search
Contact Us
HOME

  • Crossref logo
Journal Search Engine

to

Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.31 No.1 pp.1-10
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2025.31.1.001

Ecological Risk Assessment of Surface Sediments in Abalone Aquaculture Farms in the Wando Region

Hyeongchan Cho*†, Sungwon Kang**, Jaekyung Lee***, Jiseong Kim****, Jiheon Kim*****
*
**
***
****
*****
† Corresponding Author : marinelab0320@gmail.com,
January 14, 2025 February 21, 2025 February 25, 2025

Abstract


In this study, we investigated the grain size, total organic carbon (TOC), and heavy metal (Fe, Li, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, As, Ni, Hg) distribution in surface sediments collected near abalone aquaculture farms in the Wando region. The sediments were primarily composed of silt and clay, with sand and gravel observed in certain areas. TOC content was strongly correlated with mean grain size, with an average of 0.76%. This suggests that it may be related to organic matter from aquaculture operations. Heavy metals such as Ni, Cd, Zn, and Cu were influenced by aquaculture activities and organic matter accumulation, Cd showed the highest enrichment levels, identifying it as a substantial pollutant. Cd accumulation was linked to residual seaweed deposition and exchange processes associated with CaCO3 precipitation. Ecological risk assessment showed that most areas posed a moderate risk, with Cd identified as the primary factor contributing to ecological hazards.


Abalone aquaculture farm , Surface sediments , Mean grain size , Total organic carbon , Heavy metals , Pollution assessment

완도 전복 양식장 표층퇴적물의 생태학적 위험성 평가

조형찬*†, 강성원**, 이재경***, 김지성****, 김지헌*****
*마린랩 대표
**㈜바라는바다 대표
***㈜해양수산자원연구소 연구소장
****㈜해양수산자원연구소 부장
*****전라남도 해양수산과학원 연구사

초록


완도 지역 전복 양식장 주변 표층퇴적물을 대상으로 퇴적물의 입도, 총유기탄소(TOC), 중금속(Fe, Li, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, As, Ni, Hg) 분포와 조절요인을 분석하고, 생태학적 위험성을 평가하였다. 퇴적물은 주로 실트와 점토로 구성되었으며 일부 지역에서는 모래와 자갈이 혼합된 퇴적물이 확인되었다. TOC 함량은 평균입도와 높은 상관성을 보였으며, 평균값은 0.76%로 나타나 양식 과정에서 발생한 유기물과의 연관성을 제시하였다. 퇴적물 내 Ni, Cd, Zn, Cu는 양식장 활동 및 유기물 축적의 영향을 받으며, Cd는 가장 높은 농축을 보임으로써 주요 오염원으로 확인되었다. 특히, Cd의 축적은 잔류 해조류 침전과 CaCO3 침전 과정에서 치환작용과 연관이 있는 것으로 해석 되었다. 생태학적 위해도 평가에서는 연구지역 대부분이 중간 위험 수준으로 나타났으며, Cd는 주요 생태학적 위해 요인으로 확인되었다.


전복 양식장 , 표층퇴적물 , 평균입도 , 총유기탄소 , 중금속 , 오염평가

    1. 서 론

    최근 산업화와 도시화의 가속화로 발생한 중금속이 해양 생태계로 유입되면서 심각한 환경 문제로 부각되고 있다. 자연상태에서 중금속은 자연적 농도(baseline values)로 존재하지만, 산업폐수, 농업배수 및 다양한 인간활동을 통해 그 농도는 급격히 증가한다(Song and Choi, 2017;Jeong et al., 2020). 해양환경으로 유입된 중금속은 퇴적물에 축적되어 생태계의 화학적 평형을 교란하고 해양생물의 활동과 생장 그리고 번식을 저해하며 생물 내 농축을 통해 생태계에 부정적인 영향을 끼친다(Sorensen, 1991;Cho and Kim, 2007). 특히, Cd, Pb, Cu, Zn 등과 같은 금속은 높은 독성을 지니며 퇴적물 내에서 장기간 축적된 상태로 잔류할 수 있어 생태계의 구조적 그리고 기능적 변화를 초래할 위험이 크다(Billah et al., 2017).

