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| 부영양화(eutrophication)란 무었인가? | |
| 내용 |
부영양화란 무었인가?가. 부영양화의 정의 부영양화(eutrophication)라는 것은 육수학에서 확립된 개념으로 호소가 수 백년에서 수 천년 이상에 걸쳐 영양상태의 긴 변화과정의 한 측면을 나타낸 것이다. 일반적으로는 수심이 깊고 영양염이 적은 빈영양호가 유역에서의 영향을 받아 중영양호화하여 낮고 영양염이 풍부한 부영양호가 되고 나아가서는 습원, 극상으로서의 삼림으로 비가역적으로 천이 해 가는 자연의 현상을 일컫고 있다. 이에 반해 현재 각지의 호소에서 문제가 되고 있는 것은 본래 긴 역사동안 일어나는 자연적 현상 외에 산업의 발달, 인구의 증가로 인한 오염물질 배출량의 증가 등의 인위활동이 가산되어 현저하게 부영양화 속도가 가속되어 단시간 내에 호소가 부영양화하는 현상으로 물을 이용하는데 장해를 초래하게 된다. 부영양화는 일반적으로 수계생태계에서 질소, 인 때로는 실리콘, 칼륨, 칼슘, 철이나 망간 같은 식물 영양의 증가 즉 1차 생산력의 증가를 일으키는 물리 화학적인 영향과 효과를 말하는 데 사용되었다. 그러나 부영양이란 호소, 강이나 하구 등의 영양상태를 중영양(mesotrophic)이나 빈영양(oligotrophic)이라 불리는 낮은 영양상태의 수계에 대한 상대적인 표현이기 때문에 부영양화를 정확히 정의하는 것은 어렵다. 부영양이란 말은 독일 식물학자 Weber(1907)가 이탄습지의 증가 실험에서 초기상태를 결정짓는 영양상태를 나타내는 말로 처음 사용되었다. 이 말은 12년 후에 스웨덴의 식물학자 Naumann(1919)이 담수호를 인, 질소와 칼슘이 높은 농도, 중간 농도 또는 낮은 농도의 세 종류로 분류하면서 다시 사용되었다. 이 분류방법은 각각의 농도는 기술되지 않았으며 오히려 Naumann은 호소의 식물플랑크톤의 양과 투명도에 따라 분류하고 있다. 따라서 빈영양 호소는 파랗고 깨끗하며 식물플랑크톤은 적은 반면 부영양 호소는 좀 더 탁하고 녹색을 띠며 심한 식물성플랑크톤의 증식이 나타난다. 중영양 호소는 이 둘의 중간 상태를 나타낸다. Thienemann(1925)은 독일 Eifel지역에서의 호소를 계절적인 용존산소량과 호소 바닥의 동물상의 차이를 가지고 구분, 분류하였다. 깊고 비생산적인 호소의 저층에서는 상층에서 계속 침강되는 유기물이 부패되어 일어나는 여름철 산소부족현상이 일어나지 않으며 다양한 생물상이 존재한다. 그러나 여름철 유기물 생산량이 큰, 깊지 않은 호소에서는 유기물이 부패되면서 저층에서 산소가 부족하게된다. 이 때는 낮은 산소농도에 견디는 몇몇 종만이 특징적인 생물상을 형성하게 된다. Lindeman(1942)은 부영양화는 호소 발달과정에 있어서 자연적인 과정이며 유역으로부터 풍화, 침식되어 흘러 들어온 유기물은 호소 자체의 생산대사로 생성, 축적되어 간다고 하였다. 낮은 생산성의 빈영양 단계에서 시작되는 빙하시대의 일반적인 얕은 호소는 영양물질이 축적됨에 따라 아주 급격히 생산성이 증가되며 결국 부영양화된 평형상태에 이른다. 이는 아주 긴 기간(수천년)이 걸릴 것이며 호소는 더욱 얕아져서 조류는 잘 자라지 못하고 유기물이 축적되고, 영양물질이 재순환되는 과정이 방해받으며 끝내는 습지나 늪지로 변할 것이다. 과학자들이 20세기 산업활동의 결과로 호소에 유입되고 축적되는 식물 영양원이 과거 자연적으로는 수백년이나 그 이상 걸렸을 변화를 불과 수십년 안에 일으키고 있다는 사실을 깨달으면서 부영양화란 말은 1940년 말부터 좀더 널리 쓰이기 시작되었으며 1970년대부터 미국을 비롯하여 세계각국에서 부영양화 기준에 대한 연구를 시작으로, UN에서는 1980년대를 물의 10년(Water decade)이라고 명명하였고 공식적으로는 국제 용수공급 및 처리의 해라고 정하였고, 최근까지 호소 부영양화의 관리 및 기술에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 나. 부영양화에 미치는 호소의 환경요인들 호소의 영양상태는 자연적, 그리고 인위적인 여러 환경요인에 의해서 유발되는 이화학적, 생물학적 반응들의 결과로 결정된다. 부영양화의 측면에서 자연요인이란 본래 각 유역의 배경을 형성하는 것으로, 인간활동이 없거나 있어도 그 영향이 적은 경우의 환경요인을 가리키며, 그림 4.9.1에 나타낸 대로 기상, 수문, 지형, 지질 또는 생육생물 등을 들 수 있다. 