1. 서 론
2. 재료 및 방법
2.1 조사해역, 플라스틱 쓰레기 분류와 표면적 계산
2.2 환경요인 측정과 중형저서부착생물 분석
2.3 실험실 배양 검증 실험
2.4 통계 분석
3. 결 과
3.1 조사해역의 환경요인
3.2 플라스틱 쓰레기 표면적
3.3 크기그룹 별 개체수와 우점 분류군
3.4 조사해역별 출현 개체수 및 우점 분류군
3.5 배양 검증실험
4. 고 찰
4.1 채집방법 개선을 위한 검증실험
4.2 염분과 중형저서부착생물
4.3 플라스틱 쓰레기의 표면적과 출현 개체수
4.4 쓰레기 재질에 따른 분류군 다양성
4.5 출현 중형저서부착생물 분류군 비교 분석
5. 결 론
1. 서 론
전 세계 해양 쓰레기의 80%는 플라스틱(Gallo et al., 2018)이며, 쉽게 부패하지 않는 속성 때문에 장기간 해양 오염을 유발한다. 현재 국내 해양 플라스틱 쓰레기의 연간 발생량은 6.7만 톤으로 추정되며, 해양에서 버려진 어구와 부표 그리고 육상과 하천에서 유입된 쓰레기가 주요 원인으로 알려져 있다(해양수산부, 2019). 또한, 2018년 기준 해안가 쓰레기 중 약 2%가 외국 기인이며, 이 중 96%가 중국에서 국내로 유입된 것으로 밝혀졌다(해양수산부, 2019).
반영구적으로 해양에 잔류하는 해양 플라스틱 쓰레기가 분해되는 데 소요되는 시간은 스티로폼 부이가 약 80년이고, 플라스틱 병은 약 450년으로 알려져 있다(김과 조, 2012). 이처럼 장기간 부유하는 해양 플라스틱 쓰레기 표면에 다양한 생물들이 부착 및 서식하며, 특히 중형저서부착생물도 부착 및 편승하여 서식하는 것으로 알려져 있다(Snigirova et al., 2022; Baek et al., 2023). 바다에 유입된 플라스틱 쓰레기는 바람과 해류에 의해 다른 생물지리역(bioregion)으로 이동하여, 쓰레기 표면에 부착 또는 서식하고 있던 중형저서부착생물이 유입하여 정착될 가능성을 높일 수 있다(Goldstein et al., 2014; Subías-Baratau et al., 2022). 또한, 플라스틱 쓰레기에 부착한 생물 개체수가 증가하거나 성장하여 무게가 증가하면 부력을 잃어 해저에 가라앉게 되며(Kaiser et al., 2017; Kooi et al., 2017), 바닥에 도달한 플라스틱 표면에 서식한 생물이 저층 생태계에 예기치 않은 교란을 일으킬 수도 있다 (Han et al., 2023). 이런 관점에서 해양 플라스틱 쓰레기에 부착 및 편승하는 중형저서부착생물의 출현특성을 파악하는 것은 고유생태계의 종 다양성과 생태계 변화를 이해하는데 매우 중요한 자료가 될 수 있다.
2021년 전국 강수량 자료에 따르면, 7월 초순과 8월 하순에 강수가 집중되었고 많은 양의 비가 내렸다(기상청, 2021). 특히 8월은 정체전선과 태풍 등의 영향으로 인해 이틀에 한 번 비가 내리는 등, 강한 비와 바람이 동반되어 해양에 유입되는 플라스틱 쓰레기의 양과 분포가 매우 집중되었을 것으로 예상하였다(KOEM, 2020). 따라서 우리나라 주변 해역에서 플라스틱 쓰레기 오염도가 매우 높은 곳의 해변에서, 쓰레기 유입량이 가장 많을 것으로 예상되는 시기에 출현하는 플라스틱 쓰레기와 출현생물 특성을 파악하는 것은 해변표착 플라스틱 쓰레기 관리에 중요한 정보를 제공할 수 있다.
현재까지 수행된 해양 중대형 플라스틱 쓰레기에 부착한 중형저서부착생물의 연구는 흑해 북서 해역에서 채집된 플라스틱 가방과 병에 서식하는 중형저서생물의 개체수 분석(Snigirova et al., 2022)과 우리나라 해변에서 채집된 플라스틱 쓰레기에서 채집된 중형저서부착생물의 조성과 서식밀도(Baek et al., 2023)에 대한 보고가 유일하다.
