측정

1. 개요

□ 연구목적

해마다 남해에서 일어나는 적조현상과 낙동강에서 일어나는 녹조현상 많은 손실을 유발한다. 최근에 많이 사용하는 황토로 조류를 사멸 시키는 방법은 적조류를 사멸하지 않고 가라앉힘으로서 수중 생태계에 2차 오염을 유발할 가능성이 있다. 또한 예방을 할 수는 없으며, 녹조 문제를 해결할 수는 없다. 적조, 녹조의 방제 방식은 보다 자연 친화적이고 경제적이며 환경에 대한 영향을 고려한 방법이어야 한다. 이에 우리는 낙엽의 타감 작용을 조류를 제어하는데 사용할 수 없을까 하는 생각을 갖게 되었다.

우리는 버려지는 가로수 낙엽을 알려진 방법을 통하여 추출한 뒤, 녹조류와 적조류에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다. 낙엽은 가 장 일반적인 한국의 가로수인 플라타너스, 단풍 나무의 낙엽으로 선 정하였다. 먼저, 조류에 추출액을 가했을 때 사멸하는 정도와 생장을 저해하는 비율을 확인하여 그 효과를 확인하고자 하고, 총 인의 함량 을 측정하고, 송사리 물벼룩에 대한 생태 독성 시험을 진행하여 추출 액이 환경에 끼칠 영향에 대한 연구를 진행한다. 마지막으로 실제 조 류에 대한 효과를 확인하여 환경에 미치는 영향을 고려해봄으로서 자 연친화적이고 경제적인 녹조, 적조의 방제 방법을 찾을 수 있을 것으 로 기대된다.

□ 연구범위

1) 플라타너스와 단풍나무 잎이 조류에 미치는 영향을 S-R chamber 계수를 통해 확인한다.

2) 플라타너스와 단풍나무 잎이 환경 및 생태에 미치는 영향을 T-P 측정, 생태 독성 조사로 확인한다.

3) 플라타너스와 단풍나무 잎이 실제 조류에 미치는 영향을 확인한다.

2. 연구 수행 내용

○ 가. 조류의 생태학적 특성과 부영양화 1) 부영양화(Eutrophication)

부영양화란 수체의 영양 과잉으로 정의된다(Morten

et al

, 2014). 이 는 수체의 미적 가치 저하와 악취를 유발하고 Microcystis 등의 유독 성 조류 과잉 생장으로 물고기와 수생식물 등이 죽게 되는데 이의 부 패 과정 중 산소가 쓰이게 되어 용존 산소량이 감소하고, 영양물질이 발생하여 부영양화를 발생하는 악순환의 원인이 되기도 한다.

부영양화는 자연적 또는 인공적 원인에 의해 발생할 수 있는데, 대 부분 인공적 원인에 의해 발생한다. 질소나 인 등이 과량 함유되어 있는 화학 비료나 유기물을 과량 함유하고 있는 오수 및 폐수 등의 유입이 대표적인 인공적 원인이다. 부영양화는 담수와 해수 모두에서 발생할 수 있는데 해수의 경우 질소가 인보다 조류의 생장에 큰 영향 을 주고(Ryther & William, 1971), 담수의 경우 인이 질소보다 더 큰 영향을 준다(Schindler, 1971).

2) 녹조류(Blue-green algae)와 녹조 현상

녹조류는 단세포, 다세포 등의 녹색 조류를 통칭하는 용어이다. 녹조 류는 지구상에서 가장 오래된 광합성 생물로, 급변하는 환경 속 적응 과 종 분화를 통해 현재까지도 번성하고 있다(Edna & Jefferson, 2006). 이들은 광범위한 수중 생태계에서 살아가며, 특히 담수에 많이 존재한다. 대부분의 조류가 많은 영양분과 따뜻한 환경을 선호하고 밀도가 높은 세포 군집을 이루려는 특성이 있다.

녹조류 중 일부, Microcystis 등의 몇몇 종은 가스포(gas vacuoles)를 가지는데 이로 인해 그들은 수면에 떠있을 수 있고, 부력을 조절할 수 있어 최적 광도 및 수온을 가진 수심에 위치할 수 있다. 따라서 다른 종보다 좋은 생산성을 가질 수 있게 된다(Fogg, 1973).

