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녹조는 남세균 등 식물플랑크톤의 대발생으로 물빛이 녹색으로 바뀌어 보이는 현상을 말한다. 주로 남세균의 대발생이 원인으로 군체를 형성하여 페인트처럼 걸죽하게 되기도 한다. 바다에서는 비슷한 현상으로 와편모조류에 의한 적조(red tide)가 있다. 우리나라 낙동강 유역에서는 겨울철에 돌말류(규조류) 대발생도 흔한 데, 이 경우 물빛은 갈색 비슷하게 변해 녹조라는 표현이 적절하지 않고 갈조라고 하기도 한다. 녹조 대신 조류 대발생(algal bloom)이라고 표현하기도 하지만, 대표적인 녹조 발생 생물인 남세균은 조류가 아니라 세균이기에 조류 대발생도 적당한 용어가 아니다.

대구시 달성군 낙동강 근처에서 발생한 녹조 (출처:GettyimagesKorea)

목차

녹조는 기본적으로 수체의 부영양화, 특히 인의 과도한 유입으로 인해 발생한다. 주변 농경지 등에 뿌려진 비료에 의해 질소의 유입이 있는 상태에서 인이 유입되면 특정 남세균이나 조류가 대발생하게 된다. 특정 종의 생장에 맞는 환경이 지속되면 세포 분열의 결과, 조류나 남세균의 세포 수가 폭발적으로 증가하여 물 색깔을 변화시킨다. 대표적인 녹조 원인생물인 남세균의 경우, 이미 특정 남세균 종이 수체에 존재하고 있어야 하고, 부력이 양의 값을 가지며 물의 난류 혼합 (turbulent mixing)이 위로 떠오려는 세포의 이동을 막기에는 너무 약해야 한다는 조건이 모두 갖춰져야 대발생이 일어난다고 알려져 있다.¹⁾ 특히 대표적인 남세균 대발생 종인 Microcystis aeruginosa의 발생 조건은 저토까지 빛의 도달,²⁾ 심수층 무산소 상태와 여름의 성층화,³⁾ 풍속이 낮은 시기의 지속, 적당한 호수 지형 및 기존의 많은 남세균 바이오매스 및 높은 조도 조건⁴⁾ 등이 제시되었다.

마이크로시스티스속은 녹조를 일으키는 가장 대표적인 남세균 종류이고, 특히 무정형의 군체를 형성하는 Microcystis aeruginosa 가 가장 대표적이다. 이 속은 질소고정을 하지 않는 남세균 무리에 속하기 때문에 질소고정을 하는 남세균 종류 보다 상대적으로 더 많은 질소를 요구한다.

Microcystis aeruginosa가 부정형의 군체를 형성한 모습. 작은 세포로 이루어진 구름 모양의 군체가 Microcystis aeruginosa 이며 콩알 모양은 다른 종류의 식물플랑크톤 종류이다. (출처)

마이크로시스티스속 다음으로 흔히 녹조를 일으키는 남세균 종류이며, 질소고정을 하는 이형세포(heterocyst)가 있어 질소고정 능력이 있다.

Anabaena circinalis. 세포들 중간에 조금 크기가 크고 밝은 색의 이형세포가 존재한다. (출처)

아파니조메논속 또한 녹조를 일으킬 수 있는 질소고정 가능 남세균이다. 대표적인 종은 Aphanizomenon flos-aquae 이다.

남세균과 조류가 대발생한 뒤 분해될 때 미생물 활동으로 인해 수중 산소가 고갈되며 녹조가 발생한 부영양호의 심층수부터 무산소층이 형성된다. 이러한 무산소층의 형성은 산소를 이용해 호흡하는 대부분의 저서 생물의 생존에 치명적이어서 생물다양성을 감소시킨다. 산소가 고갈된 심층수를 하류로 방류할 때 댐 하류의 어류 폐사가 일어날 수 있다.⁵⁾ 또 남세균과 조류의 광합성으로 표수층의 산도(pH)는 9.5 이상에 이를 수 있는데, 민감한 어류에게 심각한 영향을 줄 수 있어 동물다양성이 크게 낮아질 수 있다.⁵⁾

또한 남세균은 마이크로시스틴(microcystin)이라는 간독소나 아나톡신(anatoxin-a)과 같은 신경독소를 생성하여 외국에서는 가축이나 야생동물이 대량 폐사한 사례도 보고되었다.⁶⁾⁷⁾ 마이크로시스틴은 마이크로시스티스속뿐만 아니라 10종 이상의 남세균에서 만들어지는 환형펩타이드이며, 아나톡신도 아나배나속 뿐만 아니라 마이크로시스티스속에서도 생성된다. 마이크로시스티스속 안에서도 마이크로시스틴을 생산하는 독성 계통과 생산하지 못하는 비독성 계통이 존재한다.

