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문제 정의
- , 2005, 2007). 본 연구는 남해안 대표적인 고막류(ark shell) 양식어장인 여자만과 남해 강진만에서 패류양식해역과 비양식해역을 구분하여 유기물 축적에 따른 저서환경의 오염현황을 비교하였다. 또한 과거 조사자료(1999/2000년)와 비교하여 여자만과 강진만에서 시간적 저서환경의 변화를 평가하였다.
제안 방법
- , 2012). 공극수는 증류수로 희석한 다음 영양염 자동측정기(Seal Analytical GmbH, Model Quatro)를 사용하여 질소계 영양염류인 NH4+-N와 NO3--N를측정하였다.
- 공극수시료는 표층퇴적물 채취와 동시에 현장에서 Rhizon sampler를 이용하여 퇴적물내 공극수를 추출하고 분석전까지 냉동보관하였다(Hwang et al., 2012). 공극수는 증류수로 희석한 다음 영양염 자동측정기(Seal Analytical GmbH, Model Quatro)를 사용하여 질소계 영양염류인 NH4+-N와 NO3--N를측정하였다.
- 본 연구는 남해안 대표적인 고막류(ark shell) 양식어장인 여자만과 남해 강진만에서 패류양식해역과 비양식해역을 구분하여 유기물 축적에 따른 저서환경의 오염현황을 비교하였다. 또한 과거 조사자료(1999/2000년)와 비교하여 여자만과 강진만에서 시간적 저서환경의 변화를 평가하였다. 이를 위해 퇴적물내 유기물축적 지표(화학적 산소요구량, 강열감량, 산휘발성황화합물, 총유기 탄소, 총질소)와 공극수중 암모니아와 질산 질소를 조사하였고, 퇴적물의 독성도를 파악하기 위해 발광미생물의 발광저해도도 함께 조사하였다.
- 또한 과거 조사자료(1999/2000년)와 비교하여 여자만과 강진만에서 시간적 저서환경의 변화를 평가하였다. 이를 위해 퇴적물내 유기물축적 지표(화학적 산소요구량, 강열감량, 산휘발성황화합물, 총유기 탄소, 총질소)와 공극수중 암모니아와 질산 질소를 조사하였고, 퇴적물의 독성도를 파악하기 위해 발광미생물의 발광저해도도 함께 조사하였다.
- 05 m2의 van Veen grab을 사용하여 채집한 후 polyethylene병에 넣은 후 냉동보관하였다. 저서환경 특성을 파악하기 위해 표층퇴적물에 대해 입도(grain size), 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand; COD), 강열감량(ignition loss; IL), 산휘발성황 화합물(acid volatile sulfide; AVS), 총유기탄소(total organic carbon; TOC), 총질소(total nitrogen; TN)를 분석하였고, 공극수중 암모니아 질소(NH4+-N)와 질산 질소(NO3--N)도 분석하였다. 퇴적물의 독성도를 파악하기 위해 퇴적물의 유기용매 추출액에 대해 발광미생물의 발광저해도를 조사하였다.
- 5 g을 유리 vial에 넣고 1 N HCl 10 mL를 첨가하여 탄산염을 제거하고, 70℃에서 24시간 동안 수분과 잔류염소를 날려 보냈다. 전처리된 시료는 105℃에서 2시간 건조시키고, 상온에서 2시간 방치한 후 주석박막으로 3-5 mg의 시료를 CHN 원소분석기(Perkin Elmer, model 2400)로 분석하였다(Yoon et al., 2009a; Jung et al., 2011, 2012).
- 퇴적물 독성도 표층퇴적물내 유기물 축적이 생물에 미치는 영향을 평가하기 위해 퇴적물의 유기용매 추출액에 대한 발광미생물의 발광저 해도를 조사하였다. 발광미생물에 대한 50% 영향농도 (effective concentration 50; EC50)는 여자만 10-85 mg/mL (평균 29 mg/mL), 강진만 0.
- 퇴적물내TOC 및 TN은 냉동 건조시킨 퇴적물 시료 0.5 g을 유리 vial에 넣고 1 N HCl 10 mL를 첨가하여 탄산염을 제거하고, 70℃에서 24시간 동안 수분과 잔류염소를 날려 보냈다. 전처리된 시료는 105℃에서 2시간 건조시키고, 상온에서 2시간 방치한 후 주석박막으로 3-5 mg의 시료를 CHN 원소분석기(Perkin Elmer, model 2400)로 분석하였다(Yoon et al.
- 저서환경 특성을 파악하기 위해 표층퇴적물에 대해 입도(grain size), 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand; COD), 강열감량(ignition loss; IL), 산휘발성황 화합물(acid volatile sulfide; AVS), 총유기탄소(total organic carbon; TOC), 총질소(total nitrogen; TN)를 분석하였고, 공극수중 암모니아 질소(NH4+-N)와 질산 질소(NO3--N)도 분석하였다. 퇴적물의 독성도를 파악하기 위해 퇴적물의 유기용매 추출액에 대해 발광미생물의 발광저해도를 조사하였다. 입도, COD, IL, AVS, 발광미생물의 발광저해도의 분석은 해양환경 공정시험기준(MLTM, 2010)에 따라 수행하였다.
