금강 하구 생태계 평가를 위한 최적 환경 모니터링 시스템 구축

1. 서 론

하구는 담수와 해수가 혼합되는 전이지역으로, 지속적인 담수 유입에 의해 물리적, 지화학적, 생물학적 환경 요인의 변화가 매우 큰 지역이다. 또한 하구 생태계는 생물다양성이 매우 높으며 다른 생태계에 비해 생산성이 매우 높은 것으로 알려져 왔다(Costanza et al.[1993]). 하구가 제공하는 생태계 서비스의 가치는 1 ha 당 28,916 달러로 추산되었으며(Costanza et al.[2014]), 하구 생태계의 경제적 가치는 연간 약 10조원 이상으로 추정되었다(Kauffman[2011]). 한편, 하구역은 공업단지, 농축산업단지, 항만, 주거단지 등으로 개발 및 이용되고 있으며, 이로 인해 발생한 유기물, 오염물질 등이 유입되어 다양한 압력요인으로 작용한다(Koh et al.[2002]; Yoon[2003]; Naile et al.[2013]; Khim et al.[2018]). 따라서 하구의 지속가능한 이용 및 관리를 위해 선진국에서는 하구 보전 및 관리 전략을 수립하여 시행하고 있다(Imperial et al.[1993]).

하구 환경에서 수온, 염분, 영양염류, 부유입자농도와 같은 환경인자는 내측에서 외측 해역까지 뚜렷한 농도 구배를 보이는데, 이는 담수 유입과 밀접한 관련이 있다(Lempage and Ingram[1986]; Craft[2007]). 중금속과 유기오염물질과 같은 유해물질은 토지이용 및 인간활동으로 인해 하구 생태계로 유입되며(Hong et al.[2012]; Jeon et al.[2017]; Lee et al.[2017]), 하구 생태계에 서식하는 생물은 다양한 유해물질에 직간접적으로 노출된다(Neff[1979]; Giesy and Snyder[1998]; Neff[2002]; Chen and Yen[2013]). 특히 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)와 알킬페놀(alkylphenols, APs)과 같은 유기오염물질은 하구 생태계 내에서 지속성이 매우 길고 생물 체내에 축적성을 가지고 있어 관리가 필요하다. 따라서 하구를 효율적으로 관리하기 위해서는 단기 및 중장기 변화에 대한 이해가 필요하고, 이를 위해 체계적인 모니터링 시스템의 설계가 중요하다. 하구 생태계 모니터링은 많은 비용과 인력이 필요하기 때문에, 효율적인 모니터링 시스템의 설계가 필요하나, 이에 대한 구체적인 연구는 미비한 실정이다.

본 연구 지역인 금강 하구는 1990년에 완공된 하굿둑에 의해 담수 유입량이 인위적으로 조절되며, 하구 단절 이후 부영양화, 적조, 빈산소, 수산물 감소, 서식지 감소 등 생태계가 급격히 악화되고 있다(Kim et al.[2000]; Kwon et al.[2000]; Lee et al.[2005]). 금강하구 주변에는 항만, 산업단지, 축산단지, 생활하수 등 다양한 점오염원이 존재하며, 집중 강우기나 방류를 통해 육상기인 오염물질이 하구 생태계로 유입될 가능성이 있다. 금강 하구 해역은 김, 이매패류 등 양식업이 발달된 곳이고, 바닷새 및 철새의 주요 서식지로 중요하다. 따라서 금강 하구 생태계의 지속가능한 이용을 위해서는 물리 및 지화학적 환경요인과 유해물질을 지속적으로 관리하고, 생물다양성 조사가 포함된 통합 모니터링 시스템의 구축이 필요하나, 현재까지 관련 연구는 빈약한 실정이다.

