1. 서 론
공기 중 부유곰팡이는 바이오 에어로졸의 상당 부분을 차지하며 대기 먼지 중 조대입자에 속한다(Sesartic and Dallafior, 2011). 이러한 부유곰팡이는 많은 유기물과 영양성분이 있는 토양에 군집하고 있으며, 모든 토양에 같은 종류의 곰팡이가 존재하지 않고 그 곳의 환경, 즉 온도나 습도를 비롯하여 식물의 종류 등에 따라서 곰팡이의 종류가 다르다(Jeong, 2007). 곰팡이는 능동적인 방출과 바람에 의한 수동적인 방출을 통해 토양에서 공기로 방출되어 생물권과 다양한 방식으로 상호작용하며, 건강, 농업 경제, 식량 생산, 문화 유산 등에 영향을 미친다. 또한, 그것은 얼음과 구름 응축 핵의 역할을 함으로써 대기 화학을 조절하고 기후를 조절하는데 잠재적인 역할까지 한다(Ariya et al., 2009;Frohlich-Nowoisky et al., 2009;Sesartic et al., 2013;Kim et al., 2017).
곰팡이는 수많은 종류가 있고 그 종류에 따라 다양한 색깔과 특성을 가지고 있다. 호습성곰팡이로는 Alternaria, Botrytis, Cladosporium, Fusarium, Pennicillium 등이고, 호건성곰팡이로는 Aspergillus, Eurotium, Wallemia 등이다. 곰팡이의 생리, 생태에 따른 분류는 토양 진균, 수생 진균, 부생 진균, 기생 진균, 공생 진균, 호염 진균, 호케라친 진균, 셀룰로스분해 진균 등이 있다. 집락 형태는 벨벳형, 면형, 분말형, 평탄형, 주름형, 고랑형으로 구분한다(Lee et al., 2014).
곰팡이의 농도는 시간과 장소에 따라 다르고(Jaenicke, 2005;Kaarakainen et al., 2008;Bowers et al., 2013;Qi et al., 2014), 일간, 계절내내 다양하며, 대부분 곰팡이는 뚜렷한 계절적 변동을 가진다(Wang et al., 2010). 또한, 존재와 확산은 기상학적, 생물학적, 지형학적 문제를 포함한 각각 다른 인자들에 영향을 받는다(De Linares et al., 2010). 그 영향 인자들은 공기질, 인간활동, 기상요소, 계절성 기후인자들이라 할 수 있으며(Lin and Li, 2000;Mitakakis et al., 2003;Rossi et al., 2005), 그 중에서 기상인자들은 곰팡이의 가장 중요한 예측변수이다(Gioulekas et al., 2004;Sousa et al., 2008).
부유곰팡이의 발생과 역할, 종류, 곰팡이 농도에 영향을 미치는 인자들에 대한 수많은 변수만큼이나 다양한 연구와 상충되는 결론이 있었다. 부유곰팡이 종류와 농도 관련하여 영향인자 측면에서는 온도, 상대습도, 풍속, 일사, 강수, 대기오염가스, 황사, 미세먼지 등의 상관성이 연구되었으나(Burge and Rogers, 2000;Weber, 2003;Wang et al., 2010; Abdel Hameed et al., 2012;Koh et al., 2012;Alghamdi et al., 2014;Pavan and Manjunath, 2014) 서식환경, 포집주기, 측정시간대, 시료채취방법, 기후조건의 차이(Shaffer and Lighthart, 1997)를 감안할 때, 그간의 선행연구들은 곰팡이 농도 실태조사에 그대로 참고 하거나 적용하기 어려웠다.
본 연구는 포집주기가 길고 포집시간대가 일부 국한되어 야외 부유곰팡이의 일간 거동, 계절적 변동, 곰팡이 농도 영향 기상요소 확인이 불명확했던 이전 연구(Kim et al., 2018)의 후속으로 진행하였다. 따라서, 야외 부유곰팡이의 연중 변화와 일간 변화를 파악하기 위해 24절기의 낮과 밤 시간대를 기준하여 국립문화재연구소 보존과학센터 옥상에서 1년간 부유곰팡이 포집과 기상 모니터링을 실시하였다. 그 결과를 통해 부유곰팡이의 일간, 월별, 계절별 거동과 농도 증감을 확인하고자 하였고, 기상현상별(강우, 태풍, 황사/미세먼지) 우점 곰팡이를 파악하였으며, 기상특성을 정리하고 부유곰팡이와 기상요소간 상관성 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 야외 목조문화재의 생물피해에 관한 기초자료로 활용하고자 하였다.
