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ISSN : 1976-6769(Print)
ISSN : 2287-8122(Online)
Korean Journal of Nature Conservation Vol.6 No.2 pp.115-129
DOI : https://doi.org/10.11624/KJNC.2012.6.2.115

2010년 진해만 빈산소수괴 발생시 환경변화 특성

김숙양, 이용화1, 김영숙1, 심정희1, 예미주1, 전지원1, 황재란1, 전상호*
1국립수산과학원 어장환경과,
2강원대학교 환경과학과

Characteristics of Marine Environmental in the Hypoxic Season at Jinhae bay in 2010

Sang-ho Jun2*, Sook-yang Kim1, Yong-hwa Lee1, Young-sug Kim1, Jeong hee-Shim1, Mi-ju Ye1, Ji-won Jeon1, Jae-ran Hwang1

(Received 30 October 2012; Revised 24 November 2012; Accepted 3 December 2012)

Abstract

As for the Jinhae bay in 2010, hypoxia under DO concentration 3 mg/L began to form from the station wherethermocline formed in the early June, and hypoxia disappeared in the late October as thermocline did. DIP andDIN was much higher in the bottom water of the sea where hypoxia occurred, and pH showed its lowdistribution. IL, COD and AVS of the surface sediment were shown relatively high at the station which isaffected by the inflow of land water from the bay Masan bay and at the station where hypoxia remains for along time. As for benthos distribution, macrobenthos never appeared at the survey station 8 and 23 which arenear the bay Hangam bay and Gohyeonseong bay and macrobenthos appeared most diversely at the surveystation 11 where hypoxia did not occur. Density was also minimum at the survey station 19, 21, and 23 wherehypoxia occurred, whereas density was relatively high at the survey station 11, 13 and 14 where oxygendeficientphenomenon did not occurred. Meanwhile, biomass was lowest at the survey station 23 which isaffected by sewage coming from the bay Wonmun bay and shipbuilding industry, whereas biomass was highestat the survey station 14 and 11. As for benthos of the Jinhae bay, species richness and diversity was relativelyhigh at the survey station 11, 12, 13 and 14 where hypoxia did not occur, and thus it showed relatively goodbenthic community structure. Like this, hypoxia appears in the bay Jinhae bay for about 5 to 6 months annually,and during that period, most of the marine environmental factors appear to be abnormal. Therefore, we need thefundamental measures to reduce hypoxia for the purpose of producing marine products continuously.

115-129 06_김숙양.pdf1.04MB

1. 서 론

남해안의 동쪽에 위치하고 있는 진해만은 가덕도 서측의 가덕수로에서 행암만, 마산만, 진동만, 원문만, 고현성만으로 이어지는 복잡한 해안선으로 이루어져 폐쇄성이 강하고 해수교환이 불량한 해역이다. 만의 서부는 대부분 10~20 m 내외의 천해이며 수심이 깊은 곳은 동부의 거제도 북단으로 50 m에 이른다(국립수산과학원, 연안어장환경 평가 보고서, 2002). 해만은 정치망 및 권현망 어장으로서 천혜의 어장일뿐 아니라 멸치, 대구 등 많은 어족자원의 산란장 및 치어 성육장으로서 가치가 큰 해역이었으며(강영실, 1996), Figure 1과 같이 굴, 진주담치, 미더덕 등의 양식산업도 활발히 이루어지고 있으나, 1970년대 들어 산업화에 따른 환경악화로 적조 및 빈산소수괴 발생등 환경악화 관련 문제가 지속적으로 발생하고 있어 어장의 가치가 하락되고 어업피해가 우려되고 있다. 특히 최근 들어 빈산소수괴의 지속적인 발생으로 환경개선을 위한 많은 노력이 요구되고 있는 실정이다.

Figure 1. Map of culture grounds in jinhae bay (MOMAF, 2003).

