환경요인에 따른 청평호 식물플랑크톤 군집 및 우점종의 천이 특성 Effect of Environmental Factors on Phytoplankton Communities and Dominant Species Succession in Lake Cheongpyeong원문보기
Phytoplankton populations were examined at three sites in Lake Cheongpyeong, South Korea from March 2008 to December 2016, including measurement of phytoplankton communities and their dominant species, abundance and environmental factors. The annual average ranges of water temperature, dissolved oxy...
Phytoplankton populations were examined at three sites in Lake Cheongpyeong, South Korea from March 2008 to December 2016, including measurement of phytoplankton communities and their dominant species, abundance and environmental factors. The annual average ranges of water temperature, dissolved oxygen and conductivity were $15.2-18.8^{\circ}C$, 10.3-12.2 mg/L, $86-140{\mu}S/cm$, respectively, with similar values at all studied sites. The highest phytoplankton cell density was observed in spring and fall, and it subsequently decreased rapidly during heavy rainfall. Diatoms were dominant in spring (mainly Stephanodiscus hantzschii, Asterionella formosa) and fall (mainly Aulacoseira granulata), while greenalgae and cyanobacteria had high appearance in early-summer and summer, respectively, indicating that water temperature is the most important factor influencing their growth. Stephanodiscus hantzschii and Asterionella formosa frequently occurred at low water temperature ($4.5-15.0^{\circ}C$ and $5.4-21.6^{\circ}C$, respectively) while Aulacoseira granulata and Anabaena spp. were favored by high water temperature (8.6-28.4 and $14.9-26.2^{\circ}C$, respectively) and phosphorus. Additionally, Fragilaria crotonensis occurred at low nutrient conditions. Rhodomonas spp. frequently appeared year-round.
Phytoplankton populations were examined at three sites in Lake Cheongpyeong, South Korea from March 2008 to December 2016, including measurement of phytoplankton communities and their dominant species, abundance and environmental factors. The annual average ranges of water temperature, dissolved oxygen and conductivity were $15.2-18.8^{\circ}C$, 10.3-12.2 mg/L, $86-140{\mu}S/cm$, respectively, with similar values at all studied sites. The highest phytoplankton cell density was observed in spring and fall, and it subsequently decreased rapidly during heavy rainfall. Diatoms were dominant in spring (mainly Stephanodiscus hantzschii, Asterionella formosa) and fall (mainly Aulacoseira granulata), while greenalgae and cyanobacteria had high appearance in early-summer and summer, respectively, indicating that water temperature is the most important factor influencing their growth. Stephanodiscus hantzschii and Asterionella formosa frequently occurred at low water temperature ($4.5-15.0^{\circ}C$ and $5.4-21.6^{\circ}C$, respectively) while Aulacoseira granulata and Anabaena spp. were favored by high water temperature (8.6-28.4 and $14.9-26.2^{\circ}C$, respectively) and phosphorus. Additionally, Fragilaria crotonensis occurred at low nutrient conditions. Rhodomonas spp. frequently appeared year-round.
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문제 정의
본 연구는 청평호에서 2008년부터 2016년까지 장기적인 모니터링을 통해 식물플랑크톤 군집과 우점종의 발생양상을 조사하였고, 이에 미치는 환경 요인과의 관계를 규명하는데 목적을 두었으며, 이를 통해 청평호의 통합적 관리를 위한 기초자료로 활용하고자한다.
본 연구에서는 2008년부터 2016년까지 북한강 수계의 청평호에서 9년간 식물플랑크톤의 군집의 변동과 우점종의 천이를 조사하였고, 호수의 수리수문학적 요인과 이화학적인 요인이 식물플랑크톤 군집 및 우점종에 미치는 영향을 평가하였다.
제안 방법
고정된 시료는 Sedgwick-Rafter counting chamber 안에 1 mL을 넣고 검경하였다. 식물플랑크톤의 생물량은 위상차 현미경(ECLIPSE Ni, Nikon, Japan)하에서 100~1,000배에서 관찰한 후 단위체적당 세포수로 산출하였다. 식물플랑크톤 종에 대한 동정은 한국담수조류도감(Chung, 1993), Hirose et al.
