[논문]동해 표층수 중 영양염과 Chlorophyll α의 분포 특성

윤상철; 윤이용

doi:10.7846/jkosmee.2016.19.2.87

동해 표층수 중 영양염과 Chlorophyll α의 분포 특성
Distribution of Nutrients and Chlorophyll α in the Surface Water of the East Sea 원문보기

한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.19 no.2, 2016년, pp.87 - 98

윤상철 (국립수산과학원 기후변화연구과) , 윤이용 (가톨릭관동대학교 공과대학 보건환경학과)

초록
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2009년 7월 3일부터 7월 27일까지 러시아 조사선 R/V Lavrentyev를 이용하여 러시아 연안으로부터 4개의 Line(D, R, E, A)을 따라 표층 30 m 수심의 시료를 26개의 정점(울릉분지와 일본분지를 포함한 동해의 전 수역)에서 채수하여 영양염 및 엽록소-${\alpha}$의 농도를 분석하였다. 냉수역보다 난수역에서 1.4배 높은 질산염을 제외한 나머지 항목들은 모두 난수역보다 냉수역에서 높게 나타났다($NH_4$, $PO_4$ 각 1.8배, $Si(OH)_4$ 1.2배, 엽록소-${\alpha}$ 1.9배). 암모니아와 인산염, 엽록소-${\alpha}$의 수평분포는 매우 유사한 분포를 보이며, 한류와 저층수의 용승 영향권에 있는 러시아 근해에서 최대치를 보이고, 울릉분지에서 비교적 낮은 분포를 보인다. 반면, 질산염은 대마난류수의 직접적인 영향권에 있는 울릉분지에서 최대치를 보이며, 점차 북상할수록 감소한다. N/P 비는 한류수계보다 대마난류 중층수에서 가장 높은 값을 보이며, 대마난류수는 동해로 유입되는 질산염의 주요 공급원으로 작용하고 있다. 그러나 난수역에서 인산염의 평균 농도는 $0.2{\mu}M$ 이하로 식물플랑크톤 성장의 제한 요인으로 작용할 수 있는 반면, 냉수역에서의 높은 농도는 엽록소-${\alpha}$와 직접적인 상관성을 보이고 있다. 해양환경에 영향을 미치는 주요인을 분석하기 위한 주성분 분석결과 주성분 I은 수온에 의해 동해의 해양환경이 주로 영향을 받으며, 주성분 II는 영양염과 엽록소-${\alpha}$ 가 주요인으로 작용한다. 따라서 연구해역의 해양환경은 수온에 지배되며, 그에 따라 냉수역과 온수역으로 구분되는 특성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

During the period between July 3 and 27 of 2009, water samples were collected from the Russian coast at a depth of 30m from 26 stations (including Ulleung and Japan basins) onboard the Russian survey vessel R/V Lavrentyev following 4 lines (D, R, E, and A). The samples were analyzed for nutrients and chlorophyll a contents. All parameters exhibited higher values in warm waters than in cold waters ($NH_4:1.8-fold$, $PO_4:1.8-fold$, $SiO_2:1.2-fold$, and chlorophyll-${\alpha}$:1.9-fold), except nitrates, which was 1.4-fold higher in cold waters than in warm waters. The horizontal distribution of ammonia, phosphate, and chlorophyll-${\alpha}$ was very similar to each other and showed the highest values in the waters near Russia, where a upwelling influence of cold current and bottom water prevails, while relatively low distribution was observed at the Ulleung Basin. On the other hand, nitrates showed the highest concentration at the Ulleung Basin, which is under the direct influence of the Tsushima warm water, and showed a gradual decrease northward. The N/P ratio showed the highest value in the Tsushima middle water, rather than in the North Korean Cold Water, the Tsushima Warm Water was the primary source of nitrate flow into the East Sea. However, the average concentration of phosphate in the warm waters was < $0.2{\mu}M$, thereby limiting phytoplankton growth, while a high concentration of phosphate in cold waters showed a direct correlation with chlorophyll-${\alpha}$. The results of principal component analysis for the identification of primary factors that influence the marine environment showed that principal component I was water temperature and principal component II was influenced chlorophyll-${\alpha}$ and nutrients. Therefore, Study area has greatest influenced by water temperature, and clearly distinct cold and warm water regions were observed in the East Sea.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[2012]), 동해의 서남해역 또는 중부해역의 극전선역에 국한되어 있으며, 동해 전반에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 이번 연구를 통하여 울릉분지 뿐만 아니라 동해에서 가장 큰 면적을 차지하고 있는 일본분지를 포함한 동해 북부 해역에서 영양염과 엽록소-a의 수평분포를 조사하고 분포의 특성과 물리화학적 인자와의 관계를 구명하고자 하였다.
울릉분지와 일본분지를 포함한 동해의 전 수역에서 표층수 중 영양염과 엽록소-a의 수평분포를 조사하고 물리적인 인자와의 관계를 구명하고자 하였다. 냉수역보다 난수역에서 1.

