Establishment of Integrated Health Evaluation Criteria for Coastal Aquaculture System

살포식 패류 양식어장 건강도 평가기준 설정

Abstract

We investigated the physio-chemical and geochemical parameters in the spraying shellfish aquacultures (Yeoja and Gangjin Bay) to establish the systematic strategy for effective environmental management. Spatial variation of each parameter showed partially significant difference (P<0.05) between Yeoja and Ganjin Bay, inferring the discriminative progress (i.e., accumulation and degradation) of the autochthonous organic matter within the aquaculture environments. We additionally integrated various properties (e.g., water/sediment quality, natural hazard, and biological health) which may affect the biological growth within the aquaculture habitats based on the biogeochemical cycles related to environmental components and aquaculture species. We used a screening approach (i.e., one out-all out; OOAO) which can permit the assessment of the health levels of aquaculture species, the scoring for other parameters (seawater, sediment, and natural hazard) as three levels (excellent, moderate and poor) depending on the complex interactive properties occurring in the aquaculture environments. Actual, discriminative scores obtained via our case studies may confirm that these stepwise processes are effectively evaluated for optimal health conditions within the aquaculture habitats. Thus, this approach may provide valuable insights for effective environmental management and sustainable growth of aquaculture operation.

서론

전 세계적인 양식산업의 발전과 함께 국내 양식생산량은 2021년 기준 총 233만톤을 기록하며, 최근 5년간 약 4.6% 증가했다(FAO, 2020; KOSIS, 2021). 한편 양식산업의 급격한 성장 과정에서 적정시설량을 초과한 과밀양식, 과잉급이로 인해 연안환경에 다양한 환경문제(예; 부영양화, 적조 및 퇴적오염)가 야기되고 있으며, 결과적으로 연안양식의 생산성을 저하시키는 현상이 발생하고 있다(Lee et al., 2000; Crawford, 2003; Srithongouthai and Tada, 2017; Go et al., 2022). 이와 관련하여, 우리나라는 국토계획법(제40조)과 수산자원관리법(제46조)에 따라 하천, 호수 및 연안에 서식하는 수산생물을 보호 및 육성하기 위해 공유수면이나 인접한 연안을 수산자원보호구역으로 지정하고 관리하고 있다(Cho et al., 2013). 하지만, 이들의 관리는 공유수면 실태 및 안내표지판 설치 위주로 진행되는 실정이며, 품종별 양식방법에 따른 어장환경기준은 별도로 마련되고 있지 않다. 따라서, 연안환경환경 내 양식생물의 지속적인 생산성 확보 및 과학적인 어장관리의 필요성에 따라 서식지 환경 건강도(해수-퇴적물 및 양식생물)에 관한 체계적인 평가 기준 구축이 요구된다. 연안생태계의 건강성을 향상시키고, 높은 생산성과 회복력을 유지시키기 위해 해양생태계 환경관리 평가기법 및 전략에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다(Apitz et al., 2006; Choi et al., 2013). 미국환경청(U.S. Environmental Protection Agency)은 국가연안평가(national coastal assessment)를 통해 생태계 구성 요소인 수질, 퇴적환경, 저서생물, 서식지 그리고 어류오염 등 5가지 지표를 설정하고 연안환경을 통합적으로 평가하고 있다(EPA, 2012). 유럽은 물관리체계(water framework directive)를 기반으로 수계의 화학적 상태(미량금속 및 유기화합물의 농도)와 생태적 상태(수온, 염분, 용존산소, 영양염, 식물플랑크톤 종조성, 현종량, 대형조류 풍도, 저서동물 다양도 등)를 평가할 수 있는 인자를 통합하여 5개 등급으로 평가하고 있다(Borja and Dauer, 2008). 뉴질랜드, 일본 등에서는 퇴적물 내 유기탄소와 산휘발성황화물 등을 이용하여 연안환경평가를 실시하고 있으며, 대형저서동물의 생물량과의 상관성을 통해 양식장 환경 평가 및 기준을 확립하였다(Takashi, 2008; Keeley et al., 2015). 이와 같이 국제적인 추세로서 수권환경 건강성 평가는 수질, 퇴적물, 생물독성 평가로 구분하고 있으며, 각 인자들간의 유기적인 상관성 평가를 통해 체계적인 어장환경평가를 수행하고 있다(Tett et al., 2007; Carballeira et al., 2012). 한편, 우리나라는 해양환경관리법(제9조)에 근거하여 해양환경측정망이 운영되고 있으며, 정기적인 연안해양환경 조사를 통해 해양환경관리 및 보전정책 수립을 위한 기초 자료(수온, 염분, pH, DO 등 16항목)를 도출하고 있다. 더욱이, 어장관리법(제6조)에 따라 전국 연안 및 주요 어장에 대한 모니터링을 실시하고 있으며, 수질-퇴적환경에 대한 평가기준(water quality index, WQI 및 benthic health index, BHI)을 구축하고 있다. 하지만, 현재 우리나라 연안 어장 내 적용된 WQI는 해수 유동에 따라 시공간적인 변화가 크고, 실제 생물에 미치는 영향을 즉각적으로 판단하는데 어려움이 있다. 또한 BHI는 퇴적환경 내 유기물 부하에 대한 높은 상관성을 보이지만, 연구자의 주관과 숙련도에 따라 저서 다모류 개체 계수의 차이점이 있으며, 시료채취 이후 화학분석 대비 분석시간이 많이 걸린다는 제한점이 있다(Takashi, 2008; Cho et al., 2013). 따라서 어장환경 내 다양한 비생물-생물학적 요인에 의해 야기되는 어장 건강도 저하 문제를 효과적으로 진단할 수 있는 통합평가지수 개발이 요구되며, 이를 통해 전국 단위 어장 건강도 체계 구축이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 남해안 살포식 패류 양식장이 밀집되어 있는 여자만, 강진만에 대하여 사례연구(case study)를 진행하였으며, 물리화학 및 지화학자료를 통해 살포식 패류 양식장 내 어장 건강도 평가 방안을 모색하고자 하였다.

