Cd, Cr, and Pb concentrations increase in maturing compost while the metal inventory does not: implications for compliance sampling and digestion protocols

퇴비는 종종 '검은 황금'이라 불리며, 식물성 폐기물과 동물성 폐기물이 부패하여 만들어진 풍부하고 어두운 색의 토양 개량제로, 정원과 농장의 성장을 돕습니다. 하지만 이 물질을 작물을 먹이기 위해 들판에 안전하게 뿌리기 전에는, 숨겨진 위험 요소가 있는지 확인해야 합니다. 구체적으로, 규제 기관들은 카드뮴, 납, 크로뮴과 같은 미량의 중금속을 조사합니다. 이러한 금속은 분해되거나 사라지지 않으며, 토양 속에 영원히 남습니다. 만약 이 금속들이 너무 높게 축적되면 우리가 먹는 음식을 중독시킬 수 있습니다. 이 금속들을 검사하는 표준적인 방법은 완성된 퇴비 샘플을 채취하여 강한 산에 녹인 후, 남은 양을 측정하는 것입니다. 수십 년 동안 과학자들과 규제 기관들은 단순한 가정을 바탕으로 운영해 왔습니다. 즉, 퇴비 더미 속의 금속량은 고정된 숫자라는 가정입니다. 그들은 퇴비 더미가 부패하는 몇 주 동안 더미가 줄어들고 건조해지더라도, 금속이 새로 나타나거나 기존의 것이 사라지는 것이 아니라, 마치 줄어드는 방 안의 사람들처럼 단순히 더 밀집될 뿐이라고 믿었습니다.

이 가정은 우리가 퇴비의 사용 안전 여부를 결정하는 기초가 됩니다. 농부들은 영양분은 풍부하지만 가축 사료로부터 유래한 금속도 포함하고 있는 가금류 분뇨를 채소 찌꺼기와 섞어 위험을 희석합니다. 그들은 만약 채소 폐기물을 적절한 양으로 가금류 분뇨와 섞는다면, 최종 생성물이 법적 안전 한도 아래로 유지될 것이라는 생각에 의존합니다. 그러나 새로운 연구는 이러한 사고방식 전체에 이의를 제기합니다. 연구진은 90일 동안 퇴비 더미를 추적하며, 금속 수치가 어떻게 변하는지 보기 위해 몇 주마다 샘플을 채취했습니다. 그들은 일부 금속은 예상대로 더미가 줄어듦에 따라 약간 더 농축되는 양상을 보였지만, 다른 금속들은 놀랍게도 전혀 다르게 행동한다는 것을 발견했습니다. 카드뮴, 크로뮴, 납의 수치는 단순히 조금 높아진 것이 아니라, 때로는 원래 양보다 20배 이상 급증했습니다.

연구진은 왜 이런 일이 일어나는지 이해하기 위해 조사에 착수했습니다. 그들은 밀폐된 더미 내에서는 외부로부터 새로운 금속이 들어올 수 없고, 금속이 공기 중으로 빠져나갈 수도 없다는 점을 알고 있었습니다. 따라서 금속 농도가 높아진다면, 그것은 더미의 무게가 줄었거나 금속을 측정하는 방식이 변했기 때문이어야 합니다. 연구팀은 먼저 더미가 수분이나 유기물을 너무 많이 잃어서 금속이 자연스럽게 더 밀집된 것인지 확인했습니다. 그들은 설령 퇴비 더미가 무게의 절반을 잃는다 하더라도(이는 퇴비 더미에서 매우 많은 양입니다), 이는 금속 농도를 두 배로 만드는 정도의 설명만 가능할 뿐이라고 계산했습니다. 하지만 카드뮴, 크로뮴, 납의 경우, 그 증가는 이보다 훨씬 컸습니다. 더미가 이토록 거대한 수치 상승을 일으킬 만큼 충분한 무게를 잃지는 않았던 것입니다. 또한 그들은 퇴비를 뒤섞는 과정에서 지면의 흙이 섞여 들어와 추가적인 금속을 더했을 가능성도 확인했습니다. 그들은 철분이 토양에는 풍부하지만 원료에는 들어있지 않다는 점을 이용해, 흙의 존재를 확인하는 추적자로 철을 사용했습니다. 철 수치는 거의 변하지 않았으며, 이는 금속 수치를 높이기 위해 외부의 흙이 더미 안으로 유입되지 않았음을 입증했습니다.

