그림 3-2-2. 2015년 5월 표층과 저층에서의 (a) 수온(℃), (b) 염분(), (c) 밀도 (, ), (d) 용존산소( )의 공간적 분포
그림 3-2-3. 2015년 5월 표층과 저층에서의 전체 엽록소 a 농도( )의 공간 적 분포
(3) 영양염의 공간적 분포
연구해역에서 2015년 5월에 관측된 질산염(
), 암모늄(
), 인산염(
) 그리 고 규산염(
)의 공간적 분포 특성은 그림 3-2-4와 같았다. 2015년도 5월의 표층에서 의 질산염 농도는 0.96 ~ 10.31
(평균 4.90±2.96
), 저층에서 4.45 ~ 21.14
(평균 11.64±4.49
) 범위로 나타났다. 표층의 경우 섬진강의 영향으로 주변 해역에서 높은 농도를 보였으며 특히 매물도 남단 A5정점에서 매우 높은 농도(10.31
)를 보였 다. 저층의 경우 표층과 달리 섬진강 영향을 받는 주변 해역에서 낮은 값을 보였나 특 이하게 G3정점에서 매우 높은 값(21.14
)을 보였다. 저층의 경우 연안에서 외해로 갈 수록 증가되는 양상을 보였다. 표층과 비교하여 저층의 농도가 비교적 높고, 이는 저층 냉수괴의 형성과 유입으로 인해 동쪽해역에서 상대적으로 높게 나타나는 것으로 해석된 다. 암모늄 농도는 표층에서 0.62 ~ 2.49
(평균 1.19±0.54
), 저층에서 0.47 ~ 2.86
(평균 1.34±0.72
) 범위로 나타났다. 표층과 저층 모두 섬진강 영향을 받는 주변 해역에서 높은 농도를 보였으며 외해로 갈수록 감소되는 양상을 보였으며 표층과 비교하여 저층의 농도는 그리 큰 차이를 보이지 않았다. 인산염 농도는 표층에서 0.03 ~ 0.50
(평균 0.20±0.16
), 저층에서 0.22 ~ 1.27
(평균 0.78±0.30
) 범위로 나타났다. 표층의 경우 섬진강 영향을 받는 주변 해역을 포함한 서쪽 해역과 매물도 부 근 해역에서 높은 농도를 보였다. 저층의 경우 표층과 달리 연안에서 외해로 갈수록 높 은 농도를 보였다. 표층과 비교하여 저층의 농도가 비교적 높게 나타났으며 이는 질산 염과 유사한 패턴이었다. 규산염 농도는 표층에서 2.42 ~ 16.72
(평균 8.85±4.69
), 저층에서 9.97 ~ 32.04
(평균 19.69±6.41
) 범위로 나타났다. 규산염의 농 도 또한 질산염, 인산염과 비슷한 패턴을 보였는데 표층의 경우 섬진강의 영향으로 주변 해역에서 높은 농도를 보였으며 연안에서 외해로 갈수록 낮은 농도를 보였다. 저층 의 경우 섬진강 영향을 받는 주변 해역에서 낮은 값을 보였으나 G3정점에서는 매우 높 은 값(32.04
)을 보였다. 저층의 경우 연안에서 외해로 갈수록 증가되는 양상을 보였 으며 표층과 비교하여 높은 값을 나타내었다.그림 3-2-4. 2015년 5월 표층과 저층에서의 (a) 질산염(), (b) 암모늄 (), (c) 인산염(), (d) 규산염() 농도()의 공간적 분포
나. 2015년 여름 관측
2015년도 8월 관측은 8월 31일부터 9월 5일까지 시행되었으며, 총 조사정점은 적조 발생 정점 5개를 포함하여 총 20개였다. 관측은 국립공원 연구1호 조사선을 이용하여 각 수층별로 이루어졌다.
(1) 물리적 관측자료
연구해역에서 2015년 8월에 관측된 물리적 관측자료의 수직적 분포와 공간적 분포 의 특성은 그림 3-2-5와 그림 3-2-6과 같았다.
