연안생태계의 영양상태와 환경적 질을 평가하기 위하여, 2007년 2월 남해연안의 총 25개 소해역, 131개 정점을 대상으로 표층 퇴적물의 입도조성, 광합성 색소, 총유기탄소, 총질소, 생화학적 조성(단백질, 탄수화물, 지질) 등을 분석하였다. 다차원 분석 결과 4개의 그룹으로 나뉘었으며, 일원분산분석에서 단백질, 탄수화물, biopolymeric carbon 농도의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 이를 토대로 퇴적물 내 생화학적 조성을 이용한 영양상태 기준을 설정하였으며, 조사해역의 영양상태를 평가한 결과 산업폐수 및 생활하수 유입이 많은 마산만, 진해만, 행암만을 포함한 I그룹을 과영양 상태, 양식시설이 밀집한 통영, 고성 자란, 거제연안 등의 II그룹은 부영양 상태로 추정되었으며, 가막만, 득량만, 여자만 등의 III그룹은 중영양 상태로, 나머지 신안, 진도, 무안을 포함한 IV그룹은 빈영양 상태로 추정되었다. 본 연구결과로 퇴적물의 생화학적 조성을 이용한 영양상태 구분은 연안역의 영양도 평가를 위하여 유용한 방법으로 사용되어 질 수 있다고 판단된다.
연안생태계의 영양상태와 환경적 질을 평가하기 위하여, 2007년 2월 남해연안의 총 25개 소해역, 131개 정점을 대상으로 표층 퇴적물의 입도조성, 광합성 색소, 총유기탄소, 총질소, 생화학적 조성(단백질, 탄수화물, 지질) 등을 분석하였다. 다차원 분석 결과 4개의 그룹으로 나뉘었으며, 일원분산분석에서 단백질, 탄수화물, biopolymeric carbon 농도의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 이를 토대로 퇴적물 내 생화학적 조성을 이용한 영양상태 기준을 설정하였으며, 조사해역의 영양상태를 평가한 결과 산업폐수 및 생활하수 유입이 많은 마산만, 진해만, 행암만을 포함한 I그룹을 과영양 상태, 양식시설이 밀집한 통영, 고성 자란, 거제연안 등의 II그룹은 부영양 상태로 추정되었으며, 가막만, 득량만, 여자만 등의 III그룹은 중영양 상태로, 나머지 신안, 진도, 무안을 포함한 IV그룹은 빈영양 상태로 추정되었다. 본 연구결과로 퇴적물의 생화학적 조성을 이용한 영양상태 구분은 연안역의 영양도 평가를 위하여 유용한 방법으로 사용되어 질 수 있다고 판단된다.
In order to classify the trophic state and environmental quality of marine coastal system, an approach using the characteristics and biochemical composition in the sediments can be available. This research, including 25 coastal bay, belong to 131 stations, was carried out along the south coasts of K...
In order to classify the trophic state and environmental quality of marine coastal system, an approach using the characteristics and biochemical composition in the sediments can be available. This research, including 25 coastal bay, belong to 131 stations, was carried out along the south coasts of Korea in February 2007. Type of sediment, total ogranic carbon, total nitrogen, phytopigments and biochemical composition(proteins, lipids, carbohydrates) were analyzed. Result from Multi-dimensional Scaling(MDS) ordination indicates that four group can be identified. The result of ANOVA with tukey test shows that the concentrations of proteins, carbohydrates and biopolymeric carbon were significantly different to four groups. We propose the trophic state classification for these groups using the biochemical composition of sediment organic matter. I group(Masan, Jinhae, Haengam) has been defined as hypertrophic state, II group(Tongyeong, Goseong；Jaran, Geoje et al.), as eutrophic; III group(Gamak, Deungnyang, Yeoja et al.), as mesotrophic and IV group(Sinan, Jindo, Muan), as oligotrophic. On the basis of results reported in this study, the biochemical composition of sediment organic matter could be considered an useful and sensitive tool for the classification of the trophic state of marine coastal systems.
