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ISSN : 1976-6769(Print)
ISSN : 2287-8122(Online)
Korean Journal of Nature Conservation Vol.7 No.2 pp.151-160
DOI : https://doi.org/10.11624/KJNC.2013.7.2.151

전복양식장 표층퇴적물중 금속원소의 지화학적 분포 특성

전상백, 성기탁*, 김평중, 구준호, 주재식, 김현호, 남혜리, 이용화, 장대수
국립수산과학원 남서해수산연구소

Characteristics of Metallic Elements Geochemical Distribution in the Surface Sediment on Abalone Aquaculture

Ki-Tack Seong*, Sang-Back Jeon, Pyoung-Joong Kim, Jun-Ho Koo, Jae-Sik Ju, Hyun-Ho Kim, Hye-Ry Nam, Yong-Hwa Lee, Dae-Soo Chang
Southwest Sea Fisheries Research Institute, National Fisheries Research and Development Institute
(Received 13 November 2013; Revised 29 November 2013; Accepted 6 December 2013)

Abstract

We measured the grain size and metallics elements (Li, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Fe andAs) of surface sediments collected from 27 sampling sites in the Abalone aquaculture. The concentration rangeand average value of metallics elements were also below the sediment quality guidelines (TEL). As thepollution level was estimated by using enrichment factor (Ef) and index of geoaccumulation (Igeo), theenrichment factor (Ef) was about 1 for most of metallic elements were smaller than 1. However Arsenic (As)had highest value of 2.35. Index of geoaccumulation (Igeo) for the metallic elements (As, Pb and Mn) wereranged Igeo-class 0 (practically unpolluted) and most metallics elements (Li, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hgand Fe) were ranged Igeo-class 0~2, indicating that the pollution levels of metallic elements should not besignificant. It is necessary to keep monitoring pollution level in Abalone aquaculture to conserve the blue belt.

0040-01-0007-0002-9.pdf7.61MB

1. 서 론

 노화도는 다도해해상국립공원에 속해 있는 곳으로, 동경 126°40', 북위 34°10'이고, 완도에서 14.5 km 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 보길도·소안도 등과 함께 소안군도를 이루고 있는 면적 25.01 km2의 작은섬으로 해안선 길이는 41 km로 알려져 있다(Jeollanam-do, 2002; Wando County Office, 2011). 노화도 및 주변해역은 맥반암반층 지반의 지형적 특성으로 인해 정화작용이 우수한 청정해역으로 우리나라 전복 생산량의 70~80%을 차지한다(Naver, 2011). 이러한 노화도 전복양식장의 해양환경 보전 및 지속 가능한 이용을 위해서는 현재 노화도 전복양식장의 표층퇴적물에 대한 구성성분과 오염물질을 포함한 지화학적 분포특성을 파악하는 것이 매우 중요하다.  Kim(2012)는 노화도 미라리 해역에서 퇴적물의 황산염 환원과 철 환원에 의한 유기물 분해 특성에 관한 연구를 하였지만, 금속 원소에 대한 연구는 그동안 많이 이루어지지 않았다. 본 연구의 목적은 노화도 전복양식장 표층퇴적물의 지화학적 특성과 오염정도를 평가하여 이를 바탕으로 향후 해양환경보전을 위한기초자료로 제공하고자 한다.

2. 연구 방법

2.1. 조사 및 분석방법

 본 연구를 위한 현장 조사 정점을 그림 1에 나타내었다. 현장 조사는 2012년 8월에 노화(st.1~st.9), 보길(st.10~st.18), 소안(st.19~st.27)에서 각각 9개의 정점에서 수행하였다. 퇴적물 시료는 Teflon으로 코팅된 Van Veen grab 샘플러를 사용하였으며, 퇴적물의 교란을 최소하기 위하여 grab 투하 시 경각을 최소화하여 채취하였다. 퇴적물 입도분석은 10% 과산화수소수와 0.1N 염산을 이용하여 유기물과 탄산염을 제거하였고, 4Ø 표준체로 습식체질을 하여 4Ø 이상의 조립질 입자는 110oC에서 건조하여 건식체질을 하였으며, 4Ø 미만의 세립질 입자는 일정 시간간격으로 피펫팅 후 건조하여 시료의 무게를 구하였다. Folk and Ward(1957)의 계산식을 이용하여 평균입도를 구하였으며, Folk(1968)의 방법을 이용하여 퇴적상을 분류하였다.

