─ 46 ─ https://doi.org/10.11614/KSL.2017.50.1.046
ISSN: 2288-1115 (Print), 2288-1123 (Online)
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서 론
하구는 하천과 바다가 만나 담수와 해수가 혼합되는 전 이수역으로 연간 최소 약 10조 원에 달하는 경제적 가치를 가진 것으로 보고되고 있다(Kauffman, 2011). 또한 육상에 서 공급되는 영양염에 의해 매우 생산적인 시스템으로 알
려져 있다(Ryther, 1969). Constanza et al.(1997)은 실제로 하구의 유기물 생산량이 옥수수 밭의 4~10배에 달하며, 생태적 가치가 1ha당 US$ 22,832yr
-1
로 지구상의 생태계 에서 가장 높은 수치를 나타내는 것으로 보고한 바 있다. 하지만 동시에 연안에서의 인간활동이 증가함에 따라 육 지로부터 유입되는 오염물질에 의해 부영양화나 적조 등 이 발생할 수 있는 수역이기도 하다(Li et al., 2014). 국내 대형 하구는 또한 대부분이 하구언과 같은 인공구조물로 변형되었으며, 도시 개발로 인해 공장 등이 들어서면서 주 변으로부터 생활하수나 공업용수 등의 지속적인 유입으로영산강 하구둑 담수 방류에 따른 하구 건강성 평가
이다혜·박건우·이창희
1
·신용식*목포해양대학교 해양시스템공학과,
1
명지대학교 환경에너지공학과Assessment of Ecosystem Health during the Freshwater Discharge in the Youngsan River Estuary.
Lee, Dahye (0000-0002-2426-8410), Gunwoo Park (0000-0002-6347-4639), Changhee Lee
1(0000-0001-8066-6838) and Yongsik Shin* (0000-0002-9986-4532) (Department of Ocean System Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Republic of Korea;
1Department Environmental Engineering & Energy, Myongji University, Yongin, Gyeonggi-do 17058, Republic of Korea)
Abstract The Youngsan River estuary was physically changed by the construction of a sea embankment at
near the mouth of estuary. Weirs were also constructed recently in the freshwater zone and it was reported that algal blooms occur more frequently. The freshwater introduced into saltwater zone from sluice gates of the embankment affects water quality but it has not been addressed that how the freshwater inputs influence the health of marine ecosystem. In this study, we used the data of water properties and phytoplankton communities collected at three stations for 4 days including before the freshwater discharge, during the discharge and after 1 and 2 days of discharge events. WQI(water quality index), TRIX(trophic status index) and P-IBI(phytoplankton index of biotic integrity) were used to evaluate the ecosystem health and long-term data were also utilized to determine the criteria for P-IBI. The results showed that grades of the ecosystem health assessed by the indices were low at the station near the gates and increased as downstream. However, the temporal pattern of grades was different depending on methods. Grades of WQI and TRIX decreased during the discharge and restored after the discharge whereas the grades of P-IBI decreased slightly even after the discharge. This suggests that P-IBI is more applicable to estuarine systems where experience extreme change of water properties than WQI and TRIX since P-IBI includes phytoplankton that can respond quickly to the change.Key words: assessment of ecosystem health, Youngsan estuary, fresh water discharge
Manuscript received 15 November 2016, revised 23 January 2017, revision accepted 12 February 2017
* Corresponding author: Tel: +82-61-240-7312, Fax: +82-61-240-7321,
E-mail: [email protected]
인해 오염이 가속화되고 있다(Ministry of Environment, 2004). 하구의 이러한 경제적, 생태적 가치와 오염의 가속 화로 인해 미국에서는 하구의 보전과 지속 가능한 관리를 위하여 국가하구프로그램(Poole, 1996)을 수립하여 실시하 고 있다. 또한 영국에서는 템즈하구프로그램(TEP, 1999), 호주에서는 더웬트하구프로그램(Humphries and Robinson, 1995) 등의 하구 관리 프로그램이 시행되면서 하구 오염의 최소화와 생태계 관리를 위해 노력하고 있다. 이러한 하구 관리 프로그램 중에서 하구의 수질 및 생물 서식지 상태를 평가하는 생태계 건강성은 해역의 오염 상태를 결정하는 중요한 관리 기준으로 사용되고 있다(van Niekerk et al., 2013).
건강성 평가는 1980년대 초에 생태계 건강이라는 이론 적인 개념이 도입된 후(Rapport et al., 1980; Rapport, 1998, 1999), 어류를 이용한 하천 생태계 다변수 평가기법이 개 발되면서 시작되었다(Karr, 1981). 이후 건강성 평가에 대 한 많은 연구가 진행되었으며 수역의 영양상태를 평가하 는 TSI(Trophic State Index; Carlson and Simpson, 1996)와 TRIX(Trophic Status Index; Vollenweider et al., 1998), 저 서생물을 지표로 하는 AMBI(Azti’s Marine Biotix Index;
Borja et al., 2000), M-AMBI(Multivariata Azti’s Marine Biotic Index; Muxika et al., 2007), B-IBI(Benthic Index of Biotic Integrity; Llanso and Dauer, 2002)등이 제안되었다.
