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문제 정의
- 본 연구는 김 등의 2편의 총설 “연안해역 생태계 건강성 평가의 의미와 국내 적용 방향” (김 등 2007a)과 “부유생물을 이용한 해양생태계 건강성 평가” (김 등 2007b)를 바탕으로 오염압력이 큰 해역인 진해만의 생태계 기반 요소를 모니터링하여 해양 생태계 건강성을 평가할 수 있는 부유생물건강지수를 산출할 수 있는 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
- 수계내 오염원 평가를 위해서 용존유기탄소(Dissolved organic carbon: DOC)와 현재 우리나라에서 해양환경 오염현황의 지표로 사용하고 있는 화학적 산소요구량(COD)을 참고값(Reference value)으로 활용하기 위해서 측정하였다. 용존유기탄소농도는 GF/F여과지 (사용전 550℃에서 5시간 태움)로 여과한 해수 중에 용존되어 있는 유기물을 금속촉매를 이용한 고온 연소장치에 의해 완전히 산화시킨 후 발생되는 이산화탄소의 양을 비분산형 적외선 감지기로 측정하여 정량화하였다(해양수산부 1998).
- 1987; Okaichi 1989; 한 1999; 김 2005). 유해성 미세조류는 종의 특성에 따라 독성의 범위와 위해성의 차이는 있으나 안정성을 고려하여 최소치를 적용하면 그들의 개체수는 105 cells L-1의 농도 이상이면 어폐류를 치사하거나 폐독의 원인이 됨으로 잠정적으로 이 값을 목표치로 설정하였다.
- coli)을 조사하였다. 추가적으로 지수로 활용할 수 있는 후보군(자가영양편모충류, 종속영양편모충류, 섬모충, 식물플랑크톤 생물량, 투명도)에 대해서도 검토하였다. Chl.
제안 방법
- 용존유기탄소농도는 GF/F여과지 (사용전 550℃에서 5시간 태움)로 여과한 해수 중에 용존되어 있는 유기물을 금속촉매를 이용한 고온 연소장치에 의해 완전히 산화시킨 후 발생되는 이산화탄소의 양을 비분산형 적외선 감지기로 측정하여 정량화하였다(해양수산부 1998). COD는 현장수 250 mL를 채수한 후 그 해수시료를 알카리성으로 하여 강산화제인 과망간산칼륨을 일정량 넣은 다음 일정시간 가열 반응시키고 요오드화칼륨 및 황산을 넣어 남아있는 과망간산칼륨에 의하여 유리된 요오드의 양으로부터 산소양을 측정하였다(해양수산부 1998).
- Chl.a 농도는 표층수 500 mL를 선상에서 GF/F필터(ø 47 mm Whatman glass fiber filters)로 여과하여, 필터는 Chl.a 측정을 위해 15 mL 튜브에 넣어 냉동보관 후 여과지를 90% acetone에 넣고 24시간 냉암소에서 엽록소를 추출한 후 형광측정기(Turner Designs 10-AU Fluorometer)로 분석하였다.
- Chl.a 농도의 지표에서 언급한 것과 같이 무기물을 흡수하여 일차생산성을 유지하는 것과 같은 맥락으로, HB는 유기물을 분해하여 얻은 에너지원을 부유생태계 내의 상위단계로 전달함으로 해양생태계 저차생산성의 근간을 형성함으로 저밀도의 HB보다 평균치에 근접하는 표준점수 0에 해당되는 밀도 2.0×106 cells mL-1을 잠정적 목표치로 설정하였다.
- 섬모충류와 식물플랑크톤을 정량적으로 분석하기 위해 각각의 500 mL 채수병에 표층수 500 mL를 넣고 곧바로 Lugol과 glutaraldehyde로 고정하였다. 그 후 샘플을 50 mL로 농축하여 각 생물군을 동정 및 계수하였다. 대장균(E.
- 1 조사정점 참조). 단, 표층의 용존산소는 대기중에 노출되어 있을 뿐만 아니라 물리적 혼합의 영향으로 정확하게 그 정점을 대표하는 값을 얻기 힘들기 때문에 해저 상부 1 m 층에서 채수하여 평가하였다.
- 대장균(E.coli)의 개체수는 현장수 10~50 mL를 0.2 μm membrane filter (사용전 멸균처리한 것)로 여과한 후 그 필터를 3 M petrifilm에 35℃ 24시간 배양한 후 개체수를 확인하였다.