한편 호소로의 인간의 활동과 관련 있는 인위적 요인으로서는 각종 이수사업, 호소에서의 취수, 호내에서의 수산활동, 그 외에 관광, 레크리에이션, 사회활동의 결과로서의 오수의 방류 등의 활동이 있고 이것에 의해 유역의 자연환경은 변질, 오염되어, 유입수량과 물질의 질과 양을 현저하게 변화시켜 시간적으로 또는 공간적으로 호소 수질을 변질시킨다. 자 연 적 인 요 인 들 o 기상조건 기온, 수온, 일조량, 바람, 습도 o 수문조건 강우, 강설, 증발산 o 지세, 지형상태 지진, 경사도 토사유출, 화학조성, 식생 o 수리조건 표류수 지하수침투 o사회활동 ·호변환경정비 ·도시환경정비 도시화 토지이용형태의 변경 ·오염부하발생 유달 ·수자원보전과 개발 ·이수, 농업, 공업 수도, 수산, 발전, 레크리에이션, 관광 o경제활동 인 위 적 인 요 인 들 그림 4.9.1. 호소를 둘러싼 환경요인들(岩佐義朗, 1990) 다. 부영양호의 일반적 성상 (1) 물리적 성질 (가) 물색 : 녹색이나 갈색 (나) 투명도 : 5 m 이하 (2) 수질 (가) pH : 중성에서 약알카리성 (여름철에 표층이 강알카리성으로 되는 경우도 있다.) (나) 용존산소농도 : 표수층은 포화 또는 과포화, 심수층에서는 현저히 감소한다. 산소의 소비는 주로 플랑크톤 사체의 산화에 의한 것이다. (다) 현탁물질 : 플랑크톤 및 그의 사체에 의한 현탁물질이 많다. (라) 영양염류 : 다량존재, N> 0.2 ppm, P> 0.02 ppm (3) 생물상 (가) 생산력 : 높다, 200mgC/m2/day 이상 (나) 클로로필 a : 5∼140 mg/m3, 20∼140 mg/m2 (다) 식물성 플랑크톤 : 풍부, 담수의 경우 여름에 남조류에 의한 수화가 발생 (라) 동물성 플랑크톤 : 풍부, 윤형동물류 증가 (마) 저서생물 : 종류수 감소, 산소부족에 내성이 강한 종류가 우점 (바) 어류 : 양이 많다. 붕어, 잉어, 장어 등의 暖水性 어종이 풍부 (사) 연안식물 : 풍부, 얕은 곳에만 생긴다. (4) 저질 : 유기물이 많고 부식저질 라. 부영양화 기준 호소의 영양상태를 분류하는 것은 영양염류의 공급도와 이에 수반되어 식물의 유기물생산을 주원인으로 일어나는 호소내 여러 변화를 포함하고 있다. 그러나 호소내에서 일어나는 변화는 호소가 위치하고 있는 장소에 따라 다르며 계절적으로도 변동이 심하기 때문에 호소의 영양상태를 판정하는 것은 여러 가지 어려움이 따른다. 표 4.9.1. 부영양화 판정 기준 영양단계 지표 빈영양 중영양 부영양 Reference T-P(mg/m3) 5∼10 10∼30 30∼100 Vollenweider 1967 10∼20 >20 US EPA 1976 12∼24 >24 Carlson 1977 10∼35 35∼100 OECD 15∼25 25∼100 Forsberg & Ryding1980 T-N(mg/m3) 400∼600 600∼1500 Forsberg & Ryding1980 I-N(mg/m3) 200∼400 300∼650 500∼1500 Vollenweider 1967 클로로필 a (mg/m3) 4∼10 >10 US EPA 1974 3∼7 7∼40 Forsberg & Ryding1980 투명도(m) >3.7 2.0∼3.7 US EPA 1974 >4.0 2.0∼4.0 Carlson 1977 >4.0 2.5∼4.0 Forsberg & Ryding1980 (출처 : 岩佐義朗, 1990) 표 4.9.1에 나타낸 바와 같이 호소의 영양상태를 분류한 기준은 유기물의 유입, 호소가 위치하고 있는 지형적인 특성, 호소내의 식물의 생산성, 수리학적인 체류시간 등의 여러 가지 인자와 호소 고유의 특성 및 각 연구자가 조사한 호소군의 특수성과 개별적인 판단에 있어서 개인적인 주관 차에 의해 상당히 다르게 나타나고 있다. 마. 이화학적 수질에 의한 국내호소의 영양상태 평가 국내의 주요 댐호의 이화학적 수질을 조사하여 그 결과를 표 4.9.1에 나타낸 영양단계기준에 적용하여 각 호의 영양상태를 판정한 결과를 표 4.9.22에 나타내었다. 표에서 나타낸 바대로 판정 기준에 따라 호소의 영양상태가 다르게 나타나고 있어 특정 단일 인자만으로 판정하게 되면 판정기준에 따라 전혀 다른 영양상태로 판정되는 한계점이 발생하게 되므로 호소의 영양상태를 정확하게 판정하기 위해서는 가급적 많은 인자를 측정하여 이들 인자들을 종합화하는 노력이 추가적으로 수반되어야 한다. 