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문제 정의
- 그러나 이러한 연구들 또한 대부분 계절적 또는 일부 월별 조사에 의존하고 있어 마산만 해역에서 어떤 환경요인들이 식물플랑크톤에 영향을 미치는가를 파악하기는 어렵다. 이러한 측면에서 본 연구에서는 마산만에서 격일(bi-daily)과 주 간격(weekly)에 따라 변화하는 수질의 변동 양상과 일차 부유생태계의 반응을 대표하는 chlorophyll-a 농도를 조절하는 환경요인을 파악하고자 한다.
제안 방법
- 마산만의 내만과 외만을 대표할 수 있는 4개 정점에서 격일(bi-daily)과 주 간격(weekly)으로 수온, 염분 등의 현장관측과 함께 영양염, 용존산소, chlorophyll-a를 분석하기 위한 표층수를 채수하였다(Fig. 1). 현장조사와 시료 채취는 2010년 2월부터 8월까지는 격일 간격으로, 이후 11월까지는 주 간격으로 이루어졌으며, 항상 수온이 가장 높은 시간(13:00~15:00)에 이루어졌다.
- 마산만의 수질변화와 chlorophyll-a의 관계를 밝히고자 이 해역을 대표할 수 있는 4개 정점에서 2010년 2월부터 2010년 11월까지 강우와 기온을 포함한 기후학적요인, 물리∙화학적 요인, 그리고 chlorophyll-a의 변화를 집중 조사하였다. 그 결과, 수온, 염분, SS, 규산염은 정점별 차이를 보이지 않았으며, COD 및 DIN은 마산만 내만으로 갈수록 증가하였다.
- 수온과 염분은 2대의 CTD (Idronaut Ocean Seven 304)를 이용하여 측정하였으며, 수소이온농도(pH) 또한 현장에서 동일한 모델의 2개의 측정장비(Mettler Toledo Sevengo Pro)를 동시에 이용하여 측정하였다. 투명도는 지름 30 cm 백색 원판(secchi disk)을 수직으로 하강시켜 원판이 보이지 않는 수심까지 내려 보낸 다음 천천히 끌어올리면서 다시 보이기 시작한 수심을 0.
- 영양염류[용존무기인(DIP, dissolved inorganic phosphorus), 규산염(silicate), 용존무기질소(DIN, dissolved inorganic nitrogen; 질산염+아질산염+암모니아의 합)]농도를 분석하기 위해 채수된 해수 시료를 GF/F 여과지로 여과한 후, 여과된 해수 200 mL를 채취하여 scintillation vial에 넣어 냉동 보관하였으며, 암모니아를 측정하기 위한 시료는 여과한 해수 50 mL에 8 N 황산 100 μL를 넣어 냉동 보관하였다.
- 영양염류[용존무기인(DIP, dissolved inorganic phosphorus), 규산염(silicate), 용존무기질소(DIN, dissolved inorganic nitrogen; 질산염+아질산염+암모니아의 합)]농도를 분석하기 위해 채수된 해수 시료를 GF/F 여과지로 여과한 후, 여과된 해수 200 mL를 채취하여 scintillation vial에 넣어 냉동 보관하였으며, 암모니아를 측정하기 위한 시료는 여과한 해수 50 mL에 8 N 황산 100 μL를 넣어 냉동 보관하였다. 이들 영양염류의 측정은 자동해수 영양염류 분석기(Quaatro, Bran Luebbe co.)를 이용해 측정하였다. 모든 시료에 대하여 중복분석과 표준해수 시료(Wako CSK standard solution) 분석을 통하여 분석 자료의 신뢰도를 높였다.