Figure 1. A map showing the location of study area and the sampling sites in Abalone aquaculture.

 퇴적물 시료의 금속원소 분석을 위하여 상부(0~3 cm)의 퇴적물을 미리 산세척된 광구 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 300 ml 병에 시료를 담아 실험실로 옮겨 분석 시까지 동결 보관하였다. 시료 전처리 전까지 −76oC의 초저온 냉동고에 시료를 보관하여 동결건조기의 온도와 일치시킨 후 동결건조기를 사용하여 시료를 건조한 후 막자사발로 시료를 미세하게 간 다음 미리 산 세척된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)병에 담아 분석 전까지 시료를 냉장 보관하였다. 각각의 항목을 분석하기 위하여 동결 건조하여 전처리된 퇴적물을 초단파분해기(Microwave-oven Milestone Ltd, Italy)에 0.5g씩을 정확히 달아 Teflon cell에 넣은 후 HNO3:HClO4:HF(2:1:2) 5 ml:2.5 ml:5 ml를 주입한 후 250 watt에서 10분간, 500 watt에서 10분간, 750 watt에서 10분간 산분해 시키고 실온으로 방냉 시킨 후 미리 산세척된 50 ml Teflon 비커로 옮긴다. 시료가 완전 분해되지 않고 잔사가 남아서 위의 조작을 한 번 더 수행하였다. Teflon 코팅된 세라믹 Hot plate 및 석영(Quartz) Hot plate의 온도를 110oC로 맞춘 후 Teflon 비이커에 담겨진 시료를 완전건조 시킨다. 완전히 건조된 Teflon 비이커를 실온으로 낮춘 후 다시 HNO3 2 ml를 더하여 다시 완전 건조시킨 다음 위의 과정을 한번 더 수행한 후 따스한 1% 질산용액(50oC 이하)으로 미량금속원소들을 용출시켜 낸 다음 GF/C 110 mm 여지 혹은 Whatman No. C 110 mm 여지를 사용하여 여과시켜 100 ml로 정용하여 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Perkin Elmer Elan 9000, USA)을 사용하여 분석하였다(해양수산부, 2006). 수은(Hg) 분석을 위해서는 금아말감수은 전용분석기(DMA-80, Milestone Ltd., Italy)를 이용하여 미리 동결 건조시킨 미세하게 간 퇴적물시료 0.1g을 니켈 Boat에 정확히 달아 분석하였다. 분석의 정확도와 정밀도를 구하기 위해 정확한 농도를 알고 있는 퇴적물 표준 시료 MESS-3(Canada, NRC)를 사용하였으며 정도관리 시료의 회수율은 96~101% 범위였다(표 1). 

Table 1. Certified value, average of measured value, and recovery of each metallic element for the reference material (MESS-3).

2.2. 금속원소의 오염도 평가

 일반적으로 오염(pollution)은 환경 내 존재하는 구성성분의 농도가 자연 상태에서의 농도에 비해 높거나 생물에 악영향을 미치는 상태를 말한다. 우리나라 해양수산부 해양환경 해저퇴적물 기준(표 2)인 주의기준(Threshold Effects Level, TEL: 부정적인 생태영향이 거의 없을 것으로 예측되는 농도)과 관리기준(Probable Effects Level, PEL: 부정적인 생태영향이 발현될 개연성이 매우 높은 농도)를 이용하여 비교하였으며(http://www.mof.go.kr/law2.do.), 농축계수(Enrichment factor, Ef)와 농집지수(geoaccumulation index, Igeo)를이용하여 평가하였다.

Table 2. Threshold Effects Level (TEL) and Probable Effects Level (PEL) proposed by MOF (Ministry of Oceans and Fisheries) as the sediment quality guidelines in Korea.

