A preliminary quantitative model of the trophic structure in Gwangyang bay, Korea was obtained using ECOPATH and data from relevant studies to date in the region. The model integrates and analyzes biomass, food spectrum, trophic interactions and the key trophic pathways of the system. The bay model ...
A preliminary quantitative model of the trophic structure in Gwangyang bay, Korea was obtained using ECOPATH and data from relevant studies to date in the region. The model integrates and analyzes biomass, food spectrum, trophic interactions and the key trophic pathways of the system. The bay model comprises 9 groups of benthic primary producer, phytoplankton, zooplankton, benthos, bivalve, pelagic fish, demersal fish and piscivorous fish. The total system throughput was estimated at $2.4\;kgWW/m^2/yr$, including a consumption of $41\%$, exports of $9\%$, respiratory flows of $24\%$ and flows into detritus of $26\%$. All of which originate from primary producers measured at $52\%$ and detritus of $48\%$. The total biomass was seen to be high compared to the levels of Somme, Delaware, Chesapeake Bays and Seine Estuary. This seems to be possibly due to artificial bivalve aquaculture and overestimation of benthos and benthic primary producer groups. The deviation can be calibrated by neglecting aquaculture and decreasing the habitat area for the groups. The trophic network of the bay shows a low level of recycling and organization as indicated by Finn's cycling index $3.3\%$, Ascendancy $3.1\;kgC/m^2/yr$ bits, Capacity $5.1\;kgC/m^2/yr$ bits and Redundancy $2.2\;kgC/m^2/yr$ bits. A high relative ascendancy of $62\%$ and a low internal relative ascendancy of $18\%$ indicate the system is not fully organized and stable towards disturbances, depending upon external connections. Although the model should be continuously provided with field data and calibrated further in depth, this study is the first trophic model applied to the region. The model can be a useful tool to understand the ecosystem in a quantitative manner.
A preliminary quantitative model of the trophic structure in Gwangyang bay, Korea was obtained using ECOPATH and data from relevant studies to date in the region. The model integrates and analyzes biomass, food spectrum, trophic interactions and the key trophic pathways of the system. The bay model comprises 9 groups of benthic primary producer, phytoplankton, zooplankton, benthos, bivalve, pelagic fish, demersal fish and piscivorous fish. The total system throughput was estimated at $2.4\;kgWW/m^2/yr$, including a consumption of $41\%$, exports of $9\%$, respiratory flows of $24\%$ and flows into detritus of $26\%$. All of which originate from primary producers measured at $52\%$ and detritus of $48\%$. The total biomass was seen to be high compared to the levels of Somme, Delaware, Chesapeake Bays and Seine Estuary. This seems to be possibly due to artificial bivalve aquaculture and overestimation of benthos and benthic primary producer groups. The deviation can be calibrated by neglecting aquaculture and decreasing the habitat area for the groups. The trophic network of the bay shows a low level of recycling and organization as indicated by Finn's cycling index $3.3\%$, Ascendancy $3.1\;kgC/m^2/yr$ bits, Capacity $5.1\;kgC/m^2/yr$ bits and Redundancy $2.2\;kgC/m^2/yr$ bits. A high relative ascendancy of $62\%$ and a low internal relative ascendancy of $18\%$ indicate the system is not fully organized and stable towards disturbances, depending upon external connections. Although the model should be continuously provided with field data and calibrated further in depth, this study is the first trophic model applied to the region. The model can be a useful tool to understand the ecosystem in a quantitative manner.
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문제 정의
본 연구는 광양만 해양생태계에 적용된 생태계 기반 자원관리 모형으로는 처음으로써, 만의 에너지 흐름 구조와 각종 생 태관련 지수들에 대한 해석을 통해 생태계 기능과 구조를 해석하고자 하였다. 비록 관련 자료의 부족과 부정확성 그리고 먹이망을 구성하는 생물그룹 분류 시 발생하는 문제점이 있지만, 모형실험을 통해 에너지의 양, 흐름, 기능과 각종 생태지수를 산출하였고 이를 통해 만의 생태특성을 설명할 수 있었다.
본 연구에서는 광양만 생태계의 현황을 파악하고 관리목표를 도출하기 위한 기초연구로서 다음과 같은 내용을 파악하고 자 하였다. 첫째, 광양만 생태계의 먹이 망을 구성하는 생물.
