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문제 정의
- 본 연구는 남세균의 억제를 위한 전략적인 대응방법으로 조류섭식능이 뛰어난 이매패 (bivalve)와 동물플랑크톤의 단독 또는 혼합적용하여 유기물 섭식능력을 비교 평가하기 위하여 인공적으로 발생시킨 남세균을 대상으로 실내 실험을 실시하였다.
제안 방법
- 도가니의 무게 차를 통해 패류의 건중량을 계산한 후, 다시 500℃에서 30분간 태운 후 무게를 측정함으로서 유기물량을 계산하여, 패각길이 (L)와의 regression을 통해 상관식 ((AFDW= - 0.26 - 0.08L+0.03L2, r2=0.85, p<0.0001)에 따라 구하였다.
- 실험에 사용된 패류의 유기물량 (Ash-free dry-weight: AFDW)은 패각 길이와 AFDW의 상관관계식을 이용하였다. 상관관계식을 구하기 위하여 패각 길이가 3.7~ 14.4 cm인 말조개 142개체를 이용하였으며, 패류의 건중량과 유기물함량을 측정하기 위하여 패류 근육을 껍질로부터 분리하여 500℃에서 태워 무게가 측정된 도가니에 담아 100℃에서 72시간 동안 건조시킨 후 무게를 측정하였다(APHA 2001). 도가니의 무게 차를 통해 패류의 건중량을 계산한 후, 다시 500℃에서 30분간 태운 후 무게를 측정함으로서 유기물량을 계산하여, 패각길이 (L)와의 regression을 통해 상관식 ((AFDW= - 0.
- 섭식실험은 3반복으로 6 L 용기에 대조구, 동물플랑크톤을 첨가한 처리구 (Z, 40 ind. L-1), 패류를 첨가한 처리구(M, 2 ind. L-1), 동물플랑크톤과 패류를 모두 첨가한 처리구 (ZM, 개별적으로 첨가된 것과 동량)로 구분하여 실시하였다.
- 실험은 동물플랑크톤만 처리한 Z군 (40 individuals L-1), 패류만 처리한 M군 (2 individuals L-1), 동물플랑크톤과 패류를 모두 첨가한 ZM군 (Z, M군의 밀도를 합한 것)으로 설계하였다. 수심별 조류제어 효과를 확인하기 위하여 표층, 중층에서 각각 일정량의 실험수를 꺼내 엽록소량의 경시적 변화를 측정하였다. 결과, 중층의 모든 처리구에서 Chl-a의 감소를 보였으며 24시간째 Z군은 63.
- 시료는 동물플랑크톤과 패류가 첨가된 직후와 1, 4, 7, 24시간 후에 표층과 중층 (표층으로부터 15 cm 아래)에서 50 mL씩 채수하였으며 채수한 시료는 엽록소 a 농도를 분석을 위해 GF/C 여과지로 여과한 후 (APHA, 1995), 90% 아세톤을 넣어 24시간 동안 냉암소에서 추출하였다. 엽록소량은 흡광광도계를 이용하여 측정하였다.
- 실험수는 매년 남조 Microcystis aeruginosa가 대발생하는 일감호 (서울)의 현장수, sediment, 배지를 대형 수조에 일정량 넣고 인위적으로 조류대발생을 일으켜 유지하고 있는 실험수를 이용하였다. 실험은 동물플랑크톤만 처리한 Z군 (40 individuals L-1), 패류만 처리한 M군 (2 individuals L-1), 동물플랑크톤과 패류를 모두 첨가한 ZM군 (Z, M군의 밀도를 합한 것)으로 설계하였다. 수심별 조류제어 효과를 확인하기 위하여 표층, 중층에서 각각 일정량의 실험수를 꺼내 엽록소량의 경시적 변화를 측정하였다.
- 시료는 동물플랑크톤과 패류가 첨가된 직후와 1, 4, 7, 24시간 후에 표층과 중층 (표층으로부터 15 cm 아래)에서 50 mL씩 채수하였으며 채수한 시료는 엽록소 a 농도를 분석을 위해 GF/C 여과지로 여과한 후 (APHA, 1995), 90% 아세톤을 넣어 24시간 동안 냉암소에서 추출하였다. 엽록소량은 흡광광도계를 이용하여 측정하였다.
- 현장에서 채집된 패류들은 실험실로 운반하여 모래기질을 채운 용기에서 순화되었다. 유지수는 현장수 (일감호, 서울)나 탈염수돗물로 소형 전기펌프 (ID-50, 영일전기산업, 한국)를 이용하여 인위적으로 순환하도록 하였으며, 수심은 20~30 cm를 유지하도록 하였다. 수온은 냉각기를 이용하여 18.
