[논문]Cochlodinium polykrikoides 적조 발생시의 한국 남해안 고흥 연안의 해양환경 특징

이문옥; 김병국; 김종규

doi:10.7846/jkosmee.2015.18.3.166

Cochlodinium polykrikoides 적조 발생시의 한국 남해안 고흥 연안의 해양환경 특징
Marine Environmental Characteristics of Goheung Coastal Waters during Cochlodinium polykrikoides Blooms 원문보기

한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.18 no.3, 2015년, pp.166 - 178

이문옥 (전남대학교 해양기술학부) , 김병국 (국립공원관리공단 해양연구센터) , 김종규 (전남대학교 해양기술학부)

초록
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국립수산과학원이 1993년부터 2013년까지 지난 20년간 우리나라 연안에서 관측한 정선관측자료, NOAA/NGSST 위성영상자료, 적조자료 및 수치실험자료 등을 분석하여, Cochlodinium polykrikoides (이하 C. polykrikoides)적조의 최초의 발생지로 알려진 고흥 연안의 8월의 해양환경적 특징을 조사하였다. 조사기간 중 고흥 연안 (나로도)의 표층 및 저층의 평균 수온은 각각 $25.0^{\circ}C$와 $23.7^{\circ}C$로, 대조구인 거제 해역의 표층과 저층에서의 평균 수온인 $23.8^{\circ}C$와 $19.4^{\circ}C$ 보다 약 $1.2-4.3^{\circ}C$가 높았다. 또한, 고흥 연안의 평균 염분은 표층과 저층에서 각각 31.78 psu과 31.98 psu로, 대조구인 거제해역의 31.54와 32.79에 비해 표층은 다소 높으나 저층은 낮았다. 즉, 고흥 연안은 하계인 8월에 표층과 저층간의 수온차나 염분차가 거제에 비해 크지 않았으며, 따라서, 고흥 연안은 8월에 성층이 매우 미약하거나 형성되지 않을 가능성을 시사하였다. 또한, 고흥 연안과 거제 해역의 표층에서의 DIN과 DIP농도는 각각 0.068 mg/L($4.86{\mu}M$)와 0.072 mg/L ($5.14{\mu}M$), 0.015 mg/L($0.48{\mu}M$)와 0.01 mg/L($0.32{\mu}M$)로, 큰 차이를 보이지 않았다. 한편, C. polykrikoides 적조 발생시, 양쯔강 하구에 인접한 동중국해($31.5^{\circ}N$, $124^{\circ}E$)에서의 8월의 표층 평균 수온 및 염분은 각각 $27.8^{\circ}C$와 31.61psu로, 고흥 연안에 비해 수온은 $2.8^{\circ}C$가 높았으나, 염분은 거의 유사하였다. 또한, 동중국해의 8월 표층의 질산염($NO_3-N$) 및 인산염($PO_4-P$) 농도는 고흥 연안에 비해 현저히 높았다. 게다가, C. polykrikoides적조 발생시의 NOAA/NGSST 위성영상자료 및 수치실험결과에 의하면, 양쯔강 하천수가 제주도와 우리나라 남해안까지 확장하여 영향을 주고 있는 것으로 판단되었다. 따라서, 하계 고흥 연안에서의 C. polykrikoides적조 발생에는 양쯔강 하천수에 의한 영양염 공급이 크게 기여하고 있는 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated marine environmental characteristics of Goheung coastal areas in August where is known to be the first outbreak site of Cochlodinium polykrikoides (hereafter C. polykrikoides) blooms, based on the oceanographic data observed from 1993 to 2013 around the Korean southern coastal waters including Eastern China Sea by National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI). The data of NOAA/NGSST satellite images as well as numerical simulation results by Seo et al. [2013] were also used for analysis. Water temperatures at the surface and bottom layers in Goheung coast, i.e. Narodo, were $25.0^{\circ}C$ and $23.7^{\circ}C$ so that they were higher than $23.8^{\circ}C$ and $19.4^{\circ}C$ in Geoje coast where is a reference site, respectively. In addition, salinities at the surface and bottom layers in Goheung coast were 31.78 psu and 31.98 psu so that they were a little higher than 31.54 psu at the surface but a little lower than 32.79 psu at the bottom in Geoje coast, respectively. That is, the differences in water temperature or salinity between the surface and bottom layers in Goheung coast in August were not large compared to Geoje coast. This suggests that stratification in Goheung coast in August is fairly weak or may not be established. In addition, the concentrations of DIN and DIP at the surface layer were 0.068 mg/L ($4.86{\mu}M$) and 0.015 mg/L ($5.14{\mu}M$) in Goheung coast while 0.072 mg/L ($5.14{\mu}M$) and 0.01 mg/L ($0.32{\mu}M$) in Geoje coast, so they did not indicate a meaningful difference. On the other hand, when C. polykrikoides blooms, water temperature and salinity in August at the station 317-22 ($31.5^{\circ}N$, $124^{\circ}E$) of the East China Sea, where is near the mouth of Yangtze River, were $27.8^{\circ}C$ and 31.61 psu, respectively. Thus, water temperature was much higher whereas salinity was almost similar compared to Goheung coast. Furthermore, concentrations of $NO_3-N$ and $PO_4-P$ in the East China Sea in August were remarkably high compared to Goheung coast. When C. polykrikoides blooms, according to not only the image data of satellites NOAA/NGSST but also numerical experiment results by Seo et al.[2013], the freshwater out of Yangtze River was judged to clearly affect the Korean southern coastal waters. Therefore, the supply of nutrients in terms of Yangtze River may greatly contribute to the outbreak of C. polykrikoides blooms in Goheung coast in summer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 C. polykrikoides 적조가 왜 나로도, 즉 고흥 연안에서 매년 최초로 발생하는지를 규명하기 위하여, 고흥 연안의 해양환경을 남해안의 주요 적조 발생지 중의 하나인 거제 및 동중국해에 있어서의 해양환경과 비교·검토하였다.

