선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 이 연구의 목적은 굴 양식장이 밀집하고 있는 자란만 퇴적물의 퇴적환경 특성 및 유기물과 중금속의 농도분포를 이해하고, 여러 가지 중금속에 대한 오염평가기법을 이용하여 중금속 오염현황을 파악하여 자란만의 어장환경 개선을 위한 기초자료를 제공하는데 있다.
- 따라서, 이 연구에서는 최근에 국내·외 여러 연구자들에 의해 널리 사용되어 오고 있는 이들 5가지 대표적인 평가방법을 이용하여 자란만 퇴적물 중 중금속 오염도를 평가하였다.
- , 2015a). 이 연구에서는 자란만 퇴적물 중 중금속 오염을 평가하기 위해 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 미국 해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)에서 권고하는 ERL(Effect range low) 농도와 비교하였다. ERL은 저서생물에 유해한 영향을 줄 수 있는 9개의 미량금속(As, Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn)에 대한 하위 기준 값이다(Buchman, 2008).
제안 방법
- 채취한 퇴적물은 현장에서 일회용 스푼으로 미리 산세척한 고밀도폴리에틸렌병(High density polyethylene bottle)에 옮겨 담아 냉동 상태로 실험실로 운반한 후 Hwang et al.(2006)이 제시한 분석 방법을 수정한 다음의 방법으로 입도, 유기물 함량 특성을 나타내는 총유기탄소(Total organic carbon, TOC)와 총 질소(Total nitrogen, TN), 그리고 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn)을 분석하였다.
- 자란만의 퇴적물 중 TOC와 TN의 농도가 우리나라의 다른 해역에 비해 높다는 것은 유기물의 공급이 다른 해역에 비해 상대적으로 많다는 것을 의미한다. 따라서, TOC에 대한 TN의 비(C/N ratio)를 이용하여 자란만 표층 퇴적물 내 유기물의 기원을 알아보았다. 일반적으로 퇴적물의 C/N ratio는 퇴적물 내에 보존되어 있는 유기물의 특성과 기원을 규명하는 지시자로 사용되어 왔으며(Stein, 1990; Shim et al.
- , 2015a). 따라서, 이 연구에서는 앞서 2.2절에서 설명한 SQGs, EF, Igeo, PLI, ERI를 이용하여 자란만 표층 퇴적물 중 중금속의 오염도를 살펴보았다.
- 여기서 CF (=Cmetal/Bmetal)는 각 중금속의 배경농도(Bmetal)에 대한 연구해역 내 퇴적물 중 중금속의 농도(Cmetal )비, n은 분석된 중금속의 총 개수이며, 이 연구에서는 지각에 풍부하게 존재하며 보존적 성질을 지니는 Fe을 제외한 8개 중금속에 대하여 오염도를 평가하였다.
- 이후 4Ø보다 큰 조립질 입자는 70℃에서 건조 후 건식 체질하였고 4Ø보다 작은 세립질 입자는 자동입도분석기(Micromeritics, Sedigraph 5120)로 분석하였다.
- 입도는 채취한 퇴적물 시료 약 100 g을 비이커에 담아 과산화수소와 염산을 넣어 유기물과 탄산염을 제거한 뒤 4Ø(63 μm) 체로 습식 체질하여 조립질과 세립질 퇴적물로 구분하였다.
- 5 g을 유리 vial에 넣은 후 염산을 첨가하여 탄산염을 제거한 뒤, 70℃에서 수분과 잔류염소를 휘발시켰다. 전 처리 된 시료는 105℃에서 2시간 건조시킨 후 상온이 될 때까지 방치하였으며, 이후 주석박막으로 3~5 mg의 시료를 말아 CHN 원소분석기(Element analyzer, Perkin Elmer, US/2400)로 측정하였다.
