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부영양화

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1. 개요

부영양화는 "영양소의 과다 공급으로 인한 수질 악화"를 의미하며, 과도한 식물과 조류의 성장 및 부패를 초래한다. 20세기 중반 유럽과 북미의 호수와 저수지에서 문제로 인식되었으며, 인산염과 질산염의 과도한 농도가 주요 원인이다. 인위적 부영양화는 인간 활동으로 인한 것으로, 농업에서의 화학 비료 사용 증가, 처리되지 않은 하수 및 폐수 등이 원인이며, 자연적 부영양화는 퇴적물과 영양염류의 축적으로 자연적으로 발생한다. 부영양화는 식물 플랑크톤 증가, 용존 산소 고갈, 어류 폐사, 종 조성 변화 등 생태적 영향을 미치며, 물 처리 비용 증가, 어업 및 관광 수입 감소 등의 경제적 영향, 식수 중 질산염, 유독성 조류 노출 등 건강에도 영향을 미친다. 예방을 위해 하수 오염, 농업으로 인한 영양 오염을 최소화하고, 다양한 정책을 통해 부영양화를 방지하며, 복원 및 개선을 위해 영양염류 유입량 감소, 생물 여과, 조류 예측, 영양물질 생물 추출, 화학적 인 제거 등의 방법이 사용된다.

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부영양화
지도
개요
정의수역에 영양분이 과도하게 축적되어 발생하는 현상
특징조류 과다 성장
산소 고갈
수질 악화
원인질소와 같은 영양소의 과잉 유입
비료, 하수, 산업 폐수 등
결과조류 대발생
어류 폐사
생물 다양성 감소
인간 건강에 대한 위협
유형
자연적 부영양화자연적인 과정에 의해 서서히 진행
문화적 부영양화인간 활동으로 인해 영양분 유입이 급격히 증가하여 가속화된 현상
원인 물질
질소대기 중 질소 고정
비료 및 하수
질소 순환
인산염 광물
세제
비료
동물 배설물
영향
수생 생태계조류 번성
수생식물 감소
산소 부족
어류 및 무척추동물 폐사
생물 다양성 감소
인간 건강유해 조류 번성으로 인한 독소 노출
식수 오염
수영, 레크리에이션 제한
경제적 영향수산업 피해
관광 산업 피해
정수 비용 증가
관리 및 제어
오염원 감소비료 사용량 감소
하수 처리 개선
산업 폐수 처리 강화
인 제거화학적 처리 및 습지 조성
질소 제거미생물 이용
추가 정보
참고 자료미국 지질 조사국
브리태니커 백과사전
NCCOS 해안 과학 웹사이트
Frontiers for Young Minds
국립 과학 아카데미 회보

2. 역사와 용어

'부영양화(富營養化, Eutrophication)'라는 용어는 '잘 영양을 공급받은'을 의미하는 그리스어 'eutrophos'에서 유래했다.[6] 영양 수준이 매우 낮은 수역은 빈영양성으로, 영양 수준이 중간인 수역은 중영양성으로 불린다.[7] 부영양화는 20세기 중반 유럽과 북미의 호수와 저수지에서 수질 오염 문제로 인식되기 시작했다.[9] 1970년대 캐나다 온타리오주의 실험 호수 지역(ELA)에서 수행된 연구는 담수에서 인이 부영양화의 주요 제한 요인임을 밝혀냈다.[10]

3. 원인

부영양화는 주로 인산염질산염과 같은 영양염류의 과도한 농도로 인해 발생한다.[11] 1970년대 이전에는 인산염이 함유된 세제가 부영양화의 주요 원인 중 하나였으나, 점차 사용이 줄어들면서 하수와 농업이 주요 인산염 공급원으로 부상했다.[12] 질소 오염의 주요 원인은 비료와 동물성 폐기물을 포함하는 농업 유출수, 하수, 그리고 연소나 동물성 폐기물에서 발생하는 질소의 대기 침착 등이다.[13]

