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여수연안의 가막만 백야도 동쪽 앞(N 34。36’905”E 127。39’066”)에 위치한 어류가두리양식장의 해역특성을 파악하기 위하여, 2013년 1월부터 2014년 11월까지 2개월마다 총 12회에 걸쳐 양식장의 환경조사를 하였다([Fig. 1]).

[Fig. 1] 
Map showing the sampling stations off Baegyado in Yeosu.

수온(WT), 염분농도(Salinity), pH는 YSI-85 (Incorporated Yellow Springs, Ohio 45387 USA Model 85/50 FT)를 이용하였으며, 용존산소(DO)는 Winkler 변법으로 현장에서 고정 후 실험실로 옮긴 후 즉시 측정하였다. 표층수와 저층수의 시료는 Van Dorn을 이용하여 채수하였고, 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 화학적산소요구량(COD)은 알칼리성 과망간산 칼륨법으로 알칼리성 하에서 과망간산 칼륨의 소비량을 측정하였고, 영양염류는 Strickland and Parsons (1972)에 따라 분광광도계(Gensis-5, US/GENESYS)로, 암모니아성 질소(NH₃-N)는 Indophenol법, 아질산성 질소(NO₂-N)는 Sulfanilamid-NED법, 질산성 질소(NO₃-N)는 Cu-cd칼럼환원법, 인산성 인(PO₄-P)는 Ascorbic acid법, 규산규소(Si(OH)₄-Si`는 Molybden blue법에 의해 비색 정량하였다. 용존무기질소(DIN)는 암모니아성 질소(NH₃-N), 아질산성 질소(NO₂-N), 질산성 질소(NO₃-N)을 합한 값이다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010). 엽록소-a(Chl-a)는 채수한 해수 500㎖를 0.45㎛ membrane filter로 여과하여 여과지를 90% 아세톤 10㎖에 추출시킨 후 원심분리기(비전과학, VS-4000)(3000rpm, 10min)로 분리하여 상등액을 흡광도 630, 647, 664, 750nm에서 분광광도계(Gensis-5, US/GENESYS)를 이용하여 SCOR-Unesco (1969)의 계산식으로 구하였다. 알칼리도(Alkalinity)는 시료 50㎖를 취하여 메틸오렌지 용액 2~3방울을 떨어뜨린 후 0.1N 염산으로 색이 변할 때까지 투입한 양으로부터 알칼리도를 구하였다(Jo. et. al., 2009).

채니기를 이용하여 채취한 후 실험실로 운반하여 분석 전까지 냉동보관 하였다. 함수율은 채니기로 채취한 퇴적물을 20~30g정도 취하여 건조기(HST-520M, 150L)에 105℃로 24시간동안 건조시킨 뒤 건중량과의 차이로 계산하였으며, 강열감량(IL)은 도가니에 건조된 시료 5g을 넣고 550℃의 온도로 2시간동안 가열한 후 데시케이터에서 냉각시키고, 실온으로 식힌 후 측정하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).

퇴적물COD(S-COD)는 과망간산알칼리법으로 하였으며, 산 휘발성 황화물(AVS) 측정은 검지관을 사용하여, 습시료 1g을 취하여 기체 발생관에 넣고 진한 황산 2㎖를 가한 후 검지관을 진공펌프와 연결하여 황화수소가 검지관에 흡수되도록 하였다. 발생한 황화수소의 양과 검지관 눈금으로부터 AVS를 구하였다(Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 2010).

여수 백야도 동쪽 앞 어류양식장의 표층수와 저층수의 수질 및 퇴적물의 성상에 관해 측정된 자료로 SPSS 23.0을 이용하여 주성분 분석을 하였다. 단, 퇴적물의 자료는 저층수에 포함시켰다. 수온, 염분, 알킬리도와 pH는 물리적요인이고, DO, COD, IL, AVS는 유기오염에, 질소와 인, Chl-a는 부영양화와 관련이 있다. 이들 요인간에는 서로 양(+) 또는 부(-)의, 또는 무상관관계가 있다(The Japan Society for Analytical Chemistry, Hokkaido Branch, 1994 : Japan Fisheries Resource Conservation Association,(1990); The Oceanographic Society of Japan, 1985, 1986, 1990). 표층수와 저층수의 수질의 평가에 주성분 분석법을 적용하여 그들의 상태를 결정하는 주요인을 도출하고, 정보량의 크기에 따른 소수개의 새로운 주성분으로 자료를 축소하여 분석, 검토 하였다.

