2.1. 연구대상 지역

의암호는 1967년에 다목적댐 건설로 생긴 인공호로 의암 호 좌안에 위치한 하수처리장 방류수에 의해 수질이 악화 되고 있는 실정이며, 지속적으로 녹조 발생이 빈번한 지역 으로 알려져 있다(^{Lee, 2005}). 공지천 유입부는 의암호 남 조류의 근원지로 지목되었으며, 2011년에 남조류는 의암호 내의 공지천 유입부부터 하류의 팔당호까지 나타나 발생지 역이 하류로 확산되는 특성을 보였다(^{Lee et al., 2016}; ^{You et al., 2013}). 연구대상 지역은 이취미 발생이 예상되 는 의암호의 9개 지점을 선정하여 조사하였으며(Fig. 1), 부 상한 저서성 남조류 매트 분포 조사는 수심이 2 ~ 3 m인 공지천 하류 지점인 U7과 U8 지점에서 수행하였다.

Fig. 1. Study area and sampling sites in Lake Uiam.

2.2. 조사 기간 및 방법

공지천 하류 U8 지점은 2015년 3월 10일부터 2017년 12 월 11일(2015년 12월 21일 ~ 2016년 3월 1일, 2017년 1월 2일 ~ 2017년 2월 20일; 결빙으로 인한 결측)까지 조사하였 으며, 시료는 주 1회 채수하였다. 의암호 9개 지점에 대한 조사는 2017년 10월 16일에 실시하였다. 시료의 채수는 플 라스틱 수질 채수기(4L, Wildco., USA)로 수심 0.5 m에서 하였다. 이취미 물질 분석용 시료채수는 현장에서 20 mL의 유리재질 병에 공기가 들어가지 않게 하였으며, 남조류 분 석 시료채수는 200 mL의 플라스틱 병을 사용하여 Lugol's 용액으로 최종농도 2 %가 되도록 첨가·고정하였다. 현장에 서 4 °C 암·냉 조건에서 보관한 채수 시료는 실험실로 운 반하여 분석하였다.

2.3. 2-MIB 및 남조류 분석

2-MIB는 먹는물 수질감시항목 운영지침(^{ME, 2015})에 따라 GC/MS (Gas chromatography mass spectrometry, 450GC/ 320MS, Bruker, USA)를 이용하여 HS-SPME (Headspace soild phase micro extraction)법으로 분석하였다. 남조류의 종조성과 출현량을 조사하기 위하여 고정된 시료는 남조류 의 밀도에 따라 그대로 사용하거나 농축 또는 희석하여 사 용하였다. 시료의 분석은 1 mL을 Sedgwick-Rafter counting chamber에 넣고 15분 이상 방치하여 남조류를 가라앉힌 후 검경하였다. 시료의 정확도를 높이기 위해 3회 이상을 반 복하였으며, 총 50줄(strip)을 검경하였다. 남조류 세포수는 위상차 현미경(Eclipse 80i, Nikon, Japan)으로 100 ~ 200배 율에서 찾은 후 400배율에서 계수하였다. 구별이 힘든 일 부 남조류 사상체들은 1,000배율에서 관찰하여 종을 동정 하였다. 종에 대한 분류는 ^{Hirose et al. (1997)}, ^{John et al. (2002)}를 참고하였다.

2.4. Oscillatoria 응집 및 부상 특징 관찰

실험에 사용된 Oscillatoria는 U7와 U8 지점에서 부상한 남조류 매트에서 채집하였으며, 유리 재질의 500 mL 병에 현장수와 함께 담아 암·냉 보관하여 실험실로 이동하였다. 남조류 매트는 배양액(BG11, Sigma, USA) 450 mL이 들어 있는 유리 재질의 1 L 병에 옮겨 배양하였다. Oscillatoria 사상체들의 응집 및 부상을 관찰하기 위해 20 L의 BG11 배양액이 들어 있는 유리 수조(30×30×30)에 약 30 g (습중 량) 정도의 Oscillatoria 사상체들을 골고루 분산시켜 배양하 였다. 배양 조건은 25 °C, 40 μmol photons/m²·S (light:dark = 16:8) 조건으로 하였으며, 광원은 수조 중앙에 위치하였 다. 사상체들이 응집 및 부상되는 사진은 옆면에서 시간을 두고 순차적으로 촬영하였다.

