1. 서 론
2. 재료 및 방법
연구지역
연구방법 및 시료 분석
3. 결과 및 고찰
제주도 건천 주변 해수에서 수온과 염분 분포
제주도 건천 주변 해수에서 영양염 분포
제주도 연안생태계에 따른 SGD의 역할 및 상관관계
4. 결 론
1. 서 론
전 지구적 시스템 중 영양염 플럭스 변화에 가장 빠르게 반응하는 연안 환경은 강을 통해 유입되는 유기물과 영양염이 연안 생태계 변화에 중요한 영향을 미치는 동시에, 물질 순환 과정에서 핵심적인 역할을 담당한다(Walsh 1991; Schlünz and Schneider 2000; Chen and Borges 2009). 농업 및 도시화로 인한 인간 활동이 증가하면서 질소(N)와 인(P) 등의 주요 영양염이 하천을 통해 연안 해역으로 유입되는 양이 크게 늘었다. Meybeck (1982)은 전 세계적으로 1970년대부터 1990년대까지 강과 하천을 통한 총 질소(Total Nitrogen, TN)와 총 인(Total Phosphorus, TP)의 유출량은 약 2배, 용존무기질소 유출량은 480 Gmol yr-1에서 1350 Gmol yr-1로 약 3배 이상 증가했다고 보고했다. 한편, Cotrim da Cunha et al. (2007)은 1990년 데이터를 기반으로, 인구 밀도의 지속적인 증가와 농업 활동 확대에 따라 2050년까지 강 유출 질소와 인의 비율이 18:1에서 30:1로 증가할 가능성을 예측했다. 이러한 과도한 영양염 유입은 부영양화를 촉진하여 연안 생태계 생물 생산성에 큰 영향을 미친다(Lapointe and Clark. 1992; Grall and Chauvaud 2002; Malone and Newton 2020). Rabalais et al. (2002)은 Mississippi 강을 통해 유입된 과잉 영양염이 멕시코만에서 저산소층을 유발하여 해양 생물들이 대량 폐사되었다고 보고했으며, Conley et al. (2009)는 Baltic Sea의 주요 유역에서 영양염 과잉 공급이 부영양화를 초래해 대량의 식물성 플랑크톤 번식으로 인해 해저생태계 저산소 상태를 유발했다고 밝혔다.
강을 통한 유입 외에도, 연안 환경의 영양염 유입에 중요한 영향을 미치는 또 다른 요소는 해저 지하수(Submarine Groundwater Discharge, SGD)이다. SGD는 담지하수(Submarine Fresh Groundwater Discharge, SFGD)와 염지하수(Submarine Saline Groundwater Discharge, SSGD)를 포함하며, 각각 용천수 형태로 해양에 유입되거나 해수가 재순환된 후 조석 펌핑 등의 메커니즘을 통해 다시 해양으로 방출된다(Li et al. 1999; Burnett et al. 2001; Taniguchi et al. 2002). SGD는 바다로 유입되는 주요 수자원 및 물질 공급원으로 작용하며 영양염을 연안으로 공급하는 중요한 경로이다(Burnett et al. 2003a; Kim et al. 2003; Moore 2010). Capone and Slater (1990)의 연구에서는 롱아일랜드 Great South 만 지역에서 용존무기질소의 약 50%가 SGD를 통해 유입된다고 보고되었으며, Burnett et al. (2007)은 Chao Phraya강 유역에서 SGD가 전체 용존무기질소의 40~50%, 용존무기인 60~70%, 용존유기질소와 용존유기탄소의 약 30~40%를 공급한다고 밝혔다. 대서양에서 SGD의 유출량은 강 유출량과 비슷하거나 80~160% 더 많은 것으로 보고되었으며, 전 세계적으로 SGD를 통한 담수 유출이 강을 통해 바다로 유입되는 양보다 3~4배 더 많다는 연구 결과도 있다(Moore et al. 2008; Kwon et al. 2014). Street et al. (2008)의 연구에 따르면, 하와이 Hanalei 만에서 SGD는 인근 강 유출량의 약 10%에 불과하지만, 용존무기질소는 강 유출량에 비해 약 3배 더 많이 공급되었다. 이러한 연구들은 SGD가 강과 함께 연안 환경 물질 순환에 중요한 역할을 한다는 점을 시사한다(Burnett et al. 2003b; Burnett et al. 2008; Santos et al. 2021; Luo et al. 2023).