3) 적조 현상(Red tide)

적조현상이란 일반적으로 수중 미생물의 양이 급증하는 것을 뜻하는 것으로 3종류, 어패류를 폐사시키는 유해성 적조, 독성을 지닌 유독성 적조, 어패류나 인체에 해를 끼치지 않는 무해성 적조로 나뉜다. 적조 현상의 원인은 주로 편모조류, 규조류 등이다. 편모조류는 엽록체를 함유하는 단세포 조류로 핵과 편모를 가진다. 또한 세포막이 있고 군 체를 형성하기도 한다. 규조류는 단세포이고 규산질로 된 딱딱한 껍 질이 있다는 것이 가장 큰 특징으로 많은 세포액이 있으며, 색소체로 는 엽록소와 규조소가 있다. 특히 봄부터 초여름에 걸쳐 크게 늘어나 여름에는 줄어들고 가을에 다시 늘어났다가 겨울에 줄어드는 연주기 현상을 보인다. 적조가 발생하면 바닷물의 색이 보통 붉은 색이지만, 플랑크톤의 종류에 따라 황갈색, 황록색, 암자색을 띠는 경우도 있다.

○ 나. 기존의 녹조 및 적조 방제 방법

현재 황토 살포 외에도 녹조 및 적조를 방제하는 여러 가지 방법이 존재한다. 녹조 및 적조를 방제하는 방법에는 크게 물리적 제어, 화학

적 제어, 생태적 제어가 있다. 자세한 원리, 특징 및 장점, 한계점은 다음 표 1과 표 2에 정리하였다.

표 1. 기존의 적조 방제 방법

방법 원리 특징 및 장점 한계점

물리적 제어

심층 폭기 혐기적 상태의 심층에 공 기를 불어넣음

인 용출 감소, 환원물질

의 양 감소 시설 및 유지비용 저질토의

준설

인이 녹아 있는 침전물로 인을 제거

영양염류가 포함된 경우 효과적

처리비용의 문제, 침전물 의 처리

초음파 처리

기낭을 파괴하여 광합성 차단

사전예방 조치로서 매우

효과적 사멸능력 있는 소재 이용

화학적 제어

살조물질

이용 조류를 직접 제거 일시적으로 조류제거에 효과적

독성을 보이고 용존산소 를 고갈시킴

인의

불활성화 인을 침전시켜 불활성화 수심이 깊을 때 지속적인

효과 독성이 있는 다량의 Al³⁺

생태적 제어

천적 생물이용

식물 플랑크톤의 포식자 를 증식시켜 초기 성장을 억제

동물플랑크톤, 조개를 이 용한 방법 등이 존재

새로운 종을 이식할 때 사전에 충분한 검토가 필 요

식물 이용 식물을 이용하여 수질을 개선

호소 내 인공 식물섬에 적용된 사례 존재

다른 방법에 비해 효과가 떨어짐

표 2. 기존의 적조 방제 방법

방법 원리 특징 및 장점 한계점

물리적 제어

황토살포 황토의 콜로이드 입자가

플랑크톤을 응집, 침전 초기 대응방법으로 적합 황토 자체의 산성 때문에 일어나는 부작용

해변모래 살포

Chitosan의 그물 형성으

로 조류 침전 자연친화적 효과가 떨어짐

화학적 제어

슬래그이 용

황화수소 용출 억제, 인 산염의 수층 내 유입을 차단

인산염 수중 용존 농도

증가 억제 가능 2차 오염 유발

생태적 제어

천적 생물이용

식물 플랑크톤의 포식자 를 증식시켜 초기 성장을 억제

동물플랑크톤, 조개를 이 용한 방법 등이 존재

새로운 종을 이식할 때 사전에 충분한 검토 필요 해양

미생물이 용

미생물에서 생산되는 효 소가 적조류 생물의 생장 을 억제

자연친화적인 방법이며 다량으로 살포 가능

적조류에 특이성을 가지 는 미생물이 없음

기생생물 이용

조류를 숙주로 삼아 기생 하여 이들을 수 일 내로 파괴

일단 숙주를 감염시키면 감염된 숙주를 반드시 죽 임

숙주 없는 상태에서 생존 하는 능력은 24시간이 지 나면 급격히 감소

○ 다. 타감 작용

1) 타감 작용(Allelopathy)

