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생물검정이란 어떠한 물질(비 생물적 요인)이 살아있는 생물에게 미치는 악영향을 직접적으로 알아보기 위한 실험을 의미한다. 따라서, 환경오염 혹은 생태계 교란을 일으키는 원인물질에 관한 정량적 정보만으로는 예측할 수 없는 직접적인 결과를 측정할 수 있으며, 생태계 군집 조사와 같이 오염 및 영향의 최종 결과만으로써는 추정하기 어려운 원인물질과의 인과관계를 알아낼 수 있다는 장점이 있다. 어떠한 요인으로 생물에 영향을 미쳐 생태계의 변형이 관찰되는 현장에서 둘 사이의 관계를 파악하고, 향후 추이를 예측하고자 한다면 생물검정이 필요하다.

부유사는 수체로 운반되는 작은 입자(일반적으로 63-μm 이하 입경의 실트와 점토)의 부유물을 말한다(Waters[1995]; Garcia[2008]). 퇴적물의 부하는 인위적인 활동(선박, 항만 정비 및 건설, 도로건설 광업, 개발 등)과 직접적인 관련이 있고 기타 강우, 기우 기상 등과 간접적인 관련이 있다. 해안 및 해양에서 매립, 준설, 골재 채취 등 사업은 해양환경에 직접적이며 다양한 영향을 미칠 수 있다. 부유사는 대표적인 영향 원인 중 하나이다(Maeng et al.[2006]; Kim et al.[2014]). 발생하는 부유사로 인하여 생태계 및 일부 어족의 어업피해가 발생하고 있다는 의견들이 제시되어왔다. 부유사의 발생량 혹은 해수 중에서 농도는 측정 가능하고, 어족자원의 변화 또한 자료를 통하여 얻을 수 있으나, 단지 수치의 비교만으로 이들 간에 직접적인 인과관계를 파악하기는 쉽지 않다(U.S. ACE, [2015]). 어류가 부유사에 노출되면 적극적으로 회피할 수 있으며 민감도는 종마다 유전적 차이로 인해 다르고 상대적으로 덜 민감한 발달 단계(자어, 치어 성어 등)에 노출되면 영향은 과소평가될 수 있다(Mohammed, [2013]).

부유사 연구는 1930-40년대 실험실 또는 특수하게 제작한 챔버를 이용한 현장실험(Ellis[1931]; Ellis[1936]; Ellis[1944]; Moore[1937]; Moore[1944])을 시작으로, 1950-60년대에는 아주 제한된 현장 연구를 통한 탁도와 어류 개체군과의 관계 연구 등 생태학적 접근이 시도되었다(Moore[1950]; Hambric[1953]; Cordone and Kelly[1961]). 1970년대에 들어 준설, 해안침식의 영향에 대한 새로운 관심의 결과로 일부 생물검정과 현장 연구가 진행되었다(Gammon[1970]; Froshage and Carter[1974]; Doudoroff[1976]; Morton[1977]; Forester and Lawrence[1978]). 부유사의 일반적인 생태 영향으로 1차 생산력 연구(Irwin and Stevenson[1951]; Claffey[1955]; Toetz[1967]; Iwamoto et al.[1978]), 영양염류 관계 연구(Toetz[1967]; Beaumont[1975]; Kelley et al.[1976]; Jones and Bachmann[1978]), 어류의 먹이생물에 대한 영향 연구(Toetz[1966]; Winner[1975]; Doudoroff[1976]) 그리고 어류의 생식 관련하여 생식소 발달 연구(June[1977]; Schwassmann[1971]; Peters and Hontela[1978]; Schreck and Scanlon[1977]) 등이 진행되었지만 생태적 영향을 유추하는 수준에서의 연구로 생태적 반응의 직접적인 근거를 제시하지 못하였다. 이후 하천이나 호소 중심의 부유사 연구는 해양 및 해안 이용도가 높아짐에 따라 해양생물의 생물검정을 통한 생리 생태연구로 점차 확대되었다.

