식물플랑크톤 군집의 개체수, 생체량, chlorophyll $a$의 상관성; 인천, 통영, 울산 해역을 중심으로 Correlations between Cell Abundance, Bio-volume and Chlorophyll $a$ Concentration of Phytoplankton Communities in Coastal Waters of Incheon, Tongyeong and Ulsan of Korea원문보기
본 연구는 해양 식물플랑크톤의 개체수 및 생체량과 chlorophyll$a$ 농도간의 연관성을 파악하기 위하여 2000년부터 2010년까지 인천, 통영, 울산 해역의 34개 정점에서 1160개 시료를 분석하였다. 연구결과 개체수와 chlorophyll $a$ 농도가 생체량과 chlorophyll $a$ 농도보다 높은 상관성을 보여 우리나라 연안해역에서는 1차 생산의 분석에 있어서 개체수 지표를 사용하는 것이 생체량을 사용하는 것보다 더 효율적일 것으로 판단된다. 그러나 좀 더 자세한 결과를 도출하기 위해서는 시기별로 보다 많고, 정확한 생체량 데이터를 확보하고, 시기별 chlorophyll 함량 자료의 축적과 함께 국내 연안에서 적용 가능한 모델 구축이 반드시 필요하다.
본 연구는 해양 식물플랑크톤의 개체수 및 생체량과 chlorophyll $a$ 농도간의 연관성을 파악하기 위하여 2000년부터 2010년까지 인천, 통영, 울산 해역의 34개 정점에서 1160개 시료를 분석하였다. 연구결과 개체수와 chlorophyll $a$ 농도가 생체량과 chlorophyll $a$ 농도보다 높은 상관성을 보여 우리나라 연안해역에서는 1차 생산의 분석에 있어서 개체수 지표를 사용하는 것이 생체량을 사용하는 것보다 더 효율적일 것으로 판단된다. 그러나 좀 더 자세한 결과를 도출하기 위해서는 시기별로 보다 많고, 정확한 생체량 데이터를 확보하고, 시기별 chlorophyll 함량 자료의 축적과 함께 국내 연안에서 적용 가능한 모델 구축이 반드시 필요하다.
In order to estimate a better methodological factor to understand phytoplankton ecology between abundance and bio-volume of phytoplankton, each 1,160 phytoplankton data, including abundance, classification and chlorophyll $a$ concentration were collected in Korean coastal waters of Incheo...
In order to estimate a better methodological factor to understand phytoplankton ecology between abundance and bio-volume of phytoplankton, each 1,160 phytoplankton data, including abundance, classification and chlorophyll $a$ concentration were collected in Korean coastal waters of Incheon (Yellow sea), Tongyeong (South sea), and Ulsan (East sea). Based on these data, phytoplankton bio-volume can be calculated through a geometric model. The correlation coefficient between abundance and chlorophyll $a$ concentration was higher than the coefficient between biovolume and chlorophyll $a$ concentration, because a small size phytoplankton has relatively dense chlorophyll contents compared with the proportion of chlorophyll in a large size phytoplankton. Thus, the interpretation using abundance to understand phytoplankton ecology in Korean coastal waters may be more effective than that using bio-volume.
In order to estimate a better methodological factor to understand phytoplankton ecology between abundance and bio-volume of phytoplankton, each 1,160 phytoplankton data, including abundance, classification and chlorophyll $a$ concentration were collected in Korean coastal waters of Incheon (Yellow sea), Tongyeong (South sea), and Ulsan (East sea). Based on these data, phytoplankton bio-volume can be calculated through a geometric model. The correlation coefficient between abundance and chlorophyll $a$ concentration was higher than the coefficient between biovolume and chlorophyll $a$ concentration, because a small size phytoplankton has relatively dense chlorophyll contents compared with the proportion of chlorophyll in a large size phytoplankton. Thus, the interpretation using abundance to understand phytoplankton ecology in Korean coastal waters may be more effective than that using bio-volume.
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문제 정의
본 연구는 식물플랑크톤 군집을 보다 정확하게 해석하기 위하여 국내 연안 중 서해의 인천, 남해의 통영, 동해의 울산 해역을 대상으로 식물플랑크톤 개체수, 생체량 및 chlorophyll a의 분석 결과를 상호 비교하여 각 해역에 맞는 적절한 분석방법을 찾고자 하였다.