빈산소에 대한 정보는 1972년 루이지애나 연안의 멕시코만에서 처음 기록되었다. 그 후로도 산발적으 로 보고되다가1985년 미국의 국립해양대기처에서 빈산소 관련한 본격적인 조사가 시작되었으며 미국 국립해양대기처의 경우 용존산소 농도가 2 mg/L 이하를 빈산소로 정의하고 있다(www.noaa.gov/). 우리나라는 김(2011)이 가막만의 빈산소수괴 특성에 관한 논문에서 보고한 바와 같이 진해만에서 1983년에 홍등이 진해만의 저서생물과 용존산소와의 관계에 대하여 처음 보고한 이래 강 등(1989), 박 등(1991), 홍 등(1991), 이(1991), 박 등(1992)이 보고하였다. 한국연안의 빈산소수괴(2009)에서는 빈산소수괴의 형성조건 및 원인을 조류소통이 원활하지 못하고 수온 또는 밀도성층이 강하게 형성되는 부영양화된 해역에서 여름철에 주로 발생한다고 설명하였다. 따라서 연안해역을 효과적으로 관리하고 이용하기 위해서는 해당수역의 해양환경 및 생태 변동 특성에 대하여 정확한 진단과 이해가 필요하다. 진해만을 대상으로 한 연구는 1970년대 후반부터 환경과 적조 발생에 관한 연구, 동물플랑크톤, 저서생물상, 자원분포 등 생태계 관련한 연구 등이 다양하게 보고되어왔다. 본 연구에서는 2010년 진해만의 빈산소수괴 발생 등 여러 화학적 요인들의 시공간적 변동 특성을 이해하고, 그들의 조절요인을 파악하여 지속 가능한 양식생산성 향상을 위하여 양식어민들의 과학적인 어장관리를 유도하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 조사개요

본 연구는 2010년에 진해만에 분포하고 있는 어장을 중심으로 수질 및 퇴적 환경 그리고 저서생물상 을 조사하였다. 조사는 2월부터 12월까지 양식어장을 중심으로 한 조사정점과 하절기 조사를 강화하여 연 14회에 걸쳐 1631정점을 조사하였으며 조사정점은 Figure 2와 같다.

Figure 2. Map showing the study area in Jinhae bay in 2010.

2.2. 해수 및 퇴적물

해수는 표층(수면하 약 0.5 m)과 저층(해저면 상부 약 1~2 m)에서 해수 분석용 채수기로 채수하였으며, 분석은 각각의 분석 방법에 따랐다. 수온, 염분의 수직 분포는 CTD(Sea Bird, SBE-25)와 YSI 6600EDS를 이용하였으며 용존산소(DO)는 YSI 6600EDS와 해양환경공정시험법의 윈클러변법을 따라 병행 분석하였다. 용존태 영양염 분석을 위한 시료는 현장에서 여과하여 실험실로 운반 후 분석 시 까지 냉동 보존하였다. 채집된 시료는 해양환경공정시험법(해양수산부, 2005)에 준하여 분석하였다. 즉, 암모니아질소(NH4-N)는 Indophenol 청법, 아질산질소(NO2-N)은 α-NED법, 질산질소(NO3-N)는 Cu-Cd 칼럼을 이용한 아질산환원법으로 측정하였다. Chlorophyll은 현장에서 여과하여 화학적산소요구량(COD)을 위한 시료와 함께 선박에 비치된 냉동고에서 바로 냉동처리한 후 해양환경공정시험법(해양수산부, 2005)에 준하여 분석하였다. 퇴적물의 강열감량, COD는 해양환경공정시 험방법(해양수산부, 2005)에 준하였다. 강열감량(Losson Ignition)은 함수율 측정시 사용했던 시료 약 10 g을 muffle furnance에서 550 oC에서 2시간 동안 회화 시켜 회화 전후의 무게 차이로부터 계산하였으며, 화학적산소요구량(chemical oxygen demand, COD)은 퇴적물 습시료 약 1 g을 정확히 취한 후 알칼리성 과망간산칼륨법으로 정량하였고. 총유기탄소(total organiccarbon, TOC) 및 총유기질소(total organic nitrogen)는 퇴적물을 동결건조하여 곱게 분쇄된 분말 퇴적물 시료 약 10 g을 취한 패각 등의 무기탄소를 제거하기 위하여 진한 염산으로 약 30초동안 훈증하고 50 oC에서 24시간 건조시킨 후 CHN analyzer(Thermo Finnigan, Flash EA 1112 elemental analyzer)로 분석하였다.

2.3. 저서생물

진해만 빈산소수괴 발생해역에 서식하는 대형저서동물의 생물량(출현 종수, 개체수 및 생체량) 및 군집구조를 파악하기 위하여 2010년 8월에 총 13개 정점(st. 1, 3, 8, 11, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 31)을 대상으로 현장조사를 실시하였다. 대형저서동물의 채집은 변형된 채니기(modified van Veen grab, 채집면적 0.05)를 이용하여 정점 당 0.1 m2(2회)의 저질 표면적을 채취하여 1 mm 망목의 체를 이용하여 대형저서동물을 분리하였고, 최종농도 10%의 중성포르말린으로 고정하여 실험실로 운반하였다. 분류군별로 선별 및 동정을 실시한 후, 개체수 계수 및 생체량을 측정하였다. 또한, 대형저서동물의 군집구조를 파악하기 위하여, 종 다양도 지수(H', Shannon and Weaver, 1949), 종 풍부도 지수(R, Margalef, 1958)와 균등도 지수(J, Pielou, 1977)를 구하였다. 또한, 출현종과 개체수의 자료로 Bray and Curtis(1957)의 similarity index를 이용 각 정점간의 유사도(similarity)를 파악하였다. 유사도 지수 행렬로부터 각 조사 정점과 출현 종을 연결하는 방법으로는 group-average를 이용하였다. 군집분석은 PRIMER(Plymouth Routines Multivariate Ecological Research) computer package를 이용하여 수지도(dendrogram)와 다차원배열법(MDS ordination)으로 나타내었다. 우점종은 개체수를 기초로 선정하였다.