2013년 표층수의 측정결과는 다음과 같다. WT는 6.64~23.87℃(15.71±6.97℃)이었고, Salinity는 30.11~33.10psu(32.30±1.14psu), pH는 7.94~8.18 (8.10±0.09), DO는 5.69~9.59㎎/ℓ(7.53±1.35㎎/ℓ), 표층수COD(SW-COD)는 0.49~8.96㎎/ℓ(2.21±3.34㎎/ℓ), DIN은 0.04~0.30㎎/ℓ(0.13±0.10㎎/ℓ), PO₄-P는 0.009~0.636㎎/ℓ(0.140±0.244㎎/ℓ), Si(OH)₄-Si는 0.142~0.561㎎/ℓ(0.303±0.162㎎/ℓ), Chl-a는 0.39~6.01㎍/ℓ(1.90±2.09㎍/ℓ), Alkalinity는 51~147㎎/ℓ(98±32.98㎎/ℓ) 이었다([Fig. 2]).

[Fig. 2] 
Change of environmental variables at the investigation site from January 2013 to November 2014.

WT: Water Temperature, W-COD: COD of water, S-COD: COD of sediment.

2013년 저층수의 측정결과는 다음과 같다.수온(WT)은 6.66~22.97℃(15.40±6.65℃)이었고, Salinity는 30.25~33.27psu(32.47±1.13psu), pH는 7.91~8.19(8.09±0.10), DO는 6.18~8.29㎎/ℓ(7.25±0.85㎎/ℓ), 저층수COD(BW-COD)는 0.208 ~8.848㎎/ℓ( 1.955±3.40㎎/ℓ), DIN은 0.02~0.32㎎/ℓ(0.10±0.11㎎/ℓ), PO₄-P는 0.004~0.160㎎/ℓ(0.044±0.060㎎/ℓ), Si(OH)₄-Si는 0.131~0.519㎎/ℓ(0.266±0.146㎎/ℓ), Chl-a는 0.65~6.74㎍/ℓ(2.53±2.15㎍/ℓ), Alkalinity는 58~111㎎/ℓ(94±19.97㎎/ℓ), IL는 5.81~5.87%(5.83±0.03%), S-COD는 7.05~15.26(9.50±3.07㎎/g), AVS는 0.005~0.169㎎/g(0.064±0.065㎎/g) 이었다([Fig. 2]).

2014년 표층수의 측정결과는 다음과 같다. WT은 7.80~23.55℃(15.98±6.61℃)이었고, Salinity는 31.50~34.07psu(32.78±0.91psu), pH는 8.02~8.25 (8.13±0.09), DO는 6.83~9.47㎎/ℓ(8.01±1.15㎎/ℓ), SW-COD는 0.45~2.02㎎/ℓ(0.96±0.55㎎/ℓ), DIN은 0.03~0.15㎎/ℓ(0.07±0.05㎎/ℓ), PO₄-P는 0.004 ~0.191㎎/ℓ(0.062±0.072㎎/ℓ), Si(OH)₄-Si는 0.110~0.491㎎/ℓ(0.226±0.140㎎/ℓ), Chl-a는 0.70 ~11.75㎍/ℓ(4.30±4.22㎍/ℓ), Alkalinity는 52~145㎎/ℓ(84±31.53㎎/ℓ) 이었다([Fig. 2]).