쓰레기 오염도가 높은 해역의 하계 강수 후에 해양 쓰레기 축적 정도가 높은 곳으로 알려진 해안 쓰레기 밀집 해역 8곳을 선정하여(KOEM, 2020; Baek et al., 2023), 플라스틱 쓰레기를 채집하였다. 중형저서부착생물 연구결과는 정보가 매우 부족한 해당 분야에 쓰레기 밀집해역 및 집중되는 시기의 분포에 대해 매우 유용하고 의미있는 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 채집된 생물은 3개의 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, 300-1,000 ㎛)으로 구분하여, 쓰레기의 재질과 해역별 출현 개체수와 분류군 조성 그리고 우점도를 분석하였다. 그리고 출현한 쓰레기 재질과 중형저서부착생물 간의 관계를 분석하였다. 이를 통해, 여름철에 출현한 중대형 플라스틱 쓰레기 표면에서 관찰된 중형저서부착생물의 특성을 이해하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 조사해역, 플라스틱 쓰레기 분류와 표면적 계산
중대형 플라스틱 쓰레기 채집을 위해 ‘국가 해안 쓰레기 모니터링’ 조사 지역을 참고하여 한국의 남해부터 제주 연안에 위치한 해안 쓰레기 밀집 해역 8곳을 선정하여 2021년 8월 26일부터 9월 5일까지 조사하였다. 여름철 집중호우 직후는 플라스틱 쓰레기의 해양 유입량이 가장 많고 활발히 이동하는 시기로서, 계절적 오염 특성과 유입 초기 쓰레기 실태를 반영하기에 적절하다고 판단되어, 이 시기를 고려하여 해안 플라스틱 쓰레기를 채집하였다. 해안 쓰레기 밀집 해역은 남동부(South-East zone; Site-A: 영도, Site-B: 명지, Site-C: 거제 흥남해수욕장), 남서부(South-West zone; Site-D: 여수 묘도, Site-E: 목포 고하도, Site-F: 신안 내치해변) 그리고 제주도(Jeju island zone; Site-G: 용수포구, Site-H: 신양해수욕장) 해역이다(Fig. 1). 해양수산부의 해안 쓰레기 모니터링 통계(2020-2021년)에 따르면 해양 플라스틱 쓰레기의 유형별 출현 비중은 스티로폼 부표(25.9%), 발포형 파편(25.2%), 밧줄(10.6%), 경질형 파편(9.1%), 그리고 비닐포장(2.4%)의 순으로 보고되었다(KOEM, 2020). 이를 참고하여 해변에 가까운 수면에 있거나 표착된 플라스틱 쓰레기를 무작위로 형태별로 3-4개씩 채집하였다. 플라스틱은 국제적으로 통용되는 RIC (ASTM International Resin Identification Coding System)를 이용하여 분류할 수 있다. RIC는 미국의 플라스틱 산업협회(Society of the Plastics Industry; SPI)에서 1988년에 소개되었으며, 소비자의 사용 후 플라스틱 폐기물의 재활용을 용이하게 하고자 개발되었다(ACC, 2007). RIC는 플라스틱을 7가지 재질로 구분하였고, 플라스틱 제품 재활용 마크 안에 숫자 1에서 7까지 표기되어 있다. 플라스틱 쓰레기의 재활용 마크를 확인할 수 없는 경우, RIC의 각 재질별 설명을 통해 플라스틱 재질을 역추적하였다. 스티로폼 부표는 발포폴리스타이렌(Expanded polystyrene, EPS)으로 분류하였다. 채집 대상은 한 변의 길이가 최소 8 ㎝ 이상인 플라스틱 쓰레기에 국한하였다.
채집된 플라스틱의 단위면적당 중형저서부착생물의 출현개체수를 계산하기 위해, 플라스틱 쓰레기의 표면적(㎡)을 계산하였다. 표면적은 플라스틱 쓰레기의 길이(가로, 세로, 높이)를 측정하여, 각 플라스틱의 형태와 유사한 도형의 겉넓이 공식을 적용하여 계산하였다. 예를 들어, 밧줄과 페트병의 경우, 원기둥으로 가정하여 [원기둥 표면적: 2πr2 + 2πrh] 계산했고, 지퍼백과 포장용기의 경우, 사각형 [사각형 표면적: LW] 또는 직육면체 [직육면체 표면적: 2(LW + LH + WH)]로 가정하여, 해당 플라스틱 쓰레기의 면의 개수를 고려하여 표면적을 계산하였다.
2.2 환경요인 측정과 중형저서부착생물 분석
채집 시 채집장소 부근의 바다 표층에서 수질측정기(ProDSS Multiparameter Digital Water Quality Meter, YSI, U.S.A)로 수온, 염분, 용존산소, 그리고 pH를 측정하였다. 플라스틱 쓰레기 시료의 안쪽과 바깥쪽에 존재하는 중형저서부착생물을 채취하기 위해 표면세척, 실험실 배양, 그리고 긁어내기를 적용하였다. 첫 번째 과정인 표면세척은 압축 분무기(profession plus12, Marolex, Poland)로 플라스틱 시료의 표면을 세척하여 시료와 생물을 분리시키는 작업이다. 두 번째 과정으로서 실험실 배양은 표면세척으로 분리되지 않은 생물이 자연스럽게 나올 수 있도록 지퍼백에 시료가 잠길 만큼 여과해수를 채운 후 일주일 간 배양하였다. 이때, 배양 조건(수온과 염분)은 조사해역의 환경조건과 동일하게 조성하였다. 세 번째 과정인 긁어내기는 배양이 끝난 플라스틱 쓰레기 시료의 표면을 긁개로 주의하여 긁어내어 생물을 분리하였다. 분리된 생물은 표준체 [지름 20 ㎝, 4개의 망목크기(38, 60, 300, 1,000 ㎛)]로 걸러 세 개의 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛, 60-300 ㎛ 그리고 300-1,000 ㎛)으로 구분하였다. 생물 시료는 99% 에탄올과 여과해수를 1:1 비율로 만들어 고정하였다. 모든 시료는 실체현미경(Stemi 305, ZEISS, Germany) 하에서 종 또는 목 수준까지 정성분석(Smith and Johnson, 1977) 하였고, 최종 개체수는 단위표면적 당 개체수(inds./0.1 ㎡)로 계산하였다.
