2.2.1 수질 분석

시료는 채수 후 즉시 햇빛을 차단한 상태로 실험실로 운반하여 항목별 전처리를 수행하였다. 실험 수행 전까지 4 ℃ 이하로 냉장 보관하였으며, 분석은 모두 3회 반복하였다.

용존산소(dissolved oxygen, DO) 및 pH는 다항목 수질 측정기(Multilab 4010-2w, Yellow Springs Instruments, USA)를 사용하여 측정하였으며, 전기전도도(electrical conductivity, EC)는 전기전도도 측정기(ST300C, Ohaus, USA)를 이용하였다. 생물학적 산소요구량(biochemical oxygen demand, BOD₅)과 총질소(total nitrogen, T-N) 및 총인(total phosphorus, T-P), chlorophyll-a (Chl-a)는 수질오염공정시험기준^{(ME, 2024)}에 규정된 절차에 따라 측정하였다. 기준이 제시된 일부 항목 (DO, pH, BOD₅, T-P)에 대하여 춘천시 하천 호소 수질기준^{(Gangwon Special Self-Governing Province, 2023)}을 적용하여 등급을 산정하였다.

Phycocyanin (PC) 농도의 측정은 ^{Ha et al. (2016)}의 방법론을 참고하여 남세균의 출현이 활발한 6-8월에 한해 추가적으로 수행하였다. 시료는 균질화 및 원심분리 후 상등액을 제거하고 남은 펠릿(pellet)을 사용하였다. 시료에 버퍼(buffer)를 첨가한 후 동결⋅해동 과정을 반복하여 세포벽을 파괴하였다. 이를 원심분리하여 상등액의 흡광도를 측정하고, ^{Bennett and Bogorad (1973)}에서 제안된 식 (1)을 이용하여 농도를 산출하였다.

2.2.2 조류 분석

수체의 조류 발생 양상을 분석하기 위해 조류 세포 정량 및 정성 분석을 수행하였다. 편의상 본 연구에서는 조류를 남세균을 포함한 광합성 미세생물 전체로 정의하여 분석하였다. 정량 분석을 위한 시료는 현장에서 채수하여 즉시 Lugol 용액(1.5%)으로 고정하고 실험실로 운반하였다. 시료 1 mL를 Sedgwick-Rafter chamber에 채우고 15분간 방치하여 침전 후 광학현미경(DM500, Leica, DEU)으로 100-1000 배율로 분석하였다. 계수는 chamber 내 30-50개의 격자(grid square)에서 세포 수를 센 뒤, 다음 식을 적용하여 세포 밀도(algal cell density, ACD)를 정량하였다^{(ME, 2024)}.

정성 분석을 위한 시료는 플랑크톤네트(CL-NP2520, ChemLab, KOR)를 이용하여 농축하였다. 각 지점에서 출현한 조류들은 선행문헌들^{(Cho et al., 2020; Chung, 1993; Jeon and Kim, 2011)}을 참고하여 속 수준에서 분류하였다.

3.2.1 정량 분석

조류 정량 분석 결과, 세포 밀도는 조류 색소농도(Chl-a, PC)와 유사한 양상으로 변화하였다(Fig. 4). 3월에 27,047 cells/mL 이하의 최솟값이 확인되었고, 기온 상승에 따라 대부분의 의암호 지점에서 값이 점차 증가하는 양상을 확인할 수 있었다. 의암호의 긴 체류시간에 따라 안정적인 수온층이 형성되어 조류가 원활히 증식한 것으로 사료된다. 한편 공지천 수역에서는 4월에 이례적으로 큰 값이 나타나 조류가 일시적으로 번성하였음을 확인하였으나, 계절 변화에 따라 뚜렷한 증가 양상은 보이지 않았다.

Fig. 4. Monthly variations of algal cell density, chlorophyll-a, and phycocyanin from March to August 2025 in Uiam Lake and Gongji Stream.

