연재_김범철 교수의 호수의 과학 14

호수의 부영양화로 인한 피해

호수의 물을 보면 소양호처럼 바닥이 보이는 맑은 호수가 있는가 하면 녹조현상이 발생하기도 하는 혼탁한 호수가 있다. 물이 혼탁해지는 가장 중요한 원인은 식물플랑크톤의 증식이다. 플랑크톤이란 물속에 떠있는 미소생물인데 이 가운데 식물처럼 광합성을 할 수 있는 종류를 식물플랑크톤이라 부른다. 간혹 홍수기에는 흙탕물이 유입하여 혼탁해지는 경우도 있으나 토사 입자는 며칠 지나면 가라앉아 탁도가 해소되는 반면에 식물플랑크톤은 계속 떠있으면서 물을 혼탁하게 한다.
호수에서 식물플랑크톤의 양을 좌우하는 가장 중요한 요인은 인(燐)이라고 하는 영양소이다. 인은 생물이 DNA를 만들고 세포막을 만드는 데 필요한 필수 원소인데 담수에는 잘 녹지 않는 물질이어서 호수 바닥의 퇴적토에는 많이 존재하지만 물속에서는 가장 부족한 원소이다. 그러므로 호수의 플랑크톤이 증식하는 양은 인의 양에 정비례하게 되는데 이렇게 생물의 양을 결정짓는 원소를 제한영양소라고 부른다. 육상에서는 질소가 제한영양소이므로 농작물에 질소비료를 주면 작물이 잘 성장하는 것과 같이 호수에서는 인이 증가하면 식물플랑크톤의 양이 증가한다.
인의 농도가 낮으면 식물플랑크톤이 적고 맑은 호수가 되는데 이를 영양이 적다는 뜻으로 빈(貧)영양호라 하며, 식물플랑크톤이 많은 호수를 부(富)영양호라 부른다. 인은 동물의 배설물과 퇴비, 비료에 많이 함유되어 있으며 하수와 퇴비가 주요 근원이므로, 도시이건 농촌이건 유역의 인간활동이 많으면 인의 유입이 증가하여 부영양호가 된다. 부영양호가 되면 식물플랑크톤이 많아지고 붕어와 잉어 등의 어류가 증가하므로 어부들은 좋아할 수도 있다. 그러나 식물플랑크톤이 너무 많아지면 유해 녹조(綠潮)현상과 심층의 산소 고갈이 발생하는 생태학적 피해가 나타난다.

▲부영양호에서 여름에 발생하는 유해 녹조현상. 남조류가 증식하면 흔히 독소와 냄새물질이 생성된다.

녹조현상의 피해
녹조현상이란 호수에 녹색을 띠는 남조류(藍藻類) 또는 남세균이라고도 부르는 시아노박테리아가 증식하여 수면에 녹색의 입자들이 떠 있는 현상을 말한다. 남조류는 수온이 높은 여름에 주로 살고, 인 등의 영양분이 많은 물에서 유리하므로 녹조현상은 하수와 퇴비 등으로부터 오염에 의해 일어나는 부영양화의 명백한 증거이다. 남조류는 나쁜 냄새물질을 생성하여 수돗물의 냄새의 원인이 되기도 하며, 독성물질을 생성하여 야생동물이나 사람이 죽게 하기도 한다.
남조류의 독소에는 여러 종류가 있는데 주로 간에 해를 주는 마이크로시스틴이라는 간독소이고, 간혹 드물게 근육마비 독소도 발생한다. 마이크로시스틴은 동물의 간세포를 파괴하고 간암을 일으키기도 하며, 동물플랑크톤, 무척추동물, 어류, 포유류 등 대부분의 동물에게 독성을 나타낸다. 녹조현상이 발생하더라도 독소가 항상 발생하는 것은 아니지만 대략 절반 정도의 확률을 가지고 독성을 나타낸다. 남조류의 독소는 동물이 자신을 잡아먹지 못하도록 방어하는 기작으로 진화한 것이라고 볼 수 있는데 수중동물뿐 아니라 육상동물에게도 독성을 나타내므로 사람이 죽은 사례도 있고, 가축이 녹조현상이 발생한 호수물을 마시고 죽은 사례는 매우 많다.
어류도 남조류를 계속 먹으면 간이 파괴되어 서서히 죽어가며, 어류 몸에 축적된 독소 때문에 어류를 잡아먹는 물새류 등의 포식자가 피해를 입기도 한다. 어류의 체내에 축적된 마이크로시스틴 독소는 주로 간 등의 내장에 분포하므로 녹조현상이 발생한 호수의 물고기를 먹을 때는 내장을 모두 제거하는 것이 좋다. 마이크로시스틴 독소는 열에 안정한 물질이므로 끓여먹어도 제거되지 않는다.

부영양화로 인한 산소 고갈의 피해
부영양화의 또 다른 피해는 호수 심층의 산소 고갈 현상이다. 식물플랑크톤은 광합성을 하면서 산소를 생성하므로 빛이 풍부한 호수의 표수층에서는 광합성으로 생성된 산소가 과포화되어 있고 물에서 대기 중으로 확산해 나간다. 반면에 호수의 심수층에서는 산소의 감소가 일어난다. 심수층에서는 빛이 부족하여 광합성을 할 수 없으므로 심수층으로 가라앉은 식물플랑크톤은 죽어가면서 분해되어 산소를 소비한다.
식물플랑크톤이 많이 번식할수록 심수층으로 가라앉는 식물플랑크톤이 많아지고 산소의 고갈도 더 심해진다.
여름이 되면 심수층의 산소 고갈이 특히 심해지는데 그 이유는 표수층의 물은 따뜻하고 가벼우며 심수층의 물은 수온이 낮고 무거워서 위아래층의 물이 섞이지 않는 성층현상이 일어나 심수층에 산소가 공급되지 않기 때문이다. 그러면 물고기는 심수층으로 들어갈 수 없고 수온이 높은 표수층에 머물러야 하는데, 찬물을 좋아하는 계류어는 여름에 표수층에서는 수온이 너무 높아서 살기 어렵고 심수층에서는 산소가 고갈되어 살기 어려운 상황이 된다. 그래서 호수가 부영양화되면 산소 부족에 민감한 계류어는 없어지고 붕어 잉어 메기 미꾸라지 등 저산소에 내성이 강한 어류가 우점하게 된다.
심수층의 산소 고갈이 심한 경우에는 바람이 세게 부는 날에 산소가 없는 심수층의 물이 표수층으로 확산되어 일시에 산소가 고갈되면서 어류폐사가 발생하는 사례도 있다. 선진국에서는 산소 고갈이 발생하는 호수나 하천에서 어류폐사를 막기 위해 산소측정기를 설치하고 산소농도를 상시 측정하며 감시하다가 산소가 고갈되면 인공적으로 산소를 넣어 주기도 한다. 이제 우리나라에서도 부영양호에 산소공급용 공기펌프의 설치를 적극 검토해야 할 때이다. 어류의 생존을 위해, 부영양화를 일으킨 인간의 배려가 좀 더 필요하다.