- 중금속 중 Hg은 동결건조한 세립질 퇴적물을 전처리 과정 없이 자동수은분석기(Automatic mercury analyzer, Milestone, DMA-80)로 분석하였고, 이 외 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)은 혼합산(HNO3 :HF:HClO4 =2:2:1)을 이용한 산분해법으로 시료를 완전히 녹인 후 유도결합플라즈마 질량분석기 (ICP-MS, Perkin Elmer, ELAN DRC-e)로 측정하였다. 중금속 분석 결과의 정확도를 검증하기 위하여 캐나다 국가연구위원회의 산하연구소(National research council Canada, NRCC)에서 제작한 인증표준물질(Certified reference material, CRM)인 MESS-3와 PACS-2(Marine sediment)를 시료와 같은 방법으로 분석하여 측정하였고, 각 원소별 회수율은 As 105 %, Cd 100 %, Cr 94 %, Cu 95 %, Fe 77 %, Hg 104 %, Mn 81 %, Pb 98 %, Zn 103 % 였다.
- 중금속은 퇴적물 약 200g을 80℃에서 동결건조 한 후 상온에서 막자사발로 미세하게 분쇄하여 균질화한 다음 플라스틱 재질의 4Ø 체로 체질하여 세립한 퇴적물만을 이용하였다. 중금속 중 Hg은 동결건조한 세립질 퇴적물을 전처리 과정 없이 자동수은분석기(Automatic mercury analyzer, Milestone, DMA-80)로 분석하였고, 이 외 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)은 혼합산(HNO3 :HF:HClO4 =2:2:1)을 이용한 산분해법으로 시료를 완전히 녹인 후 유도결합플라즈마 질량분석기 (ICP-MS, Perkin Elmer, ELAN DRC-e)로 측정하였다. 중금속 분석 결과의 정확도를 검증하기 위하여 캐나다 국가연구위원회의 산하연구소(National research council Canada, NRCC)에서 제작한 인증표준물질(Certified reference material, CRM)인 MESS-3와 PACS-2(Marine sediment)를 시료와 같은 방법으로 분석하여 측정하였고, 각 원소별 회수율은 As 105 %, Cd 100 %, Cr 94 %, Cu 95 %, Fe 77 %, Hg 104 %, Mn 81 %, Pb 98 %, Zn 103 % 였다.
- 퇴적물 중 유기물 함량 및 오염의 지표로는 강열감량 (Ignition loss), 화학적산소요구량(Chemical oxygen demand), 산휘발성황화물(Acid volatile sulfate), 총유기탄소(TOC), 총질소 (TN) 등이 있으며, 이 연구에서는 TOC와 TN을 분석하여 자란 만 퇴적물의 유기물 함량 및 분포특성을 살펴보았다. 퇴적물중 TOC와 TN의 농도는 각각 1.
대상 데이터
- 자란만 퇴적물의 퇴적환경 특성 및 중금속 오염현황을 파악하기 위해 2014년 11월 선박을 이용하여 자란만 내 총 15개 지점에서 채니기(Van veen grab sampler)로 표층 퇴적물(0~2 cm)을 채취하였다(Fig. 1). 채취한 퇴적물은 현장에서 일회용 스푼으로 미리 산세척한 고밀도폴리에틸렌병(High density polyethylene bottle)에 옮겨 담아 냉동 상태로 실험실로 운반한 후 Hwang et al.
데이터처리
- 그러므로, 자란만 표층 퇴적물의 평균입도, 유기물(TOC와 TN) 그리고 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn) 간에 어떠한 상관관계가 있는지 상관분석(Pearson’s correlation coefficients)을 실시하였다(Table 2).
이론/모형
- 분석결과는 1Ø 간격으로 입자의 크기별 무게 백분율을 구한 후 자갈 (Gravel), 모래(Sand), 실트(Silt), 점토(Clay)의 함량을 산정하였으며, Folk and Ward(1957)와 Folk(1968)의 방법에 따라 퇴적물의 평균입도(Mean grain size, Mz)와 퇴적물 유형(Sedimentary type)을 각각 구하였다.
- 은 각 중금속의 독성계수, n은 분석된 중금속의 개수이다. 이 연구에서는 분석된 중금속 중 생태독성계수가 알려져 있는 7종의 중금속 (As=10, Cd=30, Cr=2, Cu=5, Hg=40, Pb=5, Zn=1, Lim et al., 2013; Sheykhi and Moore, 2013)에 대하여 ERI를 계산하였다.