최근 부유사로 인한 어류 아가미 구조의 변화와 기능의 손상 연구에서도 시험한 3종의 어류 모두 노출 중 산소 흡수가 저하되어 산소 소비율은 모두 증가하였지만 노출 중단 후 종에 따라 가역 또는 비가역적인 반응을 나타낸 결과를 보고하였다(Hess et al.[2017]). 오염원이 없는 지역 서식 어류를 대상으로 하였고, 이처럼 한 서식지 내에서 같은 농도의 부유사에 노출되더라도 대사 기능을 유지할 수 있는 종들이 있고 상대적으로 취약한 종들이 존재함을 확인하였다.

본 연구에서는 인위적으로 부유사가 발생하였을 때 해양 생물에게 어떠한 직접적 영향을 주는가를 파악하고자 국내 서식 생물 3종을 이용한 생물검정법을 적용하여 평가하고 평가 결과와 기존 연구의 결과들을 종합하여 부유사가 해양생물에 미치는 영향을 평가하였다. 3종 중 붕장어는 성체, 흰다리새우는 치하를 대상으로 하였다. 일반적으로 수생생물의 생활사 중 발달(발생) 초기 단계가 성체보다 더 민감하다고 알려져 있다(Middaugh and Dean,[1977]; Ringwood[1990]; Schmieder et al.[2000]; Mohammed et al.[2009]; Mohammed[2013]). 흰다리새우의 발생 실험은 연중 산란기를 제외한 다른 기간의 적용은 제한적이며 붕장어는 생식 관련 연구가 진행중에 있어 생식제어가 초기 단계로, 시험의 적용은 불가능하다. 그 이유는 수정란을 확보하여 시험한다고 해도 물리적 조건이나 환경적인 요인으로 영향을 받았는지, 노출로 인한 영향인지 구분할 수 없기 때문이다. 그러나 넙치는 연중 수정란을 구할 수 있어 시험 기간에 제약이 없으며 초기생활사 단계에 대한 시험법이 제안되어있는 넙치를 대상으로 발생 초기 단계의 영향을 평가하였다(Kim et al.[2010]; Whang et al.[2012]; Sung[2020]).

부유물질은 크게 무기물과 유기물 두 가지 일반 유형으로 나눌 수 있으며 유기성 부유물질은 생분해성이며 입자 크기 기원물질 양 등에 따라 달라진다(Wood[1997]). 무기성 물질은 광물 조성, 입자 모양이나 크기 분급 등으로 상세 구분된다(Nichols[1999]; Beussink[2007]). 본 연구에서는 유기성 부분을 제거한 무기성 물질부만을 시험에 적용하여 유기성 물질로 인한 수질의 변화나 유기 독성물질을 제어하였다.

본 연구에서는 부유사가 붕장어(Astroconger myriaster), 흰다리새우(Litopenaeus vannamei), 넙치(Paralichthys olivaceus) 수정란, 부화자어 및 치어의 생존과 부화에 미치는 영향을 생물검정 하였다. 부화자어를 제외하면, 이들 세 종은 비교적 높은 농도의 부유사 조건에도 잘 견디는 것으로 확인되었다. 약 18,000 mg/L의 농도에서 붕장어와 흰다리새우는 7 일 동안 모두 생존하였고, 넙치치어는, 대조구와 유의미한 차이 없이, 90%가 생존하였다. 이보다 더 높은 농도에서 7 일 동안 노출한 결과 붕장어는 약 48,000 mg/L에서 60%가 생존하였으나, 90,000 mg/L에서는 모두 사망하였다. 반면, 흰다리새우와 넙치 치어는 90,000 mg/L에서도 각각 80%, 70%의 높은 생존율을 보여 부유사에 대한 내성이 붕장어보다 높음을 알 수 있었다. 넙치 수정란의 부화율은, 실험 최고농도인 약 4,700 mg/L에서도 95% 부화율을 보여 대조구에서의 부화율인 96%와 큰 차이를 보이지 않았다. 다만, 부화한 유생의 외형이 정상적이지 않고 등이 휘어져 있는 개체가 일부 발견되어, 부화 이후에 유생의 생존에는 영향을 미칠 수 있음을 유추할 수 있다. 부화자어의 생존율은 비교적 낮은 농도에서도 많이 감소하였다. 정상적으로 부화한 개체를 대상으로, 저농도의 부유사 농도에서도 영향이 있음을 보여주었고 이는 치어나 성체의 부유사 내성이 강하다 하더라도 상대적으로 적극적 회피 능력이 낮고 외부환경에 민감한 초기 발생단계에는 치명적일 수 있음을 시사한다.

