남해 EEZ 골재채취단지에서 골재채취가 대형저서동물 군집에 미치는 영향

1. 서 론

바다골재 채취는 안정적인 골재자원 수급이라는 순기능 측면이 있는 반면, 해양환경 측면에서는 악영향을 미칠 수 있다. 바다골재채취로 인한 영향은 해저퇴적물 제거, 부유퇴적물 플룸(plume) 증가 및 해저면 파괴(Le Bot et al.[2010]; Duclos[2012])와 같은 직접적인 영향과 월류수 배출로 인한 세립퇴적물 퇴적에 의한 저서생물 질식(Desprez et al.[2010]), 유해물질 배출(Newell et al.[1999]) 및 수중소음 증가(Cefas[2003]) 등과 같은 간접적인 영향으로 구분할 수 있다.

이러한 영향은 채취단지를 포함한 주변 해역의 수층과 해저뿐만 아니라 어류, 조류 및 포유류의 먹이 풍부도와 어류 치어의 이동에 영향을 미쳐 광범위한 해역의 서식처 질이나 생태계 기능에 영향을 미칠 수 있다(Newell et al.[1998]; Van Dalfsen et al.[2000]; Jan and Essink[2001]; Boyd et al.[2004]; Son and Han[2007]; Daskalov et al.[2011]; Desprez et al.[2014]).

우리나라 EEZ 해역에서 골재채취에 적용하고 있는 고정식 준설방식(Static or Anchor dredging)은 불규칙적인 굴곡이 많은 웅덩이를 생성하고, 하부 기질의 교란 가능성이 증가하여 트롤 어업에 부적합한 해저지형을 형성할 뿐만 아니라 저서생물의 회복 기회가 줄어든다고 보고하고 있다(Hitchcock et al.[2002]).

우리나라에서 바다골재 채취로 인한 해양환경변화 및 생태계에 미치는 영향을 파악하기 위하여 연안과 남해 EEZ 해역에서 연구를 수행하였으며(MOMAF[2005]; MOMAF[2006]; MOMAF[2007]; MOLTM[2009]), 기존 연구에서는 해양 생태계 중에서도 저서생태계 군집에 초점을 맞추어 연구를 수행한 이유는 다음과 같다.

첫째, 대형저서동물군집은 해저면 환경에 항상 일정한 특징을 보이고, 물리적 서식환경 및 인위적인 영향에 대하여 다양하게 반응하며, 둘째, 플랑크톤과 달리 대부분의 대형저서동물 성체는 정착성이거나 이동 범위가 제한적이기 때문에 국지적으로 유발된 환경 변화의 좋은 지시자가 될 수 있다. 마지막으로 대형저서동물군집은 자체적으로 상업적 가치가 있거나, 상업적으로 유용한 자원들의 먹이원이 될 수 있기 때문이다.

본 연구에서도 골재채취로 인한 영향을 파악하기 위하여 남해 EEZ 골재채취단지에서 수행한 자료를 통하여 골재채취로 인한 대형저서동물 군집의 변화 경향 및 채취광구 별 휴식년제 도입에 따른 회복 여부를 파악하고자 한다.

2. 재료 및 방법

2.1 조사지역 개황

남해 EEZ 골재채취단지의 주요 광구는 3H, 3I, 4E 및 4G 이며, 4개 광구의 면적은 10.96 km²이다(Fig. 1). 골재채취단지는 2008년에 최초로 지정되어, 2009년부터 2017년까지는 3H, 3I 광구와 4E, 4G 광구에서 격년제로 채취하였다.

Fig. 1.

Map showing the station used in the review.

2013년부터 2017년까지 연도별 골재채취량을 살펴보면, 2016년에 가장 많고 2017년에 가장 적었으며, 4G 광구가 11,554,275 m³으로 최대 채취량을 보이며, 다음으로 4E, 3I, 3H 광구 순으로 나타났다(Table 1).

Table 1.

Amount of aggregate extraction for the years 2013-2017 in each the EEZ sand mining zone

2.2 자료 수집 및 문헌 검토

본 연구에서는 2013년 6월부터 2017년 11월까지 남해 EEZ에 수행된 대형저서동물 조사 자료를 인용하여 분석하였다(Table 2). 대형저서동물 채집은 Smith-McIntyre 그랩(표면면적: 0.1 m²)을 이용하여, 정점별 2회씩 반복 채집하였다. 채집된 퇴적물은 망목(mesh size) 1 mm인 체로 저서생물을 분리 후, 현미경을 이용하여 가능한 종 수준까지 동정하여 종별 서식밀도 및 생체량을 측정하였다.

