[국내논문]낙동강 하구 해양환경 및 기상 요인이 김P(orphyra yezoensis) 생산량 변화에 미치는 영향 Effects of Meteorological and Oceanographic Properties on Variability of Laver Production at Nakdong River Estuary, South Coast of Korea원문보기
To understand the effects of marine environmental and meteorological parameters on laver Porphyra yezoensis production at Nakdong River Estuary, we analyzed marine environmental (water temperature, salinity, nutrients, etc.) and meteorological properties (air temperature, wind speed, precipitation, ...
To understand the effects of marine environmental and meteorological parameters on laver Porphyra yezoensis production at Nakdong River Estuary, we analyzed marine environmental (water temperature, salinity, nutrients, etc.) and meteorological properties (air temperature, wind speed, precipitation, sunshine hours) with yearly and monthly variations in laver production over 10 years (2003-2013). Air and water temperature, wind speed, sunshine hours and precipitation were major factors affecting yearly variability in laver production at the Nakdong River Estuary. Lower air and water temperatures together with higher levels of nutrients and sunshine and stronger wind speeds resulted in higher laver harvests. Salinity and nitrogen did not show clear correlations with laver production, mainly due to the plentiful supply of nitrogen from river discharge and the low frequency of environmental measurements, which resulted in low statistical confidence. However, environmental factors affecting monthly laver production were related to the life cycle (culturing stage) of Porphyra yezoensis and were somewhat different from factors affecting annual laver production. In November, a young laver needs lower water temperatures for rapid growth, while a mature laver needs much stronger winds and more sunshine, as well as lower temperatures for massive production and effective photosynthesis, mostly in December and January. However, in spring (March), more stable environments with fewer fluctuations in air temperature are needed to sustain the production of newly deployed culture-nets ($2^{nd}$ time culture). These results indicate that rapid changes in weather and marine environments caused by global climate change will negatively affect laver production and, thus, to sustain the yield of and predict future variability in laver production at the Nakdong River estuary, environmental variation around laver culturing farms needs to be monitored with high resolution in space and time.
To understand the effects of marine environmental and meteorological parameters on laver Porphyra yezoensis production at Nakdong River Estuary, we analyzed marine environmental (water temperature, salinity, nutrients, etc.) and meteorological properties (air temperature, wind speed, precipitation, sunshine hours) with yearly and monthly variations in laver production over 10 years (2003-2013). Air and water temperature, wind speed, sunshine hours and precipitation were major factors affecting yearly variability in laver production at the Nakdong River Estuary. Lower air and water temperatures together with higher levels of nutrients and sunshine and stronger wind speeds resulted in higher laver harvests. Salinity and nitrogen did not show clear correlations with laver production, mainly due to the plentiful supply of nitrogen from river discharge and the low frequency of environmental measurements, which resulted in low statistical confidence. However, environmental factors affecting monthly laver production were related to the life cycle (culturing stage) of Porphyra yezoensis and were somewhat different from factors affecting annual laver production. In November, a young laver needs lower water temperatures for rapid growth, while a mature laver needs much stronger winds and more sunshine, as well as lower temperatures for massive production and effective photosynthesis, mostly in December and January. However, in spring (March), more stable environments with fewer fluctuations in air temperature are needed to sustain the production of newly deployed culture-nets ($2^{nd}$ time culture). These results indicate that rapid changes in weather and marine environments caused by global climate change will negatively affect laver production and, thus, to sustain the yield of and predict future variability in laver production at the Nakdong River estuary, environmental variation around laver culturing farms needs to be monitored with high resolution in space and time.
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문제 정의
이외에도 최근 김 양식 산업은 기후변화에 따른 해양환경변화(고수온, 영양염류 부족, 유해물질 증가 등)로 갯병 빈발, 황백화 발생 등의 어려움을 겪고 있으며, 대외적으로 후발주자인 중국의 김 생산이 급속하게 증가함으로 인한 수출 경쟁 등의 상황에 직면하고 있다(NFRDI, 2013). 따라서 본 연구는 안정적이고 고효율의 김 생산을 위해 낙동강 하구의 김 생산량에 영향을 미치는 해양환경 및 기상요인을 파악하고자 수행되었다.