본 연구에서는 금강 하구에서 광역 조사를 통해 물리 및 지화학적 환경요인과 생물학적 요인을 분석하여 모니터링을 위한 최소 정점수를 추출하고, 유기오염물질의 농도 및 시공간적 분포 특성 파악을 바탕으로 정점의 위치 및 조사 회수 등을 고려하여 최적 모니터링 시스템을 제안하고자 한다.

2. 재료 및 방법

2.1 연구지역 및 조사항목

본 연구에서는 금강 하구 및 외측 해역을 대상으로 2014-2015년에 걸쳐 총 8회 (2014년 12월, 2015년 2, 4, 5, 6, 8 10, 12월)의 현장 조사를 실시하였다(Fig. 1). 1차 조사(2014년 12월)에서는 최소 정점 선정을 위해 광범위한 지역에 대해 조사하였고(28개 정점), 계절 및 강우기 방류 특성에 따른 차이를 해석하기 위해 2-5차 조사는 홍수기 이전에(2015년 2, 4, 5, 6월), 6-8차 조사는 홍수기 이후에(2015년 8, 10, 12월) 약 15개 정점에서 조사를 수행하였다. 본 연구에서는 해수 및 퇴적 환경을 대상으로 하여 수리, 유동, 퇴적, 수질, 생태계, 유해물질에 대한 종합적인 조사가 이루어졌다. 특별히 8회에 걸쳐 조사한 금강 하구 해역 해수 및 퇴적물 내 유기오염 물질의 시공간 농도 분포 자료는 집중 강우에 따른 유기오염물질의 변동성을 파악하는데 유용하게 이용되었고(Fernandes et al.[1997]; Dong et al.[2015]), 정점은 금강 하굿둑으로부터 군산내항과 유부도 인근 해역은 하구 내측(28개 정점 기준 1-7번 정점)으로 나머지는 외측(28개 정점 기준 8-28번 정점)으로 구분하여 분석에 이용하였다.

Fig. 1.

Map showing the sampling stations and collected samples in Geum River Estuary, Korea (*Phase I for extensive census was conducted in at Dec., 2014, Phase II surveys (2nd to 5th) were conducted before rainy season at Feb., Apr., May., and Jun., 2015, and Phase III surveys (6th to 8th) were conducted after rainy season at Aug., Oct., and Dec., 2015).

표층 해수 시료에서는 물리적 환경(수온, 염분, 투명도), 지화학적 환경(pH(수소이온농도), DO(용존산소), COD(화학적산소요구량), 용존 무기영양염류(NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, PO₄^3-, SiO₂), T-N(총 질소), T-P(총 인), 부유입자농도(SS), Chl-a(엽록소)), 및 유해 물질(중금속 8종(Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Hg), 유기오염물질(PAHs, APs))을 측정하였다. 퇴적물 시료에서는 지화학적 환경(니질 함량, 퇴적물 입도, 분급도, 강열 감량(유기물 함량)), 유해물질(중금속 8종(Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Hg), 유기오염물질(PAHs, APs)), 및 대형저서동물 군집(출현종수, 서식밀도, 생체량) 등을 조사하였다(Tables S1 and S2 of the Supplementary Materials).

3. 결과 및 고찰

3.1 모니터링 항목별 최소 정점 개수 추출

3.1.1 해수 환경

해수 내 물리적 환경(수온, 염분, 투명도)의 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 12-17개로 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 14-18개로 추출되었다(Table 1, Fig. 2). 표준 오차 5% 내 추출된 정점 수에 비해 25% 내에서 추출된 정점 수는 9-13개가 감소했으며, 이는 정점 간 측정값들의 변화가 크지 않음을 시사하였다. 따라서 물리적 환경을 모니터링 하기 위한 최소 정점 규모는 14개 내외로 판단된다.

Table 1.

Mean of environmental parameters and the number of minimum monitoring points in seawater, Geum River Estuary

Fig. 2.

The determination of minimum monitoring points for physical parameter, geochemical parameter, heavy metal, and organic pollutant in seawater, Geum River Estuary. The stations were selected in 99% and 95% of confidential intervals and 25%, 10% and 5% of standard error.

