Article
http://dx.doi.org/10.4217/OPR.2018.40.4.191 Ocean and Polar Research December 2018
영산강 하구의 식물플랑크톤 군집 및 수 환경: 해수역의 주별 변동
신용식
*· 유행선
목포해양대학교 해양시스템공학과 (58628) 전남 목포시 해양대학로 91
Phytoplankton Community and Surrounding Water Conditions in the Youngsan River Estuary: Weekly Variation in the Saltwater Zone
Yongsik Sin
*and Haengsun Yu
Department Ocean System Engineering, Mokpo National Maritime University Mokpo 58628, Korea
Abstract : In this study we conducted a weekly monitoring exercise at a fixed station in the saltwater zone during the dry season (Jan−Mar, 2013) and wet season (Jun−Aug, 2013) to understand the fluctuations in phytoplankton communities and environmental factors in the Youngsan River estuary altered by a dike constructed in the coastal area. Phytoplankton communities displayed seasonality; diatoms were dominant during the dry season whereas dinoflagellates were dominant during the wet season. T-test analysis showed that water temperature was significantly different between the seasons whereas freshwater discharge from the dike was not significantly different. This suggests that seasonal variations of phytoplankton are more likely affected by water temperature than freshwater discharge. However, a short-term fluctuation was also observed in response to freshwater discharge; freshwater species appeared during or after the discharge in the dry and wet seasons and blooms of harmful species developed after the discharge. Phytoplankton communities may be affected by changes in physical factors such as turbidity and salinity and nutrient supply resulting from freshwater discharge. Especially, the nutrient supply may directly contribute to the harmful algal blooms (HABs) composed of dinoflagellates which can adapt to low salinity after freshwater discharge.
Key words : Youngsan River estuary, weekly monitoring, phytoplankton community, HABs
1. 서 론
식물플랑크톤은 수 생태계에서 일차 생산자로서 상위소 비자인 동물플랑크톤의 주요 먹이 원이며 탄소·영양염류 순환, 수중의 산소공급원으로 중요한 역할을 담당하고 있 다(Cloern and Jassby 2012). 또한, 수 생태계의 물리·화 학적 변동에 민감하게 반응하여 환경 변화와 오염의 지표 로 활용 가능하다(Nayar et al. 2005; Alvarez-Gongora
and Herrera-Silveira 2006; Bode et al. 2017). 식물플랑크 톤의 종 조성 및 현존량은 서식 환경의 시·공간적 변화에 따라 다르게 나타나며(이와 부 1998; 정 등 2000), 수온, 염분, 영양염, 광량 등과 같은 환경 인자들에 의해 군집 구 조 및 우점종 천이가 발생한다(Reynolds et al. 1983;
Sommer et al. 1986). 해양식물플랑크톤군집 중 유광층 상 부의 영양염류가 고갈되는 하계에는 와편모조류가 우점하 고, 수층혼합이 활발한 동계에는 상대적으로 규조류 밀도 가 높게 나타나는 경향이 강하다(윤 1999; 박 등 2009; 정 등 2011). 특히 와편모조류는 일정의 높은 광량을 선호하
*Corresponding author. E-mail : [email protected]
고 느린 증식 속도를 보이는 반면, 규조류는 영양염류가 높은 환경 하에서 빠른 증식 속도를 가지는 것이 보편적 이다(Smayda 1980; 최 2003). 이와 같이 식물플랑크톤은 종에 따라 선호하는 환경 특성이 다르기 때문에 서식 환 경의 시·공간적 변화가 유발되고, 때로는 특정해역에서 적조가 발생하거나 종 다양성이 풍부하게 나타나는 경향 이 있다(이 등 2005; 박 등 2009).
해양 생태계에서 하구는 담수와 해수가 혼합되는 전이 수역으로 조석, 파랑, 담수 유입 등과 같은 물리적 요인의 영향을 받아 물리·화학적, 생물·지리학적으로 복잡한 환 경이다. 특히, 육지로부터 공급되는 영양염류로 인해 매우 생산적인 시스템으로 보고되어 있다(Ryther 1969). 하지 만, 이러한 생산적인 시스템에서 영양염이 과다하게 유입 될 경우 식물플랑크톤 대증식이 발생할 수 있고, 포식되지 않은 식물플랑크톤이 침전되어 빈산소층 형성을 초래하여 생태계에 악영향을 미칠 수 있다(Rabalais et al. 2002).
