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문제 정의
- 갯벌의 중금속 오염은 인체에 직접적인 위해를 끼치 는 것은 아니지만 해산물에 의한 생물학적 축적으로 인해 인간의 건강에 위해 문제가 간접적으로 초래될 수 있다. 본 연구에서 갯벌의 중금속 오염정도를 파악 하기 위해 복길리와 북항 갯벌에서 채취한 퇴적물의 중금속 종함량과 용출함량을 측정하였다(Eble 2). 갯 벌의 중금속 함량은 전체적으로 복길리에 비해 북항쪽 이 부화되어 있는 경향을 보였다.
- 그럼에도 불구하고 목포연안에 분포 하고 있는 갯벌환경에 대해서는 아직까지 기초적 조사 도 이루어진 바 없는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 목포연안 갯벌환경의 기초적 자료를 축적하기 위한 일환으로 도시를 배후로 하는 목포시 북항갯벌과 전형적인 농어촌 지역으로 비교적 청정도를 유지하고 있는 청계면 복길리 갯벌의 퇴적물 및 서식생물을 대상으로 갯벌의 물리적 특성 및 중금속의 오염도, 서식 생물체내의 중금속 부화정도를 조사하였으며, 그 결과를 바탕으로 목포연안 갯벌의 환경오염도를 비교 평가 하였다.
- 중금속들의 생물내 축적에 관한 정보를 얻고자 동일 채취지점에서의 갯벌중의 가용성 중금속 농도(해양공 정시험법에 의한 추출량)에 대한 생물내 농도비로서 정 의되는 생물축적률(bioaccumulation)을 겨〕산해보았다. 그 결과 Table 5에 나타낸 바와 같이 해조류인 파래의 경우 복길리와 북항 모두 Cd>Mn>Cu>Zn>Pb 순으 로 축적률이 높았으며, 갑각류인 게의 경우 복길리는 Cu>Cd>Mn>Zn>Pb 순의 축적률을 보였으나 북항에 서는 Cd>Cu>Mn>Zn>Pb 순으로 Cu에 비해 Cd의 축적률이 높게 나타났다.
제안 방법
- 45 gm 막박여과지를 이용하여 여과하였다. 그 여액을 대상으로 AAS 및 ICP-AES 를 이용하여 중금속 농도를 측정하고 건조중량당 함유 량(㎎/㎏ dry weight)으로 환산하였다.
- 45 |im 막박여과지를 이용하여 여과하였다. 그 여액을 대상으로 AAS 및 ICP-AES를 이용하여 중금속 농도를 측정하였다.
- 분말시료 0.5 g을 테프론 용기에 취하여 H2SO4 5ml 를 첨가하고 20UC 열판상에서 증발 건고하는 방식으로 유기물을 분해시킨 후 HN03(1.4ml)+HCl04(0.6 ml)을 첨가하고 밀폐한 다음 100±5、건조기에서 12 시간 가열하였다. 그 후 상온까지 방냉하고 200℃ 열 판 상에서 증발 건고시킨 다음 0.
- 063 mm)이하의 크기로 분쇄하였다(이하 분말시료). 분말시료 5g을 25m/ 도가니에 넣고 110℃ 건조기에서 항 량이 될 때까지 건조한 후 전기로를 이용하여 550℃ 에서 2시간 가열한 다음 무게변화로부터 강열감량(%) 을 구하였다.
- 유기물 함량을 조사하기 위하여 강열감량을 측정하였다. 강열감량이 곧 유기물 함량을 의미하는 것은 아 니지만 간접적인 지표로서 쓰인다.
- 채취된 퇴적물은 전처리 과정으로서 증류수로 탈염시키고, 30% 과산화수소(HQ, 로 유기물을 분해시켰 다. 전처리가 끝난 시료를 대상으로 Sedigraph 5100을 이용하여 입도분포를 분석하였다.
- 제조된 각각의 분석용액을 대상으로 AAS 및 ICPMS를 이용하여 해당 중금속 농도를 정량 분석하였다.