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수생 시스템에서 생산성은 영양소의 공급 및 제거 속도에 따라 달라진다.[14] 특정 지역과 생태계, 환경에 따라 제한 요인이 다르다. 인은 대부분의 담수 생태계에서 식물 성장의 제한 요인이며,[15] 인산염은 토양 입자에 단단히 달라붙고 습지와 호수 등에 가라앉기 때문에,[16] 담수에 더 많은 인이 축적되고 있다.[17][18] 해양 생태계에서는 질소가 주요 제한 영양소이다. 아산화질소(화석 연료 연소에 의해 생성됨)와 대기에서 물로의 침착은 질소 수준을 증가시켜,[19] 해양의 부영양화 수준도 높였다.[20]

3. 1. 인위적 부영양화

인간의 활동으로 인해 발생하는 부영양화를 '인위적 부영양화' 또는 '문화적 부영양화'라고 한다.[21][22] 1900년대 중반 녹색 혁명 이후 농업에서 화학 비료 사용이 증가하면서 이 문제는 더욱 심각해졌다.[23]

인위적 부영양화의 주요 원인은 다음과 같다.[25]

  • 농경지, 잔디밭, 골프장 등에서 비료 성분이 포함된 유출수 발생
  • 처리되지 않은 하수 및 폐수
  • 연료 연소 과정에서 발생하는 질소 오염


이러한 원인으로 인해 과도한 인산염질산염이 유입되어,[11] 일부 수생 식물, 특히 조류가 급속하게 성장하고 높은 밀도로 개화한다. 조류의 대량 발생은 다른 식물의 성장을 방해하고,[24] 조류가 죽으면 박테리아에 의한 분해 과정에서 산소가 제거되어 무산소증이 발생할 수 있다. 무산소 환경은 어류와 무척추동물 등 호기성 생물을 죽이고, 육상 동물에게도 영향을 미친다.[46]

인위적 부영양화는 담수와 해수 모두에서 발생하며, 특히 얕은 물에서 더 취약하다. 해안선과 얕은 호수에서는 바람과 파도에 의해 퇴적물이 자주 재현탁되어 퇴적물에서 상층수로 영양소가 방출되어 부영양화가 증가할 수 있다.[26] 이러한 수질 악화는 식수 공급, 산업 용수 및 레크리에이션 등 인간의 물 이용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[27]

3. 2. 자연적 부영양화

부영양화는 퇴적물과 영양염류가 점진적으로 축적되면서 자연적으로 발생할 수 있다. 자연적으로 발생하는 부영양화는 일반적으론 용존 인산염 광물과 물속의 죽은 식물체로부터 영양염류가 자연적으로 축적됨으로써 발생한다.[28][29]

자연 부영양화는 호수에서 잘 나타난다. 고환경학자들은 기후 변화, 지질학 및 기타 외부 요인도 호수의 자연 생산성을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 인식하고 있다. 몇몇 인공 호수는 시간이 지남에 따라 영양분이 부족한 유입물이 호수의 영양분이 풍부한 수괴를 서서히 용탈시키면서 영양분이 더 적어지는 역 과정(중영양화)[30]을 보여준다.[31][32] 이러한 과정은 처음 채워졌을 때는 매우 부영양 상태이지만 시간이 지남에 따라 더욱 빈영양 상태가 되는 경향이 있는 인공 호수와 저수지에서 볼 수 있다. 자연 부영양화와 인위적 부영양화의 주된 차이점은 자연 과정은 지질학적 시간 규모에서 발생하는 매우 느린 과정이라는 것이다.[33]

4. 영향

부영양화는 생태계, 경제, 건강 등 다양한 측면에 영향을 미친다.

모노 호의 부영양화, 이 호수는 시아노박테리아가 풍부한 소다 호이다.


위성에서 촬영한 카스피해 북부의 증가된 탁도는 부영양화가 나타나고 있음을 보여준다.


인간 활동으로 인한 과도한 영양소 유입은 문화적 부영양화의 주요 원인이며, 여기에는 비료 사용, 처리되지 않은 하수 및 폐수, 연료 연소 등이 포함된다.[25] 이러한 문화적 부영양화는 담수와 해수 모두에서 발생하며, 얕은 물에서 더 취약하게 나타난다.[26] 퇴적물의 재부유는 영양소를 상층수로 방출시켜 부영양화를 더욱 심화시킬 수 있다.[26]

부영양화는 자연적으로도 발생할 수 있는데, 이는 매우 느린 과정으로 진행된다.[33] 인공 호수나 저수지에서는 시간이 지남에 따라 영양분이 부족해지는 역과정(중영양화)이 나타나기도 한다.[30][31][32]

