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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.32 No.2 pp.141-151
DOI :

Evaluation of Eutrophication of Lagoons in the Eastern Coast of Korea

Woo-Myung Heo*, Bomchul Kim1, Man-Sig Jun1
Dept. of Environmental Engineering, Samchok National University, Samchok, 245- 711
1Dept of Environmental Science, Kangwon National University, Chunchon, 200-701
Corresponding author: Tel: 0397) 570-6573, Fax: 0397) 574-7262, E-mail: hlimnol@samchok.ac.kr

Abstract


Trophic state parameters were surveyed in seven lagoons located along the eastern coast of Korea. Salinity, DO, SS, TP, TN, chlorophyll a concentration, Secchi disc transparency (SD) and dominant phytoplankton were measured from May to November 1998. Trophic state indices (TSI) was calculated from TP, Chl. a, and SD data of growing season average. The amount of phosphorus and nitrogen generation within the water shed of each lake was estimated. Strong vertical chemocline was observed in some lakes, which resulted in large difference of DO and salinity between surface and deep water. Salinity of Lake Chungcho and North aera of Lake Hwajinpo were 18~30‰ and 10~25‰, respectively, whereas other lakes were below 10‰. SD, Chl. a, TN and TP of the all lakes were in the range of 0.29~1.02 m, 11.4~97.3 mg/m3, 0.77~2.36 mgN/L, 0.056~0.292 mgP/L, respectively. Epilimnetic TN/TP weight ratios were 6~14. The lowest TN/TP ratio of all lakes was observed in Lake Maeho. TSI was in the range of eutrophy to hypereutrophy, from 56 to 79. The highest TSI of all the lakes was observed in Lake Youngrang. The dominant phytoplankton species were Oscillatoria sp. except for Lake Chungcho, where Microspora sp. was dominant. It seems that the unique phytoplankton community in Lake Chongcho was caused by the difference of salinity and seawater intrusion.



동해안 석호의 부영양화 평가

허 우 명*, 김 범 철1, 전 만 식1
삼척대학교 환경공학과
1강원대학교 환경학과

초록


동해안의 경포호를 비롯한 6개 석호를 조사한 결과 모든 호수가 부영양화가 매우 심한 것으로 나타났다. 투 명도는 1.0 m 내외의 낮은 값을 보였으며 청초호를 제외 한 모든 호수에서 남조류인 Oscillatoria sp.가 우점종이 었다. 염분의 경우 청초호와 화진포호의 북호는 각각 18~30‰와 10~25‰이었으며, 다른 호수는 10‰ 내외 로 호수별로 큰 차이를 보였다. 또한 모든 호수의 Chl. a, TN 및 TP도 각각 11.4~97.3 mg/m3, 0.77~2.36 mgN/L 및 0.056~0.292 mgP/m3의 범위로 보여 차이가 큰 것으로 나타났다. 표층의 TN/TP 무게비는 6~14 정 도로 매호가 가장 적었으며, TSI는 56~79의 범위로 영 랑호가 가장 컸다.



    서 론

    우리나라에는 크고 작은 호수가 널리 산재해 있으며 그 수는 대략 18,000여개로 알려져 있다. 이들은 과거부 터 우리나라 산업발전의 중추적인 역할을 하여왔으나, 산업이 날로 발달하면서 이들중의 많은 부분은 오염이 심화되어 늪지로 사라져가고 있다. 우리나라는 고도의 성장시기를 맞이 하면서 ’70년대 이후 많은 대형 인공 호수를 건설하여 왔으며 지금도 물수요를 충족시키기 위해 수개의 댐이 건설예정으로 되어 있다. 그러나 호수 는 물수급(관계용수, 상수원, 산업용수 등)으로서의 역할 만이 있는 것은 아니다.