- 채취된 퇴적물은 전처리 과정으로서 증류수로 탈염시키고, 30% 과산화수소(HQ, 로 유기물을 분해시켰 다. 전처리가 끝난 시료를 대상으로 Sedigraph 5100을 이용하여 입도분포를 분석하였다.
대상 데이터
- 갯벌시료와 생물시료는 2003년 6월에 북항과 복길리 의 총 11개 지점에서 채취하였다(Fig. 1). 갯벌시료는 각 채취점의 국부적 불균일성을 극복할 수 있도록 최 소 Im?의 면적에서 일정량씩 5지점의 시료를 채취하여 혼합한 시료를 1개 시료로 하였다.
- 갯벌에 서식하는 생물체중의 중금속 축적정도를 조 사하기 위하여 해조류인 파래, 연체류인 개불 및 갑각 류인 게를 대상으로 생체내 중금속 함량을 측정하고 그 결과를 Table 5에 나타내었다. 대상 생물체 중 파 래와 게는 북항과 복길리 갯벌에서 공통적으로 서식하 였으나 개불은 복길리 갯벌에서만 서식하였다. 생물체 내의 중금속 함량은 지역 및 생물종에 관계없이 Mn>Zn>Cu>Cd>Pb 순으로 높게 나타나 대체로 갯 벌내 중금속 함량순과 일치하였다.
- 채취된 갯벌시료는 플라스틱 용기에 넣어 실험실로 운반하여 냉동 보관하였다. 생물시 료로는 해조류인 sj-zfl (pnteromorpha), 연체 류인 개불(Urechis unicinctus), 갑각류인 펄콩게(Iloplax deschampsi)i 대상으로 하였으며 파래와 개불은 갯벌 시료와 동일한 지점에서 각각 채취하였고, 펄콩게는 활 동반경이 넓다는 점을 감안하여 갯벌시료 채취점과 상 관없이 각 지역에서 무작위로 채취하여 혼합한 시료를 각 지역의 대표시료로 하였다. 각 생물시료는 비닐 팩 에 넣어 실험실로 운반한 다음 증류수로 충분히 세척 하고, 전기건조기를 이용하여 완전히 건조시킨 후 분 쇄하여 분말시료로 보관하였다.
- 갯벌시료는 각 채취점의 국부적 불균일성을 극복할 수 있도록 최 소 Im?의 면적에서 일정량씩 5지점의 시료를 채취하여 혼합한 시료를 1개 시료로 하였다. 시료채취는 직경 5 cm의 플라스틱제 채취관을 이용하여 깊이 $20 cm의 갯벌을 대상으로 하였다. 채취된 갯벌시료는 플라스틱 용기에 넣어 실험실로 운반하여 냉동 보관하였다.
- 1). 갯벌시료는 각 채취점의 국부적 불균일성을 극복할 수 있도록 최 소 Im?의 면적에서 일정량씩 5지점의 시료를 채취하여 혼합한 시료를 1개 시료로 하였다. 시료채취는 직경 5 cm의 플라스틱제 채취관을 이용하여 깊이 $20 cm의 갯벌을 대상으로 하였다.
이론/모형
- 용출실험은 각 원소별로 해양환경공정시험방법 (1997) 에 의거하여 다음과 같이 실시하였다.
성능/효과
- 1) 북항 및 복길리 갯벌은 모두 sand 함량이 매우 낮은 펄갯벌에 해당하였으며, 공통적으로 silt질이 우세 한 가운데 복길리 갯벌은 clay함량이 상대적으로 높아 silty-clay질로, 북항 갯벌은 silt질 갯벌로 분류되었다.
