Assessment of Health Hazards in Agricultural Work in South Korea : Focusing on PM10, Heat Exposure, and Heavy Material Handling = 국내 농작업의 건강 유해요인 평가:PM10, 온열 노출, 중량물 취급을 중심으로

국문 초록 (Abstract)

국내 농작업이 이루어지는 환경에는 농업인의 안전과 건강을 위협하는 여러 유해∙위험요인이 혼재하고 있다. 그중 다양한 직업적 질병의 위험을 초래할 수 있는 소음, 진동, 온열, 농약, 분진, 가스상 물질, 생물학적 요인, 근골격계 부담 등 여러 건강 유해요인이 존재한다. 농업 분야의 건강 유해요인들은 대상 요인에 따라 여러 부처와 법, 제도, 정책 등으로 관리되고 있다. 본 연구에서는 농작업 환경에서의 산업보건학적 건강 유해요인들을 대상으로 국가적 차원의 관리 현황과 연구 동향을 고찰하였으며, 최종적으로 미세먼지, 온열 노출, 중량물 취급 작업을 선정하였다. 본 연구는 세 가지 건강 유해요인에 대해 정량적으로 평가하여 노출 수준을 분석하고, 관리 방안을 일부 고찰하고자 하였다.
농작업 환경에서 발생하는 입자상 물질 중 입자의 직경이 10 µm 이하인 미세먼지(PM10)를 대상으로 하였다. 평가를 위해 노지 10곳, 하우스 2곳의 총 12개 농가를 섭외하였으며, 과거 연구와 현장 상황을 고려하여 대표 작업을 수확, 경운정지, 파종, 정식, 순지르기 작업으로 선정하였다. 농작업 장소에서의 지역 시료와 농업인의 개인 시료를 직독식 방법으로 측정하였으며, 농업기계 사용 여부를 확인하였다. 시설하우스 내에서의 미세먼지 농도는 야외 작업보다 높은 경향을 보였으며, 야외 작업 시의 농도는 국가 미세먼지 예보 농도와 큰 차이를 확인할 수 없었다. 5개의 작업에서 평균 질량 농도의 유의한 차이가 있었으며, 특정 농작업(즉, 파종, 경운정지 등)에서는 농업기계를 사용하므로 간헐적으로 높게 발생하는 미세먼지 노출에 주의해야 함을 알 수 있었다. 특히, 농업기계를 사용할 때에는 운전석과 그 주변에서 상대적으로 농도가 높은 것을 확인할 수 있었기에 각별한 주의가 필요하다. 이 결과는 작업 방식에 따라 노출 감소와 예방 관리를 다르게 수립해야 함을 시사하고, 올바른 호흡보호구 선정, 교육 및 홍보자료 개발, 연구개발과제의 기초자료에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
전 세계적으로 기온이 상승함에 따라 농업 분야에서의 온열 노출도 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 3곳의 시설하우스를 대상으로 2020년, 2021년의 여름철(6월~9월 일부)에 내부와 외부의 습구흑구온도(WBGT)를 측정하였다. 또한, 기상청의 종관기상관측자료 건구온도 및 국제 기준(ACGIH-TLV, ISO)과 비교하여 안전한 작업 수칙을 모색하고자 하였다. 측정 월별로 비교하였을 때, 하우스 내부의 건구온도는 기상청에서 예보하는 건구온도와 일부 차이를 보였으며, 하우스 외부보다 WBGT지수가 높게 나타났다. 또한, 실내외 WBGT지수는 하우스 내부의 환경(예, 그늘, 습도 등)에 따라 차이가 변화함을 확인할 수 있었다. 국제 기준의 작업 대사율과 고열 순응에 따라 위험한 작업 시간대가 약간의 차이를 보였으나, 오전 8시부터 오후 7시까지는 위험할 것으로 나타났다. 미국산업안전보건청(OSHA)의 온열 노출 관리 전략을 토대로 예방 방안을 고찰해볼 때, 국내 농작업 환경의 온열 관리는 휴식 시간, 그늘, 물 섭취 등은 기본이며 지방자치단체 등의 지원을 통한 취약 계층의 교육, 홍보와 농촌 지역의 응급 구조 체계 확충 등이 추가로 필요할 것이다.
