한반도 서해안의 반폐쇄 및 개방형 조간대에서 표층퇴적물의 중금속 특성에 관한 비교 = Comparative Heavy Metal Characteristics of Surface Sediments in Semi-enclosed and Open Intertidal Flats along the Western Coast of the Korean Peninsula

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 한반도 서해안 조간대를 대상으로 지형적 개방도에 따른 표층퇴적물의 중금속 분포 특성, 오염도 및 생태 위해성을 평가하고자 수행되었다. 2023년 5월부터 2024년 8월까지 서해안 조간대 108개 정점에서 퇴적물 시료를 채취하여 Al, Fe, Li, Cr, Ni, Cu, Zn, Pb, As, Cd, Hg 등 금속과 총유기탄소(TOC), 입도를 분석하였다. 이를 바탕으로 지화학 성분의 분포 특성을 파악하고, 반폐쇄형과 개방형 조간대 간 금속, 유기물, 입도 분포의 차이를 통계적으로 검토하였다.
반폐쇄형 조간대는 하천의 유입이 활발하고 세립질 퇴적물이 우세한 지역에서 Al, Fe, Cr, Ni, Cu, Zn 등의 함량이 높게 나타났으며, 강화도 및 보령 일대에서는 Hg의 국지적 고함량이 확인되었다. 반면, 개방형 조간대는 대부분 금속이 균일하게 분포하였으나, 신안·해남 등 일부 지역에서는 국지적 금속함량 증가가 관찰되었다. 특히, Cd와 Hg는 반폐쇄형 조간대에서 유의하게 높은 함량을 보여 지형 유형에 따른 민감한 반응을 나타냈다.
요인분석의 결과 반폐쇄형 조간대는 유기물, 세립 물질, 외부 오염원 등 다양한 환경요인의 복합적 영향을 받았으나 개방형 조간대는 퇴적물 조성과 금속 간 상관성에 기반한 단일 요인의 영향으로 작용하여 지배되는 경향을 보였다. 농축계수(EF) 분석에서는 반폐쇄형 조간대의 일부 정점에서 Fe, Cu, Zn, Cr, Pb, Hg 등이 배경수준 대비 농축의 경향을 보였고, 오염부하 지수(PLI)는 0.2∼1.6 범위(평균 0.9)로 일부 하천 유입 지역에서 PLI > 1이 나타나 국지적 오염 가능성을 시사하였다. 개방형 조간대는 전반적으로 낮은 오염 수준을 보였으나, 지형이 복잡한 일부 지역에서 예외적으로 PLI > 1이 확인되었다.
결론적으로, 조간대의 지형적 개방성은 중금속 분포와 거동을 결정짓는 인자로 작용하며, 반폐쇄형 조간대는 국지적 오염 위험성이, 개방형 조간대는 비교적 안정된 퇴적환경 특성이 우세하게 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigated how heavy metal distribution, pollution levels, and ecological risk in surface sediments of tidal flats on the west coast of the Korean Peninsula vary with geomorphological openness. Sediment samples were collected from 108 stations across these tidal flats between May 2023 and August 2024. The samples were analyzed for 11 metals Al, Fe, Li, Cr, Ni, Cu, Zn, Pb, As, Cd, and Hg as well as total organic carbon (TOC) and grain size. Based on these analyses, we characterized the distribution patterns of these geochemical components and statistically compared the metal, TOC, and grain size distributions between semi-enclosed and open tidal flats.
In semi-enclosed tidal flats elevated concentrations of Al, Fe, Cr, Ni, Cu, and Zn were observed; locally high Hg concentrations were also found in the Ganghwa Island and Boryeong regions. In open tidal flats, metal concentrations were generally uniform; however, certain locations showed locally elevated levels. Notably, Cd and Hg concentrations were significantly higher in semi-enclosed tidal flats, indicating that these metals are particularly sensitive to differences in tidal flat geomorphology. Factor analysis revealed a clear contrast in controlling factors between the two types of tidal flats. Metal distributions in semi-enclosed tidal flats were influenced by a combination of environmental factors whereas those in open tidal flats were largely governed by a single factor, as evidenced by strong correlations between sediment composition and metal content.
Enrichment factor (EF) analysis revealed that some semi-enclosed sites had Fe, Cu, Zn, Cr, Pb, and Hg enriched relative to background levels. The pollution load index (PLI) ranged from 0.2 to 1.6 (mean 0.9), with values above 1 observed in certain river-influenced areas, suggesting potential localized pollution. Open tidal flats generally showed low pollution levels (PLI < 1), with only a few sites in geomorphologically complex areas exceeding 1. Overall, the degree of geomorphological openness is a key factor determining heavy metal distribution and behavior. Semi-enclosed tidal flats are more susceptible to localized contamination, whereas open tidal flats exhibit relatively stable sedimentary conditions.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가) 연구배경 1
• 나) 조간대 유형 구분 3
• 2. 재료 및 방법 5
• 가) 연구지역 개요 5
• 나) 시료의 채취 6
• 다) 시료의 분석 9
• 1) 입도분석 9
• 2) 총유기탄소(TOC) 분석 9
• 3) 중금속 분석 10
• 라) 중금속의 오염도 평가 13
• 1) 배경농도 설정(background concentration) 13
• 2) 중금속 오염지표: 농축지수(EF), 오염계수(CF), 오염부하지수(PLI) 14
• 3. 결과 16
• 가) 표층퇴적물 입도분포 특성 16
• 1) 반폐쇄형 조간대 16
• 2) 개방형 조간대 17
• 나) 표층퇴적물 유기물 분포 특성 21
• 1) 반폐쇄형 조간대 21
• 2) 개방형 조간대 22
• 다) 표층퇴적물 중금속 25
• 1) 반폐쇄형 조간대 표층퇴적물 내 중금속의 함량 26
• 2) 개방형 조간대 표층퇴적물 내 중금속의 함량 27
• 라) 조간대 유형별 금속의 함량 차이 및 조절요인 42
• 마) 연구지역의 오염도 평가 46
• 1) 농축지수 (Enrichment factor, EF) 46
• 2) 오염 부하 지수 (Pollution load index, PLI) 50
• 4. 결론 52
• 가) 결론 52
• 참고 문헌 54
• 영문 초록(Abstract) 61
• 부록 63