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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 식물플랑크톤의 크기에 따른 각각의 엽록소 a의 농도를 조사하고 13C 추적자를 사용한 현장 배양방법으로 1차생산성을 측정하여 각 크기별 식물플랑크톤이 총 1차생산에 기여하는 정도를 규명하고, 나아가 시화호 내 자체생성 유기물의 순환을 파악하고자 한다.
- 1차생산 속도는 이 두값에 비례하여 나타나므로, 입자성유기탄소 중에 외부기원물질의 농도가 높으면 식물플랑크톤에 의한 1차생산속도가 실제보다 높게 측정될 가능성이 있다. 이에 배양후 입자성유기탄소의 값이 실제 식물플랑크톤에 의한 것인지를 알아보기 위하여 입자성유기탄소와 엽록소 a의농도비를 조사하였다. 1994년 Montagnes 등은 살아있는 식물플랑크톤의 입자성유기탄소와 엽록소의 비는 40에 가까움을, 1977년 Eppley 등은 이 비가 100 이상이면 육지기원임을 제시하였다.
제안 방법
- 엽록소 a는 배양 후 시료를 여과하여 여과지를 90%아세톤으로 추출한 후 Fluorometer (10-AU-005-CE)로분석하였다. 1차생산성 측정을 위하여 배양이 끝난 시료를 미리 태운(450℃, 4시간) 25 mm GF/F 여과지로 여과한 후, 1N 염산증기로 여과지의 무기탄소를 제거하여 원소-질량분석기 (Elemental Analyzer-Mass Spectrometer)로 유기탄소양과 입자성 유기탄소 중에 13C 원자의 백분율을 분석하였다. 시료는 전처리 후 틴캡에 넣어 알래스카대학 물환경 연구소 (WERC: Water Environmental Research Center) 에서 분석을 실시하였다.
- 본 연구는 시화호 상류역의한 정점에서 식물플랑크톤을 크기별로 구분하여 13C 추적자를 이용한 현장 배양실험을 통해 각각의 1차생산성을 측정하였다. 연구정점에서 평균 엽록소 a의 농도는 약 14 μg L-1 로 부영양해역의 분류기준인 10 μg L-1 보다 높은 값을 보이므로, 이 해역은 부영양화 상태라고 판단할 수 있다.
- 20~53 ㎛크기의 식물플랑크톤이 1차생산에 51%의 기여를 하는것으로 나타났으며, 동화계수가 가장 높게 나타나 이들의 생장속도가 가장 빠르다고 볼 수 있다. 본 연구를 통해서 시화호에서 처음으로 식물플랑크톤 크기에 따른 1차생산성을 13C 추적자를 사용하여 살펴보았다. 이 연구방법은 방사성 동위원소인 14C에 비해 안전하며, 분자수준의 생산 유기물 조성을 규명할 수 있는 장점이 있어 향후 수권 생태계 물질순환 및 에너지흐름에 관한 연구에 다양흐}게 응용될 수 있을 것이다.
- 1차생산성 측정을 위하여 배양이 끝난 시료를 미리 태운(450℃, 4시간) 25 mm GF/F 여과지로 여과한 후, 1N 염산증기로 여과지의 무기탄소를 제거하여 원소-질량분석기 (Elemental Analyzer-Mass Spectrometer)로 유기탄소양과 입자성 유기탄소 중에 13C 원자의 백분율을 분석하였다. 시료는 전처리 후 틴캡에 넣어 알래스카대학 물환경 연구소 (WERC: Water Environmental Research Center) 에서 분석을 실시하였다. 그 후 Hama et aZ(1983)의 방법에 따라 1 차생산 속도를 계산하였다.
- 엽록소 a는 배양 후 시료를 여과하여 여과지를 90%아세톤으로 추출한 후 Fluorometer (10-AU-005-CE)로분석하였다. 1차생산성 측정을 위하여 배양이 끝난 시료를 미리 태운(450℃, 4시간) 25 mm GF/F 여과지로 여과한 후, 1N 염산증기로 여과지의 무기탄소를 제거하여 원소-질량분석기 (Elemental Analyzer-Mass Spectrometer)로 유기탄소양과 입자성 유기탄소 중에 13C 원자의 백분율을 분석하였다.