가설 설정
, 2004)에 퇴적물 밀도(g/cm‘)를 곱하고 면적을 고려하여 단위면적당 유기물로 표현하였다. 이때 퇴적물 내 유기물은 표서생물과 어류에 의해서 표층 1 cm에서 제한적으로 사용된다고 가정하였다(Rybarczyk and Elkaim, 2003).
제안 방법
성! 째, 만의 생태계 생태학적 통계지수 및 정보지수를 파악한다. 넷째, 이를 다른 해양환경과 비교하여 광양만의 생태계 특성을 파악한다. 다섯째, 본 연구에서 사용된 생태계 모형의 한계와 향후 연구 방향을 제시한다.
비 생물의 생체량, 생산량, 소비량, 생태효율지수, 먹이 조성 등을 파악한다. 둘째, ECOPATH 영양류 모형을 이용하여 영양물질의 총량과 이동 경로를 파악한다. 성! 째, 만의 생태계 생태학적 통계지수 및 정보지수를 파악한다.
먹이 조성은 생물 그룹을 이루는 주요 종의 위 내용물 분석으로부터 가중평균치를 구하였다(Table 2). 조성은 무거〕, 부피나 에너지 함량을 백분율로 표현하며 모두 더하여 100이 되도록 하였다(MacDonald and Green, 1983).
또한, P/B, Q/B, 먹이조성 자료 중 많은 부분은 외국 문헌을 인용하였다. 모형실험에서 P/B와 Q/B값은 거의 변경하지 않은 반면 생태 효율지수와 먹이조성 자료를 주로 증감하여 보정 및 검증 작업을 수행하였다. 따라서 P/B와 Q/B값에 대한 신뢰도는 중요하다고 할 수 있다.
셋째, 신뢰할 수 있는 모형입력자료를 취득하기 위해서는 현장과 실내에서 의 실험이 필요하다. 본 모형에서는 문헌에서 제시된 생물들 을 크기나 먹이특성 등을 고려하여 9개 그룹으로 정의하였으 나 보다 많은 그룹으로 세분할 필요가 있다. 양적으로 우점하 거나 성장특성이 서로 다른 생물을 한데 묶음으로서 개체의 특성이 충분히 드러나지 않을 수 있기 때문이다.
첫째, 광양만 생태계의 먹이 망을 구성하는 생물. 비 생물의 생체량, 생산량, 소비량, 생태효율지수, 먹이 조성 등을 파악한다. 둘째, ECOPATH 영양류 모형을 이용하여 영양물질의 총량과 이동 경로를 파악한다.
유기 쇄설물 그룹은 수괴와 퇴적물 내 입자성 및 용존성 유기물을 포함한다. 수괴내 유기물은 만에서 관측된 POC(단위 mgC/L; Kwon et al., 2002)에 평균수심 (m) 을 곱하여 단위면적 당 유기물로 표현하였다. 퇴적물 내 유기물은 관측된 TOC (단 위 mgC/g; Hyun et al.
연구해역의 생태계는 개체의 크기나 먹이 조성이 유사한 9개의 그룹으로 분류하였다. 구성그룹에는 저서 일차생산자, 식물플랑크톤, 동물플랑크톤, 이매패류, 저서생물, 부어류, 저 어류, 어식어류, 유기 쇄설물이 포함된다.
둘째, ECOPATH 영양류 모형을 이용하여 영양물질의 총량과 이동 경로를 파악한다. 성! 째, 만의 생태계 생태학적 통계지수 및 정보지수를 파악한다. 넷째, 이를 다른 해양환경과 비교하여 광양만의 생태계 특성을 파악한다.
대상 데이터
인위적 환 경변화가 회유성어종 보다는 정착성어종에 미치는 영향이 더 크다는 것을 고려하였을 때 계절변화에 따른 생체량 변화가 계의 영양구조에 미치는 영향에 대한 세심한 관찰이 필요하다. 둘째, 본 연구의 대상 해역은 수심, 저질, 염분에 따라 광양만 내만, 여수해만, 노량수도, 섬진강 하구로 세분될 수 있다. 해조류와 패류의 서식지는 저질입도와 수심에 의해 결 정된다.