부영양화의 주요 결과 중 하나는 조류의 급격한 성장이다. 특히, 인과 질소는 물을 풍부하게 하여 조류가 빠르게 성장하고 높은 밀도로 번성하게 만든다.[23] 조류의 대량 발생은 수생 식물 군집을 변화시키고,[24] 조류가 죽으면 박테리아에 의한 분해 과정에서 산소가 제거되어 무산소성 조건이 만들어질 수 있다.[46] 이는 어류와 무척추동물 등 호기성 생물을 죽이고, 육상 동물에게도 영향을 미쳐 서식지 손실과 종 다양성 감소를 초래한다.[46]

4. 1. 생태적 영향

부영양화는 다양한 생태적 영향을 초래한다. 식물 플랑크톤의 생물량이 증가하고, 대형 수생식물의 종 조성과 생물량에 변화가 생기며, 용존 산소가 고갈되고, 어류 폐사가 증가하며, 바람직한 어종이 감소한다.[34]

생태계에 영양분이 증가하면 조류와 같은 생산자의 개체 수가 증가한다. 이를 적조 현상이라고 하는데, 이는 저서생물이 이용할 수 있는 햇빛을 제한하고 물속 용존 산소량의 큰 변동을 일으킨다. 산소는 모든 호기성 호흡 식물과 동물이 필요로 하며, 낮에는 광합성하는 식물과 조류에 의해 보충된다. 부영양 상태에서는 낮 동안 용존 산소가 크게 증가하지만, 밤에는 호흡하는 조류와 죽은 조류를 먹는 미생물에 의해 크게 감소한다. 용존 산소 수준이 저산소 수준으로 떨어지면 물고기와 다른 해양 생물이 질식하여 죽게 되고[35], 극단적인 경우에는 혐기성 생물 조건이 발생하여 박테리아가 성장하는 죽음의 지대가 만들어진다.

부영양화는 제한 요소였던 영양소를 풍부하게 하여 경쟁 환경을 변화시킨다. 예를 들어, 질소 증가는 새로운 침입종이 원래 서식하던 종들을 능가하게 할 수 있다.[36] 유럽과 아시아에서는 잉어가 부영양 또는 과부영양 상태인 지역에 자주 서식하며 이러한 조건에 적응되어 있다.

일부 유해 조류 대발생은 식물과 동물에게 유독성이 있다.[21][37] 담수 조류 대발생은 가축에게 위협이 되며, 조류가 죽거나 먹히면 신경 및 간독소가 방출되어 동물을 죽이거나 인간에게 위협이 될 수 있다.[38][39] 조류 독소가 인간에게 영향을 미치는 예로는 패류 중독이 있다.[40]

부영양화와 생태계 변화


수역이 빈영양에서 부영양으로 변화하면, 영양염류가 풍부해져 식물 플랑크톤이 증식하고(1차 생산 증가), 이를 먹는 동물 플랑크톤도 증가한다. 더 나아가 플랑크톤을 먹는 어패류도 증식한다.

그러나 항만 내부나 연못, 호수 등의 정체 수역에서는 광합성이 정지하는 야간 등에 생물의 호흡으로 산소 소비가 증가하여 수중이 산소 부족 상태가 된다. 또한, 이상 증식한 플랑크톤 군집이 사멸하면, 침강한 수저에서 유기물의 산화적 분해가 진행되어 용존산소량이 급격히 저하되어 빈산소수괴가 형성된다. 수온 약층에 의해 이 수괴가 유지되면 유기물 분해가 정체되어 헤ドロ가 퇴적되고 혐기성 미생물이 우점하여 악취가 발생한다. 또한, 수괴와 주위의 물이 혼합되었을 때 패류 등에 산소 부족 피해를 줄 수 있다.

결과적으로 부영양화가 진행된 환경에서는 1차 생산이 증가하여 어획량 증가가 기대되지만, 정체 수역에서는 과영양 상태가 되면 적조나 청조 발생으로 이어지기도 한다.