- 해수의 용존산소(DO), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS)함량, 영양염 농도는 다음과 같이 해양환경 공정시험법(국토해양부 2010)에 준하여 분석하였다. 즉, DO는 윙클러-아지드화나트륨 적정법, COD는 과망간산칼륨을 환원제인 티오황산나트륨으로 역적정하는 방법을 이용하여 분석하였고 SS는 현장에서 2 L 이상의 해수를 채집 한 후, 실험실에서 GF/F 여과지를 이용하여 측정하였다. 영양염류[용존무기인(DIP, dissolved inorganic phosphorus), 규산염(silicate), 용존무기질소(DIN, dissolved inorganic nitrogen; 질산염+아질산염+암모니아의 합)]농도를 분석하기 위해 채수된 해수 시료를 GF/F 여과지로 여과한 후, 여과된 해수 200 mL를 채취하여 scintillation vial에 넣어 냉동 보관하였으며, 암모니아를 측정하기 위한 시료는 여과한 해수 50 mL에 8 N 황산 100 μL를 넣어 냉동 보관하였다.
- 45 μm polycarbonate membrane에 여과 후, 여과된 물질과 함께 membrane을 90% 아세톤(acetone)에 넣어 암냉소에서 24시간 이상 보관하여 chlorophyll-a를 추출하였다. 추출된 chlorophyll-a는 형광광도계(Turner 10 AU)에서 흡광도를 측정하여 농도로 계산하였다.
- 수온과 염분은 2대의 CTD (Idronaut Ocean Seven 304)를 이용하여 측정하였으며, 수소이온농도(pH) 또한 현장에서 동일한 모델의 2개의 측정장비(Mettler Toledo Sevengo Pro)를 동시에 이용하여 측정하였다. 투명도는 지름 30 cm 백색 원판(secchi disk)을 수직으로 하강시켜 원판이 보이지 않는 수심까지 내려 보낸 다음 천천히 끌어올리면서 다시 보이기 시작한 수심을 0.5 m 단위로 측정하였다. 해수의 용존산소(DO), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS)함량, 영양염 농도는 다음과 같이 해양환경 공정시험법(국토해양부 2010)에 준하여 분석하였다.
- 1). 현장조사와 시료 채취는 2010년 2월부터 8월까지는 격일 간격으로, 이후 11월까지는 주 간격으로 이루어졌으며, 항상 수온이 가장 높은 시간(13:00~15:00)에 이루어졌다.
대상 데이터
- 마산 지역의 강수량 및 기온은 기상청(www.kma.go.kr)자료를 이용하였다. 각 분석항목의 정점 간 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA 분석을 하였고, 환경요인과 chlorophyll-a의 상관관계를 파악하기 위해 Pearson 상관분석(correlation analysis)을 수행하였다.
데이터처리
- Spatial changes in physico-chemical factors and chlorophyll-a concentration. Results were analysed by one-way ANOVA and Scheffe tests. Letters (A, B, and C) indicate significant differences among experimental groups.
- chlorophyll-a 농도가 어떠한 환경요인에 의해 영향을 받는지를 파악하기 위하여 계절별로 구분하여 단계적 다중회귀분석(stepwise multiple regression)을 실시하였다(Table 2). 먼저 늦겨울부터 봄철까지 chlorophyll-a 농도는 수온, 염분, COD, DIP의 변화에 의해 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(R2=0.
- kr)자료를 이용하였다. 각 분석항목의 정점 간 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA 분석을 하였고, 환경요인과 chlorophyll-a의 상관관계를 파악하기 위해 Pearson 상관분석(correlation analysis)을 수행하였다. 그리고 chlorophyll-a 농도에 영향을 미치는 환경요인은 단계적 다중회귀분석(stepwise multiple regression analysis)을 하였다.
- 각 분석항목의 정점 간 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA 분석을 하였고, 환경요인과 chlorophyll-a의 상관관계를 파악하기 위해 Pearson 상관분석(correlation analysis)을 수행하였다. 그리고 chlorophyll-a 농도에 영향을 미치는 환경요인은 단계적 다중회귀분석(stepwise multiple regression analysis)을 하였다. 일련의 분석은 SPSS (ver.
- 마산만에서 관측·분석된 수질환경 요인과 chlorophyll-a 농도의 정점별 차이 분석결과(one-way ANOVA)를 Table 1에 나타내었다.