해수 내 지화학적 환경(pH, DO, COD, 무기 영양염류, T-N, T-P, SS, Chl-a)의 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 11-14개로 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 11-26개의 정점이 추출되었다. 대부분의 항목에서 표준 오차 5% 내 추출된 정점 수는 25% 내에서 추출된 정점 수 보다 11-15개 감소했으나, NH₄⁺, NO₃^-, PO₄^3-, 항목에서는 비교적 적은 수의 정점(NH₄⁺, NO₃^- 각 8개, PO₄^3- 1개)만이 축소되었다. 이는 해당 3개 항목에서 정점 간 편차가 크기 때문이다(Table S1). 대부분의 해수 내 화학 환경 요인에서 비슷한 수준의 최소 정점 개수가 추출 되었고 규모는 11개 내외로 판단된다.

해수 내 중금속(Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Hg)의 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 10-15개 추출되었고, 표준 오차(25% 범위 내)를 고려하였을 때 12-27개가 적절한 정점 수로 추출되었다. 표준 오차 5%에 비해 25% 내에서 추출된 정점 수는 9-15개가 감소되었으나 Cr과 Cd은 각각 4, 0개만이 감소하였다. 이는 해수 내 Cr, Cd의 평균적인 농도가 매우 낮았기 때문에 정점 간의 미비한 차이임에도 큰 오차로 나타났기 때문이다(Table S1). 전반적으로 금강하구 해수 내 중금속을 모니터링 하기 위한 최적 정점 규모는 10개 이상은 되어야 하는 것으로 판단된다.

반면, 유기오염물질(PAHs, APs)의 경우 99% 신뢰구간에서 정점 개수가 PAHs 11개, APs 9개로 감소했으나, 표준 오차(5%, 10%, 25%) 내 추출된 정점들은 감소하지 않고 모두 동일하게 28개가 추출되었다. 이는 정점 간의 유기오염물질 농도의 편차가 매우 크기 때문이다. 이를 확인하기 위해 모집단 28개 정점과 95%, 99% 신뢰구간 내에서 추출된 정점들 간(각각 14개, 11개로 설정)의 농도분포가 모집단과 비슷한 경향을 나타내는지 공간 내 지도화하여 비교하였다(Fig. 4). 금강 하구 해수 내 유기오염물질의 공간 분포를 확인한 결과, 내측 정점의 유기오염물질 농도가 외측 정점 보다 평균 2-3배 가량 높은 것으로 나타났다. 감소된 정점의 유기오염물질 공간 분포는 모집단의 농도 분포와 비슷한 양상을 보였지만 상대적으로 내측 정점에서의 높은 농도 분포 경향은 확인할 수 없었다. 전반적으로 금강 하구 내 유기오염물질에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단되어 1-8차 조사 자료를 통해 PAHs와 APs의 시공간 농도 분포 특성을 추가적으로 분석하였다.

3.1.2 퇴적물 환경

퇴적물 내 지화학적 환경(니질 함량, 입도, 분급도, 강열 감량)의 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 9-12개가 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 9-12개가 추출되었다(Table 2, Fig. 3). 표준 오차 5% 내 추출된 정점들에 비해 25% 내에서 추출된 정점들은 10-13개가 줄어들었으며, 이는 정점 간 측정값들의 범위가 크지 않음을 나타낸다. 따라서 퇴적물 내 지화학적 환경을 모니터링 하기 위한 최소 정점 개수는 9개 내외로 판단된다.

Table 2.

Mean of environmental parameters and the number of minimum monitoring points in sediment, Geum River Estuary

Fig. 3.

The determination of minimum monitoring points for geochemical parameter, heavy metal, organic pollutant, and benthic community in sediment, Geum River Estuary. The stations were selected in 99% and 95% of confidential intervals and 25%, 10% and 5% of standard error.