타감 작용이란 식물이나 미생물, 산호, 조류, 곰팡이가 타감 물질 (Allelochemical)을 주변 환경으로 분비함으로서 다른 생물의 생장, 번 식, 생존에 긍정적, 부정적 영향을 미치는 생화학적 작용이다. 타감 작용은 생물의 분포나 외래종의 확산에 중요한 역할을 하며, 특히 식 물 군집에 큰 영향을 끼친다. 타감 물질은 이차 대사산물로서, 타감 생물의 생장이나 번식에 필요하지 않은 물질이다. 타감 작용은 양성 타감 작용과 음성 타감 작용으로 나눠지는데, 음성 타감 작용은 한 식물의 다른 식물에 대한 방어 체계로써 큰 역할을 한다(Fariba

et al

, 2013; Kim & Coder, 1998).

2) 식물과 식물 간의 타감 작용

대부분의 육상 식물들은 잎, 꽃, 뿌리, 종자 등의 조직 및 기관을 통 해 2차 대사산물인 알칼로이드(alkaloid)와 페놀 화합물 등 다양한 화 학물질을 분비하며, 이 중 수용성 또는 휘발성 물질들이 인접 식물의 생육을 억제하는 타감 물질로서 작용한다(Patrick, 1971; Reese, 1979).

타감 효과를 가지는 화학 물질들은 휘발, 뿌리 침출, 용탈, 그리고 식 물의 분해로 환경에 방출되는데 이 화학 물질들은 식물 간의 경쟁에 서 숙주 식물에게 유리하게 작용한다(Barkosky & Einhellig, 1993;

Muller, 1965). 잘 알려진 타감 물질로는 메탄올 수용액으로 추출한 은 행잎 추출액이 있고, 이를 분리하여 타감 작용을 하는 화학물질이 2-hydroxy6-(10-hydroxypentadec-11-enyl)benzoic acid 라는 것까지 연 구되었다(Hisashi

et al

, 2013).

3) 미생물 간의 타감 작용

조류, 균류, 플랑크톤 등의 미생물들은 여러 유기 물질을 분비하여 다른 생물에 타감 작용을 미치는 것으로 알려져 왔다. 조류가 분비하

는 타감 물질은 다른 조류의 대량 증식을 제어하는 역할을 할 수 있 으며 다른 조류의 성장을 억제하여 자신의 경쟁력을 높인다(김범철

et al

, 1994).

플랑크톤과 시아노 박테리아 Anabaena에 관한 연구(Jonna

et al

, 2011)에서는 외래종이 주변 환경에 있을 때 타감 작용이 더 활발해 진다고 한다. 적조류 Karenia brevis의 타감 물질에 관해서 진행한 연 구에서 조류는 여러 가지 타감 물질을 분비함으로서 더 넓은 방어체 계를 갖출 수 있다고 한다(Emily

et al

, 2010).

5) 식물과 조류 간의 타감 작용

식물의 타감 작용은 화학적 합성을 통하지 않고 조류를 제어할 수 있는 지속가능한 방법으로 그 가능성을 인정받고 있다(Fariba

et al

, 2013).

우선 선행연구에서 볏짚이 조류의 생장 저해에 미치는 영향에 관한 연구(Ferrier

et al

, 2005)에서 살펴 볼 수 있는데, 웅덩이에 볏짚을 넣 고 볏짚이 썩는 동안 chlorophyll a 함량을 측정하여 조류의 양의 변 화를 관찰하였다. 조류의 종류에 따라 볏짚의 효과가 달랐고 Microcystis aeruginosa의 경우 그 효과가 컸다. 선행 연구(Barrett, 1999)에서는 5년에 걸쳐 저수지에 볏짚을 넣고 그 변화를 장기적으로 관찰했는데 투입 전의 25%정도로 줄었다. 전통적인 중국의 다섯 가지 약재를 이용하기도 하여 조류 중 하나인 Alexandrium tamarense의 생 태 변화를 관찰한 결과, 90% 이상의 저해율로 72시간 이상 그 효과를 지속하였다. 이와 같은 방법은 그 효과가 뛰어나지만 약초이기 때문 에 경제성이 떨어지게 된다(Zhou

et al

, 2006).