4. 2. 경제적 영향

부영양화와 유해 조류의 과다 증식은 물 처리 비용 증가, 상업적 어업 및 패류 생산량 감소, 레크리에이션 어업 손실(어획 가능한 어류 및 패류 감소), 관광 수입 감소(수역의 미적 가치 저하) 등 경제적 영향을 미칠 수 있다.[41] 물의 투명도가 감소하면(탁도가 증가) 물 처리 비용이 증가할 수 있다. 또한, 식수 처리 과정에서 색깔과 냄새 문제가 발생할 수도 있다.

4. 3. 건강 영향

부영양화로 인해 식수 내 질산염 농도가 높아지면 유아에게 청색증을 유발할 수 있으며, 물 처리 과정에서 사용되는 화학 물질과 반응하여 식수 내 소독 부산물을 생성할 수 있다.[43] 수영이나 음용을 통해 유독성 조류에 직접 접촉하면 발진, 위장병, 간 질환, 호흡기 또는 신경계 문제가 발생할 수 있다.[44]

5. 수역별 부영양화

부영양화는 담수와 연안 해역에서 모두 발생하며, 각 수역별로 다른 양상을 보인다.

수역이 빈영양에서 부영양으로 변화하면, 영양염류가 풍부해져 일조량이 풍부한 수면 부근에서 식물 플랑크톤이 증식한다(1차 생산 증대).[6] 이를 포식하는 동물 플랑크톤도 증가하고, 더 나아가 이들을 먹이로 하는 어패류도 늘어난다.

하지만 항만, 연못, 호수 등 정체 수역에서는 야간에 생물의 호흡으로 산소 소비가 증가하여 산소 부족 상태가 된다. 플랑크톤 군집이 사멸하면 수저에서 유기물의 산화적 분해가 진행되어 용존산소량이 급격히 저하되고 빈산소수괴가 형성된다.[7] 수온 약층에 의해 이 수괴가 유지되면 유기물 분해가 정체되어 헤드 로가 퇴적되고 혐기성 미생물이 우점하여 악취가 발생한다. 또한, 수괴가 주위 물과 섞이면 패류 등에 산소 부족 피해가 발생할 수 있다.

결과적으로 부영양화가 진행되면 1차 생산 증가로 어획량이 늘어날 수 있지만, 정체 수역에서는 과영양 상태가 되어 적조녹조 발생으로 이어지기도 한다.

5. 1. 담수 부영양화

담수 생태계에 영양염류가 과도하게 유입되면 미세조류가 급속도로 성장하여 조류 대발생(녹조 현상)이 발생한다.[45] 담수에서 부유성 조류 대발생은 질소 고정 시아노박테리아(남조류)에 의해 흔히 발생하는데, 이는 용존 질소가 제한적이고 인의 유입이 많을 때 주로 나타난다.[45] 영양염 오염은 조류 대발생과 다른 수생 식물의 과도한 성장을 유발하여 햇빛, 공간, 산소를 놓고 경쟁을 심화시켜 생태계와 먹이사슬을 교란하고 서식지 손실 및 생물 다양성 감소로 이어진다.[46]

부영양화된 물에서 과도하게 발생한 대형 수생식물과 조류가 죽으면, 분해 과정에서 용존 산소가 소모된다. 용존 산소량 감소는 어류 폐사 등 다양한 문제를 일으킬 수 있다.[46] 영양염류는 수층의 성층화로 인해 차단된 더 깊은 물의 무산소 지역에 농축될 수 있으며, 가을 전환기 또는 난류 조건에서만 다시 이용 가능해진다. 호수로 유입되는 물에 실려온 죽은 조류와 유기물은 바닥에 가라앉아 혐기성 소화 과정을 거치면서 메탄과 CO₂와 같은 온실가스를 배출한다.[47]

수생 식물, 식물 플랑크톤, 조류의 과다 성장은 생태계의 정상적인 기능을 방해하여 어류와 패류의 생존에 필요한 산소 부족과 같은 여러 가지 문제를 야기한다. 표층수에서 조류가 밀집하여 성장하면 심층수에 그늘이 지고 저서성 피난처 식물의 생존력이 감소하여 광범위한 생태계에 영향을 미친다.[24][49] 부영양화는 또한 강과 호수의 가치를 감소시키고 미적 즐거움을 저해한다. 부영양화 상태가 정수 처리에 영향을 미치는 경우 건강 문제가 발생할 수 있다.[50]

