한반도 남해 연안 조간대의 표층퇴적물 내 중금속 분포특성 = Distribution Characteristics of Heavy Metals in Surface Sediments of Intertidal Flats along the Southern Coast of Korea

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 한반도 남해 연안의 조간대 표층퇴적물을 대상으로 퇴적물 조성과 유기물 및 중금속 함량 특성을 파악하고, 금속함량의 조절인자와 오염특성을 규 명하기 위하여 수행되었다. 연구해역은 남서해 조간대와 남동해 조간대로 구분하 였으며, 총 156개의 정점에서 채취한 시료에 대해 입도, 총유기탄소(TOC), 그리 고 11개 금속원소(Al, Fe, Cu, Li, Ni, Cr, Zn, Cd, Pb, As, Hg)의 함량을 분석 하였다. 분석결과를 바탕으로 상관관계 분석, 보존성 금속(Li)을 이용한 정규화, 요인분석, 그리고 해양환경기준(TEL, PEL), 농축계수(EF), 오염부하지수(PLI), 생태위해도지수(ERI), 평균PEL지수(mPELQ) 등 다양한 지표를 적용하여 지역별 오염수준을 평가하였다. 퇴적물 조성에서는 남해안 전역에서 전반적으로 니질이 가장 큰 비중을 차지 하였으나, 지역에 따라 뚜렷한 차이가 나타났다. 남서해 조간대는 세립질 니질 퇴적물이 우세하고 평균입도가 작은 반면, 남동해 조간대는 조립질 사질이 상대 적으로 많았다. 이러한 차이는 반폐쇄형 내만과 개방성 해역의 수리·지형 조건 차이, 그리고 하천 유입 여부와 밀접하게 연관된 것으로 판단된다. TOC 함량은 남서해 조간대가 남동해 조간대보다 전반적으로 높았으며, 특히 내만과 유기물 축적이 활발한 해역에서 높은 값이 관찰되었다. 평균입도와 TOC 간에는 두 지 역 모두에서 유의한 양의 상관성이 나타나 세립질 환경에서 유기물의 함량이 높 아지는 경향이 뚜렷했다. 중금속 분포특성은 지역별로 뚜렷하게 구분되었다. 남서해 조간대에서는 Al, Fe, Li, Ni, Cr, Pb 등 자연기원과 관련된 금속이 상대적으로 높게 나타났으며, 남동해에서는 Cu, Zn, Cd, As, Hg 등 인위기원 금속이 우세하였다. 보존성 금속 (Li)을 이용한 분석에서도 이러한 경향이 유지되어, 남동해 조간대는 산업화와 도시화와 연관성이 큰 금속이, 그리고 남서해 조간대는 세립질 환경과 관련된 금 속에서 유의하게 높은 값이 확인되었다. 상관관계 분석과 요인분석 결과 남서해 조간대에서는 세립질 퇴적물과 유기물 축적이 금속함량을 좌우하는 주요 요인으 로 작용한 반면, 남동해 조간대에서는 복합적인 인위적 배출원이 주요 조절인자 인 것으로 나타났다. 오염평가 지표에서도 두 지역의 차이는 분명했다. 남서해 조간대는 대부분 낮 은 오염수준을 보였으나, 일부 내만에서 Ni, Cr, Pb, As, Zn가 해양환경기준 (TEL)을 초과하였다. 반면 남동해 조간대는 Cu, Zn, Pb, As, Hg가 넓은 범위에 서 TEL을 초과하였고, 특히 마산만과 진해만에서는 Hg가 Severe enrichment 수준에 이르는 등 국지적 고오염 해역이 확인되었다. PLI, ERI 값 역시 남동해 조간대가 남서해 조간대보다 전반적으로 높았으며, mPELQ 값은 두 지역 모두 평균 약 0.2로 낮은 독성 가능성을 보였다. 이와 같이 남해안 조간대의 금속분포 및 오염특성은 지형·수리 조건, 배후지 이용 형태, 산업화 수준 등에 따라 뚜렷하게 구분되었다. 남서해 조간대는 반폐 쇄형 내만의 세립질 환경에서 자연적 기원과 관련된 금속이 우세하였으며, 남동 해 조간대는 개방성 해역과 산업 밀집 지역에서 인위적 기원과 관련된 금속의 비중이 컸다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to investigate the characteristics of sediment composition, organic matter, and heavy metal contents in intertidal surface sediments along the south coast of the Korean, and to identify the factors controlling heavy metal distribution and associated pollution characteristics. The study area was divided into Southwestern and Southeastern, and samples from 156 stations were analyzed for grain size, total organic carbon (TOC), and 11 metals (Al, Fe, Cu, Ni, Cr, Zn, Cd, Pb, As, Hg). Based on the results, regional pollution levels were assessed using correlation analysis, normalization with the conservative element Li, factor analysis, and various indices including sediment quality guidelines (TEL, PEL), enrichment factor (EF), pollution load index (PLI), ecological risk index (ERI), and mean PEL quotient (mPELQ).
