본 연구는 소양호를 대상으로 장기간 동안 다매체 내 수은 농도 분포를 조사하였으며 소양호 총수은(TM; total mercury) 농도는 $1.17{\pm}1.09ng/L$ 나타났다. 표층수 총 수은 농도를 보면 시간적 및 공간적 변이에 대한 통계적 유의성을 찾아볼 수 없었으나, 탁도 및 입자성 유기탄소(particulate organic carbon; POC)의 농도와 뚜렷한 양의 상관성(P-value<0.01)이 있는 것으로 관측되었다. 또한 소양호의 경우 수은 유입원이 선행연구에서 언급된 대기 침적보다는 장마철 runoff로 인한 유입이 더 중요하다는 것을 나타낸다. 어류 내 수은은 한강과 소양호에서 총 22종의 어류를 채취하였으며, 어류 내 평균 총수은 농도는 0.073 ppm(습중량)으로 나타나, 우리나라의 기준치(0.5 ppm) 및 미국 EPA의 기준치(0.3 ppm)에 비해 낮은 농도를 보였다. 그러나 미국 EPA의 RfD(reference dose)를 바탕으로 본 연구에서 계산된 적정 기준치인 0.07 ppm을 상회하는 어류가 전체의 42%를 차지해 우리나라만의 어류섭취 관리대책이 필요하다. 어류를 채취한 세 지점, 한강, 신이리, 양구는 동일한 종에서 뚜렷하게 다른 농도 분포를 보였는데, 상류일수록 더 높은 농도를 나타냈다. 이는 호수의 부영양화 차이로 인한 지점별 어류 성장 속도의 차이가 원인인 것으로 생각된다. 소양호 저서퇴적물의 수은 농도 분포는 $69.9{\sim}98.3{\mu}g/kg$으로 나타나 미국 미네소타 주의 Voyageurs National Park에서의 연구 결과($102{\sim}364{\mu}g/kg$)보다 약간 낮게 나타났다.
본 연구는 소양호를 대상으로 장기간 동안 다매체 내 수은 농도 분포를 조사하였으며 소양호 총수은(TM; total mercury) 농도는 $1.17{\pm}1.09ng/L$ 나타났다. 표층수 총 수은 농도를 보면 시간적 및 공간적 변이에 대한 통계적 유의성을 찾아볼 수 없었으나, 탁도 및 입자성 유기탄소(particulate organic carbon; POC)의 농도와 뚜렷한 양의 상관성(P-value<0.01)이 있는 것으로 관측되었다. 또한 소양호의 경우 수은 유입원이 선행연구에서 언급된 대기 침적보다는 장마철 runoff로 인한 유입이 더 중요하다는 것을 나타낸다. 어류 내 수은은 한강과 소양호에서 총 22종의 어류를 채취하였으며, 어류 내 평균 총수은 농도는 0.073 ppm(습중량)으로 나타나, 우리나라의 기준치(0.5 ppm) 및 미국 EPA의 기준치(0.3 ppm)에 비해 낮은 농도를 보였다. 그러나 미국 EPA의 RfD(reference dose)를 바탕으로 본 연구에서 계산된 적정 기준치인 0.07 ppm을 상회하는 어류가 전체의 42%를 차지해 우리나라만의 어류섭취 관리대책이 필요하다. 어류를 채취한 세 지점, 한강, 신이리, 양구는 동일한 종에서 뚜렷하게 다른 농도 분포를 보였는데, 상류일수록 더 높은 농도를 나타냈다. 이는 호수의 부영양화 차이로 인한 지점별 어류 성장 속도의 차이가 원인인 것으로 생각된다. 소양호 저서퇴적물의 수은 농도 분포는 $69.9{\sim}98.3{\mu}g/kg$으로 나타나 미국 미네소타 주의 Voyageurs National Park에서의 연구 결과($102{\sim}364{\mu}g/kg$)보다 약간 낮게 나타났다.
In this study the seasonal and spatial pattern of mercury (Hg) concentrations in multimedia environments were investigated in Lake So-Yang. Total mercury (TM) in water column greatly enhanced as turbidity and particulate organic carbon (POC) increased due to the severe runoff, suggesting that most o...
In this study the seasonal and spatial pattern of mercury (Hg) concentrations in multimedia environments were investigated in Lake So-Yang. Total mercury (TM) in water column greatly enhanced as turbidity and particulate organic carbon (POC) increased due to the severe runoff, suggesting that most of Hg existed as particulate Hg in Lake Soyang. We also collected 22 species of fish in Lake Soyang and Han River, and the average total mercury in fish was 0.073 ppm, lower than both Korean (0.5 ppm) and EPA criteria (0.3 ppm). However when considering the amount of fish intake for Korean the Hg criterion in fish must be more stringent than current value, and the advisory for fish consumption should be made. Hg in fish considerably varied with sampling sites, having the highest in the upper region (Yang-gu) and the lowest in downstream (Han River). This spatial variation was possibly derived by "bloom dilution" associated with high phosphorus loading or elevated DOC concentrations, or both. Total mercury in sediment varied from 69.9 to $98.3{\mu}g/kg$, which was relatively lower than those measured in Voyageurs National Park in Minnesota in USA ($102{\sim}364{\mu}g/kg$).