2. 연구방법
2.1. 포집 및 관측지점
국립문화재연구소 보존과학센터는 대전광역시 유성구 문지로 132에 위치하며 건물방향은 북서향이다. 지리적 위치는 남쪽과 서쪽을 우성이산이 근접해 둘러싸고 북쪽을 화봉산이 조금 떨어져 에워싼 위치에 자리잡고 있다. 부유곰팡이 포집 및 기상 관측지점은 국립문화재연구소(대전) 보존과학센터 옥상(북위 36° 23′ 26.17″, 동경 127° 23′ 37.15″, 해발높이 80 m)으로, 직접 강우를 피하기 위해 비가림 구조물 아래에 위치하였다(Figure 1).
2.2. 부유곰팡이 포집
부유곰팡이의 연중 변화와 일간 변화를 파악하기 위해 24절기의 낮과 밤시간대를 기준하였다. 24절기는 태양의 황도상 위치에 따라 계절적 구분을 하기 위해 만든 것으로, 황도에서 춘분점을 기점으로 15° 간격으로 점을 찍어 총 24개의 절기로 나타낸다(Table 1). 부유곰팡이의 포집주기는 24절기(약 15일)를 기준하여 2018년 8월 7일부터 2019년 7월 23일까지 1년간 진행하였으며 포집시간은 일간 낮(14시)과 밤(23시)으로 하였다. 포집 방법은 공기 포집기(M Air T, Millipore, USA)와 PDA(Potato dextrose agar, Difco, USA) 배지를 사용하여 공기포집량 250 L(140 L/min)로 3회 반복수로 포집하였다. 공기를 포집한 plate는 28℃의 조건에서 2∼3일 배양한 뒤, 집락수(Colony Forming Unit, CFU)를 세어 아래 식에 따라 공기 중 단위 체적당 집락수(CFU/m3)를 계산하였다.
CFU/m3 = Colony Forming Unit(CFU) / Air flow(L) × 1000(L/m3).
2.3. 기상 관측
부유곰팡이 포집일과 포집시간대의 기상현상을 파악하기 위하여 자동 기상측정기(Vantage Pro2 Plus, Davis Instrument, USA)를 보존과학센터 옥상의 부유곰팡이 포집지점 인근 10 m 지점에 설치하였다. 기상요소 11개 항목(기온, 습도, 이슬점온도, 풍속, 풍향, 해면기압, 강수량, 강수일수, 일사세기, 자외선지수, 증발량)에 대하여 2018년 8월부터 2019년 7월까지 1년간 1시간 단위 관측값을 수집하였다(Table 2).
3. 결 과
3.1. 부유곰팡이 농도
2018년 8월부터 2019년 7월까지 부유곰팡이의 연평균 농도는 283.2 CFU/m3, 최고 농도는 11월 676.0 CFU/m3, 최저 농도는 4월 63.8 CFU/m3 로 나타났다. 계절별로는 가을 449.2 CFU/m3, 여름 296.3 CFU/m3, 겨울 199.6 CFU/m3, 봄 187.8 CFU/m3 순으로 높았다. 23시의 부유곰팡이 평균농도는 357.6 CFU/m3로 14시의 부유곰팡이 평균농도 208.9 CFU/m3보다 1.7배 높았다. 부유곰팡이 농도는 가을과 밤시간에 높은 경향을 보였다(Table 3).
