가막만 북서내만해역에서 매년 여름 발생하는 빈산소수괴는 해양환경에 악영향을 미쳐왔다. 따라서, 본 연구는 빈산소수괴 발 생시기의 집중적인 현장조사 결과를 바탕으로 다중회귀분석(MRA)을 이용하여 빈산소수괴의 종합적인 발생 메커니즘을 밝혀내고, 그 주 요인에 따른 빈산소수괴 관리방안의 방향성을 모색하였다. 그 결과, 2017년 첫 빈산소수괴는 6월 26일에 발생하였으며, 기상 조건에 의한 수온약층의 형성과 퇴적된 유기물의 영향으로 형성되었다. 이어 7월 12일에는 강우량의 증가에 의한 염분약층의 형성으로, 조사 시기 중 빈산소수괴가 수직 및 수평적으로 가장 크게 확장되었다. 그리고, 8월 8일에는 소량의 강우로 빈산소수괴가 크게 약화되었으며, 이때 주 요인은 Chlorophyll-a 농도 증가(식물플랑크톤 증식)과 퇴적된 유기물이었다. 그리고, 약 1주일 후인 8월 16일에는 많은 강우량에 기인한 매우 안정된 염분약층과 Chlorophyll-a 농도 증가(식물플랑크톤 증식)에 의해 크게 확장된 빈산소수괴가 재발생하였다. 이후 9월 13일의 빈산 소수괴 소멸시기에서는 빈산소수괴가 해저 면을 따라 얕게 확장되었으며, 퇴적된 유기물에 의해 주로 영향을 받은 것으로 나타났다. 이는 빈산소수괴 관리를 위해서는 퇴적된 유기물의 개선뿐만 아니라 성층의 완화 기술이 필요함을 암시하였다.

본 연구에서는 당동만을 중심으로 빈산소가 발생하는 물리적 해양환경 특성을 파악하고, 로지스틱 회귀분석을 이용해 빈 산소 발생확률을 예측하였다. 관측 자료를 분석한 결과, 브런트-바이살라 주파수는 수심이 깊은 만 입구보다 수심이 얕은 만 내측에서 더 크게 나타났다. 이는 당동만 내측에서 담수 유입으로 인해 표층 염분이 낮아져 강한 밀도 성층이 형성되었기 때문이다. 시간적으로 는 6월 ~ 9월까지 리차드슨 수와 브런트 바이살라 주파수가 매우 높게 나타났고, 9월 2일 이후로는 성층이 완화되어 감소하는 경향을 보였다. 당동만에서 관측된 용존산소 및 수온, 염분 자료를 분석한 결과, 저층의 용존산소 농도는 공통적으로 표층과 저층의 수온차에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 한편, 수심차(dz)를 고정된 변수로 두고, 수온차(dt)의 변화에 의한 빈산소의 발생 확률의 변화 를 계산한 결과, 수심차(dz)가 각각 5 m, 10 m, 15 m, 20 m일 경우, 수온차(dt)는 8℃, 7℃, 5℃, 3℃일 때 빈산소 발생확률이 70 %를 상회 하는 것으로 나타났다. 이는 당동만에서 수심차(dz)가 커질수록 빈산소 발생에 필요한 수온차(dt)는 작아지게 된다는 것을 뜻하며, 특 히 당동만에서 수심차(dz)가 20 m 내외인 지역은 빈산소가 발생하기 매우 쉬운 환경이라는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 2010년 여름에 천수만에서 저층해수를 채집하여 용존산소와 영양염 농도를 측정하였다. 또한 benthic chamber내의 해수시료를 시계열로 채집하는 자동화된 Benthic Lander를 설치하여 해수-퇴적물간 영양염 플럭스를 측정하였다. 오염된 인공호수 유출수가 들어오는 천수만 북쪽에서는 저층수의 용존산소는 2 mg/l로 hypoxia의 존재 가능성이 확인되었다. 반면 남쪽 천수만 입구의 저층 용존산소는 5 mg/l이었다. 영양염은 용존산소와 반대의 분포 경향을 보였고, N/P ratio의 변화는 hypoxia에 의해 발생된 인산염의 탈착과 용출 때문으로 보인다. 만 북쪽 해역의 유기탄소 산화율과 산소소비율은 남쪽 만 입구 해역보다 약 2배 큰 값을 보였고, 영양염 benthic flux는 천수만 북쪽에서 4내지 6배 높았다. 이러한 결과는 해수-퇴적물간 물질 플럭스를 정확히 추정하기 위해서는 hypoxia의 역할에 대한 이해가 중요하다는 점을 시사해준다.