부유사가 해양생물에 미치는 영향을 조사한 기존의 연구인 Gyeongsang National University[2002]의 자료에서는 부유사의 7일 동안 반수치사농도가 붕장어의 경우 172-437mg/L, 비단가리비는 131-201mg/L로 보고하였다. 본 연구에서 추정된 붕장어의 7 일 동안 반수치사농도는 약 54,838mg/L로 Gyeongsang National University[2002]의 자료와는 100배 이상의 상당한 차이가 있다. 따라서, 본 연구에서는 부유사가 수생생물에게 미치는 영향에 관한 자료들을 수집하여 비교 고찰하였다. 부유사가 생물에 미치는 영향으로는, 수정률, 착생률, 발생률, 부화율, 생식률, 성장률, 여과율, 호흡률, 생존율 등이 있다(Table 6). Gilmour[1999]는 돌산호 종류인 Acropora digitifera의 수정률, 발생률, 및 착생률에 미치는 부유사의 영향을 조사하였다. 수정률과 착생률은 비교적 낮은 농도인 50 mg/L에서 감소한다고 보고하였다. 이는 부유사가 정자 혹은 부유 유생과 직접 접촉하면 편모 및 섬모의 운동성을 감소시키기 때문으로 해석된다. 본 연구에서 넙치 부화자어의 생존율이 100-150 mg/L 범위에서 50%로 감소하는 것도 이와 유사한 이유에 기인한 것으로 여겨진다. 그러나 넙치자어는 척추동물로 산호충 등 자포동물의 유생보다 산소의 소모량이 많으므로 부유사가 물리적으로 아가미 조직에 흡착하여 용존산소 농도와 무관하게 가스교환이 원활하지 못하여 질식하였을 것으로 추정할 수 있다. 그러나 발생률은 100 mg/L에서도 영향을 받지 않는다고 하였는데, 이는 수중에 부유사가 존재하더라도 발생 중인 배아(embryo)는 수정막으로 보호되기 때문에 부유사 농도가 증가하더라도 배아에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문으로 해석된다. 이는 본 연구에서 약 5000 mg/L의 상대적으로 높은 부유사 농도에서도 넙치 수정란의 부화율이 감소하지 않은 결과와도 일치한다. Sellner and Bundy[1987]는 요각류인 Eurytemora affinis가 부유사 농도 350 mg/L에서 42 일간의 생존율과 생식률이 부유사가 없는 조건과 차이가 없음을 보고하였다. Sutherland and Meyer[2006]는 담수어류인 Cyprinella galactura와 Erimonax monachus의 21 일간 성장률이 각각 100 mg/L, 25 mg/L 이상일 때 감소한다고 보고하여, 성장은 부유사의 영향을 비교적 크게 받고 있음을 알 수 있다.