2.3 실험실 배양 검증 실험
실험실 배양 과정의 타당성 검증을 위해 내부공간이 존재하는 밧줄과 EPS 재질의 부표를 선정하여 배양용량에 따른 기간별 중형저서부착생물의 출현 정도를 확인하였다. 배양 전 모든 쓰레기는 표면에 존재하는 생물을 조심스럽게 긁어낸 후 여과해수로 씻어내어 알코올로 고정하였다. 밧줄은 여러 가닥의 섬유가 꼬여 있는 구조로 되어 있으며, EPS는 폴리스티렌을 비드로 제조한 후 여러 개의 비드를 합쳐 만들어져 있어 생물이 틈새공간으로 충분히 파고들 수 있다고 가정하였다. 밧줄은 배양(여과)해수 100 mL와 300 mL, EPS는 배양(여과)해수 50 mL와 300 mL에서 총 11일 동안 배양하였고, 이틀 간격으로 출현한 생물의 조성과 개체수를 확인하였다. 각 쓰레기는 형태별로 3반복으로 채집하여 실험하였다.
2.4 통계 분석
플라스틱 쓰레기의 재질, 조사해역과 중형저서부착생물의 평균 개체수 간의 차이 검정을 위해 일원배치 분산분석(One-Way ANOVA)을 수행하였다. 분산의 동질성 검정(Levene’s Test)을 통해 등분산 여부를 확인하였고, 기각하지 못하는 변수는 비모수 검정인 Kruskal-Wallis test로 검정하였다. 생물의 개체수는 로그변환 하였다. 위 언급된 분석은 SPSS (IBM SPSS statistics 24, IBM Corporation, U.S.A) 통계 프로그램을 사용하였다. 군집분석은 출현한 중형저서부착생물의 분류군 조성과 개체수를 이용해 Bray-Curtis similarity를 적용하여 수행되었고, 크기그룹에 따른 재질별 개체수에 근거하여 분석하였다. 군집분석은 Primer (PRIMER v6, PRIMER-E Ltd, U.K.) 프로그램을 이용하였다.
3. 결 과
3.1 조사해역의 환경요인
조사기간 동안 각 해역의 표층수에서 수온, 염분, pH 및 용존산소를 측정하였다(Fig. 2). 수온은 23.8-27.6℃의 범위를 나타냈고, D(묘도)에서 가장 높았다(27.6℃). 염분은 0.2-31.3 psu의 범위였으며, B(명지)와 C(흥남해수욕장)에서 매우 낮았다(평균: 0.2 psu). pH는 7.5-8.2의 범위에서, 용존산소는 5.6-8.6 ㎎/L의 범위에서 변이를 나타냈다. pH가 다소 높게 나타난 묘도(D)에서 용존산소의 증가가 함께 관찰되었다.
3.2 플라스틱 쓰레기 표면적
조사 해역에서 채집된 중대형 플라스틱 쓰레기 형태는 총 6종류였다(밧줄, 스티로폼 부이, 페트병, 플라스틱 용기, 플라스틱 봉지, 스폰지)(Fig. 3). 채집된 쓰레기의 재질을 RIC에 따라 총 6개의 재질[PP (Polypropylene), PS (Polystyrene), PET (Polyethylene terephthalate), LDPE (Low Density Polyethylene), HDPE (High Density Polyethylene)]로 분류하였고, 스티로폼 부표는 발포폴리스타이렌(Expanded polystyrene; EPS)으로 분류하였다(Table 1). 조사해역에서 채집한 모든 플라스틱 쓰레기의 표면적은 0.01-0.51 ㎡ (평균: 0.14 ㎡)이었고, 남동부 해역은 0.013-0.51 ㎡ (평균: 0.136 ㎡), 남서부 해역은 0.01-0.12 ㎡ (평균: 0.05 ㎡), 제주 해역은 0.03-0.09 ㎡ (평균: 0.05 ㎡) 이었다. 재질별 평균 표면적은 PP재질의 쓰레기가 가장 작았고(0.03 ㎡, 범위: 0.01-0.10 ㎡), 밧줄이 주를 이루었으며, EPS재질의 쓰레기의 표면적이 가장 넓었다(0.155 ㎡, 범위: 0.005-0.51 ㎡). 본 조사기간동안 채집된 모든 플라스틱 쓰레기의 표면적과 표면 서식 생물의 개체수 간의 관계는 통계적으로 유의하지 않았다(r2=0.02, n=24, p=0.48, Fig. 4). 본 결과는 서식생물의 개체수는 쓰레기 표면적과 크게 상관이 없으며, 다른 요인(재질, 틈새구역 혹은 노출 시기 등)과 관련이 있을 수 있음을 지시하였다(Baek et al., 2023). 표면적이 상대적으로 작은(< 0.15 m2) 쓰레기에서 비교적 높은 개체수가 출현한 양상은 틈새구역을 갖고 있는 쓰레기(밧줄, 스티로폼 부표 등)에서 중형저서부착생물의 개체수가 높게 나타난 사례와 유사하였다(Baek et al., 2023).
Fig. 3.
Photos of marine plastic debris sampled at the sampling sites in Korea during summer in 2021 (A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam Beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi Beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang Beach; PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene).
Table 1.