바. 부영양화에 의한 영향 (1) 수질에 미치는 영향 (가) 남조류나 규조류의 수화발생 등, 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가 (나) 수중의 현탁물질량의 증가 (다) 이취미를 방출하는 유기물의 생성 (라) 수중에서 생성되기도 하고 외부에서 유입한 유기물질에서의 부식물질의 생성 (마) 식물성 플랑크톤에 의한 물의 착색 (바) 투명도의 저하 (사) 대형수생식물의 번성 (아) pH의 상승 (자) 저질표면 부근 및 심수층의 용존산소 농도의 저하, 특히 용존산소 농도가 0에 가까워지면 저층부근이 환원되어 메탄가스 발생, 인의 용출, 철, 망간의 용출 (2) 상수에 미치는 영향 (가) 원수의 유기물량의 증가로 인한 과다한 염소처리로 트리할로메탄의 생성 (나) 킬레이트 물질의 증가로 인한 웅집처리의 저해 (다) 조류때문에 완속 및 급속여과지나 스크린의 폐쇄 (라) 소독과정에서의 장해 (마) 조류의 대량증식에 의한 이취미발생 (바) 심수층의 산소고갈로 인한 철, 망간의 용출 (사) 조류가 생산하는 독소에 의한 건강상의 장해 (3) 농림수산업에 미치는 영향 (가) 조류의 호흡, 분해에 의한 용존산소의 부족 및 유독물질의 방출에 따른 어류 폐사 (나) 부영양화된 호소수나 하천수를 관개용수로 이용할 경우 고농도의 질소에 의해 경작장해 (4) 레이크리에이션에 대한 영향 (가) 물의 착색으로 인한 미관상의 불쾌감 유발 (나) 남조류의 녹조현상이 발생한 경우 수영, 보트놀이등 물과 접촉하는 활동에서 불쾌감유발 (다) 이취미가 발생하여 수변의 산책에도 불쾌감 유발 표 4.9.2. 국내 주요 호소의 영양상태 판정표(1995년) 기준 호수 항목 US EPA OECD Forsberg & Ryding Vollenweider Schröder & Schröder 팔당호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 부영양 부영양 중영양 부영양 부영양 부영양 부영양 부영양 부영양 - - - - - 중영양 - 청평호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 중영양 부영양 중영양 부영양 부영양 부영양 중영양 부영양 부영양 - - - - - 중영양 - 의암호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 중영양 부영양 중영양 부영양 부영양 부영양 중영양 부영양 부영양 - - - - - 중영양 - 춘천호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 빈영양 - 중영양 부영양 빈영양 부영양 부영양 부영양 빈영양 중영양 부영양 - - - - - 빈영양 - 파로호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 빈영양 - 중영양 부영양 빈영양 중영양 부영양 부영양 빈영양 빈영양 부영양 - - - - - 빈영양 - 소양호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 빈영양 - 중영양 부영양 중영양 중영양 중영양 부영양 중영양 중영양 부영양 - - - - - 중영양 - 충주호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 중영양 부영양 중영양 중영양 부영양 부영양 중영양 중영양 부영양 - - - - - 중영양 - 대청호 T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 중영양 부영양 중영양 - 부영양 부영양 중영양 - 부영양 - - - - - 중영양 - 안동호 (1992년) T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 중영양 - 부영양 - 중영양 - 부영양 부영양 중영양 - 부영양 - - - - - 중영양 - 주암호 (1992년) T-P T-N Chl.a 투명도 부영양 - 부영양 - 부영양 - 부영양 - 부영양 부영양 부영양 - 중영양 - - - - - 부영양 - 사. 