제주도는 연평균 강수량이 약 1900 mm로 전국에서 가장 많은 강우량을 기록하고 있지만, 투수성이 높은 현무암층이 전체 면적의 약 90%를 차지하고 있어 대부분의 강수가 지하로 빠르게 침투하고, 그로 인한 하천 유지유량이 거의 없다(Lee and Kim 2007; Jung and Yang 2009). 이러한 독특한 화산지형 때문에 제주도 동부 해안 평균 침투율은 182 m yr-1, 서부 해안 평균 120 m yr-1로 나타났다(Kim et al. 2003). 이는 제주도가 일본 도쿄만(0.03~0.42 m yr-1), 미국 플로리다 만(5~40 m yr-1), 뉴 잉글랜드 해안 만(18~35 m yr-1) 등 다른 대륙 연안 지역에서 보고된 값보다 상대적으로 높다(Valiela et al. 1992; Corbett et al. 1999; Taniguchi et al. 2002).
제주도의 하천은 대부분 건천(ephemeral stream) 형태로 존재하며, 50 mm 이상의 집중호우가 발생할 때만 물이 하천을 따라 흘러 해양으로 유출된다(Kim and Kim 2009). 제주도 하천이 인근 연안 환경에 미치는 영향을 다룬 연구는 일부 존재하지만(Jung et al. 2014), 건천 상태에서 하천 주변 연안 환경을 다룬 연구는 매우 제한적이다. Brinkerhoff et al. (2024)는 미국 전역에서 강우가 건천으로 유입되어 물 흐름이 형성될 때 하천 네트워크(지표수를 연결하여 물질과 에너지를 이동시키는 모든 하천 및 수로 시스템) 내에서 중요한 역할을 하며, 건천 유출이 하천 네트워크 전체 유출량 비중에 약 55%를 기여하는 것으로 보고되었다. 그러나 제주도의 하천은 대부분 연중 건천 특성을 보이며, 이로 인해 하천을 통한 육상 기원 물질 유입은 제한적이다. 따라서 지속적으로 유입되는 SGD가 제주 연안으로 유입되는 육상 기원 물질의 중요한 경로일 것으로 판단된다. 본 연구에서는 건천기 동안 제주도 서부 월령천과 동부 천미천 주변 연안 해역을 중심으로 SGD 유출에 의한 영양염 분포 특성을 분석하여 제주 연안 생태계에 어떠한 영향을 미치는지 고찰하고자 한다.
2. 재료 및 방법
연구지역
제주도는 한반도 남쪽 약 100 km에 위치하며, 약 1,830 km2의 면적으로 우리나라에서 가장 큰 화산섬이다. 이 섬은 위도 33도, 경도 126도에 위치하여 해양성 기후와 몬순 기후의 특징을 동시에 보인다. 연평균 강수량은 전국에서 가장 높은 수준을 보이나, 강우가 적은 건기에는 주로 현무암 지질로 인해 대부분의 강수가 지하로 빠르게 스며들어 지표수 형태로 유출되지 않으며, 집중호우 시 일부 지표수는 하천을 통해 바다로 유입된다.
선행 연구에 따르면, 제주도 동부와 서부 지역은 지하수 특성에 뚜렷한 차이가 있다. 동부 지역에서는 해수가 재순환되어 방출되는 염지하수가 우세하며 서부 지역에서는 육상 기원의 담지하수가 상대적으로 우세한 특징을 보이는데, 이는 지역마다 지질학적 특징이 다르기 때문이다(Kim et al. 2003).
제주도 동부와 서부를 포함한 도내 대부분의 하천에서는 집중호우로 인한 육지 범람을 방지하기 위해 배수로 확장 및 정비 등의 하천 관리 사업이 진행되었다. 본 연구지역인 서부에 위치한 월령천과 동부에 위치한 천미천 역시 이러한 정비 사업이 실시되었다(Fig. 1).
