Temporal and spatial characteristics of cyanobacterial communities at the monitoring stations for Harmful Algal Bloom Alert System (HABAS) in Nakdong River and Lake Dukdong were investigated for two years (2013 to 2014). A total of 30 cyanobacterial species from 14 genera were found at the survey stations. Microcystis sp. showed maximum cell density in the total cyanobacterial community in August, 2014 at ND-2 and in September, 2013 at ND-3 station. Lynbya limnetica and Geitlerinema sp., non-target species for alert criteria showed maximum cell density at ND-1 (August, 2013) and Dam station of Lake Dukdong (September, 2014), respectively. Total cyanobacterial cell density and the relative abundance of four target genera (Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon and Oscillatoria spp.) for alert criteria was relatively lower in the mesotrophic Lake Dukdong than at the eutrophic riverine stations of Nakdong River, indicating cyanobacterial density and the RA of target genera is affected by the trophic state of the monitoring stations. Simulating the alert system using phycocyanin concentration as an alert criterion resulted in the longer period of alert issued compared to the period of alert issued using the current criterion of harmful cyanobacterial cell density due to the influence of phycocyanin concentration from non-target cyanobacterial species.
남조류는 지구상에서 가장 오래된 생명체로 현재의 지구 대기환경을 만드는데 결정적 역할을 한 광합성 생물이다 (Paerl and Otten, 2013). 남조류는 질소고정능, 인 저장능, 세포내 기포생성 등 다른 조류와 구별되는 생리적인 특성을 가지고 있어 빈영양상태에서 과영양상태까지의 매우 다양한토양, 수중환경에서 서식하고 있다(Gallon, 1992; Whitton, 2012). 그런데 인구 증가와 산업발전에 따른 담수역의 급속한 인공적 부영양화는 하천과 호수에서 이런 남조류 중 일부 속의 대량 발생 즉 녹조현상을 유발하였고 특히 최근 들어 가장 심각한 지구적 환경문제로 인식되고 있는 기후변화 현상과 맞물려 갈수기간의 증가, 기온과 수온의 상승에 따라 녹조 발생의 강도 및 기간은 앞으로 더 증가할 것으로 예상되고 있어(Bates et al., 2008; Senhorst and Zwolsman, 2005; Thackeray et al., 2008), 이는 현재 전 세계가 공통적으로 직면한 심각한 수질문제가 되었다(Paerl and Otten, 2013). 우리나라도 예외 없이 호수나 하천 유역의 도시화 및 개발에 따른 수변완충지대인 녹지나 습지의 급격한 감소, 수량확보를 위한 댐, 보 등의 구조물 건설에 따른 하천 중의 정체수역 증가, 인구 증가에 따른 과도한 용수 이용 및 하 ·폐수 오염부하량의 증가, 농업배수, 미처리 축산폐수와 같은 비점오염원의 강우시 유출 등으로 호수와 하천의 수질이 악화되고 있고, 특히 질소와 인과 같은 영양염류의 수중 농도가 증가하여 부영양화되고 있다. 이에 따라 수 종의 남조류에 의한 녹조현상 발생되고 있고 특히 상수원에서 녹조 현상으로 매년 여름과 가을에 수돗물의 취기 문제(Bae et al., 2008; You et al., 2013), 남조류 독소 문제(Choi et al., 2013; Kim et al., 2010; Lee et al., 2009; Park et al., 2000), 소독부산물 문제(Park et al., 2006) 등 먹는물의 질과 안전성 문제가 제기되고 있다.
대부분의 상수원수를 호수와 하천과 같은 지표수에 의존하고 있는 우리나라는 녹조에 의한 건강위해성을 미연에 방지하고 안전한 상수원수 관리를 위해 1998년부터 주요 상수원 호수와 하천을 대상으로 조류경보제를 시행하고 있으며, 2014년에는 21개 호수와 한강 하류부를 대상으로 조류경보제가 시행되고 있다. 조류경보제의 경보기준 지표항목은 유해남조류 세포수와 클로로필
녹조현상을 일으켜 수이용 장해를 유발하는 것으로 알려진 남조류는 전체 남조류 중에서 극히 일부 종에 불과하기 때문에 우리나라의 조류경보제에서는 현재까지 우리나라 수계에서 독소 생산이 확인된
그런데 전체 조류현존량의 지표인 클로로필
본 연구에서는 조류경보제가 (시범)시행되고 있는 낙동강 본류 3개 지점과 덕동호를 대상으로 2013년부터 2014년 2년간 전체 출현남조류의 군집구조 및 출현시기 등을 파악하고, 특히 조류경보제 감시대상인 4속의 유해남조류와 그 외 남조류의 출현량을 조사하여 새롭게 도입이 제안되고 있는 남조류 색소 phycocyanin 농도가 조류경보제 발령지표항목으로 도입될 경우를 시뮬레이션하고 그 결과를 검토하였다.