남세균, 특히 Microcystis aeruginosa를 제어하기 위해 많은 방법들이 개발되어 왔으나, 아직 효율적이고 생태계 친화적으로 제어하는 방법은 없는 실정이다. 호수에서 남세균을 제어하는 가장 기본적인 방법은 외부로부터 인의 유입을 줄이는 것이지만, 수많은 점오염원과 비점오염원의 개선이 필요해 장기간에 걸친 복원 노력이 필요하다. 빠르게 녹조 제거 효과를 보기 위해 호수 안의 남세균을 직접 처리하는 물리적, 화학적, 생물학적 방법이 개발되고 적용되어 왔다.

다른 수체의 물을 이용한 희석, 인위적인 성층 파괴(혼합), 초음파를 이용한 기낭 파괴, 남세균의 물리적인 제거 등이 적용되어 왔다.

영양단계연쇄반응(trophic cascade)를 이용하여 동물플랑크톤을 먹는 작은 물고기가 최상위 단계인 경우 물고기를 먹는 큰 물고기를 넣어주거나, 동물플랑크톤을 먹는 작은 물고기 종류를 모두 제거하는 생물조절(biomanipulation)이 활발히 연구되었다. 바이러스, 세균, 원생생물 등도 생물학적 방법을 통한 남세균 제어에 적용되어 왔다.

남세균에 대한 직접적인 제어 방법으로 가장 많이 연구되어 온 것은 화학물질 즉 살조제(algaecide) 처리이다. 남세균 억제제는 크게 합성물질과 천연물로 나눌 수 있다. 합성살조제 중 가장 널리 이용되어 온 것은 황산구리(CuSO₄·5H₂O)이다. 황산구리 이외의 무기 화합물로 질산은(AgNO₃), 과망간산칼륨(KMnO₄₎, 차아염소산나트륨(NaOCl) 등이 시도되어 왔고, 최근에는 감광제(photosensitizer)의 일종인 과산화수소(H₂O₂)도 시도되었다. 그 밖에 알루미늄염과 같은 응집제 및 유기 합성물질도 살조 가능성이 조사되었다. 남세균을 억제하는 천연물의 경우 최근 많이 연구되고 앞으로 개발가능성도 높으나, 아직 실험실 연구를 벗어나 실제 호수 규모에서 적용된 적은 없다. 남세균 생장을 억제하는 여러 침수식물과 식물플랑크톤에 대한 연구들이 보고되었으며, 이 외에 육상식물을 이용한 예로써 보리 짚(barley straw)의 적용이 있다.

녹조문제에 대한 대책으로 남한 정부는 1998년부터 상수원에 대해 조류경보제를 시행해오고 있으며 2016년부터는 하천으로 확대하여 시행하고 있다.⁸⁾ 상수원에 대한 경보 단계는 관심, 경계, 대발생으로 구분되고 상수원이 아닌 하천과 호소는 친수로 구분하여 관심과 경계 단계로 발령된다.⁸⁾

1. Reynolds CS, Walsby AE (1975) Water-blooms. Biological Review 50: 437-481
2. Reynolds CS et al. (1981) On the annual cycle of the blue green alage Microcystis aeruginosa Kuts. EMEND. ELENKIN. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 293: 419-477
3. Harris GP, Trimbee AM (1986) Phytoplankton population dynamics of a small reservor: physical/biological coupling and the time scales of community change. Journal of Plankton Research 8: 1011-1025
4. Zohary T, Breen CM (1989) Enviornmental factors favouring the formation of Microcystis aeruginosa hyperscums in a hypertrophic lake. Hydrobiologia 178: 179-192
5. 김범철 (2017) 녹조현상의 원인과 대책. 물과미래 50: 8-14
6. Dawon RM (1998) The toxicology of microcystins. Toxicon 36: 953-962
7. Carmichael W (2001) Health effects of toxin-producing cyanobacteria: The CyanoHABs. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal 7: 1393-1407
8. 김석구 (2017) 녹조와 조류경보제. 물과미래 50: 22-26