- 2) 퇴적물중의 각 중금속 총함량은 복길리쪽에서는 Zn이, 북항쪽에서는 Mn과 Cu가 상대적으로 더 높았 으나 가용성염을 나타내는 용출함량으로는 지역적 차이가 없는 Cd을 제외하고 모두 북항쪽이 높았다. 총 함량에 대한 중금속 용출비는 Pb(48±19%)>Cu(20+ ll%)>Zn (18±9%)>Mn(13±2%)>Cd(6+1%), 중금 속별 용출함량은 Mn(32-53 ㎎/㎏)>Zn(14-42 ㎎/㎏) >Cu(2.
- 3) 생물체의 중금속별 축적량은 지역 및 생물종에 관 계없이 Mn>Zn>Cu>Cd>Pb순이었으며, 퇴적물의 용 출함량 대비 생물축적률은 생물에 따라 다양하여 Pb와 Cu는 게에서, Zn과 Cd는 개불에서, Mr으 파래에서 가장 높았으나 평균적으로는 지역에 관계없이 Cd>Cu> Mn>Zn>P時이 었다.
- 4) 생물종에 관계없이 북항쪽은 Pb, Zn, Cu가, 복길 리쪽은 근소하게나마 Mn, Cd이 상대적으로 높은 생물 축적량을 나타내었다. 특히 각 지역에서 생물축적량이 더 높은 중금속들은 해조류인 파래와 퇴적물내 중금속 함량이 서로 비례적인 관계를 보이는 반면 상대적으로 생물축적량이 낮은 중금속은 오히려 반비례적 관계가 더 우세하게 나타나는 등 상반된 특성을 보였다.
- 5) 이상의 결과로부터 갯벌의 중금속 오염도는 북항 쪽이 상대적으로 높았으며 특히 이 지역의 갯벌에서 Zn과 Cu, 미약하지만 眼 오염이 축적되고 있음을 알 수 있었다. 반면 복길리쪽은 뚜렷한 중금속 오염징 후는 나타나지 않았으나 미약하게나마 Cd의 생물축적 이 상대적으로 높은 경향을 보였다.
- Mn 총 함량은 복길리가 25a317mg4^(279±27mgkg), 북항이 298-329n@kg(312土 llmgkg)으로 북항이 약招 부화되어있는 경향을 보였으나 전체적으로 새만금 지역 116.7-397 ㎎/㎏과 유사한 수준이었다. 용출량 역시 북 항쪽이 43±5mgkg으로 복길리쪽 37±8榆kg에 비해 약간 높은 수준을 보였다.
- , 2004). 각 중금속의 생물 내 축적률은 평균적으로 Pb가 0.22±0.19匹로 가장 낮 았으며, Zn이 3.37+1.78, Mn이 4.97 + 1.78, Cu가 6.39±5.37, Cd이 10.25±1.61 순으로 높게 나타났다. 황갑수 등(2002)은 Mn과 Pb가 생물체의 대사 활동에 필요한 미량 원소들로, 이들의 생물체내 흡수, 대사과 정이 생물학적 기전에 의해 조절되어짐으로서 생물체 내 축적경향이 유사하다고 하였다.
- 중금속들의 생물내 축적에 관한 정보를 얻고자 동일 채취지점에서의 갯벌중의 가용성 중금속 농도(해양공 정시험법에 의한 추출량)에 대한 생물내 농도비로서 정 의되는 생물축적률(bioaccumulation)을 겨〕산해보았다. 그 결과 Table 5에 나타낸 바와 같이 해조류인 파래의 경우 복길리와 북항 모두 Cd>Mn>Cu>Zn>Pb 순으 로 축적률이 높았으며, 갑각류인 게의 경우 복길리는 Cu>Cd>Mn>Zn>Pb 순의 축적률을 보였으나 북항에 서는 Cd>Cu>Mn>Zn>Pb 순으로 Cu에 비해 Cd의 축적률이 높게 나타났다. 또한 연체류인 복길리의 개 불은 Cd>Zn>Mn>Cu>Pb의 순으로 축적률이 높아지 는 등 지역 또는 생물종에 따라 생체내에 중금속이 축 적되는 특성이 다르게 나타났다.
