우리나라 주요 국제항에 입항하는 중국 기원 선박의 평형수내 수질 및 식물플랑크톤 특성 연구 A Study of Characteristics on Water Quality and Phytoplankton in Ship's Ballast Water Originating from International Ports of China원문보기
본 연구는 우리나라 주요 국제항에 출입하는 중국기원 선박의 선박평형수내 환경 및 부유생물의 특성을 파악하여 선박평형수 처리장치(BWTS)와 관련된 면제 협상을 위한 기초자료를 확보하고자 하였다. 조사된 37척의 선박 중 평형수의 보관 기간은 발해만을 포함하는 북부지역(지역 "A")에서 평균 $3.91{\pm}4.61days$로 가장 짧았다. 총부유물질의 농도는 $1.80{\sim}266mg\;L^{-1}$의 범위를 보였고, 용존성 및 입자성 유기물질은 각각 $1.09{\sim}5.79mg\;L^{-1}$, $0.17{\sim}3.65mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내었다. 영양염 농도는 양자강 유역을 포함한 지역 "B"에서 높았고, 홍콩을 포함하는 지역 "C"에서 낮은 평균값을 보였다. 엽록소-a 평균 농도는 $0.67{\pm}1.15{\mu}g\;L^{-1}$로 나타났고, $1{\mu}g\;L^{-1}$ 이상의 높은 값은 지리적으로 우리나라와 가까운 지역 "A"에서 7척 중 3척이 집중되었다. 식물플랑크톤의 개체수가 > $10,000cells\;L^{-1}$의 선박평형수는 37척 중 6척으로 나타났고, 이 중 3척이 지역 "A" 기원으로 파악되었다. 특히, 홍콩항에서는 유해미세조류로 잘 알려진 와편모그룹의 종이 높은 밀도로 관찰되었다. 본 연구 결과, 중국과의 BWTS 면제권 협상은 신중하게 접근할 필요성이 있다고 판단된다.
본 연구는 우리나라 주요 국제항에 출입하는 중국기원 선박의 선박평형수내 환경 및 부유생물의 특성을 파악하여 선박평형수 처리장치(BWTS)와 관련된 면제 협상을 위한 기초자료를 확보하고자 하였다. 조사된 37척의 선박 중 평형수의 보관 기간은 발해만을 포함하는 북부지역(지역 "A")에서 평균 $3.91{\pm}4.61days$로 가장 짧았다. 총부유물질의 농도는 $1.80{\sim}266mg\;L^{-1}$의 범위를 보였고, 용존성 및 입자성 유기물질은 각각 $1.09{\sim}5.79mg\;L^{-1}$, $0.17{\sim}3.65mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내었다. 영양염 농도는 양자강 유역을 포함한 지역 "B"에서 높았고, 홍콩을 포함하는 지역 "C"에서 낮은 평균값을 보였다. 엽록소-a 평균 농도는 $0.67{\pm}1.15{\mu}g\;L^{-1}$로 나타났고, $1{\mu}g\;L^{-1}$ 이상의 높은 값은 지리적으로 우리나라와 가까운 지역 "A"에서 7척 중 3척이 집중되었다. 식물플랑크톤의 개체수가 > $10,000cells\;L^{-1}$의 선박평형수는 37척 중 6척으로 나타났고, 이 중 3척이 지역 "A" 기원으로 파악되었다. 특히, 홍콩항에서는 유해미세조류로 잘 알려진 와편모그룹의 종이 높은 밀도로 관찰되었다. 본 연구 결과, 중국과의 BWTS 면제권 협상은 신중하게 접근할 필요성이 있다고 판단된다.
The water quality and phytoplankton presence in the ballast water (BW) of 37 vessels originating from the international ports of China were investigated to facilitate negotiations for exemptions to the Ballast Water Management Convention (BWM Convention). The shortest duration given BW spent in a ve...
