태안해안국립공원의 수질 및 퇴적환경 평가
이어진1
·김진현
2·박정원
2·장성건
2·채희영
2·정주영
3·정병관
2*
1한국환경정책평가연구원환경평가본부, 2국립공원연구원 유류오염연구센터, 3국립공원관리공단 자원보전처
Evaluation of Water Quality and Depositional Environment in Taeanhaean National Park, Korea
Eojin Lee
1, Jin Hyun Kim
2, Jung Won Park
2, Seong Geon Jang
2, Hee-Young Chae
2, Juyoung Jeong
3and Byungkwan Jeong
2*
1Environmental Assessment Group, Korea Environment Institute, Sejong 30147, Korea
2Oil Pollution Research Center, National Park Research Institute, Taean 32105, Korea
3Department of Resource Conservation, Korea National Park Service, Wonju 26466, Korea
요 약 :본연구는유류사고 모니터링결과를이용하여 태안해안국립공원의수질및퇴적환경에대한평가를진행 하였다. 해수의 수질과 영양상태는 WQI와 TRIX 분석을 이용하였으며, 퇴적환경 평가는 IL, COD, AVS를 사용하 였다. 태안해안국립공원은동계에 II~III 등급, 춘계에 II 등급, 하계와 추계에는 I 등급의수질을 나타냈으며, WQI
와 TRIX 분석은서로유사한경향을보였다. 태안해안국립공원의수질등급은식물플랑크톤의생체량에 의해결정
되는것을확인하였고, 퇴적환경은양호한수준을나타내고있었다. 주요어 :태안해안국립공원, 수질, 퇴적환경, WQI, TRIX
Abstract :This study has evaluated the water quality and depositional environment in Taeanhaean National Park (TNP) using the results of monitoring for oil spill. The water quality and trophic level were using WQI and TRIX analysis, and the assessment of the deposited environment was performed using IL, COD and AVS. TNP showed a water quality rating of II to III in the winter, II in the spring, and I in the summer and fall. WQI and TRIX analysis had similar tendencies.
The water quality grade was determined by phytoplankton biomass and depositional environments showed good condition.
Key words :Taeanheaan National Park, water quality, depositional environment, WQI, TRIX
서 론
해양 생태계는 환경·물리·화학·생물적 요인들에 의해 매 우 다양하고 복합적인 상호작용에 의해 조절 및 유지되고 있으며, 이와 같은 구조에서 특정 항목의 불균형은 수 생태 계의 교란으로 발전될 수 있다. 최근 급속한 산업화에 따른 인간활동의증가로오염물질 발생빈도가 높아지고있으며, 더불어 연안 이용이 증가하면서 해양의 오염 부하량 또한 증가하고 있는실정이다. 또한수산양식의발달과과밀양 식의 성행으로 육상기인뿐만 아니라 해양 내 자체의 오염 발생이 가속화됨으로서 해양환경관리와 적절한 이용을 위해
과학적인 평가의필요성이증대하고 있다. 정부에서는지속 적이고건강한국내해양환경을 유지하고관리하기위해일 부 항목(pH, COD, DO, TN, TP)들을 대상으로 기준(3 등급) 을 설정하여 수질평가를 진행해 왔다(해양수산부 고시 제
98-37호). 하지만 특성이 서로 다른 해역을 동일한 기준으로
평가함으로써 해양의 오염 현황을 명확하게 판단하는데 한
계를 드러냈다. Lim et al. (2011)은 국가수질측정망 자료
(2001~2006년)를 통계적 기법을 통해 기준을 설정(4 등급) 하여 우리나라 연안의 수질 평가를 시도하였으며, Kim et
al. (2012) 또한, 기존의 수질평가항목에 부영양화 관련 항목
인 용존무기질소, 용존무기인, 엽록소 a자료를 포함하여 동
*Corresponding author E-mail: [email protected]
[총설]