또한 일부 독성 물질을 분비하는 유해·유독 조류 (harmful algae)의 대발생은 어류 대량 폐사 원인이 된다 (Landsberg 2002; Harrison et al. 2017). 따라서 하구역 및 연안해역에서 식물플랑크톤 군집구조 및 생물량을 파악하 는 것은 하구의 수질 및 수산자원 관리에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
영산강 하구역은 서남해에 위치하고 있으며, 무안반도, 영암반도 그리고 많은 섬들로 둘러싸인 반폐쇄적인 해역 이다. 또한, 1981년 12월에 영산강 하구언이 완공되어 자 연형 하구가 아닌 인공형 하구로 변형되면서 하구언 내측 은 담수역, 외측은 해수역으로 분리되었다. 또한 최근에는 기후변화에 대비하여 영산강 하굿둑 구조 개선 사업이 추 진되면서 수문이 추가되어 배수갑문의 길이가 240 m에서 480 m로 확장되었다(농림축산식품부 2014). 이와 같은 인 위적인 변화는 하구 내 해류의 순환과 함께 영양염의 체 류시간이 조절되어 식물플랑크톤의 성장과 집적에도 중요 한 역할을 미칠 것으로 사료된다. 영산강 하구(해수역)의 환경인자와 식물플랑크톤 군집 변동에 대한 연구는 주로 계절 또는 월별 변동(권 등 2009; 이 등 2011; 윤 등 2013; Sin et al. 2013, 2015)에 대한 연구가 수행되어 왔 다. 또한 담수 방류 전·중·후의 일 변동(Sin and Jeong 2015) 혹은 소조기의 반일 조석에 따른 시간 변동(박 등 2017) 등의 단기적 조사가 수행되었다. 하지만 영산강 하 구를 대상으로 갈수기와 풍수기로 구분하여 일정기간 동 안 지속적으로 주 간격 조사를 연구한 사례는 보고된 바 가 없다. 이러한 주 간격 변동 자료는 영산강 하구와 같이 시간적 변동이 큰 변형 하구의 식물플랑크톤 역학 및 수 층 작용을 이해하는데 중요하게 기여할 것이다.
따라서, 본 연구에서는 갈수기(1월−3월)와 풍수기(6월−
8월)에 집중적으로 주간 조사를 실시하여 영산강 하구 환
경 인자와 식물플랑크톤의 군집 변동을 파악하고자 하 였다.
2. 재료 및 방법
현장 조사는 갈수기인 2013년 1월(8, 17, 24, 31일), 2월 (8, 13, 21, 28일), 3월(8, 14, 22, 28일), 풍수기인 6월(7, 13, 21, 27일), 7월(6, 12, 18, 23일), 8월(2, 8, 16, 26일)에 주 간격으로 모니터링을 실시하였다(Table 1). 영산강 해 수역의 하굿둑 인근(한국농어촌공사 영산강사업단 하굿둑 사무소 뒤)에 위치한 고정정점(st. MP; 34o 46’ 56. 49”, 126o 26’ 55. 37”)을 선정하여 해상구조물에서 시료를 채 집하였다(Fig. 1). 시료 채집은 Niskin 채수기를 이용하여 수심 1 m에서 채수하였으며, 2월 넷째 주인 28일 자료는 식물플랑크톤 군집구조 자료만 제시되었다.
물리·화학적 환경인자
조사 기간 동안 강수량은 광주지역 기상청(www.kma.
go.kr) 자료를 이용하였으며 영산강 하구언의 담수 방류량 은 한국농어촌공사(www.ekr.or.kr)의 자료를 활용하였다.
수온(temperature), 염분(salinity), 용존산소(DO), 탁도 (turbidity)는 CTD(YSI-Model 6600 V2) 장비를 이용하여 측정하였고, 영양염류(NH4+, NO2−+ NO3−, PO43−, DSi)는 채집한 시료 일정량을 주사기와 유리섬유여과지(GF/F filter, 직경 25 mm, Whatman, pore size 0.7 μm)로 여과 한 후, 냉장 보관하여 운반하였으며 Parsons et al. (1984) 에 준하여 Autoanalyzer(QuAAtro, SEAL Analytical®) 로 분석하였다.
식물플랑크톤
식물플랑크톤 생체량(Chlorophyll-a) 및 Chlorophyll-a/
phaeopigments
Chlorophyll-a 측정을 위해 채집한 시료 적당량(100−
200 mL)을 유리섬유 여과지(GF/F filter, pore size 0.7 μm) 로 여과하여 90% 아세톤 8 mL가 담긴 차광 시험관에 넣 고 12−24시간 냉장 보관하면서 추출하였다. 추출된 시료 는 Turner Designs 10-AU Fluorometer로 측정하였으며 이후, 2 N 염산을 2−3 방울 첨가하여 산성화(acidification) 에 따른 phaeopigments 양을 측정하였다. 각 식물플랑크 톤 엽록소의 산출방법은 다음과 같다.
