1. 서 론

강진만은 전라남도 남해안 중앙부에 위치한 반폐쇄성 내 만으로, 외해와의 해수 교환이 제한적이고 수심이 얕은 특 징을 지닌다(Fig. 1). 만 입구는 비교적 좁고, 내부는 완만한 지형을 이루며 여러 하천으로부터 담수가 유입되고 있다. 평균 수심은 약 4–6 m로 얕으며, 조석의 차는 크지만 조류 의 유속은 외해에 비해 느려 체류시간이 길기 때문에 물질 의 확산 및 희석 능력이 낮은 특징을 지닌다. 이러한 지형적 특성으로 인해 외해보다 육상에서 기원한 유기물 및 오염물 질이 쉽게 축적되는 조건을 지닌다. 또한 만 내부에는 패류 양식장과 염전, 하구 주변에 농경지가 많이 분포하여 퇴적 물에 의한 인위적 오염부하가 지속적으로 영향을 끼칠 가능 성이 높은 해역이다. 특히 강진만은 주변에 소규모 하천이 다수 존재하며, 하계에는 담수의 유입이 증가하고 동계에는 조류의 체류가 길어지는 등 계절적 차이가 뚜렷하다. 이러 한 계절적 요인은 저층의 퇴적물 내에 유기물이 축적되어 산화·환원 상태, 그리고 저층의 용존산소 변화에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.

퇴적물의 오염도는 해양환경의 장기적 변화를 평가하는 주요 수단으로 수질평가에 비해 오랜 환경 정보를 잘 반영 한다. 퇴적물 내 유기물의 축적과 산화는 저서환경의 산소 소비를 증가시켜 저 산소 층 형성에도 기여하며(Rabalais et al., 2002), 연안 및 내만의 수질환경 변동을 이해하는 데 중 요한 지표로 활용될 수 있다. 퇴적물의 유기물 축적이 심할 경우 저서 생물의 서식 환경을 악화시키고, 산소 소비를 촉 진하여 황화수소 발생과 같은 문제를 유발할 수 있다. 이러 한 이유로 퇴적물의 유기물 함량과 오염 지표는 연안 환경 관리에서 주요 모니터링 항목으로 다루어지고 있다(Hwang et al., 2013).

퇴적물의 오염도 평가 항목 중 퇴적물 내 유기물의 함량 을 시사하는 강열감량(Ignition Loss, IL), 화학적산소요구량 (Chemical Oxygen Demand, COD), 산휘발성황화물(Acid Volatile Sulfide, AVS)이 있으며 그 외 총유기탄소(TOC), 영양염과 중 금속, 환경호르몬 등이 있다. 퇴적물의 IL, COD, ORP 등은 시공간적으로 쉽게 변하는 수질 항목보다 비교적 안정적인 오염지표로 장기적인 해역의 오염상태를 알 수 있는 해역환 경의 오염도 평가에 이용될 수 있다고 제시하였다(Kim, 2007). 특히 해저 퇴적물의 IL, COD, AVS 등은 저층 퇴적물 내 유기물 부하와 산화·환원 상태를 나타내는 오염 지표로 도 이용되고 있다(Kim and Um, 2013).

국내 연안에서 이러한 퇴적물의 오염 지표를 이용한 다양 한 연구가 수행되어 왔다. 여자만과 강진만 퇴적물의 조사 에서 세립질 퇴적물에서 유기물 축적이 두드러지며, 유기탄 소와 황화물 농도가 높은 지역일수록 환원적 환경 특성이 높은 경향이 보고되었다(Choi et al., 2013;Hwang et al., 2013). 여자만과 강진만 패류양식장 퇴적물의 IL, COD, AVS 농도를 분석한 연구에서는 내만의 유기물 축적이 저서환경 악화로 이어질 가능성을 시사하였다(Choi et al., 2013). 또한, 남해안 패류양식해역 퇴적물의 유기물 및 중금속 분포를 분석한 결 과, 내만의 미량금속과 유기물 축적 간의 밀접한 상관관계 가 보고되었다(Choi et al., 2015). 이러한 연구들은 반폐쇄성 내만 해역에서의 유기물 축적 및 저서환경 악화 간의 연관 성을 규명하는 데 중요한 기초자료를 제공한다.