성능/효과
- 이들 분석된 중금속들은 공간적으로 큰 농도 차이를 보였으며, 크게 3가지 분포패턴을 나타내었다. As, Cd, Hg은 만 내 북서쪽의 학림천과 수양천 앞쪽 정점들에서 높았고 만의 바깥쪽으로 갈수록 낮아지는 경향을 보였다. 또한, Cu, Pb, Zn은 만 내 북동쪽의 장치천·삼봉천과 미룡천 앞쪽 정점들에서 높고 만의 입구 쪽에 낮은 농도를 보였으며, 그 외 Cr, Fe, Mn은 만의 안쪽에서 낮고 만의 입구 쪽 정점들에서 높은 농도를 보였다.
- 7 사이의 값을 보여 약간 오염된 상태(Minor enrichment)를 보였다. Cr, Pb, 그리고 Zn의 EF 값은 각각 1.6~2.1(평균 1.9), 1.5~2.8(평균 1.8), 1.6~2.2(평균 1.8)의 범위로 모든 정점에서 1.0~3.0 사이의 값을 보여 약간 오염된 상태(Minor enrichment)를 보였다. 반면, Cd은 EF 값이 0.
- Cu와 Mn은 각각 0.7~0.3(평균 0.3), 0.8~0.1(평균 0.4)의 범위로, Cu는 만의 안쪽인 정점 3~5, Mn은 만의 입구 쪽인 정점 15에서 0.0~1.0 사이로 Igeo class 1에 해당 하여 거의 오염되지 않은 수준(Practically unpolluted/moderately polluted)로 나타났으며, 그 외 정점에서는 < 0 의 값을 보여 Igeo class 0에 해당하여 오염되지 않은 수준(Practically unpolluted)으로 나타났다.
- EF 결과와 유사하게 Hg은 2.4~ 1.7 (평균 2.1)의 범위로 모든 정점에서 < 0 의 값을 나타내 Igeo class 0에 해당하여 오염되지 않은 수준(Practically unpolluted) 으로 나타났다.
- ERI는 값의 범위에 따라 총 5개의 오염도로 평가되며, ERI < 100 인 경우 저서생물에 위해성을 줄 가능성이 낮은 상태 (Low risk), 100< ERI <150 인 경우 저서생물에 어느 정도 위해성을 줄 수 있는 상태(Moderate risk), 150< ERI <200 인 경우 저서생물에 상당한 위해성을 줄 수 있는 상태(Considerable risk), 200< ERI <300 인 경우 저서생물에 매우 심한 위해성을 줄 수 있는 상태(Very high risk), 300< ERI 인 경우 저서생물에 극심한 위해성을 줄 수 있는 상태(Disastrous risk)임을 나타낸다.
- 그러므로, 자란만 표층 퇴적물의 평균입도, 유기물(TOC와 TN) 그리고 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn) 간에 어떠한 상관관계가 있는지 상관분석(Pearson’s correlation coefficients)을 실시하였다(Table 2). 그 결과, 자란만 표층 퇴적물은 모든 중금속이 입도에 대하여 상관성을 보이지 않았고, 유기물에 있어서도 Cd 만이 TOC와 TN에 대해 높은 양의 상관성을 나타낼 뿐 그 외 나머지 중금속은 상관성을 보이지 않았다. 그러므로 자란만 표층 퇴적물 중 Cd을 제외한 모든 중금속은 입도와 유기물 분포와 관련이 없다.
- 중금속은 공간적으로 큰 농도차이를 보였는데, Cr, Fe, Mn은 만의 입구 쪽에서 높은 농도를 보였고 그 외 대부분의 중금속들은 만의 안쪽에서 높은 농도를 보였다. 다양한 평가방법으로 자란만 표층 퇴적물의 중금속 오염현황을 살펴본 결과, Cd과 Hg은 모든 해역에서 오염되지 않은 상태였고, Cr, Cu, Pb, Zn는 일부 해역에서 오염된 상태를 보이지만 만 전체적으로는 오염되지 않은 상태였다. 하지만, As는 다른 중금속에 비해 전 해역에서 높은 오염도를 보였다.