 적용방법으로는 As, Cd, Cr, Hg, Ni 및 Pb는 각 기준 농도를 직접 비교하고, Cu와 Zn은 금속 농도가 입자 크기에 따라 변화하므로 입자 크기의 변화를 나타낼 수 있는 금속 Li을 사용하여 보정된 금속 농도를 기준 농도와 비교하는 것으로 명시 되어 있다. 만일 시료의 Li 값이 33.1 ppm 이하이거나 입도보정 농도가 음의 값을 보일 경우 별도의 입도보정 없이 주의기준과 관리기준에 직접 비교하며, 계산식은 식(1)과 (2)이다. 

 

 

 연구시료 중 시료중 원소의 농도를 보존성 원소로 알려진 Fe, Al 혹은 Li의 농도와의 비를 표 3에 나타낸 기준값인 지각평균 혹은 퇴적물 평균값으로 나누어준 값인 농축계수를 구하였으며, 본 연구에서는 보존성 원소로서 Li을 사용하였다. 농축계수와 농집지수의 계산식은 각각 식 (3)과식 (4) 이다.

Table 3. Average of metallic elements in the continental crust.

 

 

 여기서, (Me/Li)observed는 연구지역 내 퇴적물 시료 중 측정된 금속원소의 값(Me)과 Li 값에 대한 농도비이며, (Me/Li)crust는 지각 내 Li에 대한 각 금속원소의 농도비이다. Cn은 연구지역내 퇴적물 중 금속원소의 농도, Bn은 금속원소의 바탕농도(background)로서 지각내 각 원소의 평균농도 또는 측정된 시료의 가장 낮은 값을 의미한다. 이 연구에서는 원소의 배경 값은 측정한 시료 중 농도가 가장 낮은 값을 사용하였다. As의 경우 소안도 정점 9에서 6.13 ppm이고, Mn은 보길도 정점 14에서 475 ppm이였으며, 대부분의 금속 원소(Li 31.5 ppm, Pb 20.8 ppm, Cd 0.05 ppm, Cu 5.65 ppm, V 38.5 ppm, Cr 33.7 ppm, Co 7.75 ppm, Zn 45.6 ppm, Fe 2.28%, Ni 13.2 ppm 및 Hg 0.006 ppm)는 보길도 정점 12에서 가장 낮은 값이다. 그리고 계산의 결과가 음의 값일 경우 Igeo-class 0으로 표기하였다(Müller, 1979). 

3. 결 과

3.1. 퇴적물의 입도조성

 전복양식장 표층퇴적물의 정점별 입도조성과 유형을 그림 2와 그림 3에 나타내었다. 입도조성은 전 연구지역에 걸쳐 자갈(gravel)은 나타나지 않았으며, 모래(sand)는 전 지역에 분포하고 함량분포는 0.88~91.13(33.13±32.25)%를 나타내었다. 보길도 정점 13와 17을 제외한 보길도 지역에서 70% 이상의 모래함량을 보였으며 그 외 노화도와 소안도 지역에서는 40% 이하의 함량을 나타내었다. 실트(silt)의 경우 함량비율은 7.27~75.68(53.67±24.95)%이고, 노화도 정점 2와 3을 제외한 노화도 지역과 소안 정점 20, 21, 23, 25 및 26에서 70% 이상의 함량을 보길도 정점에서는 평균 23.16%의 낮은 함량을 나타내었다. 본 연구지역의 퇴적물의 주요 구성요소임을 알 수 있었다. 반면 점토(clay)의 함량 비율은 1.59~23.6(13.2±7.69)%고, 노화도와 소안도의 전 지역에 걸쳐 10% 이상 분포하며, 보길도 지역은 10% 미만의 함량을 나타내었다.

Figure 2. The percentage compositions of sand, silt and clay in surface sediment of Abalone aquaculture.

Figure 3. The horizontal distribution of sedimentary type in the surface sediment of Abalone aquaculture. [Abbreviations: Z (silt), sZ (sandy silt), zS (silty sand), S (sand)].

 Folk(1968)가 제시한 퇴적상 분류에 의한 분석결과 전복양식장 퇴적물 유형은 Z(silt), sZ(sandy silt), zS(silty sand), S(sand)로 4개의 퇴적상으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 노화도 정점의 경우 섬으로 근접할수록 Z가 분포하며, 외해로 나갈수록 sZ가 분포하였다. 보길도 정점에서는 zS가 우세하게 분포하고 있으며 정점 15에서만 S가 나타났다. 소안도 정점에서는 Z가 우세하게 분포하였다. 