The water quality and phytoplankton presence in the ballast water (BW) of 37 vessels originating from the international ports of China were investigated to facilitate negotiations for exemptions to the Ballast Water Management Convention (BWM Convention). The shortest duration given BW spent in a vessel was $3.91{\pm}4.61days$ in area "A", which included the Bohai Sea. Total suspended solids, dissolved organic carbon, and particulate organic carbon ranged from 1.80 to $266mg\;L^{-1}$, from 1.09 to $5.79mg\;L^{-1}$, and from 0.17 to $3.65mg\;L^{-1}$, respectively. A low average concentration of nutrients was measured in BW from area "C", but the concentration of nutrients in BW from area "B" (around the Changjiang estuary) was high, which may be related to the relevant supply of freshwater. A high chlorophyll-a concentration (> $1{\mu}g\;L^{-1}$) was measured in six vessels, three of which carried BW in the area "A". High abundance of phytoplankton (> $10,000cells\;L^{-1}$) was measured in four vessels, two of which carried BW in the area "C". Vessel No. 37, originating from Hong Kong Bay in area "C", showed a high density of dinoflagellates. The results suggest that BWM Convention exemption negotiations with China should be performed cautiously.
The water quality and phytoplankton presence in the ballast water (BW) of 37 vessels originating from the international ports of China were investigated to facilitate negotiations for exemptions to the Ballast Water Management Convention (BWM Convention). The shortest duration given BW spent in a vessel was $3.91{\pm}4.61days$ in area "A", which included the Bohai Sea. Total suspended solids, dissolved organic carbon, and particulate organic carbon ranged from 1.80 to $266mg\;L^{-1}$, from 1.09 to $5.79mg\;L^{-1}$, and from 0.17 to $3.65mg\;L^{-1}$, respectively. A low average concentration of nutrients was measured in BW from area "C", but the concentration of nutrients in BW from area "B" (around the Changjiang estuary) was high, which may be related to the relevant supply of freshwater. A high chlorophyll-a concentration (> $1{\mu}g\;L^{-1}$) was measured in six vessels, three of which carried BW in the area "A". High abundance of phytoplankton (> $10,000cells\;L^{-1}$) was measured in four vessels, two of which carried BW in the area "C". Vessel No. 37, originating from Hong Kong Bay in area "C", showed a high density of dinoflagellates. The results suggest that BWM Convention exemption negotiations with China should be performed cautiously.
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문제 정의
아울러, BWTS 개발업체나 선주협회도 선박운항 특성에 알맞은 BWTS 장비를 장착하기 위해서 중국기원 선박의 항만 및 운항 선박의 선박평형수내 기초정보가 필수적으로 요구된다. 본 연구는 우리나라 주요 국제항에 입항하는 중국 기원의 선박평형수 특성에 관한 연구(Jang et al., 2016)에 이어 중국 기원의 선박평형수내 환경 및 부유생물의 특성을 파악하여 BWM 협약 면제와 관련된 중국과의 협상을 위한 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
중국으로부터 온 선박에 대한 조사 과정은 지방항만청의 협조를 구해 항만안전관리요원(PSC, Port State Control)과 동행하여 선박에 승선허가를 받고 선장의 동의를 얻어 Ship’s Particular와 Log notes를 확인한 후 선박평형수 적재지역과 공해상에서 교환 여부 등을 파악하였다. 그 후 갑판이나 선내에 위치한 선박 평형수 탱크의 맨홀을 열고 채수 및 생물채집 하였고, YSI 6600을 이용해 수온, 염분을 측정하였다.
, 1984). 또한 샘플링 된 해수 및 20 ㎛ 메시로 여과한 해수의 일정량을 Phyto-Pam(Heinz Walz co.) 장비를 이용하여 광합성에 직접적으로 관여하는 활성엽록소의 농도를 측정하였다.