- 2)로 나타났다. 따라서, 자란만 표층 퇴적물 내 유기물은 해역 내의 생물에 의해 생성된 해양기원성 유기물이며, 전반적으로 자란만 퇴적물 중 TOC와 TN의 공간적 차이가 크지 않고 자란만 전체에 걸쳐 어패류 양식장이 넓게 산재해 있다는 사실을 고려할 때, 이들 유기물은 양식생물 및 부착생물의 배설물 혹은 사체 등 과 같은 양식장에서 발생한 유기물인 것으로 판단된다.
- 따라서, 자란만 표층 퇴적물은 서로 비슷한 퇴적물 공급원과 수리·역학적 에너지의 영향을 받고 있으며, 모든 해역에서 세립질 퇴적물이 넓게 분포하고 있어 유기물 및 중금속이 축적되기 쉬운 퇴적환 경인 것으로 판단된다.
- 이상의 5가지 평가방법을 이용한 자란만 퇴적물 중 Fe과 Mn을 제외한 7종의 중금속에 대한 오염도 평가결과를 종합해 보면, 연구해역 내 퇴적물 중 Cd과 Hg은 모든 해역에서 오염되지 않은 상태를 보였다. 또한, Cr, Cu, Pb, Zn은 일부 해역에서 약간 오염된 수준을 보였으나 만 전체적으로는 오염되지 않은 상태인 것으로 파악되었다. 하지만, As는 다른 중금속과 달리 거의 모든 해역에서 오염된 상태를 나타내었다.
- 또한, Cu, Pb, Zn은 만 내 북동쪽의 장치천·삼봉천과 미룡천 앞쪽 정점들에서 높고 만의 입구 쪽에 낮은 농도를 보였으며, 그 외 Cr, Fe, Mn은 만의 안쪽에서 낮고 만의 입구 쪽 정점들에서 높은 농도를 보였다.
- 하지만, As는 다른 중금속에 비해 전 해역에서 높은 오염도를 보였다. 또한, 모든 중금속 농도를 고려하였을 때 자란만 퇴적물은 전 해역에서 중금속에 대해 오염된 상태였으며, 일부 해역의 경우 저서 생물에 위해성을 줄 만큼 심한 오염 상태인 것으로 파악되었다. 그러므로, 안전한 양식 수산물의 공급과 지속적인 어장 생산성 유지를 위해서 자란만 주변 퇴적물 내 유기물과 중금속 오염원에 대한 추가적인 조사를 통해 주 오염원을 찾아 관리할 필요가 있다.
- 이상의 5가지 평가방법을 이용한 자란만 퇴적물 중 Fe과 Mn을 제외한 7종의 중금속에 대한 오염도 평가결과를 종합해 보면, 연구해역 내 퇴적물 중 Cd과 Hg은 모든 해역에서 오염되지 않은 상태를 보였다. 또한, Cr, Cu, Pb, Zn은 일부 해역에서 약간 오염된 수준을 보였으나 만 전체적으로는 오염되지 않은 상태인 것으로 파악되었다.
- 입도분석 결과를 기초로 Folk(1968)의 분류법에 따라 자란만 표층 퇴적물의 유형을 살펴본 결과, 니(Mud, M)와 점토 (Clay, C)의 2개의 단순한 퇴적물 유형으로 구분되었다. 공간적으로 만 안쪽 해역 중 정점 1, 2, 4와 만 입구 쪽인 정점 10, 정점 13~15에서는 M 퇴적물이었고, 그 외 지역에서 C 퇴적물이었다(Fig.
- , 2015a). 자란만 표층 퇴적물의 경우 중금속 중 Cd과 Hg은 모든 정점에서 ERL 값보다 낮았지만, Cu, Pb, Zn 은 만의 북동쪽에 위치한 각각 2개(정점 4~5), 4개(정점 2~5), 5개(정점 2~5, 정점 10) 정점에서 ERL을 초과하였고, Cr은 만의 입구 쪽의 6개 정점(정점 8~10, 정점 12~14)에서 ERL을 초과한 것으로 나타났다. 특히 As는 입구 쪽인 정점 11과 정점 12를 제외한 모든 정점에서 ERL 기준을 초과하였다.