수온, 염분 그리고 밀도의 수직적 분포는 각 정점마다 상이한 결과를 보였다. 수심 이 깊은 외해역인 A1, A2, Z1, Z2, Z4정점은 약 20 ~ 30 부근에서 수온약층이 형성되 었으며 거제에서 고흥 쪽으로 육지와 가까워지면 가까워질수록 약한 수온약층이 형성되 었다. 이번에 적조가 발견된 R1정점은 가장 가까운 외해역의 Z2정점과 비슷한 분포를 보여 적조가 발생한 정점과 발생하지 않은 정점 간 수괴의 차이점을 발견할 수 없었다.
표층수온은 22.87 ~ 25.17℃ (평균 24.42±0.72℃), 저층수온은 15.06 ~ 25.14℃ (평 균 21.59±3.26℃) 범위로 나타났다. 표층의 경우 일부 해역을 제외하면 균질한 값을 보 였으나 저층의 경우 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 수온이 점점 낮아지는 수온경사가 나타 났다. 이는 연안의 경우 낮은 수심과 강한 조석작용에 의해 혼합층이 발달하는 반면, 외 해에서는 상대적으로 깊은 수심에 의한 저층의 냉수대 유지와 고온고염의 대마난류수의 유입으로 인하여 강한 성층이 형성되기 때문으로 해석된다. 따라서 이러한 수괴의 차이 로 인하여 연안과 외해 사이에 강한 수온 전선이 발달하는 것으로 보인다.
표층염분은 31.05 ~ 32.63 (평균 32.52±0.36), 저층염분은 31.21 ~ 34.29
(평균 32.52±0.87) 범위를 나타냈다. 염분 역시 표층 수온과 비슷한 분포를 보였으며 저층의 경우 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 높은 값을 나타내는 염분경사가 나타났다. 밀도 의 범위는 표층에서 20.31 ~ 22.17 (평균 21.16±0.45 ), 저층에서 20.44 ~ 25.41 (평균 22.41±1.51 )로 나타났다. 수온과 염분 분포범위와 같이 밀도 또한 저층에서 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 높은 값을 보이는 밀도경사를 보였다. 용존산 소량은 표층에서 4.98 ~ 8.56 (평균 6.70±0.88 ), 저층에서 4.75 ~ 7.00
(평균 5.62±0.65 )로 나타났으며 특히, 금오도 부근 G1정점 표층에서 8.56
로 매우 높은 값을 보였다.
적조가 발생한 R정점들에서의 수괴의 특징을 조사하기 위하여 2014년과 2015년 관 측된 R정점들 수괴의 수직구조를 살펴보았다(그림 3-2-7). 그러나 적조가 발생한 R정점
들의 수직구조는 모두 상이하여 특정한 패턴을 찾을 수 없었으며 그 범위는 표 3-2-3과 같았다. 일반적으로 적조종이 잘 자랄 수 있는 최적의 범위는 수온의 경우 21 ~ 26℃, 염분의 경우 30 ~ 36로 알려져 있는데(Kim et al., 2004) 이번 조사기간 동안의 수온 과 염분 분포 모두 이 범위 안에 포함되는 것으로 나타났다. 앞으로 적조종의 발생과 물리적 환경 간의 관계를 살펴보기 위해서는 단순히 발생과 발생하지 않은 해역의 비교 로 국한하지 않고 관측 수온에 따라 지역적 범위와 개체밀도가 어떻게 달라지는지 살펴 볼 필요가 있다.