엽록소-a 분석을 위한 시료(여과지)는 일정양의 채수된 해수(0.5-1 L)와 20 ㎛ 메시로 여과한 여과수를 유리 섬유 여과지(GF/F filter, 직경 47 ㎜, Whatman, pore size 0.7 ㎛)에 여과하였으며, 그 여과지를 15 mL 원심분리용 tube에 넣어 분석 전까지 냉동 보관하였고, 분석 시 90 % 아세톤(Acetone) 10 mL을 넣은 후 교반시킨 다음 냉암소에서 overnight 시키고 24시간 이내에 측정하였다. 추출된 색소 중에 섞여 있는 입자를 제거하기 위해 1000 g에서 5분 동안 원심분리 시킨 후 상등액만을 취하여 형광광도계(10-AU Fluorometer, Turner Designs co.
7 ㎛)로 여과하고, 100 mL를 scintillation vials에 넣어 분석 전까지 냉동 보관하였다. 영양염(질산염+아질산염(질산염), 암모니아, 인산염, 규산염)은 영양염자동 분석장비(QuAAtro 8000, SEAL Analytical co.)를 이용해 분석하였다. 해수 표준물질(CSK standard solution, Wako Pure Chemical industries, Osaka, Japan)을 이용하여 보정하였으며, 각 영양염에 대한 정밀도는 5 % 이내의 값을 유지하였다.
해수 표준물질(CSK standard solution, Wako Pure Chemical industries, Osaka, Japan)을 이용하여 보정하였으며, 각 영양염에 대한 정밀도는 5 % 이내의 값을 유지하였다. 용존 유기탄소(DOC) 측정은 일정량의 해수를 25 ㎜ GF/F 여과지를 이용해 자연압으로 여과 시킨 후 20 mL 갈색병에 담아 냉동보관 후 시험실에서 샘플에 용존되어 있는 유기물을 금속촉매를 이용한 고온 연소장치로 완전히 연소시킨 후 발생되는 이산화탄소의 양을 비분산형 적외선 감시기로 측정하여 정량화하였다(TOC-VCPH/CPN, Shimadzu co.). 입자성 유기탄소(POC) 측정은 450℃에서 5시간동안 회화시킨 25 ㎜ GF/F 여과지로 샘플의 일정량을 여과한 후 여과지를 냉동 보관하여 운반하였으며, 분석은 CHN analyser(Flash 2000, Thermo co.
식물플랑크톤의 채집은 망구 30 ㎝와 망목 20 ㎛의 원추형 네트를 사용하였다. 정량채집을 위해 네트에 유량계를 부착하거나 여과량을 이용하여 분석하였다. 채집 후 식물플랑크톤은 루골용액(Lugols’ solution)으로 고정하였으며, 샘플은 실험실로 옮겨져서 광학현미경(Zeiss, Axioplan II)하에서 Sedgewick-Rafter cahmber로 동정 및 계수하였다.
중국으로부터 온 선박에 대한 조사 과정은 지방항만청의 협조를 구해 항만안전관리요원(PSC, Port State Control)과 동행하여 선박에 승선허가를 받고 선장의 동의를 얻어 Ship’s Particular와 Log notes를 확인한 후 선박평형수 적재지역과 공해상에서 교환 여부 등을 파악하였다.
채집 후 식물플랑크톤은 루골용액(Lugols’ solution)으로 고정하였으며, 샘플은 실험실로 옮겨져서 광학현미경(Zeiss, Axioplan II)하에서 Sedgewick-Rafter cahmber로 동정 및 계수하였다.
7 ㎛)에 여과하였으며, 그 여과지를 15 mL 원심분리용 tube에 넣어 분석 전까지 냉동 보관하였고, 분석 시 90 % 아세톤(Acetone) 10 mL을 넣은 후 교반시킨 다음 냉암소에서 overnight 시키고 24시간 이내에 측정하였다. 추출된 색소 중에 섞여 있는 입자를 제거하기 위해 1000 g에서 5분 동안 원심분리 시킨 후 상등액만을 취하여 형광광도계(10-AU Fluorometer, Turner Designs co.)로 측정하였다(Parson et al., 1984). 또한 샘플링 된 해수 및 20 ㎛ 메시로 여과한 해수의 일정량을 Phyto-Pam(Heinz Walz co.