3. 결과 및 토의

3.1. 빈산소수괴 형성과 환경 특성

2010년 2월부터 12월까지 14회에 걸쳐 조사된 진해만의 표층과 저층에서의 수온, 염분, pH, DO, COD, Chlorophyll 및 영양염류 등의 분석 결과를 Table 1에서 농도범위와 평균값을 나타내고 normoxia swason 과 hypoxia season으로 구분하였으며 2010년의 경우 6월 초순에 발생하여 10월 하순경에 소멸하였기에 이 시기를 Hypoxia season으로, 그 외 2, 4, 5, 11, 12월을 normoxia season 으로 하였다. 또한 계절별 경향 파악을 위하여 조사 분석된 월별 자료를 4월, 5월은 춘계 6월, 7월, 8월은 하계, 9월, 10월, 11월은 추계, 12월 2월 자료는 동계로 구분하여 Table 2에 나타내었다. 

Table 1. Range and mean value of environmental factors on hypoxic and normoxic seasons in the Jinhae Bay.

Table 2. Distributions of W.T., Salinity, DO and Dissolved inorganic nutrients in Jinae Bay, 2010.

2010년의 경우 수온은 5월 조사에서 표층과 저층에서 각각 12.03~16.31 oC(평균 13.87 oC), 10.97~16.96(평균 13.16 oC)의 분포를 보였으며, 염분은 30.69~33.40(평균 32.37), 30.01~34.27(평균 32.91)의 분포로서 표층과 저층의 수온과 염분차이가 거의 없는 고른 분포를 보였으나, 반면에 빈산소 수괴가 형성된 6월 8일 조사에서는 표층과 저층에서 수온은 각각18.04~23.06 oC(평균 20.43 oC), 13.41~20.08 oC(평균 15.51 oC)의 분포를 보였으며, 염분은 31.20~32.98(평균 32.34), 11.95~34.56(평균 33.37)의 분포를 보여 수온은 약 4.92oC, 염분은 1.03의 차이를 보였으며 부분적으로 빈산소수괴가 형성되기 시작하였다. 빈산소수괴 발생 해역의 수온, 염분, 용존산소 분포를 보면 Figure 3과 같이 수심 5 m 부근에서 성층이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이후 8월 23일 조사시 표층과 저층에서 수온은 각각 25.17~30.62 oC(평균 28.39oC), 15.35~24.46 oC(평균 19.24 oC)의 분포를 보였으며, 염분은 19.10~28.27(평균 24.10), 30.07~34.79(평균 32.93)의 분포를 보여 하절기의 강한 일사량과 집중 호우에 의한 영향으로 표·저층간에 수온 9.15 oC, 염분 8.83의 차이로서 표·저층 차이가 가장 크게 나타났다. 또한 빈산소수괴가 완전히 소멸한 11월 11일 조사에서는 표·저층 각각 수온은 각각 14.62~15.97oC(평균 15.34 oC), 14.80~16.10 oC(평균 15.53 oC)의 분포를 보였으며, 염분은 31.22~33.10(평균 31.74), 31.21~34.03(평균 31.96)의 분포로서 표·저층 차이가 수온 0.19 oC, 염분 0.22의 차이로서 성층이 소멸된 상태였다(Figure 3).

Figure 3. A variations of water temperature, Salinity, and DO when the hypoxia appeared and disappeared in the JInhae Bay, 2010.

