해상풍력단지의 해양생태계는 어떻게 구성될까?

해양 생태계란?

• • 해양의 생태계 내의 물질순환, 에너지 흐름 등 생물과 무생물 간의 관계를 모두 해양생태계로 정의한다. 이 해양생태계는 진화, 경쟁, 먹이사슬, 천이와 같은 개체와 개체군 그 생물이 집단인 군집을 포함하기 때문에 매우 복잡한 개념이다(Levin 1998). 해양생태계는 물로 구성되어 있는 환경을 수질 환경이라 하며, 물질들이 퇴적되어 형성된 환경을 저서 환경이라 구분한다.

• [ 해양생태계의 유기적 관계 ]

  

  출처 : 해양과학기술원

해양생태계의 건강성

• • 해양생태계의 회복은 어떤 것을 의미할까?
  • 해양생태계의 회복은 해양생태계가 원래 안정된 상태로 돌아가려는 것으로 정의한다.
  • 건강한 상태의 해양생태계는 외부의 영향으로 인한 변화에도 원래 상태를 유지하지만
    건강하지 못한 생태계는 회복 속도가 늦거나 회복이 불가능하다

• [ 해양생태계 변동 모식도, 부영양화에 의한 조류 대발생(algal bloom)과 저층 빈산소수괴(hypoxia) ]

  

  출처 : 충남연구원 천수만 건강성 지표 설정을 위한 전문가 워크숍

해양생태계의 구성

• • 해양생태계를 구성요소는 다음과 같다.
  • 해양에서 떠다니며 태양의 빛을 에너지원으로 활용하여 1차 생산하는 식물플랑크톤과 식물플랑크톤을 먹이원으로 이용하는 동물플랑크톤이 있다.
  • 동물플랑크톤을 먹이원으로 하는 어류가 있으며 아울러 섭식하며 활동하는 포유류로 구성된다.

• [ 고전적 개념의 먹이사슬 (식물플랑크톤에서 어류로 진행)과 미소생물 먹이환 (박테리아에서 원생 생물로 진행) ]

  

  출처 : 해양과학기술원

해상풍력단지 조성의 생태계의 영향

• • 해상풍력단지 건설 시 부유 생활하는 생물은 부유사 확산으로 인해 광 투과성의 약화로 이어져 기초생산력의 감소와 성장 저해를 초래하게 된다. 이 기초생산력의 감소와 성장 저해는 어류와 조하대 저서동물과 같은 상위 영양단계 소비자의 먹이 공급원 감소하는 것으로 알려져 있다.

• [ 풍력단지의 해양생태계에 미치는 영향 ]

  

  출처 : Lee et al.(2021)

• • 풍력단지의 하부 구조물은 인공 암초의 역할을 해 부착생물에서 새로운 서식지를 제공한다(Petersen and Malm, 2006). 인공 암초는 산호초와 유사한 기능을 하는 구조물로 양식업 촉진과 생물다양성을 개선하기 위해 1930년대부터 사용되었으며(Bohnsack and Sutherland, 1985), 해양 하부 구조물에 부착하는 저서생물로는 경성 조간대 생태계에 서식하는 생물이 분포해 있어 일반적인 경성 조간대 생태계와 유사한 생물의 분포를 나타낸다(De Mesel et al., 2015).

  [ 해상풍력단지의 바이오필터역할에 관한 모식도 ]

  

  출처 : Steven et al. 2020

• [ 해상풍역단지의 생태계 구성요소별 모식도 ]

  

  출처 : Steven et al. 2020

• 일반적으로 따개비, 홍합류, 말미잘류가 하부 구조물 주변에 서식하게 되면 이를 먹이원으로 하는 어류, 갑각류, 조류의 서식을 유도해 생물다양성이 높아진다(Rumes et al., 2013). 부착생물은 “바이오필터” 효과를 나타내며, 물을 여과해 탁도를 낮춰주고 투명도를 높여주며, 인공 암초 효과는 아직 정량화되어 있지 않으며, 초기에 문(phyla)에서 종으로 구성되어 다양한 생물군집을 나타낼 것으로 예상된다(Coolen et al., 2020a).

조사 항목 및 조사 방법

• 해양생태계의 각 항목별 연구 필요성은 다음과 같습니다.