)를 이용해 분석하였다. 해수 표준물질(CSK standard solution, Wako Pure Chemical industries, Osaka, Japan)을 이용하여 보정하였으며, 각 영양염에 대한 정밀도는 5 % 이내의 값을 유지하였다. 용존 유기탄소(DOC) 측정은 일정량의 해수를 25 ㎜ GF/F 여과지를 이용해 자연압으로 여과 시킨 후 20 mL 갈색병에 담아 냉동보관 후 시험실에서 샘플에 용존되어 있는 유기물을 금속촉매를 이용한 고온 연소장치로 완전히 연소시킨 후 발생되는 이산화탄소의 양을 비분산형 적외선 감시기로 측정하여 정량화하였다(TOC-VCPH/CPN, Shimadzu co.
대상 데이터
선박평형수를 항구에 배출할 때 100 % 교환이 이루어지지 않은 상태에서 다른 항만의 선박평형수를 적재하기 때문에 선박평형수의 명확한 기원을 밝히는 것은 한계가 있다. 그래서 MEPC는 BWTS 면책권을 부여 받을 수 있는 선박의 대상을 주기적으로 같은 항구만 운항하는 선박들을 대상으로 한다.
식물플랑크톤의 채집은 망구 30 ㎝와 망목 20 ㎛의 원추형 네트를 사용하였다. 정량채집을 위해 네트에 유량계를 부착하거나 여과량을 이용하여 분석하였다.
우리나라의 서해, 동해, 남해에 위치한 6개의 주요 무역항인 인천항, 대산항, 동해항, 울산항, 광양항 및 부산항을 중심으로 2007년부터 2015년까지 중국에서 온 37척의 선박에서 38개의 선박평형수를 조사하였다(Fig. 1). 중국으로부터 온 선박에 대한 조사 과정은 지방항만청의 협조를 구해 항만안전관리요원(PSC, Port State Control)과 동행하여 선박에 승선허가를 받고 선장의 동의를 얻어 Ship’s Particular와 Log notes를 확인한 후 선박평형수 적재지역과 공해상에서 교환 여부 등을 파악하였다.
이론/모형
채집 후 식물플랑크톤은 루골용액(Lugols’ solution)으로 고정하였으며, 샘플은 실험실로 옮겨져서 광학현미경(Zeiss, Axioplan II)하에서 Sedgewick-Rafter cahmber로 동정 및 계수하였다. 식물플랑크톤의 동정은 Cupp(1943), Dodge(1982), Shim(1994), Tomas(1997) 등의 문헌을 참고하여 동정하였다.
성능/효과
같은 수역이지만 식물플랑크톤의 현존량은 나눈 지역의 선박평형수 중에서도 큰 차이를 보였고, 계절적으로도 상당한 차이를 보였다(Fig. 6A). 이는 지리적으로 가까운 거리에 위치하여도 항만마다 항만고유의 환경 및 영양염 특성에 따른 식물플랑크톤의 번성 시기의 차이에서 기인된 것으로 판단된다.
중국의 양자강 연안은 2000년 이후 급속하게 유해성 와편모조류의 적조가 빈번하게 발생하는 지역이다(Wang, 2006). 결과적으로 본 연구를 통하여 식물플랑크톤의 개체수 및 와편모조류 종의 출현 양상을 고려할 때 유해한 미세조류의 유입 가능성이 높음을 시사한다. 따라서 중국 전 항만을 대상으로 BWTS 면제권을 부여하는 것은 우리나라 항만 고유생태계의 영향을 미칠 수 있으므로, 환경위해성이 상대적으로 적은 항만을 대상으로 순차적으로 적용할 필요성이 있다.
