Distribution and Pollution Status of Organic Matter and Heavy Metals in Surface Sediment Around Goseong Bay, a Shellfish Farming Area, Korea

Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Research Paper Vol. 23, No. 6, pp. 699-709, October 31, 2017, ISSN 1229-3431(Print) / ISSN 2287-3341(Online) https://doi.org/10.7837/kosomes.2017.23.6.699

1

우리나라 남해안은 리아스식 해안을 따라 진해만 거제만, , 고성만 자란만 가막만 득량만 등 크고 작은 반폐쇄적인 만, , ,

* First Author : [email protected], 051-720-2542 Corresponding Author : [email protected], 051-720-2540

이 넓은 해역에 걸쳐 발달해 있다(Choi et al., 2005; Hwang et 이러한 반폐쇄적인 만은 육상으로부터 하천이나 al., 2013).

지하수를 통해 영양염류가 지속적으로 유입되어 외해에 비 해 먹이생물이 상대적으로 풍부하고 만의 크기에 비해 입, 구가 좁아 외해로부터의 파랑 폭풍 해일 등과 같은 수리역, , 학적 에너지의 영향을 적게 받기 때문에 양식생물을 키우기

패류양식해역인 고성만 주변 표층 퇴적물의 유기물과 중금속 분포 및 오염현황

이가람 황동운 황현진 박정현 김형철 권정노

국립수산과학원 어장환경과

*, **

Distribution and Pollution Status of Organic Matter and Heavy Metals in Surface Sediment Around Goseong Bay, a Shellfish Farming Area, Korea

Garam Lee

^*

^**

^**

^**

^**

^**

*, ** Marine Environment Research Division, National Institute of Fisheries Science, Busan 46083, Republic of Korea

요 약 : 우리나라 남해안의 대표적인 패류양식해역 중에 하나인 고성만 주변 표층 퇴적물 중 유기물과 중금속의 분포 및 오염현황을 이해하기 위해 입도와 총유기탄소 (TOC), 총질소 (TN), 중금속 종 9 (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn) 에 대해 조사하였다 고성만 주변 퇴적 . 물은 세립질의 점토 (clay) 와 니 (mud) 로 이루어져 있었다 유기물과 중금속은 만의 입구쪽에서 안쪽으로 갈수록 상대적으로 높은 농도를 보 . 였다 특히 퇴적물중 유기물 및 중금속의 분포와 . , C/N 비 (5-10) 를 고려하였을 때 고성만 퇴적물 중 유기물은 해역 자체 내 생물체에 의해 , 생성된 해양기원성 유기물의 영향을 크게 받고 중금속은 만 주변 혹은 만내 산재해 있는 인위적인 오염원의 영향을 크게 받고 있는 것으 , 로 파악되었다 . 4 가지 퇴적물 오염평가 방법을 이용하여 고성만의 중금속 오염현황을 살펴본 결과 고성만 퇴적물은 전 해역에 걸쳐 중 , 금속에 대하여 약간 오염된 상태였으며 만의 북쪽과 북동쪽의 일부 해역은 퇴적물의 중금속 오염도가 높아 퇴적물에 서식하는 저서생물 , 에 큰 위해를 줄 수 있는 상태인 것으로 나타났다 따라서 고성만 주변 퇴적환경 개선을 위한 체계적인 관리계획의 수립과 함께 지속적 . , 인 양식활동 및 양식생물의 안전성 확보를 위한 오염물질에 대한 집중적인 모니터링 연구가 병행되어져야 한다.

핵심용어 : 퇴적물 중금속 유기물 오염 고성만 , , , ,

Abstract : We measured the grain size, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), and heavy metals (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, and Zn) in order to understand the spatial distribution and pollution level of organic matter and metals in surface sediment around Goseong Bay, a shellfish farming area, Korea. The surface sediments were composed of finer sediments such as mud and clay. The concentration of TOC, TN, and heavy metals were much higher in the innermost bay than in the mouth and outside of bay. The spatial distribution of organic matter and heavy metals and C/N ratio (5-10) in sediment showed that the organic matter and heavy metals in sediment of the study region were significantly influenced by oceanic origin organic matter and anthropogenic sources, respectively. Based on the results of four assessment techniques (sediment quality guideline, geoaccumulation index, pollution load index, ecological risk index), the sediments around the Goseong Bay were a little polluted for heavy metals and the high metal concentrations in the northern region of bay could adverse impact on benthic organisms in sediment. Thus, the systematic management plan for the improvement of water and sediment environment and the concentrated monitoring of pollutants for sustainable aquaculture and seafood safety around Goseong Bay are necessary in the future.

Key Words : Sediment, Heavy metal, Organic matter, Pollution, Goseong Bay

에 적합한 환경을 갖추고 있어 1950년대부터 다양한 어패류 양식이 활발하게 이루어져 왔다(Hwang et al., 2010; Lee et al., 2011; Hwang et al., 2015).

고성만은 우리나라 남동해안의 고성반도 끝 쪽에 위치하 고 있으며 만의 남서쪽에 위치한 좁은 입구에서부터 안으, 로 갈수록 삼각형의 형상으로 크게 벌어지는 리아스식 해 안으로 둘러싸인 전형적인 반폐쇄적인 만이다(Lee et al.,

만의 전체면적은 약

2016a). 2.1 × 10

⁷

²

이로 인해 고성만은 양식을 하기에 적합한 천혜의 2016b).