식물플랑크톤의 세포수 및 출현종을 조사하기 위하여 채수한 시료의 일부는 Lugol’s solution으로 2%(v/v)가 되도록 첨가하여 고정하였다.
kr)에서 제공하는 월 평균 자료를 이용하였다. 조사 시 수온과 용존산소(Dissolved Oxygen), 전기전도도(Conductivity)는 현장에서 다항목 수질측정기(YSI 6600, USA)를 사용하여 현장에서 측정하였으며, 투명도는 투명도판을 이용하여 측정하였다. 시료의 채수는 수심 0.
청평호의 수질 및 식물플랑크톤의 계절별 분포를 조사하기 위해 2008년 3월부터 2016년 12월까지(결빙기 제외) 매월 1회 조사를 실시하였으나, 2014년은 3월, 5~8월, 10월만 조사를 시행하였다. 조사 지점은 2008년부터 2013년까지 댐 앞 지점(Cheongpyeong Dam1; CPD1)과 남이섬 지점(CPD2)에서, 2014~2016년은 댐 앞 지점(CPD1)과 고성리 지점(CPD3)에서 조사하였다(Fig.
대상 데이터
조사 시 수온과 용존산소(Dissolved Oxygen), 전기전도도(Conductivity)는 현장에서 다항목 수질측정기(YSI 6600, USA)를 사용하여 현장에서 측정하였으며, 투명도는 투명도판을 이용하여 측정하였다. 시료의 채수는 수심 0.5 m에서 van Dorn 채수기를 이용하여 채수하였다. 채수한 시료는 암·냉 보관하여 이동하였고, 시료 중 일부는 클로로필 a(Chlorophyll a), 생물화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand;BOD) 총질소(Total Nitrogen; TN), 용존성 총질소(Dissolved Total Nitrogen; DTN), 총인(Total Phosphorus;TP), 용존성 총인(Dissolved Total Phosphorus; DTP)과 등을 수질오염공정시험기준(MOE, 2016)에 준하여 분석하였다.
청평호의 수질 및 식물플랑크톤의 계절별 분포를 조사하기 위해 2008년 3월부터 2016년 12월까지(결빙기 제외) 매월 1회 조사를 실시하였으나, 2014년은 3월, 5~8월, 10월만 조사를 시행하였다. 조사 지점은 2008년부터 2013년까지 댐 앞 지점(Cheongpyeong Dam1; CPD1)과 남이섬 지점(CPD2)에서, 2014~2016년은 댐 앞 지점(CPD1)과 고성리 지점(CPD3)에서 조사하였다(Fig. 1).
조사대상 호수의 제원 및 방류수량은 국가수자원관리 종합정보(www.wamis.go.kr), 강수량은 기상청(www.kma.go.kr)에서 제공하는 월 평균 자료를 이용하였다. 조사 시 수온과 용존산소(Dissolved Oxygen), 전기전도도(Conductivity)는 현장에서 다항목 수질측정기(YSI 6600, USA)를 사용하여 현장에서 측정하였으며, 투명도는 투명도판을 이용하여 측정하였다.
데이터처리
식물플랑크톤 군집과 환경요인과의 상호관계를 알아보기 위해 식물플랑크톤 세포수와 환경요인을 이용하여 Pearson 상관분석(Pearson's correlation analysis)을 하였으며, 통계프로그램은 SPSS 12.0을 사용하여 분석하였다.
이론/모형
(1997), John et al.(2002)를 참조하였다. 식물플랑크톤 군집은 규조류, 녹조류, 남조류로 구분하였으며, 그 외 식물플랑크톤들은 기타조류로 묶어서 분류하였다.
채수한 시료는 암·냉 보관하여 이동하였고, 시료 중 일부는 클로로필 a(Chlorophyll a), 생물화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand;BOD) 총질소(Total Nitrogen; TN), 용존성 총질소(Dissolved Total Nitrogen; DTN), 총인(Total Phosphorus;TP), 용존성 총인(Dissolved Total Phosphorus; DTP)과 등을 수질오염공정시험기준(MOE, 2016)에 준하여 분석하였다.