또한 부착조류를 지표로 하는 DAIpo index(Diatom Assem- blage Index to organic water pollution; Watanabe et al., 1986)와 부유생물을 이용한 MPI(Multimetric Phytoplank- ton Index; Lugoli et al., 2012), P-IBI(Phytoplankton Index of Biotic Integrity; Lacouture et al., 2006) 등의 여러 연구 사례가 있다. 국내에서 수행된 수생태계 건강성 평가는 주 로 하천 및 호소를 대상으로 주로 연구되었고, 생물을 기 반으로는 어류 및 저서동물을 이용한 평가가 많이 시행되 었다(Kwon and An, 2006; Jeon et al., 2010; Han and An, 2012). 하지만 지금까지 국내에서 해양 또는 하구를 대상 으로 건강성 평가를 실시한 연구는 마산만과 진해만에서 연구된 사례(Kim et al., 2007; Baek et al., 2010)로 제한되 어 있다.
본 연구지역인 영산강 하구는 1981년에 하구둑이 건설 된 후 자연형 하구에서 인공형 하구로 변형되어 간헐적 담 수 방류가 발생하고 있다. 이에 따라 영산강 주변 유역에 서 지속적으로 유입되는 생활하수 및 농·축산 폐수에 의 해 영양염류 농도가 증가하여 오염이 가속화되고 있는 것 으로 알려져 있다(Cho and Park, 1998; Shin and Yoon, 2011). 또한 최근 2011년에는 4대강 사업으로 보(승촌보,
죽산보)가 건설되었으며 이로 인해 수체의 흐름을 정체 시켜 서식생물들의 종 천이를 초래하고 수질악화의 원인 이 되는 것으로 보고된 바 있다(Li et al., 2013; Jung et al., 2014; Shin et al., 2015). 이렇게 변화된 담수가 하구둑 수 문을 통해 간헐적으로 흘러나와 해수에 유입되면서 하구 수질과 식물플랑크톤 생체량에 영향을 주며(Yoon et al., 2013; Sin and Jeong, 2015), 또한 더 나아가 river continu- um을 통해 서해의 해양생태계에 영향을 미칠 수 있는 가 능성이 있는 것으로 보고되었다(Sin et al., 2015). 하지만 영산강 하구와 같은 변형된 특성을 가진 국내 하구의 건 강성에 대한 평가연구는 매우 미흡한 실정이며, 특히 담수 방류와 같은 단기적 환경 변화에 대한 생태계의 건강성 평 가는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 방류가 발생 하기 전과 중, 그리고 방류 후에 조사 자료(Sin and Jeong, 2015)를 활용하여 담수 유입이 해양생태계와 수질에 미치 는 영향을 평가지표(WQI, TRIX, P-IBI)를 이용하여 평가 하고 비교, 검토하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 현장자료 분석
담수 방류가 발생한 시기(2012년 6월)에 영산강 하구둑 인근 지점부터 외달도까지 3개의 정점(MP1, MP2, MP3) 을 선정(Fig. 1)하여 방류 전, 방류 중, 방류 1일 후와 방류 2일 후(2012년 6월 29일~7월 2일, 총 4회)에 조사된 자료 (Sin and Jeong, 2015)를 활용하였다. 다만 방류 중에는 방 류 담수가 MP2, MP3 정점까지 확산되지 않았고, 기상조 건, 제한된 일조시간 등의 현장여건으로 MP1 정점에서만 조사가 실시되었기 때문에 자료가 없는 상태이다.
1) 물리·화학적 환경인자
조사기간 동안의 강수량은 기상청 자료(www.kma.go.
