생화학적 산소요구량(BOD)은 유기물을 산화하는 과정에서 미생물(예: 호기성 박테리아)이 사용하는 산소의 양을 측정한 것입니다. 유기물의 자연적 발생원에는 식물의 부패와 낙엽이 포함됩니다. 그러나 인간의 영향으로 영양분과 햇빛이 지나치게 풍부해지면 식물의 생장과 부패가 비정상적으로 빨라질 수 있습니다. 도시 유출수는 거리와 보도의 반려동물 배설물, 잔디 비료에서 나온 영양분, 주거 지역에서 나온 낙엽과 잔디 깎은 찌꺼기, 종이 등을 실어 나르며, 이러한 물질은 산소요구량을 증가시킵니다. 분해 과정에서 소비되는 산소는 다른 수생 생물이 살아가는 데 필요한 산소를 빼앗습니다. 용존 산소 농도가 낮아도 더 잘 견디는 생물이 다양한 자연 수계의 생물군을 대체할 수 있습니다. 수계에는 생존을 위해 산소가 필요한(호기성) 박테리아가 있습니다. 대부분은 죽은 조류와 기타 사체를 먹으며 분해 순환의 일부를 이룹니다. 물속의 조류와 기타 생산자는 무기 영양분을 흡수해 유기 조직을 만드는 과정에 이용합니다.
물고기와 기타 수생 동물 같은 소비자는 생산자 일부를 먹고, 영양분은 먹이 사슬을 따라 이동합니다. 이러한 생물이 죽으면 박테리아가 유기 화합물을 분해하고 질산염, 인산염, 칼슘 등의 무기 영양분을 물속으로 방출합니다. 이 영양분 중 일부는 하류로 흘러가거나 퇴적물에 쌓이지만, 대부분은 계속해서 순환합니다. 수중 부유층에 있는 박테리아의 대부분은 호기성입니다. 즉, 분해 대사 활동을 수행하는 데 산소를 사용합니다. 다른 관련 실습에서 배웠듯이, 정상적인 조건에서는 용존 산소가 매우 낮은 농도로 존재합니다. 수생 생태계의 산소 농도는 정상적인 수준의 호기성 박테리아 활동으로 인해 늘 어느 정도 낮아집니다. 대부분의 경우 용존 산소 농도가 5 parts per million (ppm) 미만으로 떨어지면 물고기는 오래 살 수 없습니다. 송어나 연어와 같은 청정수종은 이 수준보다 훨씬 높은 농도에서도 폐사하며, 메기나 잉어와 같이 산소가 적은 환경에 강한 물고기도 5 ppm 미만에서는 위험에 처합니다.
그러나 호기성 박테리아의 활동이 비정상적으로 활발해지면 용존 산소 농도가 급격히 떨어질 수 있습니다. 어떤 상황에서 이런 일이 발생할까요? 일반적으로 이는 일종의 비정상적인 “오염” 물질이 생태계에 유입될 때 발생합니다. 가정 하수, 정화조 누출, 비료 유출과 같은 유기 오염원으로 인해 발생할 수도 있고, 가정이나 산업 현장에서 나온 무기물로 인해 발생할 수도 있습니다. 유기 화합물은 홍수, 산사태, 침식을 통해서도 수계에 유입될 수 있습니다.
최근 과거 수생 생태계의 BOD에 영향을 미친 가장 중요한 영양분 중 하나는 미국 가정에서 발생한 인산염 오염입니다. 수십 년 전에 비누와 세제에 인을 첨가하면 세정력이 더 좋아진다는 사실이 밝혀졌습니다. 1960년대에는 수백만 가정과 사업체에서 엄청난 양의 인산염을 배수구에 버리고 있었습니다. 결국 이 중요한 영양분의 상당량이 미국의 하천과 수로로 흘러들었습니다. 인은 수생 생태계에서 가장 중요한 제한 요인(필수 영양분) 중 하나이기 때문에, 광범위한 조류 대번성이 잇따라 발생하기 시작했습니다. 조류 대번성은 한두 종의 조류가 급격히 성장하기에 적합한 조건을 만나 갑자기 개체 수가 폭발적으로 늘어나는 현상입니다.
대부분의 단세포 조류는 빠른 세포 분열을 통해 무성생식하므로, 조류 한 종이 새 세포를 수십억 개씩 만들어 물을 말 그대로 녹색으로 물들이는 데는 그리 오래 걸리지 않습니다. 이러한 조류 대번성에 필요한 조건이 일시적이거나 조류가 다른 제한 요인의 임계 수준을 넘어서면 대번성은 일시적으로 그칩니다. 대개 며칠밖에 지속되지 않습니다. 대번성이 끝나면 어떤 일이 벌어질까요? 조류 세포는 영양분이 부족해지고 대부분 죽습니다. 이때 호기성 박테리아가 중요해지며 조류를 분해하기 시작합니다. 박테리아에게 먹이가 매우 풍부하기 때문에 박테리아도 일종의 대번성을 겪으며, 말 그대로 물속 산소를 모두 빨아들입니다. 산소가 고갈되면 박테리아와 수생 생태계의 다른 호기성 생물 대부분이 죽기 시작합니다.
Freedrinkingwater.com에서 인용
