[논문]NETWRK을 이용한 쇄파대 생태계의 탄소수지와 네트웍 해석

강윤호

doi:10.5657/kfas.2004.37.1.033

NETWRK을 이용한 쇄파대 생태계의 탄소수지와 네트웍 해석
Carbon Budget and Network Analysis of a Surf Zone Ecosystem by NETWRK 원문보기

한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society, v.37 no.1, 2004년, pp.33 - 43

Abstract ▼ AI-Helper

A carbon budget model was constructed and analyzed for the Bangjukpo surf zone ecosystem in southern Korea by using the NETWRK. The model consists of 11 living and 1 non-living groups. Using boxes and arrows, a topological map was created to depict biomasses of each group and exchange rates between them. The system includes primary producers of phytoplankton and benthic algae, primary consumers of particle feeding zooplankton, carnivorous zooplankton, meiobenthos, malacostracans and bivalves, and top consumers of detrivorous, omnivorous, carnivorous and piscivorous fishes. The surf zone ecosystem was analyzed by means of network analysis, showing total system throughput of $574\;gCm^{-2}yr^{-1},$ development capacity of $1,876\;gCm^{-2}yr^{-1},$ ascendancy value of $768\;gCm^{-2}yr^{-1},$ Finn cycling index of $4.4\%$ and internal relative ascendancy of $27\%.$ These results were compared with similar data from other systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 통해 계를 구성하는 다양한 생물.비생물 그룹간의 생체량 및 에너지 흐름 등의 상호관계를 파악하고자 하였다. 둘째, 네트웍 해석을 실행한다.
둘째, 네트웍 해석을 실행한다. 이를 통해 연구해역의 생태특성과 기능에 대해 조사하고자 하였다. 네트웍 해석은 다음과 같이 input-output analysis, Lindmann trophic analysis, biogeochemical cycling analysis 그리고 global system analysis의 네 가지로 구성된다.

가설 설정

(Valiela, 1984). 계는 정상 상태를 유지하며 계를 구성하는 그룹으로 유입되는 양은 유출 되는 양과 평형을 이룬다고 가정하였다. 일차 및 이차생산량 은 상위 소비자의 먹이로서 사용되거나 쇄설물로 전환되거나 혹은 계를 이출하는 것으로 가정하였다.
일차 및 이차생산량 은 상위 소비자의 먹이로서 사용되거나 쇄설물로 전환되거나 혹은 계를 이출하는 것으로 가정하였다. 식물플랑크톤에 의한 총 일차생산량은 순 일차생산량과 호흡의 합으로 가정하였다. 쇄설물은 쇄설물식자에 의해 섭식되거나 퇴적물로 이동하여 수주에서 이출된다.
, 1991)로 가정하였고 이들은 쇄설물로 이동되는 것으로 계산하였다. 외해로의 이출은 남아프리카 해빈연구를 참고하여 생산량의 약 5%로 가정하였다 (Heymans and Baird, 1996). Zooplankton 생체량은 ind.
계는 정상 상태를 유지하며 계를 구성하는 그룹으로 유입되는 양은 유출 되는 양과 평형을 이룬다고 가정하였다. 일차 및 이차생산량 은 상위 소비자의 먹이로서 사용되거나 쇄설물로 전환되거나 혹은 계를 이출하는 것으로 가정하였다. 식물플랑크톤에 의한 총 일차생산량은 순 일차생산량과 호흡의 합으로 가정하였다.
구성 되 며 , 생 체 량은 직접 관즉하였고, P/B and C/B 비는 Odum and Odum (1955)을 인용하였다. 일차생산자의 호흡을 생산량의 20%로 가정하였 匸+ (Parsons et al., 1984; Baird and Ulanowicz, 1989). 침줄량은 생산량의 25% (Valiela, 1984, Baird and Ulanowicz, 1989; Jorgensen et al.
, 1984; Baird and Ulanowicz, 1989). 침줄량은 생산량의 25% (Valiela, 1984, Baird and Ulanowicz, 1989; Jorgensen et al., 1991), 사망량은 생산량의 9.6% (Jorgensen et al., 1991)로 가정하였고 이들은 쇄설물로 이동되는 것으로 계산하였다. 외해로의 이출은 남아프리카 해빈연구를 참고하여 생산량의 약 5%로 가정하였다 (Heymans and Baird, 1996).

