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문제 정의
- 따라서 여기서는 한국 서해 남부해역인 압해도 서남부에 위치하는 신안지역의 김 양식장을 대상으로 김 엽상체 성장에 따른 수질환경 및 기타 해양환경 인자는 물론 식물플랑크톤 군집과의 관련성을 비교, 분석하여, 신안군 압해도에 위치하는 김 양식장 해양환경 특성은 물론 최근 일본의 김 흉작 및 변색에 따른 품질 저하를 발생하는 영양염류 공급 제한 문제 및 겨울 대형 규조류 적조발생 가능성에 대해 고찰한다.
제안 방법
- 총 질소는 여과하지 않은 해수 표본을 대상으로 하였고, 용존 총 질소는 여과한 해수를 대상으로 하였다(MOF 2010). DIN와 총 질소(TN) 그리고 용존 총 질소(DTN)의 연산에 의해 계산하였다. 즉 생물체 및 유기쇄설물에 포함하는 입자성 질소(PN)/인 (PP)는 총 질소/인에서 용존 총 질소/인를 뺀 값인 PN/P=TN/P-DTN/P으로 계산하였고, 용존 유기질(인)소 (DON(P))는 DTN (P)에서 DIN (P)를 뺀 값인 DON/P=DTN/P-DIN/P로 계산하였다 (JWA 1985).
- 실험실에서 고정해수 500 mL를 24시간 이상 정치시켜 2~3단계의 농축과정을 통하여 최종농도가 5 mL되도록 하였다. 검경은 농축된 시료 0.1 mL를 pipetman을 이용하여 정확히 계수판에 취하고, DIC가 장착된 광학 현미경 (Nikons, Eclipse 80i)을 이용하여 100X~400X에서 종 동정과 계수를 실시하여, 종조성, 종별 현존량 및 우점종을 파악하였다. 종동정은 Cupp (1943), Dodge (1982), Chihara and Murano (1997), Tomas (1997), Hallegraeff et al.
- 김 엽상체의 성장에 따른 식물플랑크톤 군집의 변화 양상은 식물플랑크톤 생물량 (Chl-a)과 식물플랑크톤 군집으로 구분하여 분석하였다.
- 해수 표본에 산화제로 과망간산칼륨을 첨가하여 유기물을 중탕으로 분해시켜 산화제의 소비량을 측정하여 산출하였다(JWA 1985; MOF 2010). 부유물질 총량은 해수 500 mL를 유리섬유 여과지(GF/C)로 여과하여 건조시킨 다음 건조 전후의 무게 차이를 이용하여 분석하였다 (MOF 2010).
- 45 μm, diameter; 47 mm)가 장착된 플라스틱 여과기를 이용하여 흡인 여과시킨 다음, 여과 포집된 박막여과지를 90%의 아세톤을 용매로 엽록소를 추출하였다. 색소가 추출된 용매는 원심분리기로 용매와 불순물을 분리(3,000 rpm, 15 min.) 시킨 다음, 분리된 상등액 일정량을 원심관에 취하여 분광광도계(Mecasys Co. Ltd., Optizen 2120 UV)에 의해 복수파장에서 비색을 측정하여, 경험식에 의해 Chl-a 농도를 계산하였다(SCOR-Unesco 1966). 일부는 현장 잠수형 형광광도계 (JFE Advantech Co.
- 수소이온농도(pH)와 용존산소는 현장에서 pH meter (YSI professional plus) 및 현장 잠수형 형광광도계(JFE Advantech Co., Ltd, ASTD 102)에 부착된 용존산소 센서를 이용 하여 측정하였다.
- 수온과 염분은 현장에서 현장 잠수형 형광광도계(JFE Advantech Co., Ltd, ASTD 102)에 부착된 수온과 염분센서를 이용하여 측정하였고, 중엽기는 형광광도계 트러블로 YSI 수질분석기로 측정한 값을 보정하여 사용하였다.
- 신안군 압해도 남서해역에 위치하는 김 양식 어장의 해양환경 특성을 파악하기 위하여 2013년 10월부터 2014 년 월까지 김 엽상체의 성육 단계인 유엽기, 중엽기 및성엽기에 맞추어 3회에 거쳐 수질환경과 식물플랑크톤 군집 파악을 위한 현장조사를 실시하였다. 압해 김 양식장은 수심의 얕은 천해역에 위치하여 바람과 조석혼합 등물리적 교란에 의해 해저 표층퇴적물의 재부유가 심하게 발생하고 있다.