그러나 강진만을 포함한 국내 내만 해역에서 수행된 연구 의 대부분은 단기간의 공간 분포에 초점을 둔 단기 조사에 국한되어 있어, 퇴적물 오염도의 시간적 변동 특성과 요인 을 종합적으로 분석하는 데에는 한계가 있었다. 이에 본 연 구에서는 반폐쇄성 내만인 강진만을 대상으로 2018년 5월부 터 2019년 2월까지 계절별로 4회에 걸쳐 강진만 25개 정점에 서 표층 퇴적물의 IL, COD, AVS를 분석하고, 이를 본 연구 팀이 동일 해역에서 수행한 2015-2016년 조사 결과(Chonnam National University, 2020)와 비교하여 퇴적물 오염도의 시공 간적 변화를 정량적으로 평가하고자 하였다. 본 연구는 강 진만 내 유기물 축적 및 환원 환경 지표의 공간적 분포 차이 와 함께, 시간 경과에 따른 오염 지표의 변화를 종합적으로 해석하고자 한다. 기존 연구가 주로 공간 분포에 초점을 두 었던 것과 달리, 본 연구에서는 시간적 변동 특성을 함께 고 려하여, 강진만 퇴적물 환경 변화를 장기적으로 제시함으로 써 향후 연안 환경 관리 및 수산자원 보전에 필요한 기초 자 료를 제공하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1 조사해역 및 시료 채취

본 연구에서는 강진만 해역의 해저 퇴적물의 오염도를 파 악하기 위하여 2018년 5월, 8월, 11월 및 2019년 2월에 4회에 걸쳐 계절적으로 현장 조사를 수행하였다. 저층의 퇴적물은 반빈 그랩 채니기(van Veen grab sampler)를 이용하여 퇴적물 을 채취한 뒤, 상대적으로 교란이 적은 채니기의 중앙부 표 면에서 표층 퇴적물(0~2cm)만 분취하였다. 분취한 시료는 드 라이아이스를 넣은 아이스박스에 보관하여 실험실로 운반 하였으며, 먼저 산휘발성황화물(AVS)을 분석하였고, 다른 항 목의 분석은 –20 ℃에서 냉동 보관 후 진행하였다. 아울러 과거 동일 해역에서 수행된 본 연구팀의 조사 자료와 본 조 사의 결과를 비교, 분석하였다. 이전 연도의 자료는 2015년 6월, 8월, 11월 및 2016년 2월에 강진만 내 7개 정점에서 조 사된 결과를 활용하였으며, 2018-2019년 현장 조사 지점 25 개 중 이전 조사 정점과 위치가 동일한 7개 지점의 결과를 비교 분석하여, 저층 퇴적물의 오염 변화를 살펴보았다.

2.2 조사항목 및 조사방법

퇴적물의 오염도 조사 항목은 강열감량, 화학적산소요구 량, 산휘발성황화물이며, 각 항목의 분석은 해양환경공정시 험기준(MOF, 2013)에 따라서 분석하였다. 퇴적물의 COD는 산화 가능한 유기물 및 환원성 물질의 양을 산소 소비량으 로 환산한 지표로, 퇴적물 내 오염 수준을 정량적으로 평가 하는 데 사용된다. AVS는 퇴적물 내에서 황화수소로 방출되 는 황화합물의 양을 측정하여 환원 상태 및 저 산소 환경의 지표로 활용된다. 각 항목은 시료당 1회 분석하였고, 공시료 를 동일 절차로 측정하여, blank 보정을 수행하였다. 보정 후 계산된 값이 검출한계 미만이거나 0 이하인 경우는 ND로 처 리하였다. 또한 분석의 신뢰성 확보를 위해 표준용액(KMnO₄, Na₂S₂O₃·5H₂O, KIO₃)을 이용한 검정을 병행하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 강진만 해저퇴적물 오염도 특성

본 연구 해역의 해저퇴적물의 오염도 조사 결과를 Table 1 및 Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4에 정리하였다. 본 연구에서 인용한 기 준은 퇴적물 오염도의 상대적 수준을 판단하기 위한 참고 지침으로, 강진만 퇴적물의 시공간적 변동 특성을 해석하기 위한 비교 기준으로 활용하였다.

IL은 퇴적물 내 유기물 함량을 대략적으로 평가할 수 있 는 오염지표 항목으로 해역의 오염도 평가에 보편적으로 적 용 가능한 장점을 가진다(MOF, 2013). 미국 환경청(U.S. EPA, 2017)은 IL이 5% 이하일 때 ‘비오염’, 5–8% 일 때 ‘약간 오 염’, 8% 이상일 때 ‘심한 오염’으로 구분하고 있다. 본 조사 결과, 시기별 강열감량 분포를 보면, 2018년 5월에는 6.09– 13.52% (평균 7.49%), 8월에는 5.49–11.34% (평균 7.12%), 11 월에는 6.08–8.40% (평균 7.17%), 2019년 2월에는 4.96– 14.19% (평균 6.81%)의 범위를 나타내었다. 5월에 평균 7.49% 로 다소 높고, 2월에 평균 6.81%로 비교적 낮은 값을 나타내 었다.

