남해 연안 양식 해역에서의 강수량과 환경인자와의 상관성 분석

1. 서 론

연안 해역은 해양과 육상의 접경지로, 육상의 산업화 및 계절에 따라 상이한 환경 특성을 보이며, 강수 현상과 강과 지하수 같은 육수의 유입 정도에 의해 염분, 영양염 및 생산량 등 연안 환경인자 변동이 크게 지배되는 곳이다(Yoon and Kim[1996]). 특히 육상의 농업 및 다양한 산업 활동 증가는 연안 지역의 무기 영양염 및 유기물 유입 조절 요인이 되며, 이는 1차 생산력에 미치는 정도에 따라 생물 생산에 영향을 줄 수 있으며, 부영양화와 같은 환경문제도 발생시킨다(Abreu et al.[2010]; Wang et al.[2015]). 따라서 연안 지역에서의 장기적인 시간과 공간에 따른 환경요인의 변동성을 파악하는 것은 해양 생물과 환경 사이의 상호작용을 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다(Abreu et al.[2010]). 한국 연안의 천해 양식장은 90년대부터 급격히 증가하여 2023년 기준 남해 연안에 약 6,000개의 패류 및 해조류 양식장이 존재한다(KOSIS[2024]). 특히 우리나라에서 천해 양식 생산량의 대부분을 차지하고 있는 패류 및 해조류 양식은 남해 연안에 집중적으로 분포하고 있다(Hwang et al.[2010]; Kim et al.[2019a]). 따라서 남해안에서 장기적인 환경 변동 특성은 우리나라 주요 양식 생산량과 밀접한 관계를 가지며, 기후변화에 따른 양식 생산 추이를 파악하는데 기본적인 데이터가 된다.

한반도는 6월부터 8월까지 여름철 동안 중국 남부에서 일본 남부로 뻗어 있는 장마 전선이 북태평양 고기압 가장자리에 형성되며 강수량의 계절적 변화는 몬순 기후대의 영향을 받는다(Kim et al.[2002]; Yihui and Chan[2005]). 기후 변화는 아시아 몬순 기후의 강우 추세에 영향을 미칠 수 있다는 많은 연구 결과가 보고됐으며(Kim et al.[2002]; Kim et al.[2019a]; Rato et al.[2022]), 강수량 변동은 연안의 다양한 생지화학적 순환에 관여하여 염분, 영양염, 식물플랑크톤 생체량 등의 표층 환경인자를 조절할 수 있다(Park et al.[2011]). 게다가 유역의 흐름은 수로 또는 댐 건설로 인한 방류 조절에 영향을 받으며 담수 방류량은 여름철 높은 강수량과 관련이 있다(Kim et al.[2017b]; Jung et al.[2014]). 해양 생태계의 생산성에 관여하는 물리적 환경 조건의 변동을 이해하는 것이 중요하게 여겨져 왔으며(Arhonditsis et al.[2002]), 연간 및 계절적 변동이 크게 일어나는 강수량은 영양소 순환을 제어하여 생물학적 생산성에 영향을 미칠 수 있다(Kwon et al.[2013]; Rato et al.[2022]). 따라서 우리나라의 기후변화에 대한 양식 생물 생산 변동을 규명하기 위해 강수량과 해양 환경인자의 상관성을 파악하는 것이 중요하지만, 강수량 및 환경인자의 장기적 변동에 관한 연구는 미흡한 상태이다(Kim et al.[2021]; Yadav et al.[2024]).

본 연구에서는 강수량과 남해 연안 환경인자 변동의 상관성을 파악하기 위해 1997년부터 2023년까지 조사된 해양환경측정망 관측자료를 통계 분석하였다. 천해 양식이 활발하게 이루어지는 국내 남해 연안을 중심으로 강수량 누적 자료와 환경인자 자료의 상관성을 밝혀 최근 27년간 국내 연안 강수량 변동에 따른 수산생물 서식지인 양식장 환경의 수온, 염분, 영양염, 유기물 및 생산량의 장기변동 특성을 이해하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1 연구해역

본 연구는 한반도 서남해역(함평만)에서 남동해역(온산항)에 이르는 전남권과 경남권에 속한 연안 해역을 대상으로 수행하였으며 남해 연안 정점 위치는 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1.