 전복양식장 표층퇴적물의 입도범위는 2.39~6.98 (5.36±1.65)Ø이며, 대부분의 정점들이 실트(silt)로 구성되어 있다. 본 연구지역인 노화도 전복양식장 표층퇴적물의 평균입도는 5.36Ø로써 실트(silt)로 구성되어 있다. 

3.2. 퇴적물의 표준화

 Summerhayes(1972)는 일반적으로 두 원소 혹은 여러 원소 사이의 통계분석에서 상관계수가 높은 원소들의 지화학적 성분 특성과 퇴적환경 내에서 거동방식 등에 유의한 관련성을 보인다고 하였다. 그러므로 상관계수 분석은 원소들의 함량과 분포를 조절하는 일차적 요인을 해석하는데 유용하다. 본 연구해역의 퇴적물 조성과 성분들을 상호, 비교하고 각각의 성분들 상호간의 상관성으로부터 일차적인 분포 조절요인을 파악 할 수 있는 표준화 성분을 찾을 필요가 있다고 판단된다. 퇴적물 내 화학 원소의 농도는 자연적 혹은 인위적인 요인에 의해서 영향을 받으며, 사질 퇴적물에 의한 희석작용으로 세립한 퇴적물에서 농도가 높고 조립한 퇴적물에서 농도가 낮다(Kim at al., 2012). 그러므로 이러한 원소들의 농축정도를 평가하기 위해서 퇴적물 입도와 퇴적물 조성에 영향을 미치는 광물학적인 효과에 대한 표준화가 필요하다(김평중, 2010). 표준화 원소는 연구 대상해역의 특성과 지질학적 분포 특성을 판단하여 가장 적합한 보전성 원소(Conservative elements)를 선택하여야 한다. Windom et al.(1989)은 대부분의 지화학적 원소들은 일반적으로 세립한 크기의 알루미늄 실리케이트로 구성 되어져 있다고 하였으며, 표준화 원소로는 Al이 많이 사용되었다. 하지만 다양한 크기의 장석과 같이 물리적으로 미성숙한 풍화산물로 조성된 퇴적물에서 알루미늄을 이용한 표준화는 유용하지 못하며, Al은 일반적으로 조립한 입자에서도 세립한 입자와 같은 양을 나타내기 때문에 이로 인해 미량금속과 알루미늄의 상관관계가 없거나 유의하지 않은 상관관계를 나타나게 한다(Kim, 2010). Loring et al.(1992, 1993)은 Li은 운모, 철마그네슘 광물 및 점토로 이루어진 퇴적물에서는 장석과는 화학조성이 다르기 때문에 Li이 보다 좋은 상관성을 가지고 있어 표준화 성분으로서 보다 더 유용하다고 보고하였다. Li과의 상관관계를 분석해 본 결과 Li과 V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg 및 Pb은 좋은 양의 상관성(R2=0.70~0.99)을 보였다. Mn은 R2=0.6이고, As의 경우 R2=0.4 였다. 따라서, 본 연구에서는 높은 상관관계를 보이는 Li을 표준화 원소로 사용하였다(그림 4). 

Figure 4. Plots of mean Li versus metallic elements in surface sediment from the Abalone aquaculture.