In this study the seasonal and spatial pattern of mercury (Hg) concentrations in multimedia environments were investigated in Lake So-Yang. Total mercury (TM) in water column greatly enhanced as turbidity and particulate organic carbon (POC) increased due to the severe runoff, suggesting that most of Hg existed as particulate Hg in Lake Soyang. We also collected 22 species of fish in Lake Soyang and Han River, and the average total mercury in fish was 0.073 ppm, lower than both Korean (0.5 ppm) and EPA criteria (0.3 ppm). However when considering the amount of fish intake for Korean the Hg criterion in fish must be more stringent than current value, and the advisory for fish consumption should be made. Hg in fish considerably varied with sampling sites, having the highest in the upper region (Yang-gu) and the lowest in downstream (Han River). This spatial variation was possibly derived by "bloom dilution" associated with high phosphorus loading or elevated DOC concentrations, or both. Total mercury in sediment varied from 69.9 to $98.3{\mu}g/kg$, which was relatively lower than those measured in Voyageurs National Park in Minnesota in USA ($102{\sim}364{\mu}g/kg$).
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문제 정의
계절별 및 위치별 저서 퇴적물 내 총 수은의 분포를 파악하기 위하여 본 연구에서는 매 계절마다 세 지점에서 시료를 채취하여 분석하였다. 저서퇴적물 내 평균 수은 농도는 82.
본 연구는 우리나라 최대의 호수인 소양호를 대상으로 다중매체 내 수은의 오염 실태를 장기간에 걸쳐 조사하여, 수중, 저서 퇴적물, 어류 내 수은 농도와 기타 물리-화학적 요인들의 영향을 살펴보았다. 어류의 경우는 소양호뿐만 아니라 한강에서도 채취하여, 두 하천과 호수의 특성에 따른 어류 내 수은 농도를 비교해보았다.
본 연구에서는 소양호를 대상으로 장기간 동안 다매체 내 수은 농도 분포를 조사하였으며, 몇 가지 중요한 결과를 나타내고 있다. 첫째, 이제까지 연구된 대부분의 외국 선행연구에서 수은의 가장 중요한 유입원으로 호수 표면으로의 직접적인 대기 침적(건식 및 습식 침적)을 꼽았는데, 소양호의 경우 장마철 run-off가 가장 중요한 유입원이다.
본 연구에서는 어류의 근육 조직과 껍질에서의 수은 농도를 비교하기 위하여, 껍질을 제거한 근육 조직(skin-off)과 껍질을 포함한 근육 조직(skin-on)으로 분류하여 분석을 실시하였다. 껍질을 제거한 시료(skin-off)의 평균 수은 농도는 0.
가설 설정
1) 수은은 오염원(source)에서 배출된 후 계속해서 침적(deposition)과 재배출(re-emission)을 한다는 점에서 여타의 다른 중금속들과 차이가 있다. 수은에 대한 높은 관심은 유기 수은인 메틸수은이 높은 독성 및 생물 축적률을 지니기 때문에 촉발되었다.
17) 1996년부터 나타나기 시작한 소양호의 탁수 발생은 1999년 집중강우에 의한 고농도의 탁수가 대량 유입됐고 이러한 현상은 2000년대 들어와서도 지속적으로 발생하고 있다.18) 이와 같은 소양호의 특성은 대기 수은이 평상시에 소양호 유역으로 지속적으로 침적된 후 장마철에 한꺼번에 소양호로 유입되었을 가능성도 배제 할 수 없다. 본 연구에서는 2006년 여름철에 runoff에 의해 지류와 유역으로부터 대규모의 탁수가 중층으로 유입되어 소양호의 중층 탁도가 크게 증가한 것으로 나타났다(Fig.
또한 주된 메틸화 반응은 심층의 혐기성 상태에서 황환원 박테리아에 의해 일어나는 반응으로써,39) 소양호 상류가 한강과 소양호에 비해 혐기성 구역이 더 넓게 분포되어 있다고 보기 어렵다. 따라서 세번째 가정이 소양호 상류 어류 내 높은 수은 농도를 설명할 수 있는 가장 가능성 있는 이유라고 볼 수 있다. 어류가 느리게 성장하면 어류의 나이(age)에 비해 길이나 몸무게가 상대적으로 작게 성장하기 때문에, 같은 길이의 어류를 비교하면 높은 수은 농도를 나타낸다.