1970년 낙동강 양식장에서 11개월 조사한 결과(Choe and Chung, 1972)와 비교를 통해 그 간의 환경변화를 고찰하고자 하였다(Table 1). Choe and Chung (1972)이 조사한 정점 5의 위치가 국가 해양환경측정망 낙동강 하구 정점 2와 비슷하여 직접 비교하였다.
가설 설정
kr/aboutkma/intro/busan). 부산시 동래구에 위치한 부산기상청은 김 양식장과 약 25-30 km 떨어져있어, 국지적으로 발생하는 기상현상이나 바다로부터 받는 영향 등을 정밀하게 대변할 수는 없으나 본 연구에서는 월 또는 계절주기의 기상변화를 주로 평가할 것이므로 부산기상청의 관측 정보가 낙동강 하구의 월별, 계절별, 연별 기상 변화를 대표한다고 가정하였다.
제안 방법
영양염은 자동분석기(QuAAtro system with 4 channel, BranLuebbe, Germany)로 측정하였으며, 표준물질(OSIL社 & Wako社)로 검량용 표준용액을 만들고 검정하였다.
따라서 김 생산량 자료는 양식 순기를 기준으로 10월부터 다음해 5월까지의 연산별 생산량 자료를 활용하였다. 이에 따라 해양환경자료 및 기상자료도 11월부터 다음해 3월까지를 한 시기로 나누어 비교하였다.
1). 다목적 수질측정기(YSI6000, YSI, USA)로 수온, 염분, pH, 용존산소를 측정하였으며, Niskin채수기로 표층 해수를 채집하였다. 표층수의 영양염과 엽록소, 부유물질 분석을 위해 채집된 해수는 냉장상태로 실험실로 옮긴 후(1-2시간 이동), 해양환경공정시험기준(MLTM, 2010)에 따라 전처리 및 분석을 실시하였다.
, 1984). 한편 다목적 수질측정기(YSI6000, YSI, USA)는 현장에 나가기 전에 검교정을 하고, 실험실에서 동일조건에서 CTD (19plus, Sea-Bird Electronics, USA)와 비교 측정 후 보정하였다.
1970년 낙동강 양식장에서 11개월 조사한 결과(Choe and Chung, 1972)와 비교를 통해 그 간의 환경변화를 고찰하고자 하였다(Table 1). Choe and Chung (1972)이 조사한 정점 5의 위치가 국가 해양환경측정망 낙동강 하구 정점 2와 비슷하여 직접 비교하였다. 염분의 경우 1970년에 측정한 Choe and Chung(1972)에서 더 낮았으며, 더불어 용존무기질소의 80-90%를 차지하는 질산염의 농도도 4-5배 높았다.
2003년부터 2013년까지 10번의 양식주기 동안 낙동강하구에서 생산되는 김의 생산량 변동에 영향을 미치는 환경인자를 파악하기 위해 해양환경인자와 기상인자들의 관련성을 살펴보았다(Fig. 5). 김 양식순기의 총 생산량과 비교하기 위해, 해양환경인자는 11월과 다음해 2월에 관측된 결과를 평균하였으며, 기상자료는 11월부터 다음해 2월까지의 4개월의 결과를 평균하였다.
대상 데이터
따라서 김 생산량을 산출할 때 1월부터 12월까지의 연도별 생산량 자료는 실제적으로 두 번의 양식기간에 걸친 생산량이므로, 해당 양식시기의 풍·흉년을 논하기에는 대표성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 김 생산량 자료는 양식 순기를 기준으로 10월부터 다음해 5월까지의 연산별 생산량 자료를 활용하였다. 이에 따라 해양환경자료 및 기상자료도 11월부터 다음해 3월까지를 한 시기로 나누어 비교하였다.