3.3. 금속원소의 분포

 일반적으로 연안 해역에서 퇴적물 중 금속원소의 농도는 입도와 유기물 함량에 의해 조절되지만, 대부분 다양한 요인들이 복잡한 작용을 하여 그 농도를 달리한다(Choi et al., 2010: Hwang et al., 2011). 본 연구에서 Li과 V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg 및 Pb은 좋은 양의 상관성(R2=0.70~0.99)를 가지는 것이 석영희석효과(Quartz dilution effect)에 의한 일차적인 농도분포를 조절하는 것으로 판단된다. Libes (1992)는 망간산화물 및 철수산화물은 퇴적물의 환원 환경 하에서 유기물 분해의 산화제 역할을 한다고 보고하였다. 이를 입증하기 위해서는 산화환원전위(Oxidation reduction potential)가 필요한데 자료를 구하지 못하였다. 노화도 전복양식장의 표층 퇴적물 중 Li, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, As 및 Fe의 분포특성을 살펴보기 위하여 수평농도분포를 그림 5에 나타내었다. Li은 본 연구에 표준화 원소 및 물질로 사용되었으며 Li의 농도는 31.52~89.51 (64.1±18.59) ppm 범위이다. V은 단독으로 존재하기보다는 주로 광상에서 다른 금속원소와 결합된 특정광물의 형태로 존재하는 것이 특징적이다(Windom et al., 1989). 하천을 통하여 해양으로 유입되는 이동형태는 전체 이동량의 90%가 고체상으로 이루어지며, 용존 상의 이동량은 상대적으로 미약하다고 보고되었다(Martin et al., 1979). V의 농도 범위는 38.51~125.1 (84.57±28.19) ppm이다. Cr, Ni, Co, Mn은 모두 Fe 그룹에 속하며 조암광물 격자 내에서 Fe, Mg과 치환하는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 화성암보다는 초염기성암에서 100~1000배 정도 농축되어 있는 원소이지만 Mn은 Fe에 이어 두 번째로 함량이 높으며 쇄설성 광물 중 점토광물을 비롯하여 각섬석, 휘석, 운모 등에서 비교적 높은 함량을 나타낸다(Bowen, 1979). 하천을 통하여 해양으로 유입되어지는 Cr, Ni, Co의 이동은 전체의 90% 이상이 고체상의 형태로 이동되며, 용존 상의 이동비율은 1~10%이고 Mn은 전체의 90% 이상이 고체상으로 이동되며, 용존상의 이동량은 상대적으로 적다(Martin et al., 1979). Cr33.65~91.81 (66.12±18.5) ppm, Ni 13.19~40.2 (28.56±8.69) ppm, Co 7.76~16.98 (12.82±2.96) ppm, Mn 475.1~737.6 (592.7±73.31) ppm의 범위이다. Cu, Zn, Pb, Cd과 Hg은 대표적인 오염형 중금속 원소로서 규산염 광물 가운데 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모 등에서 함량이 높은 것으로 알려져 있다. 이들 원소는 특히 규산염 광물의 격자구조에 편입될 경우 특정 격자구조에 대한 선택성이 서로 달라서 Cu는 감람석과 휘석에서, 그리고 Zn는 각섬석과 흑운모에서 농축을 보이는 것이 특징적이다(Wedepohl, 1969). 하천으로 부터 공급되는 Cu 및 Zn은 전체 이동량의 50~90%가 고체상으로 이루어지며, 용존 상의 이동량은 10~50%를 차지한다(Martin et al., 1979). 전복양식장 표층퇴적물의 중금속 농도는 각각 Cu 5.65~21.98 (14.41±4.92) ppm, Zn 45.64~118 (83.56±23.04) ppm, Pb 20.84~30.92 (25.54±2.71) ppm, Cd 0.048~0.125 (0.086±0.021) ppm 및 Hg 0.006~0.023 (0.014±0.005) ppm의 범위이다. As와 Fe 경우 농도는 6.13~9.36 (7.26±0.76) ppm, 2.28~4.68 (3.59±0.74)% 범위이다. 이들 성분의 수평농도분포를 보면 소안도로 갈수록 농도가 점차 증가하였다. 노화 정점의 경우 동쪽방향에 위치한 정점에서 높은 농도를 보이며, 서쪽인 외해로 나갈수록 점차 농도가 감소하며, 남쪽인 보길도 방향으로도 농도가 증가하는 것을 보인다. 보길 정점 13에서는 보길도의 다른 정점에 비해 약 2배 정도의 높은 농도였으며, 그 외 정점에서는 유사한 농도분포를 보였다. 소안도 정점에서는 동쪽방향에 위치한 정점에서 높은 농도 분포를 보였다.

Figure 5. The horizontal distributions of metallic elements in surface sediment from the Abalone aquaculture.