제안 방법

쇄설물은 쇄설물식자에 의해 섭식되거나 퇴적물로 이동하여 수주에서 이출된다. 경우에 따라 탄소나 에너지 섭취량은 성 장계수 (P.C 비)로, 생산량이나 호흡량은 R8와 P:R 비를 이용하여 계산하였다. B는 생체 량으로 단위는 gem®를 갖는다.
, 1999). 먹이조성은 생물그룹을 이루는 주요 종의 위 내용물 분석으 로 측정하였다 (Table 2). 조성은 무게, 부피나 에너지 함량을 백분율로 표현하며 모두 더하여 1이 되도록 한다.
본 연구에서는 방죽포 해안을 NETWRK IV 프로그램을 이용하여 해빈생태계 모형을 구축하였다. NETWRK는 계의 다양한 특성 및 생태관련 계수들을 계산하도록 만들어진 컴퓨터 프로그램이다.
쇄설물은 퇴적물과 수괴에서 입자성 및 용존성 유기물을 모두 포함한다. 수질시료는 거르고 말린 후 무게를 측정하였다. 퇴적물은 표서생물과 어류에 의해서만 제한적으로 이용되 기 때문에 표층 5 cm 깊이에서 채취하였다 (Lin et al.
실험결과는 탄소흐름행렬로 표현되며 이를 이용하여 다양한 네트웍 해석이 가능하도록 하였다. 본 연구에 적용된 모형 의 탄소수지는 Fig.

대상 데이터

(2000)을 인용하였다. Detrivorous fish의 경우 Horinouchi and Sano (2000), Huh and Kwak (1997, 1998, 1999), Kimura et al. (1987), Masuda et al. (1984), Yamahira et al. (1996)을 인용하였다. Omnivorous fish 의 경우 Pisarevskaya and Aksenova (1991), Shuozeng and Jiming (1993)을 인용하였다.
먹이종류는 쇄설물식, 초식, 잡식, 육식으로 구성되며 주요먹이의 종류 혹은 영양단계로부터 결정된다. 꼬리의 형태는 FishBase (Froese and Pauly, 2003)로 부터 자료를 구하였다.
본 연구의 대상지역인 방죽포는 전라남도 여수시 돌산도 에 위치하는 모래해안으로서 1998년부터 2000년에 걸쳐 종 합적 생태연구가 이루어진 바 있다. (MOMAF, 2001).
Omnivorous fish 의 경우 Pisarevskaya and Aksenova (1991), Shuozeng and Jiming (1993)을 인용하였다. 특히, carnivorous fish와 piscivorous fish의 경우 Nasir (2000)와 본 연구지역에서 비교적 가까운 광양만에서 보고된 자료를 인용하였다 (Huh and Kwak, 1997, 1998, 1999, 2002).