하수관에서 배출되는 "점오염원"에 노출된 호수의 부영양화는 종종 이 주범으로 간주된다. 조류의 농도와 호수의 영양 상태는 수중 인 수준과 잘 일치한다. 온타리오주의 실험호수지역에서 수행된 연구는 인의 추가와 부영양화 속도 사이의 관계를 보여주었다. 부영양화의 후기 단계에서는 인 농도에 의해서만 제한되는 질소 고정 시아노박테리아의 대발생으로 이어진다.[51]

5. 2. 연안 해역 부영양화

해양 생태계에서 질소는 주요 제한 영양소이다.[19] 연안 해역에서는 질소가 일반적으로 해양의 주요 제한 영양소인데, 담수 시스템에서는 인이 종종 제한 영양소이기 때문이다. 따라서 염수에서 부영양화 문제를 이해하고 제어하기 위해서는 인 수준보다 질소 수준이 더 중요하다.[52] 담수와 염수의 경계인 기수역은 인과 질소 모두 제한될 수 있으며, 일반적으로 부영양화 증상을 보인다. 기수역의 부영양화는 종종 저층수 저산소증 또는 무산소증을 초래하여 폐사 및 서식지 훼손으로 이어진다.[53] 연안 시스템의 용승은 또한 깊고 영양이 풍부한 물을 표면으로 운반하여 조류가 영양분을 동화할 수 있도록 하여 생산성을 증가시킨다.

연안 해역으로의 질소가 풍부한 오염의 인위적 원인의 예로는 해상 가두리 양식과 석탄으로부터 코크스를 생산하는 과정에서 발생하는 암모니아 배출이 있다.[54] 육지로부터의 유출, 양식 및 산업용 암모니아 배출로 인한 폐기물 외에도 대기 고정 질소는 외양에서 중요한 영양소 공급원이 될 수 있다.[55]

연안 해역은 폐쇄된 기수역에서 대륙붕의 개방 해역까지 다양한 해양 서식지를 포함한다. 연안 해역의 식물 플랑크톤 생산성은 영양소와 빛의 공급 모두에 달려 있으며, 후자는 퇴적물 재현탁이 종종 빛 투과를 제한하는 해안 근처 해역에서 중요한 제한 요인이다.

6. 문제의 심각성

전 세계적으로 많은 호수와 연안 해역이 부영양화 문제를 겪고 있다. 조사에 따르면 아시아 호수의 54%, 유럽 호수의 53%, 북미 호수의 48%, 남미 호수의 41%, 아프리카 호수의 28%가 부영양화되었다.[67] 남아프리카공화국에서는 조사된 저수지의 60% 이상이 부영양화된 것으로 나타났다.

세계자원연구소(World Resources Institute)는 전 세계적으로 375개의 저산소 해역을 확인했으며, 서유럽, 미국의 동부 및 남부 해안, 동아시아, 특히 일본 해안 지역에 집중되어 있다.[69]

7. 대한민국 부영양화 현황 및 특징

대한민국에서 사용하는 부영양화 지표에는 대표적으로 총 질소(T-N)와 총 인(T-P)이 있다. 1999년까지는 투명도(Secchi disk depth)가 부영양화를 평가하는 지표로 사용되지 않았지만,[1] 2000년 이후 부영양화의 일반적인 지표 기준으로 받아들여지고 있다.[2]

8. 예방

부영양화를 예방하기 위해서는 하수 처리, 농업, 정책 등 다양한 측면에서 노력이 필요하다.

유엔의 지속 가능한 개발 목표 프레임워크는 해양 환경에 대한 부영양화의 해로운 영향을 인식하고 있으며, 지속 가능한 개발 목표 14(해양 생태계 보전)를 통해 2025년까지 해양 쓰레기와 영양염 오염을 포함하여 육지 기반 활동으로 인한 해양 오염을 예방하고 상당히 감소시킬 것을 목표로 하고 있다.[76][77]

정책 및 규정은 부영양화의 원인을 최소화하는 데 중요한 역할을 한다.[78] 비점오염원은 부영양화의 주요 원인이므로, 농업 관행을 통해 그 영향을 최소화할 수 있다. 유역으로 유입되는 토양 침식량을 줄이기 위해 산림 피복 보호가 필요하며, 지속 가능한 농업 관행을 통해 토지를 효율적이고 통제적으로 이용함으로써 토지 황폐화를 최소화하고, 유역에 도달하는 토양 유출 및 질소 기반 비료의 양을 줄일 수 있다.[79] 폐기물 처리 기술 또한 부영양화 예방에 중요한 요소이다.