3.4. 퇴적물의 오염도 평가

 전복양식장의 표층퇴적물 중 오염도를 평가하기 위해서 우리나라 해양수산부 해양환경 기준, 농축계수 및 농집지수을 이용하였다. 해양환경기준에 명시된 금속원소만 적용하여 Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb 및 As의 오염도를 비교 평가하였다. Cu와 Zn의 경우 Li의 농도가 보길도 정점 3을 제외한 전 정점에서 33.1 ppm을 초과하여 Li을 이용한 입도 보정 계산식으로 농도를 보정하였다. 보길도 정점 15, 18 및 19에서 Zn이 각각 69.1 ppm, 68.6 ppm, 66 ppm으로 주의기준(TEL)을 약간 상회하는 농도(그림 6)를 보였으며, 그외의 모든 정점에서는 TEL 이하였다.

Figure 6. The concentrations of metallic elements (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, As) in surface sediment of Abalone aquaculture. The dotted and solid lines represent the values of TEL (Threshold Effects Level) and PEL (Probable Effects Level) proposed by MOF (Ministry of Oceans and Fisheries) as the sediment quality guidelines, respectively.

 Turekian(1964)은 퇴적물 중의 원소는 표준물질에서 나타난 값을 비교함으로서 농축의 정도를 추정할 수 있으며, 이러한 표준물질로는 흔히 지각물질이나 셰일을 이용한다고 하였다. 퇴적물의 원소나 미량금속 그리고 유기물의 함량은 퇴적물입자와 유의한 상관관계를 가지고 있으며 또한 유기물이나 무기물은 침강하는 과정에서 강한 상관성을 가진다고 보고되었다(Cho et al., 1994; Cho et al., 2000). 따라서 어떤 원소나 미량금속이 농축되었다 하더라도 유기물과 함께 거동하기 때문에 보존성 원소인 Fe, Li이나 Fe, Li과 유의한 상관성을 가지는 다른 원소로 표준화하는 과정이 필요하다. 본 연구에서는 Fe, Li를 앞에서 상관관계 분석한 결과 Li이 다른 원소들과 가장 많은 상관성을 가지기 때문에 표준물질로 사용하고 퇴적물 중의 평균함량을 기준으로해서 농축계수를 구하였다. 또한 어떤 원소나 미량금속이 농축되었다고 하는 것은 퇴적물중의 자연적인 농도 이상으로 높다는 것을 의미한다. 농축계수가 1 이하인 값은 오염이 되지 않았으며 자연적인 배경농도 값과 같기 때문에 자연적인 농도로 볼 수가 있다. 반면에 농축계수가 1이상인 것은 자연적인 배경농도를 초과하는 금속원소가 농축되어 있음을 시사하며 외부의 유입이나 인위적인 오염으로 판단할 수 있다. 최근에 Birth(2003)과 Chen et al.(2007)은 Ef 값을 7단계로 세분화 하였다. Ef < 1 오염이 되지 않은 상태(No enrichment), Ef =1~3 약간 오염상태(Minor enrichment), Ef=3~5 적당한 오염상태(Moderate enrichment), Ef=5~10 적당히 심한 오염상태(Moderately severe enrichment), Ef=10~25 심한 오염상태(Severe enrichment), Ef=25~50 매우 심한 오염상태(Very severe enrichment), 그리고 Ef>50 극히 심한 오염상태(Extremely severe enrichment)라고 분류하였다. 본 연구에서는 금속원소에 대해서 계산한 농축계수를 그림 7에 표기하였다. 그림7에서 자연적인 배경농도 값인 1에 점선으로 표기하였다. 계산되어진 농축계수는 Pb이 보길도 정점 13과 16에서 각각 1.06, 1.05의 값으로 약간 오염상태(Minor enrichment)에 해당하였다. Pb과 As를 제외한 모든 금속원소는 전 정점에서 1 이하 값을 나타냈다. As의 경우 대부분의 정점에서 1을 초과하였으며, 그중에 보길도 정점 13과 16에서 각각 2.35, 2.11로 가장 높은 값을 나타내었다. 이는 주로 우리나라의 경우 옥천대 변성퇴적암과 경상분지를 중심으로 한 백악기 화산암 분포지역을 중심으로 광물 중 As의 함량이 높으며, 해남, 진도, 완도 등 전남 남서부 지역은 우리나라의 대표적인 백악기 화산암 분포지역 중에 하나로 보고된 것과 일치한다(Hwang et al., 2011; Shin et al., 2002).