Locations of stations for observing marine environment conditions and the distribution of shellfish and seaweed farms in the South Sea. The blue circle symbols indicate the 211 stations along the southern coast. In 2023, the green area represents 1,943 seaweed farms and the blue area represents 4,345 shellfish farms.

연구해역은 반 폐쇄성 내만과 많은 섬이 분포하고 있으며, 약 9,400 km에 이르는 복잡한 해안선을 따라 다양한 양식업이 성행하고 있다(DATA[2024]). 2023년 지자체별 천해 양식어업권 현황(KOSIS[2024])에 따르면 전라남도 패류 2,656건, 해조류 1,868건, 경상남도 패류 1,689건, 해조류 75건으로 전국 패류 양식의 83%, 해조류 양식의 86%가 본 연구해역에서 이루어진다. 패류와 해조류 양식에 주요한 영향을 주는 영양염류 분포는 육상기원 담수에 의존하고 있으며(Baek et al.[2019]; Li et al.[2014]), 영산강, 섬진강, 낙동강과 같은 큰 강과 작은 하천, 지하수 등을 통해 유입이 이루어진다(Kim et al.[2013]).

한반도는 몬순 기후대에 속하며 여름철 강수량이 연간 강수량의 약 60%를 차지함과 더불어 집중 호우가 발생하여 지형 및 기후 특성으로 인한 최대 유출량 및 최대 홍수량이 나타난다(Bae et al.[2008]). 전라남도의 연평균 강수량은 약 1,100~1,500 mm로 나타나며, 경상남도 또한 연평균 강수량이 약 1,200~1,900 mm의 분포로 다우지역에 속한다(KMA[2024]).

3. 결과 및 고찰

3.1 환경인자 및 강수량 장기변동

국내 남해 연안 211개 정점에 대한 27년간 환경인자 및 강수량의 경향을 파악하기 위하여, 조사 정점별 월간(2월, 5월, 8월, 11월) 환경인자 농도 및 평균과 월간 평균 강수량의 장기변동을 Fig. 2에 나타내었다.

Fig. 2.

Annual variation (1997-2023) of a) precipitation (millimeters), b) temperature (degree celsius), c) salinity, d) DIN (micrograms per liter), e) DIP (micrograms per liter), f) COD (milligrams per liter) and g) Chlorophyll a (micrograms per liter) collected at monthly (2, 5, 8, 11) intervals. The black circle symbols indicate monthly mean value. The gray circle symbols indicate original value of stations.

27년간 해양환경측정망 조사 연구기간 동안 전라남도 및 경상남도의 강수량은 평균 123.3±120.4 mm(2월 42.4±25.0, 5월 125.8±62.2, 8월 279.6±146.1, 11월 51.1±45.0 mm)로 최소 0.0 mm부터 최대 748.0 mm까지 계절별로 변동을 보였다. 기상자료 개방포털(KMA[2024])에 따르면 우리나라의 집중 호우 주의보 혹은 경보는 3시간 누적 강수량이 60~90 mm 이상, 12시간 누적 강수량이 110~180 mm 이상 예상될 때를 지칭하는데, 월별 강수량이 가장 높았던 2002년 8월에는 태풍 루사의 영향으로 폭우가 내려 31일 하루 동안 전남지역에서 160.9 mm, 경남 지역에서 195.0 mm의 강수량을 보였다. 또한 2012년 8월은 월별 강수량 433.0 mm로, 집중 호우로 인해 3일 동안 많은 비(전남 187.7, 경남 223.5 mm)가 내렸으며, 태풍 볼라벤의 영향으로 28일 하루 동안 강수량(전남 103.4, 경남 56.9 mm)이 증가했다, 2014년 8월은 월별 강수량 531.1 mm로 집중 호우의 영향으로 3일 동안 강수량이 증가했다(전남 80.1, 경남 82.5 mm).