제안 방법

1993년부터 2013년까지 지난 20년간 국립수산과학원이 조사한 C. polykrikoides 적조 및 해양환경관측자료, NOAA 및 NGSST (New Generation Sea Surface Temperature) 위성영상자료 등을 사용하여 한국남해 연안수와 중국연안수(또는 양쯔강 유출수)와의 사이에서의 열염전선의 형성 유무를 검토하였다. 특히, C.
polykrikoides 적조 발생시, 양쯔강 유출수가 한국 연안에 미치는 영향을 판단하기 위하여 Seo et al.[2013]가 ROMS(Regional Ocean Modeling System) 수치모형을 사용하여 동중국해와 우리나라 전 해역에서 계산한 8월의 표층 수온과 염분 분포를 검토하였다. 또한, C.
polykrikoides적조가 최초로 발생한 경우는 고흥에 비해 현저히 적으나, 적조 발생은 고흥 이상으로 빈번함을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 왜 유독 고흥 연안에서 최초로 적조가 발생하는지 그 이유를 밝히기 위해서 인접 역인 거제 연안(GJ)을 하나의 대조 해역으로 설정하여 1997년부터 2008년까지 지난 12년간의 수온과 염분, pH, 용존산소(DO), 용존무기질소(DIN) 및 용존무기인(DIP)의 농도 비교를 행하였다.
또한, C. polykrikoides 적조의 최초발생지로 알려진 고흥(GH)연안의 해역 특성을 파악하기 위한 대조 해역으로 거제(GJ)를 설정하여, 이들 두 해역에 있어서의 수질항목(수온, 염분, DO, 영양염류 등)을 서로 비교·분석하였다.
4-6)가 설정되어 있으며, 1997년부터 2008년까지 지난 12년간 이들 정점에서 관측한 수온과 염분을 서로 비교하였다. 여기서는 여자만내 및 고흥 연안역의 수심이 10 m 전후인 천해역이기 때문에 편의상 표층값만을 비교, 검토하였다.
정선해양관측자료인 수온과 염분값으로부터 Knudsen table[Knauss, 1978]을 이용하여 밀도(σ_t)를 구하고, 수평방향의 표층 밀도분포도를 작성하였다. 이를 NOAA 및 NGSST 위성영상자료와 비교하여 한국남해 연안수와 중국연안수 (또는 양쯔강 유출수)와의 사이에서의 열염전선의 형성 유무를 검토하였다. 특히, C.
polykrikoides 적조의 최초 발생에는 거제 해역에 비해 고흥 해역의 상대적으로 높은 수온과 낮은 염분에 그 원인이 있을 것으로 생각된다. 이를 밝히기 위해 전술한 Fig. 6에서 보는 바와 같이, 여자만내의 3개 정점(St. 1-3)과 고흥 연안역 3개 정점(St. 4-6)에서 지난 12년간 관측한 수온과 염분을 서로 비교, 검토하였다.
polykrikoides 적조가 왜 나로도, 즉 고흥 연안에서 매년 최초로 발생하는지를 규명하기 위하여, 고흥 연안의 해양환경을 남해안의 주요 적조 발생지 중의 하나인 거제 및 동중국해에 있어서의 해양환경과 비교·검토하였다. 특히, 적조 발생의 주요인 중의 하나인 양쯔강 하천수가 우리나라 남해안의 수질 환경에 미치는 영향 파악을 위해 위성영상자료 및 타 연구자에 의한 수치실험결과에 기초하여 열염전선의 형성유무, 희석된 하천수의 거동 등을 파악하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이, 동중국해와 한국 남해안을 포함하는 해역과 관측정점에서, 1993년부터 2013년까지 지난 20년간 국립수산과학원(http://www.nfrdi.go.kr)이 조사한 C. polykrikoides 적조발생 관련자료(발생시기, 세포밀도, 해역), 해양환경관측망자료(수온, 염분, 영양염류, 클로로필_a 농도), 정선해양관측자료(수온, 염분), NOAA 및 NGSST(New Generation Sea Surface Temperature) 위성영상자료를 각각 사용하였다. 정선해양관측자료인 수온과 염분값으로부터 Knudsen table[Knauss, 1978]을 이용하여 밀도(σ_t)를 구하고, 수평방향의 표층 밀도분포도를 작성하였다.
6은 하계 고흥 연안역에 출현하는 고온, 저염의 해수가 내만으로부터 유래한 것인지 아니면 외양으로부터 유래한 것인지를 밝히기 위해 설정한 6개 정점의 위치를 나타낸다. 정점은 각각 고흥 해역의 북쪽인 여자만내에 3개(St. 1-3), 고흥 연안역에 3개(St. 4-6)가 설정되어 있으며, 1997년부터 2008년까지 지난 12년간 이들 정점에서 관측한 수온과 염분을 서로 비교하였다. 여기서는 여자만내 및 고흥 연안역의 수심이 10 m 전후인 천해역이기 때문에 편의상 표층값만을 비교, 검토하였다.

