집약적이고 장기적인 양식어업 활동은 많은 양의 유기물을 발생시켜 퇴적환경과 생태계를 악화시켜왔다. 정부에서는 양식어장 의 환경 보전과 관리를 위해서 어장관리법을 제정하였고 이를 근거로 2014년부터 어류 가두리 양식장에 대한 어장환경평가가 실시되었 다. 따라서 어장환경평가를 위해 국내 환경에 적합한 과학적이고 객관적인 평가방법의 개발이 필요하였다. 이를 위해 저서다모류 군집과 양식장의 주 오염원인 유기물의 관계를 이용한 저서생태계 건강도지수(BHI)를 개발하였고, 본 연구에서는 저서생태계 건강도지수의 개발 과정과 계산방법을 소개하고자 한다. 저서생태계 건강도지수는 국내 연안역과 양식장에서 출현한 225종의 다모류를 대상으로 퇴적물 내 총유기탄소량의 농도 구배와 종별 분포특성을 연관지어 4개의 그룹을 나누고, 각 그룹에 가중치를 부여하는 방식으로 계산된다. 저서생 태계 건강도지수를 이용하여 저서동물군집을 4개의 생태등급(Grade 1: Nomal, Grade 2: Slightly polluted, Grade 3: Moderately polluted, Grade 4: Heavily polluted)으로 나누었다. 개발된 지수를 현장에 적용한 결과, 기존의 평가방법인 다양도 지수나 국외에서 개발된 AMBI와 비교해 보 다 정확하고 계절의 영향을 적게 받아 우리나라 환경을 평가하기에 효과적인 것으로 판단된다. 또한 저서생태계 건강도지수를 사용하면 어장환경을 정량화된 수치에 따라 등급화 할 수 있어 양식장 환경관리에 효율적으로 활용할 수 있을 것이다.

굴은 패류 양식생산량 중 가장 큰 비율(평균 76%)을 차지하는 중요한 양식생물이다. 본 연구에서는 자란만의 굴 양식장에 대 해, 수온, 염분, 해수 유동, DO, SS, Chl.a를 어장적지평가 인자로 활용한 서식지 적합 지수(Habitat Suitability Index, HSI)를 산정하여 최적 서 식지를 탐색하였다. 조사결과 만 입구가 넓고 해수 유속이 빠르게 나타난 대상해역 남동쪽에서 만 내측으로 갈수록 적합한 서식지로 나 타났고, 굴의 생산량과 본 연구의 HSI는 0.710(p<0.05)의 유의한 상관성을 보였다. 만 내의 원활한 해수 교환으로 먹이공급 등 양식생물 성 장에 도움을 주는 해수 유동은 굴 생산량과 높은 상관성(0.709, p<0.05)을 보여 Chl.a보다 서식 적합도에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타 났다. 본 연구 결과는 양식장 재배치 등 효율적인 연안어장 보전, 이용과 관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

양식장 환경관리를 위하여 여러 나라에서 양식장 환경관리시스템을 구축하고 있으며, 어장환경평가가 그중 하나이다. 2013년에 개정된 국내 어장관리법에는 어류가두리양식장 면허를 연장할 때 어장환경평가를 받도록 명시되어 있다. 어장환경평가는 과학적 분석을 통한 평가를 바탕으로 양식장 환경 개선 조치를 실행하여, 지속 가능한 어업생산 조성, 어장 생산력 증가, 어업인의 소득 증가를 목적으로 한다. 어장환경평가의 평가지표는 저서다모류 군집을 기초로 한 생물지수인 저서동물지수(BHI)와 총유기탄소량(TOC)이며, 두 항목을 점 수화하여 단일등급으로 산출하여 평가에 사용한다. 본 연구는 어장환경평가지표인 BHI와 TOC의 선정 과정과 산출된 평가 등급의 생태학 적 의미를 설명한다.