- )를 이용해 측정하였다. 모든 시료에 대하여 중복분석과 표준해수 시료(Wako CSK standard solution) 분석을 통하여 분석 자료의 신뢰도를 높였다. chlorophyll-a 농도의 측정은 시수 1 L를 47 mm 직경의 0.
이론/모형
- 5 m 단위로 측정하였다. 해수의 용존산소(DO), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS)함량, 영양염 농도는 다음과 같이 해양환경 공정시험법(국토해양부 2010)에 준하여 분석하였다. 즉, DO는 윙클러-아지드화나트륨 적정법, COD는 과망간산칼륨을 환원제인 티오황산나트륨으로 역적정하는 방법을 이용하여 분석하였고 SS는 현장에서 2 L 이상의 해수를 채집 한 후, 실험실에서 GF/F 여과지를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- COD와 환경요인들간의 상관관계를 분석해 볼 때 chlorophyll-a 농도(r=0.60, p⁄0.001)와 밀접한 상관관계를 보였다.
- 마산만에서 관측·분석된 수질환경 요인과 chlorophyll-a 농도의 정점별 차이 분석결과(one-way ANOVA)를 Table 1에 나타내었다. 결과에서처럼 수온과 염분, 규산염은 각 정점별로 유사한 변동 폭을 보였고 투명도는 마산만의 내만으로 갈수록(정점 1에서 4) 뚜렷이 감소하였다. 그러나 pH, DO, COD 그리고 DIN과 chlorophyll-a 농도는 정점 1에서 내만의 정점 4로 갈수록 뚜렷이 증가하였으며, 각 정점에서의 변동 폭 또한 정점 1과 2와 비교하여 정점 3과 4에서 크게 증가하였다.
- 이와 한(2007)의 연구에 따르면 겨울철과 늦가을에 규조류의 대발생에 따라 규산염이 일시적으로 감소하여 성장제한요인으로 작용한다고 보고하였으나, 본 연구에서는 봄철에 성장제한요인으로 작용하고 있었다. 결과적으로 마산만 해역에서는 각 시기마다 다른 양상의 변화로, 봄철 중반까지는 규소와 인이 성장제한인자로 작용하며, 늦봄부터 가을까지는 질소원이 주 성장제한요인으로 작용할 것으로 판단된다.
- 마산만의 수질변화와 chlorophyll-a의 관계를 밝히고자 이 해역을 대표할 수 있는 4개 정점에서 2010년 2월부터 2010년 11월까지 강우와 기온을 포함한 기후학적요인, 물리∙화학적 요인, 그리고 chlorophyll-a의 변화를 집중 조사하였다. 그 결과, 수온, 염분, SS, 규산염은 정점별 차이를 보이지 않았으며, COD 및 DIN은 마산만 내만으로 갈수록 증가하였다. 시계열적으로는 여름철 집중강우 시 마산만 지류 하천 및 낙동강을 통해 담수가 유입되면서 염분의 급강하 및 SS량과 COD의 증가가 나타났다.
- 결과에서처럼 수온과 염분, 규산염은 각 정점별로 유사한 변동 폭을 보였고 투명도는 마산만의 내만으로 갈수록(정점 1에서 4) 뚜렷이 감소하였다. 그러나 pH, DO, COD 그리고 DIN과 chlorophyll-a 농도는 정점 1에서 내만의 정점 4로 갈수록 뚜렷이 증가하였으며, 각 정점에서의 변동 폭 또한 정점 1과 2와 비교하여 정점 3과 4에서 크게 증가하였다. 이러한 정점별(공간별) 변동은 육상으로부터 마산만 내만(정점 4)으로 오염물질의 직접적 유입과 반폐쇄적 지형효과에 의한 해수 순환의 제한에 의해 나타나는 결과로 해석된다(조와 채 1998; 강 등 2001).