부영양화 방지대책 (1) 영양물질 유입의 억제 (가) 하수처리장의 증설 및 고도처리 등으로 유역으로부터의 영양염 유입의 차단 미처리 하수와 분뇨가 직접 호소나 하천으로 들어가지 않도록 하수처리장을 증설하고 유기물의 제거뿐만 아니라 수중식물의 영양원이 되는 질소와 인을 제거하는 고도처리가 이루어져야한다. (나) 하수처리장 방류수를 하류로 유로 변경 질소나 인등의 영양염류가 효과적으로 제거되지 않은 하수처리장의 방류수를 수류전환하여 하류로 돌림으로써 상류의 부영양화를 방지할 수 있으나 이 방법은 근본적인 문제를 해결하는 방법은 아니지만 이미 부영양화가 진행된 수체에는 효과적이다. (다) 수역 주변의 축산, 공장, 위락시설 등의 오염물질 배출업소의 철저한 감시 및 관리 호소나 저수지 특히 상수원으로 사용되는 상수원수 주변의 축산, 공장 위락시설 등의 오염물질 배출업소에서의 미처리 오염물의 배출을 철저히 감소하여 수체로의 유기물 및 영양염류의 유입을 방지하는 방법이다. (2) 호소내에서의 처리 방안 (가) 호소내 또는 유입지천에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 영양염류의 불활성화 호소내 또는 유입지천의 유입부에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 인산염을 침전시켜 불활성화함으로써 수체내 인농도를 감소시키는 방안이다. 그러나 첨가제가 생물에게 독성을 나타낼 수도 있다. (나) 외부의 수류를 끌어 들여 수 교환율을 높임 영양염류의 농도가 낮은 물을 호소로 끌어 들여, 교환율을 높이고 체류시간을 짧게하여 생물체가 호소내에서 생성되고, 축적되는 것을 막는다. 방류수를 호소 밑바닥에서 빼면 더욱 더 효과가 있다. 엄청난 양의 물을 필요로 하는 단점이 있다. (다) 성층파괴를 위한 심층폭기나 강제 순환 수온 약층 아래에 있는 심층부에 산소 또는 공기를 불어넣는 방법이다. 산소가 많아지면, 저질토로부터 인이 녹아 나오는 양이 줄어들고 철과 망간과 같은 환원물질의 양도 줄어든다. 이 기술은 수중 폭기가 중단되면 다시 원상으로 돌아가는 등 문제점 때문에 대규모로 시행하기에는 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. (라) 수심이 깊은 호소에서 영양염류농도가 높은 심층수의 방류 심층수에 영양염류의 농도가 높으므로 이 물을 방출하면 영양염류의 체류시간을 짧게하는 효과가 있다. 수심이 깊은 호소에서 매우 효과적이다. (마) 저질토를 합성수지 등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단 저질토는 많은 영양염류를 함유하고 있기 때문에 저질토를 합성수지 등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단하는 방법이다. 저서생물에 영향을 주고 비용이 엄청난 점이 단점이다. (바) 영양염류가 농축되어 있는 저질토의 준설 저질토에는 물보다 10,000∼1000,000 배의 인이 녹아있으므로 이를 준설하여 호소내의 인을 제거하는 방법이다. 저질토에 영양염류가 농축되어 있는 곳에 매우 효과적이다. 비용이 많이 들고 생물상에 미치는 영향과 준설하여 나온 저질토의 처리가 문제로 남는다. (사) 차광막을 설치하여 조류증식에 필요한 광을 차단함 조류가 증식하기 위해서는 영양염류 이외에 광합성을 위한 광이 절대적으로 필요하다. 따라서 만입된 지역 등에서 차광막을 설치하여 빛을 차단함으로 해서 조류의 증식을 억제하는 방법이다. 소규모 호소나 제한된 지역에만 적용 가능한 단점이 있다. (아) 수체로 부터의 수초 및 부착조류의 제거 수체로 부터 수초와 부착조류를 걷어내어 내적인 오염부하를 줄이는 방법으로 즉시 효과가 나타나나 생물체가 다시 자라기 때문에 반복작업이 필요하다. 팔당호의 수초제거선이 좋은 보기이다. 수초는 영양염류를 많이 흡수하므로 일부러 유입수 부근에서 키워 주기적인 수확으로 수질 개선을 기대할 수 있다. (자) 생물학적 제어 조류를 먹이 연쇄와 기생관계를 통해 다른 생물을 사용하여 제거하는 방법이다. 초어를 이용한 수초제거와 동물성 플랑크톤을 이용한 조류의 제거 등이 있다. 그러나 새로운 종을 이식할 때에는 사전에 충분한 검토가 있어야 한다. (차) 화학적 처리 수초와 조류를 죽이는 화학물질을 수체에 직접 뿌리는 방법이다. 수초를 없애기 위한 제초제 살포, 조류의 제거를 위한 황산동 살포 등이 있다. 비용이 많이 드는 반면 일시적인 효과밖에 기대할 수 없으며 다른 생물에게 독성을 나타낼 수도 있으므로 사용에 주의를 기울여야 한다. |
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