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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 잘피(Zostera marina L.)의 성장과 부착생물 및 부착조류의 관계 그리고 부착 생물간의 군집의 변화에 대해 알아보고자 하였다. 이에 따라 건중량, 유기물량, 잎의 넓이 및 길이 등의 측정을 통해잘피의 성장을 조사하였으며 부착생물은 건중량, 유기물량 그리고 부착조류의 엽록소량(엽록소 a, 엽록소 c, 카 로티노이드), 계수를 통한 부착규조류의 현존량을 측정 하였고, 이들의 상관관계를 분석함으로써 기질과 부착생물, 그리고 부착생물 간의 관계를 이해하고자 하였다.
- 본 논문에서는 건중량 및 유기물량, 그리고 엽록소 양 등의 현존량을 기준으로 하여 기질인 해초와 부착생물, 그리고 부착조류와 기타 부착생물간의 관계를 알아보고자 하였다. 그러나 이들의 관계는 서식하고 있는 수환경과도 밀접한 관계를 가지고 있으며, 특히 수괴의 영양염 및 염분, 온도 등에 의해 부착생물의 현존량은 크게 달라질 수 있다(Penhale and Thayer 1980; Smith and Penhale 1980).
제안 방법
- 잘피의 채집은 매월 간조시 이루어졌으며, 무작위적으로 약 60개체를 채집하였다. 이 때 저조시 갯벌이 완전히 드러나 건조된 잘피를 채집하지 않기 위해 수심약 0.1~1.0 m에서 채집하였으며, 퇴적물에 서식하는 생물의 영향을 방지하기 위해 지상 1 cm 윗 부분의 줄기부분을 잘라 채집하였다. 채집한 시료는 실험내용에 따라 10개체씩 지퍼백에 담아 냉장 보관하여 실험실로 운반하였으며, 냉장 보관 상태에서 실험을 실시하였다.
- 잘피 10개체에서 개체별로 제거한 부착생물을 거른 GF/F 여과지와 부착생물이 제거된 잘피(Epiphytes Free Eelgrass, EpiFE) 10개체를 각각 70℃에서 24시간 건조하여 건중량(Dry Weight, DW)을 측정하였다. 이 시료를 450℃에서 1시간 태운 후의 양을 무기물량 (Ash Dry Weight, ADW)으로서 측정하고 건중량에서 무기물량을 뺀 값을 유기물량(Ash Free Dry Weight, AFDW)으로 하였으며 잘피 잎의 단위 면적(Leaf Area, LA)당 무게로 계산하였다.
- )의 성장과 부착생물 및 부착조류의 관계 그리고 부착 생물간의 군집의 변화에 대해 알아보고자 하였다. 이에 따라 건중량, 유기물량, 잎의 넓이 및 길이 등의 측정을 통해잘피의 성장을 조사하였으며 부착생물은 건중량, 유기물량 그리고 부착조류의 엽록소량(엽록소 a, 엽록소 c, 카 로티노이드), 계수를 통한 부착규조류의 현존량을 측정 하였고, 이들의 상관관계를 분석함으로써 기질과 부착생물, 그리고 부착생물 간의 관계를 이해하고자 하였다.
- 잘피 10개체에서 개체별로 제거한 부착생물을 거른 GF/F 여과지와 부착생물이 제거된 잘피(Epiphytes Free Eelgrass, EpiFE) 10개체를 각각 70℃에서 24시간 건조하여 건중량(Dry Weight, DW)을 측정하였다. 이 시료를 450℃에서 1시간 태운 후의 양을 무기물량 (Ash Dry Weight, ADW)으로서 측정하고 건중량에서 무기물량을 뺀 값을 유기물량(Ash Free Dry Weight, AFDW)으로 하였으며 잘피 잎의 단위 면적(Leaf Area, LA)당 무게로 계산하였다.
- 채집한 시료는 실험내용에 따라 10개체씩 지퍼백에 담아 냉장 보관하여 실험실로 운반하였으며, 냉장 보관 상태에서 실험을 실시하였다. 잘피는 자체제작된 도구(정 등 2010)를 이용하여 부착생물을 제거한 뒤 잎의 길이, 면적, 건중량과 유기물량을 측정하였으며 잎의 면적은 아래와 같은 수식으로 계산하였다.