6 gWW/m2 중 각종의 무게분율은 56, 28, 8, 6, 2%이다. 멸치의 P/B와 Q/B는 Rosado-Solorazano and Guzman del Proo (1998)을 인용하였다. 기타 어종의 경우 식 3과 4를 사용하여 결정하였는데 이때 식에 사용된 점근체장과 점근체중은 Shao and Lin (1991)와 Whitehead (1985)을 인용하였다.
본 연구는 광양만과 여 수해 만의 동서 27 km 와 남북 24 km 의 면적(N 34°45'-34o58', E 127。35, -127。53, )을 대상으로 한다(NORI, 2005). 만의 서측과 북측에 묘도, 금호도, 태인도, 동측에 대도, 갈도 등이 위치한다.
섬진강 하구 기수역과 내만 의 수심은 10m 내외이나 여수해만, 노량수도와 묘도수도는 20-30 m로서 비교적 깊다. 조석은 1일 2회조인 반일주조이며 대조차 3.16m 소조차 1.15m 로서 중조차 환경이다(NORI, http://oceandata.nori.go.kr). 창조시 여수해만으로 유입된 해수는 광양만 내만, 섬진강하구, 노량수도를 향해 분기되고, 낙조 시 반대 방향으로 흘러나와 여수해만을 빠져나가는 왕복성 유동특성을 보인다.
이론/모형
어류의 P/B는 사망률과 동일하다(Allen, 1971). 본 모형에서는 von Bertalanffy growth function과 연평균 수온에 근거하는 경험식(Pauly, 1980) 혹은 Froese and Pauly (2003)의 경험 식을 사용하였다:
9 gWW/m2 중 종에 따른 분율은 각기 23, 20, 18, 10, 10, 8, 6, 5%이다. 비단망둑의 P/B와 Q/B는 Rosado-Solorazano and Guzman del Proo (1998)을 인용하였다. 기타 어종의 경우 식 3과 4를 사용하여 결정하였는데 이때 식에 사용된 점근체장과 점근체중은 Masuda et al.
점근체장은 문헌 자료를 사용하거나 Froese and Binohlan (2000)이 제시한 경험 식을 이용하였다. 한편 어류의 Q/B는 Palomares and Pauly (1999)의 경험 식을 이용하였다:
万 와 d는 먹이 종류에 따라 결정되며 초식일 경우 %=1, d=0, 쇄설물식 h=0, d=l, 육식 h=0, d=0이다. 체중, 꼬리 형태 및 먹이 종류는 주로 FishBase (Froese and Pauly, 2003)를 이용하였고 점근체중 자료가 없을 경우 최대체중을 이용하였다.
점근체장은 문헌 자료를 사용하거나 Froese and Binohlan (2000)이 제시한 경험 식을 이용하였다. 한편 어류의 Q/B는 Palomares and Pauly (1999)의 경험 식을 이용하였다:
성능/효과
그밖의 우점종에는 전어, 꼼치, 풀반댕이, 청멸 등이 포함된다. 1998년에서 2002년 동안 연도별 출현종수와 개체수는 점차적으로 증가하였으나 주둥치에 의한 우점도가 높아지는 것으로 보아 광양만의 환경 변화가 큰 것으로 파악되었다.
이들에 따르면 부유성 난의 우점종은 주둥치, 멸치, 전어, 보구치이며 자치어의 우점종은 주둥치, 멸치, 망둑어류, 전어, 보구치이다. 겨울에 우점하던 까나리와 베도라치는 크게 감소한 반면 멸치나 전어와 같은 회유성 어종의 출현량이 크게 변하지 않은 원인은 만의 환경 변화가 바닥에 산란하는 정착성 어종에게 많은 영향을 미친 것으로 파악하였다. 어류 가운데 주둥치는 개체수 65%, 생체 량 66%를 차지하여 어류군집을 우점하였다.
광양만 생태계의 가장 아래 단계에 있는 저서 일차생산자와 식물플랑크톤 그룹의 영양단계는 1.0이며 가장 상위 단계에 있는 어 식어 류 그룹의 영양단계는는 3.80인 것으로 계산되었다 (Table 3). 모형실험 결과 계를 구성하는 9개 그룹은 5개 영양단계로 재구성되었다(Table 4).
3으로 제시하였다. 동물 플랑크톤, 이매패류, 저서생물 그룹의 GE는 0.20, 0.21, 0.20으로 계산되어 일반적인 범위에 속하는 것으로 나타났다. 부어류와 저어류그룹의 Q/B는 3.
