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- 제주 연안 환경오염 현황과 해양생태계 변화 연구 -

지난 30년의 해양 온난화 현상을 살펴보면 전 지구상에서 1년에 0.05도 이상의 온도 상승이 일어나는 다섯 곳의 해역이 있다. 제주도는 그 중 한 곳인 동중국해의 한 가운데 있어 지구온난화의 영향을 받고 있으며 지역적으로는 관광 활성화 및 육상양식업장 증가 등에 의해 해양오염이 악화될 수 있는 상황에 놓여 있다. 이렇게 복합적인 영향 속에서 해양환경과 생태계가 급변할 가능성이 크지만 ‘제주도 환경이 어떻게 변화하고 있는가?’에 대해 과학적인 근거를 토대로 종합적 평가를 시도한 사례는 지금까지 없었다. 이에 2015년에 개소한 KIOST 제주국제해양과학연구·지원센터 제주특성연구실은 현장의 요구를 수렴해 해양환경의 전반적인 오염 및 해양생태계 변화를 이해하기 위한 11개 과제를 선정, 단계적 연구를 진행 중이다.

제주도 연안을 집중 조사, 세밀한 자료 구축의 첫 번째 시도 주 오염원인 육상양식장 배출수 고려한 시범지역 선정

육상은 해양에 비해 시간적 변화가 느리게 일어나지만 해양은 생태 환경이 상대적으로 빠르게 변화한다. 특히 제주도 연안의 환경오염에 심각한 영향을 끼치는 주된 원인 중 하나는 거친 바다와 태풍의 영향으로 350여 개의 양식장 대부분이 육상에 밀집되어 있다는 점이다. 해안선의 총 길이가 약 253㎞인 해안에서 1㎞ 마다 1개소 이상의 육상양식장이 분포하고 있지만, 수질환경보전법은 육상양식장내 어병 예방과 치료를 위한 항생제 사용량에 대해 ‘과도하게 사용해서는 아니 된다’고만 규정하고 있다. 또한 제주도의 육상양식장은 전국에서 폐사율이 가장 높은데, 밀식 과정에서 더 많은 항생제를 사용하는 악순환이 되풀이되고 있다. 이렇듯 제주도 해양 환경 변화의 원인은 상당히 복합적인 양상을 띠는데, 연구자원을 효율적으로 쓰기 위해 KIOST 연구팀은 부영양화에 의한 연안오염과 항생제 오용에 따른 영향에 초점을 맞춰 11개의 육상양식장이 밀집된 제주시 구좌읍 한동리 해역을 시범지역으로 선정, 현장의 말단부터 세밀하게 연구하는 방법을 택했다.

사진 1. KIOST 제주특성연구실 유신재 책임연구원

본 연구 과제에 수행함에 있어 KIOST는 해양기초생산력, 간극생태계, 미생물생태계 등의 변동을 확인하기 위해 부산 본원 연구팀은 제주도의 간극생물 생태계와 내성균, 대기 침적을 연구하고, 제주특성연구실은 육상양식장에서 배출되는 오염량을 분석하며, 제주대학교에서는 해저지하수를 통한 물질유입과 해류 및 해양수송량을 정량적으로 산정하는 학·연 협업체제를 구축했다.

고해상도 위성사진으로 제주 연안 오염 규모 측정 이해관계를 넘은 주민들의 협조 절실

2008년 이래로 황해의 녹조가 제주까지 떠밀려왔을 때 전문가들은 중국의 영향을 받은 것이라고 생각했다. 그러나 현재 전문가들은 제주 연안의 좁은 해역에 밀집된 부영양화 문제로 인해 녹조의 상당한 부분이 자생 중인 것으로 보고 있다. 부영양화의 범위를 모니터링하기 위해 KIOST는 Sentinel-3 위성으로 촬영한 300m 공간해상도 원시 영상을 이용해 제주 해안에 밀집된 유기물의 모습을 관측했다. 그 결과 제주도 연안을 따라 대략 1 km 내외의 해역에 유색 유기물이 밀집되어 있으며, 외해와 비교했을 때 10배 이상 농도가 짙다는 사실을 확인했다.