- coli 등 4개의 지표를 시범적 선정하였다. 또한 점수산정기준은 과거자료를 바탕으로 통계학적 기법으로 해석하였으며, 그들 건강지수 등급도 4개로 나누었다. 그 결과 진해만 해역은 전반적으로 “좋음”의 B등급을 받았다.
- 상기에 언급한 4가지의 부유생물지표를 선정하여 각 항목에서 설정한 목표치를 바탕으로 목표치 초과 횟수와 그 범위를 점수화하여 등급화한 것을 Table 1에 나타내었다. 또한 지수 산정을 위해 목표치 초과 수준에 따른 점수를 산정하여 합산한 값을 지수로 표현하였으며, 각 지표 측정치의 초과 정도에 따라 차별하여 각각의 색으로 표현하였다(Table 2). 부유생물건강지수(PHI)의 값은 4~28 사이의 범위로 설정하였으며, 지수가 낮으면 건강하며 높을수록 불건강 성향이 커진다.
- 부유생물구성원은 수질과 밀접한 분포를 보이고 있기 때문에 유기/무기 오염원에 따른 미소생물그룹의 반응에 초점을 둔 해양환경 평가가 병행되어야 오염원과 미소생물그룹과의 관계를 정확히 파악할 수 있다. 미소생물환 구성원 간의 피포식 관계를 파악하기 위해서 진해만 16개 정점에서 용존유기탄소(DOC), 종속영양박테리아(HB), 자가영양편모충(ANF), 종속영양편모충(HNF), 섬모충의 개체수 변동을 알아보았다(Table 3). DOC 농도는 마산만 내측에서 2 mg L-1 전후의 농도를 보였고, 진해만 중앙해역에서는 낮게 검출되었다.
- 박테리아의 생물량은 검은색 0.2 μm membrane filter (Millipore)에 glutaraldehyde로 고정된 현장샘플을 일정량(1 mL) 취해 여과후 DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole)로 5분간 염색하여 형광현미경(Axioplane, Zeiss)으로 1,000배 하에서 검경 및 계수했다.
- 부유생물건강성 평가는 부유생물 인자들의 기준 농도 등급화를 토대로 4개의 부유생물인자 및 목표치[Chl.a 농도≤5 μg L-1, 유해성조류(HABs)≤105 cells L-1, 종속 영양박테리아 (HB)=2×106 cells L-1, 대장균 (E.coli)=1,500 cells L-1]를 통합하여 산출하였고, 부유생물 평가를 위해 설정된 각 부유생물 요소들의 기준 농도, 점수표(Score) 및 등급화(Grade)하였다(Table 1).
- 부유생물건강지수 평가를 위해서 엽록소-a (Chlorophylla: Chl.a), 종속영양박테리아(HB: Heterotrophic bacteria), 잠재적 유해/유독성 식물플랑크톤(HABs: Harmful algal bloom species), 대장균(E.coli)을 조사하였다. 추가적으로 지수로 활용할 수 있는 후보군(자가영양편모충류, 종속영양편모충류, 섬모충, 식물플랑크톤 생물량, 투명도)에 대해서도 검토하였다.
- 요약하면 진해만 해역에서 부유생물을 이용하여 건강성을 평가한 값과 현재 우리나라에서 사용하고 있는 해양환경 오염현황의 지표로 삼는 화학적 산소요구량 COD와 비교해 보았다. COD값은 정점 1~11 (그 중 1, 4, 8 정점은 7 mg L-1 이상)까지 5 mg L-1 이상의 높은 값을 보인 반면, 정점 12~16에서는 상대적으로 낮게 나타났다.
- 수계내 오염원 평가를 위해서 용존유기탄소(Dissolved organic carbon: DOC)와 현재 우리나라에서 해양환경 오염현황의 지표로 사용하고 있는 화학적 산소요구량(COD)을 참고값(Reference value)으로 활용하기 위해서 측정하였다. 용존유기탄소농도는 GF/F여과지 (사용전 550℃에서 5시간 태움)로 여과한 해수 중에 용존되어 있는 유기물을 금속촉매를 이용한 고온 연소장치에 의해 완전히 산화시킨 후 발생되는 이산화탄소의 양을 비분산형 적외선 감지기로 측정하여 정량화하였다(해양수산부 1998). COD는 현장수 250 mL를 채수한 후 그 해수시료를 알카리성으로 하여 강산화제인 과망간산칼륨을 일정량 넣은 다음 일정시간 가열 반응시키고 요오드화칼륨 및 황산을 넣어 남아있는 과망간산칼륨에 의하여 유리된 요오드의 양으로부터 산소양을 측정하였다(해양수산부 1998).