Chlorophyll-a (μg/L) =
Ra = fluorometer 측정값(μg/L) Ve = 아세톤의 부피(mL)
Vf = 여과된 시수의 샘플 부피(mL) Ra Ve
---Vf
⎝ ⎠⎛ ⎞
Table 1. Volume of discharge for 5 days before (D-1, D-2, D-3, D-4, D-5) and during (D) the sampling in the Youngsan River estuary
Season Month Date Week Discharge from dike (× 106 ton)
D D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 Total
Dry
Jan
01/08 1st - - - - - - 0.0
01/17 2nd - 4.04 20.58 - - - 24.62
01/24 3rd - - - - - - 0.0
01/31 4th 7.07 20.24 - - - - 27.31
Feb
02/08 1st 31.82 - - - 14.93 - 46.75
02/13 2nd 9.80 22.69 - - - - 32.49
02/21 3rd - - - - - - 0.0
02/28 4th 6.77 - 16.17 18.34 - - 41.28
Mar
03/08 1st - - - - - - 0.0
03/14 2nd - - - - - - 0.0
03/22 3rd - - - 21.21 18.02 - 39.23
03/28 4th - - 22.02 - 11.00 - 33.02
Wet
Jun
06/07 1st - - 0.71 0.71 - - 1.42
06/13 2nd 4.04 - - 9.59 - - 13.63
06/21 3rd 12.20 21.57 32.10 3.55 - - 69.42
06/27 4th 2.36 12.86 - - - - 15.22
Jul
07/06 1st 235.72 2.48 13.40 0.36 - - 251.96
07/12 2nd - 11.45 - 1.06 - 60.05 72.56
07/18 3rd - - - - - 5.05 5.05
07/23 4th - - - - 4.04 - 4.04
Aug
08/02 1st - - - - 7.29 - 7.29
08/08 2nd - 7.71 20.03 - - - 27.74
08/16 3rd - - - 8.85 - - 8.85
08/26 4th 9.90 12.31 39.73 48.54 - - 110.48
Fig. 1. Sampling station in the saltwater zone of the Youngsan River estuary
Chlorophyll-a/phaeopigments = Ra/Rb
Ra = 2 N 염산 첨가 전 fluorometer 측정 값(μg/L) Rb = 2 N 염산 첨가 후 fluorometer 측정 값(μg/L) 식물플랑크톤 군집구조
식물플랑크톤 군집구조 분석은 표층시료 1 L를 채수하 여 Lugol's solution 5 mL를 넣어 고정한 후, 암실에서 약 1−2일 정도 자연 침전시켰다. Peristaltic pump(Masterflex, Cole Parmer)를 이용해 상등액(800 mL)을 제거하고, 남은 여액(200 mL) 중 약 1 mL를 Sedgewick-Rafter counting chamber에 넣고 분석하였으며, 계수 및 동정은 광학현미 경 Leica DM500을 이용하였다. 식물플랑크톤의 군집은 한국 동식물도감 제9권 식물편(담수조류; 정 1968)과 제 34권 식물편(해양식물플랑크톤; 심 1994)에 근거하여, 종 (species) 수준까지 동정을 하였고, 종 구분이 어려운 극 미소종은 속 수준으로 구분하였다.
통계 분석
조사 기간(갈수기, 풍수기) 동안에 물리·화학적 환경인 자들을 통계적으로 비교하기 위하여 t-test(two-tailed;
significant at P < 0.05)를 이용하였으며 물리·화학적 환경 인자들과 식물플랑크톤 변동의 연관성을 파악하기 위해 상관분석(Pearson's correlation analysis)을 실시하였다 (SPSS 25.0).
3. 결 과
기상학적 요인
갈수기(1월−3월)의 강수량은 0.1−28.0 mm로 변화하였 고, 총 20회 담수 방류를 확인하였다(Fig. 2). 또한, 주간 조사 5일 전부터 조사당일까지 15회 담수 방류가 기록된 것으로 파악되었다(Table 1). 풍수기(6월−8월)의 강수량은 0.1−143.0 mm로 변화하였고, 대부분 조사 직전에 강수가 집중되었다(Fig. 2). 특히, 7월 첫째 주에서 조사 하루 전 143.0 mm로 높은 강수가 발생하였고, 7월 누적 월강수량 (349.1 mm)도 가장 높게 기록되었다. 이와 같은 이유로 7월 영산강의 누적 방류량은 약 4억 7백만 톤으로 가장 높게 관찰되었다. 그 중 7월 6일에 2억 3천만 톤으로 가장 많았고, 다음으로 7월 8일과 7월 7일에 각각 약 6천만 톤 과 5천 5백만톤을 기록하였다(Fig. 2).
환경인자
갈수기(1월−3월) 동안 수온은 1월에서 3월로 갈수록 증 가하는 경향을 나타냈으며 2.5−12.2oC의 범위를 보였다 (Fig. 3). 염분은 1.6−30.8 psu (18.8 ± 11.5)의 범위를 보였 으며 염분이 낮았던 시기에 담수 방류가 발생하였다. 특 히, 2월 첫째 주 조사 시기에 최소값(1.6 psu)을 보였는데 이 시기에 담수 방류량이 갈수기 조사 기간 중에서 가장 높았던 것으로 확인되었다. 탁도는 1월 둘째 주에 가장 높은 값을 보였고 이후 감소하여 매우 낮은 분포를 보였
Fig. 2. Daily freshwater discharge (× 106 ton) and precipitation (mm) during sampling period (A) dry season (B) wet season
Fig. 3. Variation in the physical and chemical environmental factors during sampling period
Fig. 4. Variation in the nutrients during sampling period
다. 영양염 분포를 살펴보면, NH4+는 8.07−67.32 μM, NO2−+ NO3−는 13.46−190.82 μM로 나타났으며 조사 시 기별로 상이한 분포를 보였다(Fig. 4). 두 항목 모두 2월 셋째 주부터 3월 둘째 주까지 낮은 농도 분포를 보였으며 이후 증가하는 경향을 보였다. PO43−는 0.116−1.761 μM의 분포를 나타냈고, 전반적으로 1월−2월에 높은 분포를 보 였다. DSi는 2.39−91.25 μM로 나타났으며 1월에서 3월로 갈수록 감소하였다가 다시 증가하는 추세를 나타냈다.