RIC, Surface area (㎡) of sampled marine plastic debris and total abundance (inds./0.1 ㎡) of meiofaunal biofouling at sampling sites in Korea during summer in 2021 (A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach, PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene)
3.3 크기그룹 별 개체수와 우점 분류군
채집된 모든 플라스틱 쓰레기 표면에서 관찰된 중형저서부착생물은 총 6문 8강 4목과 10개의 분류군으로 구분되었고, 유공충류, 단각류, 만각류, 저서성 요각류, 패충류, 이매패류, 복족류, 다모류, 선충류 및 기타류(태형동물, 거미강 및 주걱벌레붙이목)가 관찰되었다.
플라스틱에서 관찰된 중형저서부착생물은 세 개의 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, 300-1,000 ㎛)으로 구분했고, 60-300 ㎛에 속하는 개체수가 모든 재질을 포함한 플라스틱 쓰레기에서 가장 높았다(평균: 212 inds./0.1 ㎡). 모든 쓰레기 재질에서 세 개의 크기그룹의 생물이 모두 출현했고(Fig. 5), 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)의 경우, PP재질의 쓰레기에서 출현한 총 개체수가 가장 높았고(68 inds./0.1 ㎡), PS와 HDPE에서 가장 낮았다(각 2 inds./0.1 ㎡). 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)의 경우에도, PP재질의 쓰레기에서 출현한 개체수가 가장 높았던(376 inds./0.1 ㎡) 반면, PS재질에서 가장 낮았다(11 inds./0.1 ㎡). 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 경우에도, PP재질(489 inds./0.1 ㎡)에서 가장 높은 개체수가 출현했고, HDPE 재질(2 inds./0.1 ㎡)에서 가장 낮았다. 일원배치 분산분석(One-Way ANOVA)과 Kruskal-Wallis test 결과, 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛) 생물의 출현개체수가 재질별 유의한 차이를 나타냈고(F=6.693, p < 0.01), 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)과 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 경우는 재질별 차이가 없었다(p > 0.05).
Fig. 5.
Abundance (inds./0.1 ㎡) of meiofaunal biofouling in each size group (40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000 ㎛) by polymer types (PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-Density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene) on the surface of marine plastic debris collected during summer in 2021.
우점 분류군 또한 크기그룹별로 차이를 나타냈으며, 생물의 크기그룹이 커질수록 출현한 생물 분류군의 수가 증가하였다(Fig. 6). 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)의 경우, 선충류가 모든 재질에서 극우점(평균: 90.6%) 하였다(Fig. 6; Table 2). 중간 크기 그룹(체 크기 60-300 ㎛)의 경우, 전반적으로 태형동물이 우점(평균: 37.3%)하였고, PET 재질의 쓰레기에서 가장 우점한(89.3%) 반면, PS 재질의 쓰레기에서는 이매패류가 극우점(72.2%)했고, HDPE 재질의 쓰레기에서는 선충류가 극우점(80.0%)하였다. 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 경우, 재질별 출현 우점분류군의 차이가 극명하였고, PET와 HDPE를 제외한 나머지 재질(PP, EPS, PS, LDPE)의 쓰레기에서 유공충류와 부착성인 이매패류, 그리고 복족류가 우점하였다.
Table 2.
Dominant taxa observed in each size group (sieve size 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000㎛) on the six polymer types (PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene) of marine plastic debris collected during this study period. Relative abundance (%) is shown in brackets
Fig. 6.
Relative abundance (%) of meiofaunal biofouling in each size group (sieve size 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000 ㎛) by polymer types (PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-Density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene) on the surface of marine plastic debris collected during summer of 2021. [“Others” indicates Bryozoa (statoblast), Tanaids, and Arachnids].
모든 정점에서 채집한 모든 형태의 플라스틱 쓰레기 표면에서 출현한 중형저서부착생물의 크기그룹별 출현분류군과 평균 개체수를 토대로 군집 분석한 결과, 크기그룹별로 상이하게 나타났다(Fig. 7, Table 3). 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)의 경우, 플라스틱 쓰레기의 재질은 Bray-Curtis 유사도 지수 70%에서 4개의 그룹으로 구분되었고, PET와 LDPE, PS와 HDPE, 그리고 나머지 재질이 각각 한 그룹씩 묶였다. 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)의 중형저서부착생물의 경우, EPS와 LDPE가 같이 묶였고, 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 경우 모든 재질이 각기 다르게 묶였다.
Fig. 7.
The Metric multidimensional scaling (MDS) and cluster plots from the community structure of meiofaunal biofouling by polymer types (PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene) of marine plastic debris collected during summer in 2021.
Table 3.