이론/모형

계산된 값을 습중량 (Ricciardi and Bourgel, 1998)으로 전환한 후 다시 탄소량으로 최종 전환하였다. Amphipod의 생산량을 구하기 위해 size-frequency법을 이용하여 FZ0비를 구하였다 (Yu, 2001). Harpacticoid copepods와 cumaceans의 생체 량은 ind.
Meiobenthos는 amphipods, harpacticoid copepods, cumaceans으로 구성된다. Amphipod의 생체량은 회귀식을 이용하여 구하였다 (Yu, 2001): DW=a BLb; Z泌는 건중량, BLe 체장, a와 는 계수이다. 계산된 값을 습중량 (Ricciardi and Bourgel, 1998)으로 전환한 후 다시 탄소량으로 최종 전환하였다.
Lindman 영양해석 결과는 Lindman 변환행 렬 (Table 5)에 제시하였고 행렬에서 행은 영양단계를 열은 그룹을 지시한다. (Ulanowicz, 1999).
, 1986) 으로부터 구하였다. Malacostraca는 Lin et aL(1999)과 Bowman et al. (2000)을 인용하였다. Detrivorous fish의 경우 Horinouchi and Sano (2000), Huh and Kwak (1997, 1998, 1999), Kimura et al.
(1996)을 인용하였다. Omnivorous fish 의 경우 Pisarevskaya and Aksenova (1991), Shuozeng and Jiming (1993)을 인용하였다. 특히, carnivorous fish와 piscivorous fish의 경우 Nasir (2000)와 본 연구지역에서 비교적 가까운 광양만에서 보고된 자료를 인용하였다 (Huh and Kwak, 1997, 1998, 1999, 2002).
data)을 이용하였다. P/B 비는 von Bertalanffy growth function과 연평균 수온에 근거하는 경험식 (Pauly, 1980)을 이용하여 구하였다. 성장자료가 없을 경우 Froese et al.
본 연구해역의 생태계는 12개 그룹의 먹이망 네트웍으로 구성되며 그룹을 구성하는 주요 생물종과 그룹의 생 체 량, P/B, C/B 비는 Table 1과 같다. Phytoplanktone chlorophyll a와 생산 량 관측자료 (Song, 2002)를 상관식 (Parsons et al., 1984)을 이용하여 탄소량으로 전환하였다: chl-a to carbon=25:l; carbon to dry weight (£>JT)=1:2.5; DW to wet weight {WW)=l:5. 저서성 조류는 Ulva perft/sa와 Codium fragileS.
Amphipod의 생체량은 회귀식을 이용하여 구하였다 (Yu, 2001): DW=a BLb; Z泌는 건중량, BLe 체장, a와 는 계수이다. 계산된 값을 습중량 (Ricciardi and Bourgel, 1998)으로 전환한 후 다시 탄소량으로 최종 전환하였다. Amphipod의 생산량을 구하기 위해 size-frequency법을 이용하여 FZ0비를 구하였다 (Yu, 2001).
린드만영양해석은 Lindmann (1942)이 제시한 영양에 대한 개념에 근거하여 네트웍을 조사한다. NETWRK에서 유효영 양단계는 변환행렬의 영양단계에 가중치를 주고서 모두 더한 값으로 계산한다.
해석결과는 total system throughput, development capacity, ascendancy, system overhead, Finn cycling index 등의 정 량적 수치로 제공된다. 먹이망구축과 네트웍 해석은 생태계모형 NETWRK IV을 이용하였다 (Ulanowicz, 1987). 마지막으로 네트웍 해석의 결과는 다른 계의 특성과 비교되었다.
P/B 비는 von Bertalanffy growth function과 연평균 수온에 근거하는 경험식 (Pauly, 1980)을 이용하여 구하였다. 성장자료가 없을 경우 Froese et al. (cited in Froese et al., 2002)의 경험식을 사용하였다. 경험식의 입 력자료는 평균수온과 점근체 장이다.
(1993)와 Polovina (1984)를 인용하였다. 어류생체량은 Han (unpubl. data)을 이용하였다. P/B 비는 von Bertalanffy growth function과 연평균 수온에 근거하는 경험식 (Pauly, 1980)을 이용하여 구하였다.
성장자료 및 최대체장은 문헌자료로부터 구하였다. 어류의 脇비는 Palomares and Pauly (1999)의 경험식을 사용하여 구하였다. 식에는 수온, 먹이종류, 체장, 체중, 꼬리 지느러미 자료를 사용한다.
Harpacticoid copepods와 cumaceans의 생체 량은 ind./rr?의 관즉값 (Seon, 2001; Suh and Koo, 1997)을 평균체장과 실험식을 이용하여 습중량으로 구 하였다 (OSJ, 1986): Log WW=a+bLogL-, 는 습중량, a와 方는 계수, Ze 체장이다. 이를 다시 탄소량으로 전환하였다.
(MacDonald and Green, 1983). 저서생물의 먹 이조성은 amphipods (Yu et al., 2002b), harpacticoids와 cumaceans (Riddle et al., 1990; Schwinghamer et al., 1986) 으로부터 구하였다. Malacostraca는 Lin et aL(1999)과 Bowman et al.
5℃이다. 점근체장 자료가 없으 면 Froese and Binohlan (2000)가 제시한 경험식을 이용하여 구할 수 있다. 성장자료 및 최대체장은 문헌자료로부터 구하였다.