풍수기(6월−8월) 동안 수온은 21.6−31.2oC의 분포를 나 타냈고, 6월에서 8월로 갈수록 증가하는 경향을 보였다 (Fig. 3). 염분의 경우, 0.6−28.3 psu (16.5 ± 10.7)의 분포 를 나타냈으며 갈수기에 비해 낮은 분포를 보였다. 이는 갈수기에 비해 많은 강수량과 담수 유입에 의한 영향으로 사료된다. 탁도는 7월 첫째주(110.5 NTU)에 가장 높았으 며 이 시기에 담수 방류량이 가장 높았던 시기로 확인되 었다. 영양염 분포를 살펴보면, NH4+는 4.64−53.93 μM, NO2−+ NO3−는 1.61−136.46 μM로 나타났으며 두 항목 모두 7월 첫째 주에 가장 높은 값을 보였다(Fig. 4). PO43−
는 0.133−2.375 μM, DSi는 2.80−121.25 μM의 분포를 나 타냈으며 두 항목 모두 전반적으로 담수 방류가 발생한 시기에 높은 값을, 비 방류시기에 낮은 경향을 보였다.
식물플랑크톤
식물플랑크톤 생체량(chlorophyll-a)은 갈수기(1월−3월) 에 0.70−19.28 μg/L의 분포를 보였으며 1월부터 2월 셋째 주까지 증가하다가 이후 감소하였다(Fig. 5). chlorophyll-
a/phaeopigments 분석 결과, 갈수기에는 1.32로 2월 첫째 주에 가장 낮았으며 3월 넷째 주에 1.94로 가장 높은 비를 보였다.
풍수기(6월−8월) 동안 식물플랑크톤 생체량은 1.28−
108.64 μg/L의 분포를 보였으며 6월부터 7월 둘째 주까지 감소하다가 7월 셋째 주에 가장 높은 값을 보였다(Fig. 5).
chlorophyll-a/phaeopigments는 8월 첫째 주에 1.11로 가 장 낮게 나타났고, 8월 둘째 주에 1.64로 가장 높은 비를 보였다. 전반적으로 조사 시기에 낮은 chlorophyll-a/
phaeopigments를 나타냈으며 갈수기보다 풍수기에 더 낮 은 값을 보였다.
조사 기간 동안, 식물플랑크톤 군집 구조는 7개 분류군 (Bacillariophyceae, 규조류; Chlorophyceae, 녹조류;
Cryptophyceae, 은편모조류; Cyanophyceae, 남조류;
Dinophyceae, 와편모조류; Chrysophyceae, 황색편모조류;
Euglenophyceae, 유글레나류) 62 속(genus) 89 종(species) 으로 구성되었다.
갈수기에 식물플랑크톤 군집 변동을 살펴보면, 1월 첫 째 주에는 은편모조류가 우점하였고, 2월로 갈수록 규조 류가 우세하는 경향을 나타냈다(Fig. 5). 3월부터는 녹조 류와 은편모조류의 출현이 증가하는 경향을 보였다.
풍수기인 6월과 7월에는 6월 셋째 주(황색편모조류), 7월 둘째 주(은편모조류)를 제외하고 규조류가 우점하였 으며 7월 둘째 주부터 출현한 와편모조류는 점차 증가하 여 8월 첫째 주까지 극우점하였다(Fig. 5). 8월의 경우, 조 사 시기에 따라 극우점하는 군집이 변동하였고 갈수기에
Fig. 5. Variation in chl-a, chl-a: phaeo ratio, and phytoplankton taxonomic composition and total abundance during sampling period
비해 풍수기에 군집의 변동 폭이 큰 것으로 확인되었다.
통계 분석
갈수기와 풍수기의 환경인자 및 식물플랑크톤에 대한 t- test(two-tailed) 분석 결과(Table 2), 수온, 와편모조류, Prorocentrum sp.는 유의한 차이(P < 0.05)를 보였으나 다 른 환경인자들은 유의한 차이를 보이지 않았다. 특히 강수 량과 담수 방류량의 평균값은 시기별로 차이를 보였지만 통계적으로 유의하지 않았다. 가령 갈수기 평균은 강수량 이 5.8 ± 8.3 mm, 방류량이 20.4 ± 18.9 × 106 ton으로 풍 수기 평균인 24.2 ± 36.8 mm, 49.0 ± 18.9 × 106 ton과 차 이를 보였다. 2012년도에도 강수량과 담수 방류량은 조사 기간(2013년)과 유사한 계절적인 변동을 보였다. 다만 조 사기간 동안 합산한 강수량은 갈수기에 145.5 mm, 풍수 기에 726 mm로 차이를 보였고, 담수 방류량은 또한 갈수 기에 321.2 × 106 ton, 풍수기에 736.4 × 106 ton으로 큰 차 이를 나타냈다.