27년간 남해 연안의 환경인자인 수온, 염분, DIP, COD 및 Chl-a는 정기적인 계절 변동을 보였다. 수온은 –0.07~32.72℃ 사이에서 평균 16.83±6.41℃(2월 8.21±2.68, 5월 16.61±1.52, 8월 25.11±2.34, 11월 16.76±1.39℃)로 나타났다. 염분은 0.06~35.52 사이에서 평균 31.74±3.25(2월 32.99±1.50, 5월 32.39±2.12, 8월 29.87±3.70, 11월 32.00±1.73)으로 다른 계절보다 8월에 상대적으로 낮은 분포를 보였다. DIN은 0.20~680.40 ㎍/L 사이에서 평균 111.25±114.24 ㎍/L(2월 113.76±103.55, 5월 92.84±100.97, 8월 105.00±116.49, 11월 142.59±93.72 ㎍/L)로 나타났다. DIN 농도는 다른 환경인자와 다르게 뚜렷한 계절적 변동을 보이지 않았으며, 이는 식물플랑크톤 생장의 영향으로 질소 대사를 통해 DIN을 조절했기 때문으로 생각된다(Cochlan et al.[1991]; Collos et al.[2011]). DIP는 평균 13.56±10.96 ㎍/L(2월 14.08±8.52, 5월 10.37±8.10, 8월 11.92±10.69, 11월 20.54±10.58 ㎍/L)로 –0.03~59.20 ㎍/L 사이의 분포를 보였다. DIP는 2010년 8월, 2012년 및 2022년 5월에 평균값이 비교적 낮은 수치(각각 3.98, 4.45, 5.09 ㎍/L)를 보였는데, 이는 평균 강수량에 비해 상대적으로 높은 2010년 8월(334.1 mm) 기간과 일치하였다. COD는 0.10~3.73 mg/L 사이에서 평균 1.44±0.71 mg/L(2월 1.28±0.62, 5월 1.43±0.63, 8월 1.70±0.73, 11월 1.25±0.53 mg/L)로 나타났다. 2020년, 2021년 및 2023년 8월 COD 농도 평균값은 비교적 높은 수치를 나타냈으며, 이는 8월 평균 강수량에 비해 상대적으로 높은 2021년 및 2023년 8월(각각 338.2, 331.1 mm) 기간과 일치했다. Chl-a는 최소 0.00 ㎍/L부터 16.60 ㎍/L까지로 나타났으며 평균 3.16±3.01 ㎍/L(2월 2.61±2.55, 5월 3.43±2.83, 8월 4.24±3.46, 11월 2.45±2.08 ㎍/L)로 여름철에 가장 높게 나타났다. 2007년 8월, 2009년 8월 및 2013년 2월의 Chl-a 평균값(각각 5.87, 5.58, 5.47 ㎍/L)은 상대적으로 높은 수치를 나타냈으며, 이는 평균 강수량보다 비교적 높은 2007년 8월(314.6 mm) 기간과 일치하였다.

데이터의 변동성을 평준화하여 장기변동 추세를 시각화하기 위해 월별로(2월, 5월, 8월, 11월) 표준화된 환경인자 및 강수량 값을 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3.

Monthly standardized values of a) precipitation, b) temperature, c) salinity, d) DIN, e) DIP, f) COD and g) chlorophyll a for data collected in 1997-2023.

27년간 월별 표준화된 강수량은 예상보다 연간 뚜렷한 장기 변동을 나타내지 않았지만, 1997년 11월, 2002년 8월, 2003년 5월, 2010년 2월, 2011년 11월, 2023년 5월에 모든 데이터의 평균보다 비교적 큰 평년 편차를 보였다. 수온의 월간 표준화 값은 2013년 11월 이후 평년 대비 빈번하게 높은 수치를 보이고 있으며, 월별 표준화된 염분 값은 2015년 2월 이후 평년에 비해 지속해서 낮은 경향성을 보였다. 월간 표준화한 DIN과 DIP의 값은 대부분 2007년과 2008년 기준으로 낮은 경향을 보였지만, 장기적인 변화 추세는 뚜렷하지 않았다. 표준화된 COD에서는 2015년 5월부터 2023년 8월까지 평년 대비 높은 값을 보였다. Chl-a의 월간 표준화 값은 1999년 11월 및 2013년 2월에 비교적 큰 편차를 나타냈으며, 다른 환경인자와 비교하였을 때 상대적으로 강수량과 비슷한 변동 경향성을 보였다. 강수량과 환경인자 간의 상관성을 규명하기 위해 통계분석을 시행하였고, 이는 3.2에서 서술하였다.