수생식물도 조류를 제어하는 한 가지 방법으로써 연구되었다. 수생 식물이 각각 어떤 조류에 영향을 미치고 그 종이 분비하는 타감 물질 에 대한 연구가 진행 되었는데, 타감 물질들은 대부분 긴 사슬을 가 지는 지방산이나 터펜류, 페놀류 등으로 나타났다(Hu & Hong, 2008).

최근에는 가을에 떨어져 버려지는 잎을 활용하여 경제성이 뛰어난 조류 제어 방법을 모색한 연구도 진행되었다. 단풍잎(Acer negundo) 이 썩으면서 조류(Alnus glutinosa)의 생태에 미치는 영향을 확인한 결 과 조류의 세포막의 H⁺-ATPase가 정상세포에 비해 활성이 떨어졌다 고 보고되었다(Krevš

et al

, 2013).

선행연구에서는 버려진 잎으로 시아노 박테리아에 미치는 타감 효과 에 대해 연구하여(Kumiko

et al

, 2005), 낙엽의 잎을 이용하여 조류 (Microcystis aeruginosa)를 사멸시키도록 하였다. 그 결과 몇 개의 잎 주위의 한천에서 Microcystis aeruginosa의 색이 옅어졌는데, 이와 같 은 연구는 특히 겉으로 보기에 어느 정도 감소하였는가, 즉 그 효과 에 대해서만 치중한 것이기 때문에 보완이 필요하다.

□ 연구 주제의 선정

2013년 여름 녹조와 적조 현상으로 인해 적조 주의보 등이 뉴스를 통해 보도된 바 있었고, 이에서 비롯된 어류의 대량 폐사 등 많은 문제점이 심각하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 우리는 이를 해결할 수 있는 방안을 찾아보고자 하였다.

먼저 녹조와 적조 현상의 원인인 부영양화와 남조류와 적조류에 대한 이해를 위해 학교 도서관에서 해양생물학(서울대학교 출판부, 고철환 저) 이라는 책을 찾아 탐독하였다. 남조류가 서로 분획된 서식지를 갖는 특별한 생활사를 가졌고, 이 현상을 타감작용이라 하며 그 물질이 터펜류라는 것을 알 수 있었다. 우리는 이 타감작용에 초점을 두고 해결방안을 구상해 보기로 하였다.

타감작용에 대한 논문을 서울대학교 중앙도서관 포털에서 찾고, 읽어보 았는데 이것이 조류와 조류 사이에만 일어나는 것이 아니었다. 우리가 흔히 관찰할 수 있는 소나무 주변에 식물이 잘 자라지 않는 현상도 타감작 용에서 비롯된 것으로 식물과 식물 간에서도 일어난다는 것을 알 수 있었

다. 그 물질 또한 터펜류로 굉장히 비슷한 화합물이라는 것을 알 수 있었고, 우리는 주변에서 찾을 수 있는 타감작용을 갖는 식물로 녹조 및 적조 현상 을 해소할 수 있을 것이라 생각했다.

우리는 그 식물을 선정하기 위해 경제성을 고려하였고, 따라서 매년 가을 버려지는 낙엽에는 타감작용이 없을까 생각하였다. 어떤 나무가 우리나라 가로수의 대부분을 차지하고 있는 지 찾아보았고 이들 각각이 타감작용이 있는지 논문 검색을 통해 알아보아 단풍나무, 플라타너스, 은행나무, 느티 나무, 벚나무의 다섯 가지 나무를 선정하였다. 낙엽을 각각 채집한 후 사전 실험을 통해 이들 중 단풍나무와 플라타너스가 효과가 좋아 이들을 이용한 녹조 및 적조 방제라는 연구 주제를 선정하였다.