대상 데이터
- 본 논문은 잘피의 성장과 부착생물과의 관계, 그리고 부착생물간의 관계를 이해하고자 실시된 연구로서 여수시 돌산읍 율림리에서 1998년 7월에서 1999년 7월까지 총 13개월 동안 실시되었다. 연구 결과를 토대로 다음과 같은 세 가지 결론을 얻을 수 있었다.
- 연구해역은 전라남도 여수시 돌산도에 위치한 율림리로 1998년 7월에서 1999년 7월까지 총 13개월에 걸쳐 연구가 실시되었다. 본 연구지역은 인공 방파제에 의해외양과 단절되어 있기 때문에 파도의 영향을 적게 받으며, 비교적 파랑의 영향이 적은 곳에 주로 서식하는 잘피(Zostera marina L.) 군집이 발달하였다(Fig. 1). 이 해역은 남해안의 특성상 조석간만의 영향을 많이 받으며, 저조시에 잘피는 대기에 노출되어 건조의 영향을 받는다.
- 연구해역은 전라남도 여수시 돌산도에 위치한 율림리로 1998년 7월에서 1999년 7월까지 총 13개월에 걸쳐 연구가 실시되었다. 본 연구지역은 인공 방파제에 의해외양과 단절되어 있기 때문에 파도의 영향을 적게 받으며, 비교적 파랑의 영향이 적은 곳에 주로 서식하는 잘피(Zostera marina L.
- 잘피의 채집은 매월 간조시 이루어졌으며, 무작위적으로 약 60개체를 채집하였다. 이 때 저조시 갯벌이 완전히 드러나 건조된 잘피를 채집하지 않기 위해 수심약 0.
- 0 m에서 채집하였으며, 퇴적물에 서식하는 생물의 영향을 방지하기 위해 지상 1 cm 윗 부분의 줄기부분을 잘라 채집하였다. 채집한 시료는 실험내용에 따라 10개체씩 지퍼백에 담아 냉장 보관하여 실험실로 운반하였으며, 냉장 보관 상태에서 실험을 실시하였다. 잘피는 자체제작된 도구(정 등 2010)를 이용하여 부착생물을 제거한 뒤 잎의 길이, 면적, 건중량과 유기물량을 측정하였으며 잎의 면적은 아래와 같은 수식으로 계산하였다.
데이터처리
- 잘피, 부착생물, 부착조류 및 규조류의 변화는 One-way ANOVA를 사용하여 분석하였으며, 잘피와 부착생물, 그리고 부착생물간의 상호관계는 Pearson’s correlation analysis를 통해 수행하였다.
이론/모형
- a) 부착규조류를 위한 채집은 1998년 7월에서 1998년 12월까지 6개월 동안 이루어졌으며, 계수 및 동정은 정 등(2010)에 의한 방법과 동일하게 실시하였으며, 계통분류는 Round et al.(1990)이 제안한 체계를 이용하였다.
- 부착조류의 색소량 분석은 엽록소 a와 엽록소 c 그리고 카로티노이드 3가지를 측정하였으며 잘피 10개체에서 제거한 부착조류를 GF/F 여과지에 거른 후 Parsons et al. (1984)의 방법을 이용하여 측정하여 잘피 잎의 단위면적(Leaf Area, LA)당 엽록소의 양으로 환산하였다.
- 이 때 계산되어진 부착생물의 엽록소 a와 유기물량을 이용하여 독립영양지수 (Autotrophic Index, AI)를 함께 구하였다(APHA 1995).
성능/효과
- 연구 결과를 토대로 다음과 같은 세 가지 결론을 얻을 수 있었다. 1) 잘피 잎의 면적과 부착 생물의 현존량과는 정상관관계를 나타냄으로써 부착가능 면적이 넓어지게 되면 부착생물의 현존량이 증가함을 확인할 수 있었다. 이것은 해초의 외적인 성장이 증가할수록 부착생물이 부착할 수 있는 시간적 가능성이 증가할 뿐만 아니라 부착이 가능한 면적이 확대되는 기회를 제공해 줄 수 있다.