- 이 점수는 PHI지표의 20~28점에 해당되는 D등급으로 마산만 내측의 정점 1 부유생물지수는 “나쁨”으로 건강성 평가를 할 수 있다. 이와 같이 진해만 각 정점의 모니터링한 자료에 대입하여 부유생물지수를 산출하였다(Fig. 1). 그 결과 마산만 최 내측 정점 1에서 최고 PHI=20점이 산출되었고, 반대로 진해만 중앙수역인 정점 8과 9에서는 PHI=6점으로 가장 건강한 상태로 평가되었다.
- 진해만 광역해역에서 2008년 8월 18일~19일에 걸쳐 총 16정점의 표층수를 채수하여 각각의 항목에 대한 자료를 수집함과 동시에 세키 디스크(Secchi disk)를 이용하여 투명도를 측정하였다(Fig. 1 조사정점 참조). 단, 표층의 용존산소는 대기중에 노출되어 있을 뿐만 아니라 물리적 혼합의 영향으로 정확하게 그 정점을 대표하는 값을 얻기 힘들기 때문에 해저 상부 1 m 층에서 채수하여 평가하였다.
- 하계 진해만 16개의 정점에서 해양생태계의 오염 정도를 평가하기 위해서 플랑크톤 건강 지수를 살펴보았다. 해양생태계 건강지수 산출은 부유성 플랑크톤 생물 엔테로박테리아 Escherichia coli, HB, ANF, HNF, HABs 그리고 섬모충류 등과 더불어 무기와 유기 오염원인 DOC, COD, 그리고 Chl.
- 하계 진해만 16개의 정점에서 해양생태계의 오염 정도를 평가하기 위해서 플랑크톤 건강 지수를 살펴보았다. 해양생태계 건강지수 산출은 부유성 플랑크톤 생물 엔테로박테리아 Escherichia coli, HB, ANF, HNF, HABs 그리고 섬모충류 등과 더불어 무기와 유기 오염원인 DOC, COD, 그리고 Chl.a 등을 각각 조사하였다. 그 중 플랑크톤 지수 산출은 오염압력의 반응에 민감한 Chl.
대상 데이터
- a 등을 각각 조사하였다. 그 중 플랑크톤 지수 산출은 오염압력의 반응에 민감한 Chl.a, HABs, HB, E. coli 등 4개의 지표를 시범적 선정하였다. 또한 점수산정기준은 과거자료를 바탕으로 통계학적 기법으로 해석하였으며, 그들 건강지수 등급도 4개로 나누었다.
- 다음으로 유해성조류(HABs: 대부분 와편모조류)를 선정하였다. 이들 생물의 출현은 수산물을 독화시키거나 양식 어패류를 폐사시킴으로 인간에게 미치는 유해 가능성을 평가하기 위한 지표로 설정할 수 있다.
성능/효과
- ANF는 정점 1을 중심으로 높은 밀도로 출현하였고, 그들의 출현은 높은 무기영양염과 관계가 있을 것으로 사료되었다. HB의 먹이원에 반응하여 성장하는 HNF의 개체수 변동은 마산만 내측에서 높은 밀도를 보였고, 진해만 중앙부와 서남부해역에서는 상대적으로 낮게 나타났다. 섬모충류의 개체수는 먹이원이 풍부한 정점 1에서 낮게 나타났으나, 인접한 정점 2와 3을 중심으로 높은 밀도의 개체수(60~80 cells mL-1)를 보였다.
- 진해만 동부해역은 외양으로 연결되는 통로로 해수의 순환이 비교적 원활하며, 마산만과 행암만의 오염원이 빠르게 희석 정화되는 수역이라 할 수 있고, 거제시 칠천도 북서부에 해당되는 진해만 중앙부는 육지와 거리가 있어 오염원의 배출이 낮은 청정 지역으로 구분되며, 남서부해역은 굴, 진주담치, 피조개 등 패류 양식이 성행하여 오염물질 축적과 저질환경의 악화로 환경용량을 초과하여 오염이 심화되고 있는 대표적인 해역이다(국립수산진흥원 1991). 결과적으로 진해만 해역은 연안생태계에서 오염 정도에 따른 부유생물의 변화를 감지하고 기초적인 자료를 확보할 수 있는 최적의 장소라 할 수 있다.