In terms of sediment composition, mud showed the highest proportion on average throughout the south coast, but distinct regional differences were observed. The Southwestern intertidal flats was dominated by fine-grained muddy sediments with smaller mean grain size, while the Southeastern intertidal flats contained relatively more coarse-grained sandy sediments. These differences reflect contrasting hydrodynamic and topographic conditions between semi-enclosed bays and open coastal areas, as well as riverine input. TOC content was generally higher in Southwestern than in Southeastern, with particularly high values in inner bays where organic matter accumulation was active. A significant positive correlation between mean grain size and TOC was found in both regions, indicating higher organic matter contents in fine-grained environments.
Heavy metal distribution also varied regionally. In Southwestern, metals of natural origin such as Al, Fe, Li, Ni, Cr, and Pb were relatively enriched, whereas in Southeastern, anthropogenically derived metals such as Cu, Zn, Cd, As, and Hg were predominant. This pattern was consistent in the Li-normalized data, confirming that industrialization and urbanization strongly influenced the southeastern region, while fine-grained sedimentary environments were the main drivers in Southwestern. Correlation and factor analyses further indicated that fine-grained sediments and organic matter accumulation were the primary controls in Southwestern, whereas complex anthropogenic sources were dominant in Southeastern.
Pollution assessment indices also revealed clear contrasts between the two provinces. Southwestern mostly showed low pollution levels, although Ni, Cr, Pb, As, and Zn exceeded TEL in some inner bays. In contrast, Southeastern showed widespread TEL exceedance for Cu, Zn, Pb, As, and Hg, with locally severe contamination in Masan Bay and Jinhae Bay where Hg reached severe enrichment levels. PLI and ERI values were generally higher in Southeastern, while mPELQ values indicated low overall toxicity potential (~0.2) in both regions; most stations in Southwestern fell into the low-effect category, whereas some stations in Southeastern belonged to the no-effect category.
Overall, heavy metal distribution and pollution characteristics of the southeasten intertidal flats were clearly distinguished according to hydrodynamic and topographic conditions, land-use patterns, and industrialization levels. Metals of natural origin predominated in the fine-grained sediments of semi-enclosed bays in Southwestern, while metals of anthropogenic origin were predominant in open coastal and industrialized areas of Southeastern.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 재료 및 방법 3
• 1) 연구지역 개요 3
• 2) 시료채취 5
• 3) 시료의 분석 9
• (1) 입도분석 9
• (2) 총유기탄소(Total organic carbon, TOC) 분석 9
• (3) 중금속 분석 10
• 4) 통계분석 13
• 5) 배경농도 설정 및 오염도 평가 13
• (1) 국내 퇴적물 해양환경 기준(Sediment quality guideline, SQG) 14
• (2) 농축계수(Enrichment factor, EF) 15
• (3) 오염부하지수(Pollution Load Index, PLI) 16
• (4) 생태위해도지수(Ecological Risk Index, ERI) 17
• (5) 평균 PEL 지수 (mean PEL quotient) 18
• 3. 결과 및 고찰 20
• 1) 남해안 조간대 표층퇴적물의 입도 분포 20
• (1) 남서해 조간대 표층퇴적물의 입도 분포 20
• (2) 남동해 조간대 표층퇴적물의 입도 분포 20
• 2) 남해안 조간대 표층퇴적물의 유기물 분포특성 23
• (1) 남서해 조간대 표층퇴적물의 유기물 분포특성 23
• (2) 남동해 조간대 표층퇴적물의 유기물 분포특성 24
• 3) 남해안 조간대 표층퇴적물의 중금속 분포 28
• (1) 남서해 조간대 표층퇴적물의 중금속 분포 31
• (2) 남동해 조간대 표층퇴적물의 중금속 분포 32
• 4) 남해안 조간대 표층퇴적물중 중금속의 조절요인 56
• 5) 남해안 조간대 표층퇴적물의 중금속 오염평가 65
• (1) 국내 퇴적물 해양환경 기준(Sediment quality guideline, SQG) 65
• (2) 농축계수(Enrichment factor, EF) 69
• (3) 오염부하지수(Pollution Load Index, PLI) 72
• (4) 생태위해도지수(Ecological Risk Index, ERI) 74
• (5) 평균 PEL 지수 (mean PEL quotient) 76
• 4. 결론 78
• 참고문헌 81
• Abstract(영문초록) 87