- 유해조류의 생물학적 제어를 위하여 여과능이 입증된 패류와 동물플랑크톤을 혼합적용하고, 현장적용 가능성을 검토하였다. 실험수는 매년 남조 Microcystis aeruginosa가 대발생하는 일감호 (서울)의 현장수, sediment, 배지를 대형 수조에 일정량 넣고 인위적으로 조류대발생을 일으켜 유지하고 있는 실험수를 이용하였다.
- 초기 농도 74.1 μgChl-a L-1의 실험수를 약 100배 농축 하여 Chl-a 농도에 따른 말조개의 여과율을 비교하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 동물플랑크톤은 K-Water에서 분양받은 물벼룩 (Daphania magna)을 사용하였다. 먼저 분양받은 물벼룩은 충분히 폭기하여 탈염시킨 수돗물에서 배양하였으며, 수온 25±1℃, 14L : 10D 광주기를 유지하였다.
- 본 연구에서는 매년 유해 남조류 (Microcystis aeruginosa)가 대발생하는 부영양호수인 일감호 (서울)의 현장수와 sediment 및 CB 배지를 대형 수조 (50×65×120 cm)에 일정량 넣고 수온 25℃±1.0, 광도 78 μmol photons s-1 m-2, 12L : 12D 광주기를 유지하여 인공적으로 조류 대발생을 일으킨 실험수 (74.13 μgChl-a L-1)를 사용하였다.
- 1×1010 cell mL-1로 농축된 액상 클로렐라를 5일 간격으로 1 mL씩 공급하였다. 실험 2일 전부터는 먹이를 공급하지 않았으며 실험에는 패각의 길이가 7.6~ 8.6 cm 되는 건강한 패류가 사용되었다.
- 실험동물 말조개 (Unio douglasiae)는 금강수계인 충남 보령에서 채집기를 이용하여 실험이 이루어지기 15일 전에 채집되었다. 현장에서 채집된 패류들은 실험실로 운반하여 모래기질을 채운 용기에서 순화되었다.
- 유해조류의 생물학적 제어를 위하여 여과능이 입증된 패류와 동물플랑크톤을 혼합적용하고, 현장적용 가능성을 검토하였다. 실험수는 매년 남조 Microcystis aeruginosa가 대발생하는 일감호 (서울)의 현장수, sediment, 배지를 대형 수조에 일정량 넣고 인위적으로 조류대발생을 일으켜 유지하고 있는 실험수를 이용하였다. 실험은 동물플랑크톤만 처리한 Z군 (40 individuals L-1), 패류만 처리한 M군 (2 individuals L-1), 동물플랑크톤과 패류를 모두 첨가한 ZM군 (Z, M군의 밀도를 합한 것)으로 설계하였다.
- 물벼룩의 먹이 역시 액상 클로렐라를 사용하여 일주일 간격으로 1 mL씩 공급하였다. 실험에 사용할 물벼룩은 2일 전에 새로운 폭기물에 옮겨 먹이를 공급하지 않았으며, 몸체 길이 1 mm~2 mm 사이의 개체를 사용하였다. 동물플랑크톤의 건중량은 Length-Dry weight 관계식을 이용하여 계산하였다 (Culver et al.
- 패류의 먹이로는 ChlorellaTM (대상클로렐라 아쿠아넷, 한국)를 사용하였으며, 1.1×1010 cell mL-1로 농축된 액상 클로렐라를 5일 간격으로 1 mL씩 공급하였다.
데이터처리
- 패류 또는 동물플랑크톤의 단독 또는 혼합처리군과 대조군간의 제어율을 비교하기 위하여 SPSS package (ver. 12.0.1, SPSS inc., 2004)를 이용하여 t-test를 실시하였다.
이론/모형
- 실험에 사용할 물벼룩은 2일 전에 새로운 폭기물에 옮겨 먹이를 공급하지 않았으며, 몸체 길이 1 mm~2 mm 사이의 개체를 사용하였다. 동물플랑크톤의 건중량은 Length-Dry weight 관계식을 이용하여 계산하였다 (Culver et al., 1985).
- 실험에 사용된 패류의 유기물량 (Ash-free dry-weight: AFDW)은 패각 길이와 AFDW의 상관관계식을 이용하였다. 상관관계식을 구하기 위하여 패각 길이가 3.
성능/효과
- AFDW에 따른 두 유용생물의 여과율은 동물플랑크톤이 말조개에 비해 매우 높은 값을 나타내었다 (Fig. 2). 두 유용생물의 여과율은 시간에 따라 서로 다른 양상을 나타내었다.
- 수심별 조류제어 효과를 확인하기 위하여 표층, 중층에서 각각 일정량의 실험수를 꺼내 엽록소량의 경시적 변화를 측정하였다. 결과, 중층의 모든 처리구에서 Chl-a의 감소를 보였으며 24시간째 Z군은 63.2%의 제어율을 보인 반면, M군과 ZM군은 각각 79.8%, 90.8%의 제어율을 나타내 뚜렷한 억제효과를 보였다. 표층의 경우, Z군과 ZM군은 각각 51.