- 여자만은 2012년 5월과 9월에 각각 29개 정점에서, 강진만은 7월과 9월에 각각 20개 정점에서 표층퇴적물(~4 cm)을 채취하였다. 패류양식어장(farm)과 양식활동이 없는 해역(reference)을 구분하여 시료를 채취하였고, 여자만은 고막류 양식해역(Y1-Y21)과 비양식해역(Y22-29), 강진만은 고막류 양식해역(G1-G11), 굴 양식해역(G12, G15), 비양식해역(G13, G14, G16-G20)으로 구분하였다. 퇴적물 시료는 표면적 0.
대상 데이터
- 여자만은 2012년 5월과 9월에 각각 29개 정점에서, 강진만은 7월과 9월에 각각 20개 정점에서 표층퇴적물(~4 cm)을 채취하였다. 패류양식어장(farm)과 양식활동이 없는 해역(reference)을 구분하여 시료를 채취하였고, 여자만은 고막류 양식해역(Y1-Y21)과 비양식해역(Y22-29), 강진만은 고막류 양식해역(G1-G11), 굴 양식해역(G12, G15), 비양식해역(G13, G14, G16-G20)으로 구분하였다.
데이터처리
- 여자만과 강진만의 조사자료의 정규분포 검정은 Kolmogorov-Smirmoff와 Shapiro-Wilk test를 이용하여 추정하였고, 조사자료에 대한 농도값의 차이는 Mann-Whitney U test를 이용하여 추정하였다. 조사항목들간의 상관성은 데이터의 로그변환 후 Pearson correlation coefficient로 계산하였다.
- 여자만과 강진만의 조사자료의 정규분포 검정은 Kolmogorov-Smirmoff와 Shapiro-Wilk test를 이용하여 추정하였고, 조사자료에 대한 농도값의 차이는 Mann-Whitney U test를 이용하여 추정하였다. 조사항목들간의 상관성은 데이터의 로그변환 후 Pearson correlation coefficient로 계산하였다. 통계적 유의수준은 P-value < 0.
- 05로 하였다. 통계분석은 윈도우용 SPSS software(SPSS 2000)를 이용하여 수행하였다.
이론/모형
- 퇴적물의 독성도를 파악하기 위해 퇴적물의 유기용매 추출액에 대해 발광미생물의 발광저해도를 조사하였다. 입도, COD, IL, AVS, 발광미생물의 발광저해도의 분석은 해양환경 공정시험기준(MLTM, 2010)에 따라 수행하였다.
성능/효과
- 이것은 퇴적물의 유기물 축적, 환원환경이 증가할수록 퇴적물의 독성도가 높아진다는 것을 의미한다. EC50과 높은 상관계수를 보인 성분은 퇴적물내 AVS (r= -0.518), 공극수내 NH4+-N(r= -0.430) 이었으며, COD, IL, TN, TOC 순이었다. 퇴적물내 황화합물(sulfide)과 공극수의 NH4+-N는 부영양화 환경에서 유기물 분해과정에서 주로 발생하며, 특히 황 화합물은 황환원의 최종산물로 황화합물을 이용하지 않는 생물에게 맹독성을 띄게 되므로 퇴적물 독성도에 매우 큰 영향을 줄 수 있다(Wang and Champan, 1999; Como et al.
- 05). EC50은 만내측에서 평균보다 낮은 값들을 보였고, 외측에 비해 내측에서 높은 독성도를 나타내었다. Long et al.
- 반면, 퇴적물내 IL, TOC, TN은 패류양식해역과 비양식해역간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 따라서 여자만은 패류양식해역과 비양식해역간에 퇴적물의 평균입도, AVS, 공극 수내 NH4+-N, NO3--N의 농도차이가 조사되었고, 강진만은 퇴적물의 평균입도 및 니질함량, AVS, COD, 공극수내NH4+-N,퇴적물 독성도에 대한 차이가 조사되었다. 외국의 경우, 어류양식장과 패류양식장에 대해 사료 또는 배설물이 양식장 아래로 퇴적되면서 퇴적속도가 빠르고, 산화-환원전위가 낮으며, 유기물함량과 저층플럭스가 높고, 저서동물의 출현 종수나 다양성이 낮아지는 것이 보고되었다(Smith and Shackley, 2004; Buschmann et al.
- , 2006). 따라서, 여자만과 강진만에서 NH4+-N의 높은 농도는 환원퇴적환경으로 NO3--N가 소비되어 NH4+-N가 크게 증가한 결과로 판단된다. 여자만과 강진만은 이미 언급한 것과 같이 매우 세립한 퇴적물을 가지고 있으며, 이것은 또한 표층퇴적물내 탈질산화율을 증가시키는 것으로 알려진다.