Comparison of dominant taxa in each size group (sieve size 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000 ㎛) based on the clustered groups of the polymer types (PP: Polypropylene, PS: Polystyrene, PET: Polyethylene terephthalate, LDPE: Low-density polyethylene, HDPE: High-density polyethylene, EPS: Expanded polystyrene) of marine plastic debris collected during summer of 2021
3.4 조사해역별 출현 개체수 및 우점 분류군
중대형 쓰레기에서 출현한 중형저서부착생물을 채집해역(8곳)별 크기그룹별(체 크기 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, 300-1,000 ㎛)로 분석하였다(Fig. 8). 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)의 개체수는 0-88 inds./0.1 m2 (평균: 28 inds./0.1 m2)의 범위에서, F(내치해변) 해역에서 가장 높았고(88 inds./0.1 ㎡), H(신양해수욕장) 해역에서 가장 낮았다(0 inds./0.1 ㎡). 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)의 개체수는 38-665 inds./0.1 m2 (평균: 212 inds./0.1 m2)의 범위에서 출현하였고, B(명지)해역에서 가장 높았고(665 inds./0.1 ㎡), 가장 낮은 곳은 G(용수포구) 해역이었다(38 inds./0.1 ㎡). 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 개체수는 3-1,019 inds./0.1 m2 (평균: 180 inds./0.1 m2) 범위에서, C(흥남해수욕장)해역에서 가장 높았고(1,019 inds./0.1 ㎡), 가장 낮은 곳은 G(용수포구) 해역이었다(3 inds./0.1 ㎡). 모든 크기그룹에서 출현한 평균 개체수는 채집 해역 간 유의한 차이가 없었다(p > 0.05).
Fig. 8.
Abundance (inds./0.1 ㎡) of meiofaunal biofouling in each size group (sieve size 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000 ㎛) by sampling sites on the surface of marine plastic debris collected during summer in 2021. (A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach).
우점분류군의 경우, 크기그룹별로 조사해역 별 차이가 있었다(Fig. 9). 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)에서 생물개체수가 가장 높았던 곳인 F(내치해변)해역에서는 선충류가 가장 우점했으며(97.8%), 생물개체수가 가장 낮은 지역인 H(신양해수욕장)해역은 출현생물이 없었다. 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)의 경우, 생물개체수가 가장 높았던 B(명지)해역에서는 태형동물이 극우점한 반면(96.6%), 가장 낮았던 G(용수포구)해역에서는 선충류가 가장 우점하였다(44.6%). 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)에서는 생물개체수가 가장 높았던 C(흥남해수욕장)해역에서 이매패류가 극우점 하였으며(99.4%), 생물개체수가 가장 낮았던 G(용수포구)해역에서 저서성 요각류만 출현하였다 (100%). 관찰된 우점분류군의 점유율 또한 크기그룹에 따라 차이가 있었다. 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)에서는 B(명지)해역을 제외한 모든 해역에서 선충류가 가장 우점하였고(평균: 77.8%), B(명지) 해역에서는 태형동물이 우점하였다(57.6%). 중간(체 크기 60-300 ㎛)과 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)에서는 이매패류와 유공충류의 비율이 높았다. 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)에서는 C(흥남해수욕장), F(내치해변), 그리고 H(신양해수욕장) 해역에서 유공충류와 이매패류가 우점하였고[이매패류(C해역: 43.9%), 유공충류(F해역: 81.6%, H: 90.7%)], 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)에서는 C(흥남해수욕장), D(묘도), 그리고 E(고하도) 해역에서 이매패류 (각각 99.4%, 69.4%, 100%)가, F(내치해변)와 H(신양해수욕장) 해역에서 유공충류(각각 69.5%, 81.9%)가 우점하였다.
Fig. 9.
Relative abundance (%) of meiofaunal biofouling in each size group (sieve size 40-60 ㎛, 60-300 ㎛, and 300-1,000 ㎛) by sampling sites on the surface of marine plastic debris collected during summer in 2021. (A: Yeongdo, B: Myeongji, C: Heungnam beach, D: Myodo, E: Gohado, F: Naechi beach, G: Yongsupogu, H: Shinyang beach). N/A: not appeared.
3.5 배양 검증실험
실험 결과, 밧줄(Rope)과 부표(Buoy)에서 모두 생물이 출현하였고, 6문 4목 2강 9분류군이 관찰되었다. 밧줄의 경우, 모든 관찰일자에 생물이 출현했고, 배양해수 부피에 따른 출현 개체수의 차이가 없었으며(100 mL: 총 5개체, 300 mL: 총 6개체), 부표의 경우, 배양해수 부피가 클수록 더 많은 생물이 출현하였다(50 mL: 총 1개체, 300 mL: 총 5개체)(Fig. 10). 쓰레기 형태별로 배양하기 전 출현 개체수의 비율은 밧줄이 각 28.0%, 62.1%이었으며, 부표는 86.3%, 28.6%이었다(Table 4). 배양해수 부피와 상관없이 실험기간동안 밧줄과 부표에서 새롭게 출현한 중형저서부착생물은 최소 13.8%에서 최대 72.0%이었다. 이는 기존 채집방법(세척 및 긁어내기)에 배양과정을 추가하는 것이 중대형 쓰레기 표면에 존재하는 중형저서부착생물의 채집 및 정량법의 개선을 기대할 수 있음을 시사한다. 또한, 틈새구역을 갖는 플라스틱 쓰레기가 새로운 환경으로 이동했을 때 틈 속에 있던 생물들의 유입 및 정착 가능성을 평가하는 과정에 활용될 수 있을 것으로 보인다.
Table 4.