Table 2.

Review list used in the analysis

문헌에 제시된 조사 정점 중 시계열 파악이 가능한 정점은 총 6개 정점이었으며, 이 중 1개 정점은 골재채취로 인한 영향을 받지 않은 대조구 정점, 그 외 5개 정점은 골재채취로 인한 영향을 받은 영향 해역으로 설정하였다(Fig. 1).

대조구 정점으로 선정한 C-1은 채취단지 서측에 위치하고 있으며, 영향해역으로 선정한 5개 정점 중 I-1과 2는 4E 광구, I-3과 4는 4G 광구에 위치한 정점으로 2008년에 채취를 시작하여 홀수연도에 휴식년제, I-5는 3I 광구에 위치한 정점으로 2010년에 후반부터 채취를 시작하여 짝수연도에 휴식년제를 도입한 특징을 나타내고 있다(Table 3).

Table 3.

Characteristics of each station used in the review

3. 결 과

3.1 대형저서동물의 종조성 및 군집 특성

2013년 6월부터 2017년 11월까지 남해 EEZ에서 출현한 대형저서동물은 총 579종이었다.

출현종수는 21-134종의 범위로 평균 76±24종이었으며, 대조구정점은 평균 92±21종, 영향해역은 평균 72±23종으로 대조구 정점이 영향해역보다 유의적으로 높은 출현종수를 보였다(p<0.05). 서식밀도는 210-3,806 indiv.m^-2의 범위로 평균 1,478±845 indiv.m^-2이었으며, 대조구 정점의 서식밀도는 평균 1,760±744 indiv.m^-2, 영향해역 서식밀도는 평균 1,422±856 indiv.m^-2으로 유의적 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 생체량은 2.5-269.9 gWW m^-2의 범위로 평균 39.6±53.2 gWW m^-2이었으며, 대조구 정점의 생체량은 평균 88.1±78.7 gWW m^-2, 영향해역 생체량은 평균 29.8±40.5 gWW m^-2으로 대조구 정점이 영향해역보다 유의적으로 높은 생체량을 보였다(p<0.05). 종다양도지수는 2.36-4.24의 범위로 평균 3.59±0.46이었으며, 대조구 정점은 평균 3.90±0.20, 영향해역은 평균 3.53±0.47로 대조구 정점이 영향해역보다 유의적으로 높은 종다양도지수를 보였다(p<0.05)(Fig. 2, 3).

Fig. 2.

Temporal fluctuation of univariate index (a, b, c) and species diversity (d) on the macrobenthic community.

Fig. 3.

Spatial fluctuation of univariate index (a, b, c) and species diversity (d) on the macrobenthic community between control site and impact area (mean ± S.D.)

3.2 우점종의 시공간분포

남해 EEZ에서 출현한 대형저서동물의 서식밀도 점유율을 고려하여 4종을 선정하였으며, 4종은 모두 환형동물에 속하는 다모류이었다(Table 4).

Table 4.

Percentage of dominant species using abundance data between control site and impact area

다모류에 속하는 버들갯지렁이류(Mediomastus californiensis)가 7.0%, 민얼굴갯지렁이(Spiophanes bombyx)가 6.3%, 집갯지렁이류(Onuphis spp.)가 4.5%, 민숭대나무갯지렁이(Maldane cristata)가 3.5%의 점유율을 나타내었다.

대조구 정점에서 Onuphis spp.는 꾸준하게 높은 서식밀도를 보였으며, M. cristata는 2013년 11월을 시작으로 2014년 9월에 430 indiv.m^-2까지 증가한 이후에 급격히 감소하여, 영향해역과 유사한 수준을 보였다(Fig. 4).

Fig. 4.

Temporal and spatial fluctuation of each dominant species using abundance data.

영향해역에서 M. californiensis는 매년 반복적인 큰 변동 폭을 보인 반면, S. bombyx는 2015년 8월에 가장 높은 서식밀도를 보인 이후 급격히 감소하는 경향을 나타내었다(Fig. 4).

3.3 대형저서동물군집 시공간적 구조

시·공간적 조합으로 구성된 40개의 대형저서동물 군집의 유사도를 파악하기 위하여 집괴분석과 다차원척도법을 적용하였다. 집괴분석 결과, 전체 군집은 유사도 기준 42% 수준에서 3개의 군집으로 구분되었다(Fig. 5, 6). 대조구 정점은 대부분 계절에 상관없이 하나의 그룹을 형성하였고(Group A), 영향해역 역시 하나의 그룹(Group B)을 이루었으며, 그 외 영향해역 일부분에서 나머지 그룹(Group C)으로 구분되어졌다.