본 연구는 소형화된 홀 소자를 이용하여 국내 패류 양식 생물 중 가장 많은 생산량을 보이는 참 굴(Crassostrea gigas)의 패각운동을 기초로, 연안역에서 빈산소에 대한 생물모니터링 시스템의 적 용 가능성을 조사하였다. 정상상태 패각운동의 측정을 위해서 여과해수에서 측정한 결과, 참굴 개 체는 평균 5~12 mm 정도의 개각상태를 유지하였으며, 패각운동 시 비교적 빠른 폐각상태를 보 였다가 느린 속도의 개각상태의 운동이 관찰되었다. 하지만, 주 · 야간 사이에는 큰 차이가 없었다 (p <0.05). 용존산소 농도를 7 mg l-1에서 3 mg l-1까지 감소시키면, 패각운동의 횟수는 증가를 나 타내었으며, 파형도 정상상태와 다르게 불안정한 파형을 보였다. 또한 용존산소가 2 mg l-1로 감 소된 후에는 패각운동의 크기가 점차 작아지거나, 폐각상태를 지시하는 파형이 관찰되었다. 이와 같은 생물모니터링 시스템을 패류 양식에 활용하여 빈산소와 같은 해양환경의 이상변동을 신속히 감지할 수 있다면, 어업피해를 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

As for the Jinhae bay in 2010, hypoxia under DO concentration 3 mg/L began to form from the station where thermocline formed in the early June, and hypoxia disappeared in the late October as thermocline did. DIP and DIN was much higher in the bottom water of the sea where hypoxia occurred, and pH showed its low distribution. IL, COD and AVS of the surface sediment were shown relatively high at the station which is affected by the inflow of land water from the bay Masan bay and at the station where hypoxia remains for a long time. As for benthos distribution, macrobenthos never appeared at the survey station 8 and 23 which are near the bay Hangam bay and Gohyeonseong bay and macrobenthos appeared most diversely at the survey station 11 where hypoxia did not occur. Density was also minimum at the survey station 19, 21, and 23 where hypoxia occurred, whereas density was relatively high at the survey station 11, 13 and 14 where oxygendeficient phenomenon did not occurred. Meanwhile, biomass was lowest at the survey station 23 which is affected by sewage coming from the bay Wonmun bay and shipbuilding industry, whereas biomass was highest at the survey station 14 and 11. As for benthos of the Jinhae bay, species richness and diversity was relatively high at the survey station 11, 12, 13 and 14 where hypoxia did not occur, and thus it showed relatively good benthic community structure. Like this, hypoxia appears in the bay Jinhae bay for about 5 to 6 months annually, and during that period, most of the marine environmental factors appear to be abnormal. Therefore, we need the fundamental measures to reduce hypoxia for the purpose of producing marine products continuously.

빈산소 수괴는 산소 부족뿐만 아니라, 용존산소의 결핍에 따른 혐기 상태에서 생성된 황화수소와 암모니아 등 유독가스가 어 패류를 직접 폐사시키거나, 저서생물 군집의 출현종과 개체 수에도 심각한 영향을 마친다. 본 연구에서는 빈산소 수괴가 발생한 해역의 저층 해수를 펌핑하여, 액체산소를 용해시켜 용존산소 농도를 20 mg/L 이상으로 상승시킨 해수를 다시 저층으로 주입하는 장치를 개발하여 그 효능을 검토하였다. 이 장치를 이용하여 해수를 3.6 m2/min 용량으로 저층에 주입하면서 액체산소를 분당 4.8~26.3 L 범위로 공급할 때, 단시간에 해수 중 용존산소 농도는 7~25 mg/L로 상승하였다. 이때 공급한 액체산소는 해수 중에 90% 이상 용해되는 것으로 나타났다 본 장치는 산소를 용해시키기 위한 별도의 탱크가 필요 없고, 해수를 수면위로 퍼 올리는 높이가 낮아도 되므로 적은 동력을 이용하여 높은 효율로 고농도의 산소를 저층에 공급할 수 있는 것으로 나타났다. 그러므로 본 장치는 연안 및 호소의 저층 빈산소 수괴 발생을 저감시킬 수 있어 빈산소 수괴 발생으로 인한 양식피해를 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다.

