This study was conducted to evaluated the surface(10 variables) and bottom(10 variables) water quality, and sediment(3 variables) in the cage fish farm off Baegyado in Gamak Bay using a multivariate analysis from January 2013 to November 2014. Generally, the environmental data did not show a certain...
This study was conducted to evaluated the surface(10 variables) and bottom(10 variables) water quality, and sediment(3 variables) in the cage fish farm off Baegyado in Gamak Bay using a multivariate analysis from January 2013 to November 2014. Generally, the environmental data did not show a certain tendency by months during two years investigated. The pairwise simple correlation matrices among variables were also shown. The first four principal components of the surface water in 2013 explain 93% of the total sample variance; the first principal component($z_1$) showed the freshwater inflow and/or precipitation, $z_2$, $z_3$ and $z_4$ related to freshwater inflow and/or precipitation, organic matters and eutrophy, respectively; the first four principal components of the bottom water in 2013 explain 93% of the total sample variance; the $z_1$, $z_2$ and $z_4$ related to freshwater inflow and/or precipitation, and $z_3$ water temperature. In 2014, at the surface water the first three principal components explain 87%; the $z_1$, $z_2$ and $z_3$ related to water temperature, eutrophy and freshwater inflow and/or precipitation, respectively; at the bottom water the first three principal components explain 93%; $z_1$, $z_2$ and $z_3$ related to water temperature, freshwater inflow and/or precipitation and eutrophy. Half of the principal components related to freshwater inflow and/or precipitation.
This study was conducted to evaluated the surface(10 variables) and bottom(10 variables) water quality, and sediment(3 variables) in the cage fish farm off Baegyado in Gamak Bay using a multivariate analysis from January 2013 to November 2014. Generally, the environmental data did not show a certain tendency by months during two years investigated. The pairwise simple correlation matrices among variables were also shown. The first four principal components of the surface water in 2013 explain 93% of the total sample variance; the first principal component($z_1$) showed the freshwater inflow and/or precipitation, $z_2$, $z_3$ and $z_4$ related to freshwater inflow and/or precipitation, organic matters and eutrophy, respectively; the first four principal components of the bottom water in 2013 explain 93% of the total sample variance; the $z_1$, $z_2$ and $z_4$ related to freshwater inflow and/or precipitation, and $z_3$ water temperature. In 2014, at the surface water the first three principal components explain 87%; the $z_1$, $z_2$ and $z_3$ related to water temperature, eutrophy and freshwater inflow and/or precipitation, respectively; at the bottom water the first three principal components explain 93%; $z_1$, $z_2$ and $z_3$ related to water temperature, freshwater inflow and/or precipitation and eutrophy. Half of the principal components related to freshwater inflow and/or precipitation.
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문제 정의
연안생태계의 자연적·인위적 교란이 더 심화되든가 없든가, 또는 현 상태로 거의 안정적이든가 아니면 조금 자기 회복 또는 관리에 의한 수복이 되었든가를 불문하고, 조사당시의 상황을 분석해서 기록 유지하기 위하여, 백야도 앞바다 어류양식장에서 측정된 표층수, 저층수 및 퇴적물의 자료로 주성분 분석을하고 추후 양식어장관리를 위한 기초자료로 제공하고자 한다.
이 연구는 가막만 양식장의 장기적인 수·저질 조사결과의 일부이다.
제안 방법
퇴적물COD(S-COD)는 과망간산알칼리법으로 하였으며, 산 휘발성 황화물(AVS) 측정은 검지관을 사용하여, 습시료 1g을 취하여 기체 발생관에 넣고 진한 황산 2㎖를 가한 후 검지관을 진공펌프와 연결하여 황화수소가 검지관에 흡수되도록 하였다. 발생한 황화수소의 양과 검지관 눈금으로부터 AVS를 구하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).
여수연안의 가막만 백야도 동쪽 앞(N 34° 36’905”E 127 °39’066”)에 위치한 어류가두리양식장의 해역특성을 파악하기 위하여, 2013년 1월부터 2014년 11월까지 2개월마다 총 12회에 걸쳐 양식장의 환경조사를 하였다([Fig. 1]).
채니기를 이용하여 채취한 후 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 함수율은 채니기로 채취한 퇴적물을 20~30g정도 취하여 건조기(HST-520M, 150L)에 105℃로 24시간동안 건조시킨 뒤 건중량과의 차이로 계산하였으며, 강열감량(IL)은 도가니에 건조된 시료 5g을 넣고 550℃의 온도로 2시간동안 가열한 후 데시케이터에서 냉각시키고, 실온으로 식힌 후 측정하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).
