토양-작물-인간 간 오염 전이 경로 모델링

1. 토양-작물 오염 전이(Soil-to-Crop Transfer) 메커니즘
토양은 다양한 오염물질이 초기 축적되는 핵심 저장고로, 미세플라스틱, 중금속, 농약, 유기 오염물질 등 다층적 오염원이 존재한다. 이러한 오염물질은 뿌리 흡수, 근권 미생물 매개, 물리적 부착 등 여러 경로를 통해 작물로 전이된다. 모델링 관점에서 토양-작물 전이는 토양 내 오염물 농도, 수분, pH, 유기물 함량, 토양 구조와 같은 변수를 고려해 뿌리 흡수율과 근권 이동성을 수치화한다. 예를 들어 미세플라스틱의 경우 입자 크기와 표면 화학 특성에 따라 뿌리 흡수 확률이 달라지고, 유기농약이나 중금속은 흡착과 탈착, 복합체 형성 여부가 전이율을 결정한다. 이를 기반으로 토양-작물 전이 모델은 오염물 농도의 공간적·시간적 변화를 예측하며, 작물별 민감도와 오염 누적 패턴을 평가하는 핵심 도구로 활용된다.

2. 작물 내 흡수·축적(Crop Uptake and Accumulation) 모델링
작물 내 흡수 및 축적 과정은 토양-작물 전이 모델의 핵심 단계로, 오염물의 이동 경로와 생리적 영향이 복합적으로 작용한다. 모델링에서는 작물 종류, 생장 단계, 뿌리 구조, 수분·양분 흡수 효율, 대사 변환율 등을 고려해 각 오염물질의 내·외부 농도를 수치화한다. 미세플라스틱은 뿌리에서 줄기와 잎으로 이동 가능성이 작지만, 복합 오염물이나 나노 크기 입자는 세포 내 엔도사이토시스 경로를 통해 축적될 수 있다. 또한 중금속·농약은 조직별 축적 차이가 뚜렷해 모델에서는 잎·줄기·열매·근의 농도 분포를 예측하며, 이를 바탕으로 인간 섭취 경로에 대한 초기 입력값으로 활용된다. 이 과정은 생리학적 변수를 정량화함으로써 농업 생산성과 식품 안전성 평가를 동시에 가능하게 한다.

 

3. 작물-인간 전이(Human Exposure via Crops) 시나리오
작물에 축적된 오염물질은 인간 섭취를 통해 식품 사슬로 연결된다. 모델링에서는 평균 섭취량, 조리·가공 과정에서의 잔류율, 인구별 식습관과 노출 기간 등을 고려해 인간 노출 수준을 예측한다. 미세플라스틱의 경우, 세척·조리 과정에서 일부 제거되지만, 나노 입자 및 흡착된 유해 물질은 쉽게 섭취될 수 있다. 농약과 중금속은 조리 과정에서 화학적 변형이 발생할 수 있으며, 일부는 체내 축적 가능성이 높아 장기 노출 시 독성 평가가 필요하다. 이를 기반으로 모델은 노출 평가 지표(예: 하루 섭취량, 체중 대비 농도, 잠재적 건강위험)를 제공하며, 정책적 위해성 관리 및 안전 기준 설정에 필수적인 데이터로 활용된다.

 

4. 통합 모델링(Integrated Modeling)과 관리 전략
토양-작물-인간 간 전이 모델은 다양한 환경 변수, 생리학적 특성, 사회적 요인을 통합하는 다층 모델로 구축된다. 수치 모델링, GIS 기반 공간 모델, 확률론적 시뮬레이션 등을 활용하면 오염물의 축적·이동·노출 경로를 정량적으로 예측할 수 있다. 이를 통해 특정 농업 환경에서의 미세플라스틱, 농약, 중금속 등 오염물질 위험도를 평가하고, 작물별 안전한 재배 전략과 인간 건강 보호 방안을 제시할 수 있다. 또한 모델 결과는 토양 관리, 관개수 처리, 비료·농약 사용 최적화, 정책적 규제 수립 등 실질적 관리 전략을 설계하는 근거가 된다. 향후 연구에서는 실측 데이터와 장기 모니터링 자료를 결합해 모델 신뢰성을 높이고, 기후변화·토양 다양성 등 외부 요인을 통합해 더욱 현실적인 시나리오 분석이 필요하다. 결국 통합 모델링은 농업생태계 안전성과 인간 건강을 동시에 보호하는 핵심 도구로 자리 잡는다.