제안 방법
운반된 Lugol 고정 시료는 24시간 이상 침전시킨 후, siphon으로 농축시켰다. 농축된 시료는 Palmer-Maloney Counting Chamber를 이용하여 광학현미경(Axioskop 40, Zeiss) 하에서 계수 및 동정하였다. 식물플랑크톤의 생체량은 각 종 별(20개체 이상)로 광학현미경(Axioskop 40, Zeiss)과 주사전자현미경 (JSM-5600LV, Jeol) 하에서 세포의 길이를 측정하여 Sun and Liu (2003)의 공식에 따라 평균 체적(cell bio-volume)을 계산하였다(Table 2; Fig.
1998). 본 연구에서는 비록 조사시기 및 기후에 따른 chlorophyll 함량을 측정하지는 못하였으나 각 조사해역 별로 각 시기 별 동일하게 개체수, chlorophyll a 농도, 생체량을 측정하여 함량 차이에 따른 오차를 최소화하였다.
조사시기는 인천에서 2005년부터 2010년까지, 통영에서 2000년부터 2007년까지, 울산에서 2006년부터 2008년까지 각 해역에 따라 차이는 있으나 계절별 변화양상을 파악하였다. 채집시간은 광주기와 암주기 사이에서 세포 분열 및 chlorophyll 함량의 차이를 고려하여 10:00~15:00시 사이에 수행하였다.
대상 데이터
본 연구는 해양 식물플랑크톤의 개체수 및 생체량과 chlorophyll a 농도간의 연관성을 파악하기 위하여 2000년부터 2010년까지 인천, 통영, 울산 해역의 34개 정점에서 1160개 시료를 분석하였다. 연구결과 개체수와 chlorophyll a 농도가 생체량과 chlorophyll a 농도보다 높은 상관성을 보여 우리나라 연안해역에서는 1차 생산의 분석에 있어서 개체수 지표를 사용하는 것이 생체량을 사용하는 것보다 더 효율적일 것으로 판단된다.
식물플랑크톤의 정량 및 정성분석을 위한 시료는 각 해역 정점 별 표층과 저층에서 Niskin 채수기로 각각 1L를 채수하여 Lugol (최종 농도 5%) 및 glutaraldehyde 용액(최종 농도 2%)으로 고정한 후 실험실로 운반하였다. 운반된 Lugol 고정 시료는 24시간 이상 침전시킨 후, siphon으로 농축시켰다.
조사해역은 인천, 통영 및 울산 해역으로(Table 1), 각 조사해역의 식물플랑크톤 군집을 정확하게 파악하기 위하여 조사정점은 최소 10개 이상을 선정하여 표층과 저층에서 시료를 채집하였다. 조사시기는 인천에서 2005년부터 2010년까지, 통영에서 2000년부터 2007년까지, 울산에서 2006년부터 2008년까지 각 해역에 따라 차이는 있으나 계절별 변화양상을 파악하였다. 채집시간은 광주기와 암주기 사이에서 세포 분열 및 chlorophyll 함량의 차이를 고려하여 10:00~15:00시 사이에 수행하였다.
조사해역은 인천, 통영 및 울산 해역으로(Table 1), 각 조사해역의 식물플랑크톤 군집을 정확하게 파악하기 위하여 조사정점은 최소 10개 이상을 선정하여 표층과 저층에서 시료를 채집하였다. 조사시기는 인천에서 2005년부터 2010년까지, 통영에서 2000년부터 2007년까지, 울산에서 2006년부터 2008년까지 각 해역에 따라 차이는 있으나 계절별 변화양상을 파악하였다.
데이터처리
이와 같이 분석된 결과를 토대로 식물플랑크톤의 개체수, 생체량, chlorophyll a 농도 변화의 상관성을 파악하기 위하여 Pearson 상관계수(Pearson correlation coefficient)를 구하였다(SPSS, V. 12.0).
이론/모형
전자현미경 하에서 세포의 길이를 측정하기 위한 식물플랑크톤의 전처리는 Jung et al.(2009)의 방법을 따랐다. Chlorophyll a 측정은 시수 1 L를 47 mm 직경의 0.