2014년 저층수의 측정결과는 다음과 같다. 수온은 7.90~23.58℃(15.84±6.45℃)이었고, Salinity는 31.64~33.93psu(32.85±0.82psu), pH는 8.02~8.24 (8.13±0.09), DO는 6.50~9.55㎎/ℓ(7.91±1.23㎎/ℓ), BW-COD는 0.300~1.300㎎/ℓ (0.735±0.38㎎/ℓ), DIN은 0.02~0.12㎎/ℓ(0.04±0.379㎎/ℓ), PO₄-P는 0.004~0.142㎎/ℓ(0.056±0.059㎎/ℓ), Si(OH)₄-Si는 0.055~0.501㎎/ℓ(0.217±0.162㎎/ℓ), Chl-a는 0.96~ 4.00㎍/ℓ(1.93±1.13㎍/ℓ), Alkalinity는 46~150㎎/ℓ(83±36.31㎎/ℓ), IL는 5.81~5.87% (5.84±0.03%), S-COD는 6.29~11.49(8.29±1.87㎎/g), AVS는 0.007~0.334㎎/g(0.106±0.123㎎/g) 이었다([Fig. 2]).

일반적으로 표층수, 저층수와 퇴적물의 분석결과는 2년간 월별로 비슷한 경향을 보이지 않았다.

2013년 표층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT 는 DO(r=-0.759)와 높은 부(-)상관성을, Salinity는 Chl-a(r=-986)와 높은 부상관성을, pH는 Si(OH)₄-Si(r=0.596)와 중위의 정(+)상관성을, DO는 WT(r=-0.759)와 높은 부상관성을, SW-COD는 Si(OH)₄-Si(r=0.721)와 높은 정상관성을, DIN은 Alkalinity(r=0.877)와 높은 정상관성을, PO₄-P는 Si(OH)₄-Si(r=-0.515)와 중위의 부상관성을, Si(OH)₄-Si는 SW-COD(r=0.721)와 높은 정상관성을, Chl-a는 Salinity(r=-0.986)와 높은 부상관성을, Alkalinity는 DIN(r=0.877)와 높은 정상관성을 나타내었다(<Table 1>).

주성분분석결과, 4개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 4까지의 누적기여율은 92.50%로서 전체 표층수 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다(<Table 2>). 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는, 제1 주성분은 Chl-a와 DO가 부(-)의, Salinity와 WT는 양(+)의 인자부하량을 나타내고 있어서 육수유입 또는 강수관련 물리적요인은 정의 상관, 이들과 유기오염 및 부영양 지표요인은 부의 상관관계를 나타내고 있다. 따라서 제1주성분은 육수유입 및 강수와 관계가 있다. 제2 주성분은 DIN과 Alkalinity가 정의 인자부하량을 나타내어, 부영양 지표와 물리적요인의 상관성으로, 제2 주성분 역시 육수유입 및 강수와 관계가 있다. 제 3 주성분은 pH, SW-COD, Si(OH)₄-Si가 정의 인자부하량을 나타내므로 유기오염과 관계가 있다. 제 4 주성분은 PO₄-P가 정, WT와 Chl-a도 부의 인자부하량을 나타내므로, 유기물유입으로 인한 부영양과 관계가 있다고 설명할수 있다(<Table 2>와 [Fig. 3]).

[Fig. 3] 
Rotated factor loading for surface-water variables off Baegyado in Yeosu in 2013.

2013년 저층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 IL(r=0.887)와 높은 정상관성을, Salinity는 Chl-a(r=-0.986)와 높은 부상관성을, pH는 WT(r=-0.499)와 중위의 부상관성을, DO는 Si(OH)₄-Si(r=0.817)와 높은 정상관성을, BW-COD는 IL(r=0.584)와 중위의 정상관성을, DIN은 PO₄-P(r=-0.945)와 높은 부상관성을, PO₄-P는 DIN(r=0.945)와 높은 정상관성을, Si(OH)₄-Si는 PO₄-P(r=0.945)와 높은 정상관성을, Chl-a는 Salinity(r=-0.986)와 높은 부상관성을, Alkalinity는 Chl-a(r=0.492)와 중위의 정상관성을, IL은 WT(r=0.887)와 높은 정상관성을, S-COD는 PO₄는 -P(r=0.904)와 높은 정상관성을, AVS는 WT(r=-0.702)와 높은 부상관성을 나타내었다(<Table 3>).