The relative abundance (%) of meiofaunal biofouling occurred from marine plastic debris during the incubation experiment. MPD indicates marine plastic debris
4. 고 찰
4.1 채집방법 개선을 위한 검증실험
플라스틱 쓰레기 표면에 부착 및 서식하는 중형저서부착생물을 최대한 채집할 수 있는 방법을 모색하기 위해, 틈새공간이 있을 것으로 생각되는 밧줄과 스티로폼 부표를 대상으로 배양실험을 진행하였다. 기존에 수행된 해양 플라스틱 쓰레기 표면에 서식 및 편승하고 있는 다양한 생물 분류군의 연구의 경우, 개체수와 생물량을 평가하기 위해 표면세척과 직접채취가 주로 사용되었다(Carpenter and Smith, 1972; Zettler et al., 2013; Breves et al., 2014; Breves and Skinner, 2014; Fazey and Ryan, 2016; Snigirova et al., 2020; Subías-Baratau et al., 2022). 중형저서부착생물은 서식지 내부로 침투하는 특성이 있으며 (Dobbs and Guckert, 1988; Depatra and Levin, 1989, Jensen et al., 1992), 특히 EPS 재질의 스티로폼 부표 속에서 대형저서생물인 다모류가 발견되는 경우가 있었다(Jang et al., 2018). 따라서, 본 연구에서는 중형저서부착생물이 플라스틱 쓰레기 표면의 틈새공간에 서식할 수 있다고 가정하여 실험을 진행하였다. 플라스틱 쓰레기 외부표면을 세척하고 긁어낸 밧줄과 부표를 배양한 결과 중형저서부착생물이 출현했는데, 이는 외부표면의 세척과 긁어내는 방법만으로는 중형저서부착생물을 최대한 채집하는데 한계가 있음을 의미한다(Table 4). 따라서 플라스틱 쓰레기 표면에 서식하는 중형저서부착생물을 최대한 채집하기 위해, 현장에서 표면세척과 긁어내기 그리고 실험실에서 추가 배양 및 긁어내기 과정이 추가될 필요가 있어 보였다.
4.2 염분과 중형저서부착생물
조사해역의 환경요인 중 염분이 다른 요인에 비해 변이가 매우 컸으며, B(명지)와 C(흥남해수욕장)해역에서 0에 가까운 값을 나타냈고(B 해역: 0.19 psu, C 해역: 0.18 psu), 출현한 중형저서부착생물의 개체수는 다른 해역에 비해 매우 높았다(Fig. 8). B 해역에서는 중간 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛)이, C 해역에서는 가장 큰 크기그룹(체 크기 300-1,000 ㎛)의 개체수가 가장 높았고, 우점분류군 또한 B해역에서는 태형동물(96.6%)이, C 해역에서는 이매패류가 극우점(99.4%)하였다. B 해역에서 출현한 태형동물은 군체를 이루는 생물로서 5,000종 이상이 해양 생물이며, 일부 기수 및 담수 생물도 존재한다(Lévêque et al., 2005). 우리나라에서 출현 보고된 태형동물은 대부분 담수 기인성 태형동물이며(Seo, 1998), 한강과 금강 유역에서 해양 기인 태형동물이 발견된 바 있다(Jung et al., 2017). 낙동강 본류의 연안지역에서 담수 기인 태형동물이 발견된 사례가 있으며(Jeong et al., 2015), 이는 낙동강 하굿둑 개방과 관련이 있는 것으로 생각된다. 본 조사시기가 낙동강 하굿둑의 3차 개방시기에 해당하고, B해역은 낙동강 하굿둑과 가까운 곳에 있다(환경부, 2021). 개방 당시 하굿둑 수문 개방이 인접 해역의 염분 변화에 영향을 끼친 것은 강우와 하굿둑 방류량과 관련있음이 보고된 바 있다(환경부, 2021). 조사 시기 전 수문 개방시기 동안의 하굿둑 방류량은 2,038.08 ㎡/sec, 강우량은 26.80 ㎜ 이었는데, 이는 수문개방시기가 아닌 조사 시기의 방류량과 강우량의 각각 6.2배, 5.3배였다(K-water, 2021)(Fig. 11). 따라서 관찰된 염분의 감소가 하굿둑 방류량과 관련이 있을 것으로 보이며, 담수환경에서 유입된 쓰레기에서 관찰된 생물 중에 담수기인 생물의 출현이 이와 관련이 있을 것으로 생각된다.
4.3 플라스틱 쓰레기의 표면적과 출현 개체수
상업적으로 만들어진 플라스틱 쓰레기에 부착한 미생물 군집(박테리아, 규조류 등)은 쓰레기의 표면거칠기 등의 특성과 관련 있는 것으로 알려져 있으며(Kiessling et al., 2015), 플라스틱 쓰레기의 표면적이 증가함에 따라 부착생물의 개체수가 증가하는 양의 상관관계를 보고한 사례가 있다(Goldstein et al., 2014). Goldstein et al.(2014)의 연구 대상생물은 1 ㎜ 이상의 대형무척추생물인 절지동물과, 이매패류와 자포동물과 같은 부착성 무척추생물이 주를 이루었다. 본 연구 기간에 채집한 모든 플라스틱 쓰레기의 표면적과 출현한 모든 중형저서부착생물(40-1,000 ㎛)의 개체수 간에는 유의한 관계가 없었다(p = 0.48, Fig. 4). 한편, Baek et al.(2023)은 상대적으로 좁은 면적의 쓰레기에서 더 많은 개체수가 유의하게 출현했음을 보고하였다. 이 경우는 면적 자체보다 틈새구역이 존재하는 밧줄에 더 많은 개체수의 중형저서부착생물이 출현한 경우였다. 따라서 중형저서부착생물(40-1,000 ㎛)의 출현개체수는 채집된 쓰레기의 표면적보다 표면 거칠기나 틈새구역의 유무와 더 관련이 있어 보이며, 이보다 큰 크기(> 1 ㎜)의 이동 및 고착성 저서생물은 표면적 크기에 비례하여 증가하는 것으로 생각된다.