- 1998년 10월과 1999년 1월, 2월의 엽록소량이 높게 나타남으로써 1차 생산자의 성장이 컸으며, 특히 엽록소 a, c, 카로티노이드가 가장 높았던 1998년 10월에는 1998년 7월에서 12월까지 계수된 규조류 중 985×106 frustules cm-2 LA로 가장 높은 규조류수를 보 임으로써, 이 시기에 규조류의 기여도가 높았을 것으로 사료된다(Fig. 8).
- 이것은 해초의 외적인 성장이 증가할수록 부착생물이 부착할 수 있는 시간적 가능성이 증가할 뿐만 아니라 부착이 가능한 면적이 확대되는 기회를 제공해 줄 수 있다. 2) 부착생물의 건중량에 대한 무기물량 및 유기물량의 비율과 엽록소 양과의 상관관계를 살펴볼 때, 부착조류의 경우 석회홍조류나 규조류와 같이 무기물의 비율이 높은 조류의 현존량이 녹조류나 갈조류와 같은 조류보다 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 3) 독립영양지수 (AI, Autotrophic Index)를 통해 살펴본 부착생물의 군집은 약 2개월의 종속영양군 집이후 1개월의 독립영양군집이 나타나는 현상을 보였으나, 독립영양생물을 위주로 한 군집의 유지기간이 짧고 지수의 값이 높은 것을 고려할 때, 유기물질 또는 미생물 등을 위주로 한 종속영양생물의 군집이 우점한다고 유추할 수 있었다.
- 2) 부착생물의 건중량에 대한 무기물량 및 유기물량의 비율과 엽록소 양과의 상관관계를 살펴볼 때, 부착조류의 경우 석회홍조류나 규조류와 같이 무기물의 비율이 높은 조류의 현존량이 녹조류나 갈조류와 같은 조류보다 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 3) 독립영양지수 (AI, Autotrophic Index)를 통해 살펴본 부착생물의 군집은 약 2개월의 종속영양군 집이후 1개월의 독립영양군집이 나타나는 현상을 보였으나, 독립영양생물을 위주로 한 군집의 유지기간이 짧고 지수의 값이 높은 것을 고려할 때, 유기물질 또는 미생물 등을 위주로 한 종속영양생물의 군집이 우점한다고 유추할 수 있었다.
- 건중량에 대한 유기물량의 기여도와 부착조류의 현존량 그리고 유기물량과의 상관관계를 구한 결과 상관계수가 -0.72 (p⁄0.01), -0.65 (p ⁄0.01)로 역상관관계가 나타났으나 (Fig. 10) 건중량에 대한 무기물량의 기여도와 부착조류의 엽록소 a 및 카로티노이드는 각각 0.65 (p⁄0.01), 0.68 (p⁄0.01)로 정상관관계를 나타냈다(Fig. 11).
- 일반적으로, 탄산칼슘으로 된 외피를 가지는 부착동물(예; 고둥류, 따개비류)이나 석회 홍조류가 번성할 때는 전체 건중량에 기여하는 무기물량이 유기물량보다 많아질 수 있다. 그러나 석회홍조류의 광합성 보조색소인 카로티노이드와 함께 엽록소 a의 양과 건중량에 대한 무기물량의 기여도(%) 간에 높은 상관성을 보임으로써, 부착동물에 의한 것보다는 석회홍조류 또는 규조류와 같이 무기물을 많이 함유한 부착조류가 높은 밀도로 부착하고 있음을 유추할 수 있었다. 이러한 결과는 미세부착조류는 일반적으로 탄산질이나 또는 규산질의 외각을 가진 생물, 즉 석회조류, 유공충, 그리고 규조류가 우점된다는 보고와 유사한 결과를 보 였다(Johansen 1981; Woelkerling 1988).
- 이는 해초 종의 특성에 따라 부착생물의 다양성이 달라질 수 있으며 같은 종일 경우 해초 잎의 수명에 따라 생물의 다양성 및 현존량이 달라질 수 있다는 보고와도 일치한다(Borowitzka and Lethbridge 1989; Trautman and Borowitzka 1999). 그러나, 부착생물의 유기 물량과 해초의 유기물량과는 뚜렷한 상관관계를 보이지 않음으로써 잘피의 외형적 성장이 부착생물의 성장에 주된 영향을 끼치고 있는 것으로 나타났다.