자연조건을 갖추고 있어 예로부터 굴과 진주담치 등과 같은 패류양식이 성행하였다 특히 고성만은 우리나라 전체 양식 . , 생산량의 19 를 차지하고 수산물 수출에도 큰 비중을 차지% 하고 있는 참굴의 대표적인 양식해역으로 만내 전체면적의 약 7 인 % 1.5 × 10

⁶

²

그러나 고성만의 경우 반폐쇄적인 지형과 함께 , 1970년대 이후 경제성장에 따른 주변 육상의 지속적인 개발과 도시화 로 인해 소규모 하천을 통한 육상의 오염물질 유입이 증가 하였고 해면양식산업의 발달과 함께 어장의 장기간 사용 , 및 과밀양식에 따른 양식장 자가오염으로 해수 및 퇴적물 환경이 악화되면서 만내 빈산소수괴 부영양화 및 적조와 , , 같은 연안환경문제가 빈번히 발생하고 있다(NFRDI, 2004;

그 결과 매년 고성만에서 생산되는 굴의 예상 Kwon, 2010). ,

생산량이 1996년도에 약 2,100ton에서 2008년에 약 750ton으 로 점차 감소하고 있는 추세이다(Lee et al., 2016a). 이에 대 해 고성만 내 수질환경 오염현황 및 양식생물의 안정성을 , 파악하기 위하여 해수 중 입자물질 및 영양염류 기초생산, 력 탄소수지 대장균수 등에 대한 조사가 지속적으로 이루, , 어져 왔다(Lee et al., 2001; Kwon, 2010; Shim et al., 2014; Lee

하지만 만내 영양염류의 주 공급원이자 et al., 2016a; 2016b). ,

양식생물의 안전성에 큰 영향을 줄 수 있는 퇴적물에 대한 지화학적 특성과 유기물 및 금속원소의 농도분포 및 오염도 등에 대한 연구보고는 거의 없다.

따라서 이 연구의 목적은 반폐쇄적인 지형적 특성을 가, 진 패류 양식장이 밀집해있는 고성만 주변 퇴적물 중 유기 물과 중금속의 함량특성을 이해하고 다양한 평가방법을 이, 용하여 중금속의 오염 현황을 파악하는데 있다 이를 위해 . 고성만 연구해역 주변 표층 퇴적물 중 입도(grain size)와 유

기물 함량 특성을 나타내는 총유기탄소(total organic carbon,

총질소 그리고 중금속 종

TOC), (total nitrogen, TN), 9 (heavy 을 조사하였다 metal; As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn) .

재료 및 방법 2.

시료 채취 및 분석 2.1

고성만 주변 표층 퇴적물 중 유기물과 중금속의 함량 특 성 및 오염현황을 파악하기 위하여 2014년 월 고성만 입10 구부터 안쪽까지 소형 선박을 타고 이동하면서 총 개 지17 점에서 채니기(van Veen grab sampler)를 이용하여 퇴적물을 채취하였다(Fig. 1). 이후 선상에서 플라스틱 스푼으로 표층 3cm 이내의 퇴적물만을 채취하여 미리 산 세척한 고밀도폴 리에틸렌병(high density polyethylene bottle 에 담아 냉동 또는 ) 냉장상태로 실험실로 운반하여 퇴적물의 입도와 TOC, TN, 중금속을 분석하였다 시료의 분석은 . Hwang et al.(2006)과

이 제시한 방법과 유사한 다음의 방법으로 분 MLTM(2010)

석하였다.

입도는 습식 퇴적물 약 100 을 비이커에 넣은 후 g 10 과% 산화수소(H

2

2

3

에서 시간 건조한 후 건식체질 하여 간격으로 무

70 72 1Ø

게 백분율을 구하였고 세립질 입자는 , 1L 메스실린더에 퇴 적물을 넣고 침강시킨후 상등액을 제거하고 약 80mL를 남 겨 자동입도분석기(Micromeritics, Sedigraph 5120)로 측정하였 다 측정된 결과를 바탕으로 자갈 모래 실트 점토의 함량. , , , 을 산정하였으며, Folk and Ward(1957)이 제시한 식을 이용하 여 평균입도(Mz; mean grain size)를 계산하였다 또한 각 퇴. , 적물의 자갈 모래 실트 점토 함량을 , , , Folk(1968)의 삼각다이 어그램에 도시하여 퇴적물의 유형(sedimentary type)을 파악 하였다.

와 은 습식 퇴적물

TOC TN 50 을 동결건조기로 냉동건조g

시킨 후 막자사발을 이용하여 곱게 분마하여 균질화 한 다 음, 0.5 을 취하여 작은 유리 g vial에 넣고 1N 염산 10mL를 첨가하여 탄산염을 제거하였다 이 후 . 70 에서 하룻밤 동안 수분과 잔류염소를 제거하고 이를 다시 105 에서 시간 2 건조 한 후 상온에서 시간 방치하였다 그리고 나서 주석박막2 . 으로 소량(3-5mg)의 시료를 말아 CHN 원소분석기(element analyzer,

로 측정하였다 Perkin Elmer, US/2400) .

