제주도 연안에서 해저 지하수 유출이 녹조 발생에 미치는 영향

Abstract

매년 하계에 녹조류의 이상증식이 나타나는 제주도 북부에 위치한 조천항에서 지하수 유출이 녹조대발생(green tide)에 미치는 영향을 조사하였다. 2015년 7월과 8월, 2016년 2월과 3월에 담지하수, 염지하수, 해수(조천항 해수 및 외해수)를 채수 하여 염분, 라돈(Rn-222), 용존 무기 질소(dissolved inorganic nitrogen

DIN), 용존 무기 인(dissolved inorganic phosphorus

DIP) 그리고 규산염(dissolved silicate

DSi) 농도를 측정하였다. Rn-222, DSi 물질수지 및 저서 챔버 측정 결과를 바탕으로 해저 담지하수 유출량(submarine fresh groundwater discharge

SFGD), 해저 염지하수 유출량(submarine saline groundwater discharge

SSGD) 및 영양염 플럭스를 산정하였다. 또한 녹조류 Ulva pertusa의 생장에 미치는 SFGD의 영향을 파악하기 위해, 2016년 4월에 조천항 내에서 담지하수와 외해수를 단계적으로 혼합하여 메소코즘(mesocosm) 실험을 실시하였다. Rn-222의 물질수지 모델을 이용하여 산정한 SFGD는 2015년 7월과 8월, 2016년 2월과 3월에 각각 9.1±2.0, 5.4±0.9, 3.6±0.4, 5.2±0.9 ×104 m3 d-1이었다. DSi 물질수지 모델을 이용하여 산정한 SFGD는 각각 7.7±1.6, 7.0±1.3, 5.5±0.8, 3.9±1.0×104 m3 d-1으로 Rn-222 물질수지 모델 결과와 30% 내에서 일치하는 것으로 나타났다. SFGD를 통한 DIN, DIP, DSi의 플럭스는 조천항으로 공급되는 총 플럭스의 약 90%, 38%, 78%를 차지하는 것으로 나타났다. 따라서 조천항에서 SFGD가 중요한 영양염 공급원으로 작용함을 알 수 있다. 또한, SFGD를 통한 다량의 영양염 공급으로 인해 조천항 내 DIN과 DSi의 농도가 외해수 농도에 비해 각각 10배, 6배 높아진 것으로 나타났다. 메소코즘 실험결과, U. pertusa의 생장은 외해수의 염분과 영양염 조건에 비해서 조천항 내의 평균 염분과 영양염 조건에서 약 1.6배 높게 나타났다. 또한 영양염 및 염분 변화에 대한 이론적인 생장모델로부터 U. pertusa의 생장에는 SFGD에 의한 염분 및 영양염 변화가 복합적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, SFGD에 의해서 DIN이 1 µM에서 23 µM로 증가할 때, U. pertusa의 생장은 약 240% 증가하며, 염분이 30.4에서 17.3으로 감소함에 따라 약 30%의 추가적인 생장 증가를 보였다. 따라서 조천항에서 SFGD에 의한 과잉의 영양염 공급과 염분의 감소는 녹조대발생을 야기하는 중요한 요인으로 생각된다. 또한 전 지구적으로 연안 해역에서 해저 지하수 유출이 일어난다는 것을 감안할 때, 폐쇄적인 연안 환경에서 지하수에 의한 영양염 유입은 녹조대발생을 유발할 수 있는 중요한 요인임을 시사한다.