Fig. 5.

Dendrogram of cluster analysis using abundance data.

Fig. 6.

MDS ordination plot using abundance data.

다변량분석에서 확인된 군집의 유사도에 기여하는 종 및 기여율을 파악한 결과, Group A는 환형동물 다모류의 Onuphis spp.와 M. cristata, 절지동물 주걱벌레붙이류(Kalliapseudidae spp.)가 각각 3.0% 이상의 기여율을 나타났다. Group B는 환형동물 다모류의 M. californiensis, Onuphis spp.와 S. bombyx가 각각 2.5% 이상의 기여율을 나타냈다. Group C는 절지동물 단각류 Byblis spp.와 Cheiriphotis spp., 환형동물 다모류의 Onuphis spp.가 각각 3.0% 이상의 기여율을 보였다(Table 5).

Table 5.

Results of a SIMPER analysis using abundance data showing the characterising species from each group accounting for 42% of the within-cluster similarity

서식밀도 기준 남해 EEZ 대형저서동물 군집은 계절에 관계없이 골재채취 여부에 따라 대조구 정점과 영향해역으로 구분되어졌으며, 이는 ANOSIM 분석결과에서도 유의한 차이를 보였다(global test R=0.528, p<0.01).

3.4 광구 별 휴식년제 도입에 따른 대형저서동물군집 구조 변화

2013년부터 2017년까지 광구 별 출현종수는 3I 광구는 평균 78±24종, 4E 광구는 평균 73±20종, 4G 광구는 평균 69±18종의 출현종수를 나타내었으며, 광구 간 유의적인 차이는 없었다(p>0.05). 광구 내 시기 간 변동성을 살펴보면, 3I 광구는 2014년, 4E, 4G 광구는 2013년에 가장 높았으며, 3I 광구는 2015년, 4E 광구는 2016년, 4G 광구는 2014년에 가장 낮은 평균 출현종수를 나타내었다(Fig. 7). 모든 광구에서 휴식년제를 적용한 시기에 채취기보다 상대적으로 높은 출현종수를 보이고 있었으나, 4G 광구에서만 통계적으로 유의적 차이가 있는 것으로 분석되었다(p<0.05).

Fig. 7.

A comparison of univariate index on the macrobenthos community from 2013 to 2017 (yellow box : dredging period).

서식밀도는 3I 광구는 평균 1,669±717 indiv.m^-2, 4E 광구는 평균 1,456±722 indiv.m^-2, 4G 광구는 평균 1,264±609 indiv.m^-2의 서식밀도를 나타내었으며, 광구 간 유의적인 차이는 없었다(p>0.05). 광구 내 시기 간 변동성을 살펴보면, 3I 광구는 2013년과 2014년에 높고, 4E, 4G 광구는 2013년에 가장 높았다. 3I 광구는 2015년, 4E 광구는 2016년, 4G 광구는 2014년에 가장 낮은 평균 서식밀도를 나타내었다(Fig. 7). 모든 광구에서 휴식년제를 적용한 시기가 채취기보다 상대적으로 높은 서식밀도를 보였으나, 4G 광구에서만 통계적으로 유의적 차이가 있는 것으로 분석되었다(p<0.05).

생체량은 3I 광구는 평균 19.1±11.8 gWW m^-2, 4E 광구는 평균 26.3±25.6 gWW m^-2, 4G 광구는 평균 38.7±40.0 gWW m^-2의 생체량을 나타내었으며, 광구 간 유의적인 차이는 없었다(p>0.05). 광구 내 시기 간 변동성은 3I 광구는 2014년, 4E, 4G 광구는 2013년에 가장 높았다. 3I, 4G 광구는 2017년, 4E 광구는 2015년에 가장 낮은 평균 생체량을 나타내었다(Fig. 7). 모든 광구에서 채취기와 휴식년제에 따른 유의적 차이가 없는 것으로 분석되었다(p>0.05).