재료 및 방법

연구지역

전라남도 남동부에 위치한 여자만은 고흥반도와 여수반도에 둘러싸여 있는 만으로 해역의 총 면적은 약 320 km²이고 남북방향으로 약 30 km, 동서방향으로 약 21 km이며 중앙부가 가장 넓고(약 22 km), 만 입구쪽이 가장 좁은(약 7 km) 항아리 형태의 반폐쇄적 내만이다. 만의 평균 수심은 약 5.4 m 정도로 낮으며, 만 남쪽 입구에 낭도, 조발도, 백일도 등의 크고 작은 섬들이 산재하고 있어 해수의 유동이 제한적이다(Choi et al., 2007). 만 내부의 조석은 평균조차가 약 3 m이며, 만의 가장 안쪽과 가장자리를 중심으로 펄갯벌이 넓게 발달해 있어 새꼬막, 피조개 등의 패류 살포식 양식이 성행하고 있다(Kim et al., 2005). 경상남도 남서부에 위치한 강진만은 남해군, 사천시, 하동군에 의해 둘려 쌓여 있는 해역의 총 면적은 약 200 km²이고 남북방향으로 약 18 km, 동서방향으로 약 19 km이며 반 폐쇄적인 내만이다. 만의 평균 수심은 약 3.6 m이며, 노량수로, 대방수로, 창선수로를 통해 해수가 유통되고 있으나 해수 유동이 약한 특성(3–4 cm/s)을 나타낸다(Jung et al., 2010). 만 내부의 조석은 평균조차가 약 1.7 m이며, 수출용 패류생산해역(7호 해역)으로 지정되어 만 내부 갯벌에 새꼬막, 피조개 등의 패류 살포식 양식이 성행되고 있다(Park et al., 2010).