연구방법 및 시료 분석
본 연구는 2017년 9월, 건천으로 존재하는 제주 서부 월령천과 동부 천미천 주변 해역 및 천 입구에서 연안 해수를 선박을 이용해 채수하였다. 해수 시료는 각 조사 구역의 정점에서 Niskin 채수기를 사용해 표층 해수(n= 9), 저층 해수(n=9), 천 입구 해수(n=1)로 구분하여 채취하였다. 표층 시료는 Niskin 채수기가 물에 완전히 잠긴 상태에서 채수하였으며, 저층 시료는 수심을 고려하여 해저면에서 약 1 m 위에서 채수하였다. 또한, Niskin 채수기에 CTD (Conductivity-Temperature-Depth)를 부착하여 수온과 염분을 동시에 측정하였다. 모든 샘플은 채수 전, 1 L HDPE 광구 샘플병(Nalgene)을 채취한 해수로 3회 이상 린싱한 후 채수하였고, 최종적으로 샘플을 보관하였다.
채수한 시료는 500°C에서 약 3~5시간 동안 구운 GF/F filter 47 mm (Whatman, 0.7 μM)를 이용해 실험실에서 즉시 여과를 진행하였으며, 여과한 필터지는 Chlorophyll-a (Chl-a) 분석을 위해 영하 20°C에 냉동 보관하였다. 영양염 분석을 위한 시료는 여과한 해수를 15 ml conical tube에 보관하여 영하 20°C에서 냉동 보관하였다.
영양염 분석은 SEAL Analytical의 영양염 자동 분석기 QuAAtro39를 이용하였으며, 표준물질은 일본 Kanso사의 해수 영양염 표준물질(RMNS)을 사용하였다. 본 연구에서는 아질산염(NO2-), 질산염(NO3-), 암모늄 이온(NH4+)을 용존무기질소(Dissolved Inorganic Nitrogen, DIN)로, 인산염(PO43-)을 용존무기인(Dissolved Inorganic Phosphate, DIP)으로, 규산염(Si(OH)4)을 용존규산염(Dissolved Silicate, DSi)으로 정의하였다. 영양염 측정 시 유기물이 없는 증류수로 안정화를 진행하였으며, 검출한계는 질산염 질소 0.02 µM, 아질산염 질소 0.40 µM, 암모니아 질소 0.05 µM, 인산 인 0.01 µM, 용존규산염 0.14 µM를 보였다.
Chl-a 분석은 필터지를 90% 아세톤 용액으로 4°C의 어두운 곳에서 24시간 동안 추출했다. 추출된 용액은 2000 rpm에서 10분간 원심 분리하여 상등액을 회수한 후, BECKMAN COULTER DU 730 자외선 분광 광도광도계를 사용하여 Chl-a 농도를 측정했다. Chl-a의 검출한계는 해양환경공정시험기준(NIFS, 2013)에 따라 실시하였으며, 0.02 µg L-1미만을 보였다.
3. 결과 및 고찰
제주도 건천 주변 해수에서 수온과 염분 분포
서부 월령천 주변 연안해수의 수온은 24.8~26.5°C (평균: 25.4 ± 0.4°C)의 범위를 보였고, 표층 수온 25.2~25.7°C (평균: 25.5 ± 0.2°C), 저층 수온 24.8~25.4°C (평균: 25.2 ± 0.2°C)를 보였다. 염분은 33.6~33.8 (평균: 33.7 ± 0.1)의 범위를 보였고, 표층 염분 33.6~33.8 (평균: 33.8 ± 0.1), 저층 염분 33.6~33.8 (평균: 33.7 ± 0.1)를 보였다. 월령천 입구(Inlet)의 수온과 염분은 각각 26.5°C와 33.6으로 나타났다(Fig. 2).
동부 천미천 주변 연안해수의 수온은 19.0~24.4°C (평균: 23.5 ± 1.2°C)의 범위를 보였고, 표층 수온 22.7~24.4 °C (평균: 23.8 ± 0.6°C), 저층 수온 22.5~24.2°C (평균: 23.6 ± 0.6°C)를 보였다. 염분은 23.6~33.6(평균: 32.4 ± 2.2)의 범위를 보였고, 표층 염분 31.2~33.3(평균: 32.6 ± 0.7), 저층 염분 33.0~33.6(평균: 33.2 ± 0.2)를 보였다. 천미천 입구(Inlet)의 수온과 염분은 각각 19.0°C와 23.6으로 나타났다(Fig. 3).