해연안의 부영양화와유기물오염도를 평가한바 있다. 하 지만 이러한연구들은다량의자료가요구되거나외국의평 가방법을 이용하기 때문에 국내의 해양을 평가하기에 다소 불확실한 측면이 존재한다. 따라서 기존의 단편적인 지표에 의존하는 수질 평가가 아닌 국내 해양특성을 반영한 종합적 인 평가 방법의 필요성이 대두되었다. 2011년 해양환경관리 법에 제시된해양환경기준에서는새로운생태기반해수수질 기준이 설정되었고(국토해양부 고시 제2011-972호), 5가지 항목(저층의 용존산소 포화도, 투명도, Chl a, DIN, DIP)을 이용하여 총 5 등급으로 수질을 구분하였다. 또한 우리나라 를 5개 해역(동해, 대한해협, 서남해역, 서해중부, 제주)으로 구분 후, 각 항목에 대한 기준을 제시함으로써 해역의 특성 을 반영하였다. 조사지역인 태안해안국립공원은 서해 중부 에 위치한 국내유일의 해안국립공원으로조수간만의 차가 큰 특징을 나타내고 있다. 공원의 중간지역에는 백사수도
(白沙水道)라는 좁은 수로가 존재하여 조석의 따라 천수만과
공원지역의 해수가 유통되고 있으며, 담수방류에 의해 해양 환경에 변화가 예상되는 지역이다. 따라서 본 연구에서는 태안해안국립공원의 장기모니터링 자료(2015년)를 이용하여 해수의연간수질등급, 영양상태 그리고퇴적물의오염도를 평가하고, 수질과퇴적환경변화에영향을주는요인을파악 함으로써 공원관리에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
재료 및 방법 1. 조사지역 및 분석방법
태안해안국립공원내 조하대 15개 정점을 선정하여 계절 조사를진행하였으며, 시료는표층과저층의해수를 채집하 였다(Figure 1). 용존산소 포화도(%DO) 측정을 위해 다항목 수질측정기(YSI-6600EDS v2)를 사용하였으며, 투명도(trans- parency)는 투명도판(secchi disk)을 이용하였다. 식물플랑크 톤 생체량(chlorophyll a) 분석을 위해 채집된 해수 일정량을 여과(GF/F, Ø 25 mm, pore size 0.7 µm, Whatman®)한 후, 여
과된 여지를 90% 아세톤이 담겨 있는 차광유리병에 넣어
12~24시간 냉암소에서 엽록소를 추출하였고, 형광광도계
(10-AU fluorometer, Turner Designs®)를 이용하여 농도를 측 정하였다. 해수의 용존무기질소(dissolved inorganic nitrogen, DIN), 용존무기인(dissolved inorganic phosphorus, DIP), 총 인(total phosphorus, TP) 분석은채집된시료를현장에서전
처리한 후, 분석전까지 −70oC 이하에서 냉동보관 하였고, Parsons et al. (1984)에 준하여 영양염 자동분석기(QuAAtro, SEAL Analytical® & AACS-V, BLTEC K.K Co.)를 이용하 였다. 퇴적물의 강열감량(ignition loss, IL), 화학적산소구량 (chemical oxygen demand, COD), 산휘발성황화물(acid volatile
sulfide, AVS)는해양환경공정시험기준에준하여분석하였다.
2. 수질 및 퇴적환경 평가
가. 수질평가지수(Water Quality Index, WQI)
수질평가지수는 저층의 용존산소 포화도, 식물플랑크톤 Figure 1. Sampling station in the sublittoral zone of Taeanheaan National Park.
Table 1. Criteria for score of each parameter for calculating the water quality index (WQI) in Korea.
Score Parameters
Chl a (µg/L), DIN (µg/L), DIP (µg/L) DO (saturation, %), Transparency (m)
I Below base Above base
II < base + 0.10 × base > base − 0.10 × base
III < base + 0.25 × base > base − 0.25 × base
IV < base + 0.50 × base > base − 0.50 × base
V ≥ base + 0.50 × base ≤ base − 0.50 × base
생체량, 투명도, 용존무기질소, 용존무기인의 결과값을이용 하여수식과 기준을 통해 산출하였다(Table 1, Eq. 1). 수질 평가지수는 I 등급(매우좋음; WQI < 23), II 등급(좋음; WQI 23~33), III 등급(보통; WQI 34~46), IV 등급(나쁨; WQI 47~59), V 등급(매우나쁨; WQI > 60)의 총 5단계로 구분된 다(Rho et al. 2012).