kr)를 이용하였으며, 영산강 하구둑의 담수 방류량은 한국 농어촌공사(www.ekr.or.kr)의 자료를 활용하였다. 물리적 환경인자(수온, 염분, 용존산소)는 YSI-Model 6600v2 장 비를 이용하여 측정되었고 본 연구에서는 표층(0.5m)의 자료가 제시되었다. 영양염류(NH
4 +
, NO2 -
+NO3 -
, PO4 3-
, DSi)는 각 정점의 표층수를 GF/F 여과지(Ø 25mm, pore size 0.7μm, Whatman®
)에 여과하여 냉장 보관하였고, Parsons et al.(1984)에 준하여 영양염자동분석기(QuAAtro, SEAL Analytical®
, Technicon, Inc., USA)를 이용하여 분석 된 자료를 건강성 평가 지수산정에 사용하였다.2) 식물플랑크톤 분석
식물플랑크톤 생체량 : Chlorophyll a
Chlorophyll a 측정을 위하여 채집된 시료 일정량(200 mL)을 GF/F 여과지(Ø 25mm, pore size 0.7μm, Whatman
®
) 에 여과한 후 여과에 사용된 여과지를 클로로필 추출 용액 인 90% Aceton이 담긴 8mL 차광 시험관에 넣고 12~24시 간 냉장 보관하였다. 추출이 완료된 시료들을 시험관에 옮 겨 담아 10-AU fluorometer(Turner Designs®
, USA)을 이용 하여 측정되었으며 본 연구에서는 표층(0.5m) Chlorophyll a 자료만 제시하였고 건강성 평가 지수산정에 이용되었다.식물플랑크톤 동정 및 군집 생태지수 분석
식물플랑크톤의 계수 및 동정을 위해 채집된 시료를 1L 채수병에 담아 Lugol’s solution 5mL를 넣어 고정한 후 암 실에서 약 1~2일 정도 자연 침전시켰다. Peristaltic pump (Masterflex, Cole Parmer)를 이용해 침전시킨 시료의 상등 액을 제거하고, 남은 여액을 잘 혼합하여 약 1mL를 S-R Chamber에 넣고 분석되었다. 계수 및 동정에는 광학현미 경 Axioskop 2 MAT(Carl Zeiss
®
, Germany)을 이용하였다.본 연구에서는 Sin and Jeong(2015)이 보고한 우점종의 개 체수 그리고 전체 식물플랑크톤 개체수 및 종수에 대한 자 료를 분석하여 건강성 지수와의 연관성을 해석하고자 하 였다.
생태지수 분석은 P-IBI의 평가 기준을 설정하기 위하여 조사시기뿐만 아니라 소속기관에서 수집한 장기자료(2005~
2011년)를 활용하여 분석을 실시하였다. 출현한 모든 종을 기준으로 종수(S), 개체수(N), 풍부도지수(Margalef index;
d), 균등도지수(Pielou index; Jʹ), 다양성지수(Shannon
Weiner Index; Hʹ(loge)), 우점도지수(Simpson index; λʹ) 를 계산하였으며, 각 지수는 다음식에 의해 산출하였고 (Simpson, 1949; Margalef, 1958; Whittaker, 1972; Ludwig and Reynolds, 1988), PRIMER 6를 이용하여 분석하였다.
S-1 Margalef index: d=---
ln(N) Hʹ Pielou index: Jʹ=---
ln(S)
S
Shannon Weiner index: Hʹ(loge)= - ∑ P
i
*ln(Pi
) i=0S
n
i
(ni
-1) Simpson index: λʹ= ∑ --- i=0 N(N-1) Pi
: i번째 종의 점유율S: 출현 종수 N: 총 개체수 N
i
: i번째 개체 점유율2. 평가 기법
1) 해역별 수질등급기준(WQI)
영산강 하구의 수질을 평가하기 위해 ‘『해양환경관리법』
제8조에 따른 해양환경기준’에 따라 현재 국가에서 시행되 고 있는 해역별 수질등급기준(Water Quality Index, WQI;
해양수산부 고시 제2013-186호)을 활용하였다. 본 연구지 역이 해당되는 서남해역의 평가 기준을 적용하여 아래와 같은 계산식을 통해 지수 값을 산출하였다. 평가 항목에는
Fig. 1. Sampling stations in the Youngsan River estuary.
용존 무기질소(DIN), 용존 무기인(DIP), Chlorophyll a, 투 명도(secchi disk depth), 저층 용존산소 포화도가 이용되며 생태기반 해수수질 기준에 따라 등급을 나타냈다(Table 1).
지수 값이 작으면 양호한 수질을 나타내며 높은 등급(최고 1등급)으로 평가되고, 지수 값이 크면 수질이 악화되었음 을 의미하며 낮은 등급(최저 5등급)으로 구분된다.
WQI=10*[bottom dissolved oxygen saturation(DO%)]
+6*{[chlorophyll a(chl-a)+transparency(SD)]/2}
+4*{[dissolved inorganic nitrogen(DIN)+
dissolved inorganic phosphorus(DIP)]/2}
2) TRIX(Trophic Status Index)
TRIX는 해역의 영양상태를 평가할 수 있는 영양상태지 수(Vollenweider et al., 1998)로 표층 chlorophyll a와 용존 산소 포화도, 용존 무기질소(DIN), 총 인(TP)을 아래와 같 은 계산식에 넣어 산출하였다. TRIX scale 값이 작을수록 양호한 수질 및 빈영양 상태를 나타내며 높은 등급(최고 1 등급)으로 평가되고, TRIX scale 값이 클수록 악화된 수질 및 부영양 상태를 나타내며 낮은 등급(최저 4등급)으로 구 분되며 자세한 등급기준은 Table 1에 제시하였다.