In order to classify the trophic state and environmental quality of marine coastal system, an approach using the characteristics and biochemical composition in the sediments can be available. This research, including 25 coastal bay, belong to 131 stations, was carried out along the south coasts of Korea in February 2007. Type of sediment, total ogranic carbon, total nitrogen, phytopigments and biochemical composition(proteins, lipids, carbohydrates) were analyzed. Result from Multi-dimensional Scaling(MDS) ordination indicates that four group can be identified. The result of ANOVA with tukey test shows that the concentrations of proteins, carbohydrates and biopolymeric carbon were significantly different to four groups. We propose the trophic state classification for these groups using the biochemical composition of sediment organic matter. I group(Masan, Jinhae, Haengam) has been defined as hypertrophic state, II group(Tongyeong, Goseong；Jaran, Geoje et al.), as eutrophic; III group(Gamak, Deungnyang, Yeoja et al.), as mesotrophic and IV group(Sinan, Jindo, Muan), as oligotrophic. On the basis of results reported in this study, the biochemical composition of sediment organic matter could be considered an useful and sensitive tool for the classification of the trophic state of marine coastal systems.
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문제 정의
이 연구는 국가해양측정망 중 남해연안에 대한 유기퇴적 물의 농도 분포와 생화학적 조성을 이용하여 우리나라 해역의 영양상태를 비교하였으며, 퇴적물 내 유기물의 양과 질의 분석을 이용한 생화학적 접근 방법을 통해 우리나라 연안 해역의 영양상태를 평가하기 위한 새로운 분류자(New descriptor)를 확인하고 영양상태 기준을 설정하고자 하였다.
가설 설정
(2002)의 연구에서도 해양보호구역을 중 빈영양으로 가정한 점을 참고하였다. 마지막으로 유기물 풍부 도가 가장 낮은 신안, 진도, 무안의 그룹을 빈영양 상태 (Oligotrophic state)로 가정하였다. 단백질, 탄수화물, BPC에 대하여 각각의 경계값은 각 그룹별 평균값과 양의 표준편차의 합으로 경계값을 설정하였다.
먼저, 산업폐수 및 생활하수 유입이 많은 마산만, 진해만을 포함한 그룹을 과영양 상태(Hypertrophic state)로 가정하였다. Nixon(1995)의 영양도 기준을 적용하였을 때 역시 과영양 상태인 것으로 나타났고, Lee et al.
(2004)에서도 과영양으로 평가되어 타당성을 가지는 것으로 판단된다. 생태계 보전에 장애가 있고 해양환경 기준 유지가 곤란한 특별관리해역 모두를 포함하는 그룹은 부영양 상태(Eutrophic state)로 가정하였으며, 여기에 속한 부산, 온산, 울산만은 Lee et al.(2004)에서도 부영양 해역으로 평가되었다.
(2004)에서도 부영양 해역으로 평가되었다. 해양 환경 및 생태계의 보존이 양호하며, 환경보전해역(가막만, 득량만, 완도 도암만) 모두를 포함한 그룹을 중영양 상태 (Mesotrophic state)로 가정하였다. Lee et al.
제안 방법
(2002)는 이탈리아 Apolian 연안을 대상지역 으로 하여, 2000년 3월과 9월, 99개 정점에서 함수율, 공극률, 총유기물, chlorophyll a, phaeopigment, 단백질, 탄수화물, 지질 등을 분석하였다. 공업항, 관광항만, 발전소, 양식장 등 인간 활동에 의해 인위적 영향(Anthropogenic impact)을 많이 받는 지역과 대조구(Control)로 외부영양이 없는 해양보호구역을 포함하여 퇴적물 내 생화학적 조성을 이용한 영양상태 기준을 제시하였다. Lee et al.
박스 코어를 이용하여 표층 퇴적물(0 3 cm)을 채취하였으며, 채취한 시료는 냉동 보관 후 실험실로 운반하여 입도 (grain size), 총 유기탄소(TOC; Total ogranic carbon), 총질소 (TN; Total nitrogen), 광합성색소(Phytopigment; Chlorophyll a and phaeopigments), 단백질(Proteins), 탄수화물(Carbohydrates), 지질(Lipids)을 분석하였다.
퇴적물 내 유기물의 양과 질을 분석하여 연안역에서의 영양상태(trophic state)와 환경의 질을 평가하였다. 본 연구에서 한반도 연안역 퇴적물의 유기물 변화는 남해 동부에서 서부로 갈수록 감소하고 있음을 보여준다.
대상 데이터
본 조사를 위한 시료채취는 국가 해양환경 정점(NFRDI, 2008) 중 울산만에서 무안해역까지 총 25개 소해역, 131개 정점을 대상으로 2007년 2월에 실시되었다(Fig. 1).