퇴적물COD(S-COD)는 과망간산알칼리법으로 하였으며, 산 휘발성 황화물(AVS) 측정은 검지관을 사용하여, 습시료 1g을 취하여 기체 발생관에 넣고 진한 황산 2㎖를 가한 후 검지관을 진공펌프와 연결하여 황화수소가 검지관에 흡수되도록 하였다. 발생한 황화수소의 양과 검지관 눈금으로부터 AVS를 구하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).
이들 요인간에는 서로 양(+) 또는 부(-)의, 또는 무상관관계가 있다(The Japan Society for Analytical Chemistry, Hokkaido Branch, 1994 : Japan Fisheries Resource Conservation Association,(1990); The Oceanographic Society of Japan, 1985, 1986, 1990). 표층수와 저층수의 수질의 평가에 주성분 분석법을 적용하여 그들의 상태를 결정하는 주요인을 도출하고, 정보량의 크기에 따른 소수개의 새로운 주성분으로 자료를 축소하여 분석, 검토 하였다.
채니기를 이용하여 채취한 후 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 함수율은 채니기로 채취한 퇴적물을 20~30g정도 취하여 건조기(HST-520M, 150L)에 105℃로 24시간동안 건조시킨 뒤 건중량과의 차이로 계산하였으며, 강열감량(IL)은 도가니에 건조된 시료 5g을 넣고 550℃의 온도로 2시간동안 가열한 후 데시케이터에서 냉각시키고, 실온으로 식힌 후 측정하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).
데이터처리
여수 백야도 동쪽 앞 어류양식장의 표층수와저층수의 수질 및 퇴적물의 성상에 관해 측정된 자료로 SPSS 23.0을 이용하여 주성분 분석을 하였다. 단, 퇴적물의 자료는 저층수에 포함시켰다.
이론/모형
수온(WT), 염분농도(Salinity), pH는 YSI-85 (Incorporated Yellow Springs, Ohio 45387 USA Model 85/50 FT)를 이용하였으며, 용존산소(DO)는 Winkler 변법으로 현장에서 고정 후 실험실로 옮긴 후 즉시 측정하였다. 표층수와 저층수의 시료는 Van Dorn을 이용하여 채수하였고, 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다.
용존무기질소(DIN)는 암모니아성 질소(NH₃-N), 아질산성 질소(NO₂-N), 질산성 질소(NO₃-N)을 합한 값이다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010). 엽록소-a(Chl-a)는 채수한 해수 500㎖를 0.45㎛ membrane filter로 여과하여 여과지를 90% 아세톤 10㎖에 추출시킨 후 원심분리기(비전과학, VS-4000)(3000rpm, 10min)로 분리하여 상등액을 흡광도 630, 647, 664, 750nm에서 분광광도계(Gensis-5, US/GENESYS)를 이용하여 SCOR-Unesco (1969)의 계산식으로 구하였다. 알칼리도(Alkalinity)는 시료 50㎖를 취하여 메틸오렌지 용액 2~3방울을 떨어뜨린 후 0.
수온(WT), 염분농도(Salinity), pH는 YSI-85 (Incorporated Yellow Springs, Ohio 45387 USA Model 85/50 FT)를 이용하였으며, 용존산소(DO)는 Winkler 변법으로 현장에서 고정 후 실험실로 옮긴 후 즉시 측정하였다. 표층수와 저층수의 시료는 Van Dorn을 이용하여 채수하였고, 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 화학적산소요구량(COD)은 알칼리성 과망간산 칼륨법으로 알칼리성 하에서 과망간산 칼륨의 소비량을 측정하였고, 영양염류는 Strickland and Parsons (1972)에 따라 분광광도계(Gensis-5, US/GENESYS)로, 암모니아성 질소(NH₃-N)는 Indophenol법, 아질산성 질소(NO₂-N)는 Sulfanilamid-NED법, 질산성 질소(NO₃-N)는 Cu-cd칼럼환원법, 인산성 인(PO₄-P)는 Ascorbic acid법, 규산규소(Si(OH)₄-Si`는 Molybden blue법에 의해 비색 정량하였다.
표층수와 저층수의 시료는 Van Dorn을 이용하여 채수하였고, 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 화학적산소요구량(COD)은 알칼리성 과망간산 칼륨법으로 알칼리성 하에서 과망간산 칼륨의 소비량을 측정하였고, 영양염류는 Strickland and Parsons (1972)에 따라 분광광도계(Gensis-5, US/GENESYS)로, 암모니아성 질소(NH₃-N)는 Indophenol법, 아질산성 질소(NO₂-N)는 Sulfanilamid-NED법, 질산성 질소(NO₃-N)는 Cu-cd칼럼환원법, 인산성 인(PO₄-P)는 Ascorbic acid법, 규산규소(Si(OH)₄-Si`는 Molybden blue법에 의해 비색 정량하였다. 용존무기질소(DIN)는 암모니아성 질소(NH₃-N), 아질산성 질소(NO₂-N), 질산성 질소(NO₃-N)을 합한 값이다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).