TRIX={log
10
[chlorophyll a(μgL-1
)*abs%DO(%) *DIN(μgL-1
)*DIP(μgL-1
)]+1.5}/1.2 3) P-IBI(Phytoplankton Index of Biotic Integrity) P-IBI는 Lacouture et al.(2006)에 의해 제안된 생물보전 지수(IBI)를 서식지별로 구분하여 평가하며 식물플랑크톤 과 환경인자(DIN, DIP, 투명도(SD))를 지표로 이용하였다.본 연구에서는 환경인자 지표항목으로 DIN, DIP, 투명도 (SD)를 활용하였고, 식물플랑크톤 지표항목으로는 chloro- phyll a와 생태지수(풍부도, richness; 균등도, evenness; 다 양도, diversity; 우점도, dominance)를 이용하였다. 지표항 목의 등급설정에는 소속기관에서 수집한 장기자료(2005~
2011년)를 활용하였으며 환경인자는 중간값(median)을 기 준으로 사용하였다(Table 2). 또한 chlorophyll a 및 생태지 수는 1사분위수(25%, quartile), 중간값(median), 3사분위 수(75% quartile)를 기준으로 하여 등급을 나누었다(Table 3). 평가된 환경인자와 식물플랑크톤 등급값의 평균치로 Table 1에 따라 최종 평가하였다. 최종적으로는 지수가 낮 을수록 등급이 높고(최고 1등급) 건강성이 양호하며, 지수 가 높을수록 등급이 낮고(최저 4등급) 건강성이 악화된 것 으로 평가된다.
Table 1. Grades and ranges of indices for WQI (water quality index), TRIX (trophic status index) and P-IBI (phytoplankton index of biotic integrity).
WQI TRIX P-IBI
Grade Range Grade (Range) Water quality Trophic level Grade Range
1 (very good) 2 (good) 3 (moderate) 4 (bad) 5 (very bad)
≤ 23 24~33 34~46 47~59
≥ 60
1 (0~4) 2 (4~5) 3 (5~6) 4 (6~10)
-
Good High Poor Bad -
Medium Low Very high High
-
1 (good) 2 (moderate) 3 (poor) 4 (bad)
-
1~1.75 1.75~2.5 2.5~3.25 3.25~4
-
Table 2. Scoring criteria for P-IBI (phytoplankton index of biotic integrity) using data of water properties.
Factor (criteria) 1
stgrade 2
ndgrade 3
rdgrade 4
thgrade
DIN ( < 0.185) TRUE either TRUE or both FALSE either TRUE or both TRUE FALSE
DIP ( < 0.012) TRUE FALSE
SD ( < 1.4) TRUE TRUE FALSE FALSE
Table 3. Scoring criteria for P-IBI (phytoplankton index of biotic integrity) using phytoplankton data.
1
stgrade 2
ndgrade 3
rdgrade 4
thgrade
Chlorophyll-a Richness Evenness Diversity Dominance
< 1.621
> 2.515
> 0.919
> 2.202
< 0.129
1.621 ≥ and < 2.635 2.515 ≤ and > 1.839 0.919 ≤ and > 0.876 2.202 ≤ and > 1.890 0.129 ≥ and < 0.167
2.635 ≥ and < 5.673 1.839 ≤ and > 1.478 0.876 ≤ and > 0.789 1.890 ≤ and > 1.626 0.167 ≥ and < 0.246
≥ 5.673
≤ 1.478
≤ 0.789
≤ 1.626
≥ 0.246
결 과
1. 강우량 및 방류량
강우량은 건기인 봄철(5월)에 낮았다가 우기인 여름철 (6~7월)에 양과 빈도수가 증가하는 전형적인 몬순기후의 특성을 보였다(Fig. 2). 강우량이 증가함에 따라 담수 방류 또한 빈번하게 발생하였다. 조사기간 이후(우기)에 발생한 담수 방류량에 비하면 적은 양(6.74×10
6
m3
)이지만 5월 17일에 방류가 일어난 후(3.70×106
m3
) 43일만에 방류가 발생하였다.2. 방류에 따른 시간적 환경 변화
수온은 하구둑 인근 정점(MP1)에서 방류 전(BD)에 21.7
℃로 나타났고, 방류 중(DD)에 24.0℃ 값을 보여 담수 유 입으로 인한 수온 증가가 나타났다(Fig. 3A). 또한, 방류 1 일 후(AD1)에 감소하다가 2일 후(AD2)에 소폭 증가하는 경향을 보였다.
염분의 경우 방류 전 모든 정점에서 33.2~33.5psu의 분 포를 보였고, 방류 중(DD)에 MP1 정점에서 4.0psu로 낮 게 나타났다(Fig. 3B). 이후 방류 1일, 2일 후(AD1, AD2)
에 각각 15.3, 25.1psu 값을 나타내 점점 회복되는 추세를 보였다. MP2와 MP3 정점에서는 뚜렷한 경향을 나타내지 않았다.