식물플랑크톤 그룹의 증가는 동물 플랑크톤과 저어류 순서로 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 동물플랑크톤그룹의 증가는 어류 그룹에 다소 양의 효과를 동물플랑크톤 자체에게는 음의 효과를 미쳤다. 음의 효과는 그룹 내 종간 경쟁에 의한 감소를 의미한다.
준설과 매립공사로 인한 인위적 변화를 충분히 고려하지 않고서 추정한 서식면적이 실제 보다 과장된 것으로 판단되었다. 둘째, 핀순환지수는 다른 해역에 비해 작게 3.3%로 계산되었다. 이로부터 만내 물질의 일부는 활발히 해수와 물질을 교환한다.
여수해협의 수심은 깊고 폭은 넓기 때문에 통수량은 다른 반폐쇄형 만, 예를 들어, 마산만에 비해 비교적 큰 편이다. 따라서 광양만의 체류시간 은 짧고 교환율은 높은 특성을 갖으며 이로부터 유기쇄설물의 순환경로는 만의 물리적 특성에 크게 영향을 받는 것으로 판단되었다. 셋째, 상대지 배용량과 내부상대지 배용랑은 각기 62%와 18%이며 잉 여용량은 2.
이는 동물플랑크톤이 저서 일차생산자를 많은 양 직접 포식하기 때문이다. 또한, 저서 일차생산자는 저서생물, 이매패류와 모든 어류 그룹에 크거나 작은 정도로 양의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 저서생물과 이매패류 그룹은 저서 일차생산자를 직접 포식하는 반면, 어류 그룹은 저서생물과 이매패류를 포식함으로써 간접적인 경로를 통해 저서일차생 산자를 포식하기 때문이다.
어류의 경우 1998년부터 2002년까지 종조 성과 출현량 모두 감소하며 소수 어종이 우점하는 경향을 보인다고 보고되었다(Oh, 2003). 모형의 결과는 계의 성숙도 와 안정도 측면에서 만의 특성을 잘 반영하고 있다고 판단되었다.
본 연구는 광양만 해양생태계에 적용된 생태계 기반 자원관리 모형으로는 처음으로써, 만의 에너지 흐름 구조와 각종 생 태관련 지수들에 대한 해석을 통해 생태계 기능과 구조를 해석하고자 하였다. 비록 관련 자료의 부족과 부정확성 그리고 먹이망을 구성하는 생물그룹 분류 시 발생하는 문제점이 있지만, 모형실험을 통해 에너지의 양, 흐름, 기능과 각종 생태지수를 산출하였고 이를 통해 만의 생태특성을 설명할 수 있었다. 향후 자료를 보강하고 생물그룹을 더욱 세분할 수 있으면, 본 모형은 최종적으로만의 생태계 및 수산자원 관리에 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 기대된다.
따라서 광양만의 체류시간 은 짧고 교환율은 높은 특성을 갖으며 이로부터 유기쇄설물의 순환경로는 만의 물리적 특성에 크게 영향을 받는 것으로 판단되었다. 셋째, 상대지 배용량과 내부상대지 배용랑은 각기 62%와 18%이며 잉 여용량은 2.2kgC/m2/yr bits인 것으로 계산 되었다. 이로부터 광양만은 조직화와 내부 안정도가 낮고 외부 교란에 대한 저항은 작아 결과적으로 계가 받는 영향은 크다고 할 수 있다.
저서생물과 이매패류 그룹은 저서 일차생산자를 직접 포식하는 반면, 어류 그룹은 저서생물과 이매패류를 포식함으로써 간접적인 경로를 통해 저서일차생 산자를 포식하기 때문이다. 식물플랑크톤 그룹의 증가는 동물 플랑크톤과 저어류 순서로 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 동물플랑크톤그룹의 증가는 어류 그룹에 다소 양의 효과를 동물플랑크톤 자체에게는 음의 효과를 미쳤다.
공생조류를 제외하고 모든 생물의 NE는 0보다 크고 1보다 작으며 GE보다 커야 한다. 실험 결과 NE는 0.25-0.38의 범위를 보였으며 GE보다 크게 계산되었다.