갈수기 상관분석 결과, 수온은 은편모조류와 유의한 양
의 상관관계를 나타냈으며 염분은 담수 방류량, PO43−를 제외한 모든 영양염류, 현존량과 유의한 음의 상관성을 보 였다(Table 3). 식물플랑크톤 생체량은 PO43−, DSi와 음의 상관관계로 유의하게 나타났고, 담수 방류량은 NH4+, NO2−+ NO3−, DSi, 현존량과 유의한 양의 상관성을 보였 다. 또한, 규조류는 NO2−+ NO3−, 현존량과는 양의 상관 관계, 염분과는 유의한 음의 상관관계를 나타냈다. 은편모 조류의 경우, 수온, NH4+와 양의 상관관계로 유의하게 나 타났으며 녹조류와 남조류는 탁도와 유의한 양의 상관관 계를 보였다.
풍수기의 경우, 수온은 DSi와 유의한 양의 상관성을 나 타냈으며 염분은 탁도, 담수 방류량, 모든 영양염류와 유 의한 음의 상관관계를 보였다(Table 3). 식물플랑크톤 생 체량은 용존산소, 현존량과 양의 상관관계로 유의하게 나 타났으며 담수 방류량은 탁도, DSi를 제외한 모든 영양염 류와 유의한 양의 상관성을 보였다. 또한, 규조류는 식물 플랑크톤 생체량, 현존량과 양의 상관관계로 유의하게 나 타났으며 녹조류의 경우, 염분과 유의한 음의 상관성을,
Table 2. Range, mean and standard deviation of parameters and the P values of two-tailed t-test analysis between the dry and wet seasons (n = 11−12). The parameters were transformed into log(x+1) for the t-test
Parameter Range Mean ± STD P value
(t-test)
Dry Wet Dry Wet
Chl a 0.70−19.28 1.28−108.64 7.01± 5.520 17.75± 29.39 0.14 Bac 4−494 0−1,380 189.8± 150.2 228.0± 379.5 0.51
Chl 0−92 0−260 21.0± 25.70 36.3± 79.40 0.47
Cry 2−200 0−330 30.6± 56.20 56.3± 91.90 0.96
Cya 0−41 0−443 1.2± 4.000 46.3± 129.1 0.31
Din 0−10 0−2,300 1.3± 2.900 276.4± 661.7 0.02
Eug 0−2 0−430 0.2± 0.600 44.8± 124.0 0.11
Total ab 16−512 58−2,890 244± 163 751± 8850 0.45 Prorocentrum sp. 0−10 0−1,310 1± 300 195± 412 0.04 WT 2.5−12.2 21.6−31.2 6.5± 3.100 26.6± 3.000 1.3E-07 Sal 1.6−30.8 0.6−28.3 18.8± 11.50 16.5± 10.70 0.99 Pre 0.1−28.0 0.1−143.0 5.8± 8.300 24.2± 36.80 0.63
DO 9.0−11.8 6.5−13.5 10.8± 1.000 9.6± 2.500 0.73
Turb 4.1−73.4 5.3−110.5 16.3± 23.00 20.0± 29.30 0.26 Dis 0.0−46.7 1.4−251.9 20.4± 18.90 49.0± 72.90 0.54 NH4+ 8.07−67.32 4.64−53.93 29.28± 18.34 17.14± 14.05 0.26 NOx 13.46−190.82 1.61−136.46 88.90± 69.02 59.09± 50.35 0.43 PO43− 0.12−1.76 0.13−2.38 0.71± 0.590 0.97± 0.820 0.51 DSi 2.39−19.28 2.80−121.25 7.01± 5.520 44.32± 41.15 0.84 Chl a = chlorophyll-a (μg/L); Bac = Bacillariophyceae (cells/mL); Chl = Chlorophyceae (cells/mL); Cry = Cryptophyceae (cells/mL); Cya = Cyanophyceae (cells/mL); Din = Dinophyceae (cells/mL); Eug = Euglenophyceae (cells/mL); Total ab = total abundance (cells/mL);
Prorocentrum sp. = Prorocentrum sp. + Prorocentrum minimum (cells/mL); WT = water temperature (oC); Sal = salinity (psu); Pre = precipitation (mm); Tur = turbidity (NTU); Dis = discharge for 5 days (× 106 ton); DO = dissolved oxygen (mg/L); NH4+ = ammonium (μM); NOX = nitrite + nitrate (μM); PO43− = phosphate (μM); DSi = dissolved silicate (μM)
담수 방류량, PO43−, DSi와는 유의한 양의 상관성을 보였 다. 결과적으로, t-test 분석에서는 환경인자들의 계절적인 차이를 확인할 수 있었으며 상관분석 결과에서는 단기적 (담수 유입) 영향에 의한 결과를 확인할 수 있었다.