빈산소 수괴는 전세계적으로 얕은 연안의 바다에서 생태적으로 위협적인 영향을 미치고 있다. 한반도 남해동부연안의 가막만에서도 2007년 6월 말에 빈산소 현상이 나타났으며, 빈산소 수괴 소멸기의 이화학적 특성을 조사하였다. 빈산소 수괴는 선소 인접지역에서 북서부 내만역의 연안을 따라 형성되어 있었다. 표층수와 저층수의 용존산소 농도는 빈산소 수괴에서 1.3mgL-1와 2mgL-1 이하, 그 외 지역은 각각 4.5~6.8mgL-1와 3.8~6.0mgL-1로 양호한 농도를 보였다. 빈산소 지역의 클로로필 a 농도는 표층 4.9~25.3μgL-1, 중층이 2.3~23.1μgL-1, 저층은 1.9~9.0μgL-1 범위였다. 가막만 빈산소 수괴의 발생은 3가지 수직적 형태로 나타났다. 첫 번째는 선소 주변에서 빈산소 수괴가 전 수심 층에서 발생되면서 어 패류의 폐사가 일어났다. 두 번째는 일반적인 빈산소 수괴 발생 형태인 저층에서부터 빈산소가 발생되어 있는 상태였다. 세 번째는 수온 역전 현상이 일어나면서 중층에서만 빈산소 수괴가 발생하였고 저층에는 빈산소 수괴가 발생하지 않았는데, 이러한 현상은 조사정점 9, 14 및 21의 호도마을 인접지역 연안에서만 발생하였다. 빈산소 수역에서는 해저면에 주로 서식하는 문절망둑 무리들이 수면위로 올라와 산소 결핍에 따른 입 올림을 하였으며 게류 및 고둥류 등이 갯가로 올라오는 등 이상행동을 하는 것이 관찰되었다. 폐사된 생물들은 주로 문절망둑으로서 3천 마리 정도였고, 게 및 고둥류 일부가 폐사하였다.

The environmental changes related to hypoxic water mass were investigated at Gamak bay in summer times, June, July and August 2006. The hypoxic water mass was found, in first, at the northern area of Gamak bay on 27 June. This water mass has been sustained until the end of August and disappear on 13 September. In Gamak bay, the hypoxic water mass was closely related to geography. During the formation of oxygen deficiency, changes in dissolved nutrients was studied and found that on surface layer and lower layer, DIN were 0.80 μM~19.8 μM(6.03 μM) and 1.13 μM～60.83 μM(10.66 μM), and DIP were 0.01 μM～0.92 μM(0.24 μM), and 0.01 μM～3.57 μM(0.49 μM), respectively, far higher distribution on lower layer of the water where hypoxic water mass was occurred. The configuration of phosphorus was analyzed to figure out the possibility of release of phosphorus from sediments. It was found that the Labile-Phosphorus, which is capable of easy move to water layer by following environmental change was found more than 70%. Therefore, in Gamak bay, it was found that the possibility of large amount of release of soluble P into the water, while hypoxic water mass was occurred in deep layer was higher. It is suggested that DIP in the northern sea of Gamak bay mainly sourced from the soluble P from lower layer of the waters where hypoxic water mass was created more than that from basin. However, existence form of phosphorus in sediments during normal times, not during creation of hypoxic water mass, needs further study.

Recently, upwelling of anoxic bottom water mass have been frequently observed in northeast part of Tokyo Bay in Japan during summer to autumn. Since the colour of water surface becomes milky-blue or milky-green, the upwelling phenomenon is called `Blue Tide`. The data analysis of field surveys during `Blue Tide` appearance have been performed for understanding the physical features of the `Blue Tide` phenomena in Tokyo Bay. It becomes clear that (1) the formation of the anoxic bottom water correlates well with the temperature difference between the surface and bottom waters, (2) there are two necessary conditions for generating `Blue Tide` ; that is, strong stratification and off-shore wind. The strong southwest(on-shore) wind before the `Blue Tide` appearance may play an important role to make the stratification strengthen. When these conditions are larger and the northeast or east-northeast (off-shore) wind stronger than 5 m/s blows in succession, the `Blue Tide` upwelling appears at the head of Tokyo Bay.