성능/효과
2014년 표층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 DO(r=-0.955)와 높은 부상관성을, Salinity는 SW-COD(r=0.840)와 높은 정상관성을, pH는 DO(r=0.918)와 높은 정상관성을, DO는 WT(r=-0.955)와 높은 부상관성을, W-COD는 PO₄ -P(r=0.891)와 높은 정상관성을, DIN는 Chl-a(r=-0.407)와 중위의 부상관성을, PO₄-P는 SW-COD(r=0.891)와 높은 정상관성을, Si(OH)₄-Si는 Alkalinity(r=0.807)와 높은 정상관성을, Chl-a는 PO₄-P(r=-0.680)와 높은 부상관성을, Alkalinity는 Si(OH)₄-Si(r=0.807)와 높은 정상관성을 나타내었다([Table 5]).
2014년 저층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 DO(r=-0.979)와 높은 부상관성을, Salinity는 BW-COD((r=0.735)와 높은 정상관성을, pH는 WT(r=-0.920)와 높은 부상관성을, DO는 WT(r=-0.979)와 높은 부상관성을, BW-COD는 Salinity(r=0.735)와 높은 정상관성을, DIN는 Alkalinity(r=0.846)와 높은 정상관성을, PO₄-P는 IL(r=-0.755)와 높은 부상관성을, Si(OH)₄-Si는 DIN(r=0.946)와 높은 정상관성을, Chl-a는 AVS(r=0.928)와 높은 정상관성을, Alkalinity는 DIN(r=0.846)와 높은 정상관성을, IL은 WT(r=0.886)와 높은 정상관성을, S-COD(r=0.886)와 높은 정상관성을, S-COD는 DO(r=0.658)와 높은 정상관성을, AVS는 Chl-a(r=0.928)와 높은 정상관성을 나타내었다([Table 7]).
2013년 저층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 IL(r=0.887)와 높은 정상관성을, Salinity는 Chl-a(r=-0.986)와 높은 부상관성을, pH는 WT(r=-0.499)와 중위의 부상관성을, DO는 Si(OH)₄-Si(r=0.817)와 높은 정상관성을, BW-COD는IL(r=0.584)와 중위의 정상관성을, DIN은 PO₄-P(r=-0.945)와 높은 부상관성을, PO₄-P는DIN(r=0.945)와 높은 정상관성을, Si(OH)₄-Si는 PO₄-P(r=0.945)와 높은 정상관성을, Chl-a는 Salinity(r=-0.986)와 높은 부상관성을, Alkalinity는 Chl-a(r=0.492)와 중위의 정상관성을, IL은 WT(r=0.887)와 높은 정상관성을, S-COD는 PO₄는 -P(r=0.904)와 높은 정상관성을, AVS는 WT(r=-0.702)와 높은 부상관성을 나타내었다([Table 3]).
여수 백야도 앞바다 어류양식장의 2013~2014년의 환경특성은 월별로 유사한 경향이 없었고, 주성분분석법으로 해석한 결과, 2013년 표층수와 저층수의 수질은 각각 4개의 주성분으로 각각의 수질의 93%를, 2014년의 표층수와 저층수의 수질은 각각 3개의 주성분으로 87%와 93%를 설명하는 것으로 나타났다. 2013년의 표층수의 경우, 제1, 2주성분은 육수유입 및 강수, 제3과 4주성분 각각 유기물과 부영양, 저층수는 제1, 2, 4 주성분이 육수유입 및 강수, 제3 주성분이 수온으로 모두 물리적요인이었다.
주성분분석결과, 3개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 3까지의 누적기여율은 86.74%로서 전체 표층수 수질 변동의 87%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다([Table. 6]) 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는. 제1주성분은 WT가 부의 인자부하량을 나타내고, pH와 DO는 정의 인자부하량을 나타내므로, 수온과 관계가 있다.
주성분분석결과, 3개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 3까지의 누적기여율은 93.35%로서 전체 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다([Table 8]). 추출된 각 주성분과 변수와의 관계를 보면, 제1주성분은 WT와 IL이 부의 인자부하량을 나타내고, pH와 DO가 정의 인자부하량을 나타내므로 수온과 관계가 있다.