중금속은 습식 퇴적물 약 100 을 g -80 에서 동결건조한 후 막자사발을 이용하여 곱게 분마하여 균질화 한 다음, 4Ø 플라스틱 체로 체질하여 세립한 입자만을 사용하여 분석하 였다 수은. (Hg)은 동결 건조된 퇴적물 약 0.1 을 전처리 없g

이 바로 자동수은분석기(automatic mercury analyzer, Milestone, 로 분석하였고 그 외 중금속은 동결 건조한 퇴적물

DMA-80) ,

약 0.5 을 테프론 용기g (digestion vessel, Part number 300-060-03, 에 넣고 혼합산

Savillex Corp.) (HNO

3

4

로 측정하였다 분석결과의 신뢰성을 확 Elmer, ELAN DRC-e) .

보하기 위하여 인증표준물질(certified reference material)을 시 료와 함께 분석하였으며 인증표준물질로 캐나다 국가연구, 위원회 산하 연구소(National Research Council Canada, NRCC) 에서 제작한 해양 퇴적물 중금속 인증표준물질인 MESS-3와

를 사용하였다 각 중금속

PACS-2 . 의 평균 회수율은 As 98 %,

Cd 93 %, Cr 92 %, Cu 88 %, Fe 86 %, Hg 103 %, Mn 79 %, Pb 92 %, Zn 98 였다% .

중금속의 오염도 및 생물 위해도 평가방법 2.2

고성만 퇴적물 내 중금속의 오염도 및 생물 위해도를 평 가하기 위하여 이 연구에서는 최근에 국내외 여러 연구자 들에 의해 널리 사용되어 온 퇴적물 기준(sediment quality guidelines; SQGs), 농집지수(geoaccumulation index, I

geo

염부하량지수(pollution load index, PLI), 생태계위해도지수 의 가지 평가방법을 이용하였다 (ecological risk index, ERI) 4

(Zhang et al., 2009; Alba et al., 2011; Feng et al., 2011; Ra et al., 2013; Sun et al., 2014; Hwang et al., 2015).

퇴적물 기준(SQGs)을 이용한 평가는 전 세계 퇴적물의 중금 속 오염평가에 널리 이용되고 있는 미국 해양대기청(National

에서 권고 Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA, US)

하는 ERL(effect range low) 값과 비교하여 퇴적물 내 중금속 오염도를 평가하였다(Buchman, 2008).

I

geo

m

m

geo



_{ }

_

_



_

(1)

는 에 의해 제시된 퇴적물 내 중금

PLI Tomlinson et al.(1980)

속 오염을 평가하는 방법으로 연구해역의 퇴적물 중 중금, 속 농도(C

m

m

를 계산하였다

PLI .

Fig. 1. A map showing the study area and the sampling sites for analyzing grain size, organic matter and heavy metals in surface sediments around Goseong Bay.

 

^{ }

× 

× 

× 

× 

× 

× 

× 

 

여기서 CF는 중금속의 배경농도에 대한 연구해역 퇴적물 중 중금속 농도비(C

m

m

는 에 의해 제시된 퇴적물의 중금속 오

ERI Hakanson(1980)

염 평가 방법으로 퇴적물 내 각 중금속의 생태독성계수, (T

m



_

_

 



  





_

여기서, T

m

만을 이용하여 를 계산하였다

1) ERI (Lim et al., 2013; Sheykhi 일반적으로

and Moore, 2013). ERI < 100 일 경우 저서생물에 위해성을 줄 가능성이 낮은 상태(low risk), 100 < ERI < 150 일 경우 저서생물에 어느 정도 위해성을 줄 수 있는 상태 (moderate risk), 150 < ERI < 200 일 경우 저서생물에 상당한 위 해성을 줄 수 있는 상태(considerable risk), 200 < ERI < 300 일 경우 저서생물에 매우 심한 위해성을 줄 수 있는 상태(very high risk), 300 < ERI 일 경우 저서생물에 극심한 위해성을 줄 수 있는 상태(disastrous risk)를 의미한다.

한편 이 연구에서 퇴적물 중 중금속 오염평가에 필요한 각 , 중금속의 배경농도는 일반적으로 국내외 많은 연구자들이 널 리 이용하고 있는 Taylor(1964)와 Taylor and McLennan(1995)이 보고한 전세계 연안 대륙붕지역의 퇴적물 내 중금속의 평균 농도(As 1.5 mg/kg, Cd 0.098 mg/kg, Cr 35 mg/kg, Cu 25 mg/kg, Fe 3.5 %, Hg 0.08 mg/kg, Mn 600 mg/kg, Pb 20 mg/kg, Zn 71

를 이용하였다

mg/kg) .

결과 및 고찰 3.

퇴적물의 조성 및 유기물 농도 3.1

고성만 주변 퇴적물 중 모래 실트 점토의 함량은 각각 , , 0.2-6.3 % 평균( 1.4 ± 14 %), 24.3-47.4 % 평균( 33.0 ± 5.4 %), 46.3-75.1

% 평균( 65.7 ± 6.6%) 범위로 세립질의 점토 함량이 가장 높았 으며 모든 정점에서 실트와 점토의 함량의 합이 , 90% 이상

이었다(Fig. 2). Mz는 7.87-9.85Ø 평균( 9.19 ±0.47Ø) 범위였고, 모든 정점에서 7.5Ø 이상으로 중립실트(medium silt)보다 세 립한 퇴적물로 이루어져 있었다(Fig. 3). 각 정점별 모래 실, 트 점토 함량을 이용하여 , Folk(1968)의 분류법에 따라 고성 만 주변 표층 퇴적물의 유형을 살펴본 결과 총 개의 퇴적, 2 상(sedimentary facies)으로 나뉘어졌다. St. 4, St. 6-8, St. 10, St.