□ 연구 방법

1) 낙엽의 선정과 수집

낙엽을 선정하기 위해 우리나라의 대표적인 가로수를 조사하였는데 534 만 9천여 그루 중에서 벚나무가 22.1%로 가장 많으며, 그 뒤에 은행나무 (18.7%), 느티나무(5.9%), 플라타너스(5.7%)의 순으로 나타났다. 이와 더불 어 네 가지 나무의 낙엽에 타감 물질이 포함되어 있는 것을 문헌 조사를 통해 확인하였다(Kim & Coder, 1998). 우리는 두 가지 나무의 건조된 낙엽 을 2013년 10월 20일에서부터 약 15일 동안 수집하였다. 은행나무 낙엽은 학교 앞의 가로수 길에서 쉽게 수집할 수 있었으며, 단풍나무는 김해 연지 공원에서 각각 수집하였다. 이 때, 떨어진 낙엽 중에서 손상되지 않고 상태 가 온전한 것만 선정했으며, 습기로 부패하거나 직사광선으로 인한 성분의 변화를 막기 위해 건조한 음지에 보관하였다.

2) 타감 물질이 포함된 낙엽 추출물의 제조

낙엽 추출액은 타감 물질을 추출하는 선행 연구의 방법들을 이용하 여 제조하였다. 은행나무 낙엽의 경우, 채집한 낙엽을 물로 깨끗이 씻 고 동결 건조기(-110°C)와 진공 오븐으로 건조시킨 후(25°C), 믹서

기를 이용하여 분쇄하였다. 그 후, 은행나무 낙엽 가루 10g에 80% 메 탄올 수용액을 80mL를 넣어 48시간 동안 추출한 후, 감압 여과기를 이용하여 1차 추출액을 얻었다. 남은 낙엽 찌꺼기에 대해 위의 과정 을 반복하여 2차 추출액을 얻고, 1차 및 2차 추출액을 1 : 1의 부피비 로 혼합하였다. 다음으로 이를 회전증발기(rotary evaporator)로 메탄 올의 대부분을 증발시켜 농축시키고 이를 냉장 보관하였다(Hisashi

et al

, 2013). 단풍나무 낙엽 가루 50g에 70% 에탄올 수용액 400mL를 넣 고 48시간 동안 추출하였다(Falah

et al

, 1971). 낙엽 추출액에 대해 감압 여과를 하고, 회전증발기로 대부분의 에탄올 및 메탄올을 증발 시켰다.

3) 조류의 분양 및 배양

실험에 사용한

P.minimum

_와

Microcystis

sp.는 한국 미세조류 은행 (www.kmmcc.re.kr)에서,

Cochlodinium

sp.는 남동해수산연구소에서 분양 받았으며, 각각을 배양하기 위한 멸균 배지 또한 구입하였다. 배양은 20°C, 2000lux의 항온 배양기에서 진행되었으며 빛은 하루에 8시간 비치 도록 하였다. 삼각플라스크에 분양받은 조류 50mL에 배양액 1000mL를 넣어 각각 2병씩 배양하였다.

4) 낙동강 및 남해에서 조류의 채집

2014년 6월 초에 낙동강의 창녕보와 달성보를 직접 답사하여 조류를 채집 할 수 있는 가장 적합한 위치를 정하였고, 채집 도구인 망목 30µm의 기타하 라 플랑크톤 넷을 주문․제작하였다. 낙동강에서 조류 경보(2014년 6월 19 일)가 발생한 바로 다음 날에 달성보 인근에 위치한 깊은 물 가까이 갈 수 있는 부표에서 수평 채집 방법으로 조류를 채집하였다. 마찬가지로 2014년 7월 말에 적조주의보가 발령된 후 직접 남해에 배를 빌려서 조류를 플랑크톤 넷으로 채집하였다. 채집한 조류는 아이스 박스에 넣은 채 에어컨 을 튼 차량으로 운반하였으며 그 날 바로 실험을 진행하였다.

□ 연구 활동 및 과정

○ 가. 배양 조류에 대한 효과 확인

플라타너스, 단풍 추출액을 증류수를 이용하여 각각 부피 비 1/50(v/v 2%), 1/100(v/v 1%), 1/500(v/v 0.2%)가 되도록 묽히고 배양 조류 Microcystis sp.과 Prorocentrum minimum. 배양액 3mL에 묽힌 추출액 0.5mL씩 넣는다.

추출액을 넣기 직전과 넣은 직후의 조류의 세포수를 S-R 챔버를 이용하여 아래 식에 대한 사멸 정도를 계산한다.