Fig. 2. Daily precipitation and freshwater discharge from May 25 to July 8. The sampling dates were designated by a symbol
“▲” (B, before the discharge; D, during the discharge; A1, 1 day after the discharge; A2, 2 days after the discharge).
Dischar ge fr om dike (× 10
6m
3) & pr ecipitation (mm)
2012
Fig. 3. Water temperature (A), salinity (B), dissolved oxygen (C) and chlorophyll a (D) during the sampling dates (BD, before the discharge;
DD, during the discharge; AD1, 1 day after the discharge; AD2, 2 days after the discharge).
Temperatur e (° C) Salinity (psu)
Dissolved oxygen (mg L
-1) Chlor ophyll a (µg L
-1)
BD DD AD1 AD2 Sampling date
BD DD AD1 AD2 Sampling date
(A) (B)
(C) (D)
용존산소(DO)는 MP1 정점에서 7.4~12.5mgL
-1
의 분 포를 보였으며 방류 전(BD)부터 방류 2일후(AD2)까지 점 차 증가하는 결과를 나타냈다(Fig. 3C). 반면 MP2 정점은 시간이 지날수록 소폭 감소하는 추세를 보였고 MP3 정점 의 경우, 방류 1일 후에 다소 감소하였다가 2일 후에 다시 증가하는 결과를 나타냈다.식물플랑크톤 생체량(chlorophyll a)은 방류 전 MP1 정 점에서 7.02μgL
-1
의 분포를 보였고, 방류 중과 방류 1일 후에 각각 15.66, 30.26μgL-1
값을 나타내 담수 유입 후 증가하는 결과를 보였다(Fig. 3D). 방류 2일 후 다시 19.52 μgL-1
의 분포를 보여 감소하는 경향을 나타냈다. MP2와 MP3 정점의 경우 방류 전에 각각 5.28, 2.98μgL-1
의 분포 를 보였으며 방류 1일 후 감소하였다가 방류 2일 후 다소 증가하는 경향을 나타냈다.3. 방류에 따른 생태지수 분석
풍부도(richness)는 방류 전(BD)에 MP1 정점에서 가장 높은 값(2.24)을 나타냈고, 방류 중(DD)에는 감소하였다 (Table 4). 방류 1일 후(AD1)에는 MP1 정점을 제외한 나 머지 정점에서 전에 비해 모두 증가하는 결과를 보였으며 방류 2일 후(AD2)에는 1일 전에 비해 MP3 정점에서만 감소하는 경향을 나타냈다. 균등도(evenness)의 경우 방 류 전에 모든 정점에서 0.81~0.95의 분포를 보였고, 방류 중(DD)에는 MP1 정점에서 0.08로 급격히 감소하는 결과 를 나타냈다. 방류 후에 MP1과 MP2 정점은 점차 증가하 는 경향을 보였고, MP3 정점은 소폭 감소하였다. 다양도 (diversity)는 MP1 정점에서 방류 중(0.18)에 급격히 감소 하는 결과를 보였고 방류 후 점차 증가하였다. MP2 정점 도 MP1 정점과 유사한 결과를 나타낸 반면 MP3 정점은 방류 1일 후 증가하였다가 방류 2일 후 다시 감소하는 경 향을 보였다. 우점도(dominance)의 경우 MP1 정점은 방류 중(0.94)에 방류 전(0.15)보다 증가하는 결과를 나타냈고, 방류 후 점차 감소하는 경향을 보였다. MP2 정점은 방류 1 일 후 소폭 증가하였다가 방류 2일 후 다시 감소하는 결과
를 나타냈으며 MP3 정점은 MP2 정점과 반대의 경향을 보 였다.
4. 수질 및 건강성 평가 지수 1) 해역별 수질등급기준(WQI)
WQI는 방류 전(BD)에 MP1 정점에서는 3등급(46점), MP2 정점은 2등급(29점), MP3 정점은 1등급(20점)의 분 포를 보였고, 방류 중(DD)에는 MP1 정점이 4등급(50점) 으로 평가되어 등급이 낮아졌다. 방류 후에 MP1 정점은 잠시 회복되었다가(3등급) 다시 낮은 등급(4등급)으로 나 타났고, MP3 정점에서는 2등급에서 1등급으로 반대의 경 향을 보였다. MP2 정점의 경우 방류 전(BD)보다 방류 후 (AD1, AD2)에 수질상태가 양호(1등급)하게 나타났다(Fig.
4).
2) TRIX(Trophic Status Index)와 P-IBI(Phytoplankton Index of Biotic Integrity)
TRIX 분석 결과, 하구둑 인근 정점(MP1)은 모든 시기에 6.6~7.6의 분포를 보여 4등급으로 나타났고 방류 전(BD)
Fig. 4. Indices assessed by WQI for the Stations MP1, MP2 and
MP3 during the sampling dates (BD, before the discharge;
DD, during the discharge; AD1, 1 day after the discharge;
AD2, 2 days after the discharge).