지배용량, 발전용량, 용량차 모두 이입, 이출, 내부흐름, 호흡의 합으로 주어지는데 이입과 내부흐름에 의한 용량차를 잉여용량 (Redundancy)이라 정의 한다. 잉여용량은 계의 안정도를 지시하며 광양만은 2.2 kgC/m2/yr bits이며 Somme Bay 보다 크나 다른 해양 시스템에 비해 작은 것으로 나타났다. 상대 지배용량은 지배용량과 발 전용량의 비로서 계가 이론적으로 성장할 수 있는 한계에 대해 계가 현재 도달한 정도를 의미한다.
상자의 크기는 효과의 상대적 정도를 표시한다. 저서 일차생산자 그룹의 생체량 증가는 동물플랑크톤에게 크게 양의 효과를 미치는 것으로 나타났다. 이는 동물플랑크톤이 저서 일차생산자를 많은 양 직접 포식하기 때문이다.
이는 양식에 의한 인위적 증가분이 한가지 원인 이며, 저서일차생산자와 저서생물 양의 과대평가가 다른 원인 인 것으로 파악되었다. 준설과 매립공사로 인한 인위적 변화를 충분히 고려하지 않고서 추정한 서식면적이 실제 보다 과장된 것으로 판단되었다. 둘째, 핀순환지수는 다른 해역에 비해 작게 3.
광양만에 적용된 모델의 문제점을 개선하기 위한 향후 연구 방향은 다음과 같다. 첫째, 광양만은 중위도에 위치하여 계절 변화와 이에 따른 생태특성이 비교적 뚜렷하기 때문에 시간변화가 고려되는 영양류 모형을 사용하는 것이 바람직하다. 광 양만에서 우점하는 어종은 주둥치, 멸치, 전어 등이다.
모형결과로부터 토의된 광양만 생태계구조의 특성은 다음과 같다. 첫째, 총에너지량 2.4kgC/iS/yre Somme Bay와 유사 하나 Delaware Bay, Chesapeake Bay, Seine Esturay 보다 작은 것으로 나타났다. 총에너지량 중 일차생산자로부터 순환되는 양은 유기쇄설물 보다 많은 것으로 보아 광양만의 주요 에너 지원은 일차생산자라고 생각되었다.
이매패류 그룹은 양식이 이루어지고 있는 바지락, 새조개, 새고막, 고막, 가리맛조개, 굴을 포함한다(Yosu, 2002). 총생체량 4, 227 gWW/m2 중 종별 생산량은 각기 24, 21, 19, 14, 13, 9%이다. P/B오+ Q/B는 각기 2.
총에너지량 중 일차생산자로부터 순환되는 양은 유기쇄설물 보다 많은 것으로 보아 광양만의 주요 에너 지원은 일차생산자라고 생각되었다. 총생체량 86gC/m2은 만 과 하구 등 다른 해양생태계에서 보고된 범위에 비해 크게 계산되었다. 이는 양식에 의한 인위적 증가분이 한가지 원인 이며, 저서일차생산자와 저서생물 양의 과대평가가 다른 원인 인 것으로 파악되었다.
후속연구
44로 Somme Bay나 Seine Estuary의 약 2배에 달하나 Delaware Bay나 Chesapeake Bay의 약 1/6에 불과한 것으로 나타났다. 그러나 연결지수는 포식자 그룹의 분류 단계에 크게 의존하기 때문에 대안으로서 잡식지 수(OI)를 사용할 수 있다. 잡식지수는 피식자 그룹의 영양단계 분포에 대한 분산 값으로 정의된다.
넷째, 이를 다른 해양환경과 비교하여 광양만의 생태계 특성을 파악한다. 다섯째, 본 연구에서 사용된 생태계 모형의 한계와 향후 연구 방향을 제시한다.
따라서만 전체 먹이 망의 구성과 영양단계별에 너너 지흐름 등에 대한 해석과 비교에 대한 연구가 시급한 실정이다. 아울러 이를 토대로 만의 생태계 보전과 수산자원 관리를 위한 방안 제시가 가능할 것이다.
비록 관련 자료의 부족과 부정확성 그리고 먹이망을 구성하는 생물그룹 분류 시 발생하는 문제점이 있지만, 모형실험을 통해 에너지의 양, 흐름, 기능과 각종 생태지수를 산출하였고 이를 통해 만의 생태특성을 설명할 수 있었다. 향후 자료를 보강하고 생물그룹을 더욱 세분할 수 있으면, 본 모형은 최종적으로만의 생태계 및 수산자원 관리에 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 기대된다.
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