선행 연구들을 보면 어류 내 존재하는 수은은 거의 대부분(일반적으로 90% 이상) 메틸수은으로 존재한다고 제시하였으므로,7,35,36) 본 연구에서는 측정된 어류 내 총수은의 농도를 메틸수은의 농도로 가정하였다. 한강과 소양호에서 채취한 총 22(N=67)종의 어류를 습중량으로 계산하여 분석한 결과 전체 평균 수은 농도는 0.
제안 방법
탁도(turbidity)와 입자성 유기탄소(particulate organic carbon; POC)는 2006년 5월, 9월, 11월과 2007년 2월, 6월, 10월에 총수은과 함께 측정하였다. POC는 미리 450℃로 구운 Whatman GF/F 필터를 이용하여 용존 유기탄소(dissolved organic carbon; DOC)를 여과시킨 후, 필터를 50℃에서 1시간동안 건조시킨 후 Flash EA1112 (thurmerFisher)를 이용하여 분석하였다. 수온과 수중 pH는 각각 YSI model 44 temperature probe 및 AP62 (fisher Sci.
)를 이용하여 측정하였다. 기온, 일사량, 강우량, 풍향, 풍속 등의 기상자료는 소양댐 위에 설치한 기상탑(davis instrument)을 이용하여 5분 간격으로 자료를 저장하였다. 총질소와 총인, BOD (biochemical oxygen demand), 용존산소 등의 수질자료는 환경부 자동수질측정망을 이용하였다.
각각의 어류에서 껍질을 벗긴 시료(skin-off)와 껍질을 벗기지 않은 시료(skin-on)를 구분해서, 근육조직을 포함한 소량(약 10 g)을 biopsy하여 48시간 동안 동결건조한 후 분석 전까지 냉동 보관하였다. 동결 건조한 후 냉동 보관된 시료는 원자흡광분석용 표준용액을 사용하여 0.001% L-cysteine 용액으로 희석하여 사용하였으며, 원자흡광법을 이용한 수은직접분석기인 MA-2 (NIC)와 DMA-80 (Direct mercury analyer, NIC)의 두 기기로 측정 분석 하였다(U. S. EPA Method 7473). 측정원리는 저서 퇴적물 시료의 방법과 동일하다.
총수은은 수심별(1, 10, 50, 80 m)로 채수하여 Falcon 50 mL conical tube에 담은 후 Teflon 테잎으로 밀봉한 후 polyethylene zipper bag을 3중으로 사용하여 대기 수은의 유입을 차단하였다. 또한 시료 부피의 0.5%의 0.08 M HCl을 첨가하여 휘발을 제한하였으며, 그 후 BrCl을 첨가하여 병 표면으로의 Hg의 흡착을 제한하는 동시에 시료 내 모든 수은을 Hg2+로 산화시켜 휘발을 차단하였다. 총수은의 분석 절차는 U.
POC는 미리 450℃로 구운 Whatman GF/F 필터를 이용하여 용존 유기탄소(dissolved organic carbon; DOC)를 여과시킨 후, 필터를 50℃에서 1시간동안 건조시킨 후 Flash EA1112 (thurmerFisher)를 이용하여 분석하였다. 수온과 수중 pH는 각각 YSI model 44 temperature probe 및 AP62 (fisher Sci.)를 이용하여 측정하였다. 기온, 일사량, 강우량, 풍향, 풍속 등의 기상자료는 소양댐 위에 설치한 기상탑(davis instrument)을 이용하여 5분 간격으로 자료를 저장하였다.
수체 내 총수은 농도는 2006년 5, 9, 11월, 2007년 2, 6, 10월에 각 3일 동안 하루 3회씩 수심별로 측정을 실시하였다. 전체 기간 동안의 표층수 시료에 대한 총수은 평균 농도는 1.
2%로 나타났다. 어류 시료 분석 시에도 one-point 표준용액은 10번 측정할 때마다 한 번씩 찍었으며(차이가 10% 이내일 경우에만 분석 지속), onepoint 표준용액의 주입과 함께 측정에 오차가 생길 수 있는 기기내의 잔류 수은 제거(purge)도 함께 시행했다.
본 연구는 우리나라 최대의 호수인 소양호를 대상으로 다중매체 내 수은의 오염 실태를 장기간에 걸쳐 조사하여, 수중, 저서 퇴적물, 어류 내 수은 농도와 기타 물리-화학적 요인들의 영향을 살펴보았다. 어류의 경우는 소양호뿐만 아니라 한강에서도 채취하여, 두 하천과 호수의 특성에 따른 어류 내 수은 농도를 비교해보았다. 이 연구 결과는 향후 소양호 내 다중 매체간 수은의 거동 양상과 메틸수은의 생성 및 소멸 기작과 이에 관련하는 물질 파악 등에 기초자료로서 중요하게 이용될 수 있다고 판단된다.