농축된 시료는 Palmer-Maloney Counting Chamber를 이용하여 광학현미경(Axioskop 40, Zeiss) 하에서 계수 및 동정하였다. 식물플랑크톤의 생체량은 각 종 별(20개체 이상)로 광학현미경(Axioskop 40, Zeiss)과 주사전자현미경 (JSM-5600LV, Jeol) 하에서 세포의 길이를 측정하여 Sun and Liu (2003)의 공식에 따라 평균 체적(cell bio-volume)을 계산하였다(Table 2; Fig. 1). 전자현미경 하에서 세포의 길이를 측정하기 위한 식물플랑크톤의 전처리는 Jung et al.
성능/효과
본 연구 결과 비록 일부 소형 식물플랑크톤(i.e. Skeletonema marinoi, Chaetoceros curvisetus, Thalassiosira nordenskioeldii)의 경우 높은 출현 빈도 및 개체수에 의해 생체량이 증가하여 개체수 및 생체량에 따른 주요종으로 포함되었지만, 대부분의 주요종들은 크기에 따라 선정되었다(Fig. 3). 즉, 개체수에 따른 주요종의 크기는 10 μm 내외의 nano-size의 식물플랑크톤과 20~50 μm의 micro-size 식물플랑크톤이 대다수를 차지하였으나 생체량에 따른 주요종은 100 μm 이상의 meso-size (i.
따라서 chlorophyll과 개체수, chlorophyll과 생체량을 비교한다면 어떤 지표가 생태학적 해석에서 더 좋은지 비교할 수 있을 것이다. 본 연구 결과 세 지표간의 상관관계는 지역별 차이를 보였으나, 개체수와 chlorophyll a 농도의 상관관계가 인천, 통영, 울산해역에서 모두 높게 나타났다(Fig. 4). 이와 같은 결과는 식물플랑크톤의 크기에 따른 차이라고 판단된다.
본 연구 결과 통영해역에서 생체량과 chlorophyll a의 상관계수는 0.41로 다른 해역에 비해 가장 낮게 나타났으며(Fig. 4), 이는 Rhizosolenia hebetata가 개체수에서는 낮았으나 R. hebetata 한 개체당 생체량은 약 300,000 μm3으로 전체 생체량 대비 50%의 비율을 차지하였기 때문으로 해석된다.
13%를 차지하였다. 생체량에 따른 주요종은 Rhizosolenia hebetata가 38.67%로 가장 높은 비율을 차지하였고, 그 외 5종이 17.82%를 차지하였다. 울산 해역에서 개체수에 따른 주요종은 Chaetoceros curvisetus(28.
본 연구는 해양 식물플랑크톤의 개체수 및 생체량과 chlorophyll a 농도간의 연관성을 파악하기 위하여 2000년부터 2010년까지 인천, 통영, 울산 해역의 34개 정점에서 1160개 시료를 분석하였다. 연구결과 개체수와 chlorophyll a 농도가 생체량과 chlorophyll a 농도보다 높은 상관성을 보여 우리나라 연안해역에서는 1차 생산의 분석에 있어서 개체수 지표를 사용하는 것이 생체량을 사용하는 것보다 더 효율적일 것으로 판단된다. 그러나 좀 더 자세한 결과를 도출하기 위해서는 시기별로 보다 많고, 정확한 생체량 데이터를 확보하고, 시기별 chlorophyll 함량 자료의 축적과 함께 국내 연안에서 적용 가능한 모델 구축이 반드시 필요하다.
82%를 차지하였다. 울산 해역에서 개체수에 따른 주요종은 Chaetoceros curvisetus(28.28%)를 포함한 7종이 72.92%를 차지하였고, 생체량에 따른 주요종은 Rhizosolenia hebetata (38.00%)를 포함한 8종이 73.19%를 점유하였다.
즉, 개체수에 따른 주요종의 크기는 10 μm 내외의 nano-size의 식물플랑크톤과 20~50 μm의 micro-size 식물플랑크톤이 대다수를 차지하였으나 생체량에 따른 주요종은 100 μm 이상의 meso-size (i.e. Ditylum brightwellii, Coscinodiscus asteromphalus, Coscinodiscus radiatus, Rhizosolenia hebetata, Rhizosolenia robusta)의 식물플랑크톤으로 대부분 구성되어 있었다.
그러나 생체량으로 변환 시 주요종이 다르게 나타났다. 총 9종이 전체 생체량에 61.93%를 차지하였고, 그 중 Rhizo-solenia hebetata (14.61%)와 Skeletonema marinoi (9.12%)가 가장 높은 비율을 차지하였다. 통영 해역에서 개체수에 따른 주요종은 Chaetoceros curvisetus(17.