Shin et al.[2002]은 담치류인 Perna viridis가 14 일간 600mg/L의 부유사에 노출되어도 여과율과 호흡률이 변화하지 않는다고 하였다. 이는 여과율과 호흡률 또한 비교적 높은 부유사 농도에서도 큰 영향을 받지 않음을 의미한다. Preez et al.[1996]은 담수어류인 Tilapia rendalli의 호흡률이 부유사 농도가 10,000 mg/L 이상의 고농도가 되면 증가한다고 보고하였다. 일반적으로 대사 생리의 지표로 측정되고 있는 여과율과 호흡률은 환경 스트레스가 생물의 성장잠재력(scope for growth)에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위한 구성 인자로 측정되고 있다(Bayne et al.[1985]). 성장잠재력은 A = (C-F) - (R+U)의 형태로 표현되는데, C는 먹이로 흡수한 에너지, F는 변으로 배설된 에너지, R은 호흡으로 소모한 에너지, U는 분비물을 통하여 소모된 에너지를 의미한다. 환경으로부터 물리, 화학적 스트레스가 존재하게 되면 생물의 성장잠재력은 감소하게 되는데 이는 섭식률(여과율)의 감소, 먹이 흡수율의 감소, 호흡률의 증가, 분비율의 증가 등에 기인한 결과이다. 일반적으로 스트레스가 작용하게 되면 먹이를 먹으려는 노력을 적게 하게 되므로 생물이 흡수하는 에너지의 총량이 감소하게 되고, 스트레스에 대항하기 위하여 기초대사 이외의 초과 에너지를 사용하게 되므로 호흡률이 증가하게 되고, 이 결과 분비되는 배설량도 증가하게 된다. 이러한 생물 반응의 결과는 최종적으로 성장과 생식에 투입할 수 있는 총 에너지의 양을 감소시키게 되므로 궁극적으로는 성장률과 생식률이 감소하는 결과로 나타나게 된다. 여과율이 감소하거나, 호흡률이 증가하게 되는 외부자극의 강도는 스트레스의 종류에 따라 다를 수 있는데, <Table 6>의 자료를 통하여 유추하여 보면, 최소한 부유사 농도가 10,000 mg/L 이상이 되어야 호흡률의 증가를 일으킬 정도의 자극인 것으로 보인다. Gyeongsang National University[2002]의 보고에 의하면 붕장어와 비단가리비의 호흡률이 부유사 농도가 증가할수록, 노출시간이 길어질수록 호흡률이 감소하는 것으로 보고하고 있으며, 각각 부유사 농도 59-96mg/L 및 49-72mg/L의 매우 낮은 농도(연안역에서 흔히 관측 가능한 농도 범위임)에서 호흡률이 평상시의 절반으로 감소한다고 하였는데, 이는 부유사 농도가 증가하면 성장잠재력이 증가한다는 의미가 되며, 부유사가 증가하면 할수록 오히려 생물의 성장에 좋은 역할을 하는 것으로 해석되어, 일반적인 독성학적 개념과는 일치하지 않는다.

부유사가 생물의 생존에 미치는 영향은 비교적 다양한 생물군에 대해 조사가 이루어져 있다. Suren et al.[2005]은 담수산 곤충류인 Deleatidium sp., Zephlebia sp., Polyplectropus sp., Triplectides obsoletus, Xanthocnemis zealandica와 가재류인 Paranephrops planifirons가, 최대 20,000 mg/L 이상의 농도에 24 시간 노출되어도 모두 생존한다고 하였고, 어린 개체를 이용한 실험에서 Deleatidium sp 유충은 1,000 mg/L 정도에서 14일간 노출되어도 모두 생존한다고 보고하였다. Buermann et al.[1997]은 담수어류인 Tilapia rendalli의 생존율이 성어는 20,000 mg/L 까지 영향이 없고, 치어도 15,000 mg/L 까지는 영향이 없다고 하였으며, LC₅₀은 성어 42,000-48,000mg/L, 치어 21,000-24,000 mg/L의 범위로 보고하였다. McFarland and Peddicord[1980]는 다양한 저서동물의 부유사에 대한 반응을 조사하였는데, 성게류인 Strongylocentrotus purpuratus, 이매패류인 Tapes japonica, 집게류인 Pagurus hirsutiusculus, 등각류인 Sphaeroma pentodon, 복족류인 Nassarius obsoletus 등은 100,000 mg/L의 아주 높은 농도에서 5-10 일간 노출되어도 사망한 개체는 없었다고 하였고, 담치류인 Mytilus edulis와 피낭류인 Molgula manhattensis, Styela montereyensis는 같은 조건에서 사망률이 10% 이내였다고 하였다. 고농도 노출실험을 통하여 추정한 LC₅₀ 값이 담치류인 Mytilus californianus가 96,000mg/L, 새우류인 Crangon nigromaculata가 50,000mg/L, 게류인 Cancer magister가 32,000mg/L, 갯지렁이류인 Neanthes succinea가 48,000 mg/L, 피낭류인 Ascidia ceratodes가 38,000mg/L, 단각류인 Anisogammarus confervicolus가 78,000mg/L, 어류인 Cymatogaster aggregata가 6,000 mg/L 등인 것으로 보고하였다. 이상의 연구들을 종합해 보면, 부유사에 의하여 생존에 영향을 받는 가장 민감한 종은 Cymatogaster aggregata 이었고(LC₅₀ = 6,000 mg/L), 대부분은 LC₅₀값이 10,000-100,000 mg/L 정도의 범위에 위치하며, 본 연구에서 추정된 붕장어의 LC₅₀ 값인 60,284 mg/L도 이 범위 수준에 포함된다. 또한 많은 경우 생물들은 100,000 mg/L 정도의 높은 농도의 부유사 환경에서도 90% 이상의 생존율을 보여 전반적으로 부유사에 대한 내성이 강함을 알 수 있다.