용존산소의 경우 5월 4일 조사에서 표층과 저층에서 각각 7.16~13.62 mg/L(평균 9.58 mg/L), 4.66~8.60mg/L(평균 7.28 mg/L)의 분포로서 저층에 빈산소수괴가 형성하지 않았다. 그러나 6월 8일 조사에서는 8.77~11.68 mg/L(평균 9.95 mg/L), 0.85~9.50 mg/L(평균 4.07 mg/L)의 농도를 보였으며 Figure 4와 같이 진해만의 서남부권인 당항포, 당동, 고형성만 일원 등 일부 해역에서 빈산소수괴가 발생하였다. 이후점차 빈산소수괴 발생해역이 확대하면서 저층수의 용존산소는 8월 23일 0.27~3.97 mg/L(평균 2.07 mg/L), 9월 9일 조사에서 0.18~4.89 mg/L(평균 1.74 mg/L)로서 가장 낮은 농도를 보였다. 이후 10월 13일 조사에서도 0.16~6.43 mg/L(평균 3.87 mg/L)로 진해만 서남측 해역 일부에서는 빈산소 수괴가 잔존하고 있는 상태였으며, 11월 11일 조사에서는 수온에서 언급한 바와 같이 수온약층의 소멸과 함께 빈산소수괴가 완전히 소멸된 상태였다.점차 빈산소수괴 발생해역이 확대하면서 저층수의 용존산소는 8월 23일 0.27~3.97 mg/L(평균 2.07 mg/L), 9월 9일 조사에서 0.18~4.89 mg/L(평균 1.74 mg/L)로서 가장 낮은 농도를 보였다. 이후 10월 13일 조사에서도 0.16~6.43 mg/L(평균 3.87 mg/L)로 진해만서남측 해역 일부에서는 빈산소 수괴가 잔존하고 있는 상태였으며, 11월 11일 조사에서는 수온에서 언급한 바와 같이 수온약층의 소멸과 함께 빈산소수괴가 완전히 소멸된 상태였다. 

Figure 4. Horizontal distributions of DO (mg/L) of bottom water in Jinhae Bay, 2010.

빈산소수괴가 형성되는 조건에는 수온 또는 밀도성층이 강하게 형성되는 지역, 지형적인 원인으로 해수 교환이 충분하지 못한 폐쇄적인 만 및 부영양화가 심한 해역 등에서 여름철에 주로 발생한다(국립수산과학원, 2009). 본 조사에서 얻어진 결과로서는 진해만 빈산소수괴 발생 초기에 주된 요인은 부영양화보다는 수온 성층이 먼저 작용하고 있는 것으로 보인다.

수소이온농도(pH)는 Figure 5와 같이 5월 4일 조사에서 표층과 저층에서 각각 8.00~8.22(평균 8.08), 7.93~8.18(평균 8.02)의 분포하였으며 이후 조사에서 저층의 pH가 지속적으로 낮아지는 현상을 보이다가8월 23일 조사에서 고현성만, 원문만 일원에서 pH가 6.6까지 낮아지는 현상을 보였다. 이후 점차 회복되어 빈산소수괴가 완전히 소멸한 11월 조사에서는 일반적인 해역에서의 pH 분포를 보였다. 빈산소 발생시기의 표층과 저층에서의 DO와 pH 분포를 비교한 결과 Figure 8과 같이 저층에서는 표층에 비하여 pH가 낮게 분포하였다. 일반적으로 연안의 표층에서는 식물플랑크톤의 활발한 광합성 작용으로 인하여 중 용존산소가 증가하여 경우에 따라서는 과포화되기도 한다. 그러나 산소가 없는 상태에서는 혐기성 미생물의 작용 등으로 수중에 CO2 농도가 증가하여 pH가 낮아지는 것으로 판단된다.

Figure 5. Horizontal distributions of pH of bottom water in the Jinhae Bay, 2010.

Figure 8. Plots of DO vs pH in surface and bottom waters of Jinhae bay during the hypoxia season, 2010.

영양염류의 분포를 보면 Table 1, Figures 6, 7과같이 용존무기인은 용존산소농도가 정상기인 표층과 저층에서 각각 .01~1.35 μM(0.35 ± 0.36 μM), 0.02~1.10 μM(0.48 ± 0.33 μM)의 분포였으나 빈산소발생기에는 0.01~2.75 μM(0.29 ± 0.35 μM), 0.02~4.51 μM(0.97 ± 0.84 μM)의 분포로 빈산소 발생기에 특히 9월과 10월에 저층수의 인산염이 월등히 높은 것을 알 수 있다. 또한 용존무기질소의 경우에도 용존산소농도가 정상기인 표층과 저층에서 각각 0.06~29.25 μM(3.74 ± 5.36 μM), 0.10~19.07 μM(4.61 ± 4.69 μM)의 분포였으나 빈산소발생기에는 0.01~59.84 μM(5.89 ± 6.855 μM), 0.12~42.39 μM(11.37 ± 7.84 μM)의 분포로 빈산소발생기에 저층수의 용존무기질소의 농도가 용존무기인과 같이 빈산소 수괴 발생시기에 월등히 높은 것을 알 수 있다(Figure 9). 이는 빈산소 수괴 발생시에 퇴적물에서 수중으로 영양염류가 재용출 되기 때문인 것으로 판단된다. 선행 연구 결과에서 진해만에서 빈산소수괴의 형성원인은 진해만 해저퇴적물 중 고농도의 유기물에 의한 산소소비 및 대기로부터 저층으로의 산소공급을 차단시키는 성층형성과 밀접한관련이 있으며 빈산소수괴의 형성이 지속되는 시기에는 저층수 중 인산인 농도가 급격히 증가하였고, 저층수중의 용존산소 농도가 회복됨에 따라 점차 감소되는 경향을 보였다(이필용 등, 1993).