4.4 쓰레기 재질에 따른 분류군 다양성
해양 환경에 떠다니는 모든 물체는 생물들의 서식 기질이 되며(Snigirova et al., 2022), 플라스틱 쓰레기 또한 해양 생물의 서식기질로 알려져 있다(Winston, 1982; Barnes, 2002). 부착생물의 개체수는 해양 환경요인 뿐만 아니라 플라스틱 쓰레기의 크기와 재질에도 영향을 받는다(Melo and Bott, 1997; Callow and Callow, 2002; Subías-Baratau et al., 2022). Gündoğdu et al.(2017)의 연구에서 채집된 플라스틱 쓰레기의 재질은 총 9가지였다[PE (polyethylene), PP (polypropylene), EPC (ethylene/propylene copolymer), PET (poly-ethylene terephtalate), NY-6 (nylon-6, Poly (Hexomethylene nonanediamide)), PS (polystyrene), SAC (styrene acrylonitrile copolymer), Poly-E (poly-ethylenimine, 80% ethoxylated), 그리고 PVC (polyvinyl chloride)]. 이 중 PE, PET 그리고 PP재질이 우점하였고, 1 ㎜ 이상 크기의 다모류와 이매패류가 가장 많이 출현하였다. 재질에 따른 출현생물의 종 다양성과 개체수는 통계적으로 유의한 관계가 있었으며, 특히 PE와 PET 재질의 쓰레기에서 종 다양성과 개체수가 PP 재질에 비해 높았다(Gündoğdu et al., 2017). Subías-Baratau et al.(2022)의 연구에서는 총 8가지 [PE, PP, PET, CPE (chlorinated poly-ethylene), PS, PU (polyurethane), PVC (polyvinyl chloride), PA (polyamide)] 재질의 쓰레기가 채집되었고, 1 ㎜ 이상의 크기를 가진 생물이 출현했는데, 다모류와 완족류가 가장 우점하였다. 플라스틱 쓰레기의 재질 중 PET, PE, 그리고 PS 재질에서 출현한 생물의 종 다양성이 높았다. 본 연구에서 채집한 플라스틱 쓰레기의 재질별 중형저서부착생물의 크기그룹에 따른 개체수와 출현분류군 특성을 확인한 결과, 중형저서부착생물의 모든 크기그룹의 개체수는 PP재질에서 가장 높았으며(Fig. 5), 생물의 크기그룹에 따른 재질별 군집분석 결과, 70% 유사도에서 크기그룹별로 다르게 구분되었다(Fig. 9). 작은 크기그룹(40-60 ㎛)의 경우, 상대적으로 매끈한 표면을 가진 재질(LDPE와 PET, PS와 HDPE)이 한 그룹으로 묶였던 반면, 중간 크기그룹(60-300 ㎛)에서는 EPS와 LDPE가 한 그룹으로 묶였으며, 큰 크기그룹(300-1,000 ㎛)의 경우, 모든 재질이 각각 한 그룹으로 묶였다. 이를 통해 작은 크기그룹에 속하는 생물일수록 표면거칠기 특성과 관련이 있어 보였다. 출현 분류군의 상대적 개체수의 경우, 크기그룹이 증가할수록 출현분류군 수가 증가했다.
4.5 출현 중형저서부착생물 분류군 비교 분석
본 연구에서 채집된 플라스틱 쓰레기에 서식하는 중형저서부착생물은 10개의 분류군(유공충류, 단각류, 만각류, 저서성 요각류, 패충류, 이매패류, 복족류, 다모류, 선충류 및 기타류)이었다(Fig. 6). 현재까지 플라스틱 쓰레기에 서식하는 중형저서부착생물(40-1,000 ㎛)에 관한 연구결과가 매우 한정적이어서(Baek et al., 2023), 1 ㎜ 이상의 대형저서생물의 분류군 결과와 주로 비교하였다. 터키의 Mersin Bay에서 저인망을 이용해 부유 플라스틱 쓰레기를 조사한 결과, 채집된 시료 123개에서 17개의 분류군이 출현했으며, Spirobranchus triqueter, Hydroides sp.와 Neopycnodonte cochlear가 전반적으로 우점하였다(Gündoğdu et al., 2017). Catalan 해역에서 저인망을 이용하여 채집한 침강 플라스틱 쓰레기에서 서식하는 대형저서생물은 26 분류군이었으며, 그 중 환형동물문의 Spirobranchus triqueter, 완족동물문의 Novocrania sp., 그리고 태형동물문의 Chorizopora brongniarti가 주 출현종이었다(Subías-Baratau et al., 2022). 두 연구 결과 모두 본 연구에 비해 1.7-2.6배 많은 분류군이 출현했으며, 이는 플라스틱 채집 방법과 관련이 있다고 볼 수 있다. 선행연구는 저인망을 사용하여 표층에 부유하고 있는 플라스틱 쓰레기를 채집하였으나, 본 연구에서는 해변가에 떠밀려온 플라스틱 중 일부를 채집하였다. 