4. 고 찰
환경인자
영산강 하구에서 환경인자는 하구언 건설 직후, 직접적 으로 영향을 받았을 것으로 예상할 수 있고, 제한된 자료 이기는 하지만 실제로 해수역의 탁도가 감소한 것으로 조 사되었다(박 1987). 이는 하구언 완공 이후에 하구순환이 차단되면서 담수기원 부유물질의 유입이 감소했기 때문으 로 사료된다. 또한 완공 이전보다 이후에 하구언에서 가까 운 해역의 표층 수온이 증가한 반면 염분이 감소한 것으 로 조사되었는데 이는 수문을 통해 방류되는 담수 방류의 영향이었을 것으로 판단된다. 최근에는 이러한 담수 방류
가 영산강 하구 해수역의 환경과 식물플랑크톤에 미치는 직접적인 영향에 대해서 보고되었고(Sin et al. 2013; Sin and Jeong 2015), 인공 구조물을 가진 다른 하구에서도 보 고된 바 있다(Sin et al. 2012; 양 등 2014).
본 연구의 주 간격 모니터링 결과에서도 이러한 담수 유입의 영향을 확인할 수 있었다. 먼저 갈수기(1월−3월) 동 안, 염분은 조사 시기에 따라 급격한 변동을 보였는데 특 히, 조사 당일 혹은 조사 전, 담수 방류가 이루어진 1월 둘 째, 넷째 주와 2월 첫째, 둘째 주 그리고 3월의 셋째, 넷째 주에 낮은 값을 보였다. 반면 영양염류인 NO2−+ NO3−와 DSi는 염분과 반대의 경향을 나타냈다. 염분과 담수 방류 량, 영양염류와의 상관분석 결과 또한 유의한 음의 상관관 계로 나타났다. 즉, 담수 방류로 인해 표층의 염분이 급격 하게 감소하지만 반대로 NO2−+ NO3−와 DSi 등의 영양염 류는 유입되기 때문인 것으로 사료된다. 풍수기(6월−8월) 동안의 염분은 최대량의 담수가 방류되었던 7월 첫째 주 에 가장 낮았고, 반대로 탁도는 가장 높았다. 이는 7월 첫 Table 3. Correlation coefficients (r) of chlorophyll-a (Chl a, µg/L), cell abundance of phytoplankton class and the physical and chemical parameters (n = 11−12). Coefficients < 0.50 were omitted and denoted by “-” and the coefficients for the wet season were presented in parenthesis
Chl a Bac Chl Cry Cya Din Eug Totalab Prorocen
trum sp. WT Sal Tur Dis DO NH4+ NOx PO43- DSi
Chl a 1 - - - - - - - - - - - - - - - - -
Bac (.96**) 1 - - - - - - - - - - - - - - - -
Chl - - 1 - - - - - - - - - - - - - - -
Cry - - - 1 - - - - - - - - - - - - - -
Cya - - .87** - 1 - - - - - - - - - - - - -
Din - - - (.92**) - 1 - - - - - - - - - - - -
Eug - - - - - - 1 - - - - - - - - - - -
Total ab (.54) .92(.50)** - (.76**) - (.91**) - 1 - - - - - - - - - -
Prorocentrum
sp. - - - (.86**) - .94**
(.98**) - (.95**) 1 - - - - - - - - -
WT - - - .75** (.50) - - - - 1 - - - - - - - -
Sal - -.55 (-.60*) - - - - -.66* - - 1 - - - - - - -
Tur - - .66* - .82** - - - - - (-.55) 1 - - - - - -
Dis - - (.65*) - - - - .62* - - -.99**
(-.81**) (.91**) 1 - - - - -
DO (.61*) - - - - - -.52 - - - (.54) - (-.52) 1 - - - -
NH4+ - - - .69* - - - - - - -.58
(-.59) (.82**) .62*
(.84**) - 1 - - -
NOx - .52 .54 - - - - .63*
(-.58) (-.51) - -.99**
(-.86**) (.51) .98**
(.72*) (-.57) .56
(.77**) 1 - -
PO43- -62* - (.60) - - - - (-.51) - - (-.82**) - (.68*) (-.74*) .56
(.57) (.73*) 1 -
DSi -.51 - (.59) - (.56) - - - - -.64*
(.62*) -.80**
(-.73*) - .76** - - .83** (.57) 1
*0.01 ≤ P < 0.05; **P < 0.01
Chl a = chlorophyll-a; Bac = Bacillariophyceae; Chl = Chlorophyceae; Cry = Cryptophyceae; Cya = Cyanophyceae; Din = Dinophyceae; Eug = Euglenophyceae; Total ab = total abundance; Prorocentrum sp. = Prorocentrum sp. + Prorocentrum minimum WT = water temperature;
Sal = salinity; Pre = precipitation; Tur = turbidity; Dis = discharge for 5 days; DO = dissolved oxygen; NH4+= ammonium; NOX= nitrite + nitrate;
PO43−= phosphate; DSi = dissolved silicate
째 주 조사 전과 당일 존재했던 담수 방류에 의한 영향으 로 사료된다. 영양염류는 담수 방류가 많이 발생했던 7월 에 매우 높은 분포를 보였으며, 모든 영양염류가 염분과 음의 상관관계로 유의하게 나타났다. 갈수기와 풍수기의 환경인자 비교에서 강수량, 방류량, 영양염류 등의 차이보 다는 수온의 차이가 유의하게 나타났는데 이는 담수방류 혹은 방류로 인한 영양염류 유입량의 변화보다 수온이 식 물플랑크톤의 계절적 변동에 미치는 영향이 크다는 것을 암시하는 결과라 할 수 있다.
