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문제 정의
- 울산만은 해안선이 길어 생활하수 및 공업용 폐수에 의한 다양한 오염원에 노출되기 쉬운 환경이지만, 외양으로부터 해수순환이 원활하여 특정 오염물질이 빠르게 희석 및 정화될 수 있는 해양환경특성을 지녔다. 따라서 본 연구에서는 계절적 강우의 변동과 해역의 염분구배에 따른 환경특성에 의한 분변성 오염물질의 거동을 파악하기 위해서 울산만에서 2013년에서 2015년까지 3년에 걸쳐 대장균 (Escherichia coli)의 해역별 및 계절적 특성을 조사하였다. 본 연구 결과는 울산만의 해역별 수질오염 특성 이해와 함께 오염원에 따른 해양수질환경 관리를 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
- 본 연구에서는 울산만의 지리적 특성에 따른 분변성 대장균(E. coli)의 오염특성을 살펴보기 위해서, 2013-2015년 동안 13개 정점에서 2, 5, 8, 11월의 계절조사를 총 12회 수행하였다. 또한 울산만의 지리적 특성에 맞추어 구역(Zone)을 I, II, III 3개로 나누어 평가하였다(Fig.
제안 방법
- 대장균군수는 다음과 같은 실험순서로 진행하였고, 모든 실험장비는 무균처리(Autoclave, 120℃)한 후 clean bench 에서 수행하였다[5]. 또한 매번 실험시 무균 처리된 증류수로 대조구를 만들어 실험환경 중 오염여부를 확인하였다.
- 대장균군수는 다음과 같은 실험순서로 진행하였고, 모든 실험장비는 무균처리(Autoclave, 120℃)한 후 clean bench 에서 수행하였다[5]. 또한 매번 실험시 무균 처리된 증류수로 대조구를 만들어 실험환경 중 오염여부를 확인하였다. 실험실로 운반된 1 L 무균 채수병의 시료를 교반한 후 40 mL와 80 mL로 정량하여 각각 Membrane filter(0.
- coli)의 오염특성을 살펴보기 위해서, 2013-2015년 동안 13개 정점에서 2, 5, 8, 11월의 계절조사를 총 12회 수행하였다. 또한 울산만의 지리적 특성에 맞추어 구역(Zone)을 I, II, III 3개로 나누어 평가하였다(Fig. 1). 구역 I은 태화강 하구역의 영향을 강하게 받는 유역(정점1, 2, 3, 4).
- 실험실로 운반된 1 L 무균 채수병의 시료를 교반한 후 40 mL와 80 mL로 정량하여 각각 Membrane filter(0.2 µm pore size)로 여과하였다.
- 아울러 대장균(E. coli)군수를 산출하기 위해서 각각 정점에서 버켓으로 표층수를 채수하여 200 µm의 mesh로 야광충, 동물플랑크톤 및 대형오염물을 제거하고 1L 무균채수팩에 넣어 냉암소에 보관하여 실험실로 운반하였다.
- 울산만에서 분변계 대장균의 분포는 내만인 구역 I에서 높게 나타났고, 외측인 구역 III에서 낮게 관찰되었다. 아울러, 태화강의 영향으로 강우로 인한 육상기원의 대장균이 울산만 내측으로 유입되어 외측으로 향하면서 희석 정화되어 점차적으로 감소하는 경향을 명확하게 파악하였다. 특히, 일회성 집중강우보다 빈번한 강우로 육상기원의 오염물질을 일정하게 해역으로 옮겨오는 빈도를 높이는 것은 해역의 대장균 확산뿐만 아니라 높은 개체수 밀도를 유지하는데 중요하게 작용되는 것으로 파악되었다.
- 엽록소-a농도 측정을 위해서 표층수 250-1000 mL를 선상에서 GF/F필터(47mm Whatman glass fiber filters)로 여과하였고, 그 필터는 15 mL 튜브에 넣어 냉동보관하였다. 엽록소-a농도는 냉동 보관한 여과지를 90% acetone에 넣고 24시간 냉암소에서 엽록소를 추출한 후 형광측정기(Turner Designs 10-AU Fluorometer)로 분석하였다[8].
- 구역 II는 온산단지 및 만의 중간수역으로 내만과 외양을 영향을 동시에 받는 유역(정점 5, 6, 9, 10, 11), 구역 III은 상대적으로 외양의 영향을 강하게 받아 비교적 오염도가 낮고 해수교환이 원활한 해역이다(정점 7, 8, 12, 13). 조사는 현장에서 수온과 염분을 CTD(IDRONUT Ocean Seven 319, USA)로 측정하였고, 아울러 현장해수의 현탁정도를 파악하기 위해서 투명도판(Secchi disc)으로 투명도를 측정하였다. 아울러 대장균(E.
데이터처리
- Data show the mean ± S.D. Results were analyzed by one-way ANOVA based on the Tukey's post hoc test.