12%)가 가장 높은 비율을 차지하였다. 통영 해역에서 개체수에 따른 주요종은 Chaetoceros curvisetus(17.22%)를 포함한 총 11종이 71.13%를 차지하였다. 생체량에 따른 주요종은 Rhizosolenia hebetata가 38.
후속연구
이러한 연구들은 크기가 다양한 식물플랑크톤 군집의 특성상 단순히 개체수를 측정하는 것 보다는 부피의 개념이 식물플랑크톤의 일차생산을 지시할 수 있다고 판단하였기 때문이다(Sun and Liu 2003). 그러나 본 연구에서는 생체량보다는 개체수와 chlorophyll a의 상관성이 더 높은 것으로 볼 때 각 해역의 특성을 고려한 지표선정이 필요할 것으로 판단된다.
연구결과 개체수와 chlorophyll a 농도가 생체량과 chlorophyll a 농도보다 높은 상관성을 보여 우리나라 연안해역에서는 1차 생산의 분석에 있어서 개체수 지표를 사용하는 것이 생체량을 사용하는 것보다 더 효율적일 것으로 판단된다. 그러나 좀 더 자세한 결과를 도출하기 위해서는 시기별로 보다 많고, 정확한 생체량 데이터를 확보하고, 시기별 chlorophyll 함량 자료의 축적과 함께 국내 연안에서 적용 가능한 모델 구축이 반드시 필요하다.
서론에서도 언급하였듯이 chlorophyll 농도는 쉽고 정량적인 분석이 가능하여 식물플랑크톤의 생산력의 지표로 많이 사용하고 있다. 따라서 chlorophyll과 개체수, chlorophyll과 생체량을 비교한다면 어떤 지표가 생태학적 해석에서 더 좋은지 비교할 수 있을 것이다. 본 연구 결과 세 지표간의 상관관계는 지역별 차이를 보였으나, 개체수와 chlorophyll a 농도의 상관관계가 인천, 통영, 울산해역에서 모두 높게 나타났다(Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물플랑크톤은 생태계에서의 위치와 어떤 특징을 가지나?
식물플랑크톤은 1차 생산자로서 해역 및 계절 등 각기 다른 환경에 의해 군집구조의 차이를 보이며 세포 크기에 따라 다른 먹이연쇄구조를 가지고 있다(Malone 1980; Furuya and Marumo 1983). 일반적으로 연안 해역에서는 소형 이상의 크기(micro size)의 식물플랑크톤이 주로 나타나며(Kitchen et al. 1975; Malone 1980), 외해로 갈수록 미소(nano) 및 초미소(pico) 식물플랑크톤이 일차생산에 높은 기여를 하고 있다(Berman 1975; Glover 1985).
연안지역에서 외해로 갈수록 식물플랑크톤 군집을 이루는 플랑크톤 크기는 어떤 차이를 보이는가?
식물플랑크톤은 1차 생산자로서 해역 및 계절 등 각기 다른 환경에 의해 군집구조의 차이를 보이며 세포 크기에 따라 다른 먹이연쇄구조를 가지고 있다(Malone 1980; Furuya and Marumo 1983). 일반적으로 연안 해역에서는 소형 이상의 크기(micro size)의 식물플랑크톤이 주로 나타나며(Kitchen et al. 1975; Malone 1980), 외해로 갈수록 미소(nano) 및 초미소(pico) 식물플랑크톤이 일차생산에 높은 기여를 하고 있다(Berman 1975; Glover 1985).
식물플랑크톤 군집 변동의 표현을 위해 무엇을 사용하는가?
식물플랑크톤 군집 변동의 표현은 개체수(abundance), 생체량(bio-volume) 및 chlorophyll a를 사용하나, 개체수와 chlorophyll a 농도의 변동에 따라 식물플랑크톤 군집의 변동을 해석하는 것이 일반적이다. 개체수 측정은 식물플랑크톤 종조성 및 생태계에 대한 종별 기여도를 설명하기에 용이한 점이 있으나 생태계 내에서 생산력을 설명하기에 부족하며, chlorophyll a는 정량화 할 수 있는 장점을 가지고 있으나 종 별, 개체군 별 생산력을 이해하기에 어렵다(Sun and Liu 2003).
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