- 4%되게 고정하였다 (Throndsen 1978). 실험실에서 고정해수 500 mL를 24시간 이상 정치시켜 2~3단계의 농축과정을 통하여 최종농도가 5 mL되도록 하였다. 검경은 농축된 시료 0.
- DIN와 총 질소(TN) 그리고 용존 총 질소(DTN)의 연산에 의해 계산하였다. 즉 생물체 및 유기쇄설물에 포함하는 입자성 질소(PN)/인 (PP)는 총 질소/인에서 용존 총 질소/인를 뺀 값인 PN/P=TN/P-DTN/P으로 계산하였고, 용존 유기질(인)소 (DON(P))는 DTN (P)에서 DIN (P)를 뺀 값인 DON/P=DTN/P-DIN/P로 계산하였다 (JWA 1985).
- 채수된 표본은 실험실에서 박막여과지(pore size; 0.45 μm, diameter; 47 mm)가 장착된 플라스틱 여과기를 이용하여 흡인 여과시킨 다음, 여과 포집된 박막여과지를 90%의 아세톤을 용매로 엽록소를 추출하였다.
- 채수된 해수는 실험실에서 박막여과지(pore size: 0.45 μm, ∅: 47 mm)를 이용하여 흡인 여과한 여액을 이용하여 발색시킨 다음 UV분광광도계(Mecasys Co., Optizen 2120 UV)를 이용하여, 비색 측정하여 계산하였다.
- 총 질소는 표층 해수표본을 알칼리성 과황산칼륨과 붕소산을 산화제로 이용하여 고온(120℃)에서 산화시켜, 질산으로 변환시켜 분석하였다. 총 질소는 여과하지 않은 해수 표본을 대상으로 하였고, 용존 총 질소는 여과한 해수를 대상으로 하였다(MOF 2010).
- 해수 표본에 산화제로 과망간산칼륨을 첨가하여 유기물을 중탕으로 분해시켜 산화제의 소비량을 측정하여 산출하였다(JWA 1985; MOF 2010). 부유물질 총량은 해수 500 mL를 유리섬유 여과지(GF/C)로 여과하여 건조시킨 다음 건조 전후의 무게 차이를 이용하여 분석하였다 (MOF 2010).
대상 데이터
- 김 성장 단계에 따른 수질환경 및 식물플랑크톤 군집의 변화 및 해양환경 특성을 파악하기 위한 현장조사는 전남 신안군 압해도에 시설된 양식장을 대상으로 실시하였다(Fig. 1). 현장조사는 유엽기(엽장 1 cm 이하; 2013.
- 01)로 구분하여 김 양식 단지 중간부에 위치하는 어장을 중심으로 약 100 m 간격으로 5개의 정점을 선정하여 실시하였다. 대상 김 양식장은 수심의 2m 내외의 얕은 해역이기에 표본은 표층해수만을 대상으로 하였다. 항목별 측정 및 분석방법은 다음과 같고, 결과의 표시는 5개 표본의 측정값에 대한 평균값과 표준편차를 병기하여 나타내었다.
- 총 질소는 표층 해수표본을 알칼리성 과황산칼륨과 붕소산을 산화제로 이용하여 고온(120℃)에서 산화시켜, 질산으로 변환시켜 분석하였다. 총 질소는 여과하지 않은 해수 표본을 대상으로 하였고, 용존 총 질소는 여과한 해수를 대상으로 하였다(MOF 2010). DIN와 총 질소(TN) 그리고 용존 총 질소(DTN)의 연산에 의해 계산하였다.
- 1). 현장조사는 유엽기(엽장 1 cm 이하; 2013. 10), 중엽기(엽장 5~10 cm; 2013. 11) 및 성엽기(엽장 10 cm 이상; 2014. 01)로 구분하여 김 양식 단지 중간부에 위치하는 어장을 중심으로 약 100 m 간격으로 5개의 정점을 선정하여 실시하였다. 대상 김 양식장은 수심의 2m 내외의 얕은 해역이기에 표본은 표층해수만을 대상으로 하였다.
이론/모형
- , Optizen 2120 UV)를 이용하여, 비색 측정하여 계산하였다. 대상 영양염류는 질소원으로 암모니아염, 아질산염, 질산염 및 이들 3개 형태를 합한 용존무기질소(DIN)를, 인산원으로는 인산염 (DIP)을 분석하였고, 김 양식에 크게 관여하지 않지만, 무기영양염류의 동태를 비교하기 위한 규산염을 MOF (2010) 및 JWA (1985)에 준하여 분석하였다.