특히 와편모류의 비율이 40 % 이상 높게 관측된 선박평형수는 24번, 33번, 37번 선박으로 양자강 유역, 샤먼항, 홍콩항에서 각각 선박평형수를 실었다. 결과적으로 항만 위협종으로 구분되는 대부분 종이 와편모그룹으로 이들 종이 선박평형수 처리장치를 통과하지 않고, 면제권을 부여받는다면, 출항항만(donor port)의 생물이 종착항만에 영향을 미칠 수 있을 것으로 추정된다.
특히, 중국에서도 우리나라와 유사하게 산업이 발달한 도시를 중심으로 주요 국제항만이 위치하고 있어, 일부 지역에서 유해성 적조의 발생빈도가 높게 나타나고 있다. 결론적으로, 중국의 항만을 대상으로 BWTS 면재권을 부여하는 것은 우리나라 항만 고유생태계의 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.
또한, 각 시험수 내 TSS, POC, DOC의 기준도 IMO의 경우 시험수에 따라 달리 농도 기준을 정하지만, USCG Phase I은 모든 시험수에 동일하게 적용된다. 넓은 염분 범위를 보여주는 본 연구에서는 해수와 기수/담수의 조건에 따라 부유물질 및 유기물의 농도를 달리하는 IMO G8의 규정보다는 염분의 구배에 차이가 없는 USCG Phase I의 규정이 더 타당한 것으로 판단된다. 하지만, USCG Phase I에서 제시한 TSS의 농도는 본 연구의 담수/기수에서 나타나는 농도보다 낮은 것으로 판단된다.
우리나라의 주요 국제항의 경우 여름철 강우로 낮은 염분(기수 조건)의 값을 나타내지만, 담수 수준의 염분은 거의 관측되지 않는다. 본 연구에서 관측된 TSS, POC 및 DOC 농도는 우리나라 항만에서도 측정될 수 있는 값의 범위를 벗어나지 않는 것으로 판단된다.
식물플랑크톤의 그룹별 분포를 살펴보면, 규조류는 평균 73.5 %의 우점율을 보였다(Fig. 6B). 조사 선박중에서 와편모조류가 1종 이상 나타난 선박은 모두 18척으로 전체 선박의 46.
염분은 0.28~32.7 psu(평균 19.7 ± 12.6 psu)의 넓은 범위를 나타내었는데, 이는 “B” 지역의 양자강 하구의 해수를 선박평형수로 취수하였기 때문에 염분의 분포범위가 넓은 기수적인 특성이 나타났다(Fig. 2).
아울러, 식물플랑크톤의 현존량이 극히 높게 나타난 19번 선박은 선박평형수의 보관 기간은 5일이었으며, 엽록소-a 농도와 활성엽록소-a농도 상대적으로 높게 났다. 이 선박의 평형수는 염분이 2.35 psu였으며, 출현 식물플랑크톤도 모두 담수종이었다. 담수종의 경우 해수종보다 크기가 작은 경우가 많기 때문에 < 20 ㎛ 이하의 엽록소-a 및 활성엽록소-a가 높았던 것으로 사료된다.
조사 선박의 총부유물질(TSS)의 농도는 지역 “B”에서 1.80~266 mg L-1의 넓은 범위를 보였으며, 지역 “A”에서 10.1~57.3 mg L-1, 지역 “C”에서 19.4~196.4 mg L-1의 범위를 보였다(Fig. 3a).
39 ㎍ L-1)의 범위를 보였다. 특히 높은 활성엽록소-a 농도가 관찰된 선박평형수는 보관 기간이 짧았다. 활성엽록소-a 평균농도는 엽록소-a 농도보다 3배 정도 낮게 관찰되었고, 이는 탱크내의 식물플랑크톤이 빛의 제한에 의해서 활성이 약해질 수 있다는 것을 시사한다.