성능/효과
1) 청평호에서 연도별 누적 강수량은 704~1,640mm으로 2011년에 가장 많았다. 강수량은 전체 강수량의 55% 이상이 여름철에 집중되었다.
2) 청평호의 TP는 평균 0.021 mg/L으로 중영양상태를, TN는 평균 1.817 mg/L으로 부영양상태로 조사되었다. 청평호의 영양염류는 강수량과 양의 상관관계로 강우에 의해 외부로부터 유입되어 증가한 것으로 판단되었다.
3) 식물플랑크톤 생물량은 봄과 가을에 높은 출현 양상이 조사되었다. 분류군별 발생량은 수온에 영향을 크게 받았으며, 규조류는 봄과 가을에 최대로 발생하였다.
4) 청평호의 우점종 발생 특징은 Stephanodiscus hantzschii와 Asterionella formosa는 수온이 낮은 봄에서 주로 출현하였다. Fragilaria crotonensis는 낮은 영양염을 선호하였으며, Aulacoseira granulata와 Anabaena spp.
Asterionella의 발생이 줄어든 후 Fragilaria crotonensis로 천이되는 양상이 확인되었다. F.
S. hantzschii의 발생은 약 90%가 3~4월 사이에 나타나며, 수온이 증가하는 5월부터 감소하여 낮은 수온(r=-0.312, p<0.01, n=171)을 선호하는 것으로 판단되었다(Table 4).
089 mg/L으로 조사되어 Aul. granulata가 다른 종보다 높은 농도를 선호하는 것으로 판단되었다(Fig. 7, Table 4). Wang et al.
Anabaena는 고수온을 선호할 뿐만 아니라 N/P 비가 낮으면 발생이 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 500 cells/mL 이상 세포수를 보인 Anabaena는 0.008~0.102 mg/L의 TP농도 범위에서 출현하였으며(Fig. 7), TP와 양의 상관관계로 높은 TP농도에서 많이 발생하여 높은 수온과 적절한 농도의 인이 주어진다면 언제든 증식할 가능성을 나타내었다.
, 2008). 본 연구에서 F. crotonensis는 A. formosa와 4월부터 혼재하여 출현하다가 청수현상으로 물이 맑아져 투명도가 증가한 5월과 6월에 최대 4,200 cells/mL(2013년)로 발생이 높았다(Fig. 6). 여름에 거의 출현하지 않다가 강우기 이후 수체가 안정되고 성층이 약해진 가을(9월~10월)에도 일부 증식하였다.
, 2011). 본 연구에서 S. hantzschii는 3.3~24.7℃의 수온에서 출현하였으나, 4.5~15.0℃의 낮은 수온범위에서 500 cells/mL이상의 높은 세포수를 나타내었다(Fig. 7). 또한 수온이 10℃ 이하였던 3월에 최대 5,000 cells/mL 이상으로 가장 많은 세포수를 기록하였다.
6). 본 연구에서 규소 농도는 조사되지 않았으나, 봄철에 S.hantzschii나 A. formosa와 같은 규조류의 대발생은 수체 내의 규소를 급격히 고갈시켜(Krivtsov et al.,2000; Jung et al., 2009) 6월 이후 규소 농도에 민감성을 지닌 Asterionella의 감소를 유발한 것으로 판단된다.
본 연구에서 녹조류는 수온과 양의 상관관계(r=0.218, p<0.01, n=171)로 다른 시기에 비해 초여름과 가을에 많이 발생하였으나, 여름철 평균 세포수는 320cells/mL로 우점을 할 정도의 세포수를 보이지는 않았다(Fig.
, 2001; Kim, 2012). 본 연구에서는 수온과 음의 상관관계였으며(Table 4), 500 cells 이상의 세포수를 보인 수온 범위는 5.4~21.6℃로 조사되어 선행연구 결과와 유사한 범위를 나타내었다(Fig. 7). A.