수역은 유역을 훨씬 넘어서는 광범위한 사람들에게 영향을 미칠 수 있기 때문에, 부영양화를 방지하기 위해서는 다양한 기관 간의 협력이 필요하다. 주 정부, 수자원 관리 기관, 비정부 기관, 지역 주민 등 다양한 기관이 수역의 부영양화를 예방할 책임이 있으며, 미국의 체서피크 만은 부영양화를 방지하기 위한 주 간 노력의 가장 잘 알려진 사례이다.[80]

부영양화 방지 방법은 질소 감소, 조류 제거제 사용, 간헐식 공기 양수관을 이용한 호소 인공 순환법, 부레옥잠 등을 이용한 생물학적 영양염 제거, 폭기 및 선택 취수에 의한 수리학적 수질 억제 등 다양하며, 각 호소의 특징과 환경에 맞는 평가와 예측이 필수적이다.[116][117] 간헐식 공기 양수관을 이용한 호소 인공 순환법은 육상에 설치한 컴프레서로 양수관 중간 부분에 공기를 보내 양수관 하부의 U자 사이펀을 작동시켜 공기가 관 내부로 분출되어 원통 내부를 상승하게 한다. 이에 따라 호소의 저층수가 상승하여 표층수와 혼합됨으로써 호소의 수중 산소 농도 편차를 없앤다.

하지만, 이러한 방법들은 각각 장점과 단점이 있다. 예를 들어 인과 질소 감소는 조류의 영양 물질을 줄이는 수단 중 하나이지만, 막대한 비용과 시간이 든다는 문제점이 있다.

8. 1. 하수 오염 최소화

하수는 점오염원이므로 문화적 부영양화를 해결하는 여러 가지 방법이 있다. 예를 들어, 하수 처리장을 개선하여 생물학적 영양물질 제거를 통해 수역으로 배출되는 질소와 인의 양을 크게 줄일 수 있다. 그러나, 양호한 2차 처리를 하더라도 대부분의 하수 처리장 최종 방류수에는 질산염, 아질산염 또는 암모니아 형태의 상당량의 질소가 포함되어 있다. 이러한 영양염류를 제거하는 것은 비용이 많이 들고 어려운 과정이다.[70]

하수의 배출 및 처리를 규제하는 법률은 주변 생태계의 영양염류 감소에 큰 영향을 미쳤다. 수역의 비점오염원 영양염류 부하에 주요하게 기여하는 요인 중 하나가 처리되지 않은 생활하수이므로, 특히 하수 처리가 부족한 개도국의 고도로 도시화된 지역에 처리 시설을 제공하는 것이 필요하다. 생활 및 산업 폐수 모두에서 안전하고 효율적으로 폐수를 재이용하는 기술은 부영양화 관련 정책의 주요 관심사여야 한다.

8. 2. 농업으로 인한 영양 오염 최소화

농업으로 인한 영양 오염을 최소화하는 방법은 다음과 같다.

  • 영양 관리 기법: 비료를 사용하는 모든 사람은 적절한 양의 비료를 적절한 시기에 적절한 방법과 위치에 사용해야 한다. 유기농 비료를 사용하면 일반 화학 비료를 사용하는 것보다 "해로운 질산염 용탈(땅속으로 스며들어 빠져나감)을 상당히 줄일 수 있다".[72] 그러나 어떤 경우에는 유기농 생산이 전통적인 방식보다 부영양화에 더 큰 영향을 줄 수도 있다.[73]
  • 연중 지표면 피복: 피복 작물을 심으면 땅이 비어있는 기간을 줄여 토양 침식과 영양분 유실을 막을 수 있다.
  • 밭 경계 완충지대 조성: 밭 가장자리에 나무, 관목, 풀 등을 심으면 유출수를 붙잡고 주변 수역에 도달하기 전에 일부 영양분을 흡수하는 데 도움이 된다.[75] 하천변 완충 지대는 흐르는 물과 땅 사이의 경계면에 조성되어 오염 물질을 걸러내는 역할을 한다. 농경지와 도로 근처에 완충 지대를 만드는 것도 영양분이 멀리 이동하는 것을 막는 방법이다.
  • 보전 경운: 밭을 가는 횟수와 강도를 줄이면 흙에 영양분이 흡수될 가능성이 높아진다.

