봄비가 바다에 차려주는 '영양 밥상'… 가뭄 땐 인부터 사라져

포스텍 12년간 한반도 19개 하구 분석
수문 변동에 따른 영양물질 특성 규명

감종훈 포스텍 교수 (사진=포스텍 제공)

사람에게 '탄단지(탄수화물·단백질·지방)' 균형이 중요하듯, 연근해 생물에게도 균형 잡힌 식단이 있다. 강물이 육지에서 실어 나르는 탄소·질소·인이다. 국내 연구진이 한반도의 강들이 봄마다 바다로 보내는 이 '영양 밥상'을 분석해 봄비의 양에 따라 밥상의 양뿐 아니라 메뉴 구성까지 달라진다는 놀라운 사실을 밝혀냈다.

포스텍 환경공학부 감종훈 교수, 통합과정 김예나 씨 연구팀은 한반도 하천의 유량과 수질 관측자료를 활용해 봄철 강수 변화가 하구에서 바다로 흘러드는 탄소·질소·인의 양과 비율을 어떻게 바꾸는지 전국 규모로 분석했다.

연구는 환경·수자원 분야의 권위 있는 국제 학술지 '워터 리서치 X(Water Research X)'에 최근 게재됐다.

강은 육지와 바다를 잇는 '택배 기사'다. 육지에서 생긴 탄소(C), 질소(N), 인(P) 같은 영양분을 하구를 거쳐 연안 바다로 배달한다. 이때 배달되는 양과 세 성분의 비율은 바닷물의 수질은 물론, 바다 먹이사슬의 출발점인 식물성 플랑크톤의 성장에도 큰 영향을 준다.

한반도의 봄은 건조한 계절에서 비가 많은 계절로 넘어가는 시기라 해마다 비의 양과 강물의 흐름이 들쭉날쭉하고 그만큼 바다로 가는 '택배'의 내용물도 달라질 수 있다. 하지만 지금까지의 연구는 영양분 한 가지나 특정 강 하나만 살펴본 경우가 많아 세 성분의 양과 비율을 전국 단위 실제 관측자료로 함께 따져본 연구는 드물었다.

연구팀은 2012년부터 2023년까지 봄철(3~5월)에 한반도 바다로 흘러드는 19개 주요 하구를 대상으로 총유기탄소(TOC), 총질소(TN), 총인(TP)의 유출 특성을 분석했다.

흩어져 있던 수질 농도, 강물 유량, 강수량 자료를 지역별로 엮어 하나의 통합 자료를 만들고 비가 적은 해(건년)와 보통인 해(평년), 많은 해(습년)로 나눠 반응을 비교했다.

그 결과 봄철 영양분의 73~80%가 서해로 흘러드는 것으로 나타났다. 한반도의 지형과 물 흐름의 특성이 그대로 반영된 결과다. 연구 기간 동안 봄철 유출량은 해마다 탄소 503톤, 질소 668톤, 인 53톤씩 줄어드는 장기 감소 추세를 보였다.

흥미로운 점은 성분마다 비에 반응하는 방식이 달랐다는 것이다. 탄소와 질소는 강물의 양에 따라 '정직하게' 움직였다. 비가 적은 해에는 34~35% 줄고 많은 해에는 29~40% 늘어 마치 시소처럼 대칭적인 모습을 보였다.

반면 인은 가문 해에 57%나 급감했지만, 비가 많은 해에도 고작 1% 늘어나는 데 그쳤다. 줄어들 땐 확 줄고 늘어날 땐 꿈쩍도 하지 않는 '비대칭' 반응이다.

세 성분의 비율을 따져보니 대부분의 연안은 질소가 상대적으로 넘치는 '질소 과식' 상태였다. 그런데 남해로 흘러드는 탐진강 하구에서는 플랑크톤에게 이상적인 영양 비율로 알려진 '레드필드(Redfield) 비율'에 가까운, 균형 잡힌 밥상이 차려지는 '핫스팟'이 확인됐다.

비가 적을 때 식물성 플랑크톤 양을 보여주는 엽록소(클로로필a) 농도가 높아지면서 이런 균형 상태가 나타날 가능성도 커졌다. 물의 흐름과 생물의 활동이 함께 맞물려 바다의 영양 균형을 만든다는 의미다.

연구는 강과 바다를 따로 떼어 관리해서는 안 된다는 점을 보여준다. 가뭄과 폭우가 잦아지는 기후변화 시대, 바다로 흘러드는 영양분 '양'뿐 아니라 '비율'까지 함께 살펴야 연안 수질과 바다 생태계를 건강하게 지킬 수 있다.

감종훈 교수는 "봄철 비의 변화가 영양분 종류에 따라 서로 다르고 비대칭적인 유출 반응을 일으킨다는 것을 확인했다"며 "내륙 하천 유역과 연안 생태계를 관리할 때는 강수 변동성과 함께 영양분 유출량과 비율 모두 고려해야 한다"고 전했다.


포항=김규동 기자