Figure 6. Horizontal distributions of DIP (μM/L) of bottom water in Jinhae Bay, 2010.

Figure 7. Horizontal distributions of DIN (μM/L) of bottom water in Jinhae Bay, 2010.

Figure 9. The occurrence season of the hypoxic of distributions of DO, DIP and DIN.

해양에서 질소, 인, 규소는 제 1차 생산자인 식물플랑크톤 등의 성장과 조성 및 생산력의 시·공간적분포를 조절하는 제한요소로 작용하기 때문에 이들영양염류 상호간의 변동을 파악할 필요가 있다. 식물플랑크톤의 대부분은 규조류가 차지하며 이들 규조류의 생체를 구성하기 위하여 필요한 Si/N/P의 몰비는 16:16:1이 이상적인 비율이다(Robert R. Lane et al., 2004). 이들 원소들 간의 비(ratio)는 해양환경의 특성을 파악하는데 중요한 정보를 제공한다. 즉, 해수 중 영양염류가 충분할 경우 식물플랑크톤 중 N/P의 비는 16이 되지만 질산염이 고갈될 경우 식물플랑크톤 중 C/N 및 N/P의 비는 2~3배 정도의 변화폭을 보이며, 인산인이 고갈될 경우 생물체중 이들 원소비는 5~10배의 변화폭을 보인다(Goldman et al., 1979). 그리고 규조류의 대규모 이상증식이 있을 경우 Si/P의 비는 약 22 정도로 생물체에 흡수되며(Stefansson and Richards,1963), 규산규소의 농도가 5 μM 이하일 경우 규조류의 생육이 중지된다고 한다(Tsunogai, 1979). 또한 연안역에서는 육수의 유입 등으로 인하여 이들 농도비는 계절적인 변동이 매우 심할 것으로 여겨진다. Redfield 비를 기준한 이상적 농도에 대한 상대적 농도비(Relative Enrichment Factors)를 조사하였다. 본 조사에서 얻은 농도비는 Table 3에서와 같이 용존산소가 해양에서의 일반적 농도를 보이는 시기에는 인의 농도를 1로 보았을 때 표·저층 모두 규소에 비하여 질소가 낮은 농도를 보였으나, 빈산소시기에는 표·저층 모두 규소와 질소가 높은 농도를 보여 Redfield의 이상적인 농도를 벗어났다. 이는 하절기 집중 호우와 빈산소 발생으로 인한 퇴적물로부터의 영양염의 용출로 인한 영양염의 증가에 의해서도 이상적인 Redfield의 비를 벗어나고 있는 요인으로 작용하고 있는 것으로 판단된다(김, 2011).  이상적 농도에 대한 상대적 농도비가 빈산소수괴 발생기간 중에 정상적인 용존산소를 나타내는 기간보다 훨씬 벗어나고 있다는 것을 알 수 있다.

Table 3. Comparisons of Si, DIN and DIP at Jinhae bay, 2010.

또한 진해만에서 제한물질을 파악하기 위하여 과잉용존무기질소(Excess dissolved inorganic nitrogen)를 아래 식 (1)에 의하여 계산하였다(Wong et al., 1998). 과잉질소는 용존무기질소와 용존무기인이 일정비율로 기초생산자에 의해 흡수된다고 가정하면, 과잉질소가 음(−)의 값이면 용존무기질소가 기초생산자의 제한물질로 작용할 수 있음을 나타내고, 양(+)의 값이면 용존무기인이 기초생산자의 제한물질이다. Figure 10과 같이 과잉용존무기질소는 빈산소 발생시기의 경우 표층에서는 양(+)의 값을 보여 인제한 해역으로 나타났으나 그 외는 음(−)의 값을 보여 대부분 질소가 제한적으로 작용하고 있음을 알 수 있다.

*Excess DIN = DINmeas. − R×DIPmeas.
                                                          (R: Redfield ratio) (1)

Figure 10. Distributions of Excess DIN and Excess Si of Jinhae bay, 2010.

부영양화 진행정도를 알아보기 위하여 okaichi 等 (1972)이 제안한 부영양화 척도(식 2)로 평가하여 본 결과 조사해역에서의 부영양도는 Figure 11과 같이 hypoxia 시기 저층에서 월등히 부영양도가 높은 것을 알 수 있다.