은 점토 였으며 그 외 정점들은 니 였

12-14 (clay, C) , (mud, M) 다(Fig. 2). 이러한 결과는 고성만 주변이 유기물과 중금속과 같은 물질들이 퇴적물에 축적되기 쉬운 퇴적환경으로 이루 어져 있음을 의미한다.

Fig. 2. The ternary diagrams showing the sediment composition and the major sedimentary types around Goseong Bay.

고성만 주변 표층 퇴적물 중 유기물 함량특성을 살펴보 면, TOC와 TN의 농도는 각각 1.45-2.19 % 평균 ( 1.83 ± 0.21 %) 와 0.20-0.30%(평균 0.25 ± 0.03%)의 범위였다 두 성분 모두 . 고성만 남동쪽의 St. 8에서 가장 높고 입구쪽의 St. 3에서 가 장 낮았다 또한. , St. 6을 제외하면 만의 남동쪽 정점들이 다 른 정점들에 비해 높은 농도를 나타내었다(Fig. 3). 이러한 고 성만 주변 퇴적물 중 유기물의 분포는 인근 육지로부터 도 시하수 및 농업용수의 유입과 해역 자체내 식물플랑크톤의 대량번식 후 폐사 혹은 만내 패류양식장에서 양식생물의 배 설에 따른 고형 유기물의 침강의 영향을 크게 받는다(Lee et

따라서 에 대한 의 비 를 이용하

al., 2001). , TOC TN (C/N ratio)

여 고성만 주변 퇴적물 중 유기물의 기원을 알아보았다 일. 반적으로 유기물 중 C/N 비가 10 이상인 경우는 인근 육상 으로부터 유입된 육상기원성 유기물임을 의미하고 이와 반, 대로 C/N 비가 10 보다 작은 5-10 정도의 값을 가질 경우 현, 장에서 생물체에 의해 생성된 해양기원성 유기물임을 의미 한다(Stein, 1991; Hyun et al., 2003; Hwang et al., 2006). 이를 고

려하여 고성만 주변 표층 퇴적물 중 C/N비를 살펴보면 모든 , 정점에서 5-10 사이의 값을 나타내었다(Fig. 4). 따라서 연구 지역 내 표층 퇴적물의 유기물은 해역 자체 내 생물체에 의 해 생성된 해양 기원성 유기물인 것으로 판단되며 특히 고, 성만 내에 산재해있는 굴 양식장과 밀접한 관련이 있는 것 으로 생각된다.

한편 고성만의 퇴적물 중 , TOC의 평균농도는 우리나라의 대표적인 무역항인 마산항(2.30%, Hwang et al., 2006)과 부산 항(2.49%, Park et al., 1995) 퇴적물에서 측정한 평균농도보다 는 낮았지만 임해공업단지 부근인 울산만, (1.07 %, Hwang et al., 2014), 영일만(1.00%, Lee et al., 2008), 광양만(0.89 %, Hyun 과 우리나라 연안 전체 퇴적물에서 측정한 평균 et al., 2003)

농도(1.10%, Kang et al., 1993)보다 상당히 높았다 또한 고성. , 만의 퇴적물 중 TN의 평균농도는 지금까지 우리나라 연안 의 마산항(0.20%, Hwang et al., 2006)과 부산항(0.13 %, Park et al., 1995), 울산만(0.13%, Hwang et al., 2014), 그리고 이 연구 해역과 유사하게 패류 양식이 활발하게 진행되고 있는 가막 만(0.14%, Noh et al., 2006)을 비롯하여 우리나라 연안 전체 (0.19%, Kang et al., 1993) 퇴적물에서 측정한 평균농도보다 상당히 높았다.

중금속의 농도 및 분포 특성 3.2

고성만 주변 퇴적물 중 중금속 농도를 Fig. 5에 나타내었 다 퇴적물 중 철. (Fe)과 크롬(Cr)은 각각 4.0-4.8 % 평균 ( 4.4 ± 0.2%)과 49.5-91.4 mg/kg 평균 ( 82.4 ± 10.4mg/kg) 범위였으며, 만의 가운데 정점인 St. 10에서 가장 높고 북쪽 가장 안쪽 정 점인 St. 17에서 가장 낮았다 전반적으로 만내 가운데 정점.

들에서 다른 정점들에 비해 높은 농도를 보였다 구리. (Cu), 납(Pb), 아연(Zn)은 각각 24.6-58.5 mg/kg 평균 ( 38.6 ± 10.1 mg/kg), 16.8-41.8 mg/kg 평균 ( 27.0 ± 7.1 mg/kg), 134-190 mg/kg 평균( 159

± 16mg/kg) 범위였다. Cu는 만의 북서쪽의 St. 12에서 가장 높고, Pb과 Zn은 만의 북쪽 가장 안쪽 정점인 St. 17에서 가 장 높았으며 세 중금속 모두 만의 입구쪽의 , St. 2에서 가장 낮았다 전반적으로 이들 중금속들은 만의 북쪽과 북서쪽 . 정점들에서 다른 정점들에 비해 높은 농도를 나타내었다. 비소(As), 카드뮴(Cd), 수은(Hg)은 각각 9.0-16.8 mg/kg 평균 ( 11.2

± 1.9 mg/kg), 0.07-0.30 mg/kg 평균 ( 0.15 ± 0.07 mg/kg), 0.021-0.045 Fig. 3. The mean grain size (Mz) and the concentrations of total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN)

in the surface sediments with each station around Goseong Bay.