- a와 HB로 이 두 지표의 값은 목표치의 2배 이상을 초과하였으며 향후 마산만 내측의 부유생물 건강성 회복을 위해 두 생물 지표의 압력원이 되는 DIN, DIP 및 DOC의 농도를 감소시키는 관리방안이 연계되어야 한다. 결론적으로 하계 진해만 전해역을 대상으로 한 부유생물지수의 통합점수는 11.25로, 목표치 초과횟수가 평균 1.13회로 B등급으로 구분되었다.
- 지금까지 국내에서는 해양환경오염의 지표로 사용하고 있는 것은 화학적 산소요구량(Chemical oxygen demand: COD)을 근거로 평가하고 있으나, 이 기준은 수질의 등급과 목표를 충분히 반영하지 못하고 있는 실정이다. 결론적으로 현재 우리나라에서는 해양 생태계의 건강도를 종합적으로 평가하거나 환경오염의 상태를 공인된 기준을 갖춘 가이드라인에 따라 평가할 수 있는 방법은 없다고 해도 과언이 아니다.
- 1). 그 결과 마산만 최 내측 정점 1에서 최고 PHI=20점이 산출되었고, 반대로 진해만 중앙수역인 정점 8과 9에서는 PHI=6점으로 가장 건강한 상태로 평가되었다. 지수 값의 범위를 구분하여 부유생물 건강성을 등급으로 표현하면 정점 1은 D등급으로 가장 낮았으며, 다음으로 정점 2와 행암만 정점인 4, 고현만 정점 11, 통영의 원문만 정점 12에서 C등급으로 구분되었다.
- 본 연구에서도 우리나라에서 해양환경 오염현황의 지표로 사용하고 있는 화학적 산소요구량(COD)을 참고값(Reference value)으로 활용한 결과, Chl.a 농도와 유의한 정(+)의 관계(r=0.52, p⁄0.001)를, 투명도와는 부(-)의 관계(r=-0.72, p⁄0.01)가 성립되었다 (Fig. 3).
- 본 조사에서 HB와 DOC의 상관성(r=0.28, p¤0.1)은 관찰할 수 없었으나, HB는 무기오염원인 DIN과 Chl.a 농도와 낮은 상관성을 보였다(r=0.48, p⁄0.1; r=0.45, p⁄0.1) (Fig. 2a, c).
- 본 조사에서 HNF는 그들의 먹이원인 HB와는 유의한 상관성을 보였고(r=0.48, p⁄0.05), 포식자인 유해/유독성 와편모조류(HABs)와도 유의한 높은 상관성을 나타내었으나(r=0.77, p⁄0.05), 섬모충류와는 유의한 관계를 나타내지 못했다(r=0.35, p¤0.1).
- HB의 먹이원에 반응하여 성장하는 HNF의 개체수 변동은 마산만 내측에서 높은 밀도를 보였고, 진해만 중앙부와 서남부해역에서는 상대적으로 낮게 나타났다. 섬모충류의 개체수는 먹이원이 풍부한 정점 1에서 낮게 나타났으나, 인접한 정점 2와 3을 중심으로 높은 밀도의 개체수(60~80 cells mL-1)를 보였다. 이들 두 정점의 개체수는 다른 정점과 비교하였을때 약 3~10배 정도 높았다.
- 3). 즉 오염이 진행된 지역은 식물플랑크톤의 현존량을 대변하는 Chl.a 농도가 높고, 이와 반대로 해역의 투명도는 감소한다는 것을 시사할 수 있다. 아울러 Chl.
- 그 결과 마산만 최 내측 정점 1에서 최고 PHI=20점이 산출되었고, 반대로 진해만 중앙수역인 정점 8과 9에서는 PHI=6점으로 가장 건강한 상태로 평가되었다. 지수 값의 범위를 구분하여 부유생물 건강성을 등급으로 표현하면 정점 1은 D등급으로 가장 낮았으며, 다음으로 정점 2와 행암만 정점인 4, 고현만 정점 11, 통영의 원문만 정점 12에서 C등급으로 구분되었다. A등급의 수역은 설정한 각 지표에 목표치를 초과한 적이 없었던 정점 8, 9, 10으로 진해만 중앙해역에 집중되었다.