성능/효과

에너지흐름 계산결과 방죽포 해빈생태계를 구성하는 생물그 룹 중 phytoplankton (185 gCm'yr")과 detritus (119 gCm'2 yr'1) 가 가장 중요한 것으로 나타났다. 다음으로는 benthic algae, particle feeding zooplankton, carnivorous zooplankton, meiobenthos로서 21.
NETWRK 의 하부모형 IMP ACTS 를 이용하여 계산한 결과 9가지 경우의 편익포식이 있는 것으로 나타났다. (1) phytoplanktone- 포식하는 meiobenthos, (2) particle feeding zooplankton 을 포식하는 malacostraca, (3) carnivorous zooplankton 을 포식하는 malacostraca, (4) phytoplankton을 포식하는 omnivorous fish, (5) particle feeding zooplankton을 포식하는 omnivorous fish, (6) particle feeding zooplankton을 포식하는 carnivorous fish, (7) carnivorous zooplanktoii을 포식 하는 carnivorous fish, (8) meiobenthos를 포식하는 piscivorous fish 그리고 (9) malacostraca를 포식하는 piscivorous fish.
, 1989). 4:G 비가 높으면 계가 잘 조직화되었다는 것을 의미한다. 교란이 미칠 경우 계가 분리되는 경향은 작다고 할 수 있다.
NETWRK 의 하부모형 IMP ACTS 를 이용하여 계산한 결과 9가지 경우의 편익포식이 있는 것으로 나타났다. (1) phytoplanktone- 포식하는 meiobenthos, (2) particle feeding zooplankton 을 포식하는 malacostraca, (3) carnivorous zooplankton 을 포식하는 malacostraca, (4) phytoplankton을 포식하는 omnivorous fish, (5) particle feeding zooplankton을 포식하는 omnivorous fish, (6) particle feeding zooplankton을 포식하는 carnivorous fish, (7) carnivorous zooplanktoii을 포식 하는 carnivorous fish, (8) meiobenthos를 포식하는 piscivorous fish 그리고 (9) malacostraca를 포식하는 piscivorous fish.
(Ulanowicz, 1999). 본 실험결과 최상위 포식자인 어류식어류 의 유효영양단계는 4.07이며 그 다음은 잡식성어류로서 3.38 로 나타났다 (Table 6). 연구해역의 Lindman Spine (Fig.
교란 받는 계에서 취 약고리는 붕괴되기 쉬워 큰 규모의 넥서스는 뚜렷이 감소한다. 본 연구에서 24개와 16개 순환을 갖는 넥서스가 나타난 것으로 보아 방죽포 쇄파대계는 큰 교란을 받지 않는 것으로 해석된다. (Table 7).
생지화학순환해석 결과 순환과 넥서스는 Chesapeake 만, Kromme 하구보다는 크고 남아프리카의 해빈/쇄파대보다는 작게 나타났다. 이는 외부로부터 계에 미치는 물리적 혹은 생물적 교란이 비교적 작다는 것을 의미한다.
이는 외부로부터 계에 미치는 물리적 혹은 생물적 교란이 비교적 작다는 것을 의미한다. 아울러, FCI는 계 내에서 순환되는 물질의 분율로서, Southern Benguela와 페루연안 보다 크지만 South Carolina 염습지, Northern Benguela 용승역, 남아프리카 해빈/쇄파대에서보다는 작은 것으로 나타났다. 또한 먹이의 평균경로 APLe 서아프리카 용 승역, 남아프리카 해빈/쇄파대 환경에 비해 작게 평가되었으 나, Kromme 하구의 값과 유사하게 나타났다.
즉, 일차생산량 을 소비할 이차이상의 소비자가 충분치 않다는 의미이며 따라서 총에너지흐름은 작게 평가되었다. 연구해역의 총에너지흐 름이 작기 때문에 지배성과 발전용량 역시 남아프리카의 해빈 /쇄파대와 서아프리카 용승역에 비해 각각 12-18%, 14-20%인 것으로 나타났다. 한편, 일차생산량이 높은 이유는 본 해역에서 일차생산에 필요한 영양염이 원활하게 공급된다는 의미로 해석된다.
2%가 되었다. 영양단계의 일차에서 영양효율은 32%로서 Ems (60%), Ythan (46.9%), Swartkops (41%) 하구에 비해서는 작으며 , 일차생산량을 비효율적으로 사용하였다고 추론할 수 있다. (Baird and Ulanowicz, 1993).
APLe 총에너지 흐름과 총외부이입량의 함수로 결정되며 이입량이 증가할수록 APLe 감소하개 된다. 즉, 외부 해역과의 물질교환율과 상관관계가 있는 것으로 파악되었다. 본 연구에서는 남아프리 카 해빈/쇄파대에서 보고된 교환율 자료를 이용하였으나, 향후 파와 해류 등 물리관측을 통한 현장자료를 이용하여 보다 정확한 해석이 이루어져야 할 것으로 생각되었다.
,e, malacostraca, carnivorous fish, omnivorous fish, detrivorous fish, piscivorous fish 순서로 평가되었다n 린드 만영양해석 결과 일차영양단계의 영양효율이 Ems, Ythan, Swartkops 하구에 비해 작은 것으로 보아, 해역의 일차생산량 을 충분히 사용하지 못하고 있음을 알 수 있다. 즉, 일차생산량 을 소비할 이차이상의 소비자가 충분치 않다는 의미이며 따라서 총에너지흐름은 작게 평가되었다. 연구해역의 총에너지흐 름이 작기 때문에 지배성과 발전용량 역시 남아프리카의 해빈 /쇄파대와 서아프리카 용승역에 비해 각각 12-18%, 14-20%인 것으로 나타났다.

후속연구

즉, 외부 해역과의 물질교환율과 상관관계가 있는 것으로 파악되었다. 본 연구에서는 남아프리 카 해빈/쇄파대에서 보고된 교환율 자료를 이용하였으나, 향후 파와 해류 등 물리관측을 통한 현장자료를 이용하여 보다 정확한 해석이 이루어져야 할 것으로 생각되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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