시료채집 및 분석방법

패류양식장 내 수질 및 퇴적환경의 특성을 파악하고 어장환경 건강도 등급화 체계도 구축을 위해 2021년 3월에 여자만(YJ, 8정점; YJ1-8)과 강진만(GJ, 6정점; GJ1-6 )에서 표층해수와 표층퇴적물 시료를 채취하였다(Fig. 1). 수층 내 물리적 특성은 다항목수질측정기(YSI 6600; YSI Ins, Xylem Analytics, Rye Brook, NY, USA)를 이용하여 수온, 염분, 수소이온농도, 용존산소를 측정하였다. 해수 중 영양염류 분석은 니스킨(niskin) 채수기를 이용하여 채수한 후 미리 태운(450℃, 4시간) Φ 25 mm 유리섬유여과지(GF/F; pore size, 0.7 μm)로 여과한 뒤 암모니아질소(NH₄⁺-N), 아질산질소(NO₂^--N), 질산질소(NO₃^--N), 인산염(PO₄^3--P), 규산규소(SiO₂-Si)는 Strickland and parsons (1972) 방법에 따라 영양염 자동분석기(QUAATRO, BRAN+LUEBBE, Germany)를 사용하여 측정하였으며, 용존무기질소는 암모니아질소, 아질산질소, 질산질소의 합으로 나타내었다.

Fig. 1. Information on sampling sites (A; Yeoja-bay, B; Ganjin-bay) for investigating aquaculture health index within the sprayinig shellfish farming. Surface seawater and surface sediment samples were collected in March 2021.

퇴적물 시료는 van Veen grab (ChemLab. Co. Ltd., Incheon, Korea)을 이용하여 표층퇴적물(2 cm 이내)을 채취하였다. 채취된 시료는 현장에서 냉동보관(-20℃) 후 실험실로 이동하였다. 표층퇴적물 시료는 동결건조(-70℃) 후 균질화(아게이트 모르타르 이용)한 뒤 1N 염산을 이용하여 무기탄소를 제거하였으며, 원소분석기(elemental analyzer; Elementar, Hesse, Germany)를 이용하여 총유기탄소, 질소 및 황을 분석하였다. 분석 간 기기오차를 확인하기 위해 특정 표준물질(sulphanilamide; C, 41.9±0.3%; N, 16.2±0.1%; S, 18.6±00%; Elemental Microanalysism, UK)를 사용하였으며, 각 시료의 총유기탄소, 질소 및 황의 분석 정밀도는 ±0.2% 이하로 측정되었다.

패류양식장(여자만, 강진만) 내 수질 및 퇴적환경 간의 유의성 검정을 위해 분산분석법 (One-way ANOVA)을 실시하였으며, 양식장 환경 특성을 파악하기 위해 통계프로그램 R을 이용하여 주성분 분석을 실시하였다.