제안 방법

2009년 7월 3일부터 7월 27일까지 러시아 조사선 R/V Lavrentyev를 이용하여 러시아 연안으로부터 4개의 Line(D, R, E, A)을 따라 26개의 정점에서 영양염 및 엽록소-a 분석을 위해 표층(조사선으로부터 영향을 최소화하기 위하여 수심 30 m) 시료를 채수하여 분석하였으며(Fig. 1), 연구 해역의 수질특성을 파악하기 위해 현장에서 CTD(SBE911 plus)를 이용하여 수온과 염분 그리고 용존산소의 수직분포를 연속 관측하였다. 영양염과 엽록소-a 측정을 위한 시료는 Go-Flo 채수기를 미리 산세척한 후 현장에서 나일론 로프에 장착하여 사용하였으며, 시료는 현장에서 0.
영양염 농도는 실온에서 해동한 후 해양환경공정시험법에 의거하여 영양염 자동분석기(QuAAtro, Germany)를 이용하여 DIN(질산염+암모니아), 인산염, 규산염을 분석하였으며, 엽록소-a의 분석은 해수를 여과한 0.45 µm membrain filter를 90%아세톤으로 추출하여 Turner 형광광도계(10-AU)를 이용하여 분석하였다.
조사 정점의 해양환경에 영향을 미치는 환경요인을 분석하기 위하여 8개의 조사 항목(수온, 염분, 용존산소, 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염, 엽록소-a)에 대한 군집분석과 주성분 분석을 하였으며, 그 결과를 Table 5, 6, Fig. 10, 11에 각각 나타내었다. 군집분석결과 각 정점은 크게 2개의 그룹으로 뚜렷이 구분되며(Fig.

대상 데이터

영양염과 엽록소-a 측정을 위한 시료는 Go-Flo 채수기를 미리 산세척한 후 현장에서 나일론 로프에 장착하여 사용하였으며, 시료는 현장에서 0.45 µm membrain filter로 여과한 후 냉동 보관하였다.

데이터처리

10, 11에 각각 나타내었다. 군집분석결과 각 정점은 크게 2개의 그룹으로 뚜렷이 구분되며(Fig. 10), 군집분석에 영향을 미치는 주요 환경요인을 파악하기 위해 주성분 분석을 실시하였다. 주성분 1은 72%의 설명력을 가지며 수온과 양의 상관성이 나타나고, 엽록소-a와 음의 상관성이 나타났다.