주성분분석결과, 4개의 주성분이 추출되었으며, 주성분1부터 4까지의 누적기여율은 92.65%로서 전체 저층수 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다(<Table 4>) 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는, 제1주성분은 Si(OH)₄-Si와 PO₄-P와 S-COD가 정의 인자부하량을 나타내고, WT는 부의 인자 부하량을 나타내어 육수유입 및 강수와 관계가 있다. 제2주성분은 Salinity가 정의 인자부하량을 나타내고, Chl-a는 부의 인자부하량을 나타내므로 육수유입 및 강수와 관계가 있다. 제3주성분은 AVS가 부의 인자부하량을 나타내고, WT는 정의 인자부하량을 나타내어 수온과 관계가 있다. 제4주성분은 BW-COD, Alkalinity와 pH가 정의, Salinity가 부의 인자부하량을 나타내므로, 육수유입 및 강수와 관계가 있다고 설명할 수 있다(<Table 4>와 [Fig. 4]).

[Fig. 4] 
Rotated factor loading for bottom-water variables off Baegyado in Yeosu in 2013.

2014년 표층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 DO(r=-0.955)와 높은 부상관성을, Salinity는 SW-COD(r=0.840)와 높은 정상관성을, pH는 DO(r=0.918)와 높은 정상관성을, DO는 WT(r=-0.955)와 높은 부상관성을, W-COD는 PO₄-P(r=0.891)와 높은 정상관성을, DIN는 Chl-a(r=-0.407)와 중위의 부상관성을, PO₄-P는 SW-COD(r=0.891)와 높은 정상관성을, Si(OH)₄-Si는 Alkalinity(r=0.807)와 높은 정상관성을, Chl-a는 PO₄-P(r=-0.680)와 높은 부상관성을, Alkalinity는 Si(OH)₄-Si(r=0.807)와 높은 정상관성을 나타내었다(<Table 5>).

주성분분석결과, 3개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 3까지의 누적기여율은 86.74%로서 전체 표층수 수질 변동의 87%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다(<Table. 6>) 추출된 각 주성분과 변수와의 관계는. 제1주성분은 WT가 부의 인자부하량을 나타내고, pH와 DO는 정의 인자부하량을 나타내므로, 수온과 관계가 있다. 제2주성분은 Chl-a가 부의 인자부하량을 나타내고, PO₄-P가 정의 인자부하량을 나타내고 SW-COD도 정이므로, 부영양과 깊은 관계가 있다. 제3주성분은 Si(OH)₄-Si와 Alkalinity는 정의 인자부하량을 나타내므로, 육수유입 및 강수와 관계가 있다고 설명할 수 있다(<Table 6>와 [Fig. 5]).

[Fig. 5] 
Rotated factor loading for surface-water variables off Baegyado in Yeosu in 2014.

2014년 저층수의 상관분석결과는 다음과 같다. WT는 DO(r=-0.979)와 높은 부상관성을, Salinity는 BW-COD((r=0.735)와 높은 정상관성을, pH는 WT(r=-0.920)와 높은 부상관성을, DO는 WT(r=-0.979)와 높은 부상관성을, BW-COD는 Salinity(r=0.735)와 높은 정상관성을, DIN는 Alkalinity(r=0.846)와 높은 정상관성을, PO₄-P는 IL(r=-0.755)와 높은 부상관성을, Si(OH)₄-Si는 DIN(r=0.946)와 높은 정상관성을, Chl-a는 AVS(r=0.928)와 높은 정상관성을, Alkalinity는 DIN(r=0.846)와 높은 정상관성을, IL은 WT(r=0.886)와 높은 정상관성을, S-COD(r=0.886)와 높은 정상관성을, S-COD는 DO(r=0.658)와 높은 정상관성을, AVS는 Chl-a(r=0.928)와 높은 정상관성을 나타내었다(<Table 7>).