데이터처리
각 해역의 생화학적 조성 농도는 지역에 따라 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다(ANOVA, p < 0.01; Fig. 4).
, 2000). 남해연안별 평균값 차이는 일원분산분석(One-way ANOVA) 을 통하여 검정하였으며 사후분석으로는 터키검증(Tukey test)을 이용하였다. 또한 남해연안의 부영양 특성을 평가하기 위해 정점간의 유사도에 의한 그룹핑을 하기 위해 다차원 척도법(MDS; Multi-Dimensional Scaling)을 적용하였다.
마지막으로 유기물 풍부 도가 가장 낮은 신안, 진도, 무안의 그룹을 빈영양 상태 (Oligotrophic state)로 가정하였다. 단백질, 탄수화물, BPC에 대하여 각각의 경계값은 각 그룹별 평균값과 양의 표준편차의 합으로 경계값을 설정하였다. 그 결과 퇴적물의 생화학적 조성을 이용한 연안역의 영양상태 평가 기준으로 Table 4 와 같이 제안하였다.
이론/모형
(1951)의 방법으로, 탄수화물은 Dubois et al.(1956)의 Phenol-sulphuric acid 방법으로, 지질은 chloroform과 methanol 로 추출한 후 Marsh and Weinstein(1966)의 방법으로 분석하였다. 검출된 각각의 농도에 0.
퇴적상의 분류는 Folk(1968)의 방법에 따랐으며, TOC와 TN의 분석은 CHN 원소분석기(Flash EA-1112, Thermo Finnigan)로 측정하였다. 광합성색소(Chlorophyll a and phaeopigments)는 Lorenzen and Jeffrey(1980)의 방법을 따랐다. 단백질은 Folin-ciocalteu를 이용하여 발색하는 Lowry et al.
남해연안별 평균값 차이는 일원분산분석(One-way ANOVA) 을 통하여 검정하였으며 사후분석으로는 터키검증(Tukey test)을 이용하였다. 또한 남해연안의 부영양 특성을 평가하기 위해 정점간의 유사도에 의한 그룹핑을 하기 위해 다차원 척도법(MDS; Multi-Dimensional Scaling)을 적용하였다.
퇴적상의 분류는 Folk(1968)의 방법에 따랐으며, TOC와 TN의 분석은 CHN 원소분석기(Flash EA-1112, Thermo Finnigan)로 측정하였다. 광합성색소(Chlorophyll a and phaeopigments)는 Lorenzen and Jeffrey(1980)의 방법을 따랐다.
성능/효과
TOC 농도 값이 가장 낮은 곳은 완도해역(5.08 ± 3.36 mg C g-1 dry)이며, 남해 서부 지역에서는 도시형성으로 육상기인의 영향이 높은 목포 해역이 주변지역에 비해 높게 나타났다.
각 그룹별 유기물 농도 및 성분 조성 자료가 통계적으로 유의한지 알아보기 위해 일원분산분석 결과(Table 3), 등분산 가정을 만족한 단백질, 탄수화물, BPC, TOC, TN 항목이 99.99 % 신뢰수준에서 그룹별 해역에 따라 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한, 그룹 간의 차이를 알아보기 위한 사후 분석(Tukey test) 결과, 단백질, 탄수화물, BPC에서 4개의 그룹간의 차이가 뚜렷한 것으로 밝혀졌다.
분석결과 나뉜 4개 그룹에 대한 변수들의 평균값은 Table 2에 나타내었다. 그 결과 평균입도, 광합성 색소, 지질을 제외한 단백질, 탄수화물, BPC, 총유기탄소 및 질소에서 그룹에서 그룹으로 갈수록 농도가 감소하는 경향이 나타났으며, 특히 단백질, 탄수화물, BPC에서 4개 그룹간의 농도 차이가 뚜렷하게 나타났다.
그리고 피어슨 상관분석 결과 탄수화물과 TN이 높은 상관관계를 띄고 있었다(r = 0.783, p < 0.01).
남해연안 표층퇴적물 중 유기물질 농도 자료를 ANOVA로 분석한 결과, 99 % 신뢰수준에서 해역에 따라 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다. 총유기탄소와 총질소를 살펴보면 (Fig.
93 mg C g-1 dry)도 높은 농도를 나타내었다. 또한 양식장이 밀집한 통영연안, 고성․자란만, 거제연안에서도 남해 서부 해역에 비해 2 3배 높은 농도를 보였다. TOC 농도 값이 가장 낮은 곳은 완도해역(5.