측정원리는 저서 퇴적물 시료의 방법과 동일하다. 이때 시료 가열 분해시 생성되는 측정방해 가스를 증류수 또는 완충용액에 통과(scrubbing)시켜 탈수, 탈산, 탈알칼리, 탈유리증기(de-organic vapor) 등을 행하는 가스 세정(gas-washing/de-humidifing)을 거쳤다.
1 mg/kg-body weight/day으로 정하였다. 이를 바탕으로 미국민의 하루 평균 어류 섭취량인 17.5 g과 사람 평균 몸무게 70 kg으로 어류 내 메틸수은의 허용 기준치를 계산하여 미국 환경청에서는 0.3 ppm(습중량 기준)를 메틸수은의 조직 잔여 기준치로 결정하였다.5)
그러나 확산에 의한 물질전달(mass transfer; 가스상 수은의 경우) 및 재비산(resuspension; 입자상 수은의 경우) 작용에 의해 상대적으로 높은 퇴적물 내 수은 농도가 호수 심층의 수은 농도에는 유의한 영향을 미칠 수 있다. 이를 파악하기 위하여 2007년 2월 11~13일 동안 측정한 소양호 심층수(표층수로부터 70 m 아래) 내 총수은 농도와 저서퇴적물 내 수은 농도의 상관관계를 살펴보았다(Fig. 5). 제한된 3개의 자료는 소양호 최심부 총수은 농도와 저서 퇴적물 내 총수은 농도가 뚜렷한 양의 상관관계를 보여준다(R2= 0.
저서퇴적물 내 수은 농도의 계절변화와 지점별 변이를 알아보기 위하여, 2006년 5월부터 2008년 7월까지 매 계절마다 소양호 본류에서 3개의 지점을 선택하여 채니기를 이용해 저서퇴적물을 채취하였다(Fig. 1). 저서퇴적물은 채니기(Grab Sampler)로 채취한 즉시 폴리에틸렌 지퍼 백을 이용하여 3중으로 밀봉시켜 외부와의 Hg0 교환에 의한 오염요인을 차단하였다.
1). 저서퇴적물은 채니기(Grab Sampler)로 채취한 즉시 폴리에틸렌 지퍼 백을 이용하여 3중으로 밀봉시켜 외부와의 Hg0 교환에 의한 오염요인을 차단하였다. 또한 저서퇴적물 내 Hg2+은 태양광에 의한 광분해 기작으로 인해 Hg0으로 환원될 수 있기 때문에 채니 후 아이스박스에 넣어 이동하였다.
2 L Vandorn 채수기를 이용하여 총수은에 대해 동일 시료(duplicates) 2개씩을 채취하여 분석하였다. 총수은은 수심별(1, 10, 50, 80 m)로 채수하여 Falcon 50 mL conical tube에 담은 후 Teflon 테잎으로 밀봉한 후 polyethylene zipper bag을 3중으로 사용하여 대기 수은의 유입을 차단하였다. 또한 시료 부피의 0.
기온, 일사량, 강우량, 풍향, 풍속 등의 기상자료는 소양댐 위에 설치한 기상탑(davis instrument)을 이용하여 5분 간격으로 자료를 저장하였다. 총질소와 총인, BOD (biochemical oxygen demand), 용존산소 등의 수질자료는 환경부 자동수질측정망을 이용하였다.
퇴적물 시료는 매 시료를 5회씩 동일하게 분석하여 평균 값을 사용하였고(5회 반복 측정의 평균 RPD는 4.74%), 10개의 시료 분석마다 표준용액을 분석하여 회수율을 파악하여 상대표준편차(RPD: Relative Percentage Deviation)가 10% 이내일 경우에 분석을 지속하였다. 표준용액의 RPD가 10% 이상 차이가 날 경우에는 검량선을 다시 작성하여 분석을 진행하였다.
74%), 10개의 시료 분석마다 표준용액을 분석하여 회수율을 파악하여 상대표준편차(RPD: Relative Percentage Deviation)가 10% 이내일 경우에 분석을 지속하였다. 표준용액의 RPD가 10% 이상 차이가 날 경우에는 검량선을 다시 작성하여 분석을 진행하였다.