Sampling date
Station
Table 4. Ecological index of phytoplankton for stations MP1, MP2 and MP3 during the sampling dates (BD, before the discharge; DD, during the discharge; AD1, 1 day after the discharge; AD2, 2 days after the discharge).
Sampling date
Ecological index
Richness Evenness Diversity Dominance
MP1 MP2 MP3 MP1 MP2 MP3 MP1 MP2 MP3 MP1 MP2 MP3
BD DD AD1 AD2
2.24 1.04 0.65 0.95
1.99 - 2.34 2.74
1.47 - 2.69 1.99
0.81 0.08 0.34 0.40
0.91 - 0.79 0.92
0.95 - 0.88 0.83
2.13 0.18 0.65 0.88
2.10 - 1.97 2.43
1.71 - 2.19 1.90
0.15 0.94 0.73 0.62
0.13 - 0.23 0.10
0.17
-
0.14 0.19
부터 방류 1일 후(AD1)까지 값이 증가하였다가 방류 2일 후(AD2) 소폭 감소하였다(Fig. 5A). MP2 정점의 경우 방 류 전(BD)과 방류 2일 후에 각각 6.3, 6.2로 4등급으로 평 가되었고 방류 1일 후에는 3등급(5.8)으로 나타났다. 전체 적으로 MP1 정점에서 MP3 정점으로 갈수록 TRIX scale 이 낮아지는 경향을 보여 하구둑 인근 해역이 외해역보다 부영양화 상태임을 나타냈다.
P-IBI 분석 결과, 방류 전(BD)부터 방류 2일 후(AD2)까 지 하구둑 인근 정점(MP1)에서는 4등급으로 나타났다. 방 류 전(BD)에 MP2와 MP3 정점의 경우 3등급의 결과를 보 였고, 방류 1일 후(AD1)에는 각각 3등급과 2등급으로 평 가되었다. 방류 2일 후(AD2)에 MP2 정점은 2등급으로 높 아진 반면 MP3 정점은 4등급으로 낮아지는 결과를 보였 다(Fig. 5B).
고 찰
본 연구에서는 영산강의 영향을 직접적으로 받는 영산 강 하구를 대상으로 담수 유입이 영산강 하구의 수질 및 생태계 건강성에 미치는 영향을 기존의 평가지표들을 활 용하여 분석하였다. 영산강 하구에서 측정된 환경인자들은 하구둑의 담수 방류에 의해 영향을 받는 것으로 분석되었 다(Sin et al., 2013; Sin and Jeong, 2015). 특히 수온의 수직 분포 결과(Sin and Jeong, 2015)에서 확인되었지만 본 연구 에서도 담수 방류에 따른 표층 수온의 시간적 환경 변화를 분석한 결과, 담수가 유입된 후 수온은 증가(MP1 정점)한 것으로 나타났고 선행연구(Park et al., 2012)에서도 유사한 형태의 결과를 보였다. 염분은 MP1 정점을 제외한 나머지
정점에서는 큰 변화가 없었다. 영산강 하구에서 담수 방류 에 의한 염분의 공간적 영향 분포를 분석한 결과(Park et al., 2012)에서 하구언부터 약 8km 떨어진 곳에 위치한 고 하도(목포대교 인근)까지는 염분이 낮은 내측 해역, 고하 도에서 연안까지는 상대적으로 염분이 높은 외측 해역으 로 구분하여 제시된 바 있다. 결과적으로, 우기에 비해 상 대적으로 적은 양의 담수 유입(6.74×10
6
m3
)을 고려했을 때 하구언으로부터 각각 약 9km, 12km 떨어진 MP2, 3 정 점(32.64~33.48psu)은 방류의 영향이 적었을 것으로 판 단된다.용존산소의 경우, 담수 방류가 발생하면 담수역의 낮은 산소농도를 가진 저층수가 유입되면서 표층의 용존산소가 감소하는 것으로 알려져 있다(Sin et al., 2013). 하지만 본 연구 결과에서는 반대로 농도가 증가하는 경향(MP1 정점) 을 보였다. 이러한 결과는 방류된 물의 흐름으로 인한 대기 로부터의 확산(diffusion) 혹은 해수보다 높은 농도의 담수 가 일시적으로 유입되었을 가능성이 있고, 또한 방류 이후 증가한 식물플랑크톤의 광합성이 용존산소 농도 증가에 기 여하였을 가능성이 있는 것으로 사료된다.