이론/모형

정선해양관측자료인 수온과 염분값으로부터 Knudsen table[Knauss, 1978]을 이용하여 밀도(σt)를 구하고, 수평방향의 표층 밀도분포도를 작성하였다.

성능/효과

(1) 지금까지 우리나라에 있어서의 C. polykrikoides 적조는 주로 하계인 8월을 중심으로 가장 많이 발생하였으나, 적조의 최초발생 시기는 해를 거듭함에 따라 점차 빨라지는 추세를 나타내었다.
(2) 8월의 고흥 해역의 수온은 대조 해역인 거제와 유사한 반면, 염분은 거제 해역에 비해 다소 높았다. 또한, 고흥 해역은 거제 해역과는 달리 표층과 저층간의 수온이나 염분의 차이가 크지 않았다.
(3) 고흥과 거제 해역의 용존산소와 영양염 농도는 큰 차이를 보이지 않았으며, 또한 DIN/DIP의 값, 즉 Redfield ratio는 4.23-7.2 (μM으로 환산하면, 10.04-15.91)로, 두 해역 모두 C. polykrikoides 적조 발생에 있어서 질산염이 제한인자임을 알 수 있다.
(4) 특히, 고흥 연안에서의 수온은 북쪽의 여자만으로부터 남쪽의 나로도 쪽으로 남하할수록 증가하는 반면, 염분은 감소하는 경향을 보였다. 이것은 하계인 8월에 나타나는 고흥 연안의 고온 현상이나 염분 저하는 여자만 등의 내만으로부터의 육수 유입에 따른 결과가 아니라, 외해수의 유입에 따른 결과임을 시사하였다.
(5) 동중국해(정점 317-22)의 8월의 표층에서의 평균 수온은 고흥 연안에 비해 약 3.0 ℃ 이상 높은 반면, 염분은 고흥 연안이 동중국해에 비해 다소 높았다.
(6) 동중국해의 8월의 질산염(NO₃-N)과 인산염(PO₄-P) 농도는 모두 고흥에 비해 현저히 높았다. 따라서, 8월에 동중국해로부터 고온·고영양염의 해수가 어떤 물리적 요인(예를 들면, 하계의 남서풍)에 의해 고흥 연안으로 유입하게 되면 C.
이들 결과에 따르면, 먼저 2000년 8월 13일부터 22일까지(Fig. 18(a))의 NOAA-14영상을 보면, 한국 남해안은 수온 24-28 ℃의 전선이 형성되어 있으며, 또한 양쯔강으로부터 유출한 것으로 추정되는 27-28 ℃의 해수가 제주도까지 확장하여 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 한편, 2002년 7월 30일부터 8월 5일까지 (Fig.
반면, 하계 이상 냉수의 출현으로 인해 적조가 발생하지 않았던 2011년에는 비교적 고밀도의 해수 (σ_t=21-22)가 한국 남해 연안수는 물론 동중국해에도 출현하고 있다. 결과적으로 말해, 상기한 이들 해에 있어서는 대략 제주도를 중심으로 하여 한국 남해 연연수와 양쯔강 하천수의 영향을 받는 중국대륙 연안수와의 사이에 열염전선(thermohaline front)이 존재하고 있는 것으로 판단된다.
polykrikoides의 수직부상 속도와 DNA/RNA함량 비교를 실시하였다. 그 결과, 대조구에 비하여 시험구에 분포하고 있는 C. polykrikoides의 DNA 및 RNA 변화폭이 높게 나타나, 담수유입이 C. polykrikoides 세포에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 지적하였다. 또한, 그들은 담수유입이 많은 해역에서는 C.