본 논문은 남해안 자란만 패류양식어장에서 약 2년 동안 월별로 기초생산력, Chl. a, 영양염류, 입자유기물질과 퇴적물의 유기오 염 정도 및 생화학 조성 등 주요 양식생물의 서식환경인자의 변동특성과 상관성 등을 분석하였다. 또한, 다른 연안 어장과 기초생산력을 비교하고 어장환경관리와 관련된 정책방안을 제시하였다. 월별 평균 기초생산력은 6.43∼115.43 ㎎C m-2 hr-1 범위로 여름과 가을에 높았는 데, 가막만과 마산만 보다는 낮았고, 가로림만과 서해보다는 높았으며, 대체적으로 양식장이 많이 분포한 내만은 그 변동 폭이 상대적으 로 컸다. Chl. a를 구성하는 식물플랑크톤의 크기별 점유율이 시기별로 다소 차이가 있었고, 영양염의 고갈로 인한 식물플랑크톤의 생산력 제한은 거의 없었으나, 대부분 시기에 N/P비가 16 이하로 질소가 상대적으로 부족한 것으로 판단되었다. 수층 입자유기물질의 생화학적 조성은 탄수화물이 가장 높았으나, 반면 표층 퇴적물에서는 지질과 단백질 함량이 높았다. 퇴적물의 TOC와 AVS 농도는 만 안쪽에서 높 았고 일부 시기에는 어장환경기준을 초과한 상태였으며, C:N 비는 평균 8.1∼10.4 범위로 나타났다. 기초생산력은 Chl. a와의 상관성이 가 장 높았고, 입자물질성분 중에서는 탄소보다는 질소 및 단백질과의 상관성이 높았다. 최근 5년 동안의 수층에서의 Chl. a, DIN, DIP 농도는 감소하는 경향이었지만, 반대로 퇴적물의 오염도는 증가하는 추세였다. 자란만의 연간 기초생산력 125.9 gC m-2 yr-1, 굴 양식장 면적 4.97 ㎞2 를 고려하면 연간 식물플랑크톤으로부터 생산되는 탄소량이 약 625 ton이며, 연간 굴 생산 습중량은 약 6,250 ton으로 추정되었다.

수영만 해역의 오염원 관리를 위해 유입되는 육상기인 오염물질의 체류특성을 분석하였다. 오염물질의 체류특성은 해수유동 모델과 입자추적 모델을 활용하여 분석하였다. 오염물질은 입자로 표현되며, 입자의 양과 오염물질량은 비례하도록 나타내었다. 체류특성은 각 오염원별로 부하량, 해역에서 체류하는 오염물질량, 부하량 대비 해역에 체류하는 오염물질량을 비교하여 분석하였다. 수영만 해역에 체류하고 있는 오염물질량을 오염원별 순으로 나타내면 수영하수처리장, 남부하수처리장, 수영강 등의 순이었다. 오염부하량이 적고 만 내측에서 멀어질수록 해역에 체류하는 오염물질량이 적었다. 오염원 중에서는 남부하수처리장에서 유입되는 부하량이 가장 많았다. 하지만, 유입 부하량 대비 해역에 체류하는 오염물질량은 수영만으로 유입되는 오염원 중 가장 낮은 값을 보였다. 이는, 해역의 특성과 각 오염원의 지형적인 특성에 따라 오염물질이 해역에 미치는 정도가 다르다는 것을 의미한다.