Fig. 2는 조사 시기별 IL의 수평분포를 나타낸 것이다. IL 은 1차 조사에서 외해역, 2차 조사에서는 가우도 인근 해역, 4차 조사에서는 중앙 해역에서 다소 높은 분포를 보였다. 이 들 값은 모두 U.S. EPA(2017)의 기준상 ‘약간 오염’ 수준에 해당하였다. 계절별 IL 변동을 살펴보면, 하계 8월에 주변 농 경지·하천에서 기원한 유기물 유입이 증가하여 다소 높게 나타나는 정점이 확인되었다. 반면 동계에는 유기물 유입량 은 감소하나 강진만의 유속의 정체로 인해 유기물이 쉽게 제거되지 않아 축척되는 특징을 보이는 안쪽 지점에서 증가 하는 양상을 보였다. 이러한 계절별 정점별 차이는 강진만 이 유기물의 외부 기원·내부 축적을 동시에 받는 반폐쇄성 내만의 특성에 의한 것으로 판단된다.

퇴적물의 COD는 퇴적물 내 유기물의 산화 가능 정도를 나타내는 지표로, COD는 유기물 함량과 높은 상관성을 보이 며, 해저퇴적물의 오염도 및 분해 상태를 나타내는 지표로 널리 활용된다(MOF, 2013). 일본 수산용수기준(MAFF, 1993) 에 따르면 수산생물 서식에 적합한 퇴적물의 COD는 20 mg O₂/g·dry 이하로 제시된다. 본 조사에서 COD는 2018년 5월 5.16–13.57 (평균 9.55), 8월 6.97–23.24 (평균 12.76), 11월 4.30–16.85 (평균 11.39), 2월 7.03–15.14 (평균 11.08) mg O₂ /g·dry의 범위를 나타내었다. 5월 평균 9.55 mg O₂/g·dry로 다 른 계절에 비해 비교적 낮은 분포를 나타내었다.

Fig. 3은 조사시기별 COD 수평분포를 보여준다. 내만 서 측 및 중앙부에서 높은 값을, 외해 정점에서는 낮은 값을 보 였으며, 이는 내만에서의 유기물 부하가 높고 외해로 갈수 록 산화적 환경이 우세함을 시사한다. 또한 이러한 공간적 분포는 유기물의 육상기원 유입뿐만 아니라, 내만역의 유속 이 약하고 세립질 퇴적물이 우세한 물리적 환경 특성의 영 향이 있는 것으로 판단된다(Kim, 2007;Choi et al., 2013). 이 들 값은 일본 수산용수기준(MAFF, 1993) 에서 제시한 20 mg O₂/g·dry 이하의 기준을 모두 만족하였다. COD 역시 계절적 변화가 뚜렷하여, 하계에는 유기물 투입이 증가하여 COD가 상승했고, 동계에는 유기물의 분해가 지연되면서 내만 중앙 부에서 상대적으로 높은 COD가 유지되는 경향을 보였다. 이 는 앞서 설명한 강진만의 지역적인 특징으로 유기물 축적에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

AVS는 해저 퇴적물의 환원 상태를 반영하는 주요 지표 로, 그 농도가 높을수록 저산소 및 환원 환경이 우세함을 의 미한다. AVS는 저층수의 용존산소 농도와 밀접한 관계를 가 지며, 저서생태계의 건전성 평가에도 활용된다(MOF, 2013). 그 농도가 높을수록 해저환경이 나쁜 상태를 의미한다. 우 리나라 수산생물 서식 어장환경기준(MOF, 2017)에 따르면, AVS가 0.5 mg S/g·dry 이하일 때 수산생물의 서식에 적합한 환경으로 평가된다. AVS 조사 결과, 2018년 5월에는 N.D.– 0.61 (평균 0.06), 8월에는 N.D.–0.23 (평균 0.05), 11월에는 N.D.–0.19 (평균 0.03), 2019년 2월에는 N.D.–0.09 (평균 0.01) mg S/g·dry의 범위를 나타내었다.

