부영양호

부영양호는 호수의 수체로 유역(watershed)을 통해 유기물과 영양소가 들어와 물 속의 영양분이 많아지는 부영양화(eutrophication)를 겪는 호수를 말한다. 부영양호에서는 광합성을 하는 생산자 생물의 양이 급격하게 늘어나 남세균 등 식물플랑크톤의 대발생으로 물 빛이 녹색으로 바뀌어 보이는 녹조가 발생한다. 부영양호의 기준은 경제협력개발기구(Organization for Economic cooperation and Development, OECD)의 연구에 따르면 호수내 총인 농도가 35 μg/L 이상인 호수로 정의된다.¹⁾ 총인 농도가 100 μg/L 이상인 호수는 과영양호(hypereutrophic lake)로 불린다.¹⁾

녹조가 발생한 독일의 부영양호의 모습. ()

목차

부영양호가 부영영화되는 근본적인 원인은 호수 외부로부터 인과 질소와 같은 무기영양소가 호수 내로 공급되기 때문이다. 이러한 무기영양소는 주로 호수의 유입 하천을 통해 들어오며, 유입 하천은 하천의 유역 내의 점오염원 및 비점오염원에서 배출된 외부 영양소를 운반한다. 따라서 호수의 면적에 비해 넓은 유역 면적 비를 가진 호수는 상대적으로 좁은 유역 면적 비를 가진 호수에 비해 부영양호가 될 가능성이 높다.²⁾ 또한 유역의 토지 이용에 따라 외부 영양소 유입도 달라질 수 있는데, 호수 주변 유역이 농경지의 비율이 높을수록 비료 사용 등으로 인해 호수로 유입되는 외부 영양소의 양이 증가하고 질소:인의 비율도 높아진다.³⁾

부영양호는 외부 영양소 부하 외에도 영양소의 내부 부하(internal loading)가 심각하다. 외부에서 오랜 세월 동안 지속적으로 유입된 영양소들은 호수 바닥의 저토에 계속 저장되는데, 철이나 알루미늄 등의 금속과 결합되는 경우에 호수 바닥층이 무산소 상태가 되면 이들 금속 이온의 전하 값이 바뀌어 인이 바닥에서 수체로 방출된다. 부영양호에서는 전형적으로 수체의 유기물이 바닥층에 축적되고, 이를 분해하는 미생물의 작용에 의해 여름에 무산소층이 발달하게 되고, 이는 저토의 산화환원 전위에도 영향을 주어 저토가 혐기성 상태가 되어 바닥에서 인의 내부 부하가 계속 일어나게 된다.

전형적인 부영양호에서는 여름이 되어 수온이 상승하면 미생물 분해활동의 증가로 호수 바닥층에 용존산소 1 mg/L 이하로 정의되는 무산소층(anoxia)이 형성되고, 혐기성 저토 바닥에서 인과 질소 등이 방출되어 영양소의 내부 부하가 일어난다. 무산소 상태가 지속되면 일부 혐기성 생물을 제외한 대부분의 생물들은 생존하지 못하게 된다. 호수의 어류들과 저서생물들이 집단 폐사하기도 한다.

부영양호에서는 흔히 식물플랑크톤의 대발생으로 물 빛이 녹색으로 바뀌어 보이는 녹조 현상이 발생한다. 주로 녹조는 남세균의 대발생이 그 원인으로, 이들이 군체를 형성하여 페인트처럼 걸죽하게 되기도 한다. Microcystis 등 특정 남세균 종의 생장에 맞는 환경이 지속되면 세포 분열의 결과, 조류나 남세균의 세포 수가 폭발적으로 증가하여 물 색깔을 변화시킨다. 녹조가 분해될 때 미생물 활동으로 인해 수중 산소가 고갈되며 녹조가 발생한 부영양호의 심층수부터 무산소층이 형성된다. 산소가 고갈된 심층수를 하류로 방류할 때 댐 하류의 어류 폐사가 일어날 수 있다.⁴⁾ 또한 남세균과 조류의 광합성으로 표수층의 pH을 증가시켜 pH에 민감한 어류에게 심각한 영향을 줄 수 있다. 남세균은 마이크로시스틴(microcystin)이라는 간독소나 아나톡신(anatoxin-a)과 같은 신경독소를 생성한다. 외국에서는 이러한 남세균 독소로 인해 가축이나 야생동물이 대량 폐사한 사례도 보고되었다.⁵⁾⁶⁾

1. OECD (1982) Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. Final report, OECD cooperative programme on monitoring of inland waters (eutrophication control), Environment Directorate, OECD, Paris, 154
2. Horne AJ, Goldman CR (1994) Limnology, 2^nd ed. McGrow-Hill
3. Omernik JM et al. (1981) Stream nutrient levels and proximity of agricultural and forest land to streams: some relationships. Journal of Soil, Water, and Conservation 36: 227-231
4. 김범철 (2017) 녹조현상의 원인과 대책. 물과미래 50: 8-14
5. Dawon RM (1998) The toxicology of microcystins. Toxicon 36: 953-962
6. Carmichael W (2001) Health effects of toxin-producing cyanobacteria: The CyanoHABs. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal 7: 1393-1407