어류 가두리 양식장이 연안생태계에 미치는 환경 영향 (Environmental impact of fish aquaculture farm on coastal ecosystem)

우리나라는 양식생물 생산량 기준으로 전 세계 14위에 해당하는 대규모 양식 산업국가이지만, 이에 따라 발생하는 인공 사료 및 양식생물의 배설물과 같은 유기물이 양식장 퇴적 환경 내 과도하게 축적되어 많은 환경 문제를 야기시킨다.
양식장과 같이 유기물 부하가 많은 환경에서는 대부분 혐기성 미생물에 의해 유기물 분해가 주도되며, 특히 황산염 환원에 의한 유기물 분해는: (1) 독성 및 반응성이 강한 황화수소(HS^-)의 축적을 야기하여, 저서 생물에게 악영향을 미치거나, 산소소모를 촉진하여, 수층의 빈산소화를 심화시키며; (2) 용존 무기 영양염(NH₃, H₃PO₄)의 용출을 야기시켜, 수층의 일차생산력을 지지하거나 또는 (폐쇄된 환경에서는) 부영양화를 유발할 수 있다.
양식장과 같이 유기물 유입이 많은 표층 퇴적물에서는 혐기적 유기물 분해(특히 황산염을 전자 수용체로 이용한 황산염 환원)에 의한 유기물 분해과정이 우세하게 나타난다.
106(CH₂O) + 16(NH₃) + H₃PO₄ + 53 H⁺ + 53(SO₄^2-) = 106(CO₂) + 16(NH₃) + H₃PO₄ + 53(HS^-) + 106(H₂O)

Fig. 1. Vertical profile of dissolved iron (Fe²⁺), nitrate (NO₃^-), hydrogen sulfide (HS^-)and sulfate reduction rates (SRR) (panel A) and schematic presentation of anaerobic food chain and related microorganisms (panel B) in fish farm sediments

대량의 인공 사료를 사용하는 돔과 우럭 양식장 환경의 황산염 환원율(Sulfate reduction rates; SRR) 측정 결과, 표층 퇴적물에서 SRR이 매우 높게 나타났다 (Fig. 1A). 그럼에도 불구하고, 황산염 환원 과정에서 발생하는 황화수소(HS^-)의 농도는 매우 낮게 나타났다(Fig. 1A). 이는 퇴적물 1-2 cm내 황산염 환원율 최대 층에서, 황화수소를 산화시키는 반응이 존재함을 의미한다.
황산염 환원 미생물(Sulfate reducing prokaryotes; SRP)의 기능성 유전자인 dsrAB gene을 이용한 추가적인 미생물 군집분석 결과, 발효 (fermentation)와 유기물의 불완전 산화 과정(incomplete organic carbon(C_org) oxidation)에 관여한 미생물(Syntrophobacter & Desulfobulbus-like SRP)이 우세하게 나타났고(Fig. 1B), 16S rRNA gene을 이용한 전체 미생물 군집분석 결과에서는 황 산화 과정(oxidation of S⁰ or S₂O₃^-)에 관여한 미생물(Sulfurovum-like sulfur-oxidizing bacteria in Epsilonproteobacteria)이 우세하게 나타났다(Fig. 1B & 2). 이는 양식장 표층 퇴적물에서 황산염 환원에 의한 유기물 분해가 활발하게 일어날 뿐만 아니라, 질산염(NO₃^-)이나 철 산화물(FeOOH)이 존재하는 표층에서는 황산화 과정도 함께 활성화 됐음을 의미한다.
본 연구실에서는 2010년부터 현재까지, 퇴적물 내 생지화학과 미생물 분자 생태학 연구를 접목하여, 남해안 일대(완도, 여수, 통영, 사천)에 광범위하게 조성된 가두리 양식장이 연안 생태계에 미치는 환경영향에 대한 연구를 진행 중이다.
[문의: 최아연(znzn1020@hanyang.ac.kr)]

Fig. 2.
Relative abundance of bacterial communities based on 16S rDNA