퇴적물 내 중금속 8종(Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Hg)의 모니터링 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 12-17개가 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 12-17개로 추출되었다. 표준 오차 5% 내 추출된 정점들에 비해 25% 내에서 추출된 정점들은 9-14개가 줄어들었으며, 이는 모든 중금속 항목에서 정점 간 농도의 편차가 크지 않기 때문이다(Table S2). 따라서 퇴적물 내 중금속을 모니터링 하기 위한 최소 정점 규모는 12개 내외로 판단된다.

퇴적물 내 유기오염물질(PAHs, APs) 항목들의 경우 99% 신뢰구간에서 10-12개가 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 11-15개 정점이 추출되었다. 표준 오차 5% 내 추출된 정점들에 비해 25% 내에서 추출된 정점들은 13, 16개가 줄어들었으며, 정점 간 농도의 편차가 크지 않음을 알 수 있다. 공간 분포 지도상에서 상대적으로 해수에 비해 농도 차이가 크지 않았지만 하구역 내측에서 전반적으로 높은 농도를 확인하였다(Fig. 4). 95%, 99% 신뢰구간 내 감소된 정점들에서는 모집단의 참값에 가까운 농도분포를 보였다.

Fig. 4.

The contour map showing distribution of PAHs and APs in seawater and sediment from Geum River Estuary. The optimum monitoring points were evaluated in 99% and 95% confidential intervals from 28 stations of 1st survey at Dec., 2014.

퇴적물 내 대형저서동물 군집(출현종수, 서식밀도, 생체량)의 최소 정점 개수는 99% 신뢰구간에서 9-18개가 추출되었으며, 표준 오차 25% 범위 내에서는 10-20개가 추출되었다. 표준 오차 5% 내 추출된 정점들에 비해 25% 내에서 추출된 정점 개수는 출현 종수, 서식밀도에서 각각 11, 15개가 감소하였고 생체량은 6개가 감소하였다. 저서동물 군집의 생체량은 일반적으로 공간적인 편차가 큰 것을 고려하였을 때, 퇴적물 내 저서동물군집을 모니터링 하기 위한 최소 정점 규모는 10개 내외로 판단된다.

3.2 오염물질 분포 특성

3.2.1 해수 다환방향족탄화수소(PAHs)

금강 하구 해수 내 PAHs 농도의 시공간 분포는 뚜렷한 차이를 보였다. 1차 조사(2014년 12월, 28개 정점)의 해수 내 PAHs 농도는 53.0-316 ng L^-1의 범위에 평균 90.9 ng L^-1의 값을 보였다(Fig. S1). 하구 내측 1번 정점에서 최고, 외측 28번 정점에서 최저 농도가 측정되었다. 전반적으로 하구 내측 정점(1-7번)에서 높은 농도(평균 136 ng L^-1)를 보였으며, 나머지 정점(8-28번)에서는 상대적으로 낮은 농도(평균 76 ng L^-1)를 보였다(Fig. 5). 2-5차 조사(2015년 2, 4, 5, 6월, 10개 정점)의 해수 내 PAHs 농도는 7.37-119 ng L^-1의 범위를 보였다(Fig. S2). 월별 평균 농도는 각각 21.1, 16.2, 33.4, 70.3 ng L^-1로 측정되었으며, 2, 4, 5월에 비해 6월에 상대적으로 높은 농도를 보였지만 1차 조사에 비해 낮은 농도 수준이었다.

Fig. 5.

Comparison of PAHs and APs concentrations for inner and outer stations in seawater and sediment of Geum River Estuary (Phase I for extensive census was conducted in at Dec., 2014, Phase II surveys (2nd to 5th) were conducted before rainy season at Feb., Apr., May., and Jun., 2015, and Phase III surveys (6th to 8th) were conducted after rainy season at Aug., Oct., and Dec., 2015).