두 지역의 수온과 염분을 비교한 결과 천미천 인근 연안 해수의 수온과 염분은 대체적으로 월령천 인근 연안 해수보다 낮았으며, 특히 천미천 입구는 월령천 입구보다 훨씬 낮았다(Figs. 2 and 3). 월령천은 표층과 저층 간 수온 및 염분 차이가 미미했으나, 천미천의 경우 수온 차이는 크지 않았고 염분 차이는 표층에서 상대적으로 낮게 나타났다. 이는 천미천에서 담수의 기여가 더욱 우세하고, 물리적 혼합이 덜 이루어졌음을 시사한다.
조사 기간으로부터 5일 전까지 두 지역에서 강수량이 관측되지 않아(KMA, 2024), 담수 유출이 하천 유출수에서 기인하지 않았음을 시사한다. 일반적으로 SGD는 염분 34 미만 수온 연중 17°C의 일정한 수온을 보이고 있기 때문에, 이러한 두 지역의 수온과 염분 차이는 SGD 유출량이 상대적으로 다르게 나타난 결과로 해석된다(Chun and Rho, 1991; Cho et al. 2018).
제주 서부 지역은 투수성이 높은 현무암층 아래에 투수성이 낮은 서귀포층이 존재하는 반면, 동부 지역은 고투수성 화산층 아래에 미고결 퇴적층이 발달해 있어 상대적으로 더 많은 양의 SGD가 동부지역에서 유출된다(Koh 1997). Kim et al. (2003)에 따르면, 제주도 지역별 SGD 유출량은 서부가 약 7.3 × 109 m3 yr-1, 동부가 약 9.2 × 109 m3 yr-1로 나타나며, 동부 지역의 SGD가 서부지역보다 약 26% 더 많은 것으로 보고되었다.
이와 같이, 상대적으로 낮은 수온과 염분을 보이고 제주 동부 지역에 위치한 천미천이 월령천보다 상대적으로 SGD 유출이 더 많을 것으로 판단된다.
제주도 건천 주변 해수에서 영양염 분포
월령천 주변 연안해수의 용존무기질소, 용존무기인, 용존규산염 농도는 각각 1.7~19 μM (평균: 4.1 ± 3.7μM), 0.1~0.2 μM (평균: 0.1 ± 0.03μM), 3.3~7.6 μM (평균: 4.8 ± 0.9μM)의 범위를 보였다. 표층 농도는 각각 1.7~4.7 μM (평균: 3.1 ± 1.2 μM), 0.1~0.2 μM (평균: 0.1 ± 0.04 μM), 3.3~5.5 μM (평균: 4.5 ± 0.7 μM)를 보였고, 저층 농도는 각각 2.0~5.8 μM (평균: 3.6 ± 1.3 μM), 0.1~0.2 μM (평균: 0.1 ± 0.02 μM), 3.9~5.5 μM (평균: 4.8 ± 0.6 μM)를 보였다. 월령천 입구(Inlet)는 각각 19 μM, 0.2 μM, 7.6 μM로 나타났다(Fig. 2).
천미천 주변 연안해수의 용존무기질소, 용존무기인, 용존규산염 농도는 각각 2.6~41 μM (평균: 10 ± 8.9μM), 0.10~0.8 μM (평균: 0.2 ± 0.1μM), 5.4~136 μM (평균: 25 ± 25μM)의 범위를 보였다. 표층 농도는 각각 5.1~21 μM (평균: 11 ± 5.8 μM), 0.1~0.3 μM (평균: 0.2 ± 0.1 μM), 9.1~59 μM (평균: 27 ± 18 μM)를 보였고, 저층 농도는 각각 2.6~7.4 μM (평균: 5.8 ± 1.7 μM), 0.1~0.2 μM (평균: 0.2 ± 0.1 μM), 5.4~16 μM (평균: 11 ± 3.8 μM)의 범위를 보였다. 천미천 입구(Inlet)는 각각 41 μM, 0.8 μM, 136 μM로 나타났다(Fig. 3). 두 지역 모두 천입구에서 영양염 농도가 가장 높게 나타났으며, 특히 천미천 입구의 용존규산염 농도는 월령천 입구보다 약 17배 높았다. 또한, 천미천 주변 연안해수의 평균 영양염 농도는 월령천보다 상대적으로 높게 나타났다.