8. 3. 정책

유엔의 지속 가능한 개발 목표(SDG) 프레임워크는 해양 환경에 대한 부영양화의 해로운 영향을 인식하고 있다. 지속 가능한 개발 목표 14(해양 생태계 보전)는 연안 부영양화 및 부유 플라스틱 잔해 밀도 지수(ICEP)를 만들기로 하였다.[76] SDG 14는 특히 "2025년까지 해양 쓰레기와 영양염 오염을 포함하여 육지 기반 활동으로 인한 해양 오염을 예방하고 상당히 감소시킨다"는 목표를 가지고 있다.[77]

정책 및 규정은 부영양화의 원인을 최소화하는 데 중요한 역할을 한다.[78] 비점오염원은 부영양화의 주요 원인이므로, 농업 관행을 통해 그 영향을 최소화할 수 있다. 유역으로 유입되는 토양 침식량을 줄이기 위해 산림 피복 보호가 필요하다. 또한, 지속 가능한 농업 관행을 통해 토지를 효율적이고 통제적으로 이용하여 토지 황폐화를 최소화하고, 유역에 도달하는 토양 유출 및 질소 기반 비료의 양을 줄일 수 있다.[79] 폐기물 처리 기술도 부영양화 예방에 중요하다.

수역은 유역을 훨씬 넘어서는 광범위한 사람들에게 영향을 미칠 수 있기 때문에, 부영양화를 막기 위해서는 다양한 기관 간의 협력이 필요하다. 주 정부, 수자원 관리 기관, 비정부 기관, 지역 주민 등 다양한 기관이 수역의 부영양화를 예방할 책임이 있다. 미국의 경우, 부영양화를 방지하기 위한 가장 잘 알려진 주 간 노력은 체서피크 만이다.[80]

부영양화 방지 방법에는 여러 가지가 있으며, 각 호소의 특징과 환경에 맞는 평가와 예측이 필수적이다.[116][117]

  • 질소 감소[116][117]
  • 조류 제거제 사용[116][117]
  • 간헐식 공기 양수관을 이용한 호소 인공 순환법[116][117]: 육상에 설치한 컴프레서로 양수관 중간 부분에 공기를 보내면 양수관 하부의 U자 사이펀이 작동하여 공기가 관 내부로 분출되어 원통 내부를 상승한다. 이에 따라 호소의 저층수가 상승하여 표층수와 혼합됨으로써 호소의 수중 산소 농도 편차를 없앤다.
  • 부레옥잠 등을 이용한 생물학적 영양염 제거[116][117]
  • 폭기 및 선택 취수에 의한 수리학적 수질 억제[116][117]


하지만, 이러한 방법들은 각각 장점과 단점이 있다. 예를 들어 인과 질소 감소는 조류의 영양 물질을 줄이는 수단 중 하나이지만, 막대한 비용과 시간이 든다는 문제점이 있다.

9. 복원 및 개선

영양염류 유입량 감소는 부영양화 복원을 위한 중요한 전제 조건이다. 하지만 퇴적물에 영양염류가 저장되어 있어 복원에 오랜 시간이 걸릴 수 있으며, 단순한 유입량 감소만으로는 복원이 불가능할 수 있다.[81] 부영양화된 호수는 회복이 느리게 진행되며, 수십 년이 걸리기도 한다.[18]

환경 정화 기술에는 녹지대, 하천변 지역, 자연 및 인공 습지, 처리 연못 등을 활용하는 생물 여과(biofiltration)가 있다. 이는 살아있는 물질을 사용하여 오염 물질을 포획하고 생물학적으로 분해하는 기술이다. 부영양화 방지 방법으로는 질소의 감소, 조류 제거제 사용, 간헐식 공기 양수관을 이용한 호소 인공 순환법, 부레옥잠 등을 이용한 생물학적 영양염 제거, 폭기 및 선택 취수에 의한 수리학적 수질 억제 등이 있으며, 각 호소의 특징과 환경에 맞는 평가와 예측이 필수적이다.[116][117]

그러나 이러한 방법들은 각각 장점과 단점을 가지고 있다. 예를 들어 인과 질소 감소는 조류의 영양원을 줄이는 방법 중 하나이지만, 막대한 비용과 시간이 소요된다는 문제점이 있다.