    해양환경에서 퇴적물은 중금속의 주요 저장고이며, 오염 수준과 생물학적 위협을 평가하는 지표 역할을 한다. 퇴적물 내 중금속은 흡착, 공침 등의 과정을 통해 함량이 조절 되며, 퇴적물의 입자크기, 유기물의 함량, 산화·환원 조건 등 물리·화학적 조건에 따라 수층으로 이동하거나 생물학적으로 이용될 가능성이 결정된다(Horowitz, 1991). 이러한 특성은 중금속의 거동을 파악하고 오염원을 추적하는데 중요한 단서를 제공한다. 특히, 양식장과 같이 인간활동의 영향을 받는 환경에서는 퇴적물 내 중금속 함량이 기본적 조성 외에도 크게 변동될 수 있다(Hwang et al., 2021). 결국, 양식장 주변 해역의 퇴적물은 양식생물의 생육과 더불어 인간에게도 직·간접적으로 영향을 미치는 환경 요소가 된다. 실제로 양식장 환경에서 중금속은 대표적인 오염 물질로 확인된 바 있으며, 이러한 중금속이 해수로 방출될 경우 양식 생물의 생육을 저해할 뿐만 아니라 주변 생태계에 심각한 위협을 초래한다고 보고하고 있다(Kang et al., 2012;Hwang et al., 2021).

    우리나라 대표 수산품목 중 하나인 전복(Haliotis discus hannai)은 국내외에서 높은 수요를 보이며 고부가가치 품종으로 자리 잡고 있다. 2022년 상반기 전복 수출액은 약 2,900만 달러로 일본과 베트남으로 수출 증가가 두드러졌다(MOF, 2023). 이러한 성과는 고품질과 높은 생산성의 결과로, 철저한 양식환경 관리가 주요한 역할을 한 것으로 평가된다(Kang et al., 2000). 전복의 성장과 품질은 환경에 크게 좌우되며, 해역과 연안지역의 퇴적물 특성, 유기물 함량, 산화·환원 상태 등 물리·화학적 조건은 생산성 향상에 큰 영향을 끼치게 된다(Kim et al., 2011;Park, 2020;NIFS, 2017). 이에 따라 향후 양식산업의 지속적인 성공을 위해서는 수질뿐 아니라 퇴적물에 대한 다양한 환경요인의 통합적 관리가 필수일 것이다.

    본 연구는 해양양식장 퇴적물 내 유기물과 중금속의 함량 및 분포를 조사하고, 이로 인한 생태계 잠재적 위험성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 우리나라 남서해 완도 지역의 전복 가두리 양식장 주변 퇴적물을 대상으로 유기물과 중금속을 분석하였다.

    2. 재료 및 방법

    2.1 시료 채취 및 분석

    본 연구에서는 완도 내 10개의 전복 가두리 양식장 주변에서 각 2개의 지점을 선정하여 총 20개의 퇴적물 시료를 채취하였다(Fig. 1). 채취는 그랩샘플러를 이용하여 5∼10cm 깊이의 퇴적물을 수집하였으며, 실험실로 운반된 시료 중 일부는 실험 전까지 동결건조 처리를 하였다.

    퇴적물의 입도, 총유기탄소(TOC), 그리고 중금속(Fe, Li, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, As, Ni, Hg) 분석은 항목별로 제안된 방법에 따라 전처리를 하였다. 입도의 분석은 Ingram(1971)의 표준입도분석법을 따랐고, TOC는 유기탄소분석기(SHIMADZU; SSM-5000)를 활용해 고온 연소과정에서 발생한 이산화탄소(CO2)의 양을 기반으로 분석하였다. 중금속 분석의 경우, 수은을 제외한 원소는 혼합산을 사용하여 시료를 분해 및 용출 한 후 유도결합플라즈마(IPC-OES; Varian 720)로 정량하였으며, 수은은 전용분석기(mercury analysis system, NIC model, SP-3DS)를 사용해 측정하였다.

    측정값의 신뢰도를 확보하기 위해 NRC(National Research Council Canada)의 MESS-4 표준물질로 검증을 진행하였으며, 회수율은 Fe 90.1%, Li 106.4%, Cu 103.1%, Zn 86.2%, Pb 98.0%, Cd 106.6%, Cr 93.1%, As 93.3%, Ni 92.0%, Hg 115.8%로 나타나 분석결과의 신뢰성을 입증하였다.

    2.2 중금속의 조절요인 및 오염도 평가

    2.2.1 금속함량의 조절요인

    금속함량의 조절요인 즉, 변동성을 파악하기 위해 절대 주성분 점수(APCS)를 활용하여 주성분 간 상관관계를 분석하고, 다중회귀분석(MLR)을 통해 각 금속함량의 변동성을 정량적으로 표현하는 APCS-MLR 모델을 사용하였다. 계산과정은 다음과 같다(Shen et al., 2021;Proshad et al., 2022).

    ( Z 0 ) i = 0 − x i ¯ σ i = − x i ¯ σ i
    (1)

    ( A 0 ) p = ∑ i = 1 I S p i ( Z 0 ) i
    (2)

    A P C S j p = ( A x ) j p − ( A 0 ) p
    (3)

    C i = B i + ∑ p = 1 p B p i × A P C S j p
    (4)

    식에서, 금속의 표준화 (Z0)i 는 평균함량 Xi 과 표준편차 σi 로부터 계산되며, (A0)p 는 주성분 p에서 변수 i의 기여도를 나타내는 계수 Spi와 금속의 표준화의 관계를 나타낸다. APCSjp 는 시료 j 의 주성분 점수에서 Zero-pollution 상태에서 계산된 주성분 점수의 차로 계산되었다. 마지막으로 지표농도 Ci 는 다중회귀분석을 통해 산출된 상수 Bi와 지 표 i에서 주성분 p의 회귀계수 Bpi 그리고 APCSjp간 상관관계를 통하여 산출하였다.

