우리나라에 적합한 새로운 독성실험 어종을 개발하기 위하여 실험생물 선정기준을 참고하여 실험대상 어종을 선정하였다. 분포범위가 넓고 풍부도 높은 어류를 선정하기 위하여 1983년부터 1990년까지 전국의 총 5,150 지점에서 실시한 어류조사 자료를 사용하여 분포범위 (채집된 지점수)와 풍부도 (상대풍부도) 조사항목 모두 상위 20위 이내인 어류 19종을 선정하였다. 분포범위와 풍부도 조사항목에서 선정된 19종의 어류를 대상으로 성체의 전장이 10 cm 미만이면서 성적성숙 기간이 1년 미만인 어류를 선정한 결과, Rodeus ocellatus (흰줄납줄 개), Pseudorasbora parva (참붕어), Aphyocypris chinensis (왜몰개) 등 3종이 선정되었으나, 산란의 매개체로 석패과(Unionidae) 패류를 사용하는 Rodeus ocellatus (흰줄납줄개)는 대상 어종에서 제외하였다. 최종적으로 선발된 Pseudorasbora parva (참붕어)와 Aphyocypris chinensis (왜몰개)에 대하여 실험실 환경조건에서 사육실험을 실시하여 순화의 용이성과 연중 자연산란이 가능한지를 조사한 결과, 기생충 감염이 쉽게 이루어지고, 재산란 유도가 까다로운 Pseudorasbora parva (참붕어) 보다는 모든 관찰항목에서 참붕어 보다 뛰어나며 특히 실험실 환경조건에서 재산란 유도가 가능하고 사육이 용이 한 Aphyocypris chinensis (왜몰개)를 실험대상 어종으로 선정하였다.

우리나라에서는 5개 발전사의 10개 화력발전소에서 2013년 기준으로 약 891만 톤의 석탄재가 발생하고 있다. 석탄재는 약 82%가 비산재, 18%는 바닥재로 구성되어있으며, 이 중 비산재는 대부분 레미콘혼화제 및 시멘트 대체원료 등으로 재활용되고 있으나 바닥재는 발전소 내의 매립시설에 보관되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 바닥재의 토양으로 재활용 가능성을 평가하고자 하였으며, 석탄재가 함유하고 있는 유해물질을 중심으로 석탄재의 환경영향 가능성 평가를 위해 SP 및 HD석탄재를 각각 단독 또는 토양과 혼합하여 컬럼시험(Percolation test)을 진행하였고, 대조군시험을 위해 비오염토양을 확보하여 동일하게 분석을 수행하였다. 컬럼시험에 사용한 유입수는 해수, 산성강우(pH 4.5), 증류수이며, 유입 유속을 1 mL/min으로 유지하여 운전하였다. 각 컬럼에서 2L씩 최대 15 Fraction의 용출액을 채취하였으며, 채취한 즉시 pH, 온도 및 전기전도도를 측정하였고, 이 외에 생태독성, 중금속 및 이온물질을 분석하여 유해물질 용출 패턴을 확인하였다. 컬럼 용출액 중 pH를 모니터한 결과, SP 석탄재는 8.20~8.78, HD 석탄재는 7.63~8.03 범위를 보였다. 석탄재에 함유되어 있는 다양한 중금속의 용출패턴을 확인한 결과, 전반적으로 유출량에 따른 뚜렷한 감소특성을 보이지 않았다. 철(Fe)은 초기 용출액에서 낮은 농도가 검출되다가 6 Fr 이후부터 높은 농도가 유출되었고, 다시 12 Fr 이후부터 감소하였다. 석탄재를 단독으로 사용한 컬럼에 비해 토양과 혼합한 컬럼의 용출액 중 보론(B) 농도가 낮은 것으로 나타났다. Al, Mn, Ni, Sb, Se 등은 특별한 경향을 보이지 않았으며, 이 외에 분석한 중금속 항목 중에 Cd, Cu, Pb, Zn, Hg, 6가크롬은 용출액에서 모두 불검출 되었다. 용출액을 가지고 물벼룩의 급성독성을 시험하여 유입수에 따라 독성 수준이 다른 것을 확인하였다. 즉, 석탄재 자체의 독성보다는 해수, 담수, 산성강우 등 유입수의 영향을 받는 것으로 보인다. 증류수를 유입한 컬럼 중 SP석탄재는 모두 불검출 되었고, HD석탄재에서는 첫 번째 유출액에서만 1 TU이상의 값이 나오다가 이후 감소되었다. 해수를 흘려준 컬럼에서는 염도의 영향으로 1~2 TU 이상이 5 Fr 까지 유지되었고, 산성강우를 흘려준 SP석탄재와, 토양과 혼합한 HD석탄재 컬럼에서는 10 Fr 까지 1 TU이상을 유지하였으며 최대 8.2 TU의 독성을 나타내었다. 국내에서는 생태독성을 산업폐수 배출허용기준으로 적용하고 있으며, 청정지역과 청정지역 외로 구분하여 각각 1 TU와 2 TU로 규제하고 있다. 미국 델라웨어주와 뉴욕주, 독일의 폐수종말처리장에서도 2 TU로 관리하고 있다. 석탄재중 용출시험 결과 2 Fr 이후부터는 2 TU 이하를 유지하는 것으로 나타났으나, 일부 컬럼의 초기 용출액에서 나타난 독성영향에 대해서는 추가적인 검토가 필요하다.