식물플랑크톤 생체량(Chlorophyll-a)
식물플랑크톤 생체량은 1월 첫째 주부터 2월 둘째 주까 지 낮은 분포(0.70−8.88 μg/L)를 보였고, chlorophyll-a/
phaeopigments 또한 낮은 분포(1.32−1.66)를 나타냈다. 하 지만 담수가 일정 기간 동안 방류되지 않았던 2월 셋째 주, 3월 첫째 및 둘째 주에는 생체량이 상대적으로 높았 다. 이는 담수 유입이 영양염류를 공급하지만 갑작스런 염 분변화로 인한 스트레스가 식물플랑크톤의 성장 저해 (Aizdaicher and Markina 2010) 가능성을 시사한다.
풍수기(6월−8월)에는 비 방류시기에 가장 높은 값을, 담수 방류가 발생한 시기에 가장 낮은 분포를 나타냈으며 chlorophyll-a/phaeopigments 또한 유사한 경향을 보였다.
이는 비 방류시기보다 담수 방류 발생 시기에 수 환경 악 화로 인해 식물플랑크톤 사멸(Holm-Hansen et al. 1965) 이 많다는 것을 의미한다. 담수 방류 시에 동물플랑크톤과 같은 상위소비자들의 개체수도 감소하는 것으로 나타나 포식에 의한 생체량 변화는 크지 않은 것으로 보고된 바 있다(Sin et al. 2013). 이는 수층의 탁도와 유속이 증가하 면서 식물플랑크톤의 성장을 저해할 수 있고 특히 급격한 염분 변화가 식물플랑크톤의 서식환경을 악화시킬 수 있 다는 것을 보여주는 결과이다. 갈수기와 풍수기 동안 생체 량은 유의한 차이가 없었는데 이는 유의한 차이를 보이지 않았던 방류량, 영양염류 등이 생체량의 계절 변동에 미치 는 영향이 제한적임을 보여주는 결과라 할 수 있다.
식물플랑크톤 군집구조
국내 하구에서 식물플랑크톤 군집은 일반적으로 규조류 가 우점하는 형태를 보이며 계절에 따라 동계(갈수기)에는 규조류, 하계(풍수기)에는 와편모조류가 우점하는 경향이 있다(이 등 2005; 정 등 2011). 본 연구에서도 전반적으로 규조류가 높은 분포를 보였으며, 특히 갈수기에 규조류가 우점한 반면, 풍수기에는 대체적으로 와편모조류가 우점 하였고, 일시적으로 은편모조류(7월 둘째 주)가 우점하는 계절특성을 보였다. 이러한 특성은 갈수기와 풍수기간 유 의한 차이를 보이지 않았던 담수 방류보다는 유의한 차이 를 보인 수온의 변화로 인한 영향이 더 클 것으로 사료된
다. 하지만 단기적 관점에서 영산강 하구의 해수역으로 유 입되는 담수는 식물플랑크톤의 군집구조에 영향을 미칠 수 있다(Sin and Jeong 2015). 본 연구 결과에서도 풍수 기에 담수 방류 중이나 직후에 담수환경에서 주로 출현 하는 녹조류나 남조류 등이 증가하면서 식물플랑크톤 군 집 구조가 변동되었으며 일부 담수 종(Anabaena sp., Pediastrum sp., Scenedesmus sp.)이 출현한 것으로 확인 되었다. 상관분석 결과에서도 담수 방류량과 녹조류가 양 의 상관성을 보인 것으로 보아, 담수 종 녹조류는 담수 방 류 시에 담수유역에서 하구역으로 유입되고 있는 것을 시 사한다. 이러한 강 하구의 연속성(river-estuarine continuum) 즉, 상류의 환경특성이 하류의 생태에 영향을 미치는 현상 은 선행 연구에서 보고된 바 있다.