그림 3-2-5. 2015년 8월 수온(℃), 염분(), 밀도(, )의 수직 분 포
그림 3-2-6. 2015년 8월 표층과 저층에서의 (a) 수온(℃), (b) 염분(), (c) 밀도 (, ), (d) 용존산소량( )의 공간적 분포
(a) (b)
그림 3-2-7. 2014년과 2015년 R정점에서의 (a) 수온(℃)과 (b) 염분()의 수직 분포
물리적 인자 Optimal growth
(Kim et al., 2004) 2014 2015 2014 ~ 2015년
수온(℃) 21.0~26.0 22.4~24.1 22.9~26.2 22.4~26.2 염분() 30.0~36.0 30.0~32.3 31.6~32.2 30.0~32.3 표 3-2-3. 2014년과 2015년 R정점 표층에서의 수온(℃)과 염분()의 범위
(2) 엽록소
a
농도2015년 8월의 엽록소 a 농도는 5월의 엽록소 a 농도에 비해 관측위치에 따라 더욱 다양하게 나타났다. 이번 현장 관측에서는 좀 더 정확한 적조 탐지를 위해 10-AU 연속 측정과 FlowCam을 이용하여 적조 패치의 유무를 판별하여 탐지 정확도를 높였다. 엽록 소 a 농도의 연속 측정값은 경우 현장에서 10-AU를 이용하여 형광값을 연속 측정 한 뒤 실험실에서 측정한 엽록소 a 농도와 비교하여 형광값을 엽록소 a 농도로 변환하였다 (그림 3-2-8). 2015년 8월에 관측된 엽록소 a 농도의 공간적 분포 특성은 그림 3-2-9와 같았다. 전체 엽록소 a 농도는 표층에서 0.32 ~ 8.00 (평균 3.10±2.46 ), 저층에서 0.14 ~ 6.15 (평균 1.58±1.80 )로 나타났다. 5 이하의 엽 록소 a 농도는 표층에서 0.00 ~ 2.20 (평균 0.61±0.67 )로 전체 엽록소 a 농도의 약 19%를 차지하였다. 저층에서의 5 이하의 엽록소 a 농도는 0.00 ~ 0.57
(평균 0.16±0.22 )로 나타났으며 전체 엽록소 a 농도의 약 10%를 차지 하는 것으로 나타났다. 이 비율은 약 73%를 차지하는 것으로 나타났던 2014년 8월의 관
측에 비해 매우 낮은 수치였다. 전체 엽록소 a 농도와 5 이하의 엽록소 a 농도는 여수와 통영 부근 해역의 표층과 저층에서 모두 높게 측정되었다. 특히, R2정점을 제외 한 나머지 R정점들의 표층 엽록소 a 농도는 이 정점들과 가장 가까운 위치에서 측정된 적조가 발생하지 않은 정점들의 표층 엽록소 a 농도와 비교하여 볼 때, 10.80 ~ 27.33
(평균 16.84±7.61 )로 매우 높게 나타나 적조종이 매우 높은 밀도로 패 치를 형성하고 있음을 알 수 있었다(그림 3-2-10). 이러한 적조종의 높은 밀도는 2014년 8월 적조가 발생한 R정점들과 같은 현상이었다. 그런나 2014년과 비교해 볼 때 2015년 8월에 관측된 적조종 C. polykrikoides의 밀도는 상대적으로 낮게 관측되었는데 이는 2015년 8월 말 발생한 태풍 ‘고니’의 영향으로 적조 패치가 크게 형성되지 못한 상태 에서 적조 조사관측이 시행되었기 때문이라 여겨진다.
그림 3-2-8. 2015년 8월 10-AU로 연속 측정한 엽록소 a 농도( )
그림 3-2-9. 2015년 8월 표층과 저층에서의 (a) 전체 엽록소 a 농도( ), (b) 5
이하 엽록소 a 농도( ), (c) 전체 엽록소 a 농도에 대한 5 이하 엽 록소 a 농도 비율의 공간적 분포
( a ) (b)
그림 3-2-10. 2014년과 2015년 8월 (a) 적조가 발생한 R정점과 (b) 적조가 발생하지 않은 일부 정점에서의 전체 엽록소 a 농도( ) 비교
(3) 총 부유물질량(Total suspended solids, TSS)
2015년 8월에 관측된 총 부유물질량의 공간적 분포 특성은 그림 3-2-11과 같았다.
표층에서의 총 부유물질량은 0.6 ~ 18.8 (평균 5.57±5.18 ), 저층에서 0.7 ~ 17.6 (평균 8.41±5.71 ) 범위로 나타났다. 표층과 저층 모두 해안선을 따라 높은 값을 나타내었으며 특히 섬진강 영향을 받는 주변해역이 매우 높게 관측되었다.