시화호 유역을 대상으로 조사한 Ra et al.(2013)의 연구 결과에서는 산업단지 인근수역과 하수처리장 방류구 주변 에서 수질평가지수(WQI)가 높은 값(낮은 등급; 수질 악 화)을 나타냈고, 또한 강우가 집중되는 하절기에 육상오염 물질이 유입되면서 지수 값이 급격히 증가하는 경향을 확 인할 수 있었다. 본 연구에서 담수 방류에 따른 수질 평가 (WQI) 결과, 방류와 관계없이 MP2와 MP3 정점은 1~2등 급으로 나타났고 MP1 정점에서는 방류 전 3등급이였다가 방류 중 4등급으로 낮아지는 결과를 보였다. 이는 수문 개 방으로 부영양화 상태인 담수가 유입되면서 방류 중(DD)
Fig. 5. TRIX scale (A) and indices assessed by P-IBI (B) for the Stations MP1, MP2 and MP3 during the sampling dates (BD, before the
discharge; DD, during the discharge; AD1, 1 day after the discharge; AD2, 2 days after the discharge).
TRIX scale P-IBI
Sampling date Sampling date
(A) (B)
에 수질등급이 4등급으로 낮게(수질 악화) 평가된 것으로 판단된다. 결과적으로 담수 방류가 발생하면서 영산강으로 부터 많은 영양염류(특히, N계열)가 유입되어 수질등급결 과에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 영산강 하구 해수역 의 영양염류는 하구둑을 통해 방류되는 담수 유입의 영향 이 큰 것으로 보고되고 있다(Sin et al., 2015).
영산강 하구의 영양상태(TRIX)는 하구둑 인근에서는 낮은 등급(4등급)으로 나타났고 외해에서는 상대적으로 높은 등급(3등급)으로 나타났다. 담수 방류가 발생한 후 MP1 정점에서 같은 4등급이지만 TRIX scale이 더 높아 지는 결과를 보였다. 결과적으로 담수의 유입으로 영양염 류 농도가 높아지고 지수 값이 증가하는 것(수질 및 영양 상태 악화)으로 나타났으며 이와 같은 담수 유입의 영향은 Sin et al.(2013)의 연구결과에서도 유사한 형태의 경향이 제시된 바 있다. 또한 MP1 정점에서의 TRIX scale 분포가 chlorophyll a와 유사하게 나타나 담수 방류가 발생한 후 연안 환경의 수질 및 영양상태를 결정하는 데 생물학적 인 자가 중요하게 작용함(e.g. Zoriasatein et al., 2013)을 보여 주는 결과라 할 수 있다.
P-IBI 평가 결과, 하구둑 인근인 MP1 정점에서는 지수 값이 담수가 유입된 후 점차 증가하는 경향을 보여 건강성 이 악화되었다. 반면 MP2와 MP3 정점의 경우, 방류 1일 후에 방류 전보다 지수 값이 낮아져 오히려 상태가 양호 해지는 경향을 나타냈다. 이렇게 내측 해역(MP1)과 외측 해역(MP2, 3)의 결과가 반대의 경향을 보인 것은 담수 방 류의 확산 범위가 내항으로 한정되는 것을 암시하는 결과 라 할 수 있다. 특히, MP3 정점의 경우 방류 2일 후(AD2) 에 급격하게 지수 값이 증가하여 4등급(bad)으로 평가되 었다. 이는 환경인자 평가 결과는 2등급으로 나타났으나, chlorophyll a와 생태지수 평가결과에서 3~4등급으로 평 가되면서 최종 평가 등급이 낮게(건강성 악화) 나타난 것 으로 사료된다. 특히 생태지수는 종조성에 의해서 결정되 는데 방류 전(17.7%)과 방류 1일 후(28.3%)에 우점하였던 Cryptomonas sp. 대신 방류 2일 후에는 유해종인 Proro- centrum micans이 32.6%로 우점하였고(Sin and Jeong, 2015) 이러한 종조성의 변화는 생태지수에 영향을 미친 것 으로 판단된다. 다만 이러한 종조성의 변화가 방류의 영 향인지 아니면 해류나 다른 요인들에 의한 영향인지는 추 가적인 조사가 필요할 것이다. P-IBI 외에도 식물플랑크톤 을 이용한 평가기법에는 MPI(Multimetric Phytoplankton Index; Lugoli et al., 2012)가 보고되었지만 본 연구에서 수 집한 자료와 MPI 분석에 필요한 자료가 일치하지 않아 본 연구에서는 P-IBI를 이용하여 평가를 실시하였다.
영산강 하구는 담수 방류와 무관하게 수중 영양상태
(TRIX)가 모든 시기와 정점에서 부영양 상태임을 나타냈 으나 하구언에서 멀어질수록 양호해지는 경향을 나타냈다. 수질평가지수(WQI) 또한 영양상태(TRIX)와 유사한 경향 을 보였다. 부유생물을 이용한 평가결과(P-IBI)에서도 담 수 영향을 직접적으로 받는 정점에서는 건강성이 악화되 고, 외해로 갈수록 건강성이 양호해지는 것으로 나타났다.