3.2.2 정성 분석

조사 기간 동안 수체 내 조류를 정성 분석한 결과, 남세균 10속, 규조류 33속, 녹조류 49속, 편모조류 10속, 황녹조류 1속으로 총 103속이 출현하였다(Fig. 5). 춘기에는 규조류가 전체 군집 중 가장 많은 비율을 차지하였으나 하절기로 접어들며 환경 영향에 민감한 녹조류의 비율이 비슷하거나 우세한 것으로 확인되었다. 또한 공지천보다 의암호에서 더 많은 녹조류 속이 동정되었다. 이는 의암호 체류시간이 더 길기에 녹조류 생장에 더 적합했을 것으로 해석된다^{(Jeong and Hong, 2020)}. 하절기에는 남세균의 군집 다양성이 확연히 증가하였다. 이는 기온 및 일사량 증가에 따른 결과로 보이며, 선행 연구에서도 유사한 변화 양상이 보고되었다^{(Im et al., 2023; Yu et al., 2014)}.

Fig. 5. Genus distribution from March to August 2025 in Uiam Lake and Gongji Stream.

3.2.3 영양상태에 따른 출현 조류

^{Yang (2020)}의 연구에서 보고된 수역의 영양상태에 따른 조류 중 본 연구에서 출현한 속을 확인하였다 (Table 3). 그 결과 빈영양성보다 중영양성 조류가 더 많이 출현하였으며, 부영양성 조류는 등장하지 않았다. 따라서 의암호 및 공지천은 중영양성에 가까울 것으로 판단된다.

3.2.4 남세균 출현 현황

^{ME (2016)} 지정 유해 남세균 4속의 출현 여부를 조사한 결과, Aphanizomenon sp.를 제외한 3개 속(Microcystis sp., Anabaena sp., Oscillatoria sp.)이 하절기에 모든 지점에서 지속적으로 출현한 것을 확인하였다. 출현한 유해 남세균은 흙⋅곰팡이 냄새를 유발하며, 독성물질인 microcystins과 anatoxins을 분비하는 것으로 알려져 있다(Table 4). 이들 독소는 간독성과 신경독성을 나타내어 대발생시 수생생물 및 인체에 악영향을 미칠 가능성이 있다^{(Jeon et al., 2015)}.

계절 변화에 따른 남세균 발생 양상을 비교하기 위해 월별 남세균 출현 유무를 확인하였다(Table 5). Oscillatoria sp.와 Phormidium sp.는 조사 기간동안 모든 지점에서 꾸준히 출현하였고, Aphanocapsa sp. 또한 계절에 무관하게 높은 빈도로 출현하였다. 반면 Anabaena sp.와 Microcystis sp.는 기온이 상승하는 6월부터 출현하였다. 이는 다른 남세균 속과 비교하여 Oscillatoria sp.와 Phormidium sp., Aphanocapsa sp.가 온도 변화에 대해 상대적으로 민감하지 않음을 시사한다^{(Felisberto and Souza, 2014)}.

Table 4. Three harmful cyanobacteria genera.

의암호와 공지천의 남세균 출현 양상을 비교하기 위해 지점별 남세균 출현 여부를 Table 6에 나타내었다. Microsystis sp.와 Oscillatoria sp.는 모든 지점에서 출현하였고, Anabaena sp.는 S6를 제외한 모든 지점에서 출현하였다. S6가 약사천이 합류되기 전 지점이며, S4-S5가 약사천이 합류된 후의 수역이기에 공치전(S4, S5)에서 발견된 Anabaena sp.는 약사천에서 유입된 것으로 판단된다. 의암호 상류와 공지천에서 출현한 남세균들은 그 합류지점인 S3에서 혼합된 양상으로 발견되었다. 의암호 상류에서는 6속이 출현하였고, 공지천 상류에서는 4-5속이 출현하였다. 이는 남세균이 공지천보다 의암호에서 번성함을 시사한다^{(Jeong and Hong, 2020; Kim et al., 2003)}. 이는 앞서 언급되었던 PC 분석 결과와도 일치한다(Fig. 2h). 의암호는 공지천과 비교하여 체류시간이 길기에, 남세균 번성에 긍정적인 영향을 주었을 것으로 예상된다. 반면 공지천 상류는 유입수에 따른 환경 변화가 크고 의암호에 비해 유속이 빠른 하천형 수역이기에, 남세균 군집이 안정적으로 번성하기 어려웠을 것으로 예상하였다^{(Jeong and Hong, 2020; Kim et al., 2003)}. 따라서 남세균 생장 조건에 공지천보다 의암호가 부합한 것으로 판단된다.