(사멸 정도) = 100 - (2시간 후 대조군)-(2시간 후 실험군)

×100 (%) (처음 대조군)

1) S-R 챔버를 이용한 조류 계수

S-R 챔버는 총 1000개의 정사각형 칸으로 이루어져 있는데, 조류를 정확 히 1mL 넣고 무작위적으로 50칸에 있는 조류의 세포 수를 센다. 이 수에 20을 곱하여 세포 수/mL를 구한다. 정상적인 세포와 사멸한 세포를 확인하 는 과정에서 관찰자에 따라 계수의 결과가 달라질 수 있으므로, Triangulation의 방법을 따라 타당성이 있는 연구 결과가 나올 수 있도록 하였다. 이 때 남조류 Microcystis sp. 같은 경우 루골 용액을 이용하여 침강, 염색하여 계수하였으며, 적조류의 경우에는 염색하지 않고 직접 현 미경으로 관찰하였다. 루골액은 선행 연구를 참조하여 직접 제조하였고, 몇 번의 예비 실험을 통해 효과를 검증하였다.

○ 나. 생태 적합성의 확인

1) 루골 용액을 이용한

Micorcystis sp.

의 염색, 고정 및 침강

조류 생장에 결정적인 영향을 미치는 인이 추출액에 얼마나 포함되어 있는지 확인하기 위해 추출액 속 총인의 함량을 측정한다. 인산이수소칼륨 (KH2PO4)으로 표준 용액열을 만들어 검정 곡선을 그린다. 다음으로 추출액 2%(v/v), 1%(v/v), 0.2%(v/v) 수용액 15mL에 0.17M 과황산칼륨 용액 3mL를

넣고 전처리하여 발생 시약을 넣고 총 인 함량을 확인한다. 발색 시약의 제조 및 실험 방법은 외국 대학의 자료에 따라 실험을 진행하였으며, 수 차례의 반복 실험으로 타당성 있는 결과가 나오도록 하였다(University of Wisconsin, 2009).

2) 물벼룩, 송사리를 이용한 생태 독성 시험

추출액을 실제 환경에 가하였을 때 생태 환경에 미치는 영향을 확인하기 위해서 환경부에서 지정한 매뉴얼을 따라 물벼룩, 송사리를 이용하여 생태 독성 시험을 진행하였다. 우선 송사리의 경우 8L의 수조에 물을 채우고, 중화제를 6mL씩 넣고 송사리를 7마리 씩 각각 넣는다. 실제 조류 방제에 사용하는 최고 농도인 1/50 (v/v%)를 100%로 보았을 때, 50%, 25%, 0%(대조 군)의 용액을 130mL씩 수조에 넣는다. 초기에 pH, 수온, DO를 측정하였고, 96시간 후에 송사리의 치사, pH, 수온, DO를 확인한다. 시험 기간 중 송사리 의 먹이를 주지 않으며, 처음에 어류를 받고 좋은 어항에 일주일 동안 키워서 건강 상태를 확인한 후 실험을 시작하였다.

물벼룩의 경우 24개의 코니컬 튜브에 물벼룩 5마리를 넣고 물벼룩을 채집 한 곳의 물을 15mL 넣는다. 그 후 송사리를 이용한 실험과 같은 방법으로 추출액을 넣고, 24시간 후에 pH, 수온, DO를 측정하였다. 이 때 OLYMPUS SCX 실체 현미경을 이용하였다.

UV-vis를 이용하여 그린 T-P 검정 곡선

송사리를 이용한 생태 독성 시험

물벼룩을 이용한 생태 독성 시험

○ 다. 실제 조류에 대한 효과 확인 1) 낙동강 남조류에 대한 효과 확인

대구 달성보에서 채집한 남조류에 대하여 추출액의 사멸 효과를 확인하였 다. 채집한 물에서 상층액 일부를 취한 후 20,000Hz에서 30초 간 sonication 하였다. 그 후 0.2mL 정도만 취하여 프레파라트를 만들어 추출액을 넣은 후에 앞에서 사용한 사멸 정도 공식을 이용하여 효과를 확인하였다.

Anabaena ssp.의 경우에는 1μm 당 0.2cell의 공식을 활용하여 길이로 세포 수를 계수하였다.