    연구에서 주성분분석(Principal component analysis; PCA)과 다중회귀분석(Multiple linear regression; MLR)은 SPSS(PASW Statistics 18)로 수행하였다.

    2.2.2 농축지수

    농축지수(Enrichment Factor; EF)는 퇴적물 내 중금속의 인위적 오염도를 평가하기 위해 사용하였으며, 아래의 공식에 따라 계산하였다(Zhang and Liu, 2002).

    E F = ( C i / F e ) s a m p l e / ( C i / F e ) b a c k g r o u n d
    (2)

    여기서, (Ci/Fe)backgroud는 조사지역이 포함하고 있는 실제 금속과 철의 함량, (Ci/Fe)sample 는 Cho and Cho(2015) 그리고 Cho(2021)의 인근 도암만에서 수행된 금속함량을 기반으로 한 퇴적물 내 중금속 배경농도의 금속과 철의 함량을 적용하였다. EF의 오염수준은 Table 1에서 제시된 5개 등급으로 나눌 수 있다(Chen et al., 2007).

    2.2.3 잠재적 생태계 위해도지수

    중금속의 생태학적 영향 및 독성학적 연관성을 살펴보기 위하여 생태계 위해도지수를 활용하여 퇴적물 내 중금속의 전체적 및 개별 생태학적 위해를 평가하였다(Hakanson, 1980). 해당 식은 다음과 같으며, 위해도 수준은 Table 2에 제시하였다.

    E i r = T i × C i = T i × C i C n ,   E R I = ∑ i = 1 m E i r
    (6)

    E r i 는 조사지역 개별금속의 위해지수를 나타내며, Ti 는 생태 독성계수, Ci와 Cn 은 실제 금속과 배경농도를 의미한다. 이때, 생태 독성계수는 Wang et al.(2011)의 Cr 2, Ni 5, Pb 5, Cu 5, Zn 1, As 10, Cd 30, Hg 40을 따랐다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 퇴적물의 입도분포 및 유기물 함량

    연구지역의 퇴적물은 자갈에서 점토에 이르기까지 다양한 입도의 퇴적물로 구성되어 있다. 퇴적물을 Folk(1968)의 기준에 따라 분석한 결과 Fig. 2와 같이 자갈이 포함된 3가지 퇴적상과 자갈이 포함되지 않은 4가지 퇴적상으로 구분되었다. 연구지역의 퇴적물은 주로 실트와 점토가 주요성분을 이루었으나 보길도, 청산도, 금일도와 같이 외해와 가까운 지역에서 채취된 전체 시료 중 약 20%에서 60% 이상의 모 래가 포함되었으며, 일부 시료에서는 소량의 자갈(2% 미만)이 혼합된 것으로 확인되었다. 퇴적물의 평균입도는 1.0∼ 8.4Ø의 폭넓은 범위로 분포하였으나, 대부분 지역에서는 6.0Ø를 초과하는 세립실트가 주를 이루고 있는 것으로 나타났다.

    TOC 함량은 0.08∼1.49% 범위로 나타났으며, Fig. 3과 같이 평균입도의 변화와 밀접한 상관성(r=0.88, p<0.01)을 보였다. 연구지역의 평균함량은 0.76%로, 이는 노화도(0.85%), 보길도(0.51%), 금일도(0.80%) 전복 가두리 양식장의 표층퇴적 물에서 확인된 유기물 함량 범위(Kim et al., 2024)와 유사하며, 인근 도암만의 0.90%와도 비슷한 수준이다(Cho and Cho, 2015).

    반면, 굴 양식의 영향을 받는 진해만(3.0%)의 약 ¼ 수준, 피조개 및 새꼬막 등 패류양식이 활발한 진주만(1.3%)의 약 ½ 수준, 어류 양식장이 밀집한 통영-거제 연안(2.3%)의 약 ⅓ 수준으로 비교적 낮은 값을 보였다(Hwang et al., 2021;Sim et al., 2020). 이러한 낮은 TOC 함량은 퇴적층에서 직접적인 섭식 및 배설이 이루어지는 패류양식과는 달리 해조류 를 섭식하는 전복양식이 주를 이루는 연구지역의 특성에 기인한 것으로 판단된다(Yokoyama, 2002;Danovaro et al., 2004).