김 양식을 하고 있는 해역의 물리·화학적인 해양환경 특 성, 식물플랑크톤 색소 조성과 농도, 식물플랑크톤 및 방사 무늬김의 일차 생산력을 2014년 3월에 김 양식이 이루어지 고 있는 만호해역에서 조사를 하였다. 수온은 9.1~9.6℃, 염분은 32.5~33.1이었고, 투명도는 높 은 탁도로 인하여 유광층이 낮아져 0.7~1.5 m를 보였다. 수 층의 용존 무기질소, 용존 무기인 및 규산 규소 각각의 농도 는 3.59~5.73 μM, 0.16~0.41 μM, 12.41~13.94 μM이었다. 클로로필 a 농도는 0.51~1.25 μg L-1이었고, 0.7~20 μm 범 위의 nanoplankton의 클로로필 a 농도가 58%를 차지하였다. 규조류의 marker 색소인 fucoxanthin의 농도는 0.51~1.25 μg L-1로서 전 정점에서 높은 값이었고, 20~200 μm 범위의 fucoxanthin이 64%를 차지하였다. 식물플랑크톤에 의한 일 차 생산력은 57.72±4.67 (51.05~66.71) mg C m-2 d-1이었고, 0.7~20 μm 범위의 nanoplankton이 76.9%를 차지하였으며, 면적을 고려한 일차 생산력은 11,337 kg C d-1이었다. 방사무 늬김에 의한 평균 일차 생산력은 1,926±192 (1,102~2,597) mg C m-2 d-1이었고, 면적을 고려한 일차 생산력은 39,295 kg C d-1이었다. 식물플랑크톤과 방사무늬김에 의한 일차 생 산력을 토대로 계산된 만호해역의 일차 생산력은 50,632 kg C d-1로 나타났다. 만호해역의 식물플랑크톤에 의한 일차 생 산력이 다른 해역보다 낮고, 김의 일차 생산력이 식물플랑크 톤의 일차 생산력보다 약 3.5배 높았다.

해역수질 관리를 위해 마산만으로 유입되는 육상기인오염원이 해역수질에 미치는 영향인 오염기여율을 생태계 모델을 이용하여 정량화하였다. 오염기여율은 마산만 해역으로 들어오는 16개 오염원 각각의 유무에 따라 해역 정점별 수질 농도변화를 통해 계산하였다. 오염기여율 결과로 만 내측의 하천들은 만 북부에서 COD는 20 %, T-P는 62 %로 나타났고, 만 중부에서는 COD는 10 %, T-P는 16 %로 나타냈다. 따라서, 만 내측의 하천들은 마산만 북부와 중부수질에 영향을 주고 있는 것으로 나타났다. 또한, 만 북부로 유입되는 하천들의 T-P기여율이 COD기여율 보다 높기 때문에, COD부하보다 T-P부하가 수질에 미치는 영향이 더 큰 것으로 판단된다. 만 남부 오염원인 덕동하수처리장은 남부에서 COD는 26 %, T-P는 11 %, 중부에서 COD는 17 %, T-P는 7 %, 만 외측에서는 COD는 10 %, T-P는 1 % 기여하는 것으로 나타났다. 이는 저층 잔차류 흐름이 만 내측으로 향하고 있기 때문에 마산만 외측보다 남부와 중부에서 수질에 더 큰 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다.

해역에서의 체류시간은 제한된 영역을 채우는 수체나 오염물질이 잔류하는 시간을 의미하며, 서로 다른 수체간의 물리적 특성을 비교하는 데 사용되고 있다. 거제만으로 유입되는 육상기원 또는 양식기원 입자물질의 잔류시간을 알아보기 위해 입자추적모델이 포함된 EFDC를 이용하여 입자물질 체류시간을 계산하였다. 계산된 입자물질의 체류시간은 내만에서 약 65일이었는데, 이 결과는 거제만 내측으로 유입되는 입자물질이 외해에 도달하기까지 약 2달 이상의 시간이 소요됨을 의미한다. 이 체류시간은 거제만 전역에 걸쳐 조석의 흐름에 따라 다르게 나타났으며, 해역에 유입된 입자물질의 거동이 해역의 물리적 특성에 의해 결정됨을 의미한다. 입자물질 체류시간의 공간적인 분포특성을 통해 거제 내만의 해수교환이 원활하지 않은 것을 알 수 있으며, 이로 인해 수질오염문제에 취약할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 연구는 반폐쇄성 해역인 마산만을 대상으로 eco-hydrodynamic model을 이용하여 해역의 물리적 구조를 분석하여, 물리적 안정도를 나타내는 수직확산계수를 산정하고, 생태계 모델에 적용하여 그 타당성을 평가하는 것이다. 해역의 물리적 구조는 EFDC모델을 사용하여 구하였으며, 수직 확산계수는 수층간의 밀도차이가 커질수록 감소하도록 산정하였다. 산정된 수직 확산계수를 Stella프로그램을 이용하여 구축한 생태계모델에 적용하여, 용존산소 재현성으로 그 타당성을 평가하였다. 수직확산계수 변화를 추정하여 적용한 모델의 결과는 2008년의 R2값은 0.529~0.700으로 나타났으며, 2009년 R2값은 0.542~0.791로 나타났다. 계산값은 관측값과 유사한 경향을 나타내었으며, 만 내측의 빈산소수괴를 잘 재현하였다. 본 연구에서 적용된 수직확산계수는 해역의 밀도성층과 물리적 안정도를 의미하는데, 향후 폐쇄성 내만해역의 빈산소수괴 발생 예측에 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