- 2a, c). 특히 DOC 농도는 진해만 서부해역 통영(원문만)에서 고성으로 향하는 라인에서 점차적으로 높게 나타났다(Table 3). 이곳은 굴, 진주담치, 피조개 등 패류양식이 성행하여 오염물질 축적과 저서환경의 악화로 환경용량이 초과하여 오염이 심화되고 있는 해역이다(국립수산진흥원 1991).
- DOC 농도는 마산만 내측에서 2 mg L-1 전후의 농도를 보였고, 진해만 중앙해역에서는 낮게 검출되었다. 특히 진해만 서부해역의 정점 12에서 최고치 9.56 mg L-1를 기록한 후 정점 16으로 향하면서 점차적으로 감소하는 양상을 보였다. HB는 마산만 내측과 외측을 중심으로 한 정점 1~7 사이에 현저히 높은 값을 유지하였고, 정점 5에서 최고값 5.
후속연구
- 001)를 보였고, 이것은 오염이 진행되면 일차적으로 반응하는 식물플랑크톤의 현존량이 높아진 결과 빛이 투과하는 양은 감소하여 투명도가 낮게 유지되었다. 결과적으로 본 연구에서 투명도는 건강도 지수를 산출하는 지표로 활용하지 않았지만, 추후 평가시에는 검토하여도 될 것으로 판단된다. 차후 국외의 사례를 응용하여 오염원에 반응하는 부유생물군의 현존량과 각 생물군의 비를 산출하여 건강도를 평가하고자 한다.
- 그 결과 진해만 해역은 전반적으로 “좋음”의 B등급을 받았다. 본 연구에서 산출한 플랑크톤 건강지수는 진해만의 해양생태계 건강성 평가를 하기 위한 좋은 방법 중 하나로 고려하여도 될 것이다.
- 건강성 평가를 위한 부유생물의 평가 지표로 활용하기 위해서는 유∙무기오염원과 생물 간의 상관성뿐만 아니라 복잡 다양한 먹이흐름의 관계에 있어서도 그들의 생물과 반응을 파악하기 위해서 각 생물 간의 상관성이 필수적이다. 본 연구에서는 그들 생물 간의 상관성이 뚜렷하게 관찰되지 않아 지표로 활용하지 못한 항목에 관해서, 차후 이들 생물군(HNF, 섬모충류)의 타당성을 추가적으로 검토할 필요가 있다.
- 미세생물고리 내 부유생물의 주요 구성요소는 종속영양박테리아, 종속영양미소편모류, 섬모충으로 이 중 종속영양박테리아는 유기물을 직접 이용하며 편모류나 섬모류에 비해서 분석법이 용이한 장점이 있다. 이것은 다음 단락에서 편모류(HNF)나 섬모류(Ciliate)에 관해서 언급하고 지표로 활용가능한지 검토할 것이다. 종속영양박테리아의 목표치에 관해서도 Chl.
- 결과적으로 본 연구에서 투명도는 건강도 지수를 산출하는 지표로 활용하지 않았지만, 추후 평가시에는 검토하여도 될 것으로 판단된다. 차후 국외의 사례를 응용하여 오염원에 반응하는 부유생물군의 현존량과 각 생물군의 비를 산출하여 건강도를 평가하고자 한다.
- 부유생물은 수중의 환경과 밀접한 관계를 맺고 있는 생물군으로 고려할 때 COD값은 오염원에 반응하는 생물을 평가하지 않은 결과 이와 같이 다른 경향이 관찰되었다고 사료된다. 차후 상기의 항목을 충분히 고려하여 지표에 추가하는 것과 더불어 각 지표로부터 얻어진 지수값에 가중치를 부여하는 등의 방법을 모색하여 해양생태건강도를 산출하는 통합지수가 필요하다.
- C등급의 수역은 차후 건강성 악화의 소지가 충분한 수역으로 정기적인 감시가 요구된다. 특히 D등급을 받은 마산만 최내측해역은 건강을 악화시킨 문제의 지표는 Chl.a와 HB로 이 두 지표의 값은 목표치의 2배 이상을 초과하였으며 향후 마산만 내측의 부유생물 건강성 회복을 위해 두 생물 지표의 압력원이 되는 DIN, DIP 및 DOC의 농도를 감소시키는 관리방안이 연계되어야 한다. 결론적으로 하계 진해만 전해역을 대상으로 한 부유생물지수의 통합점수는 11.
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