2) 남해 적조에 대한 효과 확인

남해에서 채집한 적조류에 대해 Google 검색을 통해 다양한 조류 및 해양 생물을 동정하였다. 모든 종을 전부 동정하기는 어려웠지만, 주점종인 Choclodinium과 Prorocentrum의 경우에는 우리들의 육안으로도 쉽게 확인 할 수 있었다. 낙엽 추출액을 묽혀 1/100 정도의 농도로 하여 채집 조류에 가하고 2시간이 지난 후 사멸한 정상적인 세포수를 세는 방법을 수행하였 다.

낙동강 남조류 채집 모습 채집한 남조류 남해 적조 채집 모습

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 가. 배양 조류에 대한 효과 확인

Microcystis sp의 경우에는 단풍과 플라타너스 추출액은 2%의 농도에서 60%이상의 효과를 보였으며 농도가 진할수록 효과가 증가하였다. 저농도 에서는 단풍 추출액의 효과가 상대적으로 더 좋았지만 고농도에서는 플라 타너스 추출액의 효과가 더 좋았다. Prorocentrum의 경우에는 두 낙엽 추출액 모두 60% 이상의 유효한 효과를 보였다. Cochlodinium sp.의 경우에 는 플라타너스 추출액은 0.2%의 낮은 농도에서도 50% 이상의 높은 효과를 보였고 단풍 추출액은 2%의 농도에서 60% 정도의 효과를 보였다.

○ 나. 생태 적합성의 확인 1) 총 인(T-P)의 측정

단풍과 플라타너스 낙엽 추출액 모두 1% 이하의 농도에서 1mg/L 보다 적은 T-P 값이 도출되었다.

이는 방류수의 기준치인 1m g/L를 만족하는 수치이다. 즉, 낙엽 추출 액을 가하더라도 조류 대발생에 거 의 영향을 미치지 않는다.

낙엽 추출액의 T-N을 측정하기 위해 수 차례의 실험을 수행하였지 만, KNO³ 표준 용액의 검정선이 신뢰도가 확보되지 않아 측정하는 과정에 문제가 있어 결과를 얻지 못하였다.

2) 생태 독성의 조사

물벼룩은 모든 농도에서 한 마리도 죽거나 유영 저해되지 않았다. 송사리 는 대조군과 2%의 농도에서 각각 7마리 중 한 마리씩 사멸하였는데, 이는 7일 동안 송사리가 잘 살아 있는지 확인하지 않아서 생기는 실험 오차라 할 수 있다. 이러한 결과를 종합해보면, 낙엽 추출액이 수중 생태계에 거의 악영향을 미치지 않는 것으로 생각되며, 이 연구 결과는 자문 교수님을 통해 검증 받는 과정을 거쳤다.

물벼룩

%(v/v) 0 0.5 1 2

시간 0h 48h 0h 48h 0h 48h 0h 48h 수온(℃) 19 21 19 21 19 21 19 21

pH 7.1 7.4 7.2 7.2 7.1 7.4 7.0 7.1 DO(mg/L) 5.8 6.4 5.8 6.1 5.9 6.2 5.9 5.9 개체수 20 20 20 20 20 20 20 20

송사리

%(v/v) 0 0.5 1 2

시간 0h 48h 0h 48h 0h 48h 0h 48h 수온(℃) 19 21 19 21 19 21 19 21

pH 7.1 7.4 7.2 7.2 7.1 7.4 7.0 7.1 DO(mg/L) 5.8 6.4 5.8 6.1 5.9 6.2 5.9 5.9

개체 수 7 6 7 7 7 7 7 6

○ 다. 배양 조류에 대한 효과 확인 1) 실제 녹조에 대한 효과 확인

2%(v/v) 농도의 플라타너스 추출액에 의해 군집 형태의

Microcystis

ssp.

가 약 24%의 사멸되었고, 수돗물 냄새의 주원인인

Anabaena

ssp. 의 제거에 도 17%정도의 효과를 보였다. 세포 수준에서 남조류의 변화를 관찰하였을 때, 추출액을 가한 후 조류의 군집이 와해되는 것을 관찰할 수 있었다.

특이한 것은, 추출액이

Anabaena

ssp. 의 이형세포만을 특이적으로 파괴하 는 것을 확인할 수 있었다.