- 동정된 부착 규조의 종수는 총 64종이었으며, 조사기기별로 부착한 규조종수는 37~53종으로 9월에 최고 종수를 나타내었다(Table 1). 우점종은 Tabularia faciculata (7월), Tabularia faciculata (8월), Berkeleya rutilans (9월), Gomphonemopsis exigua (10월), Gomphonemopsis exigua (11월), Navicula perminuta (12월)로 천이되었다(Table 2).
- 일반적으로 부착하여 서식하는 부착생물(seagrass epiphytes)은 부착조류(epiphytic algae)와 부착성 동물(epiphytic fauna) 및 기타 부착성 생물 모두 포함한다(Frankovich and Zieman 1994). 따라서, 연구목적에 따라 부착 생물과 부착성 동물 및 부착조류는 구분되어져 사용되어야 할 필요성이 있으며, 본 논문에서는 부착성 동물을 제거하지 않고 측정한 총 건중량과 총 유기물량은 부착생물(epiphytes)의 현존량으로, 그리고 광합성 색소인 엽록소 a를 사용하여 측정한 값은 부착조류(epiphytic algae)의 현존량이라고 서술하였다. 이러한 기술 방법은 해초의 부착생물(seagrass epiphytes)을 크게 식물상(epiphytic algae or flora)과 동물상(epiphytic invertebrates, fauna or epifauna) 그리고 박테리아와 유기쇄설물로 나누어 설명한 Harlin (1980)의 방법과도 일치한다.
- 또한, 부착조류의 현존량이라 할 수 있는 엽록소 a는 잘피 잎의 면적이 넓어질수록 지수적으로 증가하는 관계(r=0.73, p⁄0.01)를 나타내었다(Fig. 5).
- 부착생물의 유기물량(AFDW)과 부착조류의 현존량(엽록소 a)을 이용한 독립영양 지수(AI)의 측정값은 1998년 7월 측정된 1,166.67의 매우 높은 값을 제외하고는 151.99~375.00의 범위였으며 1998년 10월과 1999년 6월에 각각 최저치와 최고치를 나타내었다(Fig. 12). 독립 영양지수의 개념은 수질을 평가하기 위해 Weber (1973)가 처음 제안하였으며, 현재는 유기물질이 포함된 생물 군집(조류, 균류, 박테리아)내에서 일차생산자와 소비자 간의 관계를 규명하는데에 주로 사용되며, 주로 담수의 부착생물에 주로 사용되어지고 있다(Weber 1973; Boisson and Perrodin 2006; Lei 2006).
- 부착생물의 현존량(건중량, 유기물량)과 부착조류의 현존량(엽록소a)의 관계와 건중량에 대한 유기물량의 기여도 및 엽록소 a와 유기물량과의 상관관계 그리고, 건중량에 대한 무기물량의 기여도 및 부착조류의 엽록소 a와 카로티노이드와의 상관관계 값을 고려할 때, 잘피의 부착생물은 부착동물의 외피와 석회홍조류의 외각을 이루고 있는 탄산칼슘 또는 규산질의 영향을 받고 있는 것으로 예상되어졌다. 일반적으로, 탄산칼슘으로 된 외피를 가지는 부착동물(예; 고둥류, 따개비류)이나 석회 홍조류가 번성할 때는 전체 건중량에 기여하는 무기물량이 유기물량보다 많아질 수 있다.
- 부착생물이 부착하여 살아가는 기질이 되는 잎의 면적 및 길이와 부착생물과의 성장과는 밀접한 상관관계를 보였다. 잘피 잎의 면적과 건중량, 유기물량과의 상관계수는 0.
- 부착조류의 현존량인 엽록소 a와 부착생물의 총 현존량인 건중량, 유기물량과의 상관관계는 매우 높은 것으로 나타났으며, 상관계수는 각각 0.82 (p⁄0.01), 0.83 (p⁄0.01)으로 나타났다 (Fig. 9).
- 우점종은 Tabularia faciculata (7월), Tabularia faciculata (8월), Berkeleya rutilans (9월), Gomphonemopsis exigua (10월), Gomphonemopsis exigua (11월), Navicula perminuta (12월)로 천이되었다(Table 2).