    우리나라 동해안에는 해안선을 따라 해류의 작용으로 사주(沙州)나 사취(砂嘴)가 만 입구를 막아 생성된 여 러개의 자연호인 석호(潟湖, Lagoon)가 있다. 동해안의 석호는 우리나라에 몇 안되는 자연호로 과거부터 절경 으로 이름난 곳이며 자연경관이 매우 아름다울 뿐 아니 라 기수호 생태계로서의 희소가치와 자연호가 지닌 습 지의 생태학적 특성 등으로 볼 때 보존가치가 매우 높 다. 석호는 담수와 해수가 공존하는 기수호로 표층에는 담수 심층에는 해수가 존재하고 있어 수심이 얕다 하더 라도 표층과 심층의 순환이 극히 제한되어 있다. 따라서 대부분 석호의 경우 심층에는 용존산소가 거의 없거나 고갈된 상태이다. 그러므로 심층에서는 혐기성분해가 진 행되므로 유기물의 분해가 매우 느릴 뿐 아니라 부산물 이 생성되어 호수 수질을 더욱 악화시킨다.

    호수의 부영양화는 일반적으로 호수에서 제한영양염 으로 작용하는 인의 유입증가에 의해 일어나며, 이에 따 라 식물플랑크톤의 현존량이 증가하고 투명도가 감소하 게 된다. Carlson (1977)은 투명도, 엽록소 a 농도 및 총 인으로부터 계산되는 부영양화도 지수 (Trophic State Index, TSI)를 제안하였으며 Aizaki 등(1981)은 이를 수 정한 수정지수(Modified Trophic State Index, TSIm)를 제안하였다.

    동해안의 석호는 자연호가 지닌 중요성에도 불구하고 연구 결과가 매우 적은 편으로 호수의 수질과 관련하여 수편의 연구 보고서와 논문이 있으나 그나마 특정 호수 (청초호, 영랑호, 경포호 등)에 편중되어 있다. 전 등 (1996)은 동해안 자연 호수의 수질조사와 관련하여 동 해안 대부분의 자연호가 엽록소 a와 총인을 기준으로 볼 때 과부영양화 수준에 있음을 지적하였다. 동해안 석 호의 동∙식물상은 기수호의 특이성(염분, 수온, 용존산 소 등) 때문에 해양이나 담수에 비해 다양성이 현저히 낮은 것으로 보고된 바 있다 (김일회, 1996;김현준, 1996).

    본 연구에서는 경포호, 향호, 매호, 청초호, 영랑호, 송 지호 및 화진포호를 대상으로 부영양화의 지표가 되는 엽록소 a, 총인, 총질소, 투명도 등을 조사하였으며 이들 자료로부터 TSI를 계산하고 부영양화 정도를 비교하였 다. 또한 기수호의 특성을 고려하여 수온, 전기전도도, 염 분, SS 및 COD 등도 함께 조사 비교하였다.

    재료 및 방법

    동해안 석호의 행정구역상 분포를 보면 경포호와 향 호는 강릉시, 매호는 양양군, 청초호와 영랑호는 속초시, 송지호와 화진포호는 고성군에 위치한다(Fig. 1). 각 호 수의 오염원과 인(P), 질소(N)의 일일 발생량은 Table 1 과 같으며, 각 발생원별 원단위는 국립환경연구원(1990) 의 자료가 타당하다고 판단하여 이를 사용하였다(Table 2). 이들 석호의 주요 오염원은 청초호를 제외하고는 각 호수마다 약간의 차이는 있으나 주로 가축배설물과 농 경배수인 것으로 판단된다. 이들 석호의 오염발생량을 보면 질소의 경우 청초호가 681 kgN/day로 가장 많으 며, 송지호가 55 kgN/day로 가장 적은 것으로 나타났다. 인의 경우도 청초호가 137 kgP/day로 가장 많으며, 송지 호와 매호가 각 9 kgP/day로 가장 적다. 단위면적당 발 생량은 청초호가 질소와 인이 각각 26.6 kgN/km2 및 5.3 kgP/km2으로 가장 많으며, 매호가 각각 7.3 kgN/km2과 0.9 kgP/km2로 가장 작다.