- 68 ㎎/㎏의 범위로 나타나 총 함량의 6%에 불과할 정도로 대부분이 불용성 형태로 존재하였다. 그 럼에도 불구하고 그 범위는 군장저질의 평균값 0.15 ㎎/㎏에 비해 월등히 높았으며 상대적으로 오염 도가 높은 군산공단 인근 저질토의 0.67 ㎎/㎏에 근접 하는 수준으로 북항과 복길리 갯벌 모두 가용성 Cd을 오염지역 수준으로 함유하고 있음을 나타내었다.
- Mne 만성적으로 노출 될 경우 그 중독증상으로 추체외로(extrap-yramidal)계 의 장애를 초래하는 것으로 알려져 있다. 따라서 조사 지역의 갯벌에서 산출되는 생물체를 장기간 섭취할 경우 Mn 중독장애의 가능성이 우려되었다.
- 그 결과 Table 5에 나타낸 바와 같이 해조류인 파래의 경우 복길리와 북항 모두 Cd>Mn>Cu>Zn>Pb 순으 로 축적률이 높았으며, 갑각류인 게의 경우 복길리는 Cu>Cd>Mn>Zn>Pb 순의 축적률을 보였으나 북항에 서는 Cd>Cu>Mn>Zn>Pb 순으로 Cu에 비해 Cd의 축적률이 높게 나타났다. 또한 연체류인 복길리의 개 불은 Cd>Zn>Mn>Cu>Pb의 순으로 축적률이 높아지 는 등 지역 또는 생물종에 따라 생체내에 중금속이 축 적되는 특성이 다르게 나타났다. 이러한 결과는 각 중 금속마다 생체내 축적정도가 생물종은 물론 서식지의 환경에 따라 다르게 나타날 수 있기 때문이다(Hung et al.
- 복길리와 북항 갯벌의 퇴적물내에 함유되어있는 중금 속들의 상호 수반성을 고찰하기 위하여 완전용해에 의한 총 중금속 함량간 및 해양공정법에 의해 추출된 가 용성 중금속 함량간 상관계수를 구해본 결과 Table 3과 Table 4에 나타낸 바와 같이, 중금속간 상관성은 지역 및 전처리 방법에 따라 매우 달라지는 특성을 보였다. 복길리의 경우 총 함량에서는 Mn-Cu가 0.
- 복길리와 북항 갯벌의 퇴적물내에 함유되어있는 중금 속들의 상호 수반성을 고찰하기 위하여 완전용해에 의한 총 중금속 함량간 및 해양공정법에 의해 추출된 가 용성 중금속 함량간 상관계수를 구해본 결과 Table 3과 Table 4에 나타낸 바와 같이, 중금속간 상관성은 지역 및 전처리 방법에 따라 매우 달라지는 특성을 보였다. 복길리의 경우 총 함량에서는 Mn-Cu가 0.9이상, Cd- Mn과 Cd-Cu가 0.5이상의 양의 상관성을, Pb는 Zn을 제외한 모든 원소와 강한 음의 상관성을 나타내는 반면 용출량에서는 Zn과 Mn, Cu의 상관성이 0.6이상으로 가장 좋았으며 총 함량에서 -0.5이하의 상관성을 보였 던 Pb와 Cu, Cd는 오히려 0.4이상의 양의 상관성을, 0.9이상의 상관성을 보였던 Mn-Cu는 -0.2이하의 음의 상관성을 보였다. 한편 북항의 경우 총 함량에서는 Pb-Zn, Pb-Cu, Zn-Cu, Mn-Cd이 0.