후속연구
이는 지리적으로 가까운 거리에 위치하여도 항만마다 항만고유의 환경 및 영양염 특성에 따른 식물플랑크톤의 번성 시기의 차이에서 기인된 것으로 판단된다. 결과적으로 선박평형수를 싣는 시점의 항만 고유의 식물플랑크톤 번성 여부가 우리나라에 영향을 미칠 수 있는 중요한 변수로 작용될 수 있으므로, 이와 같은 점도 BWTS 면제협상에서 심도 있게 다루어야 할 것이다. 식물플랑크톤의 개체수가 > 10,000 cells L-1의 선박은 37척 중 4척으로 나타났고, 그 중 2척은 지역 “C”의 홍콩만 내에서 적재한 것으로 나타났다.
BWM 협약이 발효되면 협약당사국과 관련된 선박 및 그 권한 하에 있는 모든 선박은 선박평형수 처리장치를 설치하고 IMO D-2 규정에 맞게 운영하여 평형수를 배출하여야 한다. 따라서 BWM 협약 발효가 임박함에 따라 선박평형수처리장치(BWTS)를 설치 및 유지관리 비용에 대한 경제적인 부담 때문에 인접 국가만 항해하는 선박에 대한 선박평형수처리 면제 협상이 활발하게 이루어질 것으로 기대된다. BWM 협약의 면제 규정(Regulation A-4)에서 언급하는 선박평형수 처리장치 면제대상 선박은 지정된 항로나 항구 외에서는 선박평형수를 취할 수 없다.
중국은 일본, 러시아와 더불어 우리나라와 인접한 곳에 위치하고 있고, IMO에서 정한 LME(Large Marine Ecosystem) 권역을 공유하고 있으므로 BWM 협약의 면제 규정(Regulation A-4)에 의하여, 상호국가간의 협상 하에서 BWTS 면제권을 부여 할 수 있다. 본 연구를 통하여 10여 년간의 선박평형수내 환경요인 및 유해미세조류를 종합적으로 검토한 결과, 중국과의 BWTS 면제권부여에 있어 신중한 접근이 필요한 것으로 판단된다. 특히, 중국에서도 우리나라와 유사하게 산업이 발달한 도시를 중심으로 주요 국제항만이 위치하고 있어, 일부 지역에서 유해성 적조의 발생빈도가 높게 나타나고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국제해사기구에서 외래생물의 교란을 방지하기 위해 제정한 협약은 무엇인가?
, 2004). 따라서 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)는 선박평형수로 인한 외래생물의 교란을 방지하기 위해서 선박평형수를 처리하여 평형 수내 생물을 제거 및 사멸시킨 후 배출하는 선박평형수관리 국제협약(International Convention for Ballast Water Management Convention, BWM Convention)을 2004년에 제정하였다.
선박평형수란 무엇인가?
선박평형수는 공선선박의 안전한 운전을 위해 싣는 물로서 선박의 평형과 안정을 유지하고, 특정항구에서 화물을 선적하기 위하여 배출된다. 전 세계적으로 연간 50-100억 톤 규모로 선박평형수가 이송되고, 이와 함께 7000 여종의 수권 생물이 다른 지역으로 옮겨져 그 지역의 고유생태계를 교란시킬 수 있다(Endresen et al.
동일위험지역을 정하는데 있어 수온과 염분이 적용되는 이유는 무엇인가?
이중에서 수온과 염분은 동일위험지역(Same Risk Area)을 정하는데 있어 일차적으로 적용되는 요인이다. 왜냐하면 수온과 염분은 외래종이 유입되었을 때 토착 환경에서 생존하고 번식할 수 있느냐에 대한 가장 중요한 기준이 되기 때문이다. 중국의 경우 수온은 우리나라 주요항에서 나타나는 계절적인 경향을 보여주고 있지만, 염분은 다소 우리나라와 다른 경향을 보여준다.
참고문헌 (14)
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