WQI= 10×[%DOb]+6×[(Chl a+SD)/2]+4×[(DIN+DIP)/2]
(Eq. 1)
나. 수질 및 부영양화 지수(Trophic Status Index, TRIX) TRIX는 Vollenweider et al. (1998)가 개발한 영양상태지수 로써, 식물플랑크톤의 생체량과 용존산소 포화도의 절대 편 차 백분율, 그리고 용존무기질소와 총인의 농도를 이용한다.
TRIX는 다음과같은식으로 계산되며, 범위에따라 수질과
부영양상태를 평가할 수 있다(Table 2, Eq. 2).
TRIX = [Log10(Chl a×a%DO×N×P)+1.5]/1.2 (Eq. 2)
다. 퇴적물 부영양화 정화지수(CTET)
부영양화정화지수는정화·복원 범위등에 관한규정(해양 수산부고시 제2013-206호)에 제시된 방법을 이용하였다. 퇴 적물의 강열감량, 화학적산소요구량, 산휘발성황화물의 농도 를 기준으로 평가점수의 합이 6이상인 구역은 퇴적물의 오 염도가 높음을 의미한다(Table 3).
결과 및 고찰
수 생태계에서 용존산소는 일반적으로 대기로부터의 공급 이 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 수온 및 기압의 변화, 바 람에 의한 해수혼합 등 환경적인 요인과 수중에 서식하는 1 차 생산자들의 광합성 기작 또는 생물·미생물들의 호흡과 같은생물학적인요인에의해농도가조절되기도한다(Kemp and Boynton 1981; Sundbäck et al. 1990; Jeong et al. 2011).
조사지역의 용존산소 포화도 역시 수온이 낮은 동계와 춘계
(4.54~12.07oC)에 높았으며, 상대적으로 수온이 높았던 하계
와 추계(16.19~21.18oC)에 낮은 분포를 보이면서 수온과 밀 접한 연관성을 나타냈다(Figure 2A~D). 공간적인 분포에서 도 동·춘계의경우북부에비해남부조하대에서월등히높 은 포화도를보인반면, 하계와추계에는 정점별로 큰변동 을 보이지 않았다(Figure 2A~D). 조사기간 중 엽록소 a의 평균 농도는 동계 27.27 µg/L, 춘계 6.97 µg/L, 하계 0.07 µg/L, 추계 1.80 µg/L로 동·춘계에 상대적으로 높은 분포를 보였는데(Figure 2E~H), 이는 국내 연안에서 발생하는 전형 적인 winter-spring bloom과유사한 결과였다(Yi et al. 2005;
Hyun et al. 2006; Lee and Han 2007; Ji et al. 2008; Jeong et al. 2011). 투명도(Secchi disk depth)의 계절변화를 보면, 타 계절에 비해 동계에 매우 낮은 분포(0.7~1.6 m)를 보였 다(Figure 2I~L). 이는 동계의 강한 바람에 의한 파랑과 유 속이 강해짐에 따라 부유사가 증가하는 계절적 특징으로 보 여지며, 또한 동계 식물플랑크톤의 대증식(bloom)도 투명도 감소에일부영향을주었을 것으로판단된다. 춘계조사에서 남부지역에 위치한 조하대에서는 최대 8.7 m로 매우 높은 투명도를 보였으며, 하계와 추계의 평균 투명도는 3.6 m로 정점 간 큰 변동을 보이지 않았다(Figure 2I~L). 수 생태계 에서 질소(N)과 인(P)는 1차 생산자들의 성장에 필수 요소 이며, 수중에 포함되어 있는 농도비에 따라 식물플랑크톤
성장에 영향을 주기도 한다(Redfield 1958). 이 중 용존 상
태로 존재하는용존무기질소와용존무기인은부영양화의원 인항목으로과잉공급시 식물플랑크톤의대증식을유도하게 된다(Jeong 2008; Sin and Jeong 2015). 상위 영양단계의 생 물들에게 포식되지 않은 식물플랑크톤들은 수계 저층으로 침전되어 유기물의 부하량을 증가시키고, 미생물의 분해과 정을통해 수중의용존산소를 고갈시킴으로써수질 악화의 원인이되기도 한다(Sundbäck et al. 1990; Hong et al. 1997;