- 지역적으로 는 북항 갯벌의 경우 모든 시료가- silt질에 속하는 반면 복길리 갯벌의 경우 silt질과 silty clay질이 혼재하는 양상을 보여 복항에 비해 상대적으로 clay 함량기 높은 갯벌특성을 보였다. 유기물 함량의 간접적 지표가 되는 강열감량은 복길리가 43-5.8%, 북항이 3.247%의 범위를 보여 도시를 배후로 하는 북항 갯벌에 비해 전형 적인 농어촌 기반을 갖는 복길리 갯벌 쪽이 약간 높은 경향을 보였다. 그럼에도 불구하고 육안적 관찰에서는 북항의 갯벌은 표층하 5-10cm 부근에서 검은 색의 환원성 띠가 나타나는 등 복길리 갯벌에 비해 유기 오염 도가 상대적으로 심화되어 있는 양상을 나타냈다.
- 따라서 인위적 오염원의 중금속은 대부분 퇴적물에서 불안정하고 용출되기 쉬운 형태로 존재한다(Pempkowiase et al” 1999). 이러한 기존연구들을 바탕으로 볼 때 조사지역에서 보여지는 갯벌파래 중 금속 상호관계의 차이는 퇴적물내 중금속중 생물이 이 용 가능한 존재형태의 상대적 함량 즉 인위적 오염원으 로부터 유입되는 중금속 함량의 차이와 성장기간 및 속 도 등 생물개체 차이를 반영한 결과로 판단된다. 즉, 서 식환경을 제공하는 갯벌과 그 환경에서 서식하는 파래 중의 중금속 농도가 서로 비례적인 관계를 보이는 원소들(북항의 Cu, Zn, Pb, 복길리의 Mn, Cd, Pb)은 각각 의 생물축적률이 생물개체의 차이보다는 서식환경인 갯 벌내로 유입된 인위적 오염원에 의해 상대적으로 많은 영향을 받았기 때문으로 추론할 수 있다.
- 8이상의 강한 양의 상관성을 보였고 나머지는 음의 상관성을 보이는 반면 용출량에서는 Cd을 제외한 모든 원소가 강한 양 의 상관성을 보여 그 차이가 뚜렷하였다. 이상의 결과 로부터 북항은 총함량에서 Mn-Cd과 Pb-Zn-Cu 그룹으 로 뚜렷하게 분류되고 용출량에서도 Pb-Zn-Mn-Cu가 강한 수반성을 보이는 반면 복길리는 총 함량에서의 Mn-Cu를 제외하면 전반적으로 중금속간 상관성이 낮 게 나타나는 특성을 보이는 등 지역별로 중금속간 수 반성이 서로 다른 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 67mg4항을 보여 지역간 차이가 크지 않았지만 복길리쪽이 북항쪽에 비해 약간 높게 나타나는 경향을 보였다. 조사지역 생물 체중의 Cd 농도수준은 새만금 지역 패류중의 0.13- 0.30㎎/㎏, 동남해 연안 진주담치중의 L9-2.9 mgl항을 초과하는 수준으로 타지역에 비해 조사지역에서의 Cd 생물축적이 심화되어있음을 시사하였다. 식품중의 Cd 농 도 규제값으로 호주에서는 연체동물로서 2.
- 생물체 내의 중금속 함량은 지역 및 생물종에 관계없이 Mn>Zn>Cu>Cd>Pb 순으로 높게 나타나 대체로 갯 벌내 중금속 함량순과 일치하였다. 지역별로는 북항쪽 생물에서는 Pb, Zn, Cu가, 복길리쪽 생물에서는 근소 한 차이지만 Mn과 Cd이 상대적으로 높았으며, 생물종 별로는 대체로 Pb와 Cu는 게>파래>개불, Zn과 Cd 는 개불>게>파래, Mne 파래>게>개불 순으로 높아 지는 경향을 보였다. 특히 갯벌내에서 소비자 역할을 하는 게의 생체내 중금속 함량의 지역간 차이는 농도 변화가 극심한 Mn> 제외하고는 각 지역 갯벌의 생산 자 역할을 하는 파래의 중금속 농도차이를 그대로 반영하는 경향이 뚜렷하게 나타났다.