    수질조사는 각 호수 마다 3~4개 지점을 선정하여 실 시하였으며(Fig. 2), 시료는 PVC Van Dorn 채수기를 사 용하여 표층수를 채수하였다. 조사시기는 1998년 5월부 터 11월까지 2개월에 1회씩 조사하였다. 채수된 시료는 실험실로 운반하여 운반즉시 GF/C glass filter로 여과하 여 filter paper는 냉보관하였다가 엽록소 a 분석에 사용 하였고, 계산은 Lorenzen (1967)의 방법을 사용하였다. 여과액은 용존형태의 인분석에 사용하였으며 총인 분석 용 시료는 여과하지 않은 시료를 사용하였다. 무기인은 Standard Methods (1992)의 ascorbic acid법으로 분석하 였으며, 총인 (TP)은 시료 250 ml를 냉장보관하였다가 Standard Methods의 persulfate digestion과 ascorbic acid법에 따라 측정하였다. 질소는 cadmium 환원법으로 분석하였으며 수온, 전기전도도, 용존산소, 염분 등은 Multiprobe (YSI 6000)을 사용하여 측정하였다. 부영양화 도 지수는 Carlson (1977)이 제안한 지수(TSI)를 사용하 여 계산하였다.

    식물플랑크톤은 PVC Van Dorn 채수기로 채수하여 Lugol’s solution으로 고정하고 실험실로 운반하여 안정 된 실험대에 1주일간 정치한 후 Siphon으로 위쪽부터 차례로 48시간 동안 농축하여 광학현미경을 이용하여 분류하였다.

    결과 및 고찰

    수온은 각 호수 마다 10~28°C 범위로 계절적으로 비 슷한 경향을 보였다(Table 3). 표수층의 용존산소는 청 초호와 매호가 약 14.0~15.0 mgO2/L로 과포화상태 이 었다. 이는 식물플랑크톤의 광합성에 의한 것으로 청초 호의 경우 정점 2지점에서 20.0mgO2/L로 매우 높은 농 도가 보고된 바 있다(속초시, 1995;1997). 계절적으로는 경포호가 ’98년 5월에 7.1 mgO2/L로 가장 낮은 값을 보 였으며, 송지호와 화진포호도 7월에 8.0~10.0mgO2/L의 값을 보여 9월과 11월에 비해 낮았다.

    투명도는 대부분의 호수에서 1.0 m 내외의 낮은 값을 보여 매우 혼탁함을 알 수 있다. 특히 경포호, 매호 및 영랑호는 평균 0.5 m 이내의 매우 낮은 값을 보였다. 이 처럼 투명도가 낮은 것은 식물플랑크톤 이외에 무기현 탁물의 농도가 높기 때문이다. 이들 석호의 부유물질 (SS) 농도를 보면 매호 (10.7~28.3 mg/L)와 청초호 (17.7~29.0 mg/L)는 사계절 높은 농도를 보였으며, 그 이외의 호수는 계절적으로 큰 차이를 나타내었다. 호수 내의 부유물질은 주로 식물플랑크톤, 강우시 유입되는 무기현탁물 및 호수내에서 저니의 부상 등으로 발생한 다. 동해안 석호의 경우 비교적 부유물질의 농도가 높은 데 이는 첫째로 식물플랑크톤의 다량 번식이 원인으로 사료된다. 또한 대부분의 석호가 수심이 얕고 수체가 적 어 약간의 강우나 기상변화에 쉽게 저니층이 영향 받는 것도 중요한 요인으로 볼 수 있다.

    경포호와 영랑호는 준설에 따른 퇴적층의 교란이 부 유물질 중가의 중요한 원인중의 하나로 판단된다. 향호 는 오랜기간 규사를 채취하여 왔으며 현재에도 계속해 서 준설에 준하는 수준으로 규사를 채취하고 있어 호수 내의 무기현탁물 증가에 크게 기여하고 있는 것으로 보 인다. 청초호는 1995년 이후 호수 주변의 유원지 개발로 호수의 남∙서쪽이 매립(237,000 m2)되고 있어 이로인 한 다량의 무기현탁물이 호수내에 영향을 주었을 것으 로 판단된다. 본 연구결과 청초호는 엽록소 a 농도가 다 른 석호에 비해 낮은 수준인데 부유물질의 농도는 오히 려 높은 것으로 보아 매립에 따른 영향이 큰 것으로 보 인다. 즉, 부유물질 증가로 조류에 대한 광저해가 있었던 것으로 판단된다. 화진포호의 경우는 5월과 7월에 걸처 남호(19~29 mg/L)와 북호(11~16 mg/L)에서 모두 높 았는데 이 시기에 염분이 높은 것으로 보아 해수 유입 에 따른 저니층의 교란 등이 원인이 되었을 것으로 추 정된다. 특히 오염원이 적고 해양과 인접되어 있는 남호 에서 더 높았던 것으로 보아 연관성이 큰 것으로 사료 된다. 한편 호수내의 부유물질이 식물플랑크톤 성장의 중요한 제한 인자중의 하나인 것으로 판단된다.