성능/효과

그룹 I은 상대적으로 높은 수온의 해역에서 엽록소-a가 낮은 특성을 나타내며, 그룹 II는 상대적으로 낮은 수온의 해역에서 엽록소-a 농도가 높은 특성으로 구분되었다. 17%의 설명력을 지닌 주성분 2는 질산염, 규산염 등 주로 영양염과 상관성이 나타났다. 특히 질산염이 높은 해역에서 엽록소-a의 농도는 낮은 특성을 보였고, 질산염에 의한 해역 구분은 명확하게 나타나지 않았다.
엽록소-a는 인산염의 농도가 가장 높은 북한한류수계에서 다른 수괴에 비해 약 2배 가까이 높은 분포를 보이고 있다. 규산 농도는 대마난류표층수에서 가장 낮은 반면, 대마난류 중층수에서 농도가 가장 높게 나타났다(Fig. 7).
5~10 μM이 대마난류 중층수의 영향으로 설명하였다. 그러나 본 연구에서 대마난류 중층수는 질산염의 중요한 공급원이나 인산염과 암모니아의 공급원 역할을 하지 못하는 반면, 냉수역의 러시아 근해에서는 지형적 영향에 따라 저층수에 의한 인산염 공급과 그로 인한 엽록소-a 의 최대치, 암모니아 농도의 최대치를 초래할 것으로 추론된다.
[2012]). 그러나 본 연구의 조사기간 동안에는 상대적으로 생산성이 높은 냉수역에 비해 난수역에서 높은 N/P와 Si/P비를 나타내며, 인산염도 일시적인 제한요인으로 작용할 가능성이 있음을 시사한다(Table 3). 2006년 하계 동해 연안에서 조사된 N/P비, 25는 본 연구의 결과와 유사하며, 이는 계절 변화에 따른 해양의 물리적 환경 차이로 설명하고 있다(Choi et al.
주성분 1은 72%의 설명력을 가지며 수온과 양의 상관성이 나타나고, 엽록소-a와 음의 상관성이 나타났다. 그룹 I은 상대적으로 높은 수온의 해역에서 엽록소-a가 낮은 특성을 나타내며, 그룹 II는 상대적으로 낮은 수온의 해역에서 엽록소-a 농도가 높은 특성으로 구분되었다. 17%의 설명력을 지닌 주성분 2는 질산염, 규산염 등 주로 영양염과 상관성이 나타났다.
따라서 본 연구에서 사용된 표층시료는 주로 대마난류의 지류로서 북상하는 대마난류표층수, 오호츠크해에서 타타르 해협을 통해 동해로 유입되는 타타르표층냉수, 리만한류수, 북한한류수의 표층수괴와 대마난류 중층수, 동해중층수의 중층수괴가 혼합된 수괴로서 정점별로 서로 다른 수괴가 상이하게 혼합된 특성을 보이고 있다.
특히 질산염이 높은 해역에서 엽록소-a의 농도는 낮은 특성을 보였고, 질산염에 의한 해역 구분은 명확하게 나타나지 않았다. 따라서 조사해역의 환경은 수온과 엽록소-a에 의해 크게 영향을 받으며, 특히 수온 10 ℃를 기준으로 난수역과 냉수역으로 나누어 분석하였던 결과와 잘 일치한다.
본 연구를 위한 시료를 채수한 30 m 수층의 용존산소의 평면 분포를 보면(Fig. 3), 고온-저염, 낮은 용존산소의 대마난류표층수의 직접적인 영향을 받고 있는 정점 D10부터 용존산소는 점차 증가하다가 대마난류중층수의 영향권에 있는 정점 D6에서 최저치를 보이며, 전반적으로 수온과 상반된 분포 특성을 보이고 있다. 타타르 해협과 소야 해엽에 인근한 A Line은 시베리아 연안과 사할린 연안 정점에서 서로 다른 용존산소의 특성을 보이고 있다.
본 연구에서 냉수역의 주변 보다 수심이 낮고 저층수의 영향이 있는 정점(D2, D3, D4, E3, A3)은 주변 정점보다 영양염의 농도가 높게 관측되었으며(인산염 1.9배, 규산염 1.5배, 질산염 1.1배, 암모니아 1.2배, 엽록소-a 1.6배), N/P비는 저층수의 유입이 있는 정점은 19.0, 다른 정점은 32.1로 저층수를 통하여 질산염보다는 인산염이 상대적으로 많이 공급되며, 일차생산량의 증가를 초래한다. Si/P비도 저층수 유입이 있는 정점에서는 15.