부유사의 직접적인 작용 이외에 수중의 용존물질의 흡착을 통한 해수 독성에 미치는 부유사의 영향에 관한 연구들도 있다. Boeckman and Bidwell[2006]은 물벼룩인 Daphnia pulex의 구리에 대한 LC₅₀이 부유사의 농도가 증가하면서 함께 증가한다고 하였는데 이는 부유사가 용존상태의 구리이온을 흡착하여 구리의 독성을 감소시킨 결과로 해석된다. Pyle et al.[2002] 또한 담수어류인 Pimephales promelas 유생의 니켈에 대한 96hr-LC₅₀이 부유사 농도가 증가하면서 함께 증가한다고 보고하였다. Schrap and Opperhuizen[1989]는 담수어류인 Poecilia reticulata의 체내에 1,2,3- trichlorobenzene(TCB)과 hexachlorobenzene(HCB)의 축적률이 수중에 부유사가 존재할 때와 존재하지 않을 때를 비교하였는데, 수용성이 강한 TCB는 부유사의 영향을 적게 받으나, 수용성이 약한 HCB는 부유사에 흡착이 많이 되어 체내 축적량이 많게 나타난다고 하였다. 이러한 연구들은 부유사의 존재가 오염된 해역에서는 오히려 생물의 생존에 도움이 될 수도 있다는 측면을 알 수 있게 해준다.

본 연구 결과를 종합해보면, 비 산란기에 부유사 농도가 최소 18,000 mg/L 이상으로 6 일 이상 지속될 때 생물의 생존에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 실제 해사채취 및 공사해역의 부유사 농도가 18,000 mg/L 이상으로 6 일 이상 지속될 가능성은 없다고 여겨진다. 따라서, 해사채취를 포함한 해양 개발행위로 인한 부유사가 생물의 생존을 위협할 정도는 아닌 것으로 판단 된다. 추가로 부유사가 발생하게 되면 생물들은 이동성이 있으므로 그 해역을 벗어나 자신들이 선호하는 환경으로 옮겨갈 것으로 예측된다. 실제로 Wildish and Power[1985]는 어류인 Osmerus mordax가 부유사의 농도가 22 mg/L 이상으로 증가하면, 그 해역에 머무르지 않고 새로운 서식처로 옮겨가려 한다는 사실을 실험적으로 규명하였다. 따라서, 해사채취 및 해양 개발 해역에서의 어족자원 감소는 부유사로 인한 폐사에 기인한 것이 아니라, 생물들의 능동적 회피로 인한 이동에 기인한 것으로 보아야 할 것이다. 그러나, 부화율 측정 실험 및 부화 유생의 생존율 측정 실험의 결과에서, 부화 직후의 유생은 부유사의 비교적 낮은 농도에서도 치명적인 영향을 직접 받을 수 있으므로, 산란기 전후에 행해지는 부유사 유발행위는 해역에서 산란하는 어족의 개체군 변동에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다.