이는 단 하나의 설명만을 남겨두었습니다. 금속은 항상 그곳에 있었지만, 숨어 있었던 것입니다. 퇴비화 초기 단계에서 가금류 분뇨와 채소 찌꺼기는 여전히 질기고 섬유질이 많은 식물 섬유와 광물 구조를 가득 머금고 있습니다. 과학자들이 금속을 측정하기 위해 표준 산 테스트를 사용할 때, 산은 이러한 단단한 구조 안에 갇힌 금속에 도달하지 못합니다. 이는 마치 딱딱한 껍질 안에 갇힌 향신료의 맛을 보려고 노력하는 것과 같습니다. 껍질이 그 맛을 숨기고 있는 것입니다. 퇴비가 90일 동안 성숙함에 따라, 더미 속의 박테리아와 곰팡이는 이러한 단단한 섬유를 분해하여 부드럽고 스펀지 같은 유기물로 바꿉니다. '부식화(humification)'라고 불리는 이 과정은 이전에 금속을 숨기고 있던 구조들을 열어줍니다. 퇴비가 완전히 성숙해질 때쯤이면, 동일한 산 테스트가 이전에는 보이지 않았던 금속에 도달할 수 있게 됩니다. 금속이 갑자기 나타난 것이 아니라, 테스트가 금속을 찾아내는 능력이 더 좋아진 것입니다.

연구진은 이 테스트의 성능 변화가 약 49일 만에 완전한 효과에 도달하는 예측 가능한 패턴을 따른다는 것을 발견했습니다. 이 타이밍은 매우 중요한데, 이는 안전 테스트의 결과가 샘플을 언제 채취하느냐에 전적으로 달려 있음을 의미하기 때문입니다. 순수한 가금류 분뇨 퇴비는 15일 만에 테스트하면 카드뮴 수치가 낮게 나와 완벽하게 안전해 보일 수 있습니다. 하지만 동일한 퇴비 더미를 90일 후에, 즉 퇴비가 완전히 성숙한 후에 테스트한다면, 테스트는 카드뮴 수치가 법적 한도의 두 배가 넘는다는 것을 보여줄 것입니다. 더미가 변한 것이 아닙니다. 금속의 총량은 변하지 않았습니다. 오직 금속을 찾아내는 테스트의 능력만이 변했을 뿐입니다. 이는 생산자가 제품을 조기에 테스트하여 통과 등급을 받은 뒤, 이를 안전한 것으로 판매할 수 있는 위험한 허점을 만듭니다. 실제로 그 제품이 농장에서 사용될 때쯤에는 금속이 드러나게 될 것입니다.

연구는 또한 가금류 분뇨를 채소 폐기물과 얼마나 안전하게 섞을 수 있는지도 조사했습니다. 연구진은 카드뮴이 이 혼합물에서 가장 위험한 금속이기 때문에, 카드뮴이 안전 한도를 결정한다는 것을 발견했습니다. 만약 농부들이 채소 찌꺼기에 가금류 분뇨를 약 37%보다 많이 섞는다면, 비록 성숙한 퇴비에 대해 올바른 테스트를 수행하더라도 최종 퇴로가 카드뮴 안전 한도를 초 exceed할 상당한 위험이 있습니다. 가금류 분뇨를 적게 사용하면 위험은 급격히 낮아집니다. 그러나 여기에는 함정이 있습니다. 가금류 분뇨를 적게 섞은 혼합물은 훨씬 더 짜고 산성이 강해져서 민감한 식물에 해를 끼칠 수 있다는 점입니다. 이는 농부들이 안전을 위해 가금류 분뇨를 단순히 제거할 수 없음을 의미합니다. 즉, 중금속 중독과 염분 피해를 모두 피하기 위해 세심한 균형을 찾아야 합니다.

아마도 가장 중요한 발견은 현재의 퇴비 테스트 방식이 결함이 있다는 점일 것입니다. 규제 기관이 사용하는 표준 산 테스트는 샘플 내의 모든 금속을 진정으로 측정하는 '전체 계수'가 아니라, 퇴비가 얼마나 부드러운지 혹은 단단한지에 따라 달라지는 '의사 전체(pseudo-total)' 계수입니다. 퇴비는 시간이 지남에 따라 점점 더 부드러워지기 때문에, 테스트는 시간이 흐를수록 더 많은 금속을 찾아내게 됩니다. 연구진은 안전 규칙이 바뀌어야 한다고 주장합니다. 퇴비는 완전히 성숙할 때까지 테스트해서는 안 되며, 처음부터 단단하고 숨겨진 구조를 녹일 수 있는 더 강한 산을 사용하여 테스트 방법을 업데이트해야 합니다. 이러한 변화가 일어나기 전까지, 퇴비의 안전성은 움직이는 표적과 같아서, 샘플을 채취한 날짜에 따라 안전하거나 위험하다는 판결이 뒤바뀔 수 있습니다. 이 발견이 퇴비 자체가 안전하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니지만, 우리가 식량 공급을 깨끗하게 유지하기 위해, 퇴비가 노화됨에 따라 길이가 변하는 자로 측정하고 있었다는 것을 의미하며, 우리는 더 나은 도구가 필요합니다.