대상 데이터
소양호는 과거 많은 어류 양식업이 이루어 졌으나 현재는 허가된 인근 주민들의 어업만이 소규모로 진행되고 있으며, 유역은 대부분이 삼림이고 중소도시들(춘천, 양구, 인제)이 인접해 있다. 본 연구는 2006년 5월부터 2007년 10월까지 소양호의 중-하류 세 지점에 대하여(site 1~site 3; Fig. 1) 매 계절마다 3일씩 용량 6.2 L Vandorn 채수기를 이용하여 총수은에 대해 동일 시료(duplicates) 2개씩을 채취하여 분석하였다. 총수은은 수심별(1, 10, 50, 80 m)로 채수하여 Falcon 50 mL conical tube에 담은 후 Teflon 테잎으로 밀봉한 후 polyethylene zipper bag을 3중으로 사용하여 대기 수은의 유입을 차단하였다.
어류는 2006년 여름에 한강(N= 38)과 소양호에서 채집하였으며, 소양호에서는 신이리(소양호 하류, N=22) 및 양구(소양호 상류, N=7)에서 각각 채집하였다(Fig. 1). 총 22종의 어류가 채집되었으며 종류와 크기에 관계없이 다양하게 채집하였다.
1). 총 22종의 어류가 채집되었으며 종류와 크기에 관계없이 다양하게 채집하였다. 채집된 어류는 각각의 무게와 길이를 기록하였다.
탁도(turbidity)와 입자성 유기탄소(particulate organic carbon; POC)는 2006년 5월, 9월, 11월과 2007년 2월, 6월, 10월에 총수은과 함께 측정하였다. POC는 미리 450℃로 구운 Whatman GF/F 필터를 이용하여 용존 유기탄소(dissolved organic carbon; DOC)를 여과시킨 후, 필터를 50℃에서 1시간동안 건조시킨 후 Flash EA1112 (thurmerFisher)를 이용하여 분석하였다.
데이터처리
2개씩 채취한 물 시료(duplicates)의 총 수은 농도의 채취 및 분석 정밀도(overall precision)는 8.46±2.61%(기하평균±기하 표준편차)로 나타났으며, 두 세트 사이에 통계적 차이는 존재하지 않았다(Wilcoxon rank sum test, p-value>0.1) (N=49).
이론/모형
동결건조 후 냉동보관 된 시료는 가열기화금아말감법을 이용하여 MA-2 (Nippon Instruments Corporation, NIC)로 분석함으로써, 시료를 습식 분해하지 않고 Hg를 직접 정량화할 수 있어 습식분해를 통한 CVAFS를 이용하는 방법에 비해 신속하고 정확한 분석이 가능하다(U. S. EPA Method 7473). 시료를 고온(200℃ 이상)으로 가열 분해한 후 수은을 800℃ 이상에서 기화시켜 금을 코팅한 수은포집제에 포집, 농축(Hg-amalgam)시켰다.
시료 채취 및 분석에 사용되는 모든 실험기구는 EPA 1631E을 이용하여 산세척 하였다. 산세척은 1) 4M HCl에서 65~75℃로 36시간 동안 중탕, 2) 1% HCl에 담가 60~70℃로 24시간 보관, 3) 0.
08 M HCl을 첨가하여 휘발을 제한하였으며, 그 후 BrCl을 첨가하여 병 표면으로의 Hg의 흡착을 제한하는 동시에 시료 내 모든 수은을 Hg2+로 산화시켜 휘발을 차단하였다. 총수은의 분석 절차는 U.S EPA Method 1631E를 따랐으며15) 분석은 CVAFS (cold vapor atomic fluorescence spectrophotometry; Tekran 2600)를 이용하였다.
성능/효과
첫째, 무생물 및 생물적 화학반응에 의해 Hg0로 환원된 후 대기로 재배출되거나, 둘째, 수생태계 내에 존재하는 입자에 부착되어 퇴적되거나, 셋째 황 환원 박테리아에 의해 메틸수은(CH3Hg+)으로 변환될 수 있다.3) 메틸수은은 생물 농축되는 물질로써, 수중에 낮은 농도로 존재한다고 할지라도 먹이연쇄의 상위 단계(예: 육식성 어류 또는 사람) 개체 내에서 종종 높은 농도로 관측된다.4,5)
6) 그러나 무기수은이 수생태계로 유입되어 메틸수은으로 변환되면 독성과 생물농축성이 크게 높아지며 특히 먹이연쇄의 상위 영양단계(예: 육식성 어류)에 축적되는 수은은 대부분이 메틸수은으로 알려져 있다.7) 따라서 대기 중 무기수은이 수생태계로 유입되는 과정, 무기수은의 수생태계 내 거동 양상, 그리고 메틸화에 대한 이해는 통합적 수은 연구에 필수적이다.
껍질을 제거한 시료(skin-off)의 평균 수은 농도는 0.079 ppm으로 껍질을 포함한 시료(skin-on)의 평균 수은 농도인 0.058 ppm에 비해 약 1.4배 높게 나타났으며, 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(Fig. 8, P-value<0.01).