강우와 일사량의 감소는 수온의 감소를 유발하나 2015년은 연중 강우 빈도나 강수량이 적어 다른 해에 비해 2℃ 이상 높은 수온을 기록하였다. 용존산소는 수온 변동과 반대 양상이었으며, 연도별 평균값은 10.3~12.2 mg/L의 범위였다(Table 2). 전기전도도는 연평균이 86~140 μS/cm의 범위였다.
(5%)였으며, 시기별로 다른 증식패턴과 발생량이 조사되었다. 우점종의 천이는 수온이 낮은 시기인 봄에 S. hantzschii을 시작으로 A.formosa, F. crotonensis로 규조류 간의 천이를 나타내었다. 남조류인 Anabaena spp.
전기전도도는 86~140 μS/cm로 조사되었으며, 강수량이 적었던 2014년과 2015년은 전기전도도가 다른 해에 비해 높았다.
조사기간 동안 청평호에서 출현한 식물플랑크톤 분류군의 계절별 점유율은 규조류가 54.1~82.8%로 다른 분류군에 비해 가장 높았으며, 모든 계절에서 높은 점유율이 확인되었다. 녹조류는 4.
2). 조사기간 평균 연강수량은 1,222 mm이었고, 시기별 강수량은 봄과 가을, 겨울에는 강수량이 매우 적고 여름에 매우 높았다. 강수량은 홍수기인 6~9월에 집중됨으로써, 한해 누적강수량의 55~79%를 차지하였다.
조사지점에서 Asterionella formosa는 수온이 낮은 3월부터 5월까지 많은 세포수를 보여 청평호에서 봄철 우점종으로 조사되었다. A.
817 mg/L으로 부영양상태(eutrophic)로 조사되었다(Forsberg and Ryding, 1980). 청평호의 강수량과 환경요인간의 상관관계 분석결과에서 수온은 강수량과 양의 상관관계를 나타냈으나(Table 3), 몬순기후로 수온이 높은 여름철에 강수량이 많아졌을 뿐 계절적인 수온의 변동에 직접적인 영향은 없는 것으로 판단된다. 영양염류(TP, DTP, TN, DTN)는 강수량과 모두 유의한 수준에서 양의 상관관계를 보였으며, 여름철 강우에 의해 유입하천 유입량의 증가와 유역의 점오염원이 유입되어 영양염류가 증가했기 때문으로 판단된다.
후속연구
(2002)의 부영양화 평가연구에 따르면 국내 주요 호소들은 다수가 부영양화 단계인 것으로 평가되었으며, 부영양성 식물플랑크톤이 우점종으로 출현하였다. 그러므로 수질관리차원에서 식물플랑크톤의 발생을 제어 및 억제하는 것은 중요한 사안이며, 효과적인 수질관리를 위해서는 지속적인 식물플랑크톤의 모니터링 및 기초 조사가 필요하다.
, 2002). 이번 연구에서 Rhodomonas의 봄철 높은 발생은 배양 실험이나 다른 환경요인의 연관성을 조사하여 추가적인 연구가 필요하다고 판단되어진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물플랑크톤이란 무엇인가?
식물플랑크톤은 수중 생태계에서 먹이망의 기초가 되는 1차 생산자로서 동물플랑크톤의 섭식활동에 의해 조절되기도 하지만 환경요인에 따라 종이나 군집의 크기가 변화된다(Seo et al., 2013; Chang et al.
식물플랑크톤의 발생규모는 어떠한 요인에 영향을 받는가?
, 2010). 게다가 식물플랑크톤의 발생규모는 강수량, 유량, 체류시간 등과 같은 수리수문학적 요인에 의해 영향을 받는다(Moss and Balls, 1989; Wu et al., 2011).
국내 대부분의 인공호가 부영향화 현상을 겪는 이유는 무엇인가?
국내의 댐들은 대부분 흐르는 하천을 막아 건설되었으며, 넓어진 유역면적은 주변의 오염원 유입을 증가시키는 원인이 된다. 이로 인해 국내 대부분의 인공호는 부영양화가 진행되고 있을 뿐만 아니라, 주변 유역의 인구의 증가 및 산업의 발달에 따른 산업 하수의 과다 유입은 부영양화를 촉진시키고 있다(Kim et al.
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