본 연구에서는 미더덕양식장이 밀집되어 있는 남해안의 진동만 10개 정점에 대하여 미더덕과 주름미더덕의 양식순기에 맞추어 계절별(7월, 10월, 1월, 4월)로 실시하였으며, 어장 서식지 적합지수를 위한 어장평가인자로 수온, 클로로필 a, 부유입자물질, 해수유동, 염분, 용존산소 포화도를 이용하였다. 미더덕과 주름미더덕의 성장과 어장환경 상관성을 나타낼 수 있도록 각 인자들에 대한 그래프가 작성되었으며, 서식지 적합지수 산정결과 진동만의 서쪽해역(HSI 0.32~0.41)이 동쪽해역(HSI 0.19~0.27)보다 높은 적합지수를 보였다. 이러한 결과는 미더덕과 주름미더덕의 단위생산량과 유의한 상관성(R²=0.834, P<0.01)이 있음을 보였다. 본 연구는 과학적 어장적지평가를 통하여 지속적인 생산성을 위한 어장관리에 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.

어장관리해역으로 지정된 옹진군의 수질 및 퇴적물 환경 특성을 파악하기 위하여 2011년에 4개 도서(장봉도, 자월도, 영흥도, 백령도)를 대상으로 조사를 실시하였다. 수온은 9.49~24.14 로 계절변동 특성을 잘 나타내었고, 염분(23.19~31.49)과 용존산소(5.48~9.36 mg/L)는 수온과 역상관성을 보였으며, 화학적산소요구량(COD)은 평균 1.57 mg/L로 전체적으로 양호한 수준이었다. DIN과 DIP는 각각 0.111~0.666 mg/L, 0.002~0.043 mg/L의 범위로 전 정점에서 낮은 분포를 보였고, 엽록소 a의 농도는 0.02~8.07 μg/L 범위로 서해의 다른 해역보다 낮았다. 퇴적물의 입도 분포는 모래와 실트가 각각 56.7 %, 34.6 %로 우세하였고, 분급은 불량하였다. 퇴적물의 화학적산소요구량과 강열감량은 각각 1.00~11.03 mg/g·dry, 0.72~5.29 %의 범위로 시·공간적으로 유사한 경향을 보였다. 총유기탄소와 총질소의 C/N ratio는 8.17~17.97 범위로 하계에 육상기원과 해양기원에 의한 영향이 혼재하는 것으로 나타났다. 표층퇴적물의 미량금속 오염도 평가를 위해 농집지수(Igeo)를 계산한 결과, Cr과 As를 제외한 나머지 금속원소에 의한 오염은 없는 것으로 판단된다. 이러한 연구 결과는 본 연구지역이 전체적으로 양호한 수질을 보이며, 유기물과 금속원소에 의한 표층퇴적물의 오염이 없다는 것을 보여준다.