낙동강 하구에서 생산되는 김 생산 통계는 부산광역시와 경상남도의 월별 생산량 및 생산금액을 합산하여 이용하였다(통계청, http://www.kostat.go.kr). 과거 낙동강 하구역 일부가 경상남도 의창군에 속하였던 관계로 이 지역에서 생산되는 김은 인근에 위치한 의창수협을 통해 경상남도 수산물 생산 통계로 집계된다.
1). 해양환경조사는 2011/2012년과 2012/2013년 김 양식시기(9월부터 5월까지)에 보름 간격으로 김 양식장을 대표할 수 있는 3개 정점에서 실시하였다(Fig. 1). 다목적 수질측정기(YSI6000, YSI, USA)로 수온, 염분, pH, 용존산소를 측정하였으며, Niskin채수기로 표층 해수를 채집하였다.
1996년부터 전국 연안환경의 지속관리를 위해 국가적 규모로 실시된 해양환경측정망은 전국 연안의 약 400개 정점에서 환경조사를 지속적(년 4회)으로 실시하고 있다. 낙동강 하구는 2004년 이전에는 부산권 해역에 포함되어 1-2 정점 조사되었으나, 2004년부터 특별관리해역으로 분류되어 조사정점이 총 4개로 확대되었다(Fig. 1). 해양환경측정망의 낙동강 하구정점은 김 양식해역과 본 연구의 조사 정점 보다 다소 외해에 위치하나(김 양식장과 직선으로 약 3-7 km 거리), 낙동강 환경변화를 대변할 수 있는 유일한 장기 해양환경 모니터링 자료이다.
해양환경측정망의 낙동강 하구정점은 김 양식해역과 본 연구의 조사 정점 보다 다소 외해에 위치하나(김 양식장과 직선으로 약 3-7 km 거리), 낙동강 환경변화를 대변할 수 있는 유일한 장기 해양환경 모니터링 자료이다. 따라서 김 생산량 자료와 비교하기 위해 2004년 2월부터 2013년 5월까지의 관측 자료를 활용하였다(국가해양환경정보통합시스템, http://www.meis.go.kr).
낙동강하구에 위치한 김 양식장의 기상은 부산기상대에서 관측한 2003년 1월부터 2013년 5월까지의 자료(일평균기온, 일평균풍속, 강수량, 일조량 등)를 이용하였다(http://web.kma.go.kr/aboutkma/intro/busan). 부산시 동래구에 위치한 부산기상청은 김 양식장과 약 25-30 km 떨어져있어, 국지적으로 발생하는 기상현상이나 바다로부터 받는 영향 등을 정밀하게 대변할 수는 없으나 본 연구에서는 월 또는 계절주기의 기상변화를 주로 평가할 것이므로 부산기상청의 관측 정보가 낙동강 하구의 월별, 계절별, 연별 기상 변화를 대표한다고 가정하였다.
2. Temporal variations of water temperature, salinity, dissolved oxygen (DO), dissolved inorganic nitrogen (DIN), phosphate, silicate, chemical oxygen demand (COD), and Chlorophyll-a at Nakdong River Estuary from 2004 to 2013 surveyed by the project of nationwide marine environmental monitoring network (circle and dotted line (moving average of 4 points), http://www.meis.go.kr) and by this study from 2011 to 2013 (x in red).
데이터처리
낙동강 하구의 김 생산량 변동에 기온을 비롯한 기상인자의 영향이 크게 작용하는 것으로 파악되었으며, 이를 보다 정밀하게 파악하기 위하여 월별 생산량을 기준으로 상관성(Pearson correlation)을 살펴보았다(Table 3).
이론/모형
다목적 수질측정기(YSI6000, YSI, USA)로 수온, 염분, pH, 용존산소를 측정하였으며, Niskin채수기로 표층 해수를 채집하였다. 표층수의 영양염과 엽록소, 부유물질 분석을 위해 채집된 해수는 냉장상태로 실험실로 옮긴 후(1-2시간 이동), 해양환경공정시험기준(MLTM, 2010)에 따라 전처리 및 분석을 실시하였다. 영양염은 자동분석기(QuAAtro system with 4 channel, BranLuebbe, Germany)로 측정하였으며, 표준물질(OSIL社 & Wako社)로 검량용 표준용액을 만들고 검정하였다.