주성분분석결과, 4개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 4까지의 누적기여율은 92.50%로서 전체 표층수 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다([Table 2]). 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는, 제1 주성분은 Chl-a와 DO가 부(-)의, Salinity와 WT는 양(+)의 인자부하량을 나타내고 있어서 육수유입 또는 강수관련 물리적요인은 정의 상관, 이들과 유기오염 및 부영양 지표요인은 부의 상관관계를 나타내고 있다.
주성분분석결과, 4개의 주성분이 추출되었으며, 주성분1부터 4까지의 누적기여율은 92.65%로서 전체 저층수 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다([Table 4]) 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는, 제1주성분은 Si(OH)₄-Si와 PO₄ -P와 S-COD가 정의 인자부하량을 나타내고, WT는 부의 인자 부하량을 나타내어 육수유입 및 강수와 관계가 있다. 제2주성분은 Salinity가 정의인자부하량을 나타내고, Chl-a는 부의 인자부하량을 나타내므로 육수유입 및 강수와 관계가 있다.
50%로서 전체 표층수 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다([Table 2]). 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는, 제1 주성분은 Chl-a와 DO가 부(-)의, Salinity와 WT는 양(+)의 인자부하량을 나타내고 있어서 육수유입 또는 강수관련 물리적요인은 정의 상관, 이들과 유기오염 및 부영양 지표요인은 부의 상관관계를 나타내고 있다. 따라서 제1주성분은 육수유입 및 강수와 관계가 있다.
6]). 표층수와 저층수의 수질을 주성분분석법으로 분석한 결과, 추출된 14개의 주성분 중에서 정보량의 크기에 관계없이 육수유입 및 강수관련이 7개 주성분, 수온관련과 부영양관련이 각각 3개, 유기물관련이 1개 주성분으로 나타나, 이 지역은 주로 육수의 유입과 강수의 영향이 큰 곳이며 아직까지는 부영양화와 유기오염의 영향이 미미하다고 할 수 있다.
후속연구
앞으로, 이번 조사지역을 포함하여 여수연안의 환경을 체계적으로 모니터링하면서 양식생물과 해역의 최대 잠재생산성을 예측하고 지속가능성 어장으로 나아가는 것이 중요하다고 여겨진다.
이번 조사지역은 지리적 특성과 해수 유동상태로 봐서도 오염이 되기 쉽지 않은 곳이지만, 원래 공공재자원인 연안수역에서 양식 산업의 하부요소인 양식어업을 영위하는 것이므로 건강한 양식 환경을 제공할 의무가 있다. 따라서, 환경작용과 환경형성 작용의 양면에서 위험요소가 있을 때에는 과학적 불확실성이 존재할지도 사전예방원칙에 의존하여 미리 대비해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연안의 장기적·체계적인 조사·분석이 필수적인 이유는?
연안의 수·저질 상태는 시·공간적으로 육·해상기인 오염부하, 연안의 물리·화학적 및 지질·지형학적 특성, 양식장의 자가오염상태, 생물상의 변화, 에너지와 물질의 흐름 및 생지화학환상태, 기후·기상 및 해황의 변동 등의 상호작용, 즉, 연안의 물리학, 화학, 지질학, 지형학, 생물학, 생태학, 기상학 등의 분야가 어우러진 복잡계과학의 성질을 나타낸다. 거기에 연안의 양식장에는, 특히 특정양식생물의 현존량이 시간적으로 변동되며 수용력의 한계까지 포화되는 경우도 있다. 따라서, 연안양식장의 생태계기반 관리와 현명한 이용을 위해서, 궁극적으로는 생태계서비스를 포함한 경제적 효과를 높이기 위해서는 장기적·체계적인 조사·분석이 필수적이다.
여수연안의 특징은?
여수연안은 반폐쇄성만으로서, 가막만을 중심으로 광양만, 남면해, 여수해, 보돌해, 장수만, 여자만 등지의 해양생물들의 서식처이며 양식어업에 적합한 천혜의 지형조건을 갖추고, 산란·서식장으로 이용되어 왔으며, 수괴의 유통이 원활하고 먹이가 풍부하다(Yeosu Regional Marine Affairs and Fisheries Office, 2005).
패류생산성은 무엇과 밀접한 관계가 있나?
어장 환경과 밀접한 관계인 패류생산성의 계속적 감소는, 그 생산성이 어장환경 악화에 기인함을 보이고 있으며, 실제로 여수연안의 양식 굴의 대량폐사가 빈번하다. 이는 어장환경이 악화되고 있음을 나타내므로 연안해역관리의 중요성이 대두되고 있다(Choi et al.
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