9. 1. 조류 대발생 예측

미국 국립해양대기청(NOAA)은 미국 대호 지방, 메인 만, 멕시코 만 등의 지역을 위한 조류 예보 도구를 개발했다.[82] 단기 예측은 조류의 강도, 위치, 이동 경로를 보여주어 직접적으로 영향을 받는 지역 사회에 더욱 직접적인 경고를 제공하는 데 도움이 된다. 특정 지역 및 수역에서의 장기적인 시험은 미래 조류의 규모와 더욱 악영향을 초래할 수 있는 요인과 같은 더 큰 규모의 요인을 예측하는 데 도움이 된다.[83]

9. 2. 영양물질 생물 추출

영양물질 생물추출은 배양된 식물과 동물을 이용하는 생물정화 기술이다. 영양물질 생물추출 또는 생물수확은 질소 및 기타 영양물질을 자연 수역에서 제거하기 위해 조개류와 해조류를 양식하고 수확하는 방법이다.[84]

홍합은 물속의 질소를 섭취하여 조류의 영양분을 고갈시키는 유기체의 한 예이다.


여러 연구에 따르면 굴과 홍합은 해역의 질소 수준에 큰 영향을 미칠 수 있다.[86][87][88] 여과 섭식 활동은 식물성 플랑크톤 밀도를 조절하고 영양소를 격리함으로써 수질에 유익한 것으로 간주된다.[89] 이는 패류 수확을 통해 시스템에서 제거되거나, 퇴적물에 매장되거나, 탈질을 통해 손실될 수 있다.[90][91] 패류 양식을 통한 해양 수질 개선이라는 아이디어에 대한 기초 연구는 스웨덴에서 홍합을 사용하여 Odd Lindahl 등이 수행했다.[92] 미국에서는 동부, 서부 및 걸프 해안에서 패류 복원 프로젝트가 수행되었다.[93]

연구에 따르면 해조류는 질소 수준을 개선하는 데 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.[94][95] 다시마와 같은 해조류는 인과 질소도 흡수하므로[97] 오염된 해역의 과도한 영양염을 제거하는 데 도움이 된다.[98] 일부 양식 해조류는 생산성이 매우 높아 다량의 질소(N), 인(P)을 흡수하고 다량의 산소(O₂)를 생성하여 부영양화 감소에 탁월한 효과를 발휘한다.[99] 대규모 해조류 양식은 연안 해역의 부영양화 문제에 대한 좋은 해결책이 될 것이라고 여겨진다.

9. 3. 지구 공학

국지적인 저산소증/부영양화를 해결하기 위한 또 다른 기술은 압축 공기를 직접 주입하는 것으로, 영국 맨체스터 선박 운하의 솔퍼드 부두 지역 복원에 사용된 기술이다.[100] 양식장 연못과 같은 소규모 수역에는 펌프 통기를 표준으로 사용한다.[101]

9. 4. 화학적 인 제거

인을 제거하면 부영양화를 개선할 수 있다.[102][103] 여러 인 흡착제 중에서 황산알루미늄(명반)이 실용적인 관심을 받고 있다.[104] 인 흡착제는 일반적으로 수체 표면에 적용되며 호수 바닥으로 가라앉아 인산염을 감소시킨다. 이러한 흡착제는 부영양화 및 조류 대발생 관리를 위해 전 세계적으로 적용되어 왔다.[107][108][109][110][111] 114개의 호수를 대상으로 한 대규모 연구에서 명반은 모든 호수에서 11년 동안 인을 효과적으로 감소시켰다. 수명에는 차이가 있었지만(깊은 호수에서는 21년, 얕은 호수에서는 5.7년), 결과는 호수 내 인 조절에 대한 명반의 효과를 보여준다.[112] 명반 처리법은 깊은 호수뿐만 아니라 외부 인 유입이 많은 호수에서는 효과가 떨어진다.[113]

핀란드의 인 제거 조치는 1970년대 중반에 시작되었으며 산업 및 도시 배출로 오염된 강과 호수를 대상으로 했다. 이러한 노력은 90%의 제거 효율을 보였다.[114]

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