결과적으로 담수 방류가 영산강 하구 특히 하구언 인근 해 역의 건강성 및 수질에 영향을 미치는 것으로 보여진다. 다만 P-IBI의 경우, 방류 이후에 양호해진 것으로 나타난 수질평가지수나 영양상태와 달리 오히려 건강성이 악화되 는 것으로 확인되었는데 이는 방류 후 단기간에 일부 유해 식물플랑크톤이 대증식하여 건강성 지수에 영향을 미쳤기 때문인 것으로 사료된다. 정점 MP1의 경우 방류 전에 비 해 방류 후에 전체 개체수가 급증하였고 동시에 유해종 와 편모조류인 Heterocapsa sp.가 78~85% 정도로 우점한 것 으로 나타났다(Fig. 6). 이러한 영향으로 chlorophyll a 농도 는 증가하였고, 풍부도, 균등도, 다양도 지수는 감소한 반 면 우점도는 증가하는 결과를 보였다. 결국 건강성 등급을 결정하는 지표인 chlorophyll a와 생태지수 값이 증가하거 나 감소하면서 건강성 지수를 증가시키는 것(건강성 악화) 으로 확인되었다. 전남에 위치한 도암만에서도 인위적으로 유입된 담수가 확산되는 범위 내에서 특정 유해식물플랑 크톤의 우점에 기여하고 생태지수에도 영향을 미치는 것 으로 보고된 바 있다(Yang et al., 2014). 따라서 하구와 같 이 환경이 급변하고 이에 따라 생물 반응도 민감한 환경에 서는 식물플랑크톤과 같은 부유생물 항목이 포함된 건강
Fig. 6. Cell abundances of total phytoplankton and Heterocapsa
sp. in the station MP1 during the sampling dates (BD, be- fore the discharge; DD, during the discharge; AD1, 1 day after the discharge; AD2, 2 days after the discharge).
Cell abundances (cells mL
-1) 12000
10000
8000
6000
4000
2000 400
200
0
BD DD AD1 AD2
성 평가 기법이 적합할 것으로 판단된다. 국내의 진해만에 서 제안된 건강성 평가 기법은 식물플랑크톤 외에도 종속 영양 박테리아(Heterotrophic bacteria), 대장균(E. coli) 등 이 평가지표에 포함되어 있지만 이들 미생물에 대한 자료 가 없는 영산강 하구에서는 활용하기가 어려운 실정이다. 향후에는 정확한 건강성 평가를 위해 분석된 평가 항목뿐 만 아니라 다양한 지표를 선정하여 각 지표마다 다른 가중 치를 부여 하는 등의 방법(Baek et al., 2010)을 시도할 필 요가 있고, 더 확장된 정점을 포함하는 장기적이고 정기적 인 조사 자료를 확보해야 할 것이다. 또한 하구 건강성에 대한 담수 방류의 영향은 방류의 양이나 방류 시간에 따라 차이를 보일 수 있으므로 이러한 조건을 고려한 추가적인 연구도 필요할 것으로 사료된다.
적 요
영산강 하구는 연안지역에 하구언이 축조되어 인공적으 로 환경이 변화된 시스템이다. 또한 최근에는 담수역에 보 가 건설되었고 담수 조류가 대증식하는 사례가 빈번하게 보고되고 있다. 이러한 담수가 간헐적으로 하구언 수문을 통해 해수역으로 방류되면서 하구의 해수역 수질에 영향 을 미치는 것으로 알려져 있지만 아직까지 해양 생태계의 건강성 변화에 대한 평가는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 3개 정점을 대상으로 담수 방류 이전과 이후 4 일 동안 시행된 해양환경과 식물플랑크톤에 대한 현장조 사 자료를 활용하여 수질 및 건강성을 평가하고자 하였다. 건강성 평가를 위해 WQI, TRIX, P-IBI 등의 기법을 활용 하였고 P-IBI 기준 설정을 위해 장기간 수집된 자료를 이 용하였다. 평가 결과 공간적으로 하구언의 수문과 가까운 정점에서 건강성 등급이 낮았고 외해로 갈수록 등급이 높 아지는 것으로 나타났지만 시간적으로는 평가기법에 따라 건강성 지수의 차이를 보였다. WQI와 TRIX는 방류 중에 지수가 증가하였다가 방류 후에 전 상태로 회복되는 경향 을 보인 반면 P-IBI는 방류 후에 오히려 증가함으로써 건 강성이 악화되는 결과를 보였다. 따라서 하구와 같이 급변 하는 환경에서는 변화에 민감하게 반응하는 부유생물인 식물플랑크톤 군집이 지표로 포함된 P-IBI와 같은 기법이 더 적합할 것으로 사료된다.
사 사
이 논문은 2014년 해양수산부 재원으로 한국해양과학기
술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(하구역 종합관리 시스템 개발 연구).
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