- 1개의 정점을 선정하여 실시하였다. 채수하는 깊이는 표층광량에 대한 상대적 광도가 100% (표층, 0.3 m), 50% (중층 1.5 m), 5% (저층, 2.5 m) 인 곳으로 구분하였다.
- 플랑크톤의 크기를 분류한 후 시료 내에 NaH13CO3 (98%)를 첨가시켜 자연 상태에서 약 1.1% 정도 존재하는 13C의 존재비를 약 10% 정도까지 높여준 후 현장에서 6시간 동안 배양하였다. 13C를 이용한 현장 배양실험의 원리는 Fig.
- 해수를 mesh size가 20 ㎛인 sieve와 53 ㎛인 sieve에 통과시켜 플랑크톤의 크기를 구분하였다. 모든 크기의 플랑크톤이 포함된 해수는 sieve를 사용하지 않고 총 시료를 사용하였다.
대상 데이터
- 해수를 mesh size가 20 ㎛인 sieve와 53 ㎛인 sieve에 통과시켜 플랑크톤의 크기를 구분하였다. 모든 크기의 플랑크톤이 포함된 해수는 sieve를 사용하지 않고 총 시료를 사용하였다. 이에 대한 모식도는 Fig.
- 본 연구는 2004년 4월 13일 시화호 내 열병합 발전소앞에 1개의 정점을 선정하여 실시하였다. 채수하는 깊이는 표층광량에 대한 상대적 광도가 100% (표층, 0.
이론/모형
- 시료는 전처리 후 틴캡에 넣어 알래스카대학 물환경 연구소 (WERC: Water Environmental Research Center) 에서 분석을 실시하였다. 그 후 Hama et aZ(1983)의 방법에 따라 1 차생산 속도를 계산하였다.
- 수온은 Horiba U-10을 이용하여 측정하였다. 영양염류 (NO3, NO2, NH4+, PO43)는 깊이 별로 채수된 시료를 47 mm GF/F 여과지에 통과시켜 여액을 125 mL Nalgen bottle에 담아 냉동 운반하여 분석하기 전까지 냉동보관한 후 Strickland and Parsons (1968)의 방법에 따라 UV-spectrophotometer (Cary 50 series)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 53 ㎛보다 작은 플랑크톤을 배양한 후 측정한 엽록소 a의 농도 역시 중층보다 표층에서 높았다. 반면에 20 ㎛보다 작은 플랑크톤을 배양한 후 측정한 엽록소 a의 농도는 중층에서 최대였고, 53 ㎛보다 작은 플랑크톤을 배양한 시료보다 높았다. 그리고 저층에서는 총 시료의 엽록소 a 농도보다도 높았다.
- 본 연구 결과 N/P 비의 평균값은 4.9로 Redfield ratio와 비교할 때 P에 비해 N의 농도가 낮았다. 실제적으로 N/P 비와는 별도로 용존무기질소와 용존무기인의 절대농도가 높아 현재는 영양염 이 제한요인으로 전혀 작용하지않으나 앞으로 외부로부터의 영양염 유입 이 없이 기초생산력이 크게 증가할 경우 P에 비해 N이 먼저 고갈되어 제한요인으로 작용할 가능성이 있다고 볼 수 있다.
- 연구정점의 유광층 내에 표층, 중층, 저층에서의 pH는 8.3의 값을 보였고, 수온은 11℃로 깊이에 따른 차이가 나타나지 않았다. 깊이별 영양염 농도는 Fig.
- 1994년 Montagnes 등은 살아있는 식물플랑크톤의 입자성유기탄소와 엽록소의 비는 40에 가까움을, 1977년 Eppley 등은 이 비가 100 이상이면 육지기원임을 제시하였다. 이번 연구에서는 대부분이 30 이하 (Table 2)로 입자성유기탄소는 육지기원물질보다 식물플랑크톤에 의한 것으로 보여 진다. 표층과 중층에서 20 ㎛보다 작은 식물플랑크톤을 배양한 시료의 ais값이 낮은 것으로 보아 다른 시료보다 13C가 적게 흡수 됐음을 알 수 있다.