< 조사항목별 필요성 >

• 해양생태계를 조사하는 방법은 과거부터의 연구를 참고하여 같은 조사 방법으로 수행하고 있다. 그 조사 방법은 국가 해양생태계 종합조사 조사 지침서(해양수산부/해양환경공단 3th 2019)에 준하여 과거의 조사 방법과 현재의 조사 방법을 유사하게 진행하고 있다.

< 해양생태계 조사방법 >

조사 정점

식물플랑크톤

• 공사 전·중·후 식물플랑크톤의 평균 출현 종수, 평균 현존량, 엽록소-a 농도는 유사하였으며, 춘계와 하계에 높은 경향을 나타내었다.

동물플랑크톤

• 공사 전·중·후 동물플랑크톤의 평균 출현 종수는 증가하는 경향을 보이며, 우점종인 야광충(Noctiluca scintillans)은 2015년과 2019년 높은 점유율을 나타내었다.
• 원생동물에 속하는 Noctiluca scintillans은 대부분 표층에서 대증식을 형성하는 종으로 알려져 있다(Huang and Qi, 1997; Baek et al., 2011).
• 국가생태계 종합조사 조사 연보 연안 생태계 결과, 2015년과 2019년 야광충이 높은 출현량 보였고, 유사 시기 조사에서도 유사한 결과를 나타내어 서해 연안해역에서 볼 수 있는 일반적인 분포 경향을 나타내었고, 해상풍력단지를 포함한 인근 해역에서의 높은 출현 경향은 서·남 해역 연안해역에서의 일시적인 증가로 보인다.

조하대 저서동물

• 조하대 저서동물의 평균 출현 종수는 증가하는 경향을 보이고, 평균 서식밀도는 공사 중 증가하다 공사 후 감소했다. 평균 생체량은 공사 전과 공사 중에 높은 경향을 나타내었다.
• 우점종은 다모류인 오뚜기갯지렁이(Sternaspis scutata), 한국부채발갯지렁이(Anaitides koreana), 연체동물인 쇄개량조개(Raetellops pulchella), 극피동물인 빗살거미불가사리속(Ophiura kinbergi)이 높은 점유율을 나타내었다.
• 공사 후 에는 지중해담치(Mytilus galloprovincialis)가 출현하였으며, 이러한 것은 해외 연구 사례와 유사하였다.

• • 저서생물의 교란 정도의 확인을 위해 공사 전·중·후 의 표서 생물(굴이나 홍합, 말미잘처럼 딱딱한 표면에 부착해 사는 동물도 있고 또 새우나 게, 불가사리처럼 바닥에서 이동하며 사는 동물)과 내서 생물(갯지렁이나 조개류, 유령 새우처럼 부드러운 모래나 펄을 파고들어 가 생활하는 생물)의 비율을 보인다.
  • 표서생물의 비율이 60% 이상인 시기는 2015년 08월과 2021년 09월이고 우점종으로는 Ophiura spp. 와 모래무지염통성게(Echinocardium cordatum), 빗살거미불가사리(Ophiura kinbergi)가 극피동물이 우점하였다.
  • 덴마크의 Horns Rev에서는 구조물의 설치 후 기존의 내서저서동물 군집에서 표서저서생물 군집으로 변화가 관찰되었다(DEA, 2006) 된 결과와 유사한 결과를 나타냈다.
  • 오뚜기갯지렁이는 사질 및 니질인 해역에서 서식하는 특성을 나타내는 종으로 주로 사질과 니질 퇴적상을 나타내는 해역에 출현한다(Lim and hong, 1996).
  • 쇄개량조개는 유기물 부하량이 높고 하계 빈산소수괴가 형성되는 오염지시종으로 보고되고 있다(Seo et al., 2013). 쇄개량조개의 일시적인 증가로 예상된다.

  • [ 그림 - 풍력단지 인근해역의 공사 전·중·후 대형저서동물중 표서생물과 내서생물의 비율 ]

    

• 공사 전

  • 빗살거미불가사리
    Ophiura kinbergi

    

  • 긴다리송곳갯지렁이
    Lumbrineris cruzensis

    

  • 오뚜기갯지렁이
    Sternaspis scutata

    

  공사 중

  • 짧은다리안경옆새우
    Ampelisca cyclops

    

  • 버들갯지렁이류
    Mediomastus californiensis

    

  • 오뚜기갯지렁이
    Sternaspis scutata

    

  공사 후

  • 빗살거미불가사리
    Ophiura kinbergi

    

  • 오뚜기갯지렁이
    Sternaspis scutata

    

  • 쇄개량조개
    Raetellops pulchella

    

어란 및 자치어

• 어란 및 자치어의 평균 출현 종수는 유사하였으나, 평균 출현량은 공사 중에 높은 경향을 나타낸다.
• 어란은 주요 산란 시기인 춘계와 하계 출현량이 높았고, 자치어는 다른 시기에 비해 하계에 높은 출현량을 나타낸다.
• 어란은 멸치가 주요 우점종으로 나타났고, 자치어는 춘･하계에는 망둑어과, 동계에는 흰베도라치가 우점하여, 서해 연안에서 계절적으로 흔히 관찰되는 종들로 구성되었다.