Fig. 4. Plot of TN versus TOC of the surface sediment around Goseong Bay.

mg/kg 평균 ( 0.029 ± 0.006mg/kg) 범위였다. As는 만의 북쪽 가 장 안쪽 정점인 St. 17에서 가장 높고, Cd은 만의 남동쪽 가 장 안쪽 정점인 St. 7에서 가장 높았으며 두 중금속 모두 만, 의 입구쪽의 St. 4 에서 가장 낮았다. Hg의 경우에는 특이하 게 만의 입구쪽의 St. 2에서 가장 높고 입구인 St. 3에서 가장 낮았다 그러나 전반적으로 이 세 중금속은 만의 북쪽 가장 .

안쪽 정점에서 다른 정점들에 비해 높고 입구쪽으로 갈수록 점차 감소하는 경향을 나타내었다 망간. (Mn)은 602-2,092 mg/kg (평균 1,089 ± 464mg/kg) 범위였으며 만의 북서쪽의 , St. 12에 서 가장 높고 만의 남서쪽의 St. 8에서 가장 낮았다 전반적. 으로 만의 입구쪽에 위치한 정점들이 다른 정점들에 비해 높은 농도를 나타내었다.

Fig. 5. The spatial distributions of heavy metals in surface sediments around Goseong Bay. The double circles represent the exceeded values compared to effect range low (ERL) proposed by NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) in United States.

일반적으로 연안 퇴적물 중 중금속의 농도는 퇴적물의 입 도 혹은 유기물 함량에 따라 달라지며 세립질의 유기물 함 량이 높은 퇴적물일수록 높은 중금속 농도를 보이는데 이 , 같은 연구결과는 이전에 우리나라의 일부 반폐쇄적인 내만 에서도 보고된 바 있다(Hyun et al., 2003; Lee et al., 2004; Kim

하지만 고성만은 퇴적물의 평균입도 및 유기물 et al., 2012). ,

함량과 모든 중금속 농도 사이에 뚜렷한 상관성을 보이지 않았다(R

²

한편 고성만의 표층 퇴적물은 중금속의 평균 농도를 기, 준으로 Fe > Mn > Zn > Cr > Cu > Pb > As > Cd >Hg 순으로 높은 농도를 나타내었다 이러한 고성만 주변 퇴적물 중 중금속. 의 잔류패턴은 최근에 연구해역과 인접한 진해만(Choi et al.,

과 한산 거제만 에서 측정한 퇴적물

2015a) - (Hwang et al., 2015)

중 중금속의 잔류패턴과 일치하며 남해중부와 서부에 위치, 하고 있는 반폐쇄적인 내만인 강진만과 여자만(Choi et al.,

득량만 그리고 한반도 연안

2015b), (Jeon et al., 2012), (Hwang 퇴적물에서 측정한 중금속의 잔류패턴과도 매우 et al., 2016)

유사하였다(Table 1). 그러나 고성만 표층 퇴적물 중, 중금속의 평균농도는 우리나라에서 가장 오염이 심각하다 고 알려진 진해만에 비해 Fe, Cr, Mn은 높고 그 외 중금속은 ,

낮았다 그러나 연구해역과 유사한 수산환경을 가진 주요 . , 패류 양식해역으로 알려져 있는 한산거제만 강진만 가막, , 만 여자만 득량만에 비해 은 가장 낮았으나 , , Pb As, Cd, Cu,

은 비슷하거나 가장 높은 농도를 보였다

Cr, Hg, Mn (Table 1).

이러한 다수의 패류 양식해역에 비해 고성만 주변 퇴적물 중 중금속 농도가 높다는 것은 퇴적물 중 중금속이 다량 해 수로 용출되어 먹이사슬을 통해 양식생물에 높은 농도로 축 적될 가능성이 매우 크다는 것을 의미한다 그러므로 고성. , 만 퇴적물 중 중금속 오염도를 평가하는 것은 양식생물의 생산과 안전성 및 이를 섭취하는 인간들의 건강을 보호하는 데 있어서 매우 중요하다.

중금속 오염도 및 생물 위해도 평가 3.3

지금까지 전 세계적으로 퇴적물 중 중금속 오염을 평가하 기 위해 다양한 방법이 제시되었으며 이 연구에서는 앞서 ,

절에서 설명한 바와 같이

2.2 , SQGs, I

geo

의 경우 이 연구에서 사용하기로 한 미국 의

SQGs , NOAA

연안 퇴적물 오염 평가기준인 ERL 농도는 과 Fe Mn을 제외 한 Cu 34 mg/kg, Cd 1.2 mg/kg, Pb 46.7 mg/kg, Cr 81 mg/kg, As 8.2 mg/kg, Zn 150 mg/kg, Hg 0.15mg/kg이다 일반적으로 퇴적. 물 중 중금속의 농도가 이 기준을 초과하면 서식생물에 어 느 정도 악영향을 줄 가능성이 있다 위의 기준을 고성만 주. 변 퇴적물 중 중금속 농도와 비교해 보았을 때 유해 중금속, 으로 알려진 Cd, Pb, Hg은 모든 정점에서 ERL보다 낮았다. 하지만, Cu와 Zn은 만 입구의 몇몇 정점들 예( , St. 1-4)과 만 의 북동쪽에 위치한 St. 15을 제외한 대부분의 정점에서 ERL 을 초과하였고, Cr은 만의 북쪽과 북동쪽의 해역 일부 정점 들(St. 8, 15-17)을 제외한 대부분의 정점에서 ERL을 초과하