    COD는 청초호 (2.7~4.1 mgO2/L)와 송지호 (3.2~8.4 mgO2/L)를 제외하고는 각 호수 마다 계절적으로 큰 변 화를 보였다. 경포호는 7.1~11.6 mgO2/L, 향호는 4.5~ 10.8 mgO2/L, 매호는 4.2~13.7 mgO2/L, 영랑호는 4.4~ 15.2 mgO2/L, 화진포호의 북호와 남호는 각각 3.8~10.0 mgO2/L와 3.6~16.4 mgO2/L이였다. 우리나라 호수의 COD 수질 등급으로 볼 때 대부분의 석호가 IV~V등급 수준인 것으로 판단된다. 염분은 청초호의 경우 사계절 17.4~30.3‰ 높은 농도를 보여 해수와의 교환이 활발 함을 알 수 있다. 화진포호는 5월과 7월에 북호(24~25 ‰)와 남호(17.1~18.4‰)에서 비교적 높은 것으로 조사 되었다. 염분이 가장 낮은 호수는 영랑호이었다.

    수온, 용존산소 및 염분의 수직분포를 보면 각 호수 마다 수심에 따라 약간의 차이는 있으나 대부분 중층에 서 강한 화학성층(chemocline)이 형성되었으며, 화학성 층 이하 지역에서 염분이 증가하고 용존산소가 감소되 었다. 또한 각 호수 마다 11월에는 표층보다 심층에서 수온이 약간 높은 수온역전층을 보였다(Fig. 3). 향호의 경우 약 2m에서 화학성층이 형성되었으며 심층의 염분 이 약 16‰ 정도로 표층에 비해 크게 높았다. 용존산소 는 심층에서 거의 고갈상태를 보였다. 수온은 화학성층 이하 지역에서 표층수보다 약 2°C 정도 높았다. 영랑호 는 ’98년 7월에 화학성층이 약 2m에서 형성되었으나, 11월에는 약 3.5 m에서 관찰되었다. 수온, 용존산소 및 염분의 수직분포는 화학성층 이하 지역에서 향호와 유 사한 경향을 보였으며, 심층에서의 염분이 7월과 11월에 각각 약 10‰와 13‰이었다. 염분의 수평분포는 각 호 수마다 약간의 차이는 있으나 유입수가 유입되는 지점 이 낮고 방류구 지역이 높은 것으로 나타나 해수의 역 류현상이 있는 것으로 판단된다. 이러한 현상은 표층보 다는 심층에서 큰 것으로 사료된다. 화진포호의 경우 표 수층의 정점 1과 4가 각각 약 12‰와 18‰로 변화가 크지 않았으나 심층에서는 정점 1과 4가 각각 14‰와 31‰로 방류구 지역이 유입수 지역보다 2배 이상 높았 다(Fig. 4).

    영양염류 농도는 각 호수 마다 계절별로 큰 차이를 보였으며, 총인(TP)과 용존무기인(DIP)의 경우 각 호수 마다 우기인 9월에 높았다(Table 4). 경포호의 총인 농 도는 0.113~0.477 mgP/L 다른 석호에 비해 비교적 높 은 값을 보였다. 향호와 매호는 각각 0.032~0.391 mgP/L와 0.063~0.363 mgP/L의 범위로 유사하였다. 청 초호와 영랑호는 각각 0.084~0.253 mgP/L와 0.085~ 0.215 mgP/L의 범위로 두 호수의 총인 농도가 유사하였 다. 송지호와 화진포호는 해수의 영향을 많이 받는 호수 쪽의 총인 농도가 비교적 낮았다.