어류 및 수산자원

• • • 출현 종수는 공사 전에 높게 나타났는데, 이는 공사 전에는 통발, 공사 중･후에는 자망을 이용하여 조사를 수행하여 조사 어구가 상이하여 나타난 결과로 보이며, 개체수와 생체량은 공사 후 높은 경향을 나타내었다.
    • 통발의 경우 유영 능력이 작은 연안 정착성 어종인 조피볼락, 쥐노래미, 노래미, 망둑어과 어류 등이 주로 채집되며, 표층성 어류인 멸치, 전어, 고등어류 등은 채집되지 않는 어려운 점이 있으며, 자망에서는 부어류는 적게 채집되고 이동력이 비교적 약한 저서 어류도 실제 생물량에 비해 적게 채집되었다.
    • 결과적으로 자망·통발 조사 시 어구에 따라 종조성의 차이가 발생하는 것은 채집 시기와 채집 장소, 채집 어구 등의 영향과 동일 지역을 대상으로 하더라도 채집 시기에 따른 계절적인 영향과 어류들의 서식환경과 습성 차이로 인해 차이가 있는 것으로 나타내었다.

  [ 공사 전·중·후 어류 및 수산자원의 출현종수 ]

  

• [ 공사 전·중·후 어류 및 수산자원의 개체수 ]

  

  [ 공사 전·중·후 어류 및 수산자원의 생체량 ]

  

공사 전

• [ 멸치 ]

  

• [ 조피볼락 ]

  

• [ 웅어 ]

  

• [ 꽃게 ]

  

• [ 갯가재 ]

  

• [ 쭈꾸미 ]

  

공사 중

• [ 꽃게 ]

  

• [ 갯가재 ]

  

공사 후

• [ 꽃게 ]

  

• [ 꼼치 ]

  

• [ 쥐노래미 ]

  

• [ 문치가자미 ]

  

• [ 문어 ]

  

해상풍력 해양생태계 연구 결과

• 식물플랑크톤의 종수는 공사 중에 낮아졌으나 공사 전과 공사 후가 유사하였으며, 현존량은 공사 중 다소 높아졌으나 공사 전과 후가 모두 유사하였다.
  - 주요 분류군으로는 은편모조류와 규조류로 우리나라 연안에 주로 출현하는 종으로 알려져 있다.
• 동물플랑크톤의 종수와 현존량은 공사 전·중·후에 유사하였으나 2015년과 2019년에 야광충의 출현으로 높아지는 경향을 나타냈다.
  - 이는 동일 조사 시기 문헌자료와 유사한 결과와 유사하였다
• 대형 저서동물은 평균 출현 종수는 증가하는 경향을 보이고, 평균 서식밀도는 공사 중 증가하다 공사 후 감소했다. 평균 생체량은 공사 전과 공사 중에 높은 경향을 나타냈다.
  - 풍력단지인근에 지중해담치가 출현하였으며, 이는 덴마크의 Horns Rev 연구 결과와 유사하였다.
• 어란 및 자치어 결과 주요 산란기인 춘계와 하계에 높은 경향을 나타냈다.
  - 어란과 자치어 모두 멸치로 우리나라 전역에 출현하는 종으로 알려져 있다.
• 어류 및 수산자원의 변동은 공사 전·중·후 유사하였으며, 우점종으로는 꽃게와 갯가재가 주요 우점종으로 높은 점유율을 나타냈다.
  - 꽃게와 갯가재는 서해안에 서식하는 종으로 알려져 있다.
• 해양생태계 연구 결과, 해양생태계 변동은 선행연구와 동일시기 문헌자료와 유사한 결과를 나타냈다.

본 연구는 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구(No. 20203030020080, 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축, 2020~2024)의 결과입니다(문의 : 한국해상풍력㈜ 박지산 팀장, anode@kowp.co.kr)