    3.2 퇴적물 내 중금속 함량과 분포특성

    연구지역 퇴적물의 중금속 함량을 Table 3에 나타내었다. 퇴적물 내 중금속의 평균함량은 인근 도암만에서 산출된 배경농도(Cho and Cho, 2015)와 유사한 수준을 보였으나, Pb와 Zn을 제외한 모든 금속에서는 배경농도를 상회하였다. 이는 해당 금속이 퇴적물 내에서 약간의 증가를 보였음을 나타낸다. 특히, Cd의 평균함량은 배경농도보다 3.3배 높아 금속 중 가장 높은 수준의 축적을 보였다. 해양퇴적물의 중금속 오염관리를 위한 우리나라의 주의기준(TEL, Threshold Effects Level)에 따르면 퇴적물 내 Cr, Ni, Pb, Cu, Zn, As, Cd, Hg의 함량은 각각 116, 47.2, 44.0, 20.6, 68.4, 14.5, 0.75, 0.11 ㎎/㎏ 이하로 유지되어야 한다(MOF, 2018). 조사된 대부분의 퇴적 물은 이러한 기준을 충족하였으나, 일부 퇴적물에서는 Cu와 Zn가 주의기준을 초과하는 것으로 나타났다(Fig. 4). 중금속의 함량은 정점 간 17%에서 41%(σx/x)까지 변동하였으며, 특히 Fig. 5 그래프에서는 입도와 관련된 금속이 34% 이상의 큰 변화를 나타냈다. 공간적으로는 입도분포와 유사하였으며, 모래와 자갈이 혼합된 일부 지역에서는 As와 Pb를 제외한 대부분의 금속이 낮은 함량을 보였다.

    중금속 함량은 입도와 밀접하게 연관되며, 이는 광물학적 및 지화학적 성분, 입자 표면적 등 다양한 퇴적학적 요인에 의해 결정된다(Klamer et al., 1990;Horowitz, 1991). 연구지역 퇴적물에서도 이러한 입도 의존성은 관찰되었으며, Fe, Cr, Ni, Cu, Zn, Cd 등의 금속은 입도가 세립해질수록 함량이 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5). 반면, 모래가 65% 이상 포함된 조립질 퇴적물과 세립질 퇴적물 간 Pb, As, Hg의 함량 차이는 1.2∼1.5배로 나타나 입도에 영향이 상대적으로 적었다. 이는 Pb, As, Hg 등의 금속이 단순히 입도뿐만 아니라 모래 내 정장석과 같은 조립질 광물성분의 기여로 인해 함량변동이 발생할 수 있음을 이전 연구에서 설명한 바 있다(Kim et al., 2000;Song et al., 2011;Park et al., 2017).

    3.3 중금속의 오염도 및 생태학적 위해도 평가

    3.3.1 금속의 조절요인 분석

    퇴적물 내 금속은 공간적, 시간적, 환경적 요인에 영향을 받으며, 금속의 물리·화학적 특성과 오염원에 따라 함량이 조절된다. 본 연구는 금속들과의 관계를 바탕으로 APCS-MLR (Absolute principal component scores-Multiple linear regression) 모델을 활용하여 퇴적물 내 금속함량의 변동성을 평가하고, 변동성을 유발하는 주요 요인을 분석하였다. 모델의 적합성과 신뢰성은 Kaiser-Meyer-Olkin 값(0.79)과 Bartlett 검정결과 (p=0.00)를 통해 검증되었다. 연구지역의 중금속 분포는 2개의 요인(Factor)으로부터 기여를 받는 것으로 나타났으며, 실제 금속 농도와 예측 농도 간 결정계수(R2)를 통해 요인분석 결과의 신뢰성을 확인하였다(Table 4). Ni, Cd, Zn, Cu는 53.1 ∼97.4%로 Factor 1에서 높은 기여를 보였으며, 실제 농도와 예측 농도 간 관련성이 0.9 이상으로 나타나 높은 상관성을 보였다. 이에 따라 Factor 1은 양식장 활동이나 유기물과 밀접한 관련 속에서 조절되는 것으로 해석할 수 있다. Cho and Cho(2015)의 연구에 따르면, 인근 도암만에서 이들 금속(Cd, Pb, Zn)은 금속의 존재형태(Chemical speciation) 중 탄산염 부분(carbonate fraction)에 유의미한 비율로 존재하며, Cu는 유기물과 높은 친화도를 보인다. 이는 본 연구의 결과를 뒷받침한다. 또한, 양식 과정에서 사용된 잔류 사료(다시마)에 포함된 금속이 퇴적물로 침전되면서 금속함량 증가에 기여했을 가능성이 있다(Hwang et al., 2007). 한편, Factor 2에서 높은 기여도를 보이는 금속은 As와 Hg로, 이 두 금속은 입도와의 관련성이 낮은 금속이다. 이로 인해 퇴적환경 중 광물기원에 따른 자연적 요인에 의해 함량이 조절될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 추가적으로, Pb와 Cr은 두 요인(Factor 1과 Factor 2)에서 유사한 기여도를 보였으며, 이는 양식장 활동 뿐 아니라 주변 지화학적요인의 영향을 함께 받는 금속임을 시사한다.

