[논문]동해 해수의 질소:인의 비

이동섭; 노태근

doi:10.7850/jkso.2015.20.4.199

동해 해수의 질소:인의 비
Seawater N/P ratio of the East Sea 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.20 no.4, 2015년, pp.199 - 205

이동섭 (부산대학교 해양학과) , 노태근 (한국해양과학기술원 해양관측.자료실)

초록
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해양에서 질소와 인은 해양의 주된 일차생산자인 식물플랑크톤의 성장을 제한하는 원소이다. 우연히도 대양 해수의 N/P 비는 16이란 상수를 보이며, 질산염과 아질산염의 몰농도를 인산염의 몰농도로 나눈 값으로 계산된다. 해양내부의 생태계 역학과 생지화학적 순환 이해에 아주 유용하게 쓰여왔다. 동해는 독자적인 해수연직순환 체제를 보유한 작은 대양의 특성을 가지고 있고 적절한 반응시간과 연구를 위한 접근성이 좋기 때문에 기후변화와 관련된 연구를 진행하기에 적합하고 N/P 비를 이용하여 기후변화에 관련된 환경변화에 관한 논문이 최근에 자주 발표되고 있다. 그런데 인용되는 N/P비는 논문마다 달라서 해석에 혼선을 빚기도 하므로 기존의 영양염 자료 가운데 자료의 품질에 대한 신뢰도가 높은 자료를 선별해서 동해 N/P비의 대표값을 찾아 보았다. 2000년도를 기준으로 동해 전체를 대상으로 계절적 수온약층 아래의 수심이 300 미터를 넘는 해수의 N/P는 $12.7{\pm}0.1$로 괄목할 만하게 좁은 범위로 나타났다. 향후 추가적인 연구를 통한 새로운 N/P 비 값이 제시되기 전까지는 본 연구에서 제시된 값이 사용되어 상이한 N/P 비로 인한 생지화학적인 순환과 생태계 반응에 대한 해석에서 혼선이 최소화 되기를 희망한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Nitrogen and phosphorus are the limiting elements for growth of phytoplankton, which is a major primary producer of marine ecosystem. Incidentally the stoichiometry of N/P of ocean waters, measured by the (nitrate + nitrite)/phosphate ratio converges to a constant of 16. This characteristic ratio has been used widely for the understanding the ecosystem dynamics and biogeochemical cycles in the ocean. In the East Sea, several key papers were issued in recent years regarding the climate change and its impact on ecosystem dynamic and biogeochemical cycles using N/P ratio because the East Sea is a "miniature ocean" having her own meridional overturning circulation with the appropriate responding time and excellent accessibility. However, cited N/P values are different by authors that we tried to propose a single representative value by reanalyzing the historical nutrient data. We present N/P of the East Sea as $12.7{\pm}0.1$ for the year 2000. The ratio reveals a remarkable consistency for waters exceeding 300m depth (below the seasonal thermocline). We recommend to use this value in the future studies and hope to minimize confusion for understanding ecosystem response and biogeochemical cycles in relation to future climate change until new N/P value is established from future studies.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

비록 동해는 북서태평양의 소규모 지중해이지만 기후변화의 관점에서는 역동적인 ‘작은 대양’이라 불리는 매력적인 천연 실험실이기 때문에 동해 특이적 현상과 전 지구 변화와의 관련성은 면밀히 검토되어야 할 당위성을 가지고 있다. 그래서 궁극적으로는 낮은 N/P 비가 동해에서만 특이적인 해양학적 현상들과 어떻게 맞물려 있는지를 논의하여 동해 연구에 대한 관심을 제고하고자 하였다.
지금까지 연구자들은 Table 1에 보인 바와 같이 각기 다른 N/P 비값을 사용하여 왔으며 권장한 N/P 비 대표값으로 대체할 경우에 기존 논문의 결과와 결론이 상당 부분 달라질 수도 있다. 이 노트의 목적은 기존 논문에 대한 수정 요구에 있는 것이 아니라 지금부터라도 미래에 수정 가능한 대표값을 채택하여 사용하는 것이 과학이 확보하고자 추구하는 속성 가운데 하나인 객관성을 확보하는데 훨씬 유용하다는 점을 강조하려는데 있다.

대상 데이터

EAST-I 자료는 해양조사보고서 (cruise report)가 작성되어 있으며 현재 메타 데이터를 구축 중에 있다. 2012년도 이후 자료 가운데 일본분지에서 ONR-JES 정점과 같은 정점의 질산염과 인산염 수심 단면 자료를 Fig. 2에 함께 수록하였다. 자료의 질 비교는 영양염의 농도가 비교적 일정한 1,500 m 이심 구간에서 평가할 수 있다.
이 자료는 동해 전역을 대상으로 생산되었기 때문에 지역 대표성을 가지며 Scripps Oceanographic Institution의 분석 전문팀이 담당하였기 때문에 자료의 정도관리 수준이 해양학적 일관성의 원리 (oceanographic consistency; Boyle and Edmond, 1975)를 충족시키고 있다. 자료는 웹 주소 http://sam.ucsd.edu/onr_data/hydrography. html)에 공개되어 있다.