광구 별 휴식년제 도입에 따른 대형저서동물의 변화 경향을 파악하기 위하여 서식밀도 점유율을 고려한 상위 5종의 우점종을 변동경향을 분석하였다(Table 6). 모든 광구에서 높은 점유율을 나타낸 분류군은 환형동물에 속하는 다모류이었으며, 절지동물에 속하는 단각류가 4G와 3I 광구에서 각 1종씩 출현하였다. 이들 우점종의 점유율은 광구별로 22.6-30.7%를 차지하였다.

다모류인 M. californiensis와 S. bombyx는 모든 광구에서 높은 점유율을 기록하였으며, M. californiensis는 채취기에 5.6-17.7% 범위로 높은 점유율, S. bombyx는 휴식년에 7.2-11.6% 범위로 높은 점유율을 보였다. 단각류에 속하는 넓적다리붙은꼬리옆새우(Gammaropsis (Segamphopus) utinomii)와 육질꼬리옆새우붙이과류(Siphonoecetes spp.) 또한 채취기보다 휴식년에 다소 높은 점유율을 보였다(Table 6).

Table 6.

Percentage of dominant species using abundance data between dredging and cessation of dredging period at each dredging zone

모든 광구에서 높은 점유율을 기록한 M. californiensis와 S. bombyx의 시기별 점유율을 살펴보면, M. californiensis는 채취시에 점유율이 증가한 반면, S. bombyx는 휴식년에 점유율이 증가하는 경향성을 나타내었다(Fig. 8).

Fig. 8.

Temporal fluctuation of percentage of primary species (Mediomastus californiensis and Spiophanes bombyx) using abundance data (yellow box : dredging period).

광구 별 채취기와 휴식년 간 상위 우점종의 변화는 없으나 채취기에 따른 종 별 점유율은 차이가 나타나는 것으로 분석되었다.

4. 고 찰

남해 EEZ 인근 해역에 위치한 골재채취 단지에서 골재채취로 인한 대형저서동물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 2013년부터 2017년까지 대조구와 골재채취 광구로 구분하여 시·공간적인 변화 경향을 파악하였다.

골재채취 광구에서 출현한 대형저서동물의 종수 및 생체량은 대조구 정점보다 각각 78.3%, 33.8% 낮은 값을 나타내었다(p<0.05). M. californiensis와 S. bombyx가 영향해역에서 높은 점유율을 보이며, 시기적으로 큰 변동 폭을 보였다. M. californiensis는 교란된 불안정한 환경에서 극우점하며, 오염된 환경에 대한 적응력이 매우 높은 기회종으로 펄 또는 모래 함량에 상관없이 다양한 퇴적환경 서식범위를 보이는 종으로 알려져 있다(Jung et al.[2014]; Pearson and Rosenberg[1978]). 또한 S. bombyx는 서관을 형성하는 표층퇴적물식자로 퇴적상이 조립사(coarse sand)에서 세립사(fine sand)로 바뀌는 환경에서 우점하는 종으로 알려져 있다(Desprez[2000]).

일반적으로 골재채취는 채취 지역의 퇴적환경 변화를 일으켜, 그곳에 서식하고 있는 대형저서동물의 출현종수, 서식밀도, 생체량, 다양성 등을 저하시키는 것으로 알려져 있다(Newell et al.[2004]; Boyd et al.[2005]; Simonini et al.[2005]). 또한 환경 교란이 적은 안정적인 저서생태계에서는 개체당 높은 생체량을 지닌 생물(k-전략)이 우점하며, 반대로 교란이 심한 지역에서는 개체당 낮은 생체량을 지닌 종(r-전략)이 우점하는 특징을 보이는 것으로 알려져 있다(Pearson and Rosenberg[1978]).

본 연구 결과, 골재채취가 행해진 영향해역에서 출현종수 및 생체량이 대조구 정점보다 낮고, 기회주의종(M. californiensis) 또는 퇴적환경 변동 시기에 출현하는 종(S. bombyx)들이 우점하는 것으로 볼 때, 골재채취가 저서생태계 환경을 불안정한 조건으로 조성하여 저서동물군집 변화를 일으키는 부정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.

광구 별 휴식년제에 따른 시·공간적 비교 분석을 통해 골재채취 후 자연 회복 여부를 파악한 결과, 단변량 지수를 통해 일관된 경향을 파악할 수 없었지만, 특정 광구에서 휴식년 시기에서 출현종수 및 서식밀도가 유의적으로 높은 값(p<0.05)을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 휴식년 시기에서 기회주의종인 M. californiensis의 점유율이 낮아지고, S. bombyx의 점유율이 높아지는 경향을 나타내었다.