또한, 부력에 의해 표층에 부유하는 플라스틱 쓰레기와 침적 쓰레기, 그리고 해변에 떠밀려온 쓰레기에 부착하여 서식하는 생물의 군집 분석 결과, 채집 장소에 따라 다르게 묶이는 군집 구조가 나타나므로(Subías-Baratau et al., 2022), 채집 장소와 방법에 따라 출현생물 분류군의 차이가 있었던 것으로 생각된다. 한편, Baek et al.(2023)의 경우, 6월 초에 채집된 쓰레기 표면에서 관찰된 중형저서부착생물의 분류군은 총 35 분류군이었으며, 본 연구에서 출현한 10 분류군에 비해 다양하였다. 흑해 북서 해역에서 수행된 연구의 경우, 플라스틱 가방과 병에 서식하는 70-1,000 ㎛ 크기의 중형무척추생물 14 분류군이 출현했고, 모든 생활사가 저서생물인 Eumeiobenthos와 유생시기에만 부유생활을 하는 저서생물인 Pseudomeiobenthos로 분류했을 때, eumeiobenthos의 경우 저서성 요각류와 선충류, pseudomeiobenthos의 경우 복족류, 다모류와 이매패류 순으로 우점하였다(Snigirova et al., 2020). Snigirova et al.(2020) 연구에서 플라스틱 병과 가방에서 psudomeiobenthos가 eumeiobenthos에 비해 2배 가까이 높은 출현율을 보였다. 본 연구에서는 모든 재질에서 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)은 eumeiobenthos인 선충류가 우점했으며, 특히 PP, PS, 그리고 LDPE 재질의 쓰레기에서는 크기그룹이 커질수록 pseudomeiobenthos인 이매패류와 복족류가 우점하였다.
또한, 본 연구의 조사해역 중 F(내치해변), G(용수포구), 그리고 H(신양해수욕장)해역에서 중국어가 쓰여 있는 쓰레기가 확인되었다(Fig. 3). 이는 현재까지 알려진 출현사례를 볼 때 새로운 현상은 아니지만(해양수산부, 2019; KOEM, 2020), 외래종 유입의 한 경로가 될 수 있다는 점에서 주목할 필요가 있다. 스페인 해역에 떠밀려온 전체 해양 쓰레기 중, 플라스틱 쓰레기가 75%를 차지했고, 부착생물 24종 중 5종(Crassostrea gigas와 Ostrea stentina 등)이 외래종이었다(Rech et al., 2018). 또한 2011년 동일본 대지진의 여파로 일본발 중대형 쓰레기가 북동태평양 해역을 가로질러 하와이 해역과 캐나다 서부해안으로 유입되었으며, 침입종인 Mytilus galloprovincialis가 50% 이상의 쓰레기에서 발견되었다(Miller et al., 2018). Rech et al.(2018)는 외래종이 최종서식지 탐색을 위한 분산(dispersion)의 도구로서 플라스틱 쓰레기를 매개체로 활용할 가능성이 있다고 토의하였다. 본 연구에서 중국어 기록 쓰레기가 채집된 해역은 중국과 같은 광역 해양생태계에 속하기는 하나, 한국연안 해역이므로 중국발 혹은 중국어선에서 폐기된 플라스틱 쓰레기가 유입된 것으로도 볼 수 있다. 한편, 한국에 수입된 중국생산 물품이 한국에서 버려져 한국 해변으로 표착될 가능성도 배제할 수 없다. 이와 같이 유입경로의 불확실성을 해결하고, 부착생물의 외래종 유무를 판단하기 위해 생물 DNA 분석이 활용될 필요가 있다.
5. 결 론
2021년 하계(8-9월)에 해안 쓰레기 밀집 해역(8 곳)에서 채집한 해양 플라스틱 쓰레기는 6종류(밧줄, 스티로폼 부이, 페트병, 플라스틱 용기, 플라스틱 봉지, 스폰지)의 6가지 재질(PP, PS, PET, LDPE, HDPE, EPS)이었고, 10개 분류군의 중형저서부착생물(40-1,000 ㎛)이 출현하였다. 모든 플라스틱 쓰레기의 표면적과 출현한 생물 개체수 간의 관계는 유의하지 않았고(r2=0.02, n=24, p=0.48), 표면적이 가장 작은 PP재질의 쓰레기에서 가장 높은 개체수가 관찰되었다(체 크기 40-60 ㎛: 68 inds./0.1 ㎡, 60-300 ㎛: 376 inds./0.1 ㎡, 300-1,000 ㎛: 489 inds./0.1 ㎡). 선충류가 우점한(평균 77.8%) 가장 작은 크기그룹(체 크기 40-60 ㎛)의 개체수가 재질별 유의한 차이를 나타낸 반면(F=6.693, p < 0.01), 다른 크기그룹(체 크기 60-300 ㎛ 와 300-1,000 ㎛)의 개체수는 재질별 차이가 없었다(p > 0.05). 따라서, 하계 중형저서부착생물의 출현개체수가 쓰레기의 면적보다 특정 재질(PP)과 관련이 있고, 선충류가 우점한 크기그룹 (체 크기 40-60 ㎛)이 재질별 차이를 나타낸 것으로 보아, PP재질의 쓰레기가 선충류에게 유리한 서식환경일 수 있음을 시사한다.