* 부영양도(okaichi) =   COD(mg/L) × DIN(μg−at/L) × DIP(μg−at/L)                   (2)
                                                                 3.43

Figure 11. Distributions of Eutrophic Index and DO concentrations.

SAS(Enterprise guide 4.2) 프로그램을 이용한 통계 분석에서 pearson 상관분석 결과 Table 4와 같이 normoxia 시기에는 DIP는 DO 및 COD와 음의 상관 (r = −0.73, −0.75, p < 0.001), DSi와는 양의 상관(r =0.71 p < 0.001)관계를 보였으며, Chl-a는 COD와 양의 상관관계(r = 0.68, p < 0.001) 를 보였다. hypoxia 시기에는 수온과 염분이 음의 상관(r = −0.67, p < 0.001), DO와 pH는 양의 상관(r = 0.88, p < 0.001)을 보였고, 염분은 COD, Chl-a, DIN, SS와 음의 상관(r= −0.66, −0.89, −0.66, −0.67, p < 0.001)을 보였고, DO는 pH, SS와 양의 상관(r = 0.88, 0.66, p < 0.001), DIP 및 Si와는 음의 상관(r = −0.67, −0.74, p < 0.001)을 보였다. DIP는 Si와 강한 양의 상관(r = 0.97, p < 0.001)을 보였다. Figure 12의 PCA 분석 결과에서 normoxia 시기에는 DIP, DIN, Silicate, SS, Temperature가 제일축의 가장 중요한 양의 요인으로 추출되었으며 Chl-a, pH, DO, COD가 음의 요인으로 추출되었다. 제 2축의 음의 요인으로 Salinity 추출되었다. 한편 hypoxia 시기에는 제 1축의 양의 요인으로Temperature, DIP, DIN, COD, Chl-a, SS, pH, DO가 추출되었고, Si와 salinity가 음의 조건으로 추출되었다. DO와 pH가 음의 요인으로 추출되었다. 따라서 PCA 분석에서 그룹 지어진 결과를 보면 Figure 12와 같이 빈산소수괴 발생과 관계없이 염분에 의하여 크게 조절되고 특히, 빈산소수괴 발생시기에는 DO와 pH에 따라서 조절되고 있는 것으로 판단되었다. 

Table 4. Correlation between each parameters of sea water in Jinhae Bay.

Figure 12. PCA plot of each parameter during the hypoxia and normoxia season.

3.1. 퇴적 환경

퇴적물의 화학적산소요구량(COD), 강열감량(IL), 산휘발성황화물(AVS)도의 농도 분포 결과를 Table 5 로 나타내었다. IL은 4.9~15.7%(평균 9.4%, COD는 평균 2.5~70.7 mg/g·dry(평균 32.9 mg/g·dry)로서 오염기준 20 mg/g·dry(일본) 이상 수준으로 오염이 심화된 상태를 나타내었다. AVS는 평균 0.05~2.20 mg/g·dry (평균 0.40 mg/g·dry)로서 COD의 경우와 유사하게 오염기준 0.2 mg/g·dry(일본) 이상으로 나타났다. 전반적으로 Figure 13과 같이 빈산소수괴 형성이 거의 없는 가덕수로(조사지점 11-13)에서 IL, COD가 낮은 경향이었으나 조사지점 21에서 가장 높게 분포하였다. 이는 조사지점 21의 경우 빈산소수괴가 빨리 형성되어 늦게까지 존재하는 지역으로서 산소가 없거나 부족한 상태에서 미생물 등에 의한 분해가 활발히 일어나지 않기 때문인것으로 판단된다.

Table 5. Number of speceis of major macrofaunal taxa at each of the sampling stations.

Figure 13. Distributions of IL and COD in sedment of Jinhae bay, 2010.

퇴적물에서의 유기물질은 최종적으로 부식물질을 만들기 때문에 퇴적물의 부식정도를 알아보기 위하여 Hakananson(1983)의 부식화 구분법에 준하여 부식화정도를 파악하였다. Hakananson(1983)은 T-N과 강열감량의 비가 20 이하는 Oligohumic, 20~25 사이는 Mesohumic, 25 이상은 Polyhumic상태로 구분하였다. 본 진해만 퇴적물의 부식화 정도는 Figure 14와 같이 대부분 Polyhumic 상태로서 강부식성을 나타내고 있다. 

Figure 14. Distributions of humic level with T-N & IL in sediment of Jinhae bay, 2010.

3.2. 진해만의 저서생물 군집구조

3.2.1. 진해만의 대형저서동물 출현종수, 개체수 및 생체량

 2010년도에 조사된 진해만에 서식하는 대형저서동물은 Table 5와 같이 총 109종, 9,710개체(883개체/m2)와 528.15 gWWt(48.01 gWWt/m2)이었다.