    엽록소 a 농도는 매호, 향호, 청초호 및 영랑호에서 ’98 년 5월에 각각 86.0, 109.5, 71.3 및 101.3 mg/m3으로 다 른 계절에 비해 높았다. 특히 영랑호의 경우는 7월과 9 월에도 각각 91.8 및 98.8 mg/m3으로 높은 농도를 보였 다. U.S. EPA (1976)에서는 엽록소 a 농도가 10 mg/m3 이 상이면 부영양호로 분류하고 있으며, Forsberg와 Ryding (1980)은 40 mg/m3 이상을 과부영양호로 분류하고 있다. 따라서 이들의 분류에 따르면 동해안 석호는 대부분 과 부영양호의 수준으로 판단된다.

    식물플랑크톤의 우점종을 보면 청초호 경우 Chlorophyta 속의 Microspora sp.가 우점종이였으며, 그 이외의 호수는 Cyanophyta 속의 Oscillatoria sp.가 사계절 모두 우점종으로 나타났다(Fig. 5). 청초호의 경우 1995년 3 월에는 Peridinium spp. (속초시, 1995), ’96년 10월에는 Chaetoceros sp. (전 등, 1996), ’97년 2월에는 Euglena sp. 가 우점종으로 출현한 바 있다(속초시, 1997). 이처럼 청 초호에서 우점종이 자주 변화하는 것은 1995년 이후 계 속되고 있는 공유수면 매립에 따른 수체의 변화 때문으 로 보인다. 경포호는 1990년 5월에 남조류인 Phormidium tenueOscillatiria chalybea, 6월에는 Oscillatiria sp.와 규조류인 Nitzschia frustulum, 9월에는 남조 류인 Microcystis aeruginosa와 규조류인 Nitzschia frustulum, 10월에는 규조류인 Melosira islandica, Synedra acusNitzschia frustulum 등이 우점종으로 출현 한 것으로 보고된 바 있다(강릉시, 1990). 그러나 경포호 는 1991년부터 1995년까지 5차에 걸친 준설(666,988 m3)로 인해 대부분의 수생식물이 제거되었으며 수질이 매우 악화된 것으로 판단된다. 본 조사에서 사계절 모두 부영양호의 지표종인 Oscillatoria sp.가 우점한 것도 경 포호의 수질이 매우 악화되었음을 보여주는 것이다. 영 랑호는 1993년에 남조류인 Microcystis sp.와 Oscillatoria sp.가 우점종이었다 (속초시, 1993). 또한 김 등 (1995)은 1993년 8월 영랑호 조사에서 Microcystis ichthyoblabe, M. aeroginosa, M. flos-aquae, M. wesenbergii가 우점종이었으며 이들이 독소를 함유하고 있다 고 하였다.

    동해안 석호들의 유역면적대 호수면적비 (drainage area/surface area; Da/Sa)를 보면 매호가 81로 가장 크며 송지호의 남호가 가장 작은 3이다(Table 5). 본 조사 호 수의 Da/Sa 비는 호수내의 TN/TP 비와 관련이 있는 것 으로 보인다(R2=0.51, Fig. 6). 즉, 호수의 유역면적이 넓 으면 넓을 수록 인부하량이 질소부하량에 비해 상대적 으로 많음을 알 수 있다. Da/Sa 비가 가장 큰 매호의 경 우 TN/TP 비가 6이였으며, Da/Sa 비가 가장 작은 송지호 의 남호의 경우 TN/TP 비가 14으로 나타났다. 국내 주 요 인공호의 경우 TN/TP 비가 약 40~160, 하구호가 약 20~30 정도로 보고된 바 있는데(Kim et al., 1997), 이들 자료와 비교해 볼 때 동해안 석호는 6~14로 하구호 보 다 낮은 수준인 것으로 보인다. TN/TP 비가 비교적 낮 은 것으로 보아 질소가 상대적으로 인해 비해 적은 것 으로 보인다. 그러나 인과 질소의 농도가 높기 때문에 조류의 성장은 영양염류의 부족이 제한하고 있는지는 확실치 않다. 따라서 호수의 부영양화를 방지하기 위해 서는 유역으로부터 유입되는 인부하량 감소가 절대적으 로 필요하다고 판단된다. 각 호수의 최대 수심은 향호가 약 14.0m로 가장 깊으며 경포호가 약 1.3m로 가장 얕 다. 향호의 수심이 동해안 석호중 가장 깊은 것은 규사 채취에 따른 준설이 원인이다.