- 또한, 킹 조지 섬의“Matías stream”에서 측정된 AI의 범위는 약 60~60×103으로서 2개월을 제외하고는 종속영양적인 특성이 나타남으로써 주로 유기물질과 미생물 등의 종속영양 생물의 현존량이 독립영양생물보다 많은 것으로 나타났다 (Pizarro and Vinocur 2000). 이러한 기존의 결과와 본 연구의 결과를 비교해볼 때 해초 부착생물의 군집이 주기적으로 독립영양군집이 나타나기는 하지만 독립영양 지수 값이 큰 것으로 나타나 주로 유기물질 또는 미생물군집을 위주로 한 종속영양군집이 우점을 하고 있는 것으로 판단되었다. 해초의 부착생물과 관련하여 AI 지수를 사용한 문헌은 매우 드물었으나, Frankovich and Fourqurean (1997)은 열대성 해초 Thalassia testudinum에 부착하는 생물에 대하여 AI를 사용하였는데, 이 때 사용한 지수는 APHA (1995) 및 본 논문에서 사용한 수식의 역수를 사용하였다(#).
- 잎의 길이 및 면적은 1998년 7월 이후 감소현상을 보이다가 10월에 최저치를 나타낸 이후 1999년 2월까지 꾸준한 증가추세를 보였다. 이후 1999년 4월까지 2개월 동안 감소현상을 보였으나 1999년 7월까지 다시 증가추세를 보임으로써 일 년 동안 두 번의 증감 형태를 보였다 (Fig. 2). 잎의 길이의 변화는 거제도에서 채집되었던 잘 피와는 달리 그 변화 폭이 컸으나 7월에 최대 성장을 했다는 점에서는 일치하였다(정 등 2010).
- 잘피 잎의 길이와 건중량, 유기물량과의 상관계수는 0.70 (p⁄0.01), 0.75 (p⁄0.01)로서 건중량과는 지수적으로 유기물량과는 선형적으로 나타났다(Fig. 4).
- 잘피 잎의 면적과 건중량, 유기물량과의 상관계수는 0.67 (p⁄0.05), 0.72 (p⁄0.01)였으며 건중량과는 지수적 관계, 유기물량과는 선형적 관계를 나타내었다.
- 잘피 잎의 면적이 넓어질수록 부착생물 및 부착조류의 현존량이 증가한다는 본 연구의 결과는 잘피의 수명이 길어질수록, 즉 잎의 길이가 길어지고 너비가 넓어져 잎의 총 면적이 커질수록 부착생물의 현존량이 많아짐을 의미한다. 이는 해초 종의 특성에 따라 부착생물의 다양성이 달라질 수 있으며 같은 종일 경우 해초 잎의 수명에 따라 생물의 다양성 및 현존량이 달라질 수 있다는 보고와도 일치한다(Borowitzka and Lethbridge 1989; Trautman and Borowitzka 1999).
- 이 해역은 남해안의 특성상 조석간만의 영향을 많이 받으며, 저조시에 잘피는 대기에 노출되어 건조의 영향을 받는다. 잘피가 서식하는 방파제 안쪽의 수심은 최대수심이 약 3.0 m이며 잘피가 서식지 전체에 걸쳐 고르게 분포되어 있지 않고, 국지적으로 군집(patch)을 형성하고 있는 것이 특징이며, 방파제가 연결되지 않은 곳은 미역 (Undaria pinnatifida)이 군집을 형성하고 있었으나, 미역군집지와 잘피의 군집사이에는 약 10 m의 무초지(無草地)가 존재하여 군집간의 영향은 적었다.
후속연구
- 그러나 이들의 관계는 서식하고 있는 수환경과도 밀접한 관계를 가지고 있으며, 특히 수괴의 영양염 및 염분, 온도 등에 의해 부착생물의 현존량은 크게 달라질 수 있다(Penhale and Thayer 1980; Smith and Penhale 1980). 따라서, 본 연구 결과와 함께 서식해역의 환경요인 변화에 따른 부착생물 군집의 변화에 대한 후속연구는 해초에 부착하는 부착생물 군집 변화에 대한 종합적인 결과를 얻는 기회가 될 것이다.
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