이는 한 시점에서의 퇴적물 내 생화학적 조성을 이용한 영양상태 평가가 오랜 기간 수질 데이터를 이용하여 얻은 남해연안별 영양상태의 패턴을 비교적 잘 반영하고 있는 것으로 판단된다. 또한 퇴적물의 단백질 농도는 해양 시스템에서 생산력을 반영하므로(Danovaro et al., 2000) 이러한 점들을 종합해 볼 때 단백질과 탄수화물 농도로 연안의 영양도와 유기물 풍부도를 서술하는 데 무리가 없을 것으로 판단된다. 하지만 이러한 영양단계에 대한 경계값들은 다른 세계 여러 연안역의 값들과 비교해서 더욱 강화되고 세밀하게 구별되어야 할 것이다.
99 % 신뢰수준에서 그룹별 해역에 따라 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한, 그룹 간의 차이를 알아보기 위한 사후 분석(Tukey test) 결과, 단백질, 탄수화물, BPC에서 4개의 그룹간의 차이가 뚜렷한 것으로 밝혀졌다.
또한, 평균입도는 2.26 10.37 (평균 7.54 )범위로 중립사(Medium mud)부터 점토(Clay)까지 다양하였으며 전반적으로 세립질 퇴적물이 우세한 것으로 나타났다.
본 연구결과로 유추하여 퇴적물의 단백질과 탄수화물 농도로 연안의 영양도와 유기물 풍부도(Enrichment)를 서술하는 데 무리가 없을 것으로 판단되며, 생화학적 조성을 이용한 영양상태(Trophic state) 구분은 연안역의 영양도 평가를 위한 유용한 방법으로 사용되어 질 수 있다고 판단된다. 또한 저층에서의 생지화학적 반응은 연안생태계 전반에 걸쳐 직․간접적으로 관련이 있으므로 이러한 연안 환경에서 저층의 영양상태 연구는 해양 생태계 전반에 걸친 영향에 이해를 줄 수 있어 다양한 연구가 수행되어야 할 필요성이 있다.
퇴적물 내 유기물의 양과 질을 분석하여 연안역에서의 영양상태(trophic state)와 환경의 질을 평가하였다. 본 연구에서 한반도 연안역 퇴적물의 유기물 변화는 남해 동부에서 서부로 갈수록 감소하고 있음을 보여준다. 이와 같은 차이는 한국 남해연안에서 유기물 부하량에 따라 다른 영양상태를 보인다는 것을 알 수 있다.
상기 Table 4 역시, BPC가 퇴적물 내 유기물의 생화학적 조성인자들의 탄소당량 합산값이고, 퇴적물 TOC와의 상관성이 높으며(r=0.862, p<0.01), BPC와 TOC의 남해연안 분포가 유사한 점(Fig. 2, Fig. 5) 등을 미루어 TOC를 기준으로 한 영양상태 평가 또한 가능할 것이다.
집괴분석에 근거한 다차원 분석(MDS) 결과 한국 남해연안은 4개의 그룹으로 나뉘었으며, 일원분산분석에서 단백질, 탄수화물, BPC 농도의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 이것을 토대로 조사해역의 영양상태를 평가한 결과 산업폐수 및 생활하수 유입이 많은 마산만, 진해만, 행암만을 포함한 Ⅰ그룹은 과영양 상태(Hypertrophic state)로, 양식시설이 밀집한 통영연안, 고성․자란만, 거제연안이 포함된 Ⅱ그룹은 부영양 상태(Eutrophic state)로 추정되었으며, 가막만, 득량만, 여자만 등이 포함된 Ⅲ그룹은 중영양 상태(Mesotrophic state)로, 나머지 신안, 진도, 무안을 포함한 Ⅳ그룹은 빈영양 상태 (Oligotrophic state)로 추정되었다.
40 mg N g-1 dry)였다. 전체적으로 남해 동부에서 서부로 옮겨질수록 TOC와 TN의 농도가 낮아지는 경향을 나타내었다.