3.2 환경인자와 강수량 사이의 상관성 분석

육상에서의 강수량 변화는 연안 환경인자 순환에 물리적으로 관여하여 환경인자의 월간 및 계절적 변동을 조절할 수 있다(Abreu et al.[2010]; Mallin et al.[1993]). 본 연구는 천해 양식이 활발하게 진행되는 국내 남해 연안의 211개 정점에서 27년 동안 측정된 환경인자인 수온, 염분, DIN, DIP, COD 및 Chl-a 데이터를 분석했다. 남해 연안의 환경인자 및 강수량 간의 상대적 영향성을 파악하기 위해 Pearson 상관분석을 실시하여 각 변수의 상관관계를 Table 1에 나타내었다.

Table 1.

Pearson’s correlation coefficient r between environmental factors. The bold values with * and ** indicate significant values with confidence levels of p < 0.05, p < 0.01, respectively

본 연구에서는 강수량과 환경인자(수온, 염분, DIP, COD 및 Chl-a) 사이에 뚜렷한 상관성이 나타났다. 수온과 염분은 연안의 수질 및 생태에 영향을 미치는 것으로 흔히 알려졌으며, 기온에 따른 수온 변화와 강우 및 증발로 인한 염분 변화에 대해 많은 연구가 이루어졌다(Pages and Citeau[1987]; Webb and Nobilis[1997]). 특히 한국 연안의 염분 변동은 강수량과 하천 유출수의 계절적 변동이 주된 원인이다(Kang and Jin[1984]). Pearson 상관분석 결과, 강수량은 수온(r = 0.664, p < 0.01)과 염분(r = -0.644, p < 0.01)에 대해 유의하게 높은 정 상관관계를 보였다. 이는 우리나라의 계절 변동으로 인해 여름에 수온 및 강수량이 증가함으로써 폭우가 내린 후 염분이 감소하고 반대로 겨울에 수온 및 강수량이 감소함으로써 염분이 증가하기 때문으로 판단되며, Baek et al.[2009, 2019] 그리고 Paixao et al.[2013]의 연구 결과와 동일하다.

연안으로 유입되는 영양염의 주요 공급원으로는 하천 및 지하수 등의 담수 유입, 대기 침적, 심층수의 해수 용승 등이 있으며, 강우로 인해 하천이나 지하수의 영양염 분포가 달라질 수 있다(Greenaway and Gordon[2006]; Park et al.[2011]). Han et al.[2023]은 폭우로 인해 강수량이 증가함으로써 하천 유량 및 영양염 유입이 증가하여 중국 자오저우만의 DIN 농도가 증가했음을 나타냈다. 또한 Park et al.[2011]에 따르면 한국과 중국 등 동아시아 하천 내의 질산염 농도는 건기보다 우기에 증가했으며, 강우는 지하수를 통해 점오염원 주변 토양에서 연안으로 DIN을 증가시키는 주요 요인으로 보고하였다. 하지만 본 연구의 결과에서는 염분과 DIN 사이에(r = -0.193, p < 0.05) 역 상관관계를 보였으며, 강수량과 DIN 사이에(r = -0.033, p > 0.05) 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 반면에 강수량과 Chl-a의(r = 0.459, p < 0.01) 정 상관관계를 보이는 것을 보아, 강수량의 증가로 인해 번성한 식물플랑크톤이 활발한 질소 대사를 통해 DIN을 사용했기 때문으로 생각된다. 해양에서 암모늄 및 질산염과 같은 다양한 형태의 질소 화합물은 식물플랑크톤에 의해 이용되며 이러한 DIN은 식물플랑크톤의 성장을 제한하는 것으로 알려져 있다(Collos et al.[2011]). 예를 들어, 일본 사가미만에서 강수량과 질산염 농도 그리고 Chl-a 사이에 정 상관관계를 나타냈지만, 식물플랑크톤이 증가한 이후 연안 해역에서 질산염이 고갈되어 Chl-a에 비해 연안의 질산염 농도가 낮아진 결과를 보인바 있다(Baek et al.[2009]). 또한 여름철 중국 보하이만의 DIN과 Chl-a 사이에 유의한 역 상관관계가 나타났으며 이는 포식성 동물이 증가함으로써 동물플랑크톤의 밀도가 감소하고 영양염을 소비하는 식물플랑크톤의 밀도가 증가하는 하향식 조절(Top-down control) 생태계임을 시사한다(Jaschinski and Sommer[2008]; Lotze et al.[2014]; Qjao et al.[2017]). 위와 같은 결과는 DIN과 Chl-a 사이에(r = -0.364, p < 0.01) 역 상관관계가 나타난 본 연구의 결과와 일치한다.