- 4%로서 가장 낮은 제어율을 보였다. 결과를 종합하면, 두 생물제재의 혼합이 수층에 상관없이 그 효과는 입증되었으나 남조 M. aeruginosa의 부유성을 감안한다면, 패류의 적용수심이 조류제어에 매우 중요한 인자임을 알 수 있었다. 따라서 생물제재의 혼합적용이 보다 높은 효과를 보였으며 조류의 생리적 특성과 생물 제재간의 상호관계에 대한 세밀한 연구가 요구되었다.
- 결과를 종합하면, 두 생물제재의 혼합이 수층에 상관없이 남세균 제어능력은 분명하게 입증되었으나 남세균 M. aeruginosa의 부유성을 감안한다면, 패류의 적용수심이 조류제어에 매우 중요한 인자임을 알 수 있다. 따라서 조류제어능이 입증된 두 생물제재의 혼합적용이 단독 처리시에 비하여 높은 효과를 보이지만 조류의 생리적 특성과 생물제재간의 상호관계에 대한 보다 세밀한 연구가 뒷따라야 될 것으로 판단되었다.
- 그러나 두 생물 모두 동일한 서식특성을 가지며 실제 패류가 여과한 배설물을 논우렁이 다시 재분산 시키는 교란자로 작용하여 탁도 발생을 유도하고 결국 투명도 감소를 가져왔다. 따라서 두 가지 이상의 기능생물이 서로 간섭하지 않고 여과섭식이 가능한 패류와 동물플랑크톤의 혼합이 효과적일 것으로 판단되었다.
- 0 L gAFDW-1 hr-1의 범위로 시간별로 그 차이가 매우 크게 나타나 안정적이지 못한 여과율을 보였으며, 실험 시작 7시간 후의 여과율이 가장 높은 값을 나타내었다. 말조개 처리구의 경우 7시간 후의 제어율과 24시간 후의 제어율은 큰 차이를 보이지 않았으며, 동물플랑크톤 처리구에서는 제어율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다 (Fig 2). 또한 동시간 후의 중층과 표층의 말조개의 여과율이 4배 이상의 차이를 나타낸 반면, 동물플랑크톤은 큰 차이를 나타내지 않았다 (Fig.
- 말조개와 대형동물플랑크톤의 유해조류 제어율은 상층과 중층에서 상당한 차이를 나타내었다. 중층의 경우 유해조류에 대한 말조개와 동물플랑크톤의 제어율은 동물플랑크톤과 패류가 존재하는 처리구 (ZM)에서 가장 높게 나타났으며, 다음으로 패류만이 존재하는 처리구 (M), 동물플랑크톤만 존재하는 처리구 (Z) 순으로 나타났다 (Fig.
- 두 유용생물의 여과율은 시간에 따라 서로 다른 양상을 나타내었다. 말조개의 여과율은 0.43~1.43 L gAFDW-1 hr-1의 범위를 나타내었으며, 실험 시작 후 1시간 째에 가장 높은 여과율을 보였으며 점차 줄어드는 것으로 나타났으며 24시간 후의 여과율은 7시간 째의 여과율에 비하여 매우 낮은 여과율을 나타냈다 (Fig. 2). 반면, 동물플랑크톤은 - 16.
- 1). 모든 처리구에서 유해조류의 제어율은 50% 이상으로 높게 나타났으며, 각 처리군에서 24시간 후의 유해조류 제어율은 동물플랑크톤 (Z)이 첨가된 곳에서 63.2%, 말조개 (M) 79.8%, 그리고 동물플랑크톤과 패류가 모두 처리된 곳에서 90.9%으로 나타났다 (Fig. 1).
- 2). 반면, 동물플랑크톤은 - 16.6~ 27.0 L gAFDW-1 hr-1의 범위로 시간별로 그 차이가 매우 크게 나타나 안정적이지 못한 여과율을 보였으며, 실험 시작 7시간 후의 여과율이 가장 높은 값을 나타내었다. 말조개 처리구의 경우 7시간 후의 제어율과 24시간 후의 제어율은 큰 차이를 보이지 않았으며, 동물플랑크톤 처리구에서는 제어율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다 (Fig 2).
후속연구
- aeruginosa의 부유성을 감안한다면, 패류의 적용수심이 조류제어에 매우 중요한 인자임을 알 수 있었다. 따라서 생물제재의 혼합적용이 보다 높은 효과를 보였으며 조류의 생리적 특성과 생물 제재간의 상호관계에 대한 세밀한 연구가 요구되었다.
- aeruginosa의 부유성을 감안한다면, 패류의 적용수심이 조류제어에 매우 중요한 인자임을 알 수 있다. 따라서 조류제어능이 입증된 두 생물제재의 혼합적용이 단독 처리시에 비하여 높은 효과를 보이지만 조류의 생리적 특성과 생물제재간의 상호관계에 대한 보다 세밀한 연구가 뒷따라야 될 것으로 판단되었다.
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