    3.3.2 농축지수

    농축지수(EF)는 퇴적물 내 중금속의 축적 정도를 평가하는 데 주로 사용된다. 분석된 시료에서 EF 값은 Cr, Ni, Pb, Zn, As, Hg가 25∼70%에서 오염되지 않은 상태를 나타냈으며, As, Cd, Hg는 5∼75% 범위에서 보통수준의 오염(moderate enrichment)을 보였다(Fig. 6). 특히, Cd는 배경농도보다 3.3배 높은 축적을 보였으며, 조사된 지역의 25%와 75%가 각각 “약한 오염”과 “보통 오염” 상태로 평가되었다. 전체적으로 연구지역에서는 약한 오염퇴적물(25∼100%)이 주를 이루는 가운데 비오염부터 보통 오염상태까지 포함된 것으로 나타났다. 더욱이 Cd는 상대적으로 높은 EF 값을 보여 퇴적물 내에서 가장 높은 축적도를 보이는 금속으로 확인되었다.

    전복 양식장 주변에서 관찰된 Cd의 높은 축적도는 해조류에 포함된 금속뿐만 아니라, 섭식 후 남은 해조류 잔류물이 퇴적물로 침전되면서 블루카본(Blue Carbon)의 일부로 기능하고 탄소저장 과정에 기여할 가능성을 시사한다(Fourqurean et al., 2012). 특히, 해조류 잔류물은 분해 과정에서 퇴적물 내 CaCO3 침전을 유도할 수 있으며, 이는 해조류의 대사 산물 방출 및 퇴적환경의 화학적 변화와 관련이 된다. 이러한 과정에서 CaCO3 침전이 증가하면 Cd2+와 같은 금속 이온이 탄산염과의 치환 반응을 통해 퇴적물 내에 고정될 가능성이 높아진다(Stumm and Morgan, 1996;Berner, 1971). 즉, CaCO3의 형성과 Cd의 흡착·침전 과정은 퇴적물의 화학적 특성 변화와 밀접하게 연관되며, 이는 전복 양식장에서 발생하는 유기물 공급이 퇴적물 내 중금속의 거동 및 분포에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 결과는 Factor 1에서 제시된 결과와도 일치하며, 양식장 활동이 퇴적물 내 특정 금속의 축적에 기여하고 있음을 보여준다.

    3.3.3 잠재적 생태학적 위해성

    퇴적물 내 금속의 생태학적 위험 정도는 환경에 대한 독성과 생태기능에 미치는 영향을 고려하여 평가한다(Hakanson, 1980). 본 연구에서는 개별금속의 생태학적 위험도( E r i )와 전체금속의 생태학적 위험도(ERI)를 분석하였다(Fig. 7). 연 구지역에서는 Cd와 Hg를 제외하고 모든 정점에서 생태학적 위험 결과가 “낮은 위험(Low risk)”으로 나타났다. Hg는 연구지역의 80%에서 “중간 위험(Moderate risk)”을 보였고, 15%는 “낮은 위험(Low risk)”, 나머지 5%는 “상당한 위험 (Considerable risk)”으로 확인되었다. Cd는 다른 금속과 달리 연구지역의 65%에서 “상당한 위험” 상태를 보였으며, 나머지는 “중간 위험”으로 나타났다. 이를 바탕으로 생태학적 위험도를 평가한 결과, 연구지역 대부분은 “중간 위험” 상태를 보였으나, 백일도와 금일도의 경우 “낮은 위험”상태로 분류되었다. 연구지역 퇴적물에서 Cd는 생태학적 위험을 유발하는 주요금속으로 나타났으며, Cd의 높은 농축과 독성 생태학적 위험도로 인해 다른 금속보다 더 높은 생태학적 위험을 초래하는 것으로 드러났다.

    연구지역 내 전복 양식장은 지리적 위치와 환경적 특성에 따라 생태학적 위해도에 차이가 나타날 가능성이 있다. 양식장의 해수 교환율, 수심 변화, 유기물 공급량 등의 차이는 이러한 퇴적물 내 금속의 축적과 생태학적 위해도에 영향을 미칠 수 있으며 이를 보다 정확하게 평가하기 위해 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

    4. 결 론

    완도 전복 양식장 주변 표층 퇴적물에서 입도, 유기물, 중금속(Fe, Li, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, As, Ni, Hg)의 분포와 조절요 인을 분석하고 이를 통해 양식장 환경을 평가하였다.