본 연구에서 조사한 월령천과 천미천 주변 연안 해수의 영양염 농도를 유사한 시기와 지역에서 조사한 제주 서부와 동부 연안 해수와 비교한 결과(Lee et al. 2022), 건천 주변 연안 해수에서 영양염 농도가 상대적으로 더 높게 나타났다. 월령천의 용존무기질소와 용존규산염 농도는 제주 서부 연안 해수 평균값보다 높았으나, 용존무기인 농도는 낮았다. 천미천의 용존무기질소와 용존규산염 농도는 제주 남원 연안해수 평균값보다 매우 높았으며, 용존무기인인 농도는 유사하거나 약간 높은 수준을 보였다(Table 1).
Table 1.
Comparison of dissolved inorganic nitrogen (DIN) dissolved inorganic phosphate (DIP), dissolved silica (DSi), and Chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in nearshore and inlet of Wollyeong Stream (Western Jeju) and Cheonmi Stream (Eastern Jeju), with similar coastal regions in Hawaii and Mallorca
| Region | Station | Date | DIN | DIP | DSi | Chl-a | References | |
| (μM) | (μM) | (μM) | (µg/L) | |||||
| Jeju | Wollyeong nearshore | Sep. 2017 |
1.7–19 (4.1 ± 3.7) |
0.1–1.2 (0.1 ± 0.0) |
3.2–7.6 (4.8 ± 0.9) |
0–2.0 (0.3 ± 0.3) | This Study | |
| Wollyeong inlet | Sep. 2017 | 18.6 | 0.2 | 7.6 | 0.3 | This Study | ||
| Cheonmi nearshore | Sep. 2017 |
2.6–41 (10 ± 8.9) |
0.1–0.8 (0.2 ± 0.1) |
5.4–136 (25 ± 25) |
0.2–1.7 (0.6 ± 0.5) | This Study | ||
| Cheonmi inlet | Sep. 2017 | 40.9 | 0.8 | 135.6 | 0.2 | This Study | ||
| Western Seobu nearshore | Sep. 2017 | 1.6 ± 0.6 | 0.15 ± 0.07 | 3.2 ± 1.5 | - | Lee et al. (2022) | ||
| Eastern Namwon nearshore | Oct. 2017 | 3.4 ± 1.9 | 0.23 ± 0.05 | 6.4 ± 2.3 | - | |||
| Hawaii | Big Island |
Kona beach (T3–T7 nearshore) | Dec. 2003 | 6–100 | 0.1–1.8 | 6–320 | - | Knee et al. (2010) |
| Nov. 2005 | ||||||||
| Apr. 2006 | ||||||||
|
Kona beach (T3–T7 offshore) | Dec. 2003 | 1.8–7.3 | 0.2–0.4 | 11–32 | - | Knee et al. (2010) | ||
| Nov. 2005 | ||||||||
| Apr. 2006 | ||||||||
|
Kona Beach (H1–H7 nearshore) | Dec. 2003 |
0.5–174 (18 ± 34) |
0.1–4.1 (0.9 ± 0.9) |
6.1–624 (132 ± 153) | - | Street et al. (2008) | ||
|
Kona beach (H1–H7 offshore) | Dec. 2003 |
0.3–1.6 (0.8 ± 0.3) |
0.2–0.2 (0.2 ± 0.0) |
1.1–23 (5.3 ± 7.4) | - | Street et al. (2008) | ||
| Moloka‘i | Kapuaiwa Grove | Jul. 2003 |
0.5–23 (8.2 ± 9.6) |
0.1–1.4 (0.7 ± 0.6) |
5.7–285 (131 ± 113) | - | Street et al. (2008) | |
| Kamiloloa | Jul. 2003 |
1.4–3.9 (2.3 ± 1.2) |
0.0–0.9 (0.3 ± 0.5) |
9.9–46 (26 ± 15) | - | Street et al. (2008) | ||
| Ualapu’e | Jul. 2003 |
1.0–4.0 (2.2 ± 1.3) |
