Measurement and Acceleration of Biodegradation in Soil.

토양매립에 의한 생분해도 측정 및 가속화

The quantitative and rapid method for measuring the biodegradation of polymer materials in soil was developed. In this study, cellophane film was used as a model biodegradable polymer and the biodegradation was assayed by measuring the amount of glucose which was produced by a hydrolysis reaction using HCl after collecting the film from soil. Cellophane film was degraded 41.2% in 4 months during winter while it was degraded 76.5% in 2 months during summer. It means that biodegradation in soil is affected by environmental conditions. The biodegradation was also measured in an incubator (30$^{\circ}C$, humidity 50-55%) to exclude the environmental variations. Cellophane film was degraded 94% in that condition in 40 days. The biodegradation showed the first order kinetics and the rate constant was 0.067 (1/day). Acceleration of the biodegradation in soil was also studied. We added cultured soil microorganisms or nutrients such as N, P, and S into the soil. While the addition of microorganisms showed the temporary increase of rate constant, the addition of nutrients not only showed the increase of rate constant from 0.096 (1/day) to 0.21 (1/day) but also maintained the effect continuously.

본 연구의 목적은 토양매립조건에서 생분해성 고분자의 생분해도를 정량적이며 신속하게 측정하는 방법을 개발하는 것으로서, 실험대상 물질은 생분해가 잘되는 것으로 알려져 있는 셀로판 필름을 사용하였다. 분해정도를 측정하기 위하여 흙속에서 채취한 셀로판 필름을 HCl로 가수분해 시킨 후 생성된 glucose를 측정하는 방법을 사용하였다. 토양매립시 생분해도는 겨울에는 4개월간 고작해야 41.2%정도의 분해를 보였으나, 여름에는 2개월동안 76.5%정도의 분해도를 나타낸 결과로 보아 계절의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 실험실적 토양매립조건의 실험을 위해 토양을 채취하여 플라스크에 넣고, 여기에 셀로판 필름을 묻은 후 항온배양기내에서 일정한 조건(3$0^{\circ}C$, 습도 50~55%)으로 실험하였다. 이때에는 40일 경과 후 94%정도의 분해도를 나타내었다. 분해속도는 1차 반응 속도식을 따르고 반응속도 상수는 067(1/day)이었다. 생분해도의 가속화를 위해 토양내 미생물을 필름 표면에 접종하고 플라스크 내의 흙속에 매립한 후 항온배양기내에서 생분해도를 측정한 결과, 초반 12일경까지는 미생물 접종의 효과가 뚜렷이 나타났으나 말기로 갈수록 그 효과는 없어졌다. 가속화를 위한 또 다른 방법으로 토양내 영양성분인 N, P, S 등을 추가로 공급한 결과, 초반부터 말기까지 지속적인 가속화 효과를 보임과 동시에 반응속도 상수도 0.096(1/day)에서 0.21(1/day)로 118%정도의 높은 증가를 보였다. 결과적으로, 실외에서의 토양매립조건에서는 생분해도의 반응속도 상수가 겨울기간의 0.0042(1/day), 여름기간의 0.024(1/day)로 나타났고 같은 실험실적 토양매립조건에서라도 토양을 채취한 시기에 따라 봄에 채취한 토양에서는 0.065(1/day)로 여름에 채취한 토양에서는 0.096(1/day)로 반응 속도 상수가 다르게 나타났다. 각각의 매립조건들 중에서 N, P, S 모두를 첨가한 실험실적 토양매립조건에서의 생분해도가 가장 뛰어난 것으로 나타났다.