특정 중금속에 대한 식물독성(Phytotoxicity)을 파악하기 위해 오염물질로 처리된 수용액에서의 발아실험(Germination Test)이 일반적으로 수행되고 있는데, 그 결과를 토양오염의 조건에 바로 적용할 수 없다는 한계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하고자 토양에서의 발아실험 역시 수행되고 있으나, 이러한 실험들의 경우는 특정 오염수준의 대상 토양을 채취하여 해당 오염 정도에서의 식물독성을 측정하는 일회성의 검증에 그칠뿐더러, 토양 내 중금속 오염수준 변화에 따른 식물독성을 파악할 수도 없다. 또한 토양에서의 발아실험에 소요되는 노력 및 비용이 수용액 실험과 비교해 훨씬 크다는 단점 역시 가지고 있다. 유채는 유료 작물로 어디서나 잘 자라고 그 용도가 다양하여 많은 연구가 이루어진 식물 중 하나이며 중금속으로 오염된 토양의 복원 공법 중 하나인 식물정화기술(Phytoremediation)에서도 흔히 사용되는 식물이다. 또한 수확된 씨앗을 이용하여 바이오디젤(Biodiesel) 생산원료로 이용할 수 있는 장점이 있어 식물정화기술 분야에서 연구가 활발하게 진행되고 있는 식물종이다. 따라서 본 연구의 목적은 서로 다른 상(相, phase)인 수용액과 토양에서 Pb, Ni과 As이 유채에 미치는 영향을 확인하고 그 두 상의 차이 및 상관관계를 조사하여, 대상 식물의 수용액 상 발아실험 결과만을 통해 토양에서의 중금속 농도 및 독성을 추정하기 위한 방법을 제안하고자 하였다.

The water flea has been used as a test organism of toxicity test for surface water. Toxicity test with water flea is categorized into two parts. One is acute toxicity test with observing immobility and mortality and the other is chronic toxicity test determined by survival and reproduction of water flea. Heartbeat measurement of water flea was designed as a short-term toxicity test in this study. Direct measurement of heartbeat under microscope by aid of video camera gives and early diagnosis of mortality in short time. Therefore, the effects of measuring illumination, measuring time, and non-feeding during the test on heartbeat of water flea was evaluated to establish a new test approach. Test organisms used in this study are Daphnia magna, a well standardizes toxicity test organism, and Simocephalus mixtus, a newly refined organism. IC50 values of these test organism by heartbeat measurement were compared and discussed. It was found that toxicity test by heartbeat measurement was a reproducible, easy and simple method accomplished in a few hours.