부영양화와 미생물, 녹조와 적조로 인한 피해

 

부영양화란?

 

하수에는 많은 양의 영양염류(nutritive salts)를 함유하고 있습니다. 여기서 영양염류라고 하는 것은 식물성 플랑크톤의 생장을 좌우하는 규소, 질소 및 인 등의 물질을 총칭하는 것으로 인간에 의하여 인위적으로 많이 배출되는 물질은 질소와 인이므로, 통상적으로 영양염류라고 하면 인을 의미합니다. 하수 중에 영양염류가 많아지면 부영양화(eutrophication)되었다는 표현을 사용합니다. 부영양화(eutrophication)은 그리스어로 eutrophia이며 eu "well"과 trephein "nourish"이 합쳐진 용어로서, 영양염류가 많습니다. 질소와 인이 풍부하다는 의미입니다.

 

부영양화가 발생하면 조류(algae)의 광합성량이 급격히 증가하여 생장과 번식이 매우 빠르게 진행되어 대량 증식하게 되는데, 이 현상을 적조(red tide) 또는 녹조(water bloom) 현상이라고 합니다. 조류의 급격한 증식으로 인하여 색이 붉게 변화되었을 경우를 적조라 하며, 녹조류와 남조류가 크게 늘어나 물빛이 녹색이 되는 현상을 녹조라고 합니다. 그러므로 원인이 되는 조류(algae)의 색에 따라 물은 붉은색, 녹색, 갈색을 띠기도 합니다.

 

부영양화로 인한 피해

부영양화의 영향

 

1. 천이(succession) 현상 초래

부영양화가 발생하면 영양염류가 축적되고 축적된 영양염류를 이용하여 조류(algae)가 급격하게 증식하게 되어 강이나 호수, 바다에서 수생 생물 또한 번성하게 됩니다. 특히, 호수와 같은 정체수역에서 시간의 흐름에 따라 진행되는 식물군집의 변화인 천이(succession) 현상이 많이 관찰됩니다. 깊은 호수의 경우에는 온도에 따라 층 구분이 있는 열적 층화(thermal stratification) 현상이 발생한다.

 

성층 현상

표수층(epilimnion) : 용존산소가 풍부하고 수온이 높은 영역

수온 약층(thermocline) : 깊이에 따른 수온의 변화 존재

심수층(hypolimnion) : 차고 순환하지 않는 용존산소가 부족한 영역

 

전도 현상

전도현상이란?

 

여름철에 안정된 성층이 관찰되는 호수는 가을부터 봄까지 수면이 냉각되어 상하대류로 이루어지는 혼합이 깊어져서 성층이 바로 깨어지는데 표면 수온이 낮아지면 표수층의 밀도가 증가함에 따라, 온도 변화에 의한 호수의 상하 혼합(overturn)이 발생하게 됩니다.. 겨울이 되면, 기온의 감소로 인해 표수층의 온도가 더 내려가고 심수층의 온도가 표수층의 온도보다 높은, 겨울철 열적 층화 현상이 발생합니다.

 

이러한 성층화와 상하 혼합이 반복됨으로써 호수 바닥에는 계속적인 조류의 퇴적물이 쌓이게 되고, 이렇게 쌓인 퇴적물로 인해 호수는 습지로 변화하고 이 습지는 다시 육지로 변화해 가는 천이(succession)현상을 겪게 됩니다.

 

2.수질 악화

영양염류에 의해 수역이 오염되면 조류가 번성하고, 조류가 번성하면 물속의 부유 및 현탁물질의 농도가 증가할 뿐만 아니라 조류가 가지고 있는 독성에 의한 위험성으로 인해 지표수를 상수로 이용하는 정수 공정은 많은 영향을 받게 됩니다. 남세균(cyanobacteria)인 Microcystis aeruginosa가 분비하는 독소인 microcystin과 cyanopeptolin은 신경독소와 간세포독소로 작용하므로 수중으로부터 완벽하게 제거해야합니다. 또한 미생물의 살균 등을 하기 위하여 염소를 주입하는 전염소 처리(pre-chlorination)을 할 경우, 조류가 사멸되면서 체내의 내생독소(endotoxin)가 방출되거나 Microcystis 속의 분비물과 염소가 반응하여 발암성의 소독부산물(desinfection by-products, DBPs)을 형성할 수 있습니다.