2-5차 조사에서도 하구 내측 정점(1-7번, 평균 45 ng L^-1)에서 외측 정점(8-28번, 평균 31 ng L^-1)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었다. 6-8차 조사(2015년 8, 10, 12월, 15개 정점)의 해수 내 PAHs 농도는 29.9-187 ng L^-1의 범위를 보였다(Fig. S3). 1-5차 조사와 동일하게 하구 내측 정점(평균 100 ng L^-1)에서 외측 정점(평균 74 ng L^-1)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 월별로는 각각 평균 73.9, 122, 45.5 ng L^-1의 값을 보였다. 본 연구 기간에 금강하구 해수에서 측정된 PAHs 농도는 1차조사 1번 정점을 제외하고 모든 시기, 모든 정점에서 200 ng L^-1이내로 기존에 보고된 국내 주요 하구에서의 오염 수준에 비하면 낮은 것으로 나타났다(Choi et al.[2010]; Hong et al.[2016]).

해수 내 PAHs의 농도와 수질항목과의 상관분석 결과 계절적으로 수온과 8월과 12월에 유의미한 상관관계를 보였다(p<0.01) (Table 3). 염분은 3, 8차 조사를 제외하고 모든 조사에서 유의미한 음의 상관관계를 보였다. 용존산소의 경우, 1, 4, 6차 조사에서는 유의미한 음의 상관관계(p<0.01)를 보였지만, 2차조사에서는 양의 상관관계(p<0.01)를 보였다. 부유물질농도의 경우 계절별 상관관계가 뚜렷하지 않았지만, 전체적으로는 유의미한 양의 상관관계(p<0.05)를 보였다. 전반적으로 해수 내 PAHs 농도는 염분, 용존산소와 유의미한 음의 상관관계를 보였다. 결론적으로 금강 하구 해수 내 PAHs는 금강 방류수나 인근의 담수 유입에서 주로 기원하는 것으로 사료된다.

Table 3.

Correlation coefficients between organic pollutants (PAHs and APs) and environmental variables in seawater and sediment. The concentrations of PAHs and APs were measured separately in each media (seawater and sediment). Phase I for extensive census was conducted in at Dec., 2014, Phase II surveys (2nd to 5th) were conducted before rainy season at Feb., Apr., May., and Jun 2015., and Phase III surveys (6th to 8th) were conducted after rainy season at Aug., Oct., and Dec., 2015

계절적으로 집중 강우기 이전(2-5차 조사) 비해 이후(6-8차 조사)에 높은 농도를 보였다(p<0.01). 이러한 결과는 금강 하구 해수 내 PAHs 농도는 강우나 방류에 따라 변동성이 크다는 것을 시사한다(Reddy et al.[2005]). 금강 하구 내측 정점들의 PAHs 농도가 외측에 비해 높은 것으로 나타났으며(p<0.01), 하구 내측 정점들 인근에는 도시와 산업단지가 발달한 것을 고려하면 육상으로부터 직접적인 영향을 받는 것으로 사료된다. 실제로 국내 하구와 연안 중 도시와 산업단지가 발달한 해역에서는 환경 내 상대적으로 높은 농도의 PAHs가 검출되고 있다(Choi et al.[2010]; Hong et al.[2016]).

3.2.2 퇴적물 다환방향족탄화수소(PAHs)

금강 하구 퇴적물 내 PAHs 농도의 시공간 분포는 뚜렷한 차이를 보였다. 1차 조사(2014년 12월, 28개 정점)의 퇴적물 내 PAHs 농도는 2.90-153 ng g^-1 dw의 범위에 평균 34.3 ng g^-1 dw의 값을 보였다(Fig. S1). 하구 내측 2번 정점에서 최대 농도가 측정되었다. 전반적으로 하구 내측 정점(1-7번)에서 높은 농도(평균 64.0 ng g^-1 dw)를 보였으며, 나머지 정점(8-28번)에서는 상대적으로 낮은 농도(평균 24.0 ng g^-1 dw)를 보였다(Fig. 5). 2-5차 조사(2015년 2, 4, 5, 6월, 10개 정점)의 퇴적물 내 PAHs 농도는 3.11-217 ng g^-1 dw의 범위를 보였다(Fig. S2). 월별 평균 농도는 각각 37.3, 39.9, 78.2, 86.4 ng g^-1 dw 로 측정되었으며, 2, 4 월에 비해 5, 6월에 상대적으로 높은 농도를 보였다.