앞서 언급한 이 두 종의 생태적 특성을 고려하면, 광구 내에서도 골재채취 기간에 기회주의종이 우점하는 현상이 확인되었으며, 골재채취가 중단된 휴식년에는 표층 퇴적물에 서관을 형성하여 퇴적물 안정화에 기여하는 것으로 알려진(Thrush et al. [1996]) S. bombyx가 우점하는 생물상 차이를 보였다.

골재채취 종료 후 저서생물이 회복하기까지 소요되는 기간은 골재채취강도(기간 및 채취량)와 수저질환경 변화 정도에 따라 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Newell et al.[1998]; Hill et al.[1999]).

1년 동안 골재채취가 이루어진 해역에서 채취 종료 후 4년 이후에 저서생태계 회복(기회주의종 감소, 군집 조성 및 구조 유사성 증가)이 나타나는 것으로 보고되고 있으나(Van Dalfsen et al.[2000]), 장기간 골재를 채취한 해역에서는 저서생태계 회복까지 이보다 많은 시간이 소요될 것으로 예상하고 있다(Hill et al.[1999]). 남해 EEZ 골재채취 중단 후 채취구역의 저서생태계 회복을 비채취해역과 비교해보면 약 2년 6개월 만에 출현종수는 71% 수준, 평균 서식밀도는 61% 수준까지 도달한 것으로 보고되었다(MOLTM[2009]).

남해 EEZ 골재채취는 광구 별로 채취시기 및 채취량의 차이는 있지만 모든 광구에서 공통적으로 골재채취 후 약 1년 동안 휴식년 제도를 도입하였으나, 도입된 휴식년 기간은 앞서 언급된 저서생태계 회복에 필요한 조건에 미치지 못하는 것으로 파악되었다.

하지만 남해 EEZ 해역의 서식밀도 기준 우점종 점유율 측면에서는 휴식년 제도의 긍정적인 영향을 확인할 수 있었다. 첫 번째로 휴식년를 통해 유기물 오염지표종인 M. californiensis 점유율이 낮아지고 있으며, 두 번째로 단각류의 점유율이 높아지고 있다는 것이다.

이러한 결과는 휴식년에 골재채취를 중단하면서 골재채취로 인하여 교란된 환경에서 벗어나 보다 안정적인 환경으로 진입하고 있다는 긍정적인 신호라 판단된다.

그러나 휴식년을 통해 자연회복 여부를 판단하기에는 자료(광구별 정점 수)가 충분치 않아 명확한 결론에 도달하기에는 한계점이 존재한다. 따라서 골재채취 후 자연적인 회복을 판단하기 위해서는 목적에 부합되는 조사 설계가 필요하며, 이를 통해 획득한 분석 결과가 골재채취에 따른 영향 및 회복에 대해 좀 더 객관적이고 정량적인 접근이 용이할 것으로 판단된다.

5. 결 론

남해 EEZ 인근 해역에 위치한 골재채취 단지에서 골재채취로 인한 대형저서동물에게 미치는 영향을 파악한 결과, 영향해역이 대조구 정점보다 유의적으로 낮은 출현종수 및 생체량을 나타냈다. 또한 불안정한 환경에서 극우점하는 기회주의종인 M. californiensis와 퇴적환경 변화에 민감하게 반응하는 S. bombyx가 영향해역에서 높은 점유율을 보였다. 이러한 저서동물군집 특성이 반영되어, 골재채취 영향을 받은 해역이 독립된 군집을 형성하였다. 광구 별 휴식년에 따른 시·공간적 비교 분석을 통해 골재채취 후 자연 회복 여부를 파악한 결과, 골재채취가 중단된 휴식년에는 골재채취 시기보다 상대적으로 기회주의종이 감소하고, 교란된 해역에서 민감하게 반응하는 단각류가 증가하는 것을 확인하였다. 결과적으로 골재채취가 채취 해역의 환경 변화를 일으켜, 불안정한 서식조건을 형성함에 따라, 저서동물군집 구조의 변화를 일으키는 부정적인 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한 골재채취가 중단되는 것만으로도 저서동물군집이 안정화될 수 있는 가능성을 확인하였다. 향후 골재채취에 따른 영향 및 회복 평가에 대한 객관적이고 정량적인 자료를 확보하기 위해서는 보다 체계적이고 강도 높은 모니터링 및 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Acknowledgments

본 연구는 2021년 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원(과학기술기반 해역이용영향평가 기술개발, 20210427)의 지원을 받아 수행하였습니다.

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