    퇴적물은 주로 실트와 점토의 세립질 퇴적물이 우세하였으나, 일부 지역에서는 모래와 소량의 자갈이 포함된 조립질 퇴적물이 확인되었다. 평균입도와 TOC 함량은 밀접한 상관관계(r=0.88, p<0.01)를 보였으며, TOC의 평균함량은 0.76% 로 해조류를 섭식하는 전복양식의 특성과 관련이 있음을 시사하였다.

    금속의 함량은 공간적·시간적 요인에 따라 변동하였으며, APCS-MLR 분석결과 Ni, Cd, Zn, Cu는 양식장 활동 및 유기물과 연관성을 보였다. 특히 Cd는 퇴적물 내에서 가장 높은 농축을 보였으며, 이는 해조류에 포함된 금속과 해조류 잔류물이 퇴적물로 침전되면서 발생한 CaCO3 침전 및 치환작용과 연관된 것으로 판단된다. 이러한 결과는 특정 금속의 농축이 양식장 활동과 연결되어 있음을 보여준다.

    생태학적 위해도 평가 결과, 연구지역은 “중간 위험”이 광역적으로 분포한 가운데 일부에서는 “낮은 위험”이 확인되었다. Hg는 지역의 80%가 “중간 위험”을 나타냈으며, Cd는 “상당한 위험”을 보임으로써 연구지역 내 생태학적 위험을 유발하는 중요 금속으로 평가되었다.

    사 사

    본 연구의 현장조사 및 시료 채취에 도움을 주신 ㈜바라는바다 연구원께 감사드리며, 논문 심사를 통해 소중하고 건설적인 제안을 해주신 심사위원들께 깊이 감사드립니다.

    Figure

    KOSOMES-31-1-1_F1.gif

    Map showing the sampling stations of study area. The table in the figure represents aquaculture pond area (A) and annual production (B).

    KOSOMES-31-1-1_F2.gif

    Distribution of surface sedimentary facies.

    KOSOMES-31-1-1_F3.gif

    Grain size composition, mean grain size and concentrations of total organic carbon (TOC) at each station in surface sediments from the study area. The stacked bars indicate the proportions of gravel, sand, silt and clay. The thick black bars within the stacked bars represent the TOC content, while the floating horizontal lines indicate the mean grain size (Mz) at each station.

    KOSOMES-31-1-1_F4.gif

    Heavy metal concentrations (Cr, Ni, Pb, Cu, Zn, As, Cd, Hg) in surface sediments collected from the study area. Cu and Zn are grain size corrected, with dotted lines indicating the threshold effects level.

    KOSOMES-31-1-1_F5.gif

    Pearson’s correlation analysis results of the components analyzed in surface sediments. The ‘p’ in the figure represents the significance level. The lower figure illustrates the correlation between grain size and each metal, with R2 indicating the regression coefficient.

    KOSOMES-31-1-1_F6.gif

    Enrichment factor (EF) values of heavy metals in surface sediments from the study area. The box-and-whisker plots represent: (1) outliers, (2) maximum and minimum values, (3) 25% and 75% quartiles, and (4) the median. The range on the right indicates EF levels: ① EF < 1 (no enrichment), ② EF 1-3 (minor enrichment), ③ EF 3-5 (moderate enrichment), and ④ EF 5-10 (moderately severe enrichment).

    KOSOMES-31-1-1_F7.gif

    Ecological risk index (ERI) of surface sediments in the study area. The Eri values of heavy metals are represented by bars with different colors, indicating Low risk (ERI < 150) and Moderate risk (150 ≤ ERI < 300).

    Table

    Classification of pollution levels based on EF

    Classification of pollution levels based on Ecological risk indices

    Comparison of mean grain size (Mz) and total organic carbon (TOC) content in surface sediments of the study area with values from nearby Doam Bay and various aquaculture regions

    1)Cho and Cho, 2015;2)Choi et al., 2015;3)Lee et al., 2020;4)Hwang et al., 2018;5)Lee et al., 2017;6)Hwang et al., 2021;7)Cho, 2021;8)MOF, 2018

    Source contributions, estimated values, and actual data of heavy metals in surface sediments from the study area