- 마산만에서 식물플랑크톤 성장에 영향을 주는 영양염류는 봄철 중반까지 규소와 인이 성장제한인자로 작용하고, 늦봄부터 가을까지는 질소원이 주 성장제한요인으로 작용할 것으로 판단된다. 다중회귀분석을 실시한 결과, 늦겨울부터 봄철까지 chlorophyll-a 농도는 수온, 염분, COD, DIP의 변화에 의해 영향을 받고 있었다. 여름철에는 봄철과 달리, 염분 및 COD, 강수량이 영향을 주고있어, 여름철 집중강우에 따른 영향인자들에 의해 chlorophyll-a가 빠르게 변화됨을 알 수 있었다.
- 001)와 밀접한 상관관계를 보였다. 따라서 마산만 해역의 COD의 변화는 해양에서 생산되는 생물기원의 유기물 함량에 영향을 강하게 받고 있음을 알 수 있었다.
- 또한 집중강우 후 규산염이 최대 64.20 μM까지 증가하였는데, 이는 담수에 용존되어 있는 고농도의 규산염이 마산만으로 유입됨을 나타낸다.
- 마산만 해역의 pH와 chlorophyll-a 농도를 비교해 본 결과, 상관관계가 0.20 (p⁄0.001)로 chlorophyll-a 농도의 증가에 따라 pH가 증가하였다.
- 1997). 본 연구 결과에서는 저 수온 시(늦겨울~봄 중순) 규산염의 농도가 가장 낮게 나타났는데, 이는 당시 전체 개체수에 90% 이상을 차지하는 규조류들의 높은 성장에 의해 규산염이 빠르게 소모되어 나타나는 결과로 판단된다(미발표자료). 또한 집중강우 후 규산염이 최대 64.
- 생물학적 요인은 주로 광합성을 통하여 산소를 발생하는 식물플랑크톤의 증식과, 반대로 산소를 소비하며 유기물을 분해하는 미생물 등의 활동이고 물리학적 요인은 수온 및 해황의 영향이다. 본 연구에서 마산만 해역의 DO의 변화는 수온과 밀접한 연관성을 보이며, 수온 상승시 감소하고 수온이 하강시 증가하는 양상을 보이고 있다. 그러나 4월의 경우 수온이 증가함에도 불구하고 DO가 증가하였는데, 이는 식물플랑크톤의 봄철 증가에 따른 영향으로 파악된다.
- 다중회귀분석을 실시한 결과, 늦겨울부터 봄철까지 chlorophyll-a 농도는 수온, 염분, COD, DIP의 변화에 의해 영향을 받고 있었다. 여름철에는 봄철과 달리, 염분 및 COD, 강수량이 영향을 주고있어, 여름철 집중강우에 따른 영향인자들에 의해 chlorophyll-a가 빠르게 변화됨을 알 수 있었다. 따라서 마산만 해역의 chlorophyll-a의 변화는 영양염류와 같은 화학적 인자의 영향과 함께, 수온 및 강수와 같은 물리적인자에 의해 크게 영향을 받고 있다.
- 시계열적으로는 여름철 집중강우 시 마산만 지류 하천 및 낙동강을 통해 담수가 유입되면서 염분의 급강하 및 SS량과 COD의 증가가 나타났다. 영양염류 중 DIN은 여름철 집중강우 시 일시적으로 증가하는 양상을 제외하고는 낮은 농도를 보였고 DIP와 규산염 또한 DIN과 유사한 양상을 보였다. 마산만에서 식물플랑크톤 성장에 영향을 주는 영양염류는 봄철 중반까지 규소와 인이 성장제한인자로 작용하고, 늦봄부터 가을까지는 질소원이 주 성장제한요인으로 작용할 것으로 판단된다.
- 그러나 가을철에는 영향을 미치는 환경요인이 나타나지 않았다. 즉, 마산만 해역의 chlorophyll-a의 농도 변화는 각 계절별 환경 요인들이 다르게 작용하고 있었으나, 그 중 영양염의 결핍, 수온 변화 및 집중강우가 크게 영향을 미치고 있었다.
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