강우로 인한 DIP 대기 침적 농도와 도시에서 강우의 배수 처리를 위한 배수관 유출수의 DIP 농도를 비교한 결과, 강우 자체의 DIP 농도는 검출한계 미만이었으나 배수관 유출수의 DIP 농도는 폐수 및 농업 유출수의 영향으로 상당히 높게 나타났다(Dillon and Chanton[2005]; Regnery and Puttmann[2010]). 따라서 강우의 영향으로 지하수 배출이 증가하면 연안 생태계 내의 DIP 농도가 증가할 수 있다(Adyasari et al.[2018]). Oehler et al.[2018]에 따르면 인도네시아 하천 내 인산염 농도가 건기에 비해 우기 동안 큰 변동이 없었으나 폭우로 인해 연안으로의 지하수 유입이 증가하여 연안 내 높은 인산염 농도를 나타냈다. 또한 한국 함평만으로 유입되는 지하수의 DIP 농도는 5월 및 9월과 비교하여 7월에 높았으며 계절 강수량 변화에 크게 영향을 받았다고 보고했다(Waska and Kim[2011]). 하지만 태풍이나 집중 호우와 같은 단기간의 폭풍우는 토양 표면의 영양염을 하천으로 운반하여 인산염 농도가 높아질 수 있으나, 장기간의 강우로 인한 방류량의 증가는 하천 유량을 증가시킴으로써 인산염 농도가 희석되어 낮아질 수 있다(Tilahun et al.[2024]). 남해 연안으로 흐르는 영산강, 섬진강 및 낙동강의 방류량은 다른 계절에 비해 강수량이 많은 여름철에 증가했다(Bae et al.[2008]; Baek et al.[2019]; Kim et al.[2017b]). Jung et al.[2014]에 따르면 한국 여름철 팔당댐에 저장된 많은 양의 담수가 방류되었을 때 한강 하류의 영양염 농도가 희석되어 DIP 농도가 감소하였으며 강수량과 DIP는 역 상관관계를 나타냈다. 본 연구의 결과는 남해 연안의 강수량과 DIP 사이에(r = -0.259, p < 0.01) 역 상관관계를 나타냈으며 이는 영산강, 섬진강 및 낙동강의 방류량과 관련될 수 있음을 시사한다. 다음은 식물플랑크톤 성장에 영향을 미치는 제한 영양염을 파악하기 위해 DIN:DIP ratio를 Fig. 4에 나타내었다.

Fig. 4.

Annual variation (1997-2023) of DIN:DIP collected at monthly (2, 5, 8, 11) intervals. The black circle symbols indicate monthly mean value. The black dotted line indicate redfield ratio (16:1). DIN:DIP showed some high values, but most were below redfield ratio.

본 연구 결과의 DIN:DIP의 평균은 일반적으로 해양 환경 내에 존재하는 표준 N:P 순환 비율(16:1)보다 낮게 나타났으며 이는 질산염이 남해 연안에서 식물플랑크톤 성장을 제한하는 주요 영양염으로 작용할 수 있다는 것을 의미한다. 강수량과 DIN:DIP 사이에 (r = 0.142, p > 0.05) 유의한 상관관계가 나타나지 않은 것은 DIN 생물 소비에 의한 영향이 크다고 생각된다. 예를 들어, Kim et al.[2013]은 우리나라 남해 연안의 평균 DIN:DIP는 16 이하로 나타났으며 하천과 지하수에서 유입되는 DIN 농도가 매우 적거나 혹은 연안에 도달하기 전에 제거되었기 때문에 질산염이 식물플랑크톤의 성장을 제한할 수 있음을 시사했다. 또한 일본 시도만에서는 6월 강우로 인한 질소 유입 증가에도 불구하고 연평균 DIN:DIP는 16 이하로 유지되었으며, 6월에 관측된 높은 Chl-a 농도는 이 시기에 조류의 번성으로 질소 동화가 활발하게 이루어졌음을 나타냈다(Yamaguchi et al.[2020]).