2-5차 조사에서도 하구 내측 정점(1-7번, 평균 125 ng g^-1 dw)에서 외측 정점(8-28번, 평균 31 ng g^-1 dw)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었다. 6-8차 조사(2015년 8, 10, 12월, 15개 정점)의 퇴적물 내 PAHs 농도는 2.69-104 ng g^-1 dw 의 범위를 보였다(Fig. S3). 1-5차 조사와 동일하게 하구 내측 정점(평균 53.0 ng g^-1 dw)에서 외측 정점(평균 16 ng g^-1 dw)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 월별로는 각각 평균 21.0, 37.1, 23.3 ng g^-1 dw의 값을 보였다. 본 연구 기간에 금강하구 퇴적물에서 측정된 PAHs 농도는 4, 5차조사 6번정점을 제외하고 모든 시기, 모든 정점에서 200 ng g^-1 dw 이내로 검출되어 기존에 보고된 서해 연안 주요 하구의 퇴적물 내 PAHs 농도에 비해 낮은 것으로 나타났다(Kim et al.[1997]; Yim et al.[2007]).

퇴적물 내 PAHs의 농도와 퇴적물 일반항목과의 상관분석 결과 니질 함량과 강열 감량 모두 1, 2차 조사를 제외하고 모든 조사에서 유의미한 양의 상관관계를 보였다(p<0.01). 이러한 결과는 미세한 입자 또는 유기물에 흡착되는 PAHs의 지화학적 특성이 반영된 것으로 사료된다(Liu et al.[2013]; Noh et al.[2018]).

계절적으로 집중 강우기 이전(2-5차 조사)에 비해 집중 강우 이후(6-8차 조사)에 낮은 농도를 보였다(p<0.01). 이러한 결과는 금강하구 퇴적물 내 PAHs 농도는 강우로 인한 새로운 토사의 유입이나 기존 토사의 침식 등에 의해 농도가 희석된다는 것을 시사한다(Liu et al.[2009]). 금강 하구 내측 정점의 퇴적물 내 PAHs 농도가 외측에 비해 높은 것으로 나타났으며(p<0.01), 하구 내측 정점 인근에는 주거단지와 산업단지가 발달한 것으로 보아 유기오염물질이 육상으로부터 기인한 것으로 사료된다. 국내 하구와 연안 지역 중 주거단지와 산업단지가 발달한 해역에서는 환경 내 상대적으로 높은 농도의 PAHs가 검출, 보고되고 있다(Kim et al.[1997]; Yim et al.[2007]).

3.2.3 해수 알킬페놀(APs)

금강 하구 해수 내 APs 농도의 시공간 분포는 뚜렷한 차이를 보였다. 1차 조사(2014년 12월, 28개 정점)의 해수 내 APs 농도는 51.2-799 ng L^-1의 범위에 평균 142 ng L^-1의 값을 보였다(Fig. S1). 하구 내측 1번 정점에서 최대 농도가 측정되었고, 그 외 정점들의 농도는 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 5). 전반적으로 하구 내측 정점(1-7번)에서 높은 농도(평균 209 ng L^-1)를 보였으며, 나머지 정점(8-28번)에서는 상대적으로 낮은 농도(평균 119 ng L^-1)를 보였다.