3.1. 지점 간 2-MIB 발생량 조사

의암호 내 2-MIB의 분포를 알아보기 위해 2017년 10월 에 의암호 내 6개 지점, 공지천 3개 지점을 조사하였다. 공 지천 지점에서 2-MIB는 0 ~ 153 ng/L의 범위로 조사되었다 (Table 1). 의암호로 합류되는 공지천 하류인 U7 지점은 2-MIB 농도가 153 ng/L로 상류인 공지천교(U8 지점; 108 ng/L)보다 높았으며, 하천 조사지점 중 가장 상류인 U9 지 점에서는 검출되지 않았다. 따라서 공지천의 2-MIB 농도는 공지천 상류에 영향을 받은 것이 아니라 하수처리장 방류 수의 오염물질이 원인이 되어 공지천 하류(U7)지점에서 높 게 발생한 것으로 판단되었다. 호 내 지점에서 2-MIB의 농 도는 U3 지점(147 ng/L)을 제외하고 18 ~ 99 ng/L로 하천 지 점보다 낮았다. 이와 같은 결과는 공지천 하류가 정체구역 이며, 하수처리장 방류수로 인해 영양염류가 높아 남조류 발생이 증가되어 의암호 내보다 2-MIB 농도가 높은 것으 로 판단된다. U3 지점은 중도 좌안부터 중도 하류, 붕어섬 좌안의 경우 가래류의 수초지대가 형성되어 있었고, 낮은 수온으로 인하여 검정말이 고사하여 표층에 부유하고 있는 것이 관찰되었다. 수초에는 많은 남조류가 부착하여 생육하 고 있었으며, 수초의 2-MIB 농도를 조사한 결과 270 ng/L 이상이 검출되어(미발표 자료) U3 지점의 높은 2-MIB는 주변 수초 지대에 영향을 받은 것으로 보인다.

3.2. 2-MIB 발생과 원인 남조류 분석

공지천의 U8 지점에서 2015년 3월부터 2017년 12월까지 3년간 2-MIB 농도와 냄새 유발 부유성 남조류를 조사하였 다(Fig. 2). 조사된 남조류는 모두 5속이었다. 조사된 5속 중 3속(Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena)은 2-MIB 를 발생하는 남조류였다. 공지천 하류에서 2-MIB 농도는 2015년 8월에 최대값(124 ng/L)을 나타내었으며, 매년 8월 과 10월에 두 번 최대값을 보였다. 냄새유발 남조류 3속 중 Pseudanabaena는 최대 15,000 cells/mL 이상으로 생물량이 가장 많았으며, 2015년 8월과 2016년 8월, 10월에 많은 세 포수가 조사되었다. Phormidium은 2015년 8월에 2,700 cells /mL 이상으로 생물량이 최대였으며, Oscillatoria는 400 cells /mL 이하의 생물량으로 출현량이 적었다(Fig. 2). 남조류와 2-MIB의 상관관계는 남조류 속별로 상이한 결과를 드러냈 다. Pseudanabaena는 2-MIB와 2015년(r = 0.602, p < 0.01) 과 2016년(r = 0.350, p < 0.05)에 양의 상관관계를 가졌으며, Phormidium는 2015년(r = 0.378, p < 0.05)에 상관관계를 나 타내었다. 반면에 발생이 적었던 Oscillatoria는 2-MIB와 상 관관계가 없는 것으로 조사되었다(Table 2). 남조류의 발생 이 증가하면 냄새물질의 농도 상승이 동반되며, 본 연구에서 조사된 Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena는 수체 내 에서 냄새물질을 유발하는 원인생물로 알려져 있다(^{Watson, 2003}). 미국 캘리포니아 Castaic 호에서 Pseudanabaena의 생 물량이 증가했을 때 2-MIB 농도가 150 ng/L까지 증가하 였으며(^{Izaguirre and Taylor, 1998}), ^{Kim et al. (2015)}은 팔당호 수역에서 2-MIB 발생 원인 조류를 Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena로 보고하였다. 공지천 하류 에서 Phormidium, Pseudanabaena이 많이 발생한 시기인 8 월과 10월에 2-MIB의 농도 역시 높게 상승하여 이 시기에 발생한 2-MIB의 농도 증가는 Phormidium, Pseudanabaena 등의 남조류 영향인 것으로 판단된다. 다만 방선균에 의한 2-MIB 발생을 예상할 수 있으나 방선균은 주로 봄철인 3 월경(^{Kim et al., 2013})이나 추운 계절(^{Klausen et al., 2005}) 에 증식하는 것으로 알려져 있어 8월과 10월에 발생한 2-MIB 농도와 연관성이 적을 것으로 예상된다.

Fig. 2. 2-MIB concentration in contrast with abundance of three genus (Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena) cyanobacteria at U8 site between 2015 and 2017 (different scale).