갈수기 식물플랑크톤의 종조성을 살펴보면, 1월 첫째 주에 은편모조류가, 2월로 갈수록 규조류의 점유율이 높 게 나타났다. 특히, 3월부터 녹조류과 은편모조류의 출현 비율이 증가하는 경향을 보였으나 전반적으로 규조류가 높은 밀도를 유지하였다. 우점종 또한, 1월 첫째 주에는 은편모조류 Cryptomonas sp.가 우점하였으며 이후, 1월 셋째 주를 제외한 대부분의 조사 시기에 규조류 Cyclotella sp., Thalassiosira rotula, Thalassiosira sp. 등이 우점하였 고, 3월 셋째 주부터 Cryptomonas sp.가 재차 우점하는 양상을 파악하였다. Cryptomonas sp.는 수온이 상승하면 서 그 개체수가 증가하는 양의 상관성이 확인되었고, 이러 한 수온과의 연관성은 다른 해역에서도 보고된 바 있다 (박 등 2008). 특히, 조사 당일 또는 조사 1일 전에 담수가 방류된 1월 둘째 주, 넷째 주, 그리고 2월(셋째 주 제외)에 는 Cyclotella sp., Asterionella sp., Synedra acus 등의 담 수 종이 우점하거나 출현한 것으로 나타났다. 결국 이는 갈수기에는 담수 방류가 식물플랑크톤 강(그룹)보다는 종 수준의 변화에 기여한다는 것을 보여주는 결과라 할 수 있다.
한편 갈수기에 비해 담수 방류량이 많고 또한 연속적 으로 이루어진 7월−8월에 주로 출현한 와편모조류는 Prorocentrum sp.와 Prorocentrum minimum으로 확인되 었다. 선행연구(정 2014)에서도 Prorocentrum sp.가 특정 시기(하계)에 집중적으로 출현하는 경향이 있다는 것으로 보고되었으며 본 연구에서는 이러한 종들이 담수 방류 시 가 아닌 담수 방류 이후에 번성하는 것으로 확인되었다.
특히, Prorocentrum minimum은 현재 국내 연안에서 적조 발생 빈도가 높은 종이며(국립수산진흥원 1997; 국립수산 과학원 2008), 주로 담수가 유입되는 하구나 만 또는 연안 등 부영양화된 저염분 해역에서 주로 출현하는 것으로 알 려져 있다(Grzebyk and Berland 1996; Hajdu et al.
2000). 가령 일본의 나카노우미 호수에서는 3−12oC의 수 온, 9−15‰의 염분(Kondo et al. 1990)에서 포르투갈의
오비두스 라군에서는 9−15oC의 수온, 13-22‰의 염분 (Silva 1985)에서 다량 출현한 것으로 보고되었다. 이러한 결과는 담수가 간헐적으로 그리고 인위적으로 유입되는 변형 하구 환경에서 방류 직후 수환경이 안정화 될 때 방 류 시에 공급된 높은 농도의 영양염이 와편모조류와 같 은 유해적조생물의 증식에 기여할 수 있음을 보여준다.
하구에서 식물플랑크톤의 종 조성 변동은 수 생태계의 물리·화학적 환경 변화를 규명하는데 있어 중요한 정보를 제공해줄 수 있다. 그 이유는 환경 변화에 따른 식물플랑 크톤의 반응이 민감하고(조 등 2007; 조 2010; 신과 윤 2011; 박 등 2017), 종에 따라 그 반응 형태가 다르게 나 타나기 때문이다(김 등 2009; 윤 등 2013; 정 2014). 본 조사 지역인 영산강 하구(해수역)의 식물플랑크톤 군집에 서도 이러한 반응을 확인할 수 있었다. 즉 하구역의 식물 플랑크톤 군집은 갈수기와 풍수기에 종 조성이 상이한 계 절적 변동을 보여주었지만 담수 방류 시기에 따른 단기적 인 변동도 나타났다. 갈수기와 풍수기의 계절 변동은 방류 량 및 이와 연관된 영양염류의 차이보다는 수온 변화의 영향으로 분석된 반면 단기적인 변동은 담수 방류와 연관 성이 있는 것으로 나타났다. 다만 담수 방류에 대한 반응 은 갈수기에는 식물플랑크톤의 강(class) 레벨이 아닌 속 (genus)과 종(species)의 변화에 영향을 미쳤고, 담수 유입 이 많은 풍수기에는 갑작스러운 환경변화에 적응하는 식 물플랑크톤이 우점하는 것으로 확인되었다. 이는 담수 유 입으로 인한 담수 종의 유입, 탁도와 염분과 같은 물리적 환경인자 등의 변화, 영양염 공급 등에 의해 식물플랑크톤 군집이 변동되는 것으로 판단된다. 특히 담수 유입으로 인 한 영양염 공급은 저염분에 적응할 수 있는 일부 유해식 물플랑크톤의 대증식에 영향을 미친 것으로 파악되었다.
결과적으로 주간 모니터링을 통해 확인된 영산강 하구(해 수역)의 환경 인자와 식물플랑크톤 계절변동에 관한 연구 는 하구역 염분 충격에 견디는 해수 종과 담수 종의 출현 양상을 파악하는데 일정의 정보를 제공할 수 있었고, 복잡 한 하구 시스템에 대한 이해와 효율적이며 지속 가능한 하구 관리를 위한 기초 자료로 활용 될 것이다.
사 사
이 논문은 2018년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구 재단의 지원을 받아 수행된 연구(2018R1D1A1B05049865) 입니다.
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Received Aug. 22, 2018 Revised Nov. 29, 2018 Accepted Dec. 11, 2018