유기물은 주로 부영양화된 연안에서 식물플랑크톤의 광합성에 의해 생성되며 COD는 해안 생태계 내의 유기 오염 정도를 나타내는 척도로 Chl-a와 연관되어 있다(Boyd[1973]; Kawabe and Kawabe[1997]). 계절 변동에 따라 변화하는 수온, 일사량, 성층현상 및 강우 등의 상향식 조절(Bottom-up control) 요인은 식물플랑크톤 주기에 영향을 미치며 일반적으로 강우로 인한 하천 영양염 유출은 연안 Chl-a의 반응을 초래한다(Baek et al.[2019]; Thompson et al.[2008]). 본 연구에서 염분과 COD 사이에(r= -0.612, p< 0.01) 역상관관계를 보였으며 강수량과 COD(r = 0.429, p < 0.01), 강수량과 Chl-a(r = 0.459, p < 0.01), COD와 Chl-a(r = 0.226, p < 0.05) 각 환경인자 간의 정상관관계를 나타냈다. 이는 여름철 강수량 및 방류량 증가로 연안 내 염분이 감소하면서 식물플랑크톤이 영양염을 이용하여 Chl-a가 증가하였고 그 결과 COD도 증가한 것으로 판단된다. Shulkin et al.[2013]은 연해주 아무르만에서 강우로 인해 최대 방류량이 발생한 4월부터 6월까지 염분 최소값과 COD 최대값이 나타난 시기가 일치했다고 보고했다. Lee et al.[2010]에 따르면 한국 6월에서 9월 사이에 표층 염분은 감소했고 Chl-a가 일시적으로 증가한 기간은 섬진강에 하루 70 mm 이상의 폭우가 내려 광양만의 담수 유입이 증가했으며, COD와 Chl-a 사이에 정 상관관계를 나타낸 것으로 보아 환경인자 간 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다. 마찬가지로 한국 한산-거제만의 연안과 하천영향 정점에서 강수량이 많은 8월에 COD 및 Chl-a 평균 농도가 증가하는 것으로 나타났다(Park et al.[2016]).

3.3 남해 양식생물 생산량 장기변동과 환경인자 및 강수량

천해 양식이 활발하게 이루어지는 남해 연안의 23년간 패류 및 해조류의 양식업 생산 경향 등을 파악하기 위하여 연도별 양식생물 생산량과 양식어업권 면적의 장기변동을 Fig. 5에 나타내었다.

Fig. 5.

Annual variation (2001-2023) of a) bivalves and b) seaweed productivity by linear regression. The black circle symbols indicate the annual bivalve and seaweed production per aquaculture area along the southern coast.

2001년부터 2023년까지 남해 연안에서 양식된 패류 및 해조류의 연간 총생산량은 각각 101,472~203,796 ton, 120,961~524,339 ton 범위였으며 총 양식 면적은 34,679~39,038 ha, 60,736~92,122 ha 범위였다. 연도별 단위 면적당 패류 생산량은 2004년에 가장 낮았고 2014년에 가장 높게 나타났으며 연간 변화 경향은 뚜렷하게 나타나지 않았다(Fig. 5a). Nam and Nho[2012]에 따르면 한국 패류 양식 생산량은 연도별로 불규칙하게 변동하고 있으며 이는 강수량 및 수온과 같은 자연적 요인이나 어장 환경에 따라 조절될 수 있다고 보고했다. 연도별 단위 면적당 해조류 생산량은 2006년에 가장 낮았고 2019년에 가장 높게 나타났으며 연간 면적당 생산량이 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5b). 연간 해조류 단위 면적당 생산량의 높은 결정계수(r²=0.767)는 두 변수 사이의 높은 상관관계를 나타낸다. 이는 해조류 수요 증가에 따른 품종 개량 및 양식 기술의 발전이 단위 면적당 해조류 생산량 증가에 기인한 것으로 판단된다(Hwang et al.[2020]; Kim et al.[2017a]).

