bacteria in pig building according to pig housing type

 국외 선행 연구 결과들을 살펴보면 다음과 같다. Elliott et al.(1976)은 돈사 실내공기 중에는 Staphylococcus가 주요 우점 세균이며, Salmonella는 전혀 검출되지 않았다고 보고하고 있다. Cormier et al.(1990)은 돈사 내에는 다양한 미생물들이 분포하고 있으며, 농도 측면에서 그람 양성세균이 대부분이며 그람 음성 세균은 매우 적은 농도로 존재하고 있다고 하였다. 주요 우점종은 Enterobacter agglomerans, Moraxella, Acinetobacter calcoaceticus, Pseudomonas라고 보고하였다.

 본 측정 결과의 제한점은 부유 세균 검출에 적용된 분석 기술 및 장비의 한계로 인해 미동정된 부유 세균과 진균의 비율이 30~60%의 높은 범위를 나타낸 점이다. 따라서 본 연구 수행에 의해 얻어진 동정 결과보다 심화된 종(species)의 범위까지 세부적으로 검출하기 위해서는 최근에 제안되어 적용 시도되고 있는 미생물의 지방산 분석을 통한 MIDI 분석법이나 PCR을 이용한 분자생물학적 분석법이 향후에는 일반화되게 이용되어야 할 것이다. 

4. 요약

 돈사 유형 측면에서 부유 세균의 평균 농도는 육성/비육 돈사>자돈사>임신/분만 돈사의 순서로 나타났고 (p<0.05), 계절 측면에서는 여름>봄>겨울>가을 순서로 조사되었다 (p<0.05). 입경 측면에서는 돈사 유형에 따라 부유세균의 입경 분포가 서로 다른 양상을 보였으나, 전반적으로 입경 크기가 2.1㎛ 이상 (stage 1~stage 4)에 해당되는 부유세균이 전체 약 80%를 차지하고 있는 것으로 분석되었다. 돈사 내 우점하는 부유 세균은 Micrococcus 속, Brevibacillus 속, G(+) Bacillus 인 것으로 동정되었다.

Acknowledgments

 This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education, Science and Technology (No. 2009-0072887)