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수치모델을 활용한 자란만에서 유해 와편모조류 Cochlodinium polykrikoides와 규조류 Skeletonema sp.의 경쟁에 미치는 영양염의 영향

Effect of Nutrients on Competition among the Harmful Dinoflagellates Cochlodinium polykrikoides and the Diatom Skeletonema sp. in Jaran Bay Using a Mathematical Model

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.20 no.2, 2015년, pp.92 - 101  

오석진 (부경대학교 해양학과) ,  김현정 (부경대학교 해양학과) ,  권형규 (부경대학교 해양과학공동연구소) ,  양한섭 (부경대학교 해양학과) ,  김석윤 (부경대학교 해양학과)

초록
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수치모델을 활용한 Cochlodinium polykrikoides와 Skeletonema sp.의 영양염에 대한 종간경쟁을 바탕으로 2013년 하계 자란만에서 C. polykrikoides의 적조 미발생 원인을 고찰하였다. 2013년 하계 자란만의 영양염 조건을 모델에 적용시킨 결과, 실제 현장과 유사하게 Skeletonema sp.의 세포밀도는 C. polykrikoides보다 높았다. 또한 다양한 변수에 대한 민감도 분석에서, C. polykrikoides는 어떠한 변수의 변화에도 일정한 세포밀도를 보였으며, Skeletonema sp.의 세포밀도는 영양염 농도의 증 감에 민감하게 반응하였다. 이러한 결과를 통해 C. polykrikoides는 급격한 환경변화에도 영향을 받지 않고 생장을 유지할 수 있을 것이다. 하지만 영양염 공급이 변화하는 연안환경에서는 Skeletonema sp.의 생장이 촉진될 수 있을 것이다. 따라서 외부로부터 영양염의 공급이 크게 변화하는 자란만에서 Skeletonema sp.와 같은 규조류의 번무에 따라서 C. polykrikoides의 출현이 억제된 것으로 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We investigated cause of non-outbreak of Cochlodinium polykrikoides blooms in the western coast of Jaran Bay during summer, 2013, based on the species competition among C. polykrikoides and Skeletonema sp. using a mathematical model. As a result of the model simulation where the nutrient conditions ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 용존 유기 영양염은 식물플랑크톤에 흡수된 후 효소에 의해 가수분해 되어 용존 무기 영양염의 형태로 이용되지만, 해수 중 존재하는 효소에 의해 용존 무기 영양염의 형태로 전환된 후 식물플랑크톤의 생장에 이용되기도 한다. 따라서 본 모델에서는 다음과 같이 용존 유기 영양염의 가수분해가 가능하도록 설정하였다.
  • polykrikoides와 Skeletonema sp.에 가장 큰 영향을 미치는 변수를 파악하기 위해 실시하였다. 그리고 모델의 기본 구성은 Fig.

가설 설정

  • 5 L의 배지에 대수증식기 후기의 세포를 약 100 cells mL-1이 되도록 접종하였다. 배양온도와 염분 및 광량은 유지배양과 동일한 조건으로 설정하였다. 세포밀도는 매일 일정한 시간에 도립현미경(TE 2000-S, Nikon)을 이용하여 계수하였으며, 영양염 농도 측정을 위한 시료는 이틀에 한 번씩 획득하였다.
  • 식물플랑크톤의 영양염 흡수는 환경수 중의 영양염 농도에 반응하지 않고 세포 내 영양염 함유량에 의존하며, 시간에 따라 변화한다고 가정하였다(Dugdale et al., 1981). 식물플랑크톤의 상대생장속도(specific growth rate)는 세포내의 영양염 함유량에 의해 조절된다.
  • 의 생장(μ)은 세포내 영양염 함유량에 따라 이뤄지는 것으로 가정하였다(Droop, 1973).
  • 의 영양염 흡수(ρ)는 Michaelis-Menten 식에 근거한 효소활성 반응에 따라 흡수되는 것으로 가정하였다(Dugdale, 1967).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자란만의 위치 및 특징은? 연구해역인 자란만은 남해 동부해역에서 위치하고 있으며, 만북부에는 5개의 하천이 만내로 영양염을 공급하여 일차생산자의 생장에 있어 유리한 환경이 조성되어 있다. 이로 인하여 굴 수하식, 우렁쉥이 등의 양식어장, 가두리 및 정치망어장 등을 이용한
영양염에 따른 식물플랑크톤의 생장식과 이를 이용한 종간경쟁 수치모델의 종류는 무엇이 있는가? 한편, 영양염에 따른 식물플랑크톤의 생장식과 이를 이용한 종간경쟁 수치모델은 많은 연구에서 보고되어 있다. Tilman(1981)은 식물플랑크톤이 외부 영양염에 따라 생장한다는 Monod 식을 활용한 자원량 경쟁 모델을 구축하여 종 천이를 설명하였다. 하지만, 세포 내 영양염 함유량(cell quota)을 고려한 첫 번째 모델은 그 보다 앞선 Droop(1973)에 의해 보고되었으며, Lehman et al.(1975)에 따라 다중 영양염 모델(multiple nutrient model)로 발전되었으며, 영양염 흡수(Michaelis-Menten 식)와 생장(Droop 식)을 분리시켜 모델을 설계하였다. Roelke et al.(1999)은 앞선 경쟁 모델을 더욱 발전시켜 비정상상태에서 영양염과 식물플랑크톤 생장에 의한 재생산과정을 모델화하여, 식물플랑크톤의 군집구조가 어떻게 변화하는지 확인하였다. 지금까지 모델은 대부분이 용존태 무기영양염만 고려한 모델이다. 하지만 일부 해역에서 용존태 유기 영양염이 무기 영양염과 유사하거나 높은 비율을 보이기 때문에 무기영양염 제한시 유기 영양염이 식물플랑크톤 생장에 중요한 영양염공급원이 될 수 있다(Cembella et al., 1984; Kwon et al., 2013).
해양 생태계에서 영양염류가 영향을 미치는 것들은 무엇이 있는가? 해양 생태계에서 영양염류는 식물플랑크톤의 생물량, 일차생산력 및 종조성 등에 영향을 미치며(Borchardt, 1996), 특히 연안역의 경우 담수 유입 및 만 자체의 내부순환 등과 같은 물리해양환경 그리고 일차생산자 및 분해자의 흡수와 분해 등과 같은 생물해양환경에 따라 영양염의 구성비도 시공간적으로 다르게 나타난다(Mann, 2000). 이러한, 환경에서 일차생산자는 19세기에 제시된 Liebig 최소율의 법칙(Law of minimum)에 따라 생장이 제한이 되며(Ryther and Dunstan, 1971), Tilman(1982)은 영양염의 절대적인 농도보다도 영양염의 구성비에 따라서 식물플랑크톤 생장에 영향을 미친다고 보고하여, 제한 영양염의 화학양론비(stoichiometry ratio)의 변화는 결국 식물플랑크톤의 생장, 군집조성 및 종 천이 등에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Justic et al.
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참고문헌 (34)

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