Study region Metal (%) Metal (mg/kg)

Reference

Fe As Cd Cr Cu Hg Mn Pb Zn

Jinhae Bay 3.7 11.1 0.52 70 57 0.06 600 40 167 Choi et al. (2015a) Hasan-Geoje Bay 3.4 10.3 0.12 89 38 0.03 651 30 140 Hwang et al. (2015) Gangjin Bay 4.0 10.5 0.11 82 27 0.03 1,019 33 157 Choi et al. (2015b) Gamak Bay 3.8 9.8 0.14 78 28 0.02 717 28 114 Kim et al. (2012) Yeoja Bay 3.5 7.4 0.05 81 17 0.02 893 29 137 Choi et al. (2015b) Deukryang Bay 3.8 9.6 0.10 74 15 0.01 838 27 90 Jeon et al. (2012) Goseong Bay 4.4 11.2 0.15 82 38 0.03 1,089 27 159 This study

Table 1. The comparison of average concentration for heavy metals (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, and Zn) in surface sediments of the southern coast, Korea

였다 특히. , As는 모든 정점들에서 ERL 농도를 초과하였다 (Fig. 5).

고성만 주변 퇴적물 중 중금속 오염을 정량적으로 평가하 기 위하여 계산한 I

geo

geo

가 이었고 은 몇몇 정점들에서

class 0 , Cd, Cu, Mn, Pb I

geo

1 2 I

geo

집중되어 있어 오염되지 않은 수준(practically unpolluted)이었 다 또한. , Cr, Zn의 경우에도 거의 모든 정점들에서 I

geo

인 것으로 나타났다 그러나 unpolluted/moderately polluted) . , As 의 경우 거의 모든 정점들에서 I

geo

인 것으로 나타났다

polluted) .

고성만 주변 퇴적물 중 중금속에 의한 종합적인 오염도를 평가하기 위해 방정식 (2)를 이용하여 계산한 각 정점별 PLI 값과 이들 중금속의 독성도에 따른 저서생물에 미치는 영향 을 알아보기 위해 방정식 (3), (4)를 이용하여 계산한 ERI 값 을 Fig. 6에 나타내었다. PLI 계산 결과를 살펴보면, 1.41-2.06

평균 범위였으며 의 가장 높은 농도를 보였

( 1.69) , As, Pb, Zn

던 만의 가장 북쪽의 St. 17에서 가장 높고 만의 입구 수로, 쪽에 위치한 St. 3에서 가장 낮았다 특히 모든 정점에서 . , 1.0 을 초과하여 오염된 상태(polluted)였으며 고성만내 북쪽 정, 점들이 만 입구쪽 정점들보다 상대적으로 높은 오염상태인 것으로 나타났다(Fig. 6a).

를 계산한 결과 평균 범위였으며 만의

ERI , 112-239( 157) ,

가장 북쪽의 St. 17에서 가장 높고 만의 입구쪽에 위치한 , St.

에서 가장 낮았다 고성만 입구에 위치한

4 . St. 1-6, St. 11, St.

에서는 가 사이로 저서생물에 어느 정도

12, St. 14 PLI 100-150

위해성을 줄 수 있는 상태(moderate risk)인 것으로 나타났고,

만의 중앙부와 북동쪽에 위치한 St. 8-10, St. 13, St. 15-16에서 는 150-200 사이로 저서생물에 상당한 위해성을 줄 수 있는 상태(considerable risk)였다 특히 고성만 북쪽의 가장 안쪽에 . , 위치한 St. 17과 만의 남동쪽 가장 안쪽에 위치한 St. 7은 사이로 저서생물에 매우 심한 위해성을 줄 수 있는 200-300

상태(very high risk)였다(Fig. 6b).

이상의 가지 퇴적물 오염평가 방법4 (SQGs, I

geo

결 론 4.

남해동부에 위치하고 있는 우리나라의 대표적인 패류양 식해역 중에 하나인 고성만은 만 전체에 걸쳐 굴 양식장이 넓게 분포하고 있고 주변 육상으로부터 하천이나 지하수를 통한 오염물질의 유입으로 연안 환경오염 가능성이 높은 해 역이다 이러한 고성만내 퇴적물은 유기물 및 중금속이 축. 적되기 쉬운 점토와 니와 같은 세립질 퇴적물이 우세하며, 이로 인해 연구해역과 유사한 연안환경 특성을 지닌 남해안 의 다른 패류양식해역이나 한국 연안의 일반 퇴적물 중 유 기물과 중금속 농도보다 상당히 높은 것으로 나타났다 다. 양한 지화학적 및 생태학적 퇴적물 오염평가방법을 이용하 여 만내 퇴적물 중 중금속 오염현황을 살펴본 결과 고성만 ,

I

geo

range I

geo

class Designation of sediment quality Number of I

geo

Fe As Cd Cr Cu Hg Mn Pb Zn

> 5 6 Very strongly polluted 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4-5 5 Strongly/very strongly polluted 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3-4 4 Strongly polluted 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2-3 3 Moderately/strongly polluted 0 16 0 0 0 0 0 0 0

1-2 2 Moderately polluted 0 1 1 0 0 0 2 0 0

0-1 1 Practically unpolluted/moderately polluted 0 0 7 16 7 0 6 5 17

< 0 0 Practically unpolluted 17 0 9 1 10 17 9 12 0

Table 2. Classification of geoaccumulation index (Müller, 1981) and the number of I

geo

퇴적물은 중금속에 대하여 약간 오염되어 있으며 특히 하, , 천 유입의 영향을 받고 있는 만의 북쪽과 북서쪽의 일부 해 역은 저서생물에 위해를 줄 만큼 오염된 것으로 평가되었 다 따라서 고성만의 퇴적환경 개선을 위한 체계적인 관리. , 계획의 수립이 요구되며 아울러 만내 지속적인 양식활동과 , 양식생물의 안전성을 확보하기 위한 양식 환경 및 생물 체 내 오염물질에 대한 집중적인 모니터링 연구가 진행되어져 야 한다.

