Forage Fish Polychlorinated Biphenyl Monitoring to Support Sediment Cleanup and Source Control in the Anacostia River Watershed, Washington, DC and Maryland, USA

기술 요약: 아나코스티아 강 유역의 먹이 생선(Forage Fish) 폴리염화비페닐 모니터링

문제 제기
폴리염화비페닐(PCBs)은 수생 환경에서 지속적인 오염 물질로 남아 있으며, 공중 보건을 보호하기 위한 어류 섭취 권고(FCAs)를 필요로 한다. 아나코스티아 강 유역(워싱턴 D.C. 및 메릴랜드)에서는 적응형 관리 체계 하에 퇴적물 정화 및 오염원 제어가 시행되고 있다. 정화 목표(RAOs)는 흔히 게임 피쉬(game fish) 조직 농도를 대상으로 하지만, 게임 피쉬는 수명이 길고 행동 범위가 넓으며 개체수가 적다는 점에서 모니터링에 어려움이 있다. 따라서, 인간 노출을 위한 핵심적인 먹이 사슬 경로를 다루기 위해, 퇴적물 정화 및 지속적인 오염원 제어의 성공 여부를 모니터링하는 비용 효율적인 지표로서, 개체수가 풍부하고 수명이 짧으며 서식 범위가 좁은 먹이 생선(forage fish)의 유용성을 평가할 필요가 있다.

방법론
본 연구는 2018년부터 2022년 사이에 아나코스티아 강, 그 지류, 킹맨 레이크(King man Lake), 그리고 인근 포토맥 강 내 22개 지점에서 수행된 전신(whole-body) 먹이 생선 샘플링을 활용하였다. 분포, 짧은 수명(3~4년), 그리고 작은 행동 범위(약 0.8km로 추정)를 기준으로 두 종을 선정하였다: 머미초(Fundulus heteroclitus)와 밴디드 킬리피쉬(F. diaphanus).

• 샘플링 전략: 비치 세인(beach seines), 미노우 트랩, 전기 충격법을 사용하여 물고기를 채집하였다. 복합 시료(습중량 20g 이상)는 특정 길이 클래스별로 준비되었다. 2020년에는 성별을 공변량으로 평가하기 위해 암수 시료를 분리하여 분석하였으며, 이후 샘플링에는 암수 혼합 복합 시료를 사용하였다.
• 분석 방법: 저해상도 가스크로마토그래피/질량분석법(Low-Resolution GC/MS, SGS AXYS Method MLA 007)을 사용하여 209종의 PCB 동족체(congeners)를 분석하였다. 방법론 비교를 위해 18개의 하위 샘플은 고해상도 GC/MS로도 분석되었다. 농도 조정을 위해 지질 및 수분 함량을 측정하였다.
• 통계 분석: 선형 모델을 사용하여 공변량(지질 함량, 길이, 성별)을 평가하고, 지점 및 연도별 총 PCB 농도를 비교하였다. 이상치는 Rosner 검정을 사용하여 식별하였다. 동족체 패턴, 특히 모노- 내지 트리클로로-동족체(MDT)의 기여도는 오염원의 연령(최근 vs 역사적)을 나타내는 지표로 분석되었다. 게임 피쉬 필렛 임계값 및 생체 축적 비율을 기반으로 잠정적 위험 범주를 개발하였다.

주요 결과

• 공간적 분포: 로어 비버담 크릭(Lower Beaverdam Creek, LB)은 먹이 생선에서 313 ppb에서 2500 ppb에 이르는 가장 높은 총 PCB 농도를 나타냈다. 특히 LB2 지점이 최대 2500 ppb로 가장 높은 수준을 보였다. 반면, 북서부(NW) 및 북동부(NE) 지류는 30.2 ppb에서 95.8 ppb 사이의 가장 낮은 농도를 보였다.
• 오염원 식별: LB 및 그 직하류 지역(Lower Beaverdam Mouth, LBM)의 물고기는 낮은 염소 함량의 동족체(MDT) 비율이 11.1%에서 39.5%로 높게 나타났다. 이러한 패턴은 최근 또는 현재 진행 중인 방출을 나타내며, 다른 지류의 MDT 기여도가 일반적으로 13.6% 미만인 것과 대조적으로 LB를 생체 이용 가능한 PCB의 주요 오염원으로 구분한다.
• 종 간 비교: 두 종이 동일한 시간과 장소에서 함께 채집된 21개 사례 중 20개 사례에서, 밴디드 킬리피쉬(BK)가 머미초(MC)보다 높은 총 PCB 농도를 보였으며, 평균 BK:MC 비율은 1.5였다.
• 공변량: 지질 함량은 두 종 모두에서 통계적으로 유의미한 공변량이었다. 성별은 일관된 유의미한 공변량이 아니었으므로, 향후 모니터링을 위한 암수 혼합 복합 시료 사용을 뒷받침한다. 물고기 길이는 지질 함량과의 혼란스러운 관계 때문에 공변량에 포함되지 않았다.
• 분석 비교: 저해상도 분석은 고해상도 분석보다 총 PCB 농도가 약 10% 높게 나타났다. 다이옥신 유사 PCB TEQ 또한 저해상도 분석에서 더 높게 나타났는데, 이는 주로 동족체 PCB 126의 과대평가에 기인한다.

주요 기여 및 권고 사항
본 연구는 적응형 관리 모니터링 프로그램을 위한 검증된 프레임워크를 제공한다:

1. 참조 구역: 북서부 지류, 북동부 지류, 그리고 플레처스 코브(포토맥 강)는 낮은 PCB 부하량 덕분에 적절한 참조 구역으로 식별되었다.
2. 샘플링 프로토콜: 산란 관련 변동성을 피하고 물고기 확보를 보장하기 위해 2개월의 샘플링 기간(9월 중순 ~ 11월 중순)을 권장한다. 암수 혼합 복합 시료는 물류적 복잡성을 줄이는 데 충분한 것으로 판단된다.
3. 분석 전략: TEQ가 아닌 총 PCB에 의해 주도되는 모니터링의 경우, 저해상도 분석은 고해상도 방식에 비해 비용 효율적인 대안이 될 수 있으며, 약간의 과대평가는 의사결정을 위한 안전 계수 역할을 한다.
4. 위험 평가: LB, 펩코 코브(Pepco Cove), 그리고 하류 아나코스티아 구간은 게임 피쉬 섭취 권고를 촉발할 수 있는 수준의 먹이 생선 PCB 임계값을 초과하는 지역으로 잠정적 위험 범주를 설정하였다.

의의
본 논문은 먹이 생선 모니터링이 환경 매체(퇴적물 및 물)와 게임 피쉬의 생체 축적 사이의 결정적인 연결 고리를 제공함을 입증한다. 수명이 짧고 행동 범위가 좁은 종을 활용함으로써, 관리자는 게임 피쉬만 사용할 때보다 환경 회복 및 오염원 제제 효능에 대한 더 정확하고 신속한 평가를 얻을 수 있다. 본 연구 결과는 로어 비버담 크릭이 아나코스티아 강으로 유입되는 주요한 지속적 PCB 부하원임을 확인하며, 이는 표적 정화 및 오염원 제어 조치를 지원하는 "증거의 무게(weight of evidence)"를 제공한다. 결론적으로, 개발된 모니터링 접근 방식은 효과적이고 비용 효율적이며, 유사한 적응형 관리 정화가 진행 중인 다른 지리적 영역에도 적용 가능하다.