0.1–1.6 (0.9 ± 0.5) |
1.3–9.0 (3.2 ± 2.7) | - | Street et al. (2008) | ||
| Offshore | Jul. 2003 | 1.36 | 0.72 | 1.49 | - | Street et al. (2008) | ||
| Maui | Honolua Bay | Jul. 2003 |
1.7–1.8 (1.8 ± 0.1) |
0.1–0.7 (0.3 ± 0.3) |
4.2–9.7 (7.5 ± 2.9) | - | Street et al. (2008) | |
| Kahana | Jul. 2003 |
1.4–2.2 (1.8 ± 0.4) |
0.6–0.7 (0.6 ± 0.0) |
5.8–15 (9.6 ± 5.0) | - | Street et al. (2008) | ||
| Mahinahina | Jul. 2003 |
1.7–8.0 (5.5 ± 3.3) |
0.5 – |
13–28 (19 ± 7.8) | - | Street et al. (2008) | ||
| Honokowai | Jul. 2003 |
1.2–2.0 (1.4 ± 0.5) |
0.1–0.6 (0.3 ± 0.3) |
2.7–5.6 (3.7 ± 1.6) | - | Street et al. (2008) | ||
| Offshore | Jul. 2003 |
1.0–2.7 (1.7 ± 0.8) |
0.1–0.7 (0.4 ± 0.3) |
1.8–8.4 (4.4 ± 2.7) | - | Street et al. (2008) | ||
| Mallorca | Cala Deià Coastal | Apr. 2019 | 0.6–15 | 0.0–0.4 | 0.8–5.3 | 0.0–0.1 | Alorda et al. (2024) | |
| Aug. 2019 | 1.3–57 | 0.0–4.8 | 0.6–6.8 | 0.1–4.5 | Alorda et al. (2024) | |||
이러한 결과는 서부와 동부 모두에서 건천 주변 연안 해수가 각 지역의 일반적인 연안 해수보다 영양염 농도가 높게 나타났음을 시사한다. 따라서 건천 지역에서 SGD 유출이 상대적으로 활발하게 이루어진 결과로 해석되며, 지역적 지질 구조와 SGD 기작의 차이가 영양염 농도 분포에 중요한 영향을 미친다는 점을 시사한다.
하와이는 화산섬으로 지질 구조와 기후 조건에서 제주도와 유사성을 보이며, SGD가 연안 해수의 주요 영양염 공급원으로 작용한다. 이러한 지형적 유사성은 SGD로 인해 연안 해역에서 나타나는 영양염 농도를 비교하고, 이를 이해하는 데 있어서 매우 중요하다.
하와이 여러 섬들에서 연안해수 및 외해수의 영양염 농도를 본 연구와 비교한 결과(Table 1), SGD의 영향을 가장 많이 받는 Big Island와 Moloka‘i Kapuaiwa Grove 연안해수에서 영양염 농도는 천미천보다 높았으나, 월령천보다 낮았다. Moloka‘i와 Maui의 대부분 연안해수는 Big Island보다 SGD의 영향을 덜 받아, 월령천과 유사한 농도값을 보였다. 하와이의 모든 섬에서 외해로 나갈수록 영양염 농도는 감소하는 경향을 보였다(Street et al. 2008; Knee et al. 2010).
또한, 카르스트 지형의 석회암 지반으로 인해 SGD로 유출되는 마요르카 섬 Cala Deià 연안해수의 영양염 농도는 SGD가 적었던 4월은 월령천과 유사한 농도를 보였으며, SGD가 많았던 8월은 천미천과 유사한 농도를 보였다(Table 1).
제주도 연안생태계에 따른 SGD의 역할 및 상관관계
천 주변 연안환경에서 영양염의 기원을 파악하기 위해 염분과 영양염 간의 상관관계를 분석한 결과(Fig. 4), 용존규산염(r2 = 0.5, p < 0.05, n=19)은 염분과 유의미한 음의 상관관계를 보였으나, 월령천의 용존무기질소(r2 = 0.4, p < 0.05)와 용존무기인(r2 = 0.01, p > 0.05)은 상관관계가 나타나지 않았다. 천미천에서 용존무기질소(r2 = 0.9, p < 0.05, n=19), 용존무기인(r2 = 0.9, p < 0.05), 용존규산염(r2 = 0.9, p < 0.05) 모두 강한 음의 상관관계를 보였다. 선행 연구에 따르면, 제주 동부지역 신양해수욕장과 서부지역 화순해수욕장에서 SGD에 의해 염분과 영양염 간 음의 상관관계가 나타났다(Kim et al. 2003; Cho et al. 2019; Kim et al. 2022). 이는 두 지역 모두에서 SGD가 연안 환경의 주요 영양염 공급원으로 작용하고 있음을 시사한다.