환경인자와 양식생물 생산량의 상관성을 파악하기 위해 패류 및 해조류 대표 종을 선정해 비교하였다. 남해 연안의 주요 양식 패류 품종은 굴, 전복, 가리비, 새꼬막 등 10개로 분류되며 해조류는 김, 다시마, 미역, 톳 등 8개의 품종으로 나뉜다(KOSIS[2024]). 양식품종마다 양식 시기가 다르며 남해안 권역별로 주요 양식 종의 분포 차이가 존재하기 때문에 남해안 전역의 양식생물 생산량과 환경인자 및 강수량 간 상관성을 확인하는 것은 한계가 있다. 따라서 남해안의 패류 및 해조류 양식생물 중 대표성을 지닌 품종으로, 경상남도 연안에서 패류 생산량의 약 93%를 차지하는 굴과 전라남도 연안에서 해조류 생산량의 약 91%를 차지하는 김을 선정하였다(KOSIS[2024]). 대표 종으로 선정된 굴, 김의 생산량과 환경인자 및 강수량 간의 상관성을 비교하기 위해 Pearson 상관분석을 실시하였다.

굴 생산량과 환경인자 간 상관분석을 위해 관련 서식지인 남해동부(가막만~온산항) 측정망 환경인자 자료에서 굴 양식 순기가 일치하는 2월, 11월 데이터를 활용하였다. 상관분석 결과, 굴 생산량과 강수량 사이에(r = 0.077, p > 0.05) 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 하지만 굴 생산량은 염분(r = -0.644, p < 0.01)에서 뚜렷한 역 상관관계를 보였으며 양식생물의 스트레스를 유발하지 않는 적정 범위의 염분은 생산량과 밀접한 관계가 있는 것으로 보인다(Compton et al.[2007]; Karsten[2012]). 염분은 굴의 성장률, 사망률에 직접적으로 관여할 뿐만 아니라 영양염의 주 공급원으로 굴 서식지의 환경 조건을 변화시켜 간접적으로 굴 생산량을 좌우할 수 있다(La Peyre et al.[2016]). 굴 생산량은 환경인자 중 DIN(r = 0.319, p < 0.05) 및 DIP(r = 0.380, p < 0.01)와 상관성을 보였다. Kim et al. [2019b]에 따르면 수하식 굴 양식장이 넓게 분포한 한국 거제-한산만에서 강우로 인해 염분은 감소하고 영양염 공급이 촉진되어 식물플랑크톤 군집의 총 Chl-a 농도가 증가했으며 이는 늦봄에서 여름 동안 성장하는 굴 치패의 주요 먹이원으로 작용한다고 시사했다. 강수량은 굴 생산량과 직접적인 상관성이 나타나지 않았으며 이를 규명하기 위해서는 바람, 일조량 등 자연적 요인, 생물학적 요인, 양식 시설량을 추가적으로 고려해야 한다(Chen[2019]; Nam and Nho[2012]). 더불어 강우에 따른 양식생물의 성장, 번식, 생산에 관한 연구도 반드시 필요하다.

김 생산량과 환경인자 간 상관분석을 위해 관련 서식지인 남해서부(함평만~여자만) 환경인자 자료와 김 양식 순기가 일치하는 2월, 11월 데이터를 활용하였다. 김 생산량은 강수량과(r = -0.216, p > 0.05) 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 그 이유는, 생산량의 변화를 초래하는 다양한 요인의 영향과 더불어 연구 지역을 광범위하게 설정했기 때문으로 생각된다. 그러나 전 지구적 기후 변화로 인한 해수면 및 강수량 변동 등의 자연적 요인에 따라 연안 환경이 변하며, 강수량은 연안 내 물질 순환뿐만 아니라 양식생물의 공간적 분포 및 생리적 기능에 간접적인 영향을 미칠 수 있다(Kim et al.[2019b]; Philippart et al.[2003]; Rato et al.[2022]). 예를 들어, Kwon et al.[2013]은 한국 낙동강 하구에서 겨울철 월평균 강수량과 김 생산량 사이에 정 상관관계를 보였으며 이는 담수 유입이 적은 겨울철에 강우를 통해 영양염이 공급되어 김의 생장이 촉진되었다고 보고했다. 강수량에 대한 직접적인 영향을 규명하기 위해서는 자연적 요인, 생물학적 요인, 양식 시설량을 추가적으로 고려하고 생산량 외에도 성장률 및 생리 활동 지표를 비교하는 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다. DIP는 김 생산량과(r = -0.556, p < 0.01) 뚜렷한 역 상관관계를 보였으며 이는 김이 성장하며 영양염류인 DIP를 소모했음을 의미한다.