넷째, 소양호 저서퇴적물의 수은 농도 분포는 69.9~98.3 µg/kg 범위로 미국 미네소타에 위치한 Voyageurs National park 내 17개 호수의 수은 농도 분포인 102~364 µg/kg에 비해 낮은 수은 농도를 나타내었다.
둘째, 한강과 소양호에서 채취한 총 22종의 어류 내 평균총 수은 농도는 0.073 ppm으로 나타나, 우리나라의 기준치(0.5 ppm) 및 미국 EPA의 기준치(0.3 ppm)에 비해 낮은 농도를 보였다. 그러나 우리나라 국민의 높은 어류 섭취량과 미국 EPA의 RfD (reference dose)를 바탕으로 본 연구에서 계산된 적정 기준치인 0.
또한 본 연구에서 소양호 퇴적물 내 수은 농도는 표층의 수은 농도와 상관관계가 나타나지 않았으며, 이는 소양호 퇴적물 내 수은이 호수 표층의 수은 농도에 영향을 거의 주지 않는다는 것을 나타낸다(Fig. 4). 소양호는 평균 수심이 33.
7 µg/kg). 또한 표층수의 총수은 농도와는 달리 뚜렷한 계절적 변이를 보이지 않고 일관성 있는 농도분포를 보였다. 본 연구에서 측정한 저서퇴적물 내 수은의 농도 범위는 대표적인 선행 연구인 미국 미네소타에 위치한 Voyageurs National Park 내 17개 호수의 수은 농도 분포인 102~364 µg/kg에 비해 상대적으로 낮은 값을 보이나,33) Voyageurs National Park의 경우 소양호에 비해 규모가 매우 작은 호수들로 이루어져 있어 두 호수 사이에 수은의 거동 양상의 차이가 클 것으로 추론되어 소양호와 절대적인 농도 수준을 비교하기 어렵다.
본 연구에서 어류를 종류별로 채취된 시료 수가 제한적이기 때문에 피라미, 살치, 한강 블루길, 신이리 블루길에 대해서만 살펴볼 수 있었으며, 그 결과 피라미에서만 통계적으로 유의한 상관관계를 나타났다(P-value<0.05).
18) 이와 같은 소양호의 특성은 대기 수은이 평상시에 소양호 유역으로 지속적으로 침적된 후 장마철에 한꺼번에 소양호로 유입되었을 가능성도 배제 할 수 없다. 본 연구에서는 2006년 여름철에 runoff에 의해 지류와 유역으로부터 대규모의 탁수가 중층으로 유입되어 소양호의 중층 탁도가 크게 증가한 것으로 나타났다(Fig. 2). 중층의 탁수는 성층현상으로 인해 수체 내 층간의 연직순환을 방해하는 기작으로 작용하여 중층에 머물게 되나, 겨울철이 되면 역전(turn-over) 현상에 의해 중층의 탁수가 표층으로 올라오게 되어 본 연구기간의 2006년 11월과 2007년 2월에 표층의 탁도(31.
본 연구에서는 각 지점별로 채취된 어류 체내의 수은 농도는 뚜렷한 차이가 나타났는데, 한강이 가장 낮았으며 신이리가 중간, 그리고 상류인 양구가 가장 높게 나타났다(Table 2). 선행연구에 의하면 어류 내 수은 농도는 일반적으로 어류의 나이(age)가 높을수록, 길이가 길수록, 무게가 많이 나갈수록, 그리고 영양단계가 높을수록 높은 농도를 나타낸다.
본 연구에서는 수심별 총수은의 농도 분포도 조사하였는데, 외국의 대부분의 선행 연구에서는 일반적으로 수심이 깊어짐에 따라 입자상 물질의 침강으로 인해 수체의 저층부에서 총수은 농도가 증가하는 것으로 나타났다.19,20) 그러나 소양호의 경우 우리나라의 강우 특성에 의해 여름철에 집중호우가 시작되고 이로 인한 대규모의 runoff가 발생하면서 탁수와 더불어 수은이 중층으로 다량 유입되는 특징을 보인다.
셋째, 본 연구에서 어류를 채취한 세 지점, 한강, 신이리, 양구는 동일한 종에서 뚜렷하게 다른 농도 분포를 보였는데, 상류일수록 더 높은 농도를 나타냈다. 이는 호수의 부영양화 차이로 인한 지점별 어류 성장 속도의 차이가 원인인 것으로 생각된다.