- 표층에서는 총 1차생산량이 가장 크지만, 저층에서는 20 ㎛보다 작은 식물플랑크톤의 1차생산량이 가장 크게 나타났는데 이는 동물플랑크톤의 제거에 의한 결과로 추측된다. 이번 연구정점에서의 기초생산 속도는 93.9 mgC m-2 d-1 로 1997년 배수갑문 개방 전에 측정된 평균값 (3, 972 mgC m-2 d-1) 의 1/40 수준이었으나 1993년 물막이 공사 이전에 측정된 평균값 (3.48 mgC m-2d-1)보다는 높았다. 20~53 ㎛크기의 식물플랑크톤이 1차생산에 51%의 기여를 하는것으로 나타났으며, 동화계수가 가장 높게 나타나 이들의 생장속도가 가장 빠르다고 볼 수 있다.
- 4% 를 차지하고 있다. 총 기초생산에 대한 20 ㎛보다 작은식물플랑크톤의 기여도는 천수만에서는 53%(신 등, 1990), 제주도 문섬 산호서식지 주변에서는 59% (이 등, 2000)인데 반해 이들 수역보다 낮은 값을 보였고, 오히려 20~53 ㎛ 크기의 식물플랑크톤이 기여하는 정도가 훨씬 높게 나타났다.
- 총 시료의 엽록소 a 농도는 표층에 비해 저층에서 급속히 감소되는데 표층에서는 활발한 광합성 활동에 의해높은 값을 보이고 저층에서는 투과되는 빛의 양이 감소함에 따라 식물플랑크톤의 생산이 제한되어 비교적 낮은값을 보이는 것으로 사료된다. 53 ㎛보다 작은 플랑크톤을 배양한 후 측정한 엽록소 a의 농도 역시 중층보다 표층에서 높았다.
- 이번 연구에서는 대부분이 30 이하 (Table 2)로 입자성유기탄소는 육지기원물질보다 식물플랑크톤에 의한 것으로 보여 진다. 표층과 중층에서 20 ㎛보다 작은 식물플랑크톤을 배양한 시료의 ais값이 낮은 것으로 보아 다른 시료보다 13C가 적게 흡수 됐음을 알 수 있다. 그러나 저층에서는 가장 높은 값을 보였다.
- 7 μgC L-1 d-1 였다 (Table 2). 표층에서는 총 시료의 1 차생산력 이 가장 크지만, 중층에서는 미세하게나마 53 ㎛보다 작은 식물플랑크톤의 1 차생산력 이, 저층에서는 20 ㎛보다 작은식물플랑크톤의 1차생산력이 가장 컸다. 이는 총 시료는 전체를 배양한 반면 sieve를 통과한 시료에는 mesh size 보다 큰 플랑크톤이 제거되었기 때문에 대부분의 동물플랑크톤이 제거되어 나타난 결과라 사료된다.
후속연구
- 이번 연구는 새로운 방법을 통해 기초생산력을 측정하였지만 한 정점에서 실시되었기 때문에 시화호의 대표값이라 할 수 없다. 그러므로 좀 더 많은 정점에서의 13C 추적자를 첨가한 현장 배양실험을 통해 시화호의 평균 기초생산력을 알아 볼 필요가 있다고 사료된다.
- 본 연구를 통해서 시화호에서 처음으로 식물플랑크톤 크기에 따른 1차생산성을 13C 추적자를 사용하여 살펴보았다. 이 연구방법은 방사성 동위원소인 14C에 비해 안전하며, 분자수준의 생산 유기물 조성을 규명할 수 있는 장점이 있어 향후 수권 생태계 물질순환 및 에너지흐름에 관한 연구에 다양흐}게 응용될 수 있을 것이다.
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