부유곰팡이의 3일 배양 후 사진은 Table 4와 같으며, 포집일의 기상요소값과 부유곰팡이 농도는 Table 5에 정리하였다. 2018년 8월 23일, 2018년 11월 8일, 2019년 2월 19일, 2019년 3월 20일에는 강우가 발생하였으며, 그중 2018년 8월 23일은 강한 바람과 강우를 동반한 19호 태풍 솔릭의 영향이 있었다. 또한 2019년 3월 5일(낮, 밤), 3월 20일(낮)에는 황사/미세먼지 경보가 있었다. 부유곰팡이 농도는 태풍발생일인 2018년 8월 23일에 낮 508.0 CFU/m3, 밤 361.3 CFU/m3, 강우발생일인 2018년 11월 8일에 낮 1080.0 CFU/m3, 밤 1274.7 CFU/m3, 2019년 2월 19일에 낮 34.0 CFU/m3, 밤 933.3 CFU/m3, 2019년 3월 20일에는 낮 218.0 CFU/m3, 밤 1016.0 CFU/m3로 강우시간대와 강우누적시간대에서 급격히 증가하였다. 황사/미세먼지발생일인 2019년 3월 5일에 낮 58.0 CFU/m3, 밤 100.0 CFU/m3, 3월 20일에 낮 218.0 CFU/m3로 나타났다. 평일에 비해 강우발생일과 태풍발생 일의 부유곰팡이 농도는 급격한 상승이 확인되었으나 황사/미세먼지발생일의 부유곰팡이 농도는 뚜렷한 변화가 없었다. 곰팡이 종류도 다르게 구분되었는데 평일에 비해 강우발생일과 태풍발생일의 곰팡이 종류는 각각 다른 차이를 보였으나 황사/미세먼지발생일은 평일과 다르지 않았다. 강우, 태풍, 황사/미세먼지 등 기상현상에 따라 부유 곰팡이 농도, 종류, 우점이 다르게 나타났다.
3.2. 기상 특성
2018년 8월 7일부터 2019년 7월 23일까지의 기상 요소를 관측한 연간값과 계절값을 Table 6에 정리하였다. 14시(낮), 23시(밤)의 기상요소 관측값에 대한 정리결과, 평균기온은 낮 18.1℃, 밤 12.3℃로 낮이 5.8℃ 높았고 평균상대습도는 낮 49.6%, 밤 71.2%로 밤이 21.6% 높았다. 평균이슬점 온도는 낮 6.6℃, 밤 7.0℃로 밤이 0.4℃ 높았다. 평균풍속은 낮 1.4 m/s, 밤 0.6 m/s로 낮이 0.8 m/s 빨랐다. 주풍향은 낮 247.5° (WSW), 밤 270° (W)로 나타났다. 평균해면기압은 낮 1016.0 hPa, 밤 1016.4 hPa로 밤이 다소 높았고 총강수량은 누적기준 낮 27.2 mm, 밤 58.8 mm로 나타났으며 강수일수는 낮 3일, 밤 4일로 나타났다. 평균일사세기는 낮 549.4 W/m2, 밤 0 W/m2, 총증발량은 낮 8.4 mm, 밤 0.7 mm로 낮이 7.7 mm 많았다. 평균자외선지수는 낮 3.2, 밤 0.0으로 나타났다. 계절별 정리결과, 평균온도는 여름, 봄, 가을, 겨울 순으로 높게 나타났으며 평균상대습도는 여름, 가을, 겨울, 봄 순으로 높았다. 총강수량은 가을, 겨울, 봄, 여름 순으로 많았으며 강수일수는 계절별 1일씩 동일하였다. 일사세기는 봄, 여름, 가을, 겨울 순으로 높았다(Table 6). 특이사항으로는 태풍이 2018년 8월 23일에 있었고, 강우는 2018년 8월 23일, 2018년 11월 8일, 2019년 2월 19일, 2019년 3월 20일에 발생하였으며, 황사/미세먼지가 2019년 3월 5일과 3월 20일(14시)에 극심하였다.
3.3. 부유곰팡이 농도와 기상요소간 상관성 분석
부유곰팡이 농도와 기상요소간 상관성 분석 결과, 부유곰팡이 농도는 강수량과는 0.718(p<0.01), 강수일수와는 0.687(p<0.01), 상대습도와는 0.627(p<0.01)로 강한 양의 선형 상관성이 나타났으며, 이슬점온도와는 0.300(p<0.05)으로 약한 양의 선형 상관성이 나타났다. 반면, 일사량, 증발량, 자외선지수, 기압과는 약한 음의 선형 상관성이 확인되었다(Table 7).