출현 종수는 Figure 15와 같이 환형동물문의 다모류가 68종이 출현하여 전체의 62.39%를 점유하였고, 절지동물문의 갑각류와 연체동물문이 각각 18종과 12종이 채집되어 16.51%와 11.01%를 차지하였다. 이 외에 기타동물군과 극피동물문은 각각 8종, 7.34%와 3종, 2.75%의 낮은 점유율을 나타내었다. 정점별로는 Figure 16과 같이 단 1종의 대형저서동물도 출현하지 않은 정점 8과 25를 제외하면, 1~65종의 범위에 정점 당 평균 17종이 출현하였다. 정점 16, 19, 21 및 23에서 공통적으로 가장 적었고, 정점 11에서 가장 다양하였다. 이 밖에 정점 13과 14에서 각각 45종과51종이 채집되어 상대적으로 많았다. 개체수에 있어서도 Figure 17과 같이 다모류는 8,410개체가 채집되어 86.61%를 점유하였고, 다음으로 연체동물문과 갑각류가 각각 440개체, 4.53%와 430개체, 4.43%를 차지하였다. 이 외에 극피동물문과 기타동물군은 각각 260개체와 170개체의 밀도를 나타내 2.68%와 1.75%의 낮은 점유율을 보였다. 정점에 따라서는 Figure 18과 같이 최소 10개체(정점 19, 21 및 23)에서 최대 5,150개체(정점 11)의 범위에 정점 당 평균 개체수는 883개체/m2이었다. 이 밖에 정점 13과 14에서 각각 1,270개체와 1,830개체가 채집되어 상대적으로 많았다. 한편 생체량은 Figure 19처럼 극피동물문과 다모류가 각각 219.40 gWWt과 204.94 gWWt을 나타내 41.54%와 38.80%를 차지하였고, 연체동물문은 83.44gWWt, 15.80%를 점유하였다. 이 외에 기타동물군과 갑각류는 각각 17.44 gWWt, 3.30%와 2.93 gWWt, 0.56%를 나타내 상대적으로 점유율이 낮았다. 정점별로는 Figure 20과 같이 0.03~249.12 gWWt의 범위에 정점 당 평균 값은 48.01 gWWt/이었다. 정점 23에서 가장 낮았고, 정점 14에서 가장 높았다. 이 밖에 정점 11에서 219.66 gWWt의 생체량을 나타내 상대적으로 높았다.

Figure 15. Number of speceis of major macrofaunal taxa in Jinhae bay, 201 2010.

Figure 16. Variations in the number of species of major macrofaunal taxa at each of the sampling stations.

Figure 17. density of major macrofaunal taxa in Jinhae bay, 201 2010.

Figure. 18. Variations in the density of major macrofaunal taxa at at each of the sampling stations.

Figure 19. biomass of major macrofaunal taxa in Jinhae bay, 2010.

Figure 20. biomass of major macrofaunal taxa at each of the sampling stations.

3.2.2. 진해만의 대형저서동물의 우점종

본 조사에서 출현한 대형저서동물의 출현 개체수 자료를 근거로 상위 10위까지의 우점종을 선정하였다. 상위 10위 우점종에는 다모류가 9종으로 가장 많았고, 다음으로 극피동물문의 거미불가사리류가 1종 이 상위에 위치하였다. 이들을 최우선 순위별로 나열해 보면, 다모류의 긴자락송곳갯지렁이(Lumbrineris longifolia), 황금뿔사슴갯지렁이(Melinna elisabethae), Isolda pulchella, Paraprionospio pinnata, Amaeana occidentalis, Spiochaetopterus costarum, 투구갯지렁이 (Sigambra tentaculata), Mediomastus californiensis, 양손갯지렁이(Magelona japonica) 및 거미불가사리류의 Amphioplus japonicus 등이었다. 이들 상위 10위 우점종들이 차지하는 밀도는 총 6,060개체로 전체의 62.41%를 점유하였다. 이 가운데 긴자락송곳갯지렁이와 황금뿔사슴갯지렁이가 각각 1,360개체, 14.01%와 1,260개체, 12.98%로 가장 점유율이 높았다(Table 6). 한편 이들 2종의 공간 분포양상을 보면, 긴자락송곳갯지렁이는 주로 정점 11과 14에서 출현 개체수가 많았던 반면, 황금뿔사슴갯지렁이는 정점 11에서 밀도가 높아 특징적이었다.

Table 6. Top 10 Dominant species of based on Number of species.