    Reference

    1. Berner, R. A. ( 1971), Principles of chemical sedimentology. New York: McGraw-Hill, 240.
    2. Billah, M. M., A. H. Mustafa Kamal, M. H. Idris, and J. Ismail ( 2017), Mangrove Macroalgae as Biomonitors of Heavy Metal Contamination in a Tropical Estuary, Malaysia, Water Air Soil Pollution, Vol. 228, No. 9, pp. 347-360.
    3. Chen, C. W., C. M. Kao, C. F. Chen, and C. D. Dong ( 2007), Distribution and Accumulation of Heavy Metals in the Sediments of Kaohsiung Habor, Taiwan, Chemosphere, Vol. 66, No. 8, pp. 1431-1440.
    4. Cho, H. C. ( 2021), Background concentration of heavy metals in sediments of the weetern and southern coast of Korea, Ph. D. Thesis, Korea, Mokpo National Univ.
    5. Cho, H. C. and Y. G. Cho ( 2015), Heavy Metals in Surface Sediments from Doam Bay, Southwestern Coast of Korea, Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 20, No. 4, pp. 159-168.
    6. Cho, Y. G. and G. B. Kim ( 2007), Bioaccumulation of Pb and Cd in Blue Mussel (Mytilus edulis) and Oliver Flounder (Paralichthys olivaceus) Exposed to Rearing Media, Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 10, No. 1, pp. 21-28.
    7. Choi, M. K., I. S. Lee, H. C. Kim, and D. W. Hwang ( 2015), Distribution and Contamination Status of Trace Metals in Surface Sediments of Shellfish Farming Areas in Yeoja and Gangjin Bays, Korea, Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 48, No. 5, pp. 789-797.
    8. Danovaro, R., C. Gambi, G. M. Luna, and S. Mirto ( 2004), Sustainable impact of mussel farming in the Adriatic Sea (Mdeiteeranean Sea): evidence from biochemical, microbial and meiofaunal indicators, Marine Pollution Bulletin, Vol. 49, No. 4, pp. 325-333.
    9. Folk, R. L. ( 1968), Petrology of Sedimentary Rock, Hemphill’s. 653.
    10. Fourqurean, J. W., C. M Duarte, H. Kennedy, N. Marbà, M. Holmer, M. A. Mateo, E. T Apostolaki, G. A Kendrick, D. Krause-Jensen, K. J. McGlathery, and O. Serrano ( 2012), Seagrass ecosystems as a globally significant carbon stock, Nature geoscience, Vol. 5, No. 7, pp. 505-509.
    11. Hakanson, L. ( 1980), An Ecological Risk Index for Aquatic Pollution Control: A Sedimentological Approach, Water Research, Vol. 14, No. 8, pp. 975-1001.
    12. Horowitz, A. J. ( 1991), A primer on Sediment-Trace Element Chemistry. Lewis Publishers. INC., 136.
    13. Hwang, Y. O., M. S. Kim, S. G. Park, and S. J. Kim ( 2007), Contents of lead, mercury, and cadmium in seaweeds collected in coastal area of Korea, Analytical Science & Technology, Vol. 20, No. 3, pp. 227-236.
    14. Hwang, H. J., D. W. Hwang, G. R. Lee, H. C. Kim, and J. N. Kwon ( 2018), Distributions of Organic Matter and Heavy Metals in the Surface Sediment of Jaran Bay, Korea. Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 24, No. 1, pp. 78-91.
    15. Hwang, D. W., H. J. Hwang, G. R. Lee, S. Y. Kim, S. Y. Park, and S. P. Yoon ( 2021), Organic Matter and Heavy Metals Pollution Assessment of Surface Sediment from a Fish Farming Area in Tongyoung-Geoje Coast of Korea, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 27, No. 4, pp. 510-520.
    16. Ingram, R. L. ( 1971), Sieve Analysis. In: Procedures in Sedimentary Petrology, edited by Carver, R.E., Wiley-Inter Science, New York. pp. 49-67.
    17. Jeong, H. R., J. Y. Choi, and K. T. Ra ( 2020), Assessment of Metal Pollution of Road-Deposited Sediments and Marine Sediments Around Gwangyang Bay, Korea, Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 25, No. 2, pp. 42-53.
    18. Kang, J. C., J. K. Koo, and J. S. Lee ( 2000), Environmental Survey for Productivity Enhancement of Cultured Fleshy Prawn Penaeus chinensis I. Effect of Sediment and Seawater Quality on Growth, Journal of Aquaculture, Vol. 13, No. 1, pp. 39-46.
    19. Kang, J. H., S. J. Lee, W. G. Jeong, and S. M. Cho ( 2012), Geochemical Characteristics and Heavy Metal Pollutions in the Surface Sediments of Oyster Farms in Goseong Bay, Korea, Korean J. Malacol., Vol. 28, No. 3, pp. 233-244.
    20. Kim, K. T., C. R. Lim, Y. G. Cho, G. H. Hong, S. H. Kim, D. B. Yang, and N. S. Choi ( 2000), Geochemistry of Pb in Surface Sediments of the Yellow Sea: Contents and Speciation, Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 35, No. 4, pp. 179-191.
    21. Kim, B. M. N., A. Y. Choi, S. U. An, H. C. Kim, R. H. Jung, W. C. Lee, and J. H. Hyun ( 2011), Rates of Sulfate Reduction and Iron Reduction in the Sediment Associated with Abalone Aquaculture in the Southern Coastal Waters of Korea, Ocean and Polar Research, Vol. 33, No. 4, pp. 435-445.