성능/효과
반면 규산염은 Choe and Chung (1972)에서 이번 결과보다 평균 3-5배 높았다. 이상의 결과에서, 하구 둑 건설 이전에 낙동강 하구는 지금보다 더 넓은 해역에 걸쳐 담수의 영향으로 염분을 비롯한 질산염과 규산염의 분포에 있어 현재보다 시공간적인 변화가 컸던 것으로 생각된다. 특히 규산염은 질산염보다 하구 둑 건설 전과 후에 농도범위와 평균이 매우 크게 변화한 것으로 나타났다.
이상의 결과에서, 하구 둑 건설 이전에 낙동강 하구는 지금보다 더 넓은 해역에 걸쳐 담수의 영향으로 염분을 비롯한 질산염과 규산염의 분포에 있어 현재보다 시공간적인 변화가 컸던 것으로 생각된다. 특히 규산염은 질산염보다 하구 둑 건설 전과 후에 농도범위와 평균이 매우 크게 변화한 것으로 나타났다.
0 mg L-1)의 범위를 보였으며, 측정망 결과와 비교하였을 때, 편차범위 내에 분포하였다. 화학적산소요구량은 2013년 5월을 제외하면 0.5-2.3 mg L-1 (평균 1.2 mg L-1)범위였으며, 측정망 결과와 대체로 유사한 분포 범위를 보였으나, 염분과 양의 상관성을(r2=0.55, Fig. 3)보이는 것으로 보아 방류수의 영향으로 다소 높은 경우도 빈발하였다. 그 예로 2013년 5월은 4.
따라서 측정망에 비해 대부분의 시기에 질산염은 높고 황백화 발생 기준(5 µmol L-1)보다도 높으므로, 낙동강 하구에 위치하는 김 양식장은 풍부한 영양염으로 인해 황백화 발생 가능성이 매우 낮음을 알 수 있었다.
6 µmol L-1) 범위였으며 측정망 정점에 비해 다소 높게 나타났으나, 특이하게 높은 1∼2점을 제외하면, 측정망과 비슷한 범위였다. 낙동강 하구 김양식장에서 관측된 용존무기질소는 용존무기인과는 거의 상관성을 보이지 않았으나(Fig. 3), 규산염과는 다소 양의 상관성을 보였다(r2=0.29, Fig. 3). 이는 용존무기질소와 규산염은 방류수를 통한 담수 영향을 받는 반면, 용존무기인은 거의 영향을 받지 않기 때문인 것으로 생각된다.
이상의 결과에서, 김 양식장이 위치한 하구의 해양환경은 수온을 비롯한 용존산소, 엽록소 a, 인산염 등은 측정망에서 관측된 분포 경향과 유사한 반면, 염분과 질소성분 등은 하구 둑에서 방류되는 담수 영향으로 시공간적인 변동이 매우 큰 것으로 나타났다. 따라서 국가 해양환경측정망에서 관측된 자료는 김 양식장 환경변화를 대변하기에 시공간적인 해상도가 매우 부족하므로, 김 양식환경을 정밀하게 파악할 수 있는 별도의 모니터링 체계가 필요할 것으로 생각된다.
2003년부터 2013년까지 낙동강 하구에서 김 양식 순기(년 말∼익년 초)동안 생산된 총량은 8,900-26,800톤 범위였으며 생산 총액은 93-226억 범위였다(Table 2). 조사 기간 중 2011년산 김의 생산량과 생산금액이 가장 높았으며, 2007년산 김 생산량이 가장 낮았다. 1월부터 12월까지의 연간 총 생산량으로 평가하면, 2011년이 가장 높았으며(21,542톤), 2007년이 가장 낮았다(10,624톤).