- Results were analyzed by one-way ANOVA based on the Tukey's post hoc test.
- 대장균군체는 48시간 후에 사진촬영을 병행하여 계수하였고, cfu L-1로 환산하였다. 각 해역별 오염원의 기원을 알아보기 위해서 환경요인과의 상관관계를 통계 프로그램 XLSTAT2010 (AddinSoftTM)로 수행하였다.
- 조사 구역별로 대장균수의 평균값을 비교해보면(Fig. 7), 2015년 동계를 제외하고 전 조사 기간 동안 구역 I에서 높은 분변성 대장균 밀도를 보였으나, 통계적으로는 유의한 차이를 확인할 수 없었다(one-way ANOVA; p > 0.05).
성능/효과
- 여기서 2013년 춘계와 추계 최 내측에서만 높은 대장균 개체수가 관찰된 원인은 명확하게 파악할 수 없었지만, 빈번한 강우가 최 내측인 정점 1에 영향을 미친 것으로 사료된다. 2014년의 해역별 대장균의 분포 경향은 2013년과 유사하게 내측인 구역 I에서 높은 대장균수를 보였고 구역 Ⅲ에서는 극히 낮게 관찰되었다. 특이적으로 동계 구역 I에서 평균 1209 cfu L-1에 달하는 높은 개체수를 보였고, 이는 동계 조사 전 5일간 누적 강우량이 55.
- 0 psu로 나타났다. 3년의 관측기간 동안 표층의 염분은 태화강 담수유입의 영향을 강하게 받는 구역 I이 현저하게 낮게 나타났고, 특히 2014년 춘계와 2015년 하계에 구역 I에서 20 psu 전후의 낮은 염분이 관찰되었다. 일원분산(one-way ANOVA)분석 결과, 모든 계절 내측 구역 I과 외측 구역 III에서 유의한 염분의 차이를 보였다(Table 2; p < 0.
- 01). 결과적으로 울산만 대장균의 분포특성은 강우에 의한 담수기원의 오염물질이 일정량 해수유역으로 유입될 때 울산만 내측에서 외측으로 향하는 정점으로 염분구배가 형성되고, 이와 같은 염분구배는 대장균 개체수 밀도구배 현상에도 현저하게 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 국외에서도 분변성 대장균은 강우에 따른 염분의 변화에 따라서 영향을 받아 개체수가 급격하게 증가한다는 보고가 다수 있으며[13,14] 국내에서도 부산 연안해역에서는 낙동강의 영향으로, 광양만 인근해역에서는 섬진강의 영향으로, 진해만과 마산만 연안일대에서는 크고 작은 하천수의 영향으로 육상기원의 대장균이 집중호우에¡의하여 내만해역의 저염분화된 호조건의 환경 하에서 기하급수적으로 증식하여 일정하게 높은 개체수밀도를 나타내는 것으로 확인되었다[5, 6, 7].
- 국외에서도 분변성 대장균은 강우에 따른 염분의 변화에 따라서 영향을 받아 개체수가 급격하게 증가한다는 보고가 다수 있으며[13,14] 국내에서도 부산 연안해역에서는 낙동강의 영향으로, 광양만 인근해역에서는 섬진강의 영향으로, 진해만과 마산만 연안일대에서는 크고 작은 하천수의 영향으로 육상기원의 대장균이 집중호우에¡의하여 내만해역의 저염분화된 호조건의 환경 하에서 기하급수적으로 증식하여 일정하게 높은 개체수밀도를 나타내는 것으로 확인되었다[5, 6, 7]. 결과적으로 울산만에서 분변계 대장균의 변화는 계절적 수온변화보다 강우에 의한 염분의 영향을 보다 크게 받는 것으로 파악되었다. 이와 같은 결과는 해역의 오염원을 관리하는 정책을 결정할 때 계절적 담수 유입 및 해역의 확산경로를 면밀하게 검토할 수 있는 중요한 근거자료로 활용 가능 할 것으로 기대된다.
- 즉 우리나라 남서쪽 해안인 동해 부산, 기장, 울산해역에서는 하계 남서풍 계열의 바람이 지속적으로 불면 지형적 조건과 결합하여 표층해수가 바깥쪽으로 유출되어 질량보존법칙에 의해 심층의 해수가 표층으로 공급되어 저층의 낮은 수온이 표층에서도 관찰된다[10, 11]. 결과적으로 울산만의 연안용승은 2014년도에 강하게 나타나고, 그 효과에 따라서 외측을 중심으로 저층수온(구역 III: 12.3℃) 뿐만 아니라 표층수온(구역 III: 19.7℃)이 하계의 다른 조사시기보다 현저하게 낮게 관찰된 것으로 파악되었다.
- 아울러, 엽록소-a 는 염분과도 일정한음의 상관성을 확인하였다 (r =–0.16; p 0.05), 염분과는 높은 음의 상관성을 확인하였다 (r = –0.53; p < 0.01).