사 사

이 논문은 2017년도 국립수산과학원 수산과학연구사업 어 장환경 모니터링(R2017053)의 지원으로 수행된 연구입니다.

References

[1] Alba, M. D., M. D. Gilindo-Riano, M. J. Casanueva- Marenco, M. Garcia-Vargas and C. M. Kosore(2011), Assessment of the metal pollution, potential toxicity and speciation of sediment from Algeciras Bau (South of Spain) using chemometric tools. Journal of Hazardous Materials, Vol. 190, pp. 177-187.

[2] Buchman, M. F.(2008), NOAA screening quick reference tables. NOAA OR&R Report 08-1, Seattle WA, Office of response and restoration division, National Oceanic and Atmospheric Administration, pp. 34.

[3] Choi, J. M., Y. G. Lee and H. J. Woo(2005), Seasonal and spatial variations of tidal flat sediments in Yeoja Bay, south coast of Korea. Journal of Korean Earth Science Society, Vol. 26, pp. 253-267.

[4] Choi, M., I. S. Lee, H. C. Kim and D. W. Hwang(2015b), Distribution and contamination status of trace metals in surface sediments of shellfish farming areas in Yeoja and Gangjin Bays, Korea. Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 48, pp. 789-797.

[5] Choi, T. J., J. N. Kwon, G. Lee, H. Hwang, Y. Kim and J.

H. Lim(2015a), Distribution and pollution assessment of trace metals in the surface sediments around farming area of Jinhae Bay. Journal of the Korean Society of Marine Environment

& Safety, Vol. 21, pp. 347-360.

[6] Feng, H., H. Jiang, W. Gao, M. P. Weinstein, Q. Zhang, W. Zhang, L. Yu, D. Yuan and J. Tao(2011), Metal contamination in sediments of the western Bohai Bay and adjacent estuaries, China. Journal of Environmental Management, Vol. 92, pp. 1185-1197.

[7] Folk, R. L. and W. C. Ward(1957), Brazos river bar: A study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 27, pp. 3-26.

[8] Folk, R. L.(1968), Petrology of sedimentary rock. Hemphill publishing Co., U.S.A., p. 170.

[9] Hakanson, L.(1980), An ecological risk index for aquatic pollution control: A sedimentological approach. Water Fig. 6. The spatial distributions of PLI (A) and ERI (B) calculated from metal concentration in the

surface sediments around Goseong Bay.

Research, Vol. 14, pp. 975-1001.

[10] Hwang, D. W., G. Kim, W. C. Lee and H. T. Oh(2010), The role of submarine groundwater discharge (SGD) in nutrient budgets of Gamak Bay, a shellfish farming bay, Korea.

Journal of Sea Research, Vol. 64, pp. 224-230.

[11] Hwang, D. W., H. G. Jin, S. S. Kim, J. D. Kim, J. S. Park and S. G. Kim(2006), Distribution of organic matters and metallic elements in the surface sediments of Masan Harbor, Korea. Journal of the Korean Fisheries Society, Vol. 39, pp.

106-117.

[12] Hwang, D. W., I. S. Lee, M. Choi and H. G. Choi(2014), Distribution and pollution assessment of organic matter and trace metals in surface sediment around Ulsan Harbor.

Journal of the Korea Society for Environmental Analysis, Vol. 17, pp. 146-160.

[13] Hwang, D. W., I. S. Lee, M. Choi and J. H. Shim(2015), Distribution of organic matter and trace metal concentrations in surface sediments around the Hansan-Geoje Bay. Journal of the Korean Society for Environmental Analysis, Vol. 18, pp. 131-143.

[14] Hwang, D. W., P. J. Kim, S. B. Jeon and B. S. Koh(2013), Geochemical characteristics of intertidal sediment in the semi-enclosed bays of the southern region of Jeollanam Province. Korean journal of Fisheries and Aquatic Science, Vol. 46, pp. 638-648.

[15] Hyun, S., T. Lee, J. S. Choi, D. L. Choi and H. J.

Woo(2003), Geochemical characteristics and heavy metal pollutions the surface sediments of Gwangyang and Yeosu Bay, south coast of Korea. The Sea-Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 8, pp. 380-391.

[16] Jeon, S. B., P. J. Kim, S. S. Kim, J. S. Ju, Y. H. Lee, D. S.

Jang, J. U. Lee and S. Y. Park(2012), Characteristics of spatial distribution of geochemical components in the surface sediments of the Deukryang Bay. Journal of the Korean Society for Environmental Analysis, Vol. 15, pp. 203-214.

[17] Kang, C. K., P. Y. Lee, J. S. Park and P. J. Kim(1993), On the distribution of organic matter in the nearshore surface sediment of Korea. Journal of the Korean Fisheries Society, Vol. 26, pp. 557-566.