2-5차 조사(2015년 2, 4, 5, 6월, 10개 정점)의 해수 내 APs 농도는 8.91-1777 ng L^-1의 범위를 보였다(Fig. S2). 월별 평균 농도는 각각 240, 51.2, 19.8, 68.6 ng L^-1로 측정되었으며, 2월에 1번 정점에서 조사기간 중 최대 농도인 1777 ng L^-1의 값이 측정되었다. 2-5차 조사에서도 하구 내측 정점(1-7번, 평균 224 ng L^-1)에서 외측 정점(8-28번, 평균 39 ng L^-1)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었다. 6-8차 조사(2015년 8, 10, 12월, 15개 정점)의 해수 내 APs 농도는 16.4-1482 ng L^-1의 범위를 보였다(Fig. S3). 1-5차 조사와 동일하게 하구 내측 정점(평균 291 ng L^-1)에서 외측 정점(평균 114 ng L^-1)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 월별로는 각각 평균 36.6, 302, 143 ng L^-1의 값을 보였다. 본 연구 기간에 금강하구 해수에서 측정된 APs 농도 중 1, 2 차 조사의 1 번 정점, 7차 조사의 3번 정점에서 캐나다 해수 환경기준(CCME[2002])을 초과하는 농도(각각 798.7, 1777, 1482 ng L^-1)가 검출되었다. 그러나 전반적으로는 그 외 모든 조사, 모든 정점에서 300 ng L^-1이내로 기존에 보고된 서해 연안 주요 하구 해수 내 APs 오염에 비해 낮은 것으로 나타났다(Li et al.[2004]; Choi et al.[2010]).

해수 내 APs의 농도와 수질항목과의 상관 분석 결과 계절적으로 수온과의 상관관계가 뚜렷하지 않았다(Table 3). 염분은 집중 강우기 전 1-5차 조사에서 유의미한 음의 상관관계를 보였지만(p<0.01), 집중 강우기 이후에는 뚜렷한 상관관계가 뚜렷하지 않았다. 용존산소의 경우, 2 차 조사에서만 유의미한 양의 상관관계(p<0.05)를 보였다. 부유물질농도의 경우 2 차 조사에서만 유의미한 양의 상관관계(p<0.05)를 보였다. 전반적으로 해수 내 APs 농도는 염분과 유의미한 음의 상관관계를 보였다. 결론적으로 금강 하구 해수 내 APs의 농도는 금강 방류수나 인근의 담수 유입에서 주로 기원하는 것으로 사료된다.

계절적으로 집중 강우기 이전(2-5차 조사)에 비해 이후(6-8차 조사)에 높은 농도를 보였다. 이러한 결과는 금강 하구 해수 내 APs 농도는 강우나 방류에 따라 변동성이 크다는 것을 시사한다(Reddy et al.[2005]). 금강 하구 내측 정점의 APs 농도가 외측에 비해 높은 것으로 나타났으며(p<0.01), 하구 내측 정점 인근에는 주거도시와 산업단지가 발달하여 APs의 전구 물질인 계면활성제가 육상으로부터 다량 유입되고 있는 것으로 여겨진다. 또한 일부 정점에서 노출된 생물들에게 치명적인 영향을 미칠 수 있는 환경기준을 초과하는 농도가 발견되었고, 따라서 하구 내측 해수 내 APs 농도에 대한 지속적인 관리가 필요함을 시사하였다.

3.2.4 퇴적물 알킬페놀(APs)

금강 하구 퇴적물 내 APs 농도의 시공간 분포는 뚜렷한 차이를 보였다. 1차 조사(2014년 12월, 28개 정점)의 퇴적물 내 PAHs 농도는 0.58-31.4 ng g^-1 dw의 범위에 평균 8.09 ng g^-1 dw의 값을 보였다(Fig. S1). 하구 내측 5번 정점에서 최대 농도가 측정되었다. 전반적으로 하구 내측 정점(1-7번)에서 높은 농도(평균 14.0 ng g^-1 dw)를 보였으며, 나머지 정점(8-28번)에서는 상대적으로 낮은 농도(평균 6.0 ng g^-1 dw)를 보였다(Fig. 5). 2-5차 조사(2015년 2, 4, 5, 6월, 10개 정점)의 퇴적물 내 APs 농도는 1.22-40.6 ng g^-1 dw의 범위를 보였다(Fig. S2). 월별 평균 농도는 각각 10.3, 6.52, 24.9, 9.43 ng g^-1 dw로 측정되었으며, 5 월에 상대적으로 높은 농도를 보였다.