조류 종류 사멸 정도(%)

Microcystis

ssp. 24.0

Anabaena

ssp. 16.6

2) 실제 적조에 대한 효과 확인

Cochlodinium ssp.은 2%(v/v) 농도의 플라타너스 추출액에 의해 1%, 단풍 추출액에 의해 39%정도의 효과를 보였다. 추출액을 가한 후, 많은 조류가 사멸하여 사멸 후의 잔해들이 시험관 바닦에 가라앉는 것을 확인할 수 있었다.

추출액 종류 사멸 정도(%)

단풍 38.8

플라타너스 31.1

추출액 가하기 전 남조류 추출액 가한 후 남조류 추출액 가한 후 코클로디니움

□ 시사점

우리는 연구 중 많은 실험을 진행하였으며 시행착오를 거치며 이들을 여러 번 반복하였다. 그 중 가장 많은 노력을 요했던 실험은 S-R 챔버를 이용한 추출액의 효과 측정과 추출액 속 총인을 측정하는 실험이었다.

S-R 챔버의 경우 사람의 눈으로 그 수를 판단하는 것이라 실험의 오차가 발생할 위험이 컸고, 우리는 이를 해결하기 위해 세 명의 구성원이 계수를 반복하여 이를 해결하고자 하였다. 또한 반복 실험을 통해 계수하는 데 걸리는 시간을 조금씩 줄여가며 실험을 효율적으로 진행할 수 있었다.

총인 측정실험의 경우 발색시약의 제조부터 UV-Vis를 이용한 검정곡선의 제작과 흡광도의 측정까지 모두 직접 진행하였다. 검정곡선은 뚜렷한 경향 성을 요구하기 때문에 반복실험을 통해 비례하는 경향성의 검정곡선을 얻었다. 또한 첨단 기기인 UV-Vis를 사용하여 검정곡선 제작, 흡광도의 측정을 직접 하였는데 이를 통해 우리는 UV-Vis의 사용법을 알고 이를 활용할 수 있게 되었다. 연구 과정 중 대부분은 측정을 통한 결과값의 도출이었는데, 이를 위해 여러 센서를 사용하였다. UV-Vis와 DO, pH, 수온 등을 사용하였는데 측정의 정밀함을 위해선 적절한 보정이 필요했다. 우리 는 검색과 선생님의 조언을 통해 각각의 보정 방법을 알고 직접 보정하여 실험을 진행하였다.

4. 사후 계획 및 활용

본 연구는 단풍, 플라타너스 나무에서 떨어진 낙엽의 조류 제어 활용 방안에 관한 가능성을 확인하였던 연구이다. 조류가 사멸되었음을 확인하 였고, T-P, 그리고 송사리, 물벼룩에 대한 영향을 확인함으로써 계속된 연구를 통한 다면 새로운 조류 방제 방안으로 활용될 수 있을 것이다.

우선 조류의 밀도에 따른 효과를 확인해보아야 한다. 우리는 추출액의 농도를 바꿔가면서 효과를 확인하였는데, 조류의 밀도에 따라 어느 정도의 효과를 가지는지 파악하여야 실제 환경에서 적용할 때 어느 정도의 양의

추출액이 필요한지 효율적으로 정할 수 있을 것이다.

또한 우리의 실험은 실험실 환경에만 국한되어 실험이 진행되었다. 실제 적조와 녹조에 대한 실험도 실제 환경이 아닌 실험실에 가져와서 실험을 진행하였기 때문에 강이나 바다에 메소코좀이라는 격막을 설치하여 실제 적조 녹조가 발생한 지역에서 추출액의 효과를 확인해보아야 한다.

그리고 조류 사멸에 효과 있는 물질이 무엇인지 규명하여야 한다. 우리가 사용한 추출액이 혼합물인 만큼 그 속에 환경에 악영향을 미치는 다양한 물질들이 포함되어 있을 수 있는데, 크로마토그래피를 통해 물질을 규명하 고 추출액에 포함되어 있는 다양한 물질을 간단한 분리를 통해 분리해낼 수 있다면 더 안전한 조류 방제법이 될 것이다.

이와 같은 후속 연구를 통해 추출액의 안정성과 효과를 검증한다면 좋은 조류 방제법으로 사용될 수 있을 것이다.

5. 참고문헌

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