결과 및 고찰

여자만 및 강진만 수질 및 퇴적환경 특성

본 연구에서 여자만, 강진만 내 수질환경 특성을 비교하였다(Fig. 2, Fig. 3). 여자만 내 물리적 특성(수온, 염분 및 용존산소)은 각각 9.5±0.4℃, 32.7±0.5 psu 및 9.8±0.3 mg/L의 범위(Fig. 2)이며, 강진만은 9.8±0.1℃, 33.0±0.1 psu 및 9.9±0.4 mg/L의 범위를 보였다(Fig. 3). 여자만과 강진만 내 분석된 물리적 특성(수온, 염분 및 용존산소)은 지역 및 정점간 유의한 차이를 보이지 않았다(ANOVA, P>0.05). 부유물질의 농도는 각각 13.6±7.3 mg/L, 16.1±6.4 mg/L의 범위이며(Fig. 2, Fig. 3), 영양염류(용존무기질소, 용존무기인 및 규산염)의 농도는 대부분 0.2 mg/L이하의 농도 범위를 보였다(Fig. 2, Fig. 3). Chl-a의 농도는 각각 1.6±0.8 μg/L, 1.0±0.2 μg/L의 범위를 보였다(Fig. 2, Fig. 3). 여자만과 강진만 내 차별적으로 나타낸 물리화학적 특성과 관련하여, 여자만 육상 하천에 인접한 YJ-1에서 가장 낮은 염분값(32.1 psu)이 측정되었으며, 이는 증가된 부유성 입자 물질 증가와 함께 육상 담수 유입 영향이 일부분 반영된 것이라 판단된다. 이를 토대로, 본 연구지역 내 측정된 영양염은 전국 살포식 양식장(가막만, 고성만, 자란만)에서 분석된 영양염 범위(DIN, 0.2±0.1 mg/L; DIP, 0.1±0.1 mg/L)보다 전반적으로 낮은 범위를 확인하였다(Kwon, 2010; Park et al., 2011b; Kim et al., 2020). 특히 이들 전국 살포식 양식장(가막만, 고성만, 자란만) 주변은 강-하천을 통해 육상기인 영양염(DIN, 0.2±0.1 mg/L; DIP, 0.1±0.1 mg/L) 유입의 우점적 영향을 받는 반면에(Kwon, 2010; Park et al., 2011b), 본 연구지역(여자만, 강진만) 내 낮은 영양염 농도는 수층 내 활발한 내부 생물기작(예; 탄소고정)을 통해 부분적으로 소비된 것으로 판단된다(Wafar et al., 1983; Fock, 2003; Park et al., 2011a). 이와 함께 화학양론적 해수원소비(N/P)는 16이하(여자만,4.7±3.4; 강진만, 1.2±0.5)로 분석되었으며, 겨울철 남해 연안에서 측정된 범위(5.8±1.3)보다 낮은 값을 나타났다(Choi and kim, 2002; Kwon, 2010; Lee et al., 2011). 수층 환경 내 영양염 원소비율의 변동성(N/P<16)과 더불어 겨울철 짧은 일조시간으로 인한 광 제한과 표층 수온 저하로 인한 성층화 약화는 식물플랑크톤의 군집구조와 생물량(biomass)을 감소시킴에 따라(Redfield et al., 1963; Lee et al., 2020), 조사지역 내 낮은 Chl-a 농도(0.9±0.3 μg/L)에 잠재적 영향을 미칠 것으로 판단된다. 한편 양식생물(수하식 패류양식)의 입식 밀도가 높은 경우, 강한 포식압에 의한 수층 내 낮은 Chl-a 농도를 나타낼 수 있다(Kim et al., 2019). 하지만 살포식 패류생물의 저서성 먹이 선호도(저서 미세조류) 및 낮은 양식 밀집율을 고려했을 때[Cho, 1991 (양식밀집율); Park et al., 2011a], 포식압에 의한 수층 식물플랑크톤 성장 제한 요인은 적어도 미비할 수 있을 것이라 판단된다.

Fig. 2. Spatial distribution of hydrological and sedimentary feature (temperature, salinity, dissolved oxygen, suspended solids; A-D, dissolved inorganic nitrogen, dissolved inorganic phosphate, silicon dioxide, chlorophyll a; E-H, total organic carbon, total nitrogen, total sulfur, acid volatile sulfide; I-L) in Yeoja-bay.

Fig. 3. Spatial distribution of hydrological and sedimentary feature (temperature, salinity, dissolved oxygen, suspended solids; A-D, dissolved inorganic nitrogen, dissolved inorganic phosphate, silicon dioxide, chlorophyll a; E-H, total organic carbon, total nitrogen, total sulfur, acid volatile sulfide; I-L) in Gangjin-bay.

2021년 3월에 여자만(YJ1-8)과 강진만(GJ1-6)에서 채집된 퇴적물 내 총유기탄소 및 총질소 농도(여자만, 0.7±0.1 wt.%, 0.1±0.1 wt.%; 강진만, 1.6±0.1 wt.% 및 0.2±0.1 wt.%)는 지역간 차별적인 범위를 보였다(Fig. 2, Fig. 3). 이들의 농도는 강진만에서 상대적으로 높게 분석되었으나, 내부 정점 간에는 유의한 차이(ANOVA, P>0.05) 보이지 않았다. 일반적으로, 퇴적물 내 유기원소 분포는 해역 내 물리적 특성 차이(저층 지형, 조류소통, 강우, 입도)에 따른 유기물 기원(자생 및 타지성 기원) 차이에 따라 유의한 변동성을 보일 수 있다(Gao and Collins, 1992; Fan et al., 2009; Liu et al., 2016). 본 연구지역(강진만, 여자만) 표층 퇴적물 내 유사한 세립질 입도분포(8.9±0.4 Φ)를 토대로(Choi et al., 2013) 상대적으로 느린 조류소통(20일 이상) 특성을 보이는 강진만에서 퇴적원소 함량(총유기탄소, 1.6±0.1 wt.%; 총질소, 0.2±0.1 wt.%)은 높게 나타났으며(Kim et al., 2022), 이는 수층 기원의 유기물 퇴적이 주된 요인이라 판단된다. 한편, 여자만 내 퇴적원소의 낮은 농도(총유기탄소, 0.7±0.1 wt.%; 총질소, 0.1±0.1 wt.%)를 통해 수층기원 유기물 퇴적은 상대적으로 미비할 것으로 판단된다. 특히 여자만 내 낮은 Chl-a 농도를 고려했을 때, 겨울철 여자만 퇴적물 내 유기물의 조성은 수층 내 생성된 자생기원 유기물(식물플랑크톤)의 미비한 축적이 반영된 결과라 판단된다. 이와 관련하여, 차별적인 C/N비(해양기원; 5-10, 육상기원; >10)는 퇴적 유기물 기원 파악에 유용하게 적용될 수 있으며(Redified, 1958; Prahl et al., 1994), 본 연구지역 내 측정된 C/N비(여자만, 6.7±0.6; 강진만, 8.0±0.2)를 통해 겨울철 자생기원 유기물이 연구정점 퇴적물 내 차별적으로 축적된 것이라 판단된다.