월령천 주변 연안해수의 Chl-a 농도는 0~2.0 μg L-1 (평균: 0.4 ± 0.5 μg L-1)의 범위를 보였으며 표층 농도는 0~2.0 μg L-1 (평균: 0.5 ± 0.7 μg L-1), 저층 농도는 0~1.0 μg L-1 (평균: 0.3 ± 0.3 μg L-1)의 범위를 보였다. 월령천 입구(Inlet)는 0.3 μg L-1로 나타났다(Fig. 2). 천미천 주변 연안해수의 Chl-a 농도는 0.2~1.7 μg L-1 (평균: 0.6 ± 0.5 μg L-1)의 범위를 보였으며 표층 농도는 0.2~1.0 μg L-1 (평균: 0.7 ± 0.4 μg L-1), 저층 농도는 0.2~1.7 μg L-1 (평균: 0.6 ± 0.6 μg L-1)의 범위를 보였다. 천미천 입구(Inlet)는 0.2 μg L-1로 나타났다(Fig. 3).
Chl-a 농도와 용존무기질소, 용존무기인, N:P 비 간의 상관관계는 두 지역 모두 r² ≤0.1로 낮게 나타났다. 이는 두 건천 주변 해수에서 생물 활동이 활발하다는 것을 나타내며, SGD를 통해 유입된 영양염이 생물 활동의 주요 제한 요인으로 작용하지 않았을 가능성을 시사한다.
Kim et al. (2019)에 따르면, 제주도 연안 규조류는 전체 식물플랑크톤 군집의 약 50%를 차지하며, 여름철에는 규조류가 전체 식물플랑크톤의 약 80%를 차지하였다. 또한, Affan et al. (2007)에 따르면, 제주도 저서규조류의 최적 생장 조건은 수온 약 20°C와 염분 약 30으로 보고되었다.
규조류의 세포벽 형성에 있어서 규산은 필수적이지만(Petrou et al. 2019), 천미천 입구에서 나타난 높은 용존규산염 농도에도 불구하고, Chl-a 농도는 월령천 입구보다 낮게 나타났다(Table 1). 이는 천미천 입구의 높은 DSi 농도가 규조류 성장에 유리한 조건을 제공했음에도 불구하고, 천미천 입구에서 수온과 염분이 최적 생장 조건에 비해 상대적으로 낮았기 때문에 물리적 환경 요인이 규조류의 생장을 제한한 결과로 보인다.
반면, SGD를 통해 공급된 영양염이 천 입구와 연안 간 물리적 혼합과 확산 과정을 거치면서, Chl-a 농도는 천 입구보다 주변 연안에서 더 높게 나타났다(Fig. 3). 이는 고농도의 규산염과 연안해수의 적정 수온과 염분이 연안 환경에서 생물 생산성을 높이는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
따라서, 여름철에도 저수온과 저염분의 환경이 유지된 천미천 입구에서 Chl-a 농도가 낮게 나타난 것은, 물리적 환경 요인에 의해 규조류의 성장이 제한된 중요한 사례로 해석된다. 동시에, SGD로 유입된 영양염이 연안 생물 생산성을 유지하는 데 중요한 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다.
4. 결 론
제주도 천미천 입구에서 관측된 낮은 수온과 염분은 건천에서 SGD가 주요 영양염 공급원임을 시사한다. 그러나, SGD 기원의 높은 영양염 농도에도 불구하고 낮은 수온과 염분은 규조류 성장에 제한적 요인으로 작용하여 Chl-a 농도가 상대적으로 낮게 나타났다. 반면, 연안으로 나가면서 Chl-a 농도는 다시 증가하였다. 이는 SGD가 인접 해역보다 연안에서 생물 생산성에 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사하며, SGD 기원 영양염의 장거리 수송이 제주 연안 생태계에서 생물 생산성을 유지하는 중요한 역할을 할 수 있음을 나타낸다. 하지만 SGD가 제주 연안환경에 중요한 영향을 미치고 있음에도 불구하고, 현재까지 건천 지역에서 SGD의 유입 경로와 유출량에 대한 정량 및 정성분석은 미흡한 실정이다. 따라서, 건천 주변에서의 강우 전후에 따른 SGD의 경로와 유출량을 더욱 정밀히 평가하여 연안 생태계에 미치는 영향을 파악하는 연구가 필요하다.