따라서, 8월에 동중국해로부터 고온·고영양염의 해수가 어떤 물리적 요인(예를 들면, 하계의 남서풍)에 의해 고흥 연안으로 유입하게 되면 C. polykrikoides의 휴면포자가 발아, 집적하여 적조가 발생할 가능성은 충분하다고 사료된다.
polykrikoides가 신속하게 수직상승하여 어류 등의 대량폐사를 일으킬 가능성을 제기하였다. 따라서, 우리나라 남해안, 특히 하계 고흥 연안의 C. polykrikoides 적조 발생에는 적어도 양쯔강 유출수가 상당한 영향을 미치고 있다고 생각된다. 또한, 적조의 최초 발생이 고흥 연안인 것은 양쯔강 유출수가 유입되는 길목에 위치하고 있는 지리적 요인 때문으로 판단된다.
polykrikoides가 Skeletonema sp.에 비해서 우점할 가능성이 있다는 사실을 확인하였다. 그러나, Kwon et al.
polykrikoides와 Skeletonema sp.의 용존 유기영양염의 이용능력을 바탕으로 한 종간경쟁관계를 조사한 결과, 이들 모두 용존무기질소와 무기인 이외에 다양한 용존유기질소와 유기인을 이용하며 성장하는 것을 밝혔다. 또한, 그들은 정상상태에서 용존 유기영양염만을 고려할 경우, C.
677 μM)로 나타났다. 이 결과에 따르면, DIP 농도는 표층에서는 고흥이 거제에 비해 다소 높으나, 저층에서는 더 낮다. 또한, DIP 농도는 전술한 DIN 농도와 마찬가지로 저층이 표층에 비해 더 높다.
여기서 그림 속의 실선은 평균치를 의미한다. 이 결과에 따르면, 수온은 북쪽의 여자만으로부터 고흥 연안역으로 남하할수록 증가하는 반면, 염분은 여자 만에서 고흥 연안역으로 남하할수록 감소하는 경향을 보인다. 이것은 하계인 8월에 나타나는 고흥 연안의 고온 현상이나 염분 저하는 여자만 등의 내만으로부터의 육수 유입에 따른 결과가 아니라, 외해수의 유입에 따른 결과임을 시사한다.
5와 같은데, 한국 전 해안에 걸쳐 대규모적으로 발생한 해는 1995년, 2012년 및 2013년이었고, 2011년에는 하계의 이상저온현상으로 발생하지 않았다. 이 기간 중 C. polykrikoides 적조는 총 294회 발생하였으며, 발생 빈도는 YS(여수), GJ(거제), GH(고흥) 순으로 높았다.
16(a)-(b)는 동중국해 및 고흥 연안에서의 8월의 평균 질산염(NO₃-N)과 인산염(PO₄-P) 농도의 연변화를 나타낸다. 이들 결과에 따르면, 질산염과 인산염 농도 모두 동중국해가 고흥에 비해 현저히 높았다. Kim et al.
09 psu)으로, 고흥 연안의 표층 염분이 동중국해에 비해 다소 높았다. 이들 두 해역의 수온과 염분값으로 볼 때, 8월에 고흥 연안에서 C. polykrikoides 적조가 발생할 때 출현하는 고온 및 저염의 해수는 동중국해로부터 유입된 것으로 판단된다.
이상에서 살펴 본 고흥과 거제 해역의 수질 비교에서는, 용존산소는 물론 영양염 농도에 있어서도 양 해역간에 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서, 하계인 8월의 C.
이상에서 살펴본 바와 같이, 고흥 해역은 하계인 8월에 표층과 저층간의 수온차나 염분차가 거제에 비해 크지 않은 것을 알 수 있다. 따라서, 고흥에서는 8월에 성층이 매우 미약하게 형성되거나 형성되지 않을 가능성이 있다.