이것은 유기물의 생화학적 관점에서도 뚜렷하게 나타났다. 집괴분석에 근거한 다차원 분석(MDS) 결과 한국 남해연안은 4개의 그룹으로 나뉘었으며, 일원분산분석에서 단백질, 탄수화물, BPC 농도의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 이것을 토대로 조사해역의 영양상태를 평가한 결과 산업폐수 및 생활하수 유입이 많은 마산만, 진해만, 행암만을 포함한 Ⅰ그룹은 과영양 상태(Hypertrophic state)로, 양식시설이 밀집한 통영연안, 고성․자란만, 거제연안이 포함된 Ⅱ그룹은 부영양 상태(Eutrophic state)로 추정되었으며, 가막만, 득량만, 여자만 등이 포함된 Ⅲ그룹은 중영양 상태(Mesotrophic state)로, 나머지 신안, 진도, 무안을 포함한 Ⅳ그룹은 빈영양 상태 (Oligotrophic state)로 추정되었다.
총유기탄소와 총질소를 살펴보면 (Fig. 2), TOC는 0.62 42.16 mg C g-1 dry(평균 13.16 ± 7.57 mg C g-1 dry)의 범위로 대표적인 오염해역으로 알려진 마산만 (26.05 ± 10.12 mg C g-1 dry)에서 가장 높은 농도를 보였고, 행암만(25.44 ± 0.99 mg C g-1 dry)과 그 주변 해역인 진해만(25.15 ± 8.93 mg C g-1 dry)도 높은 농도를 나타내었다.
우리나라 남해 연안 표층퇴적물의 입도 조성을 살펴보면 Table 1과 같다. 퇴적물 내 자갈, 모래, 점토, 실트의 함량을 기초로 Folk (1968)의 삼각좌표에 도시한 결과, 연구지역내 퇴적물은 약역질니(Slightly gravelly mud, (g)M), 역질니(Gravelly mud, gM), 약역니질사(Slightly gravelly muddy sand, (g)mS), 역니질사 (Gravelly muddy sand, gmS), 니(Mud, M), 점토(Clay, C)인 총 6 개의 퇴적물 유형(Sedimentary type)으로 이루어져 있었으며, 주로 약역질니((g)M)가 우세하게 분포하였다.
29μ g g-1 의 농도를 보였다. 해남만, 득량만, 사천만을 제외한 대부분의 해역에서 chlorophyll a보다 phaeopigment의 농도가 높게 나타났다.
후속연구
부영양 해역에서의 퇴적물은 수층에 지속적으로 영향을 주며 수질의 악화를 초래하고 있다. 하지만 이를 관리하기 위한 해양퇴적물에 대한 정확한 실태 파악 및 해저 퇴적물의 생화학적․물리적 특성, 오염물질 배출원, 오염물질의 수지 파악 등의 체계적인 연구가 미흡한 실정이며, 현재 해양환경에 대한 관리는 수질 위주로 되어 있어 해양퇴적물에 대한 관리 기준 마련도 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연안해역에 과도하게 유입되는 유기물은 어떠한 영향을 미치는가?
연안해역에 과도하게 유입되는 유기물은 종 다양성 감소와 같은 저서 건강도 악화, 해양생물의 사망 등 생태학적으로 악영향을 초래하는 계기가 된다. 해역의 영양상태(Trophic state) 는 빈영양(Oligotrophic), 중영양(Mesotrophic), 부영양(Eutrophic), 과영양(Hypertrophic) 상태로 구분될 수 있다(Nixon, 1995; Wasmund et al.
해역의 영양상태는 어떻게 구분되는가?
연안해역에 과도하게 유입되는 유기물은 종 다양성 감소와 같은 저서 건강도 악화, 해양생물의 사망 등 생태학적으로 악영향을 초래하는 계기가 된다. 해역의 영양상태(Trophic state) 는 빈영양(Oligotrophic), 중영양(Mesotrophic), 부영양(Eutrophic), 과영양(Hypertrophic) 상태로 구분될 수 있다(Nixon, 1995; Wasmund et al., 2001).
한반도 연안역 퇴적물의 유기물 변화의 남해 동부에서 서부로 갈수록 감소로 알 수 있는 것은?
본 연구에서 한반도 연안역 퇴적물의 유기물 변화는 남해 동부에서 서부로 갈수록 감소하고 있음을 보여준다. 이와 같은 차이는 한국 남해연안에서 유기물 부하량에 따라 다른 영양상태를 보인다는 것을 알 수 있다. 남해안은 1970년대 이후 산업발달과 인구증가에 따른 산업폐수와 생활하수의 증가 및 양식 활동에 의하여 해역의 유기물 부하량이 증가하고 있다.
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