성능/효과

WOCE와 JGOFS가 효시가 된 전 대양 영양염 측정 결과에 대한 평가를 보면 참여한 측정 팀의 재현성과 정밀도는 높으나 심층 자료에서 실험실 별 상당한 크기의 체계적인 편차(offset)이 발견되어 정확도에서는 문제가 있음이 드러났다. 여기서 영양염 분석 정도 표준물질(CRM; certified reference material)이 부재한 것이 걸림돌로 지적되어 CRM 개발을 위한 노력이 시작되었고 한편으로는 분석 장비의 개량도 진행되었다.
결론적으로 앞으로 다음 번 N/P 비값에 대한 논문이 발표되기 전 까지는 동해의 N/P 비 대표값으로 12.7 ± 0.1가 더 적절할 것으로 사료된다.
Redfield(1934)가 플랑크톤 시료(생시료와 사체) 분석 결과를 발표한 논문에서 처음 언급되었다. 플랑크톤을 이루는 생물군이 몹시 다양하며 지역에 따라 각기 다른 플랑크톤 군집이 발달한다는 사실에도 불구하고 N/P의 분석 결과가 모두 20:1(나중에 오늘날의 값인 16:1로 수정되었음) 가까이로 수렴하는 뜻밖의 결과를 얻었다.

후속연구

여하튼 만일 통계적으로 유의하게 다른 N/P 비가 관측된다면 이는 매우 강력한 국지적 해양현상이 존재함을 알려주는 전조가 될 것이다. 따라서 추후 동해에 서식하는 플랑크톤에서 이들 원소들의 조성비에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.
N/P 비에 대한 국지적인 교란은 흥미로운 연구 주제라 판단된다. 또한 질소순환에 대한 인간의 교란으로 인해서 미래 해양의 N/P 비가 커질 것이란 전망도 있어 이에 따른 동해 생태계의 반응에 대한 지속적인 연구가 필요하다.
외압에 의한 변화는 인류의 미래가 걸린 중차대한 사안으로 이미 공감대를 이루고 있으며 이를 파악하기 위해서 앞으로의 연구는 N/P 비에 국한되지 않고 C/N/P 비로 확장되어야 한다. Redfield Redfield 비의 혁혁한 기여 가운데 하나는 모델을 통해 생물학적인 해양의 탄소 제거량를 추정하는데 편리한 도구로 쓰이고 있다는 데 있다.
5 (n = 522)이다. 이는 CREAMS/PICES 값보다 약간 큰 데 일본분지 위주의 자료여서 분지 별 차이가 반영된 것인지 시간 경과에 따른 변화인지는 후속 연구에서 다루어져야 할 내용이다.
2)을 보면 해저 가까이 자료에서 인산염은 약간 늘어나는 반면에 질산염은 약간 줄어드는 것이 보여 이들 뒷받침하고 있다. 하지만 정량적 관점에서 동해 내부 전체 해수의 N/P 비를 실효적으로 낮출 수 있는 규모인지는 더 연구되어야 할 과제이다.
이처럼 동해는 상이한 환경에 대한 접근성이 뛰어나기 때문에 동해는이들주제에대한서로상이한환경에 미치는영향을 효율연구를 수행하기 유리한 조건을 을 가지고 있다. 향후 동해에서 이러한 연구들이 활발하게 진행되어 ‘Redfield revisited’라는 검색어로 논문을찾을때 동해의 연구결과가 추가되어 널리 인용되는 날이 오기를 기대 해 본다. 이 노트에서 심층 논의되지 못한 Redfield 비에 대한 중요한 정보는 Nature Geoscience의 Focus “Redfield ratio at 80(2014)”를 참조하기 바란다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동해 해수의 N/P 비는 얼마인가?	(2012)의 Table 1에 최근의 자료를 추가한 것이다. 동해 전체에 대한 N/P 비는 11.40-14.70의 범위로 발표되었으며 이는 모두 Redfield 비인 16보다 현저하게 낮다. 하지만 자료의 범위는 상당히 넓은 편이어서 참값 또는 대표값은 얼마인가 하는 질문이 제기된다.
	해양에서 질소와 인은 무엇인가?	해양에서 질소와 인은 해양의 주된 일차생산자인 식물플랑크톤의 성장을 제한하는 원소이다. 우연히도 대양 해수의 N/P 비는 16이란 상수를 보이며, 질산염과 아질산염의 몰농도를 인산염의 몰농도로 나눈 값으로 계산된다.
	동해의 N/P 비를 설명하는 가설 중 해수순환 가설은 이를 어떻게 설명하는가?	또 다른 가설은 동해의 해수순환 특성에서 추출할 수 있다. 동해가 ‘작은 대양’이라 불리게 된 결정적인 특징인 남북연직순환 (meridional overturning circulation)은 Ocean Conveyor Belt보다 훨씬 느린 편이지만 동해의 규모가 작기 때문에 대양의 1,000년 규모에 대비해서 100년 규모로 순환의 시간 규모는 훨씬 작다. 남북연직순환이 표층의 해수를 심해로 직접 내려 보내기 때문에 표층 해수의 N/P 비가 심해의 N/P 비를 조절하게 된다. Kim and Kim (2013)은 동해 표층 해수의 N/P 비가 통상 Redfield 비보다 훨씬 작음(< 10; Table 1 참조)을 직시해서 남북연직순환이 동해 내부의 N/P 비특성을 지배한다고 설명하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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