4. 고 찰
4.1. 부유곰팡이 농도
본 연구에서 부유곰팡이 농도는 가을과 밤시간에 높은 경향을 보였다. 가을철에 높았던 이유는 곰팡이의 농도는 그 발생원인 식물체의 부패와 관련이 깊은데(Chakraborty et al., 2000), 가을철에는 풍부한 죽은 식물체, 적절한 온도와 습도 등 곰팡이 농도 증가가 유발되는 조건이 형성되기 때문이다(Sarica Okten et al., 2005). 그 다음으로 높은 습도 조건을 가지는 계절순으로 부유곰팡이 농도가 증가하는 것으로 판단되었다. 이는 곰팡이 농도가 가을과 여름이 가장 높고, 겨울과 봄이 가장 낮았다는 다수의 연구결과와도 일치하고 있다(Shelton et al., 2002;Sautour et al., 2009;Wang et al., 2010; National Research Institute of Cultural Heritage, 2018). 또한, 부유곰팡이 농도는 밤시간에도 높게 나타났는데 이는 밤의 상대습도가 높기 때문이다. 상대습도는 곰팡이 생존력에 영향을 주는 민감한 인자인데(Abdel Hameed et al., 2012), 높은 습도, 구름낀 날씨는 성장세포의 군집을 이루어 공기중 곰팡이의 생존력을 증가시키고(Zhu et al., 2003), 포자 확산에도 기여하는 것으로 나타났다(Oliveira et al., 2009). 본 연구에서 부유곰팡이 농도는 강우시, 강우시작직후, 강우종료직후 모두에서 급격히 증가하였는데, 이는 강수조건의 경우, 대기 곰팡이 포자를 제거함으로써 부유곰팡이 농도를 감소시킨다는 일부 연구자(Burge and Rogers, 2000;Weber, 2003;Wang et al., 2010)와 다른 결과를 보였다. 이와 관련하여 향후 장마와 같은 연속 강우나 강설 조건에서의 부유곰팡이 농도를 확인할 필요가 있다. 황사/미세먼지 경보가 있었던 2019년 3월 5일(낮, 밤), 3월 20일(낮)에는 부유곰팡이 농도의 뚜렷한 증가나 감소가 나타나지 않았는데 이는 황사발생시 세균농도는 증가하나 곰팡이농도는 영향을 받지 않는다는 결과(Koh et al., 2012)와도 일치하였다.
4.2. 기상 특성
부유곰팡이 농도 증감이나 거동에 대한 상관성 파악을 위해 평균기온, 평균상대습도, 평균이슬점온도, 평균풍속, 주풍향, 평균해면기압, 총강수량, 강수일수, 평균일사세기, 총증발량, 평균자외선지수를 알아보았다. 하루 일기에 있어서 부유곰팡이의 증감에 대하여 평균기온, 평균상대습도, 총강수량, 강수일수가 중요한 기상요소로 파악되었으나, 계절로 구분하였을 때 부유곰팡이 농도순위는 특정 기상요소의 계절별 순위를 따르지 않고 가을, 여름, 겨울, 봄 순으로 나타났다. 이것으로 보아 부유곰팡이의 생태적 지위 즉, 식물체의 분해자라는 자연계에서의 역할이 가을철에 우선 반영되었으며, 다음으로 상대습도의 계절별 순위를 따르는 것으로 확인되었다. 다시 말해 가을철에는 낙엽, 1년생 식물종 등 다양한 식물체의 부패 요구가 많아지므로 이런 가을철 환경 내의 영양 상태는 에너지 흐름이나 생태계 내의 영양 순환속에서 부유곰팡이의 기여와 농도 증가를 일으키기 때문이다(Maier et al., 2010).