여자만과 강진만 퇴적물 내 총황(여자만, 1.1±0.2 wt.%; 강진만, 1.1±0.6 wt.%) 및 산휘발성황화합물(여자만, 0.1±0.1 mg/g; 강진만, 0.2±0.2 mg/g)의 농도는 지역간 유사한 범위를 보였으며(Fig. 2, Fig. 3) 통계적 유의한 차이(P>0.05)를 보이지 않았다. 이들의 농도는 전국 살포식 양식장 내 측정범위(총황, 1.1±0.1 wt.%; 산휘발성황화합물, 0.1±0.1 mg/g)와 유사한 수준이며(Hyun et al., 2004; Kim et al., 2012), 퇴적물 내 활발한 속성작용(diagenesis) 기작과 밀접한 연관성이 있을 것이라 판단된다. 이와 관련하여, 살포식 양식장 내 저서성 생물의 교란(bioturbation)과정은 수층 내 산소 및 전자수용체를 퇴적층으로 원할히 공급할 수 있으며(Hyun et al., 2003), 이로 인해 축적된 수층-퇴적물 사이에 재광물화(remineralization) 과정을 더욱더 활발히 진행시킬 수 있을 것이라 판단된다. 퇴적유기물의 분해과정과 관련하여, 본 연구지역 내 계산된 C/S비는 연구지역간 차별적인 범위(여자만, 0.7±0.1; 강진만, 2.2±1.8)를 보였다. 퇴적물 내 침강된 유기물의 분해기작과 관련하여, 황의 생성은 퇴적물 내 활발한 황산염 환원과정과 연관성이 있다(Crowe et al., 2014). 특히, 저층환경이 산화적 특성(oxic)을 보이는 경우 퇴적물의 유기물 중 C/S비는 양의 상관계를 나타내며 약 5.0 이상의 범위를 보인다(Berner an Raiswell, 1983; Bottrell et al., 1998). 하지만 C/S비가 5.0보다 작고 1.5보다 큰 경우는 저층의 환원상태(suboxic)로 인해 총유기탄소가 황에 비해 선택적으로 빨리 분해될 수 있다(Leventhal, 1983; Berner, 1984). 일부 환경(C/S<1.5)에서는 무산소 환경(anoxic) 내 활발한 황산염 환원에 따른 황화수소 증가를 포함할 수 있다(Leventhal, 1983; Berner, 1985). 이를 토대로 여자만과 강진만 퇴적물 내 C/S비 차이는 서로 다른 환원 상태(anoxic-suboxic)에서 자생기원 유기물의 분해과정과 밀접한 연관성이 있으며, 이는 양식생물의 성장에 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 더욱이, 살포식 양식장 퇴적물 내 높은 산화환원전위(oxidation reduction potential) 특성을 고려했을 때(Brooks et al., 2003; Macleod et al., 2006), 유속이 느리고 수심이 상대적으로 얕은 본 연구지역 내 자생기원 유기물의 지속적인 생성-퇴적은 퇴적물 내 혐기성화를 가속시킬 수 것으로 판단된다.