2-5차 조사에서도 하구 내측 정점(1-7번, 평균 21 ng g^-1 dw)에서 외측 정점(8-28번, 평균 9 ng g^-1 dw)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었다. 6-8차 조사(2015년 8, 10, 12월, 15개 정점)의 퇴적물 내 APs 농도는 0.60-15.6 ng g^-1 dw 의 범위를 보였다(Fig. S3). 1-5차 조사와 동일하게 하구 내측 정점(평균 8.0 ng g^-1 dw)에서 외측 정점(평균 3.0 ng g^-1 dw)에 비해 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 월별로는 각각 평균 4.81, 3.71, 4.09 ng g^-1 dw의 값을 보였다. 본 연구 기간에 금강하구 퇴적물에서 측정된 APs 농도는 모든 시기, 모든 정점에서 40 ng g^-1 dw 이내로 캐나다 퇴적물 환경기준(CCME[2001]) 1000 ng g^-1에 비해 매우 낮았고, 기존에 보고된 서해 연안 주요 하구 및 연안지역에서의 퇴적물 내 APs 농도 수준에 비해서도 매우 낮았다(Li et al.[2004]; Choi et al.[2007]).

퇴적물 내 APs의 농도와 퇴적물 일반항목과의 상관분석 결과 니질 함량과 강열 감량 모두 1차 조사를 제외하고 모든 조사에서 유의미한 양의 상관관계를 보였다(p<0.01, Table 3). 이러한 결과는 미세한 입자 또는 유기물에 흡착되는 APs의 지화학적 특성에 따른 것으로 이해된다(Xu et al.[2006]).

계절적으로 집중 강우기 이전(2-5차 조사) 비해 이후(6-8차 조사)에 낮은 농도를 보였다(p<0.01). 이러한 결과는 퇴적물 내 PAHs 농도 분포 특성과 동일한 원인에 의한 것으로 보여지며, 따라서 APs 또한 인근 주거단지 및 산업단지에 밀접한 영향을 받는 것으로 사료된다.

4. 결 론

금강 하구는 하굿둑에 의해 해수의 유통이 단절된 닫힌 하구로 방류수 조절에 의해 해수 환경 내 담수의 유입이 결정된다. 금강 하구 인근에는 주거단지와 산업단지가 밀집되어 있으며 이 지역에서 발생하는 각종 유해물질이 하구 생태계 내로 유입될 가능성이 매우 높다. 따라서 금강 하구의 지속 가능한 관리를 위해서는 생태계에 영향을 미칠 수 있는 잠재적 독성을 가진 물질에 대한 모니터링 전략이 필요하지만 아직까지 국내 하구 관리체계는 많이 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 금강 하구 모니터링 항목에 대한 최적 정점 개수를 제안하였으며, 국내 연안과 하구에서 대표적인 유기오염물질로 알려진 PAHs, APs의 금강 하구 환경에서의 시공간 분포를 파악하여 조사 정점의 위치 및 조사 시기의 적정성에 대해 제안하였다. 최종적으로 정점수, 위치, 조사 시기를 고려한 최적 모니터링 시스템 설계에 대해 제안하였다.

Acknowledgments

Junsung Noh & Seo Joon Yoon equally contributed.

본 연구는 2018년 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원(하구역 종합관리시스템개발 연구, 2014-0431)의 지원을 받아 수행하였습니다

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