그림 3-2-11. 2015년 8월 표층과 저층에서의 총 부유물질량( )의 공간 적 분포
R정점들에서 관측된 총 부유물질량은 적조가 발생하지 않은 정점들과 비교하였을 때 다소 적조가 발생한 정점들의 부유물질량보다 많아 보이나 그리 큰 차이를 보이지는 않았다(그림 3-2-12). 다만, 2014년 적조가 발생한 R정점들의 총 부유물질량과 2015년 적조가 발생한 R정점들의 총 부유물질량을 모두 고려하여 살펴보면 이 정점들과 가장 가까운 위치에서 측정된 적조가 발생하지 않은 정점들의 총 부유물질량에 비해 높게 측 정된 것으로 나타났다. 적조의 지역적 범위가 부유물질과 관련성이 있는지는 앞으로 좀 더 살펴볼 필요가 있다.
( a ) (b)
그림 3-2-12. 2014년과 2015년 8월 (a) 적조가 발생한 R정점과 (b) 적조가 발생하지 않은 일부 정점에서의 총 부유물질량( ) 비교
(4) 입자상 물질의 흡광(Particulate Absorption, AP)
2015년 8월 남해안 현장 관측을 통해 가시광역 파장대 400 ~ 700 영역에서 식 물플랑크톤의 흡광 스펙트럼 모양과 흡광 계수는 다음과 같았다. 그림 3-2-13은 적조가 발생한 R정점과 적조가 발생하지 않은 정점에서의 표층 흡광 스펙트럼 패턴을 보여준 다. 모든 정점에서 공통적으로 엽록소 a 색소에 의한 영향으로 블루, 레드 계열의 파장 대(440 부근, 670 부근)에서 큰 흡광 값을 보였으며, 적조가 발생한 R정점의 흡 광 스펙트럼은 우점하는 적조종의 광 특성에 의해 모두 비슷하게 나타났으나 적조가 발 생하지 않은 정점에서의 흡광 스펙트럼은 각기 다른 특성을 보였다. 또한 적조가 발생 한 R정점과 적조가 발생하지 않은 정점의 표층 흡광 계수는 다음과 같은 큰 차이를 보 였다. 적조가 발생한 R정점에서의 엽록소 a 농도는 최대 27.33 까지 관찰되었으며 고밀도로 존재하였던 C. polykrikoides에 의해 440 부근의 흡광 계수가 최대 0.65
로 높게 나타났다. 이처럼 적조가 발생한 R정점의 해수 속에 다량으로 존재했던 C.
polykrikoides에 의해 가시광역 파장대에서의 흡광 계수가 증가한 것으로 보인다. 반면, 적조가 발생하지 않은 정점의 흡광 계수는 가시광역 파장대에서 낮은 흡광 계수를 보였 고 440 부근에서 최대 0.23 로 적조가 발생한 R정점과 비교하였을 때 매우 낮 은 값을 보였다. 이와 같이 적조가 발생한 R정점과 적조가 발생하지 않은 정점의 흡광 스펙트럼의 차이는 2014년 8월 현장조사 결과와도 일치하였다(그림 3-2-13). 2014년의 적조 발생은 C. polykrikoides에 의한 적조였으며 2015년보다 더 고밀도로 발생되었는데 이는 흡광 스펙트럼 및 흡광 계수 실험 결과에서도 뚜렷하게 나타났다. 2014년의 440
부근의 흡광 계수는 최대 약 7 로 2015년 440 부근의 흡광 계수와(최대 0.65 )와 큰 차이를 보였다.
2015년 8월 적조가 발생한 R정점과 적조가 발생하지 않은 정점 저층에서의 흡광 스펙트럼은 표층과 다른 패턴을 보였다(그림 3-2-14). 적조가 발생한 정점 저층에서의 흡광 스펙트럼은 R4정점에서만 측정되었으며 표층과 비교하였을 때 식물플랑크톤에 의 한 영향이 적은 것으로 나타났다. 적조가 발생하지 않은 정점의 저층에서도 식물플랑크 톤 흡광에 의한 영향이 매우 작게 나타났으며 부유물질에 의한 흡광 특성이 크게 나타 났다.
2014년과 2015년 8월의 현장 조사로 얻어진 흡광 측정 결과를 이용하여 엽록소 a 농도에 따른 440 의 비흡광 계수() 분포를 조사하였다(그림 3-2-15). 그래프에 표 시된 실선은 Bricaul et al. (1995)과 Fischer and Fell (1999)에서 제시된 엽록소 a 농도에 따른 Global sea water 흡광 계수의 분포를 나타낸 피팅 선이다. 일반적으로 단위 엽록