3.2.3. 생태지수 및 군집

본 조사의 생태학적 제 지수 분석은 생물이 출현 하지 않은 정점(정점 8과 25)과 단 1종이 출현한 정점(정점 16, 19, 21 및 23)은 제외하였다. Figure 21 과 같이 종 풍부도는 0.53~7.49의 범위에 정점 당 평균 값은 2.16이었다. 정점 3에서 가장 낮았고, 정점 11에서 가장 높았다. 이 외에 정점 13과 14에서 각각6.16과 6.66의 수치를 보여 상대적으로 높았다. 종 다양도는 생물이 전혀 출현하지 않은 2개 지점을 제외하고 최소 0.91(정점 3)에서 최대 3.50(정점13)의 범위에 평균 값은 1.37이었다. 이 밖에 정점 11과 14에서 각각 2.94와 3.16의 값을 나타내 상대적으로 높았다. 균등도는 0.66~0.92의 범위에 평균 값은 0.80이었다. 이 외에 정점 11에서 0.70의 수치를 보여 상대적으로 낮았다. 이렇듯 정점 3과 11의 상대적으로 낮은균등도 수치는 다모류의 P. pinnata와 황금뿔사슴갯지렁이의 출현 밀도에 기인한 결과이었다.

Figure 21. Comparisons of Ecological Index according to the sampling station.

출현 종의 개체수 자료를 근거로 대형저서동물의 군집구조를 파악하였다. 분석에서는 전체 출현 개체수의 0.50%이상(50개체 이상)을 차지하는 33종을 대상으로 하였고, 우점종에 의한 효과를 줄이기 위하여 자료는 square root로 변환하였다. 분석 결과, 대형저서동물 군집은 크게 3개의 그룹과 1개의 정점(정점 23)으로 구성되었다. 그룹 1은 정점 11, 13 및 14가포함되었고, 그룹 2는 정점 1, 3, 17 및 31이 속해있었다. 마지막으로 그룹 3은 정점 16, 19 및 21로 구성되었다(Figure 22). 한편 각 그룹을 대표하는 종을 보면, 그룹 1에서는 본 조사해역의 대부분 우점종이 포함된 가운데 다모류의 긴자락송곳갯지렁이, 황금뿔사슴갯지렁이, I. pulchella 및 A. occidentalis 등이 우점하였다. 반면 그룹 2에서는 다모류의 P.pinnata와 투구갯지렁이의 밀도가 상대적으로 많았다.마지막으로 그룹 3과 정점 23은 전반적으로 출현 종수나 밀도가 매우 적어 특징적인 종이 없었다. 

Figure 22. Dendrogram of cluster analysis and MDS(no-metric multidimensional scaling) plots of macrobenthos abundance data.

우리나라에서 “빈산소수괴 혹은 무산소”라는 표현을 사용한 것은 조(1979)가 진해만에서 1978년 양식굴의 대량폐사가 발생하였는데 이의 원인을 밝히는 과정에서 대규모 적조 발생에 의한 저층수의 빈산소혹은 무산소화에 의한 질식사가 주 원인인 것으로 밝히면서 처음으로 사용하였다(조창완, 1979). 홍은 1983년도 진해만의 여름철 저층 용존산소의 결핍과 저서생물량과의 관계를 규명하면서 용존산소 포화도가 40% 이하인 해역이 진해만 전체의 54%를 차지하고 있으며(홍재상, 1987), 또한 홍등은 1987년부터 약 2개년 연속조사 결과에서는 10월경에 성층이 파괴되면서 정상화 된다고 보고하였다(홍재상, 1991). 이는 1989년부터 1991년 사이에 진해만의 저산소수괴의 계절변동을 조사한 결과, 저산소수괴의 출현 시기가 매년 다르며, 대체적으로 봄부터 용존산소가 감소하기 시작하여 여름에 빈산소 혹은 무산소수괴가 형성된 후 가을에 회복되는 경향을 보였다고 보고하였다(이필용, 1993). 본 연구 에서도 수온성층 발생과 더불어 빈산소수괴가 형성하기 시작하여 지점에 따라 다르지만 보통 5~6개월 정도 빈산소수괴가 유지하였고 소멸 또한 성층의 소멸과 같이 빈산소수괴도 소멸하였다. 빈산소수괴가 형성된 저층에서는 영양염류도 월등히 높았으며 저서생물상을 보아도 빈산소수괴가 발생하지 않는 조사정점에서 상대적으로 건강한 생물상을 보였다. 이처럼 1970년대 말부터 보고되기 시작한 진해만에서의 빈산소수괴는 현재에 이르기 까지도 계속 발생하고 있어 진해만에서 지속적으로 수산생물을 생산하기 위해서는 근본적인 개선대책이 필요한 것으로 판단된다.

사 사

 이 연구는 국립수산과학원 시험연구사업(어장환경 내 유해물질 모니터링 및 위해도 평가)에 의해 수행되었음을 알립니다.

Reference

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