Shin 2003). 용존무기질소의 평균농도를비교해보면, 동계
에 94.9 µg/L로 가장 높은 농도를 나타냈으며, 춘계에 40.5 µg/L, 하계에 53.8 µg/L, 추계에 87.9 µg/L로 관측되었다. 춘 Where, %DOb= Dissolved oxygen saturation on the bottom
Chl a= Phytoplankton biomass SD= Transparency(secchi disk depth) DIN= Concentration of DIN
DIP= Concentration of DIP
Where, Chl a= Phytoplankton biomass
a%DO = Absolute percentage deviation of oxygen saturation from 100%
N, P= Concentration of DIN and TP
Table 3. Score of each parameter to evaluate eutrophication of the marine sediment.
Parameters unit Base concentration Score
IL %
< 5 0
< 15 3
≥15 6
COD mgO2/g-dry
< 13 0
< 20 1
< 30 2
< 40 4
≥40 6
AVS mgS/g-dry
< 0.6 0
< 1 1
< 5 2
< 10 4
≥10 6 Table 2. Water quality and trophic level according to score.
Score Water quality Trophic level
0~4 high low
4~5 good medium
5~6 bad high
6~10 poor very high
계에서 추계까지는 공간적으로 큰 농도의 변화를 보이지 않 았으나 동계의 경우에는 북부 조하대에서 높은 농도를 유지 한 반면, 남부 조하대에서는 급격하게 감소하는 결과를 나
타냈다(Figure 2M~P). 용존무기질소와식물플랑크톤생체량
과의 상관분석 결과, 결정계수가 −0.902 (P< 0.01)로 매우 유의한 음의 상관관계를 보임으로써 식물플랑크톤 증식에 의해 다량의 용존무기질소가 사용되었음을 확인하였다. 용 존무기인의 계절별 평균 농도는 동계 8.3 µg/L, 춘계 5.7 µg/L, 하계 6.7 µg/L, 추계 14.5 µg/L로 추계에 가장 높은 농도를 나타냈으며, 공간적 분포를 보면 북부 조하대에서
높은분포를나타냈다(Figure 2Q~T). 총인의경우에도 용존
무기인과 마찬가지로 북부 조하대에서 높게 분포하였으나,
계절적으로는 동계에 높은 평균 농도를 나타났다(Figure
2U~X). 조사를 통해 획득된 자료를 이용하여 수질등급
(WQI)을 평가한 결과, 동계 II~III 등급, 춘계 II 등급에서 하계와 추계에는 I 등급으로 수질이 개선되는 것을 확인
하였다(Figure 3). 수질과 부영양상태를 동시에 평가할 수
있는 TRIX 분석에서는 동계에 지수값(median value)이
6.68, 춘계에 6.06으로 동계에 비해 다소 낮아지기는 했지만
두 계절의 수질은 “poor”, 영양상태는 “very high”의 상태를 나타냈다. 하계에는 4.37로 수질은 “good”, 영양상태는
“medium”으로양호해지는 경향을 보였으며, 추계에는 5.76
으로 지수값이 재상승하면서 수질과 영양상태가 악화되는 현상을 나타냈다(Table 2, Figure 4). 추계 결과에서 다소 차 Figure 2. The variation of environmental parameter use to evaluation index.