여자만 및 강진만 내 수질-퇴적환경 주성분 분석

여자만과 강진만 내 수질-퇴적환경 특성을 파악하기 위해 주성분분석(principal component analysis, PCA)를 실시하였다(Fig. 4). 제1주성분(PC1)과 제2주성분(PC2)의 누적 기여율은 57.3%으로 나타났다. 제1주성분은 전체 분산에 대해 34.3%의 기여율을 보였으며, 본 연구정점 내 퇴적(TOC, TN, AVS) 및 수층특성(염분, 부유성 물질, Chl-a. 영양염)간의 차별적인 상관관계를 보였다(Fig. 4). 제2주성분은 전체분산에 대해 23.0%의 기여율을 보였으며, 연구정점 내 퇴적(TOC, TN, TS, AVS) 및 수층(온도, 용존산소, Chl-a, 규산염)특성 간의 차별적인 상관관계를 보였다(Fig. 4). PCA결과 연구지역간 내 수층 및 퇴적환경 내 차별적 물리화학적 특성을 보였으며, 이는 지역간 환경특성(유기물 생성/분해) 차이가 잠재적으로 반영된 결과라 판단된다. 더욱이 연구지역이 살포식 패류양식장이라는 특성을 고려할 때, 두 연구지역간 차별적인 수심(여자만, 평균 5.4 m; 강진만, 평균 3.6 m)과 조석(여자만, 평균 3 m; 강진만, 평균 1.7 m)의 영향은 수층 및 퇴적환경 내 차별적인 물질순환 특성(예; 유기물질 체류시간 및 수송범위)을 반영할 것으로 사료된다. 따라서, 본 연구지역 간 차별적인 물질순환 특성은 살포식 양식생물의 대사작용에 잠재적 영향을 미칠 수 있을 것이라 판단된다.

Fig. 4. Principal component analysis for hydrological and sedimentary factors in Yeoja and Ganijin bay.

본 연구지역 내 양식되는 새꼬막의 생리 대사작용은 생식주기와 서식환경 변화(수온, 염분, 먹이원, 먹이질)에 크게 영향을 받을 수 있다(Bayne et al., 1985; Choi et al., 2014). 특히, 물리특성(수온, 염분)은 새꼬막의 서식 및 성장에 영향을 미치며, 서식처 분포를 결정짓는 중요한 환경적 요인이 될 수 있다(Kinne, 1996). 이들의 성장에 적합한 수온은 18–23℃ (Shin et al., 2011), 염분내성 범위 12.5–13.8 psu를 고려할 때(Shin et al., 2009), 본 연구 정점 내 물리 요소(수온, 9.6.0±0.3℃; 염분, 32.8±0.4 psu)는 전형적인 겨울철 해양환경 분포를 보이며, 위 시기동안 새꼬막 양식은 적합하지 않을 것으로 판단된다. 더욱이, 여자만의 경우 수층 화학인자(Chl-a, DIN, and SiO₂)와 높은 상관성을 보였으며(Fig. 4), 이는 강진만에 비해 상대적으로 높은 배경값을 포함한 것으로 판단된다. 적어도 새꼬막의 먹이원(부유성유기물질, 저서 미세조류)을 고려했을때(Nakamura, 2005; Park et al., 2011), 양식생물의 섭식활동을 위한 적합한 서식지 환경이 될 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 강진만은 퇴적특성(TOC, TN, and AVS)과 높은 상관관계를 나타냈다(Fig. 4). 이와 관련하여 낮은 수심의 살포식 패류양식장 표층퇴적물 내 유기물의 재부유, 재광물화 과정 영향에 따라 우점하는 식물플랑크톤의 출현특성이 차별적으로 나타날 수 있으며(Yoon and Lee, 2020), 높은 침강 퇴적율(247.9 g C m^-2 d^-1; NIFS, 2017)에 따른 퇴적물 내 활발한 유기물 분해산물(황화수소)의 증가는 강진만 내 양식생물의 성장에 제한요소로 작용할 수 있을 것이라 판단된다(Choi and Jung, 2016). 추후, 유기물(먹이원)의 공급 및 분해과정 차이에 따른 살포식 양식생물 성장특성을 지속적으로 모니터링할 필요가 있을 것으로 판단된다. 결론적으로 여자만과 강진만 살포식 양식장 내 수질-퇴적물-양식생물 상호교환적 특성 이해를 통해, 현장기반 평가 인자를 활용한 어장 건강도 평가 체계를 더욱더 구체화시킬 수 있을 것이라 판단된다.