- 복길리와 북항 갯벌은 day질이 우세한 B-5를 제외하고는 대부분 silt 질이 우세하여 김종구와 유선재(2000)가 보고한 어은리 갯벌의 경우와 비슷한 분포를 보이고 있다. 지역적으로 는 북항 갯벌의 경우 모든 시료가- silt질에 속하는 반면 복길리 갯벌의 경우 silt질과 silty clay질이 혼재하는 양상을 보여 복항에 비해 상대적으로 clay 함량기 높은 갯벌특성을 보였다. 유기물 함량의 간접적 지표가 되는 강열감량은 복길리가 43-5.
- 반면 용출함량은 지역적 차이가 없는 Cd을 제외하고는 모두 북항쪽이 높게 나타났다. 총 중금속에 대한 가용성 중금속 용출비는 Pb(48+ 19%)>Cu(20+ ll%)>Zn(18 ±9%)>Mn(13±2%)>Cd(6±l%)으로 나타났으나, 그 양태는 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 원소에 따라, 지역 에 따라 매우 다양한 차이를 보였다.
- 갯 벌의 중금속 함량은 전체적으로 복길리에 비해 북항쪽 이 부화되어 있는 경향을 보였다. 총함량면에서는 Pb 와 Cde 지역적 차이가 거의 없었으며, Zne 복길리쪽 이, Mn과 Cu는 북항쪽이 더 높은 값을 보였다. 반면 용출함량은 지역적 차이가 없는 Cd을 제외하고는 모두 북항쪽이 높게 나타났다.
- 4) 생물종에 관계없이 북항쪽은 Pb, Zn, Cu가, 복길 리쪽은 근소하게나마 Mn, Cd이 상대적으로 높은 생물 축적량을 나타내었다. 특히 각 지역에서 생물축적량이 더 높은 중금속들은 해조류인 파래와 퇴적물내 중금속 함량이 서로 비례적인 관계를 보이는 반면 상대적으로 생물축적량이 낮은 중금속은 오히려 반비례적 관계가 더 우세하게 나타나는 등 상반된 특성을 보였다.
- 지역별로는 북항쪽 생물에서는 Pb, Zn, Cu가, 복길리쪽 생물에서는 근소 한 차이지만 Mn과 Cd이 상대적으로 높았으며, 생물종 별로는 대체로 Pb와 Cu는 게>파래>개불, Zn과 Cd 는 개불>게>파래, Mne 파래>게>개불 순으로 높아 지는 경향을 보였다. 특히 갯벌내에서 소비자 역할을 하는 게의 생체내 중금속 함량의 지역간 차이는 농도 변화가 극심한 Mn> 제외하고는 각 지역 갯벌의 생산 자 역할을 하는 파래의 중금속 농도차이를 그대로 반영하는 경향이 뚜렷하게 나타났다.
- 3에서 보여지듯이 파래중의 중금속 농도수준이 북항쪽에서 상대적으로 높은 Cu와 Zn의 경우 북항쪽에서는 전처리 방법에 관계없이 갯벌중의 농도가 높아질수록 파래중의 농도도 증가하는 비례적인 경향이 보여지는 반면 복길리쪽에서는 오히려 반비례적인 경향이 강하게 나타나는 특성을 보였다. 한편 Pb의 경우 퇴적물중의 가 용성 함량과 파래중의 함량은 분산상을 보이면서도 북 항과 복길리를 합친 전체적인 경향에서는 대체로 비례 적인 관계를 찾아볼 수 있는 반면 총 함량대비에서는 북항쪽은 비례적인 관계를 보였으나 복길리쪽은 분산 되는 경향을 보여 퇴적물의 전처리 방법에 따라 서로 다른 경향을 나타내었다. 한편 복길리쪽 갯벌의 파래 에서 높은 농도수준을 보이는 Mg 경우, 복길리쪽에 서는 비례적인 경향이 강한 반면 북항쪽은 가용성 함 량에 대해서는 반비례적인 경향, 총함량에 대해서는 비 례적인 경향을 보여 역시 퇴적물의 전처리 방법에 따라 서로 다른 경향을 나타내었다.
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