주성분분석결과, 3개의 주성분이 추출되었으며, 주성분 1부터 3까지의 누적기여율은 93.35%로서 전체 수질 변동의 93%를 설명할 수 있는 것으로 나타났다(<Table 8>). 추출된 각 주성분과 변수와의 관계를 보면, 제1주성분은 WT와 IL이 부의 인자부하량을 나타내고, pH와 DO가 정의 인자부하량을 나타내므로 수온과 관계가 있다. 제2주성분은 DIN과 Si(OH)₄-Si이 정의 인자부하량을 나타내어 육수유입 및 강수와 관련이 있다. 제3주성분은 Chl-a, AVS, BW-COD와 Salinity가 정의 인자부하량을 나타내므로, 부영양과 깊은 관계가 있다고 설명할 수 있다(<Table 8>와 [Fig. 6]). 표층수와 저층수의 수질을 주성분분석법으로 분석한 결과, 추출된 14개의 주성분 중에서 정보량의 크기에 관계없이 육수유입 및 강수관련이 7개 주성분, 수온관련과 부영양관련이 각각 3개, 유기물관련이 1개 주성분으로 나타나, 이 지역은 주로 육수의 유입과 강수의 영향이 큰 곳이며 아직까지는 부영양화와 유기오염의 영향이 미미하다고 할 수 있다.

[Fig. 6] 
Rotated factor loading for bottom-water variables off Baegyado in Yeosu in 2014.

연안의 환경은 해수와 퇴적물의 물리·화학적 특성 및 유동과 혼합, 함유 화학성분의 기원, 농도, 분포 및 순환, 연안으로의 물질공급과정 및 서식하는 해양생물, 그리고 이들 요소들의 물리, 화학, 지질, 기후 및 생물적 작용과 그 상호작용 등 시공간적으로 매우 복잡하다. 이러한 복잡계내에서 가두리양식장에서는 적정수용력의 한계 내에서 양식생물의 상품성과 성장잠재능력을 최대한 끌어올려 생산성을 높이는 것이 경영목표의 하나일 것이다. 양식시설이 밀집되어 있는 양식 집중지역에서는 오염물질이 확산될 수도 있고, 오랜 기간에 걸쳐 누적되는 영향, 특히 저질에 대한 영향이 심각할 수도 있다. 그러므로, 경영자들은 자체적으로 양식장환경평가 프로그램을 통하여 양식장의 오염부하여부를 모니터링 할 필요가 있다.

이번 조사지역은 지리적 특성과 해수 유동상태로 봐서도 오염이 되기 쉽지 않은 곳이지만, 원래 공공재자원인 연안수역에서 양식 산업의 하부요소인 양식어업을 영위하는 것이므로 건강한 양식 환경을 제공할 의무가 있다. 따라서, 환경작용과 환경형성 작용의 양면에서 위험요소가 있을 때에는 과학적 불확실성이 존재할지도 사전예방원칙에 의존하여 미리 대비해야 할 것이다.

가막만 일원의 지정해역은 1987년 수출용 패류생산지역으로 지정되었고, 2000년부터 환경보전해역으로 지정되었으며, 2012년에는 한미패류위생협정이 체결되었다. 정부에서는 환경관리해역(환경보전해역과 특별관리해역)에 대한 ‘제 2차 해역별관리계획(2014~2018)’을 2014년에 발표하여, 해역별 수질, 저질, 생태계의 조사·분석과 이행평가를 강화하였다. 그러나, 가막만에 대한 연구는 최근들어 미미한 상태이다(Kim et al. 2004:).

물론 장기적인 조사연구가 필요하겠지만, 단기적인 조사연구의 축적도 필요하다.

앞으로, 이번 조사지역을 포함하여 여수연안의 환경을 체계적으로 모니터링하면서 양식생물과 해역의 최대 잠재생산성을 예측하고 지속가능성 어장으로 나아가는 것이 중요하다고 여겨진다.