[18] Kim, P. J., S. G. Shon, S. Y. Park, S. S. Kim, S. J. Jang, S.

B. Jeon and J. S. Ju(2012), Biogeochemistry of metal and nonmetal elements in the surface sediment of the Gamak Bay. Journal of the Korean Society of Marine Environment

& Safety, Vol. 18, pp. 67-83.

[19] Kwon, J. N.(2010), Characteristic of long term variation of the water quality at the waters of Goseong Bay. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 13, pp. 279-287.

[20] Lee, M. K., W. Bae, I. K. Um and H. S. Jung(2004), Characteristics of heavy metal distribution in sediments of Youngil Bay, Korea. Journal of Korean Society of Environmental Engineers, Vol. 26, pp. 543-551.

[21] Lee, M. K., W. Bae, I. K. Um and H. S. Jung(2008), Seasonal and spatial characteristics of seawater and sediment at Youngil Bay, southeast coast of Korea. Marine Pollution Bulletin, Vol. 57, pp. 325-334.

[22] Lee, P. Y., C. K. Kang, W. J. Choi and H. S. Yang(2001), Seasonal variations of the quantity and quality of seston as diet available to suspension-feeders in Gosung and Kangjin Bays of Korea. Journal of the Korean Fisheries Society, Vol.

34, pp. 340-347.

[23] Lee, S. J., W. G. Jeong, J. H. Koo and J. N. kwon(2016a), Sanitary characteristics of seawater and oyster (Crassostrea

gigas) in Goseong Bay, Korea. Korean Journal of

[24] Lee, S. J., W. G. Jeong, S. M. Cho and J. N. Kwon(2016b), Estimation of carrying capacity by food availability for farming oysters in Goseong Bay, Korea. Korean Journal of Malacology, Vol. 32, pp. 83-93.

[25] Lee, W. C., Y. S. Cho, S. J. Hong, H. C. Kim, J. B. Kim and S. M. Lee(2011), Estimation of ecological carrying capacity for oyster culture by ecological indicator in Geoje-Hansan Bay. Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 17, pp. 315-322.

[26] Lim, D. I., J. W. Choi, H. H. Shin, D. H. Jeong and H. S.

Jung(2013), Toxicological impact assessment of heavy metal contamination on macrobenthic communities in southern coastal sediment of Korea. Marine Pollution Bulletin, Vol. 73, pp. 362-368.

[27] MLTM(2010), Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, A Guidebook for the seawater, sediment and marine biota analyses in ocean environment. MLTM Directive, No.

2010-491, p. 495.

[28] Müller, G.(1979), Schwernetalle in den sedimenten des Rheins vergeryngen Seit. Umschau, Vol. 24, pp. 778-783.

[29] Müller, G.(1981). Die schwermetallbelastung der sedimente des Neckars und seiner Nebenflüsse Eine Bestandasufnahme.

Chemiker Zeitung, Vol. 105, pp. 157-164.

[30] NFRDI(2004), National Fisheries Research and Development Institute, Harmful algae blooms in Korean coastal waters from 2002 to 2003. p. 274.

[31] Noh, I. H., Y. H. Yoon, D. I. Kim and J. S. Park(2006), The spatio-temporal distribution of organic matter on the surface sediment and its origin in Gamak Bay, Korea. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol.

9, pp. 1-13.

[32] Park, Y. C., H. S. Yang, P. Y. Lee and P. J. Kim(1995), Environmental characteristics of the seawater and surface sediment in the vicinity of Pusan Harbor area in winter.

Journal of the Korean Fisheries Society, Vol. 28, pp.

577-588.

[33] Ra, K., E. S. Kim, J. K. Kim, J. M. Lee and J. Y.

Choi(2013), Assessment of heavy metal contamination and its ecological risk in the surface sediments along the coast of Korea. Journal of Coastal Research, Vol. 65, pp. 105-110.

[34] Sheykhi, V. and F. Moore(2013), Evaluation of potentially toxic metals pollution in the sediments of the Kor river southwest Iran. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 185, pp. 3219-3232.

[35] Shim, J. H., M. Ye, J. H. Lim and J. N. Kwon(2014), Evaluation of simple CO

2

[36] Stein, R.(1991), Accumulation of organic carbon in marine sediments. Springer Verlag, Berlin, pp. 1-217.

[37] Sun, C. I., Y. J. Lee, J. H. An and Y. W. Lee(2014), Speciation and ecological risk assessment of trace metals in surface sediments of the Masan Bay. The Sea-Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 19, pp. 155-163.

[38] Taylor, S. R.(1964), Abundance of chemical elements in the continental crust: A new table. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 28, pp. 1273-1285.

[39] Taylor, S. R. and S. M. McLennan(1995), The geochemical evolution of the continental crust. Reviews of Geophysics, Vol. 33, pp. 241-265.

[40] Tomlinson, D. L., J. G. Wilson, C. R. Harris and D. W.

Jeffrey(1980), Problems in the assessment of heavy-metal levels in estuaries and the formation of a pollution index.

Helgolander Meeresunters, Vol. 33, pp. 566-575.

[41] Zhang, W., H. Feng, J. Chang, J. Qu, H. Xie and L, Yu(2009), Heavy metal contamination in surface sediment of

Yangtze river intertidal zone: An assessment from different indexes. Environmental Pollution, Vol. 157, pp. 1533-1543.

Received : 2017. 09. 20.

Revised : 2017. 10. 26.

Accepted : 2017. 10. 28.