Figure 7. Enrichment factor of metallic elements (As, Pb, Cd, Cu, V, Cr, Co, Zn, Fe, Ni, Mn, Hg) in surface sediment of Abalone aquaculture. The dotted lines represent the values of background concentration.

 농집지수는 농축계수와 비슷하게 퇴적물에 함유된 원소 및 미량금속 함량을 오염되지 않은 원소 및 미량금속 함량과 비교하여 정량하는 방법으로 주로 퇴적물 오염 평가에 사용되며 그 값에 따라 7등급으로 구분되어진다(Müller, 1979). 농축계수와는 달리 농집지수는 표 4에 나타낸 것과 같이 직접적으로 농집정도를 등급화하여 쉽고 빠르게 간접적 오염정도를 평가 할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서 계산되어 진농집지수의 결과 개수를표 4에 표시하였다.

Table 4. Classification of geoaccumulation index and the number of Igeo class for the concentration of metallic elements in surface sediment from the Abalone aquaculture.

 As, Pb 및 Mn은 모든 정점에서 Igeo-class 0를 보여 오염되지 않은 수준(Practically unpolluted)이다. Cd, Cr, Co, Zn Fe, Mn, Li 및 Hg 또한 노화도와 소안도 정점에서 Igeo-class 1로서 오염되지 않은 수준과 약간 오염된 수준(Practically unpolluted/moderately polluted)의 중간단계에 해당하였으나 보길도 정점에서 Igeo-class 0를 보여 전반적으로 오염되지 않은 수준(Practically unpolluted)으로 판단된다. 하지만 Cu, V 및 Ni은 보길도 정점에서는 대부분 Igeo-class 1이고, 노화도와 소안도 정점에서 약간 오염된 수준(Moderately polluted)인 Igeo-class 2에 해당하였다. 전반적으로 몇몇 금속원소가 약간 오염된 수준을 보이고 있지만 대부분의 정점에서 Igeo-class 0 또는 Igeo-class 1로서 아직까지는 노화도 전복양식장 내에 표층 퇴적물이 우려할 만한 수준의 오염은 아니라고 판단된다. 

4. 결 론

 전복양식장 표층퇴적물의 금속원소의 함량과 분포특성을 파악하기 위해서 노화도, 보길도, 소안도 27개 정점에서 채취한 시료를 대상으로 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 

 1. 전복양식장 표층퇴적물의 평균입도는 5.36Ø로 거의 대부분의 정점들이 실트(silt)로구성되어있다.

 2. 금속원소와 높은 상관성을 보이는 Li을 표준화 원소로 사용하였으며, 대부분 금속원소의 분포는 노화도 정점에서 농도분포는 동쪽방향에 위치한 정점과 남쪽 보길도 방향으로 갈수록 증가하였으며, 서쪽 외해로 나갈수록 감소하였다. 보길 정점의 경우 정점 13을 제외한 정점에서 유사한 농도분포를 보였다. 소안 정점은 동고서저의 농도분포를 보였다.

 3. 농축계수 1을 상회하는 원소로는 비금속 원소인 As이며, 이는 주로 우리나라의 경우 옥천대 변성퇴적암과 경상분지를 중심으로 한 백악기 화산암 분포지역을 중심으로 광물 중 As의 함량이 높으며, 해남, 진도, 완도 등 전남 남서부 지역은 우리나라의 대표적인 백악기 화산암 분포지역 중에 하나이다. 농집지수는 0과 1에 집중이 되어 우려할 만한 수준의 오염은 아니라고 판단된다.

 본 연구를 통해서 전복양식장의 표층퇴적물에 대해서 금속원소의 농도분포는 기준농도(지각평균농도)보다 낮거나 유사한 농도를 보이는 청정해역으로 판단된다.청정해역인 노화도 전복양식장의 해양환경을 보전하고 지속가능한 이용을 위해서는 장기적인 모니터링을 통한 보존 및 관리를 해야 하며, 꾸준한 연구가 필요하다.

사 사

 이 연구는 국립수산과학원 남서해수산연구소 시험 연구사업(전복 가두리 양식 생산성 향상 및 표준화 연구)의 일환으로 수행되었습니다. 

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