근골격계 부담은 농업 분야에서 과거부터 중요한 문제로 다루어져 왔다. 그중, 농업 분야 전반으로 수행되는 중량물(수확상자) 취급 작업을 대상으로 기존 상자와 손잡이가 개선된 상자(즉, 손잡이 회전에 따른 손목 각도 변화)에 대해 인간공학적 자세평가, 상체 7개 근육 부위의 근전도 분석, 주관적 불편도 조사를 수행하였다. 평가는 4명의 피실험자를 대상으로 상자를 들고 일정 거리를 이동하는 실험을 대상으로 하였다. 손잡이 형태에 따라 4개의 자세평가(RULA, REBA, OWAS, AWBA) 결과는 REBA에서만 감소하는 경향을 보였으나, 평가도구의 특성상 유의미한 결과를 확인할 수 없었다. 회전식 손잡이에 따라 손목 각도가 변화하면서 상자를 올바른 자세로 들어올릴 때에 상완 이두근과 척추 기립근에서는 근활성도가 증가하는 반면, 다른 5개 부위에서는 감소하는 경향으로 나타났다. 또한, 전신과 국소부위의 주관적 불편도 조사 결과, 전체적으로 회전식 손잡이의 개선된 상자를 사용할 때 점수가 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과상, 중량물을 취급할 때 손목 각도의 변화로 올바른 작업자세를 유지하여 불필요한 근활성도를 줄여 근골격계 부담을 일부 감소시킬 수 있을 것으로 판단하였다.
본 연구는 국내 산업안전보건 영역 중 유해요인의 노출 수준과 특성이 충분히 드러나지 못한 농업 분야를 대상으로 하였다. 국내 농업인의 안전재해 예방 관련 활동은 대부분 농촌진흥청에서 담당하고 있으며, 농림축산식품부, 고용노동부 등이 연계하여 안전보건을 전반적으로 관리하고 있다. 농업 분야에서도 근로 형태를 가지는 대규모 농가는 산업안전보건법 등의 안전보건 관련 법과 제도에 적용 대상이나, 자영 농업인 등 소규모 농가는 예방 관리에 취약한 상황이다. 이러한 예방 관리 전략을 수립하기 위해서는 농작업 환경에서 발생하는 유해∙위험요인의 특성과 노출 양상 등을 기본적으로 확인할 필요가 있다. 결론적으로 농촌진흥청과 관련 기관에서는 소규모 농가와 자영 농업인을 대상으로 안전보건 연구, 지도사업을 수행하고 있으나, 건강 유해요인에 대한 활발한 연구와 지원도 지속해서 이루어져야 할 것이다. 본 연구의 결과는 현재 진행 중인 여러 예방 관리 정책과 교육, 지도 사업 및 연구개발의 근거 자료로 활용될 것이라 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Agriculture was known as one of the three most hazardous industries, alongside construction and mining. Recently, agriculture has been expanding into various fields to generate additional income and value. As a result, new occupational safety and health risks have been identified in agricultural workplaces, while previous issues needed managements. This study specifically focused on particulate matter, heat exposure, and musculoskeletal burden task through review national-level management strategies and previous research trends in Korea. The objectives of this study were as follows: (1) to analyze the exposure characteristics of the PM10 by five tasks and evaluate the impact of machinery use for the PM10 exposure reduction; (2) to measure the temperature indices in open fields and greenhouses during summer, assess wet-bulb globe temperature (WBGT) indices, and establish safe working hours and guidelines; and (3) to conduct an ergonomic risk assessment of heavy load handling with harvest basket, and evaluate improved effects of novel harvesting basket with rotational handle (RHB).
Particulate matter (PM10)
PM10 was monitored in 12 farms, which were measured in workplaces and breathing zones by five and agricultural machinery use. When examining the PM10 concentration by task, the harvesting task showed the highest mean PM10 concentration at 60.3 µg/m³ (95% CI: 50.1, 72.7), followed by plowing, sowing, cutting, and planting task with 55.7 µg/m³ (95% CI: 43.2, 71.7), 55.4 µg/m³ (95% CI: 32.7, 94.0), 46.7 µg/m³ (95% CI: 24.5, 89.3), and 38.3 µg/m³ (95% CI: 24.3, 60.5), respectively. Peak identification showed that background PM10 concentrations during harvesting tasks consistently higher than other tasks. Sowing and plowing tasks resulted in the high PM10 concentrations at the work site. The mean PM10 concentrations for farmers using agricultural machinery was 75.2 µg/m³, followed by 55.2 µg/m³ in machine-use areas, 39.8 µg/m³ in non-machine areas, and 30.6 µg/m³ for farmers not using tractors (p < 0.001). These findings shows that specific controls should be established to reduce exposure to PM10 depending on task types or agricultural machinery use.