    각 호수의 TSI 계산에 사용된 자료 (SD, Chl, TP)는 Table 5에 제시하였으며, TSI는 하계 평균치를 사용하는 지수이므로 본 연구에서는 식물플랑크톤의 성장시기를 고려하여 5월, 7월 및 9월의 평균치 자료를 사용하였다. 일반적으로 부영양화도를 판정하는 자료로 겨울을 포함 하여 연 평균치나 연간 최대치를 사용하는 Vollenweider 와 Kerekes (1981)방법이 있으며, 6월부터 9월까지 여름 기간의 평균치를 사용하는 Forsberg와 Ryding (1980)이 제안한 방법이 사용된다. 투명도의 경우 일반적으로 식 물플랑크톤 이외의 무기현탁물에 의한 부분은 제외시키 는 것이 바람직하다. 그러나 본 연구의 대상 호수들은 수심이 얕고 수체가 적은 석호의 특성상 부유물질(SS) 이 많은 반면에 식물플랑크톤의 밀도도 높아 무기부유 물질이 많은 자료들만을 제외시키기 어려워 모든 자료 를 정상적으로 사용하였다.

    Table 5에 제시된 자료를 이용하여 계산한 TSI는 Table 6과 같다. 각 호수들의 평균 TSI를 보면 56~79 정도로 영랑호가 79로 가장 크며, 송지호의 남호가 56으 로 가장 작다. 한강수계 인공호의 TSI는 1987년에는 45~50 정도로 보고 되었으며(김 등, 1988), 낙동강 수계 는 본류의 경우 60~80 정도로 밟혀진 바 있다(허 등, 1995). 따라서 동해안 석호의 경우 낙동강 본류와 유사 한 영양상태를 보이는 것으로 판단된다. 또한 세 개 지 수의 평균 TSI는 호수의 TN/TP 비와 관계가 있는 것으 로 보인다(R2=0.58, Fig. 7). 이러한 결과는 전국 대형 인 공호수(R2=0.60)의 경우도 유사한 것으로 보고된 바 있 다(Kim et al., 1997).

    사 사

    본 연구 수행에 많은 도움을 준 원주지방환경관리청 측정분석과의 석호 조사팀에 감사드립니다. 아울러 측정 분석에 도움을 준 삼척대학교 환경공학과 생태학실험실 전원에 감사드립니다.

    Figure

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    Map showing the location of study lakes.

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    Map showing the sampling sites (Lake Kyungpo). a) Lake Maeho, b) Lake Hyangho, c) Lake Chungcho, d) Lake Yungrang, e) Lake Songji, f) Lake Hwajinpo.

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    Vertical profiles of temperature, dissolvd oxygen and salinity in lakes (Lake Hangho and Lake Youngrang).

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    Horizontal variations of salinity in Lake Hwajinpo. Values are average of each site during the study period.

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    Standing crops (cells∙mL-1) of dominant phytoplankton in lakes from May 1998 to November.

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    Scatterplot of Da/Sa vs. TN/TP ratio.

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    Scatterplot of average TSI vs. TN/TP ratio.

    Table

    Pollution sources and generation loadings (N, P) in watershed of Lakes

    Nitrogen and phosporus unit discharge from the sources in watershed (국립환경연구원, 1990)

    Monthly variations of the relevent hydrographical parameters in lakes. Values are average of surface water of all sites

    Monthly variations of nutrients and chlorophyll a concentration, and TN/TP ratio in lakes. Values are average of surface water of all sites

    Summer average of trophic state parameters of the lakes at the the eastern coast from May to September 1998. Songji (N) and Hwajinpo (N); north area of lake, Songji (S) and Hwajinpo (S); south area of lake, Da; drainage area (km2), Sa; surface area (km2), Zm; maximum water depth (m), SD; Secchi disk depth (m), SS; suspended solids, TP; total phosphorus concentration (mgP/L), TN; total nitrogen concentration (mgN/L), Chl; chlorophyll a concentration (mg/m3), DPhy; Dominant Phytoplankton

    TSI of the lakes of the eastern coast. TSI; trophic state index (Carlson, 1977). TSI was calculated from warm season average

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