- 05). 반면, 퇴적물내 IL, TOC, TN은 패류양식해역과 비양식해역간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 따라서 여자만은 패류양식해역과 비양식해역간에 퇴적물의 평균입도, AVS, 공극 수내 NH4+-N, NO3--N의 농도차이가 조사되었고, 강진만은 퇴적물의 평균입도 및 니질함량, AVS, COD, 공극수내NH4+-N,퇴적물 독성도에 대한 차이가 조사되었다.
- 본 연구에서 공극수내 NH4+-N는 퇴적물중 유기물 축적 지표(COD, AVS, IL, TOC, TN)와 양의 상관성을 보이고(r=0.255-0.833), 그 중에서 AVS와 가장 높은 상관성(여자만, r=0.563; 강진만, r=0.833, P<0.05)을 보여서 두 해역에서 환원퇴적환경을잘 반영한다.
- 여자 만에서 COD는 5월(평균 9.30 mg/g-dry)에 비해 9월(평균 11.6 mg/g-dry)에 크게 증가한 반면(P<0.05, Fig. 3), 강진만에서 COD 농도는 7월(평균 16.5 mg/g-dry)과 9월(평균 18.1 mg/gdry)에 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 이 값들은 각각 미해양기상청(National oceanic atmospheric administration)의 Microtox database (n=1013)의 80%, 90%의 하위값으로 퇴적물 독성도 수준을 파악하는데 도움을 준다. 여자만과 강진만에서 조사된 EC50은 0.51과 0.06 mg/mL에 비해 높은 값으로 비교적 낮은 독성도를 보였다. 반면 9월 강진만 G8정점에서 EC50이 0.
- 이러한 결과들을 종합해 볼 때, 여자만과 강진만 퇴적물에서 유기물 축적은 5월, 7월보다 9월에 크게 증가하고, 만 외측보다 내측에 그리고 여자만보다 강진만에 높은 경향을 보였다. 여자만과 강진만의 유기물 축적도는 서해안 조간대 해역보다 높은 수준이었고, 패류양식시설 밀집 해역중 가막만, 고성-자란만과 유사하였고, 거제-한산만, 진해만, 마산만보다는 낮은 수준이었다. 유기물 축적의 계절변화는 전복양식장에서 입자상유기물과 암모니아, 황화수소의 농도변화를 보인 Kim et al.
- 여자만의 패류양식해역(Y1-Y21)과 비양식해역(Y22-Y29)에서 평균입도는 각각 8.42 Ø와 9.64 Ø로 비양식해역이 패류양식해역에 비해 더 세립한 퇴적물이었고(P<0.05), 강진만의 패류양식해역(G1-G12, G15)과 비양식해역(G13, G14, G16-G20)에서 평균입도는 각각 8.77 Ø와 8.56 Ø로 패류양식해역이 더 세립한 퇴적물이었다(P0.05), 강진만에서 니질함량은 각각 97.0%와 93.7%로 양식해역에서 니질함량이 더 높게 나타났다(P<0.05).
- 여자만의 표층퇴적물에서 IL은 5월(평균 5.15%)과 9월(평균 4.84%)에 유사한 수준이었지만, 강진만에서 IL은 7월(평균 5.82%)에 비해 9월(평균 7.37%)에 크게 증가하였다(P<0.05).
- 이러한 결과들을 종합해 볼 때, 여자만과 강진만 퇴적물에서 유기물 축적은 5월, 7월보다 9월에 크게 증가하고, 만 외측보다 내측에 그리고 여자만보다 강진만에 높은 경향을 보였다. 여자만과 강진만의 유기물 축적도는 서해안 조간대 해역보다 높은 수준이었고, 패류양식시설 밀집 해역중 가막만, 고성-자란만과 유사하였고, 거제-한산만, 진해만, 마산만보다는 낮은 수준이었다.
- 퇴적물 독성도(EC50)는 모든 성분들과 음의 상관성(r= -0.223~ -0.518)을 보였고 통계적으로 유의한 수준이었다(P<0.05).
- 퇴적물에서 높은 COD, IL, TOC, TN 농도값을 보인 정점들은 높은 AVS 값을 나타내었다(r=0.605-0.946, P<0.05).
후속연구
- , 2011). 따라서 저서환경 모니터링시 퇴적물내 AVS 와 공극수내 NH4+-N는 저서환경의 유기물 축적뿐만 아니라 퇴적물의 독성도에 대한 정보를 제공하는 좋은 오염지표로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 05)을 보여서 두 해역에서 환원퇴적환경을잘 반영한다. 최근에는 현장에서 benthic chamber를 이용하여 퇴적물-수층 경계면의 물질순환에 관한 연구(Lee et al., 2010;2012)가 진행되고 있으며, 또한 퇴적물내 황산염 환원과 철 환원에 의한 유기물분해 특성 연구(Kim et al., 2011)가 활발히 이루어지고 있어 향후 여자만과 강진만의 양식어장 퇴적물내 산화환원 환경내에서 유기물 분해 및 영양염 변화 등에 대한 보다 심도 있는 생지화학적 연구의 진행이 필요하다.
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