결과적으로, 패류 대표 품종인 굴(r = 0.077, p > 0.05)과 해조류 대표 품종인 김(r = -0.216, p > 0.05)은 강수량과 상관성을 보이지 않았다. 이는 권역별 주요 양식생물의 분포 차이와 5-10년 주기의 기후변화 특성 미반영 등이 복합적으로 작용한 결과로 판단되며, 이를 보완하기 위해 지역별 환경인자와 생산량 간의 관계를 규명하고 계절별 집중 조사를 통해 생물 성장 및 생산에 미치는 영향을 밝히는 추가 연구가 필요하다. 나아가 강우 사건 이후의 지연 시간을 고려하여 환경인자 변동에 미치는 영향도 함께 분석할 필요가 있다. 우리나라 주요 양식 품종임에도 불구하고 현재 패류 혹은 해조류 생산량과 연안 환경인자 상관성에 관한 논문은 부족한 실정이며 최근 기후 변화로 인한 강수량 변동이 양식생물 서식지 적합성에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 공간적, 시간적 요인을 종합적으로 분석하는 후속 연구가 요구된다. 본 연구는 한국 패류 및 해조류 양식 생산량의 대부분을 차지하는 남해안의 20년 이상 장기적인 강수량 변동에 집중하여 연안 환경인자와 생산량 간 관계를 규명하는 기초 자료로 활용될 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 1997년부터 2023년까지 해양환경측정망 데이터를 활용하여 강수량과 연안 환경인자의 장기변동을 파악했으며, 연안 양식 해역에서의 강수량과 환경인자(수온, 염분, DIN, DIP, COD 및 Chl-a) 사이의 장기적인 상관성을 분석했다. 강수량과 환경인자(수온, 염분, DIP, COD 및 Chl-a) 간 뚜렷한 상관관계를 나타냈으며 DIN의 경우 강수량과 직접적인 상관관계를 나타내지 않았으나 Chl-a와 상관성을 통해 강우의 간접적인 영향을 확인할 수 있다. 또한 강수량 장기변동과 양식 패류 및 해조류 생산량과의 관계를 파악하고자 상관분석을 실시하여 환경인자, 강수량 및 생산량 자료를 분석하였다. 강수량과 양식생물 생산량 간 뚜렷한 상관성을 나타내지 않았으나 강수량은 환경인자를 조절하여 양식생물의 공간적 분포 및 생리적 기능에 간접적인 영향을 미칠 수 있다.

특정한 해역에서의 환경인자 장기 변동 특성을 파악한 기존의 연구 결과는 많으나 최근 주목 받는 기후 변화에 따른 환경인자 변동에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 천해 양식이 활발하게 이루어지는 우리나라 남해 연안의 강수량변동에 집중하여 비교적 넓은 해역 범위의 자료를 분석했으며, 기후적 요인에 따라 변화하는 연안 환경인자와 양식생물 생산량 간 관계를 규명하는데 중요한 기초자료로 활용될 것이라 판단된다. 또한 강수량 변동이 연안 환경에서 환경인자와 양식생물 생산량에 미치는 영향을 복합적으로 이해할 필요성을 제시하며 양식생물 성장률, 지역별 환경 특성과 같은 추가적인 요인을 고려한 연구가 필요함을 시사한다.

Acknowledgments

이 논문은 2024년 국립수산과학원 수산과학연구사업(R2025047)의 지원을 받아 수행된 연구입니다.

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