이는 보이기는 했지만 동계에서 하계로 갈수록 수질 상태가 개선되는 유사한 분석 결과가 도출되었다. 이 결과를 토대 로수질의등급결정에영향을미치는요인을파악해본결 과, 상대적으로수질등급이낮았던동계와춘계에는 식물플 랑크톤의 생체량이 수질등급을 악화시키는 주된 요인으로 파악 되었으며, I 등급의 수질을 보였던 추계에도 식물플랑 크톤의 영향을 어느정도 확인 할 수 있었다(Figure 5). 이와 같은 결과는 태안해안국립공원의 북쪽으로 인접한 가로림만 에서도 동계와 춘계에 수질이 악화되었으며, 식물플랑크톤
이수질 악화의원인으로보고된바있다(Nam et al., 2012).
태안해안국립공원 인근에는 천수만 방조제가 존재하고 있으
며, 방류를 통해 부영양화 된 담수가 공원지역으로 유입되
는 시스템이다(Jeong 2015). 이와 같은하구를 포함한 연안
에서는 영양염의 과잉공급에 의해 적조를 포함한 식물플랑 크톤의 대증식을 유발할 수 있고(Hummel et al. 1994;
Courrat et al. 2009), 이는 수질뿐만 아니라 수산업에도 악영 향을 줄 수 있다. 환경적인 조건(빛, 수온, 염분 등)이 일정 하고, 상위 영양단계의 생물군의 포식압이 낮을 경우 식물 플랑크톤의 성장은 영양염에 의해 조절된다는 선행연구
(Kwon et al. 2002)를 고려할 때, 식물플랑크톤의 양에 의해
Figure 3. Seasonal and Spatial variation of WQI.
Figure 4. Seasonal variation of water quality and trophic levels based on TRIX analysis.
Figure 5. Pentagonal diagram showing the score of each parameter in WQI.
등급이 결정되는 공원지역의수질을 관리하기 위해서는 연 안으로 유입되는 주요 영양염 유입원(오염원)에 대한 지속 적인 모니터링이 필요하며, 또한 연안에 산발적으로 분포하 고 있는 육상 오염원에 대한 현황과 관리가 병행되어야 할 것으로 판단된다. 태안해안국립공원 조하대 퇴적환경(부영 양화 정화지수)을 평가하기 위해 분석된 결과를 보면, 강열
감량은 동계 정점 9에서만 5.18%로 최 하위 기준 농도인
5%를초과하였으며, 화학적산소요구량은 전계절 모든정점 에서 13 mgO2/g-dry 미만을 나타냈다. 산휘발성 화화물 역 시 정점별 변동은 존재하였으나 최 하위 기준 농도인 0.6 mgS/g-dry 미만의 결과를 나타냈다(Table 3, Figure 6). 이는 태안해안국립공원의 퇴적물의 오염도는 매우 낮으며, 퇴적 환경이아주양호함을 보여주는 결과이다.
사 사
본 연구는「HS호 유류유출 사고에 따른 생태계 영향 장기 모니터링」사업의 일환으로 수행되었습니다.
참고문헌
Courrat A, J Lobry, D Nicolas, P Laffargue, R Amara, M Lepage, M Girardin, O Le Pape. 2009. Anthropogenic disturbance on nursery function of estuarine areas for marine species.
Estuarine, Coastal and Shelf Science. 81(2): 179-190.
Hong JS, RH Jung, IS Seo, KT Yoon, BM Choi, JW Yoo. 1997.
How are the spatio-temporal distribution patterns of benthic macrofaunal communities affected by the construction of Shihwa dike in the west coast of Korea? Korean Journal of
Fisheries and Aquatic Sciences. 30(5): 882-895.
Hummel H, AW Fortuin, RH Bogaards, A Meijboom, L de Wolf.
1994. The effects of prolonged emersion and submersion by tidal manipulation on marine macrobenthos. Hydrobiologia.
282(1): 219-234.