어장건강도 등급화 체계도 구축 방안

양식어장 내 야기되는 다양한 환경문제(부영양화, 적조, 퇴적오염, 유해물질 유입)에 대한 체계적인 진단과 관리방안 요구를 충족하기 위해 어장환경(수서환경, 퇴적환경)에 대한 체계적인 평가 기준 구축은 중요하다. 특히, 시공간적인 변동성이 큰 어장환경은 장기적인 모니터링을 통해 복잡한 양식어장환경특성을 체계적으로 평가하고, 다양한 비생물적-생물적 요인에 의해 야기되는 어장 건강도 저하 문제를 효과적으로 진단할 수 있는 어장환경평가 지표 설정 및 통합평가체계 구축은 지속적인 양식생물의 생산성 확보 및 과학적인 어장관리를 위해 매우 중요하다 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 수행한 현장자료 특성을 기반으로 어장 건강도를 통합적으로 평가할 수 있는 환경(수서+퇴적)·자연재해·양식생물을 핵심지표로 설정하고 하위 총 17개 평가항목 구성하였다(Fig. 5). 어장환경 중 수서지표의 경우 DIN, DIP, 저층 DO, Chl-a, 일차생산력(primary productivity, PP) 등 양식어장 서식지 환경-건강도와 직접 연관된 평가항목으로 구성하였다. 특히, 퇴적지표의 겅우 일반항목(TOC, TS, AVS) 뿐 만 아니라, 양식생물 성장에 유해할 수 있는 지표(중금속, 다방향족 탄화수소; polycyclic aromatic hydrocarbon, PAHs)를 추가적으로 선정하였다. 자연재해의 경우 우리나라 연안에서 빈번하게 발생하고 양식어장에 직간접적으로 피해를 주는 이상해황 항목(빈산소, 저염분, 고/저수온, 유해조류 대번성)으로 구성하였다. 양식생물의 경우 안정성을 검증할 수 있는 생물체내 중금속 및 PAHs 등의 유해물질 검사 항목으로 구성하였다.

Fig. 5. Evaluation system of aquaculture health index and criteria.

수서지표의 항목별 기준 설정은 Fig. 5에 나타났듯이 저층 DO, DIN, DIP, Chl-a, PP으로 구성되어있다. 수서지표의 경우 새꼬막의 성장 및 먹이원을 고려했을때, 새꼬막의 먹이원 요소인 DIN, DIP, Chl.-a은 평균값을 기준으로 1 표준편차(σ) 이내 좋음(3점), 1σ–2σ 보통(2점), 2σ 초과 나쁨(1점)으로 설정하였다. 더욱이 먹이원의 질적조성 차이를 간접적으로 반영하는 PP와 저층 DO는 높을수록 좋다고 판단되어, 각 항목 농도를 4분위를 구분하여 높은 분위가 좋음(3점), 2–3분위 보통(2점), 4분위 나쁨(1점)으로 설정하였다. 퇴적물 내 TOC, TS, AVS, 중금속, PAHs은 자가오염원(양식장기원) 또는 타가오염원(육상기원유입에 따라 영향을 받을 수 있으며, 퇴적분해 과정을 거치면서 새꼬막 성장의 제한요소로서 어장건강도 평가기준은 각 지표 항목을 4분위를 구분하여 낮은 분위가 좋음(3점), 2–3분위 보통(2점), 4분위 나쁨(1점)으로 설정하였다. 한편, 지역성·계절성·부정기적으로 나타나는 자연재해(적조, 빈산소 등) 항목은 지속일, 농도 등으로 명확히 구분하기 어렵기 때문에 최근 3년간의 양식어장피해 현황의 피해액 분석결과를 바탕으로 우리나라 어가의 평균 어업소득(22,417천원) 등과 조사된 피해액을 고려하여 기준을 설정하였다. 양식생물지표 기준설정은 수산물에 잔류된 중금속·항생물질·식중독균·방사능 등의 유해물질을 관계법령(잔류허용기준, 국립수산물품질관리원)에 따라 잔류허용기준을 확인하고 통과시 3점을 부가하였으며, 양식생물 내 기준치 농도 이상 검출시 다른 지표에 관계없이 one out all out (OOAO) 항목으로 설정하여 평가에서 제외시켰다. 수서환경, 퇴적환경, 자연재해, 양식생물의 하위 개별 평가 항목은 모두 동일 가중치로 설정하여 계산한 총점을 평균하여 3개 등급 설정하였다. 지표별 평가항목은 최대 3점, 최하 1점으로 이들 합의 평균값이 각 지표의 건강도 값을 지시하도록 설정하였다.