Fig. 4는 각 시기의 AVS 수평분포를 보여준다. 내만 중앙 부에서 다소 높은 값을 보였으나, 외해 부근에서는 대부분 검출한계 미만이었다. 이들 결과 값은 모두 수산생물 서식 어장환경기준인 0.5 mg S/g·dry 이하로 나타났다. 이 결과와 유사하게 광양만과 목포내만에서도 COD와 AVS 농도가 외 해보다 높게 나타났으며, 이는 폐쇄적인 해역에서 유기물의 축적으로 인해 저층 산소소모의 원인으로 해석될 수 있다고 지적하였다(Kim and Um, 2013).

3.2 2015 ~ 2019년 경년변동

강진만 해저퇴적물 환경의 변동 특성을 파악하기 위하여, 과거 동일 해역에서 수행된 조사 자료와 본 조사 결과를 비 교·분석하였다. 2015년 6월, 8월, 11월 및 2016년 2월에 강진 만 내 7개 정점에서 조사된 결과를 활용하였으며, 2018년 5 월부터 2019년 2월까지 분석한 본 연구의 조사지점 중 동일 한 위치의 7개 지점의 IL, COD, AVS 결과의 평균값을 이용 하여 강진만 퇴적물 오염의 경년변화를 분석하였다(Fig. 5, Table 2).

IL은 2015년 6월에 5.88-6.71% (평균 6.71%), 2015년 8월에 6.25-7.78% (평균 6.85%), 2015년 11월에 5.69-7.99% (평균 7.32%), 2016년 2월에 4.85-6.99% (평균 5.89%)를 나타냈으며, 2015년 조사 기간 동안 평균 약 6–8% 범위에서 변동하였다 (Fig. 6).

COD는 2015년 6월에 4.99-9.33 (평균 7.79), 2015년 8월에 9.26-10.61 (평균 10.06), 2015년 11월에 3.64-10.42 (평균 8.82), 2016년 2월에 8.90-11.96 (평균 9.76) mg O₂/g·dry 를 나타냈 으며, 약 8–12 mg O₂/g·dry 범위의 평균 농도를 보였다. 본 조사(2018–2019년)의 결과가 이전 조사 결과(2015–2016년) 에 비해 다소 높은 값을 나타내었다. 시간이 지남에 따라 증 가하는 경향이 나타났는데, 이는 강진만 유역에서의 농경지 확대 및 하천을 통한 유기물 유입 증가에 따른 퇴적물 내 유 기물 부하의 누적 효과로 판단된다(Fig. 7).

AVS는 2015년 6월에 N.D.-0.30 (평균 0.08), 2015년 8월에 N.D-0.15 (평균 0.03), 2015년 11월에 N.D.-0.10 (평균 0.05), 2016년 2월에 N.D.-0.11 (평균 0.03) mg S/g·dry 의 값을 나타내 었다. 2015년 6월과 2018년 5월 조사에서 상대적으로 높은 평균 농도를 보였으나, 그 외 조사 시기에는 대부분 평균 0.05 mg S/g·dry 이하의 낮은 농도를 나타내었다. 전체적으로 AVS는 시간 경과에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 이는 저층 퇴적물의 환원 환경이 점진적으로 개선되고 있음을 의 미한다(Fig. 8).

종합하면, 본 연구의 IL, COD의 농도가 이전 자료 대비 상승하였으나 AVS는 오히려 감소하는 양상을 보였다. 일반 적으로 유기물 축적과 환원환경 심화는 AVS 증가로 이어지 는 것이 일반적이나 강진만에서는 AVS가 낮게 유지되었다. 이는 주변 농경지 확대 및 주변 하천의 유기물 유입 증가로 인해 유입된 유기물이 누적적으로 증가했기 때문으로 보이 고, 강진만 수로에서 주기적으로 시행된 퇴적물 준설 및 저 층 퇴적물의 환경개선 사업이 저층의 환원성 환경 형성을 완화하는데 기여했을 가능성을 시사한다. 즉, 강진만에서는 유기물 부하 증가로 IL과 COD이 증가되었으나 저층 퇴적물 관리 활동의 영향으로 AVS가 낮은 수준으로 유지되는 복합 적인 퇴적물 환경 변화가 나타난 것으로 해석된다.

4. 결 론

2018년 5월부터 2019년 2월까지 계절별 4회에 걸쳐 강진 만 해역 퇴적물의 IL, COD, AVS를 조사한 결과와 2015∼ 2016년에 본 연구팀에서 조사한 강진만의 퇴적물 오염도 조 사결과를 이용하여 강진만 퇴적물 오염도의 시공간 변동을 연구한 내용을 아래와 같이 요약 정리하였다.