김 양식순기의 총 생산량과 비교하기 위해, 해양환경인자는 11월과 다음해 2월에 관측된 결과를 평균하였으며, 기상자료는 11월부터 다음해 2월까지의 4개월의 결과를 평균하였다. 낙동강 하구의 김 생산량 변동은 기온 및 수온과 비교적 상관이 있는 것(각각 r2=0.37, 0.30, Fig. 5)으로 나타났다. 부산지역의 기온과 수온이 낮을수록 김 생산량이 높은 것으로 나타났다.
김은 수온이 23℃ 이하로 떨어지면 채묘를 시작하고, 엽체의 성장은 15℃ 이하에서 시작되며, 5-8℃에서 가장 잘 자란다(Yoo, 2003). 본 연구 결과에 의하면, 12월에서 이듬해 2월까지 낙동강에 위치한 김 양식장 해역의 수온이 8-12℃ 정도로 낮아지긴 했지만, 5℃ 가까이 낮아지는 경우는 관측할 수 없었다. 김 생산량이 높았던 2010/2011은 특히 11월 수온이 평균(17.
낙동강 하구의 엽록소 a 농도와 김 생산량은 비교적 높은 상관성을 보였다(r2=0.51, Fig. 5). 김 생장에 적합한 환경조건에서는 일차생산을 하는 식물플랑크톤도 생장이 원활하게 되므로 김 생산량이 높을수록 엽록소 a 농도도 높았던 것으로 유추된다.
그 외의 환경인자 중 풍속, 일조시간, 강우량이 김 생산량과 각각 양의 선형 상관성을 보였다(r2은 각각 0.19, 0.21, 0.24, Fig. 5). 따라서 김의 주생육시기인 겨울철에 바람이 강할수록, 일조시간이 길수록, 비가 많이 내릴수록 김 생산량이 비교적 높은 것으로 나타났다.
5). 따라서 김의 주생육시기인 겨울철에 바람이 강할수록, 일조시간이 길수록, 비가 많이 내릴수록 김 생산량이 비교적 높은 것으로 나타났다. 일반적으로 김은 조류 속도가 20 m s-1 이상에서 잘 자라며, 이는 영양염 및 이산화탄소 공급, 대사노폐물 제거, 미세한 부니 부착 방지, 활발한 대사활동을 위해 필요하다(Jang, 2002).
낙동강 하구의 11월 김 생산량은 기상 인자 중 최저 기온과 가장 높은 상관성을 나타내었다. 보통 11월은 단련기간을 거친 유엽이 생장하는 시기로, 수온이 15℃이하로 신속하게 하강하는 것이 중요하므로, 평균기온과 최고기온 보다는 수온이 15℃이하로 떨어지는 빈도가 중요하므로 이를 좌우하는 최저기온이 낮을수록 생산량이 높게 나타났다.
한편, 12월의 경우 1월과 달리, 기온과는 거의 상관성을 보이지 않은 반면, 풍속과 유일하게 유의한 상관을 보이는 데에는 다음과 같은 이유가 있을 것으로 추론된다. 첫째, 12월의 경우 연 중 기온 변화의 편차가 가장 큰 달로 낮게는 영하부터 높게는 10℃ 이상으로 크게 변동하였다. 따라서 월 평균 기온보다는 예를 들어 평균기온이 5℃ 이하로 하강한 일 수 등이 더 유용한 인자가 될 것으로 생각된다.
따라서 월 평균 기온보다는 예를 들어 평균기온이 5℃ 이하로 하강한 일 수 등이 더 유용한 인자가 될 것으로 생각된다. 둘째, 12월은 바람의 방향이 남풍에서 북서계절풍으로 전환되는 달로, 우리나라 대기권에 차가운 공기층을 형성하는 북서계절풍이 강할수록 기온이나 수온이 하강하게 된다. 따라서 12월의 바람은 수층 혼합 작용과 동시에 수온 하강의 2가지 역할을 하였을 것으로 생각된다.