 

조류의 증식으로 인하여 조류가 가지고 있는 고유한 냄새가 유발되어 불쾌한 곰팡이 냄새를 발생할 수 있습니다. 또한, 죽은 조류 또는 수중 생물의 사체가 발생하면 이들을 분해하는 미생물들이 급격하게 증식하면서 수중의 용존산소를 소모하여 물은 빠르게 혐기화되고, 혐기화에 따른 악취를 유발할 수 있습니다.

 

조류	조류의 명칭	발생 오염원
규조류	Asterionella속, Synedra속, Tabellaria속, Fragillaria속, Navicula속, Melosira 속	악취(방향족 냄새, 생선비린내) 탁도 유발
녹조류	Eeudorina속, Pandorina속, Nolvox속 Chara속, Cladophora속, Coelastrum속	악취(생선비린내) 탁도, 거품
남조류(남세균)	Anabaena속, Aphanizomenon속, Clathrocystis속, Coelospaerium속	악취(곰팡이, 풀냄새)
황갈색조류	Cryptomonas속 Dinobryon속 Mallomonas속 Synura속	악취(방향족 냄새) 악취(방향족, 생선비린내) 악취(방향족, 오이맛) 악취(생선비린내)
쌍편모조류	Ceratium속 Glenodinium속 Peridinium속	악취(생선비린내)

 

 

 

녹조

녹조는 지표수의 수면에 남세균(cyanobacteria)이 집적하여 나타나는 현상을 말하며, 일반적으로 남조류 이외에도 규조류와 녹조류 등이 이상 증식하여 수면에 얇은 막 또는 덩어리를 형성하여 부유하는 상태를 포함합니다.

 

녹조를 일으키는 생물 ↓

마이크로시스티스속(Microcystis)

아나베나속(Anabaena)

녹조의 환경 영향

 

1. 산소 고갈과 생물 다양성 감소

- 남세균과 조류가 대량 발생한 뒤 분해되면서 미생물 활동으로 인해 수중 용존 산소가 고갈되어 녹조가 발생한 부영양호의 심층수부터 무산소층이 형성. 이러한 무산소층의 형성으로 인해 생물다양성 감소, 어류 폐사 등의 피해 발생

 

2. 독소 생성

- 또한 남세균은 마이크로시스틴(microcystin)이라는 간독소나 아나톡신(anatoxin-a)과 같은 신경독소를 생성하여 가축이나 야생동물이 대량 폐사한 사례 존재.

 

낙동강 근처에서 발생한 녹조

 

녹조로 인한 어류 폐사

적조

해수 중의 특정 조류가 이상 증식하여 해수의 색이 붉게 변한 현상을 말하며, 적조를 유발하는 생물은 약 260여 종으로 알려져 있습니다. 해수의 색이 반드시 붉은 것이 아니며, 원인 생물의 종류에 따라 적, 황, 녹, 갈색의 다양한 색을 나타내기도 합니다. 적조 미생물은 대부분 쌍편모조류인데, 대표적으로 Chattonella속, 규조류인 Skeletonema속이 있습니다. Gonyaulax catanella는 대서양과 태평양에서 적조를 유발하는 쌍편모조류입니다. 이 조류가 생산하는 독소는 맹독성인 보툴리늄(botulinum)독성에 비견됩니다. Prymnesium parvum은 조류가 사멸한 뒤에 배출되는 독소인 내생독소(endotoxin)를 가지고 있는데 어류 양식의 다량 폐사를 가져온 바 있습니다. 특정 쌍편모조류는 독소로 인해 어패류의 치사율을 높이는 것으로 알려져 있습니다.

 

식물플랑크톤이 대량 증식하기 위해서는 광합성에 필요한 일조량이 충분하고 해수의 온도가 15~25°C인 봄철부터 가을철이 적합한 환경이나, 적조를 주로 발생시키는 와편모조류의 경우 이보다 상대적으로 높은 20~27°C인 여름철에 적조를 발생시킵니다.

 

적조를 일으키는 생물↓

Cochlodinium polykrikoides

 

일본에서 발생한 적조

적조의 환경 영향

 

1. 산소 고갈과 생물 다양성 감소

- 해양생물의 폐사, 생물 다양성 감소와 양식 산업에 막대한 경제적 손실 초래

 

2. 독소 생성

- 패류에 축적되어 먹이그물을 통해 생물 및 사람에게 치명적인 결과 도래. 여러가지 독소가 어패류에 축적되고 이를 먹은 사람은 사망 또는 중독 현상 발생

 

적조로 인한 어류 집단 폐사