- , 2004). 자란만 표층 퇴적물의 입도분석 결과, 점토의 함량이 58.0~78.9 %(평균 66.5 %)로 가장 높고 그 다음으로 실트와 모래가 각각 18.9~39.8 % (평균 32.5 %)와 0.2~2.2 %(평균 1.0 %)의 함량을 나타내었으며 자갈은 모든 정점에서 나타나지 않았다.
- 0 보다 클 경우 중금속에 대하여 오염된 상태(Polluted)를 의미한다. 자란만의 경우, 퇴적물 중 Fe을 제외한 8종의 중금속에 의한 PLI는 1.3~1.8(평균 1.6)의 범위로 전 정점에서 1.0을 초과한 것으로 나타나 오염된 상태(Polluted)를 보였으며, 특히, 자란만 안쪽 해역이 입구 쪽 해역보다 오염도가 높은 것으로 나타났다.
- 퇴적물중 TOC와 TN의 농도는 각각 1.51~2.39 %(평균 1.74±0.22 %), 0.20~0.33 %(평균 0.23±0.03 %)의 범위였다(Fig. 3).
- 자란만 표층 퇴적물의 경우, ERI는 101~202(평균 146)의 범위였으며, 만의 중앙부와 만의 입구 쪽에 위치한 정점 9~15는 100~150 사이로 저서생물에 어느 정도 위해성을 줄 수 있는 상태(Moderate risk)였고 비교적 높은 PLI 값을 보였던 만의 안쪽해역과 중앙부에 위치한 정점 1~6과 정점 8은 150~200 사이로 저서생물에 상당한 위해성을 줄 수 있는 상태(Considerable risk)였다. 특히, 자란도 인근에 위치한 정점 7에서는 ERI 값이 200을 초과한 것으로 나타나 저서생물에 매우 높은 위해성을 줄 수 있는 상태(Very high risk)인 것으로 파악되었다.
- 그러나, 최근에는 화석연료의 연소, 살충제 및 제초제의 사용 등 인간활동에 의해 인위적으로 공급되기도 하며, 산업단지 및 대도시 부근의 일부 해역에서는 자연적인 영향보다는 인위적인 오염의 영향을 더 크게 받을 가능성이 높다. 한편, 이러한 연구해역 내 퇴적물 중 높은 As 농도는 퇴적물 내 모든 중금속에 의한 전체적인 오염도 평가인 PLI 와 ERI 결과에 각각 약 18 %와 46 %를 차지함으로서 자란만 퇴적물 중 중금속 오염도에 큰 영향을 미치고 있는 것으로 파악되었다.
후속연구
- 또한, 모든 중금속 농도를 고려하였을 때 자란만 퇴적물은 전 해역에서 중금속에 대해 오염된 상태였으며, 일부 해역의 경우 저서 생물에 위해성을 줄 만큼 심한 오염 상태인 것으로 파악되었다. 그러므로, 안전한 양식 수산물의 공급과 지속적인 어장 생산성 유지를 위해서 자란만 주변 퇴적물 내 유기물과 중금속 오염원에 대한 추가적인 조사를 통해 주 오염원을 찾아 관리할 필요가 있다. 아울러 현재 자란만 퇴적물 내 유기물 및 중금속을 포함한 오염물질의 저감 및 퇴적환경 개선을 위한 근본적인 대책이 요구된다.
- 그러므로, 안전한 양식 수산물의 공급과 지속적인 어장 생산성 유지를 위해서 자란만 주변 퇴적물 내 유기물과 중금속 오염원에 대한 추가적인 조사를 통해 주 오염원을 찾아 관리할 필요가 있다. 아울러 현재 자란만 퇴적물 내 유기물 및 중금속을 포함한 오염물질의 저감 및 퇴적환경 개선을 위한 근본적인 대책이 요구된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.