- 1 mL를 pipetman을 이용하여 정확히 계수판에 취하고, DIC가 장착된 광학 현미경 (Nikons, Eclipse 80i)을 이용하여 100X~400X에서 종 동정과 계수를 실시하여, 종조성, 종별 현존량 및 우점종을 파악하였다. 종동정은 Cupp (1943), Dodge (1982), Chihara and Murano (1997), Tomas (1997), Hallegraeff et al. (2010) 및 Omura et al. (2012) 등의 문헌을 참고하였고, 분류체계 및 학명은 World Register of Marine Species (WoRMS, www.marinespecies.org)에 준하여 정리하였다.
성능/효과
- DIP는 유엽기 0.76 μM에서 성엽기 0.84 μM로 김 성장에 따라 일정한 변화 없이 비교적 높은 농도를 보였다.
- DOP 변화는 유엽기 0.35 μM에서 성엽기 0.82 μM로 성장 단계에 따라 증가하였고, PP는 유엽기 0.65 μM에서 성엽기 0.80 μM로 성엽기에 높았다(Table 1).
- 9% 매우 낮아, 무기형태가 유기형태나 입자형태 보다 높은 비율로 존재하였다. 그러나 TP에서 DIP가 차지하는 비율은 35.1~43.7%로 DOP의 20.1~34.3%이나 PP의 32.8~36.1%보다 다소 높지만, 질소에 비해 입자형태로 존재하는 비율이 매우 높았다. 그리고 N/P ratio는 15.
- 36 μM 수준으로 급감하는 것을 보고하고 있다. 그러나 항계 밖에서 떨어진 신안 김 양식장은 영양염류 농도가 가장 높은 여름을 제외하여도 김 성육시기의 DIN 농도가 훨씬 높았다. 이와 같은 결과를 신안 김 양식장 염분 및 총부유물질량 변동 등을 고려하면, 바람과 조석혼합등 물리적 교란에 의한 해저 표층퇴적물이 재부유에 의한 혼입으로 공급되는 영양염 비율이 높은 것으로 추정되었다 (Choi 1991; Lee and Cho 1995; Jang et al.
- 1%보다 다소 높지만, 질소에 비해 입자형태로 존재하는 비율이 매우 높았다. 그리고 N/P ratio는 15.4~22.2로서 전체적으로 질소와 인의 균형이 잡혀있지만, 유엽기와 중엽기에 인보다 질소의 변화가 다소 크게 나타났다 (Table 1).
- 22 mg L-1 로 성엽기에 높았다. 부유물질 총량은 유엽기 20.52 mg L-1 에서 성엽기에 46.88 mg L1로 유엽 기와 중엽기에 비해 성엽기가 2배 이상 높은 농도를 보였다 (Table 1).
- 이에 대해 신안 양식장은 얕은 수심으로 바람, 조석 등의 물리적 교란에 의한 해저표층퇴적물의 재부유에 의한 영양염류 공급이 원활하고, 높은 부유물질에 의해 광량 저하로 식물플랑크톤의 성장을 제한하는 등, 영양경쟁을 할 수 있는 대형 규조류의 발생은 어려운 것으로 판단할 수 있었다. 성층 및 표층퇴적물에서의 용출 역시 수심의 얕은 신안 김 양식장에서는 큰 문제로 작용할 가능성은 희박하여, 바람과 조석 혼합에 의한 높은 무기영양염류 공급과 높은 부유물질에 의한 광 투과 저해로 보다 높은 영양염류를 요구하는 대형식물플랑크톤 성장을 저해하는 신안 김 양식어장의 해양환경 특성이김 성육시기의 겨울 종간 경쟁을 차단시켜 김 생산량을 증가하는데 크게 기여하는 것으로 판단할 수 있었다.
- 식물플랑크톤 군집과 영양염류, 총 부유물질, 화학적 산소요구량 등에서 신안 김 양식장 해역은 유기오염 수준이라고 할 단계는 아니지만, 높은 영양염류에도 불구하고 낮은 Chl-a와 식물플랑크톤 세포밀도도 104cells L–1수준으로 낮았다.
- 식물플랑크톤 출현종은 유엽기 24종에서 성엽기 15종으로 변화하지만, 중엽기에 14종으로 가장 낮았다. 세포 밀도로 표현한 현존량은 유엽기 63,480 cells L-1에서 성엽기 52,200 cells L-1로 변화하지만, 출현종과 같이 중엽 기에 4,360 cells L-1로 유엽기와 성엽기에 비해 1단위 낮았다.