어류 시료 역시 균질화하기 어렵기 때문에 한 시료당 5회씩 반복 측정하여 그 평균값으로 농도를 구하였으며, 5회 반복 측정의 RPD는 평균 10.2%로 나타났다. 어류 시료 분석 시에도 one-point 표준용액은 10번 측정할 때마다 한 번씩 찍었으며(차이가 10% 이내일 경우에만 분석 지속), onepoint 표준용액의 주입과 함께 측정에 오차가 생길 수 있는 기기내의 잔류 수은 제거(purge)도 함께 시행했다.
육식성어류의 경우 평균 수은 농도가 0.086 ppm, 초식성 어류의 경우 0.021 ppm으로 나타났으며, 잡식성을 가진 어류들은 0.067 ppm으로 초식성어류< 잡식성 어류 < 육식성 어류 순으로 나타났다.
073 ppm으로, 식 (1)에서 계산된 어류 내 메틸수은의 조직 잔여 기준치와 유사하게 나타났다. 이 중 끄리의 평균 농도가 0.23 ppm로 가장 높은 수은 농도가 나타났으며 끄리, 돌고기, 중고기, 눈동자개, 메기의 체내 수은 농도가 0.1 ppm을 초과하는 것으로 나타났다(Fig. 6). 또한 채취한 어류 중 0.
5). 제한된 3개의 자료는 소양호 최심부 총수은 농도와 저서 퇴적물 내 총수은 농도가 뚜렷한 양의 상관관계를 보여준다(R2= 0.982). 이는 심층 수중-저서 퇴적물 간 이온상 2가 수은의 물질전달이 진행되고 있거나 입자성 수은의 침적 및 비산(suspension) 작용이 활발히 일어난다는 것을 시사한다.
01). 지점별로는 한강에서 채취한(n = 21 set) skin-on 시료와 skinoff 시료의 평균 수은 농도가 각각 0.039 ppm과 0.053 ppm으로 나타났으며, 신이리(n = 4)는 skin-on 시료와 skin-off 시료의 평균 수은 농도가 각각 0.121 ppm과 0.187 ppm, 양구(N = 2)에서는 각각 0.129 ppm, 0.133 ppm로 측정되어, 껍질 조직보다 근육 조직에서 주된 수은의 축적이 일어난다는 것을 시사한다. 이는 대부분의 다른 생물농축 오염물질이 주로 지방 조직에 농축되는 반면, 수은의 경우 근육 조직에 농축된다는 기존의 연구를 뒷받침한다.
본 연구에서는 소양호를 대상으로 장기간 동안 다매체 내 수은 농도 분포를 조사하였으며, 몇 가지 중요한 결과를 나타내고 있다. 첫째, 이제까지 연구된 대부분의 외국 선행연구에서 수은의 가장 중요한 유입원으로 호수 표면으로의 직접적인 대기 침적(건식 및 습식 침적)을 꼽았는데, 소양호의 경우 장마철 run-off가 가장 중요한 유입원이다. 그러나 유역으로부터 다량의 수은이 소양호로 유입된 배경에는, 대기 수은이 평상시에 소양호 유역으로 지속적으로 침적된 후 장마철에 한꺼번에 소양호로 유입되었을 가능성이 크다.
양구에서 채취된 어류의 길이와 무게는 한강이나 신이리에서 채취된 어류에 비해 작음에도 불구하고, 수은의 농도가 상대적으로 높게 나타났는데(Table 2), 그 이유로 몇 가지를 추론할 수 있다. 첫째, 한강이나 소양호 하류(신이리)에 비하여 소양호 상류(양구)로의 수은 유입량이 커서 소양호 상류 내의 수은 농도가 전반적으로 높거나, 둘째 소양호 상류 내의 총 수은 농도는 높지 않지만 메틸화 반응이 빠르게 진행되어 메틸수은의 농도가 높거나, 셋째어류의 성장속도가 한강에 비해 느리기 때문이라고 가정할 수 있다. 본 연구에서는 한강에서의 수중 수은 농도를 측정 하지 않았기 때문에 첫 번째 가정을 증명할 수 없지만, 소양호 상류(양구)의 유역 및 주변 도시를 고려하면 소양호 상류가 한강이나 소양호 하류에 비해 총 수은의 유입량이 높을 것이라고 기대되지 않는다.
표층수 총수은의 농도를 보면 시간적 및 공간적 변이에 대한 통계적 유의성을 찾아볼 수 없었으나, 탁도 및 입자상 유기탄소(particulate organic carbon; POC)와 뚜렷한 관련성(P-value<0.01)이 있는 것으로 관측되었다(Fig. 2).
표층의 탁도가 증가한 2006년 11월과 2007년 2월을 탁수영향 기간으로 분류할 때 탁수영향 기간의 표층 총수은 농도는 2.50±1.06 ng/L로, 비 탁수영향 기간의 평균 농도인 0.56±0.17 ng/L에 비해 약 4배 이상 증가하였다.