- 연도별 수온 변화폭은 유사한 경향을 보였으나, 해역별 차이는 구역 I과 구역Ⅲ에서 유의하게 나타났다(Table 1; one-way ANOVA; p < 0.05).
- 울산만에서 분변계 대장균의 변화는 조사년도에 따라서 뚜렷한 차이를 보였고, 개체수 밀도는 2015년 > 2014년 > 2013년 순으로 높게 나타났다(Fig. 6).
- 2015년의 누적 강우량은 1044 mm로 2014년보다 약간 적었으나, 춘계와 하계에 빈번한 강우가 관찰되었다. 이와 같은 강우가 울산만 해역의 조사 시기에 미치는 영향을 파악하기 위해 조사 전 5일간의 누적 강우량을 산출하였으며, 그 결과 2014년 동계와 하계 각각 55.7 mm와 112 mm로 기록되어 현저히 높게 나타났다. 특이적으로 2015년에는 춘계 58.
- 05). 이와 같이 통계적으로 유의한 차이를 보인 시기에는 구역 I의 내측 정점에서 높은 대장균수가 균등하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 앞서 언급한 것과 같이 빈번한 일정의 높은 강우(ca.
- 조사기간 3년 동안 대장균의 출현분포와 환경요인과의 관계를 분석한 결과(Table 3), 수온과 염분의 상관계수는 음(-)의 상관성을 보였으며 (r =–0.25; p < 0.01), 수온과 엽록소-a는 양의 상관성을 보였다 (r = 0.27; p < 0.01).
- 2014년의 해역별 대장균의 분포 경향은 2013년과 유사하게 내측인 구역 I에서 높은 대장균수를 보였고 구역 Ⅲ에서는 극히 낮게 관찰되었다. 특이적으로 동계 구역 I에서 평균 1209 cfu L-1에 달하는 높은 개체수를 보였고, 이는 동계 조사 전 5일간 누적 강우량이 55.7 mm로 높게 나타나, 강우에 의한 육상으로부터 유입된 담수기원의 대장균이 구역 I을 거쳐 구역 Ⅱ까지 일정량 영향을 미친 것으로 사료된다. 2014년 하계에는 조사 전 누적 강우량이 100 mm 이상으로 극히 높게 나타났으나, 분변성 대장균 밀도는 크게 높지는 않았다.
- 아울러, 태화강의 영향으로 강우로 인한 육상기원의 대장균이 울산만 내측으로 유입되어 외측으로 향하면서 희석 정화되어 점차적으로 감소하는 경향을 명확하게 파악하였다. 특히, 일회성 집중강우보다 빈번한 강우로 육상기원의 오염물질을 일정하게 해역으로 옮겨오는 빈도를 높이는 것은 해역의 대장균 확산뿐만 아니라 높은 개체수 밀도를 유지하는데 중요하게 작용되는 것으로 파악되었다. 이는 울산시 도시하천 및 공업화 단지로부터 잦은 강우에 의하여 육상기원 오염물질 및 분변계 대장균이 해역으로 빈번하게 유입된다는 것을 의미한다.
- 3). 하계에는 구역 I에서 27.4 psu로 낮게 관찰되었고, 구역 II과 구역 III에서 각각 31.0 psu와 32.0 psu로 관찰되었으며, 특히 외측해역으로 갈수록 염분이 단계적으로 높아져 구역별로 염분구배가 뚜렷하게 나타났다. 추계에는 구역 I에서 30.
후속연구
- 이는 울산시 도시하천 및 공업화 단지로부터 잦은 강우에 의하여 육상기원 오염물질 및 분변계 대장균이 해역으로 빈번하게 유입된다는 것을 의미한다. 따라서 이와 같은 육상기원의 오염물질이 해역으로 유입 및 확장되는 것을 최소화하기 위한 연안해역 관리 방안 및 대책이 필요할 것이다.
- 따라서 본 연구에서는 계절적 강우의 변동과 해역의 염분구배에 따른 환경특성에 의한 분변성 오염물질의 거동을 파악하기 위해서 울산만에서 2013년에서 2015년까지 3년에 걸쳐 대장균 (Escherichia coli)의 해역별 및 계절적 특성을 조사하였다. 본 연구 결과는 울산만의 해역별 수질오염 특성 이해와 함께 오염원에 따른 해양수질환경 관리를 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
- 결과적으로 울산만에서 분변계 대장균의 변화는 계절적 수온변화보다 강우에 의한 염분의 영향을 보다 크게 받는 것으로 파악되었다. 이와 같은 결과는 해역의 오염원을 관리하는 정책을 결정할 때 계절적 담수 유입 및 해역의 확산경로를 면밀하게 검토할 수 있는 중요한 근거자료로 활용 가능 할 것으로 기대된다.
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