    22. Kim, S. Y., S. H. Park, S. J. Hong, R. H. Jung, and S. P. Yoon ( 2024), Benthic Ecosystem Assessment on Abalone Cage Aquaculture Farms using Polychaete Communities and Benthic Health Index, Journal of The Korean Society of Marine Environmental Engineers, Vol. 27, No. 1, pp. 63-70.
    23. Klamer, J. C., W. J. M. Hegeman, and F. Smedes ( 1990), Comparison of Grain Size Correction Procedures for Organic Micropollutants and Heavy Metals in Marine Sediments, Hydrobiologia, Vol. 208, No. 3, pp. 213-220.
    24. Lee, G. R., D. W. Hwang, H. J. Hwang, J. H. Park, H. C. Kim, and J. N. Kwon ( 2017), Distribution and Pollution Status of Organic Matter and Heavy Metals in Surface Sediment Around Goseong Bay, a Shellfish Farming Area, Korea, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 23, No. 6, pp. 699-709.
    25. Lee, G. R., H. J. Hwang, J. B. Kim, and D. W. Hwang ( 2020), Pollution Status of Surface Sediment in Jinju Bay, a Shellfish Farming Area, Korea, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 26, No. 4, pp. 392-402.
    26. Ministry of Oceans and Fisheries; MOF ( 2018), Quality guidelines for marine environment in Korea. Ministry of Oceans and Fisheries, 218-10.
    27. Ministry of Oceans and Fisheries; MOF ( 2023), Ministry of Oceans and Fisheries Website.
    28. National Institute of Fisheries Science ( 2017), Studies on the standardization of floating cage facilities and productivity improvement for abalone (Report No, TR-2017-AQ-005). Busan: National Institute of Fisheries Science.
    29. Park, J. K., M. S. Choi, Y. Song, and D. I. Lim ( 2017), Tracing the Origin of Pb using Stable Pb Isotopes in Surface Sediments along the Korean Yellow Sea Coast, Ocean Science Journal, Vol. 52, No. 2, pp. 177-192.
    30. Park, G. H. ( 2020), Biogeochemical Distribution and Characteristics of Surface Sediemts in Wando abalone Farm, Chonnam National University.
    31. Proshad, R., M. Uddin, A. M. Idris, and M. Abdullah Al ( 2022), Receptor model-oriented sources and risks evaluation of metals in sediments of an industrial affected riverine system in Bangladesh, Science of the Total Environment, Vol. 838, 156029.
    32. Shen, D. L., S. H. Huang, Y. P. Zhang, and Y. C. Zhou ( 2021), The source apportionment of N and P pollution in the surface waters of lowland urban area based on EEM-PARAFAC and PCA-APCS-MLR, Environmental Research, Vol. 197, 111022.
    33. Sim, B. R., H. C. Kim, S. C. Kang, D. I. Lee, S. J. Hong, S. H. Lee, and Y. J. Kim ( 2020), Geochemical Indicators for the Recovery of Sediment Quality after the Abandonment of Oyster Crassostrea gigas Farming in South Korea, Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 53, No. 5, pp. 773-783.
    34. Song, Y. H., M. S. Choi, and Y. W. Ahn ( 2011), Trace Metals in Chun-su Bay Sediments, Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol. 16, No. 4, pp. 169-179.
    35. Song, Y. H. and M. S. Choi ( 2017), Assessment of heavy metal contamination in sediments along the coast of South Korea using Cs-normalized background concentrations, Marine Pollution Bulletin. Vol. 117, No. 1-2, pp. 532-537.
    36. Sorensen, E. M. B. ( 1991), Metal Poisoning in Fish, CRC Press, Inc., p. 374.
    37. Stumm, W. and J. J. Morgan ( 1996), Aquatic Chemistry: Chemical Equilbria and Rates in Natural Waters. John Wiley & Sons, INC.
    38. Wang, Y., Z. Yang, Z. Shen, Z. Tang, J. Niu, and F. Gao ( 2011), Assessment of Heavy Metals in Sediments from a Typical Catchment of the Yangtze River, China. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 172, No. 1-4, pp. 407-417.
    39. Yokoyama, H. ( 2002), Impact of fish and pearl farming in the benthic environments in Gokasho Bay: Evaluation from seasonal fluctuations of the macrobenthos, Fisheries Science, Vol. 68, No. 2, pp. 258-268.
    40. Zhang, J. and C. L. Liu ( 2002), Riverine Composition and Estuarine Geochemistry of Particulate Metals in Chinaweathering Features, Anthropogenic Impact and Chemical Fluxes, Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol. 54, No. 6, pp. 1051-1070.
    Copyright © The Korean Society of Marine Environment and safety. All rights reserved.
    (530-729)Mokpo National Maritime Univ., Jukgyo-dong, Mokpo-si, Jeollanam-do, Korea