polykrikoides 적조가 발생한 빈도를 나타낸다. 전술한 Fig. 4 및 이 결과에서 알 수 있듯이, 비록 거제에서는 C. polykrikoides적조가 최초로 발생한 경우는 고흥에 비해 현저히 적으나, 적조 발생은 고흥 이상으로 빈번함을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 왜 유독 고흥 연안에서 최초로 적조가 발생하는지 그 이유를 밝히기 위해서 인접 역인 거제 연안(GJ)을 하나의 대조 해역으로 설정하여 1997년부터 2008년까지 지난 12년간의 수온과 염분, pH, 용존산소(DO), 용존무기질소(DIN) 및 용존무기인(DIP)의 농도 비교를 행하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한국연안에서 적조를 일으키는 원인생물은 무엇인가?	한국연안에서 적조를 일으키는 원인생물은 1981년 이래 2010년까지 약 55종으로, 이 중 규조류가 22종, 편모조류가 29종으로, 1980년대까지는 규조류와 편모조류가 우점하였으나, 1990년대 들어서면서 유독성의 편모조류가 탁월하기 시작하였다. 특히, Cochlodinium polykrikoides(이하 C.
	C. polykrikoides 적조의 발생기작을 해명하는 것이 필요한 이유는?	한국연안에서 적조를 일으키는 원인생물은 1981년 이래 2010년까지 약 55종으로, 이 중 규조류가 22종, 편모조류가 29종으로, 1980년대까지는 규조류와 편모조류가 우점하였으나, 1990년대 들어서면서 유독성의 편모조류가 탁월하기 시작하였다. 특히, Cochlodinium polykrikoides(이하 C. polykrikoides) 적조는 1982년 한국남해안의 진해만에서 처음 발생한 이래 2013년 현재는 서해안의 태안(TA), 보령(BR)에서부터 남해안의 고흥(GH), 나로도를 거쳐 동해안의 강릉(GN), 삼척(SC)에 이르기까지 거의 우리나라 전 연안에서 1회 이상 발생한 기록을 가지고 있을 정도로 그 발생범위가 광역화하고 있는 추세이다 (Fig. 1 참조). 더구나, 1995년 이래 그 발생빈도도 증가하여, 유독성 적조로 인한 수산 생물에의 피해도 적지 않다 (Lewitus et al.[2012]). 특히, 2013년 하계에는 이상고온 현상의 지속으로 서해안에서 남해안을 거쳐, 동해안에 이르는 유독성 적조에 의한 사상 최악의 어업피해를 입었다. 따라서, C.
	Cochlodinium polykrikoides에 의한 적조가 생긴 지역은?	특히, Cochlodinium polykrikoides(이하 C. polykrikoides) 적조는 1982년 한국남해안의 진해만에서 처음 발생한 이래 2013년 현재는 서해안의 태안(TA), 보령(BR)에서부터 남해안의 고흥(GH), 나로도를 거쳐 동해안의 강릉(GN), 삼척(SC)에 이르기까지 거의 우리나라 전 연안에서 1회 이상 발생한 기록을 가지고 있을 정도로 그 발생범위가 광역화하고 있는 추세이다 (Fig. 1 참조).

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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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