수역별로 비교하면, 동한난류의 사행에 의한 난수성 소용돌이가 형성되는 난수역(Fig. 9)에서는 냉수역보다 유의한 상관성을 보이는 항목이 적지만, 대마난류수계의 영향으로 수온과 염분의 음의 상관성이 현저하고, 엽록소-a 와 질산염이 유의한 양의 상관성을 보인다. 냉수역에서는 육상기원과 저층수의 영향으로 수온과 염분이 음의 상관성을 보이며, 엽록소-a는 모든 영양염과 양의 상관성을 보인다.
[2007]). 전 수괴의 수온이 지난 45년 동안 상승하고 있으며, 표층수의 염분은 0.29 psu 감소하였고, 용존산소농도도 전 수괴에서 감소하는 추세로 동해고유수의 용존산소 감소는 수온 증가와 더불어 동해 해양순환 시스템의 변화를 암시하며, 연안 수산생물의 서식환경 변화를 초래할 것으로 예측하고 있다.
10), 군집분석에 영향을 미치는 주요 환경요인을 파악하기 위해 주성분 분석을 실시하였다. 주성분 1은 72%의 설명력을 가지며 수온과 양의 상관성이 나타나고, 엽록소-a와 음의 상관성이 나타났다. 그룹 I은 상대적으로 높은 수온의 해역에서 엽록소-a가 낮은 특성을 나타내며, 그룹 II는 상대적으로 낮은 수온의 해역에서 엽록소-a 농도가 높은 특성으로 구분되었다.
17%의 설명력을 지닌 주성분 2는 질산염, 규산염 등 주로 영양염과 상관성이 나타났다. 특히 질산염이 높은 해역에서 엽록소-a의 농도는 낮은 특성을 보였고, 질산염에 의한 해역 구분은 명확하게 나타나지 않았다. 따라서 조사해역의 환경은 수온과 엽록소-a에 의해 크게 영향을 받으며, 특히 수온 10 ℃를 기준으로 난수역과 냉수역으로 나누어 분석하였던 결과와 잘 일치한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동해에 유입되어 열과 염을 공급하는 주요 해류는?	동해에 유입되어 열과 염을 공급하는 주요 해류는 대한해협을 통하여 유입되는 대마난류수이며, 동해의 해황은 대마난류와 바람, 대기와의 열교환 그리고 담수유입 등의 영향을 받는다(Seung[1992]). 이 해류는 동중국해를 통과하면서 양쯔강 유출수의 영양염을 공급받고 있으나 양쯔강 하류에 샨샤댐이 건설됨에 따라 영양염의 공급량이 감소하여 동해의 영양염 분포에 영향을 줄 수 있음을 시사한 바 있다(Yanagi[2002]).
	동해는 한류수와 난류수의 영향으로 무엇이 형성되는가?	또한 동해는 공간적 크기가 대양에 비해 작으나 대양과 유사한 이중 대순환(Double gyre) 형태의 상층순환이 존재하며, 다양한 해양 현상들이 일어나 축소판 해양(Miniature Ocean)으로 간주되고 있다(Ichiye[1984]). 한류수와 난류수의 영향으로 극전선(Polar front))과 소용돌이(Eddy)가 형성되며(Moon et al.[1998]; Park et al.[1998]), 용승(Upwelling)이 발생한다(Rho et al.[2012]).
	동해의 지리학적인 특징은?	동해는 북서태평양의 연해로서 한반도, 일본열도, 시베리아 대륙으로 둘러싸인 반폐쇄성 해양이며, 수심이 얕은 4개의 해협(소야해협, 타타르해협, 쓰가루해협, 대한해협)을 통해 외해와 연결되어 있다. 또한 동해는 공간적 크기가 대양에 비해 작으나 대양과 유사한 이중 대순환(Double gyre) 형태의 상층순환이 존재하며, 다양한 해양 현상들이 일어나 축소판 해양(Miniature Ocean)으로 간주되고 있다(Ichiye[1984]).

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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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