조사대상 지점은 낙동강 본류의 중 하류 구간으로 상수원수 취수구 인근의 구미시 해평면(ND-1), 달성군 다사읍(ND-2), 함안군 남지읍(ND-3)의 3 지점과 경주시 상수원인 덕동호댐앞지점이다(Fig. 1). 낙동강 본류의 경우 위의 세 지점을 대상으로 2013년 2월부터 조류경보제가 시범 운영되고 있고, 2013년과 2014년에 걸쳐 조류경보(2주 연속 유해남조류세포수 5,000 cells/ml 이상이며 클로로필
낙동강 본류 지점에서는 하천의 횡단면을 4등분하여 정중앙, 좌중, 우중 세 지점에서 각각 표층부터 수심 50 cm 까지의 표층수를 5 L 플라스틱 비이커로 채수한 후 혼합하여 조류분석시료로 사용하였다(MOE, 2011). 덕동호는 댐측호안의 표층수를 채취하였다. 채취한 시료는 Lugol 용액으로 고정하였으며 실험실로 옮겨 현미경(Nikon, Eclipse Ni) 검경하여 출현 조류종을 동정하고 Sedwick-Rafter chamber를 사용하여 출현세포수를 정량 분석하였다(MOE, 2011). 덩어리형 군체를 형성하여 정확한 계수가 어려운
낙동강 수계 조류경보제 대상 수역에서 2013년부터 2014년 2년간 조사된 남조류는 총 3목 7과 14속 30종으로, 조류경보제 감시대상 유해남조류 4속 12종이외에 10속 18종이 더 조사되었다(Table 1). 지점별로는 낙동강 본류 중 ND-1 지점에서 11속 18종, ND-2 지점에서 10속 19종, ND-3 지점에서 13속 28종, 그리고 덕동호 댐앞 지점에서 11종 18종이 조사되어 ND-3 지점에서 가장 많은 종이 조사되었다.
[Table 1.] List of cyanobacterial species found at survey stations from 2013 to 2014
List of cyanobacterial species found at survey stations from 2013 to 2014
ND-1 지점에서 2013년부터 2014년 2년간 최대 현존량을 나타낸 종은 조류경보제 감시대상종이 아닌
2013년과 2014년에 조류경보제 대상 유해남조류 4속의 발생 패턴은 출현시기와 현존량에서 차이를 보였다(Fig. 3). 낙동강 본류 구간에서 상류쪽의 ND-1 지점에서는 2014년에 비해 2013년에 유해남조류 현존량이 많았다. 2013년 7월부터 유해남조류가 출현하기 시작했으며 8월 하순에
전체 출현남조류를 조류경보제 대상 유해남조류와 비대상 남조류로 구분하여 현존량의 경시적 변화를 보면 유해남조류 현존량이 조사대상 수역 중에서 상대적으로 적었던 ND-1과 덕동호 댐앞 지점에서 비대상 남조류 현존량에 의한 전체 현존량 증가가 두드러져 경보제 비대상 남조류의 우점도가 유해남조류의 우점도에 비해 훨씬 높았으며 남조류의 출현 기간도 길어졌다(Fig. 4, Table 2). 특히 전체 조 사대상 수역에서 수온이 높은 하절기에는 유해남조류의 우점도가 높았으나 그 외의 시기에는 비대상 남조류의 우점도가 높았다. 이런 현상은 조사대상 수역의 주요 출현남조류 속의 연간 출현시기를 비교해 보면 더욱 분명해지는데, 네 수역에서 모두 비대상 남조류 속 중 우점도가 높았던
Average relative abundance of target and non-target cyanobacterial genera for alert system and each of major genera in total cyanobacterial community from 2013 to 2014
3.2. Phycocyanin 농도 기준 조류경보 발령 시뮬레이션
현행 조류경보제 발령기준 항목인 유해남조류 세포수와 클로로필
낙동강 수계의 조류경보제 시행 대상 수역인 낙동강 본류 3개 지점과 덕동호를 대상으로 2013년부터 2014년 2년간 전체 출현남조류의 군집구조와 출현시기를 조사하고 남조류 색소 phycocyanin이 조류경보제 발령기준항목으로 도입될 경우 파생될 수 있는 문제점을 검토한 결과 아래와 같은 결론을 도출하였다.
1) 낙동강 수계 조류경보제 대상 수역에서 2013년부터 2014년 2년간 조사된 남조류는 총 3목 7과 14속 30종으로, 지점별로는 낙동강 본류 중 ND-1 지점에서 11속 18종, ND-2 지점에서 10속 19종, ND-3 지점에서 13속 28종, 그리고 덕동호 댐앞 지점에서 11종 18종이 조사되어 ND-3 지점에서 가장 많은 종이 조사되었다.
2) 낙동강 본류 및 덕동호의 조류경보제 대상 수역에서는 수역별 수질환경에 따라 남조류 속의 현존량과 우점도는 차이를 보여 조사기간 최대 현존량과 최대 평균 상대우점도를 나타낸 종은 ND-1 지점에서는 각각
3) 유해남조류 현존량이 조사대상 수역 중에서 상대적으로 적었던 ND-1과 덕동호 댐앞 지점에서 조류경보제 비대상 남조류의 우점도가 유해남조류의 우점도에 비해 훨씬 높았으며 출현 기간도 초봄을 제외하면 연중 출현하는 것으로 나타났다.
4) 남조류 색소인 phycocyanin 농도를 조류경보제 발령기준항목으로 가정하여 조류경보 발령가능성을 시뮬레이션한 결과, 현행 조류경보제 감시대상인 유해남조류 이외의 비대상 남조류에서 기인하는 phycocyanin 농도의 영향으로 현행 기준에 비해 조류경보제 발령기간이 상당기간 증가할 가능성이 있는 것으로 나타나 조류경보제의 발령기준항목으로 phycocyanin 농도를 활용하기 위해서는 비대상 남조류의 phycocyanin 농도 기여에 대한 부분을 보완할 수 있는 방안이 추가적으로 검토되어야 할 것이다.