Heat exposure
Heat exposure assessment was conducted by wet-bulb globe temperature monitoring over two summers (2020–2021) inside and outside greenhouse. The results showed significantly higher dry-bulb temperatures inside greenhouses (August 2020, 30.3 ± 6.0°C; July 2021, 29.4 ± 5.9°C) compared to ASOS data (August 2020, 28.2 ± 2.5°C; July 2021, 28.7 ± 2.8). In greenhouses, the highest WBGT indices were recorded in August 2020 and July 2021 (29.1 ± 4.8°C, 28.0 ± 4.5°C), which were significantly higher than outside WBGT indices (p < 0.001). Time-series analysis showed a similar trend in temperature fluctuations, but greenhouse WBGT indices remained consistently higher than ASOS and external data. According to the ISO standard, 26°C was the recommended WBGT threshold for workers not acclimatized to heat performing moderate tasks. Based on this study’s results, critical cautionary time was recommended from 08:00 to 19:00. In addition, we recommend working and rest time by applying the ACGIH-TLV. These findings provide safety working time and practical controls in greenhouses.
Heavy Material Handling
Ergonomic posture assessment, electromyography (EMG) evaluation in seven upper-body parts, and subjective discomfort survey were conducted. As results, the use of the RHB (13.6 ± 9.8% MVC) was found to reduce the muscle activity compared to the typical basket (TB) (17.4 ± 9.7% MVC) (p < 0.001). Especially, the improved baskets with a rotating handle showed reduced EMG activity in five muscle parts, although two muscle groups (biceps brachii and erector spinae) increased activity. Subjective discomfort indicated significant reductions in overall body discomfort (TB, 13.9 scores; RHB, 8.4 scores) and localized hand strain when using the RHB (TB, 3.1 to 3.25 points; RHB, 1.25 to 1.40 points). These results suggest that the RHB could alleviate upper-body strain by improving posture and redistributing muscle exertion more effectively.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT ⅰ
• CONTENTS v
• LIST OF TABLES ix
• LIST OF FIGURES xi
• ABBREVIATIONS xv
• CHAPTER I. BACKGROUNDS 1
• 1.1. Korean agricultural works and health hazardous factors (HHFs) 3
• 1.1.1. HHFs in agricultural workplaces 3
• 1.1.2. Occupational diseases among Korean farmers 6
• 1.1.3. Characteristics and national management of HHFs 12
• 1.1.4. Selection of three HHFs for the assessment in this study 24
• 1.2. Literature reviews on characteristics of HHFs 26
• 1.3. Objectives and study design 37
• CHAPTER II. EXPOSURE ASSESSMENT ON PARTICULATE MATTER BY FIVE TASKS 41
• ABSTRACT 43
• 2.1. INTRODUCTION 45
• 2.2. MATERIALS AND METHODS 49
• 2.2.1. Study subjects 49
• 2.2.2. Area sampling 51
• 2.2.3. Personal sampling 53
• 2.2.4. National PM10 concentrations data 54
• 2.2.5. Data analysis 55
• 2.3. RESULTS 56
• 2.3.1. PM10 concentrations in workplaces and farmers 56
• 2.3.2. Peak pattern analysis for each task 61
• 2.3.3. PM10 concentrations by agricultural machinery use 64
• 2.3.4. PM10 concentrations by task type based on area sampling 66
• 2.4. DISCUSSION 69
• CHAPTER III. EVALUATION ON THE WET-BULB GLOBE TEMPERATURE INDEX IN GREENHOUSE 77
• ABSTRACT 79
• 3.1. INTRODUCTION 81
• 3.2. MATERIALS AND METHODS 84
• 3.2.1. Study design 84
• 3.2.2. Data collection 87
• 3.2.3. Data analysis 88
• 3.3. RESULTS 89
• 3.3.1. Comparison of ASOS data and dry-bulb temperature inside and outside greenhouses by month 89
• 3.3.2. Comparison of WBGT levels inside and outside greenhouses and the dry-bulb temperature from ASOS data 91
• 3.3.3. WBGT levels inside greenhouses by time period 96
• 3.4. DISCUSSION 98
• CHAPTER IV. ERGONOMIC IMPROVEMENTS OF AGRICULTURAL HARVEST BASKETS TO REDUCE THE MUSCULOSKELETAL BURDEN 109
• ABSTRACT 111
• 4.1. INTRODUCTION 113
• 4.2. MATERIALS AND METHODS 116
• 4.2.1. Experimental procedure 116
• 4.2.2. Participants 124
• 4.2.3. Data analysis 126
• 4.3. RESULTS 127
• 4.3.1. Results of posture assessment by basket types 127
• 4.3.2. Comparison of the EMG results by basket types 129
• 4.3.3. Results of the subjective discomfort levels by basket types 134
• 4.4. DISCUSSION 137
• CHAPTER V. SUMMARY AND CONCLUSIONS 145
• REFERENCES 153
• APPENDICES 181
• 국문 초록 207