4.3. 부유곰팡이 농도와 기상요소간 상관성
24절기마다 14시, 23시 정각에서 획득된 부유곰팡이 농도, 기상자료를 토대로 부유곰팡이 농도와 기상요소간 상관성 분석 결과, 부유곰팡이 농도는 강수량과는 0.718(p<0.01), 강수일수와는 0.687(p<0.01), 상대습도와는 0.627(p<0.01)로 강한 양의 선형 상관성이 나타났고 이슬점온도와는 0.300(p<0.05)으로 약한 양의 선형 상관성이 나타났다. 반면, 일사량 –0.341(p<0.05)을 포함하여 증발량, 자외선지수, 기압과는 약한 음의 선형 상관성이 확인되었다. 이러한 결과는 일평균 부유곰팡이 농도와 일평균 기상값으로 상관성 분석을 실시하여 부유곰팡이 농도와의 선형 상관성이 강수일수 0.752(p<0.01), 상대습도 0.666(p<0.05), 강수량 0.657 (p<0.05), 일사량 –0.614(p<0.05)로 나타난 앞선 연구결과(Kim et al., 2018)와 비교하였을때 상관성 순위 변화와 상관관계가 추가 도출되었다. 따라서, 본 연구결과를 1일 평균값, 14시 정각값, 23시 정각값으로 구분하여 상관성 분석결과를 비교해보았다. 일평균 부유곰팡이 농도와 일 평균 기상값으로 정리하여 상관성 분석을 실시한 결과는 강수량 0.872(p<0.01), 상대습도 0.758(p<0.01), 강수일수 0.745(p<0.01), 일사량 –0.447(p<0.05)로 나타났고 14시 정각의 부유곰팡이 농도와 14시 정각 기상값으로 정리하여 상관성 분석을 실시한 결과는 강수일수 0.591(p<0.01), 상대습도 0.537(p<0.01)로 나타났으며, 23시 정각의 부유곰팡이 농도와 23시 정각 기상값으로 정리하여 상관성 분석을 실시한 결과는 강수량 0.850(p<0.01), 강수일수 0.772(p<0.01), 상대습도 0.710(p<0.01)으로 나타났다. 이와 같이 측정자료를 일평균과 시간대별로 구분하였을 때도 부유곰팡이 농도와 관련하여 강수량, 강수일수, 상대습도가 주요 기상요소임을 모든 경우에서 재확인할 수 있었으며 낮보다는 밤에서 상관계수가 높았다. 향후 장마와 같은 연속 강우나 강설시 부유곰팡이 농도 증감 변화에 대한 확인이 필요하며 더 나아가 부유곰팡이 종별 농도와 기상요소간의 상관성도 분석이 필요하다.
5. 결 론
1. 부유곰팡이 농도는 월별로는 11월이 가장 높았고 4월이 가장 낮았으며 계절별로는 가을, 여름, 겨울, 봄 순으로 높았다. 일간에서는 23시가 14시 보다 1.7배 높았다. 가을과 밤시간에 높았던 이유는 가을에는 낙엽 등 죽은 식물체의 증가가 그 원인이며, 밤시간은 낮시간 대비 높은 상대습도 때문이었다. 강우, 태풍, 황사/미세먼지에 따라 부유곰팡이 농도, 종류, 우점은 달랐다.
2. 14시(낮)는 평균기온, 평균풍속, 평균풍속, 평균일사세기, 총증발량이 높거나 많았으며 23시(밤)는 평균상대습도, 평균이슬점온도, 총강수량, 강수일수가 높거나 많았다. 계절별로는 평균온도는 여름, 봄, 가을, 겨울 순으로 높게 나타났으며, 평균상대습도는 여름, 가을, 겨울, 봄 순으로 높았다. 총강수량은 가을, 겨울, 봄, 여름 순으로 많았으며 강수일수는 계절별 1일씩 동일하였다. 일사세기는 봄, 여름, 가을, 겨울 순으로 높았다. 부유곰팡이 측정일에 발생한 특이사항으로는 태풍, 황사/미세먼지가 있었다. 부유곰팡이 농도순위는 특정 기상요소의 계절별 순위를 따르지는 않고 가을, 여름, 겨울, 봄 순으로 나타났는데 이것은 가을이 죽은 식물체의 발생 증가 시점이자 부유곰팡이의 증식과 활성이 큰 시기인 점이 우선 작용되고 다음으로 상대습도의 계절별 순위를 따르는 것으로 해석된다.
3. 부유곰팡이 농도는 강수량, 강수일수, 상대습도와 강한 양의 선형 상관성이 나타났다. 이 결과는 부유곰팡이 농도와 기상요소 일평균값, 14시 관측값, 23시 관측값에 대하여 각각 실시한 상관석 분석에서도 재확인되었다. 강수량, 강수일수, 상대습도는 야외 부유곰팡이의 농도 증감이나 거동에 영향을 미치는 주요 기상요소임을 확인할 수 있었다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