Hyun BK, Y Sin, C Park, S Yang, YJ Lee. 2006. Temporal and spatial variations of size-structured phytoplankton in the Asan Bay. Korean Journal of Environmental Biology. 24(1): 7-18.
Jeong B. 2008. An investigation of dischnrge effect and phyto- plankton distribution in the Yeongsan estuary. Master's thesis, Mokpo National Maritime University, Mokpo.
Jeong B, Y Sin, S Yang, C Park. 2011. Monthly variation of phyto- plankton community in Asan Bay, Korea. The Sea: Journal of the Korean Society of Oceanography. 16(4): 238-245.
Jeong JY. 2015. A study of physicochemical characteristics of marine environment of Taeanhaean National Park and Cheonsu Bay, Korea. Doctorate thesis, Kunsan National University, Kunsan.
Ji S, Y Sin, H Soh. 2008. Seasonal variations of size-structured phytoplankton in the Chunggye Bay. The Sea: Journal of the Korean Society of Oceanography. 13(4): 333-341.
Kemp WM, WR Boynton. 1981. External and internal factors regulating metabolic rates of an estuarine benthic community.
Oecologia. 51(1): 19-27.
Kim YS, YH Lee, HG Choi. 2012. Water quality assessment at coastal area of the East Sea of Korea. Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety. 18(1): 15-24.
Kwon KY, CH Kim, CK Kang, CH Moon, MO Park, SR Yang.
2002. Limiting nutrients for phytoplankton growth in the Seomjin River Estuary as determined by algal bioassay experi- Figure 6. IL, COD and AVS analysis results for evaluating the pollution level of marine sediment.
ment. Journal of the Korean Fisheries Society. 35(5): 455-461.
Lee J, MS Han. 2007. Change of blooming pattern and population dynamics of phytoplankton in Masan Bay, Korea. The Sea:
Journal of the Korean Society of Oceanography. 12(3): 147- 158.
Lim D, HW Choi, YO Kim, HS Jung, YS Kang. 2011. Concent- ration level and grading of water quality components (COD, DIN, DIP, Chlorophyll-a) in Korean coastal waters: A statistical approach. Ocean and Polar Research. 33(1): 13-20.
Nam HJ, S Heo, SY Park, UK Hwang, JS Park, HK Lee. 2012.
The physico-chemical characteristics in the Garorim Bay, Korea. Journal of the Korean Society of Marine Environment
& Safety. 18(2): 101-114.
Parsons TR, Y Maita, CM Lalli. 1984. A manual of chemical &
biological methods for seawater analysis. Pergamon, Amsterdam.
Redfield AC. 1958. The biological control of chemical factors in the environment. American Scientist. 46(3): 205-221.
Rho TK, TS Lee, SR Lee, MS Choi, C Park, JH Lee, JY Lee, SS Kim. 2012. Reference values and water quality assessment based on the regional environmental characteristics. The Sea:
Journal of the Korean Society of Oceanography. 17(2): 45-58.
Shin JK. 2003. Seasonal dynamics of aquatic environment and
phytoplankton in Pyeongtaek reservoir, Korea. Algae. 18(2):
145-156.
Sin Y, B Jeong. 2015. Short-term variations of phytoplankton communities in response to anthropogenic stressors in a highly altered temperate estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science.
156: 83-91.
Sundbäck K, B Jönsson, P Nilsson, I Lindström. 1990. Impact of accumulating drifting macroalgae on a shallow-water sediment system: an experimental study. Marine Ecology Progress Series.
58(3): 261-274.
Vollenweider RA, F Giovanardi, G Montanari, A Rinaldi. 1998.
Characterization of the trophic conditions of marine coastal waters with special reference to the NW Adriatic Sea: proposal for a trophic scale, turbidity and generalized water quality index. Environmetrics. 9(3): 329-357.
Yi S, Y Sin, S Yang, C Park. 2005. Seasonal characteristics of phytoplankton distribution in Asan Bay. Ocean and Polar Research. 27(2): 149-159.
(2018년 2월 20일접수; 2018년 3월 14일수정; 2018년 4월 26일채택)