2015년과 2016년에 발생한 2-MIB는 앞서 언급한 대로 남조류 3속과 동반되어 발생되었다. 반면에 2017년은 수체 내에 Oscillatoria, Phormidium, Pseudanabaena의 발생과 생물량이 적었으나 10월에 2-MIB 농도가 110 ng/L 이상으 로 크게 증가하였다(Fig. 2). 또한 2017년 2-MIB 농도는 냄 새유발 남조류 3속과 상관성이 없는 것으로 조사되었다 (Table 2). 부유성 남조류의 생물량은 적었지만 2-MIB 농 도가 높았던 2017년 10월에 공지천 하류(U7과 U8 지점)에 서 매트를 형성한 저서성 남조류가 부상한 모습이 관찰되 었다(Fig. 3). 부상한 매트는 짙은 녹색을 띄고 있으며, 하 천 퇴적물이 함께 부착되어 떠올라 있었다. 공지천 하류에 분포한 매트는 주로 하천 중앙보다는 수변에 넓게 분포하 였으며 하류로 갈수록 군체의 수나 크기가 커져서 물의 흐 름에 의해 매트가 중첩된 것으로 판단되었다. 부상한 매트 각각의 크기는 6 ~ 10 cm 정도이나 매트들이 모여 큰 덩어 리를 이루었으며, 1 m 이상의 크기도 관찰되었다. 부상한 매트의 종 구성은 99 % 이상 저서성 남조류인 Oscillatoria 로 조사되었다. 공지천 하류에서 부상한 남조류 매트(5 cm²) 를 증류수 400 mL에 희석하여 2-MIB를 분석한 결과 299 ng/L의 높은 농도로 검출되었다. 2-MIB와 같은 냄새 물질을 발생하는 남조류는 부유성 남조류뿐만 아니라 Oscillatoria 등과 같은 저서성 남조류도 많이 존재한다. 호수 내 2-MIB 의 농도는 저서성 남조류의 성장으로 인하여 짧은 시간 안에 60 ng/L 이상으로 증가될 수 있으며(^{Izaguirre and Taylor, 2007}), ^{Chen et al. (2010)}은 호소에서 부유성 남조류의 발 생이 적어도 저서성 남조류에 의해 이취미 물질의 농도 증 가가 유발될 수 있다고 보고하였다. 따라서 2017년 10월에 높게 측정된 2-MIB 농도는 저서성 남조류에 의한 것으로 추정된다. 다만 자연 서식지에서 저서성 남조류의 정성적인 분석은 가능하나, 퇴적물 표면에서 남조류의 발생을 정량적 으로 분석하기는 힘들기 때문에(^{Pentecost, 1984}) 저서성 남 조류 생물량과 2-MIB 농도 간의 정량적 상관성 평가는 한 계가 있는 것으로 판단된다.

Fig. 3. Observed spots of cyanobacteria mats at Gonggi stream (left) and close-up photo of floating mats (right).

3.3. 남조류 매트의 응집 및 부상

Oscillatoria의 응집 및 부상을 관찰하기 위해 BG11 배지 가 들어 있는 유리 수조안에 Oscillatoria 사상체들을 넣고 분산시킨 후 원형으로 저은 후 가라앉혔다. 정치한지 20분 이 지난 후 사상체들은 부드러운 덩어리를 형성하며 응집 하기 시작하였다. 사상체들은 실험 시작 1시간이 지난 후 에 고밀도의 군체를 형성하고 8 ~ 14시간 후에 수면 위로 부상하는 모습을 관찰할 수 있었다(Fig. 4a). 수조 바닥에는 군체가 부상 후에도 많은 양의 Oscillatoria 매트가 전체적 으로 유리 수조 바닥에 남아 있었다(Fig. 4b). 망상형 구조 로 퍼진 사상체들은 재응집하기 시작하였으며, 수조 중앙을 향해 이동하였다. 사상체들은 약 14시간 후 유리 수조 중 앙부에 다시 고밀도의 군체를 형성하였다. 배양 실험에서 2-MIB의 농도는 저서성 남조류의 매트가 부상한 이후 높 아지는 경향성이 연구되었으며(^{Kim et al., 2014}), 부상한 매트는 냄새물질의 확산에 결정적인 역할을 할 수 있다 (^{Sabater et al., 2003}). 실내 실험에서 냄새물질에 대한 실 험은 진행되지 않았지만 앞선 결과와 함께 살펴보면 남조 류 매트는 서로 응집하여 부상할 수 있으며, 부상한 남조 류 매트는 수체 내에 냄새물질을 발생할 가능성을 지닌다. 또한 Fig. 4(b)와 같이 매트가 부상 후에도 바닥면에는 많 은 남조류가 존재하여 지속적으로 냄새물질을 유발하는 인 자가 될 수 있다.

Fig. 4. Aggregation, floating (a) and re-aggregation (b) ofOscillatoriain a glass tank (30 × 30 × 30) of BG11 medium under room temperature (25 °C) and light condition (L:D=16:8).

따라서 의암호의 반복적으로 발생하는 냄새물질을 해결 하기 위해서는 수체 내에서 발생한 남조류에 대한 정기적 인 조사와 하수처리장 방류수의 오염물질 제어 및 냄새 유 발 남조류 발생 시에 상류 댐 방류량을 증가시키는 등 적 절한 제어조치가 있어야 한다. 또한 부유성 남조류뿐만 아 니라 수체 내가 아닌 하천 바닥층에 서식하는 저서성 남조 류도 함께 연구 및 관리되어야 한다.