그림 1. Sentinel-3 위성으로 촬영한 유색 용존 유기물 분포

제주특성연구실 이태희 연구원은 위성사진을 활용하기 전에는 오염범위를 파악하려고 연안에서 3km 이상 떨어진 먼 바다까지 나갔다고 말하며, “제주 연안의 강한 파도에 의한 희석과 연안을 따라 흐르는 해류의 특징 때문에 유입된 오염물질이 먼 바다까지는 퍼져 나가지 않지만 해안에서 1 km 이내에서는 부영양화가 우려될 만한 높은 농도의 영양염이 분포하고 있다.”고 설명했다. 즉, 제주도 바다에 유입된 오염물질은 해녀들의 삶의 터전인 연안 가까이에서 환경에 영향을 미치는데, 이는 양식업자와 어민·해녀들 사이에서 지속적인 분쟁을 유발하기도 한다.

사진 2. KIOST 제주특성연구실 이태희 연구원

한동리 해역의 질소와 탄소 수지도 작성 제주 연안의 정량적 오염부하량 & 물질수지 변동 ‘시뮬레이션 모델’ 준비

지난 2년의 조사 기간 동안 KIOST 연구팀은 양식장과 하수처리시설에서 해안으로 쏟아내는 배출수의 영양염 농도, 대기 침적, 해저 지하수의 유입을 조사해 제주 해역을 면밀히 파악했다. 그 결과 제주도 연안에 서식하는 저서생물과 자연생물의 표본에서 테트라사이클린계(Tetracyclines) 항생제¹⁾의 내성균의 비율이 양식장을 중심으로 높음을 확인했으며, 한동리 해역의 작은 해역을 대상으로 하여 부영양화의 주요 요인인 질소와 탄소의 수지도를 작성하였고 이를 바탕으로 제주 연안의 정량적 오염부하량과 물질수지 변동 ‘시뮬레이션 모델’ 구현 준비를 마쳤다. 금번 연구에서 진행된 제주 해역의 질소-탄소 수지도 연구는 주요 물질의 이동과 형태변화에 대한 정량적 수치를 제시함으로써 향후 해양환경을 이해하는데 든든한 밑거름이 될 것으로 보인다.

사진 3.4. 시범지역으로 선정된 제주시 구좌읍 한동리 해역

⑴ 단백질 합성을 억제해 세균의 성장을 막는 항생제로 제주도의 육상양식장에서 주로 사용한다.

그림 2. 한동리 해역의 탄소와 질소 수지도

사진 5. 질소와 탄소 수지도 작성을 위한 해수 영양염 자동 분석기 활용 모습

‘개발’과 ‘보존’이 양립하는 오염저감 시나리오 제시 데이터가 제주도의 사회·경제와 연결되기를 기대

기초연구 마지막 해인 2018년의 목표는 크게 두 가지이다. 첫 번째는 수지도를 바탕으로 시간에 따른 변화를 추정 가능케 하는 ‘시뮬레이션 모델’을 구현하는 것이다. 수학적 공식을 이용해 시뮬레이션 모델을 구축하고 여러 가지 환경 변화 및 배출수의 정화처리율에 따른 오염저감 시나리오에 따라 예측하면 오염된 환경을 복구하는데 드는 비용과 환경개선에 따른 편익을 산정할 수 있기 때문에 향후 해양 환경 정책에 중요한 참고 자료로 활용될 전망이다. 두 번째는 제주도의 환경 변화 경향을 종합적으로 분석하는 것이다. 시범 지역의 사례를 그대로 제주도 전체 환경에 적용할 수는 없기 때문에, 1997년부터 2016년까지 해양환경관리공단이 제주도의 22개의 해역을 관측한 ‘KOEM 환경 자료’와 해양수산부의 데이터를 이번 연구에서 얻은 현장 자료와 비교, 환경 변동과 요인의 경향을 파악하고 해역의 환경 특성을 구역별로 제시하는 것이다. 이를 통해 KIOST 제주특성연구실은 지난 10년 동안 제주도의 환경이 어떻게 변화했는가?’에 답할 수 있는 정량적인 근거를 마련할 계획이다.

표 1. 연차별 연구개발 로드맵

해양생태계의 효율적 관리로 환경 인프라 건전화 기대

제주도는 유네스코가 지정한 자연과학 분야의 생물권 보전지역으로 세계자연유산 등재 및 세계지질공원 인증 등 세계적으로 고유한 가치를 인정받는 섬이다. 본 연구 과제를 통해 KIOST가 연안 오염 저감 예측 시뮬레이션의 성공적 모델을 구축하고 제주 연안 환경의 장기적·종합적 해양 관리를 위한 과학적 기반 조성에 일조하기를 바란다.