선행 연구에서는 의암호에서 발생하는 남세균의 주요 기원지로 공지천이 지목되어왔다^{(Lee et al., 2016; You et al., 2013)}. 그러나 본 연구에 따르면 공지천에서 출현하지 않은 속이 의암호에서 발견되어 선행 연구와 상반되는 결과가 확인되었다. 공지천 수역은 2016년부터 시행한 수질 개선 사업에 의해 영양염이 꾸준히 감소하고 있다^{(Jeong and Hong, 2020)}. 이에 공지천의 남세균 발생이 억제된 것으로 예상되어, 의암호에서 발견되는 모든 남세균의 기원이 공지천은 아닌 것으로 판단된다.

3.3.1 상관분석

상관분석 결과를 Table 7에 나타내었다. pH는 모든 조류 인자(Chl-a, PC, ACD)와 유의한 양의 상관관계를, 기온과는 강한 양의 상관관계를 보였다. 이에 따라 조사 기간 동안 pH 값의 증가는 기온 상승 및 조류 광합성에 의한 것임을 재확인하였다. 일반적으로 조류 증식에는 BOD, T-N, T-P, 유량 등이 관여하는 것으로 알려져 있다. 그러나 본 연구에서는 Chl-a가 BOD₅와만 유의한 양의 상관관계를 보였으며($\rho$ = 0.64, p < 0.001), T-N, T-P, Q와는 유의한 상관관계가 나타나지 않았다. 이는 본 연구 대상 수역에서 유기물이 조류 증식의 주요 영향 인자임을 시사한다. 또한 세포 밀도와도 유의한 양의 상관관계를 보여 Chl-a 농도에 따라 조류 세포 활성을 유추할 수 있음을 시사하였다. PC와도 강한 양의 상관관계를 보였는데, 이에 따라 PC 측정이 수행된 하절기의 Chl-a 농도에 남세균 발생의 영향이 크게 반영된 것으로 예상된다. PC는 DO, BOD₅와 강한 양의 상관관계를 나타내었다. 이에 따라 하절기 수체는 남세균의 광합성에 따른 산소 발생과 유기물 부하가 복합적으로 작용하였을 것으로 예상된다. 또한 기온과도 유의한 양의 상관관계를 보여 기온 상승에 따른 남세균 대량 증식을 재확인하였다. 세포 밀도는 T-P와 $\rho$ = 0.56 의 유의한 양의 상관관계를 보였으나, 조사된 수체의 T-P 농도가 조류 생장을 제한할 정도의 미량은 아닌 것으로 나타났다(Table 2f). 따라서 T-P가 조류 생장에 영향을 미치나, 제한 인자로 기능한다고 단정하기는 어려운 것으로 사료된다. T-N과 T-P는 서로 강한 양의 상관관계를 나타내어 함께 유입되었을 가능성이 제시되었으며, 이들 인자는 모두 강수량과 양의 상관관계를 나타내어 영양염이 강우에 의해 유입되었을 가능성을 재확인하였다.

3.3.2 PCA

공지천 및 의암호의 수질특성을 종합적으로 해석하기 위해 PCA를 수행하였다. 먼저 eigenvalues $\ge$ 1 인 성분을 추출하여 4개 주성분을 결정하였다^{(Kim et al., 2007)}. 추출된 성분 중 제1 주성분은 데이터의 41.4%를 설명한다. 제2 주성분은 데이터의 25.1%를, 제3 주성분과 제4 주성분은 각각 데이터의 15.8%와 7.9%를 설명한다. 이에 따라 4개 주성분을 통해 수집한 데이터의 90.2%를 설명할 수 있었다.

제1 주성분은 DO, pH, EC, BOD₅, Chl-a, PC, 세포 밀도가 주요 요인으로 나타났으며, T-P가 제3 주성분과 함께 높은 loading 값을 보였다(Table 8). 이를 통해 수체는 조류 생물량에 따른 변수 및 유기물 부하, 물리⋅화학적 요인의 종합적 영향이 가장 크게 나타난 것으로 해석되었다. 제2 주성분은 T-N, SD, SR, WL, Q가 주요 요인으로 나타나, 기상 및 수문학적 요인과 질소 부하가 함께 작용함을 시사하였다. 제3 주성분은 PR이 주요 요인으로 나타났으며, T-P가 추가적으로 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 제4 주성분은 AT가 주요 요인으로 나타났다.