본 연구에서 설정된 어장건강도 평가기준을 토대로 살포식 패류 양식어장(여자만, 강진만)에서 시범적용 하여 양식어장 건강도를 평가하였다(Fig. 6). 이를 토대로, 계절별 환경조건(봄철 해양환경특성: 낮은 영양염 농도, 여름철 해양환경특성: 낮은 저층 DO농도, 노높은 영양염 농도, 유해조류 대번성)을 차별적으로 설정하여, 어장건강도 등급변화를 비교하였다. 우선적으로 본 연구자료(동계)를 통해 평가된 결과 여자만의 어장건강도는 좋은 등급(평균, 2.7; 수서, 2.4; 퇴적, 2.5; 자연재해, 3.0; 양식생물, 3.0)을 나타냈으며, 강진만 또한 좋은 등급(평균, 2.7; 수서, 2.5; 퇴적, 2.3; 자연재해, 3.0; 양식생물, 3.0)을 나타냈다. 두번째 경우(춘계) 여자만은 좋은 등급(평균, 2.7; 수서, 2.5; 퇴적, 2.4; 자연재해, 3.0; 양식생물, 3.0)을 나타냈으나, 강진만은 다소 나빠진 보통 등급(평균, 2.6; 수서, 2.3; 퇴적, 2.3; 자연재해, 3.0; 양식생물, 3.0)을 나타냈다. 강진만의 경우 만 부영양화로 인해 일부 나빠진 수서지표 점수(2.5→2.3)가 어장등급을 감소시켰다. 세번째 경우(하계) 여자만의 어장건강도는 보통 등급(평균, 2.3; 수서, 1.6; 퇴적, 2.6; 자연재해, 2.0; 양식생물, 3.0)을 나타냈으며, 강진만은 점수가 낮아진 보통 등급(평균, 2.2; 수서, 1.7; 퇴적, 2.3; 자연재해, 2.0; 양식생물, 3.0) 등급을 나타냈다. 이는 여자만과 강진만 내 계절변화에 따른 수서환경 악화(여자만, 2.5→1.6; 강진만, 2.3→1.7)와 자연재해(유해조류 대번성) 발생으로 인한 양식어장의 피해(3.0→2.0)가 반영된 것으로 판단된다. 결과적으로 다양한 환경차이(계절적 해양환경특성 변동, 유해조류 대번성 등 자연재해)발생에 따라 어장 건강도를 진단하고 평가할 수 있는 평가지표(수서환경, 퇴적환경, 자연재해, 양식생물)간에 생지화학적 연관성을 체계적으로 검증할 수 있었으며, 살포식 패류 양식어장에 시범적으로 적용하여 어장환경 내 다양한 비생물-생물학적 요인에 의해 야기되는 어장 건강도 저하 문제를 효과적으로 진단하고 통합평가방법을 제시하였다.

Fig. 6. Trial application of aquaculture health index within of the spraying shellfish farming(A; Yeoja-bay, B; Ganjin-bay).

본 연구는 국내 살포식 패류양식장(여자만, 강진만)에서 양식 어장건강도 평가를 위한 기준값을 설정하고 시범 적용하였다. 양식어장의 통합평가에 적용 가능한 평가지표(수서환경, 퇴적환경, 자연재해, 양식생물)를 도출할 수 있었으며, 양식어장환경과 양식생물 간의 연관성을 체계적으로 검증하고 지수화 함으로써 과학적인 양식어장건강도를 평가할 수 있었다. 향후 계절별, 양식품종별 추가 연구를 통하여 체계적인 어장환경관리와 지속적인 생산성 확보에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.