본 연구에서는 측정된 어류 내 총수은의 농도를 메틸수은의 농도로 가정하였다. 한강과 소양호에서 채취한 총 22(N=67)종의 어류를 습중량으로 계산하여 분석한 결과 전체 평균 수은 농도는 0.073 ppm으로, 식 (1)에서 계산된 어류 내 메틸수은의 조직 잔여 기준치와 유사하게 나타났다. 이 중 끄리의 평균 농도가 0.
환경부 수질측정망 자료를 이용하여 소양호와 한강의 수질측정 자료를 비교해 본 결과 한강에서 측정자료 총 144개 평균 총질소 농도는 7.46 ± 6.15 mg/L, 총인은 0.51 ± 0.62 mg/L, BOD는 5.56 ± 7.48 mg/L로 측정되었으며, 소양호는 각기 1.56 ± 0.23 mg/L, 0.03 ± 0.04 mg/L, 0.98 ±0.26 mg/L로 나타나 소양호보다 한강이 부영양화가 진행된 것으로 판단되며, 세 번째 가정이 한강에서 채집한 어류 내수은 농도가 소양호에서 채집된 어류 내 수은 농도보다 낮게 나타난 것을 뒷받침할 수 있다.
후속연구
이는 심층 수중-저서 퇴적물 간 이온상 2가 수은의 물질전달이 진행되고 있거나 입자성 수은의 침적 및 비산(suspension) 작용이 활발히 일어난다는 것을 시사한다. 그러나 본 연구에서 채취된 3세트의 자료만으로 이러한 결론을 내리기는 상당히 제한적이므로, 이를 뒷받침해 줄 수 있는 향후 연구가 필요하다.
3 ppm)에 비해 낮은 농도를 보였다. 그러나 우리나라 국민의 높은 어류 섭취량과 미국 EPA의 RfD (reference dose)를 바탕으로 본 연구에서 계산된 적정 기준치인 0.07 ppm을 상회하는 어류가 전체의 42%를 차지해, 우리나라만의 수은 관리 대책 및 어류 섭취에 대한 조언(advisory) 마련이 시급하다.
어류의 경우는 소양호뿐만 아니라 한강에서도 채취하여, 두 하천과 호수의 특성에 따른 어류 내 수은 농도를 비교해보았다. 이 연구 결과는 향후 소양호 내 다중 매체간 수은의 거동 양상과 메틸수은의 생성 및 소멸 기작과 이에 관련하는 물질 파악 등에 기초자료로서 중요하게 이용될 수 있다고 판단된다.
이는 호수의 부영양화 차이로 인한 지점별 어류 성장 속도의 차이가 원인인 것으로 생각된다. 이를 심층적으로 조사하기 위해서는 우리나라 호수 내 수은 농도의 공간적 분포를 더 집중적으로 광범위하게 조사해야 할 필요성이 있다.
소양호는 수심이 매우 깊은 호수로써, 저서 퇴적물과 표층수 사이의 수은 농도 간 상관관계를 찾아볼 수 없었으나, 수심이 얕은 호수에서는 저서 퇴적물 내 수은 농도가 수중 수은 농도에 더 뚜렷한 영향을 미칠 것으로 생각된다. 저서 퇴적물 내 수은 농도가 수중에 비해 훨씬 더 높은 농도를 나타내는 것이 일반적이기 때문에, 향후 여러 환경적 요소(유기물질함량, AVS, 공극 등)가 고려된 저서 퇴적물과 수중 수은의 교환 연구가 시급히 진행되어야 한다고 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수은에 대한 높은 관심의 이유는?
1) 수은은 오염원(source)에서 배출된 후 계속해서 침적(deposition)과 재배출(re-emission)을 한다는 점에서 여타의 다른 중금속들과 차이가 있다. 수은에 대한 높은 관심은 유기 수은인 메틸수은이 높은 독성 및 생물 축적률을 지니기 때문에 촉발되었다. 자연계에서 수은은 0, +1, +2의 산화상태로 존재하나, 이 중 +1가는 불안정해서 환경 중에 거의 존재하지 않는다.
수은의 특징은?
수은은 높은 독성을 나타내는 오염물질로서 다양한 화학종으로 구성되며 환경 내 매체 사이를 거동한다.1) 수은은 오염원(source)에서 배출된 후 계속해서 침적(deposition)과 재배출(re-emission)을 한다는 점에서 여타의 다른 중금속들과 차이가 있다.
수 생태계에 주로 존재하는 수은은 어디에 존재하는가?
따라서 수 생태계에 주로 존재하는 수은의 형태는 무기 및 유기 Hg2+라고 할 수 있다. 이러한 수은은 수중, 퇴적물, 플랑크톤, 어류 등 다매체 사이를 거동하며 존재한다.
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