- 2014). 신안 김 양식장은 일본 세도내해 (Seto Inland Sea) 및 아리아케해 (Ariakekai) 환경과는 달리 DIN 농도가 상대적으로 높아, DIN이 일본처럼김 생산을 제한하는 인자로 작용할 가능성은 낮은 것으로 판단되었다. 실제 해역은 다소 다르지만 담수유입이 원활한 낙동강 하구역의 김 생산량은 기온과 수온이 낮을수록, 바람이 비교적 강할수록 높으며, 염분과 질소원에 크게 영향을 받지 않은 것으로 보고하고 있다 (Kwon et al.
- 2005; Laskar and Gupta 2009; Kirk 2011). 실제 연구해역에서 직선거리로 약 20km 북쪽에 위치하는 신안군 지도면 연안해역에서 2005년 4월 김 수확시기에 비교적 광역적으로 조사한 표층 총부유물질량은 대조시 205.5 mg L-1(n=23), 소조시 112.4 mg L-1(n=23)였고, 2시간 간격으로 24시간 연속관측한 결과도 표층에서 230.9 mg L-1를 나타내어 (FSI-YNU 2005), 신안군 해역 김 양식장에 투과 가능한 광은 극히 표층에 제한될 것임을 증명해주고 있다. 당시 주변 해역의 수질환경도 신안 김 양식장과 유사하였다.
- 압해도 김 양식장에서 질소는 전체적으로 김 엽상체 증가에 따라 감소하는 반면, 인은 증가하는 경향을 보였다. 또한 TN에서 DIN이 차지하는 비율 역시 51.
- 2012). 이에 대해 신안 양식장은 얕은 수심으로 바람, 조석 등의 물리적 교란에 의한 해저표층퇴적물의 재부유에 의한 영양염류 공급이 원활하고, 높은 부유물질에 의해 광량 저하로 식물플랑크톤의 성장을 제한하는 등, 영양경쟁을 할 수 있는 대형 규조류의 발생은 어려운 것으로 판단할 수 있었다. 성층 및 표층퇴적물에서의 용출 역시 수심의 얕은 신안 김 양식장에서는 큰 문제로 작용할 가능성은 희박하여, 바람과 조석 혼합에 의한 높은 무기영양염류 공급과 높은 부유물질에 의한 광 투과 저해로 보다 높은 영양염류를 요구하는 대형식물플랑크톤 성장을 저해하는 신안 김 양식어장의 해양환경 특성이김 성육시기의 겨울 종간 경쟁을 차단시켜 김 생산량을 증가하는데 크게 기여하는 것으로 판단할 수 있었다.
- 이러한 압해 김 양식장 해양환경은 최근 일본의 김 흉작과 변색에 의해 품질이 저하되는 원인인 김 성장기 질소원을 중심으로 하는 영양염류 부족과 투명한 해수로 인한 충분한 광 투과로 김 보다 영양흡수 효율이 좋은 대형 규조류가 겨울 규조적조를 발생시키는 환경과 대조된다. 즉 압해도 김 양식장의 물리적 교란에 따른 퇴적물 재부유로 인한 영양염 공급과 높은 부유물질량에 따른 식물플랑크톤 성장 억제와 같은 해양환경이 우리나라 서해 남부 김 양식장의 높은 생산 량으로 연결하는 중요한 인자로 작용한다고 판단되었다.
- 세포 밀도로 표현한 현존량은 유엽기 63,480 cells L-1에서 성엽기 52,200 cells L-1로 변화하지만, 출현종과 같이 중엽 기에 4,360 cells L-1로 유엽기와 성엽기에 비해 1단위 낮았다. 표준편차에서 본 세포밀도의 공간적 차이는 중엽기와 성엽기가 높고, 수십 m 범위에서도 강한 패치분포를 하는 것으로 나타났다. 우점종은 표본에 따른 오차가 비교적 크게 나타났지만, 유엽기에 부착성 규조류인 Navicula sp.
- 압해 김 양식장은 수심의 얕은 천해역에 위치하여 바람과 조석혼합 등물리적 교란에 의해 해저 표층퇴적물의 재부유가 심하게 발생하고 있다. 해저 표층퇴적물의 재부유는 영양염류의 공급과 함께 높은 총부유물질량에 의해 해수 중으로 투과되는 빛을 방해하여, 겨울 김 성장시기에 김과 동일한 영양염류 흡수를 경쟁하는 식물플랑크톤 성장을 방해하는 것으로 판단되었다. 이러한 압해 김 양식장 해양환경은 최근 일본의 김 흉작과 변색에 의해 품질이 저하되는 원인인 김 성장기 질소원을 중심으로 하는 영양염류 부족과 투명한 해수로 인한 충분한 광 투과로 김 보다 영양흡수 효율이 좋은 대형 규조류가 겨울 규조적조를 발생시키는 환경과 대조된다.
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