2월과 3월의 김 생산량은 평균기온의 편차와 음의 상관성을 보였으며, 특히 3월은 95% 신뢰수준에서 유의한 상관성을 보였다. 2월은 보통 냉동시킨 김 발을 설치하여 두 번째 양성을 시작하는 시기로, 첫 번째 양식의 마지막 채취, 두 번째 양식의 단련 등으로 생산량이 고르지 못한 점이 있다.
결론적으로, 낙동강 하구에서 생산되는 김의 연간 변화는 기온과 수온이 낮을수록, 바람이 비교적 강할수록 생산량이 높은 것으로 나타났으며, 염분과 질소성분은 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 김의 월별 생산량변화는 양식 주기별로 김의 생육에 주요한 기상 인자가 달랐으며, 이들 요인들의 작은 변화는 김 생산량에 민감하게 작용하는 것으로 나타났다.
결론적으로, 낙동강 하구에서 생산되는 김의 연간 변화는 기온과 수온이 낮을수록, 바람이 비교적 강할수록 생산량이 높은 것으로 나타났으며, 염분과 질소성분은 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 김의 월별 생산량변화는 양식 주기별로 김의 생육에 주요한 기상 인자가 달랐으며, 이들 요인들의 작은 변화는 김 생산량에 민감하게 작용하는 것으로 나타났다. 여러 연구자들에 의하면 한반도 주변해역의 온난화는 산업혁명 이후 약 1℃ 정도 상승한 것으로 나타났으며(Jung, 2008; Yeh et al.
후속연구
따라서 12월의 바람은 수층 혼합 작용과 동시에 수온 하강의 2가지 역할을 하였을 것으로 생각된다. 추후 12월 풍향과 김 생산량 변화에 대한 정밀한 분석이 필요할 것으로 생각된다.
이 같은 전지구 기후변화에 따른 수온 상승은 낙동강 하구 김 생산량에 직접적인 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 미래 해양환경 변화에 대비하고 김 생산 적지를 평가하기 위해, 전국 김 양식해역에 대한 고해상도 해양환경 모니터링이 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2012년 기준 국내의 양식 김의 연간 생산량은?
낙동강 하구에서도 100여년 전부터 김 양식이 이루어진 것으로 추정되며, 실제로 1933년에는 낙동강 하구 김 어장의 흉작에 관한 조사가 이루어졌다(Kang, 1972). 양식 김의 연간 생산량은 35 만 톤, 생산액은 2,774억 원으로 양식 품종 중 넙치, 전복 다음으로 생산액이 높으며(2012년 기준, 통계청http://www.kostat.
한국에서 김 양식이 시작된 시기는?
우리나라 김(Porphyra yezoensis)은 양식의 역사성이나 생산 규모 면에서 대표적인 양식품목이다(Ock, 2010). 김 양식은 약 540여년전(1470년대) 남해안 광양만에서 시작되었으며(Bae, 1991), 1920년 후반부터 우리나라 전역에 근대 김 양식이 활발해졌다(Yoo, 2003). 낙동강 하구에서도 100여년 전부터 김 양식이 이루어진 것으로 추정되며, 실제로 1933년에는 낙동강 하구 김 어장의 흉작에 관한 조사가 이루어졌다(Kang, 1972).
낙동강 하구에서 환경변화는?
Choe and Chung (1972)은 낙동강 하구가 일본의 김 생산해역 및 국내 완도 등지에 비해 영양염이 풍부하여 김 생산을 위한 우수한 어장이라 평가하였으며, 실제 낙동강에서 생산되는 김은 색택과 식감이 우수하여 좋은 평가를 받고 있다. 한편 낙동강하구는1980년대 하구 둑 건설 후 지형적으로 을숙도 아래 사주 발달이 심화되고 있으며, 수층 혼합에 관여하는 주 기작이 조류에서 방류수량으로 바뀌었다(Jang and Kim, 2006; Kim et a., 2011). 또한 하구 둑 건설 후 오염 부하량, 영양 염류 농도, 녹조류 및 남조류 밀도 증가 등의 생화학적 변화가 확인되었다(Moon and Choi, 1991; Cho et al., 2007; Yoon et al.
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