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영양염 증가에 따른 부유생태계 반응 모의: FVCOM을 이용한 중형폐쇄생태계(Mesocosm) 자료 재현
Modeling the effect of nutrient enrichment on the plankton population: Validation using mesocosm experiment data 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.23 no.5, 2011년, pp.358 - 368  

송용식 ((주)지오시스템리서치) ,  최희선 ((주)지오시스템리서치) ,  유상철 ((주)지오시스템리서치) ,  홍현표 ((주)에코션) ,  서지호 (인하대학교 해양과학과) ,  이효진 ((주)지오시스템리서치) ,  김태인 ((주)지오시스템리서치) ,  우승범 (인하대학교 해양과학과) ,  최중기 (인하대학교 해양과학과)

초록
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FVCOM을 이용하여 시화호의 부영양화 메소코즘 내 부유생태계 변화 현장실험 결과를 재현하였다. 용존산소는 부영양화된 연안의 지화학생태 반응 결정에 중요한 역할을 하는 요소이나 FVCOM에서는 이를 모의하지 않아 용존산소 모듈을 추가하였으며, 그 적용성을 확인하였다. 수질생태 관련 상태변수를 영양염, 식물플랑크톤(극미소, 미소, 소형), 동물플랑크톤(원생동물 2군, 중형동물플랑크톤), 쇄설성 유기물, 용존성 유기물, 박테리아 그룹으로 설정하고 경기만과 시화호에서 측정된 생물군 간 먹이 상관관계 자료를 기반으로 모델을 구성하였다. 영양염 증가에 따른 메소코즘 내 크기별 식물플랑크톤의 변화 특성과 실험 초기에 나타나는 < 20 ${\mu}m$ 빈섬모충류 우점에서 scuticociliates로의 원생동물 천이 양상 등을 재현할 수 있었으며, 박테리아와 저산소의 영향을 파악하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Responses of plankton populations to nutrient enrichment in mesocosm experiments in Shihwa lake were simulated using FVCOM. Dissoloved oxygen module was added to the FVCOM to simulate impacts of its decreased levels. The ecological model included the major components of the pelagic ecosystem includi...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 개선된 용존산소 모듈을 포함한 FVCOM의 전체 수질생태 모듈이 생지화학적 반응을 현실적으로 모의할 수 있는지를 평가하기 위하여 기존에 연구된 메소코즘 현장실험 자료를 모델의 검정자료로 활용하였다. 메소코즘 현장실험 장치는 외부와의 물질교환이 차단되었고 강제로 수직 혼합되어 3차원적인 공간 변화가 없는 인위적인 환경이었다.
  • 본 연구에서는 FVCOM을 이용하여 영양염 증가에 의한 동식물 플랑크톤 변화를 관찰한 메소코즘 현장실험 결과를 재현하였다. 시화호와 경기만 부유 생태계의 먹이망 관계를 고려하여 식물플랑크톤을 크기별로 3개의 군으로, 동물플랑크톤을 3개의 군으로 구분하였고, 영양염(질산염, 암모니아, 인산염, 규산염), 쇄설성 유기물(탄소, 질소, 인, 규소), 용존성 유기물(탄소, 질소, 인)로 모델을 구성하였다.
  • 본 연구에서는 연안, 특히 시화호에서 중요한 요소로 작용하고 있는 용존산소(DO)를 모의하기 위해 기존의 FVCOM에 포함되지 않은 용존산소(DO) 모의 기능을 추가하고, 저산소 환경이 부유생물과 지화학적 반응에 영향을 미칠 수 있도록 모델을 개선하였다. 따라서 이를 고려하지 못하여 동물 플랑크톤 천이 등의 중요한 반응을 재현하지 못했던 FVCOM 수질생태 모듈의 현지 재현성을 향상시켰다.
  • 그러나 시화호와 같이 저산소층이 형성되는 해역에서는 용존산소 모의가 부유생태계 변동에 중요한 요소임에도 FVCOM의 생태모듈인 FBM은 이를 모의하지 않는 단점이 있다. 이에 본 연구는 FVCOM을 이용하여 경기만의 부유생태계 변동을 모의하기 위한 첫 단계로서 FVCOM 모델의 각 영양단계와 종별 관계 재현성 제시를 목적으로 2005년 시화호 내에서 영양염 증가에 대한 부유생태계 반응을 파악하기 위하여 수행된 메소코즘 현장실험의 결과(해양수산부, 2005)를 재현하였다. 메소코즘 실험의 경우 해수와 물질의 유통이 제한되기 때문에 생태계의 복합성을 유지하면서 새로운 개체군의 유입이나 기존 개체군의 유실이 없이 실험 시작 시점의 생물 개체군을 따라 변화양상을 추적할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부영양화된 연안의 지화학생태 반응 결정에 중요한 역할을 하는 요소는 무엇인가? FVCOM을 이용하여 시화호의 부영양화 메소코즘 내 부유생태계 변화 현장실험 결과를 재현하였다. 용존산소는 부영양화된 연안의 지화학생태 반응 결정에 중요한 역할을 하는 요소이나 FVCOM에서는 이를 모의하지 않아 용존산소 모듈을 추가하였으며, 그 적용성을 확인하였다. 수질생태 관련 상태변수를 영양염, 식물플랑크톤(극미소, 미소, 소형), 동물플랑크톤(원생동물 2군, 중형동물플랑크톤), 쇄설성 유기물, 용존성 유기물, 박테리아 그룹으로 설정하고 경기만과 시화호에서 측정된 생물군 간 먹이 상관관계 자료를 기반으로 모델을 구성하였다.
FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)에 포함된 생태모듈은 무엇인가? FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)에 포함된 생태모듈인 FBM(Flexible Biological Module)은 동식물플랑크톤, 영양염, 쇄설성 유기물, 용존성 유기물, 박테리아 등 먹이망의 기본 구조와 각 먹이 단계에서의 여러 종에 대한 분리 모의가 가능하다(Chen et al., 2006).
국내에서 식물플랑크톤의 증식 및 부영양화를 모의하기 위해 적용한 생태계의 변화를 모의하는 생태계모델의 한계점은 무엇인가? 생태계모델로는 Chen(1970)에 의해 사용된 부영양화 모델이후 최근 수십 년간 다양한 예측 모델이 개발되고 적용되어왔다(Jørgensen, 2009). 국내에서도 식물플랑크톤의 증식 및 부영양화를 모의하기 위해 생태계모델이 적용된 바 있는데(김·김, 2002; 김 등, 2002; 송 등, 2007; 이 등, 2008), 다양한 매개변수나 반응계수에 대한 실측자료의 부족으로 현장의 특성과 상이한 외국의 자료에 의존하여야 하는 한계점이 있다(송 등, 2007). 따라서 다양한 생태계모델을 개발, 적용하는 노력과 함께 모델의 예측력 향상을 위해 지역 생태계 특성에 대한 상세한 분석과 자료의 확보가 필요한 시점이라 할 수 있다.
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