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문제 정의
- 본 연구에서는 또한 동해가 최근 겪고 있는 환경 변화 중 급격한 수온 증가와 성층화에 의한 영양염 공급의 제한에 의해, 동해 남서부해역의 가을철 식물플랑크톤 군집구조의 변동성과 환경 요인과의 연관성을 알아보고자 하였다. 이를 위해 2011년, 2013년, 2015년까지 3회에 걸쳐 가을철 동해 남서부해역의 초미소식물플랑크톤(<3 µm)이 차지하는 비중을 size fraction을 이용해 조사하고, 수온 변화와 영양염, 그리고 혼합층 수심에 의한 영향을 고찰하였다.
- 이번 조사에서는 가을철 동해남서부해역에서 size fraction을 통해 초미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 기여도의 변동성을 조사하고, 표층수온 변화와 식물플랑크톤의 군집구조의 변동성 간의 상관관계를 알아보고자 한다. 이 (2012)는 황해, 남해 및 동중국해 북부 해역에서 기후변화로 인한 생태계에 미치는 영향을 이해하고자 1992년부터 2008년까지 일차생산자인 식물플랑크톤 군집구조의 변동과 일차생산력의 변동 양상을 보고한 바 있다.
제안 방법
- 동해 남서부해역의 최근 3년간 수온 변화에 따른 식물플랑크톤 군집구조의 변화를 알아보기 위해, 2011년, 2013년, 2015년 총 3회에 걸쳐 가을철 초미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 조성 비율을 조사하였다. 표층과 DCML에서 초 미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 기여도의 변동은 모두 유사한 경향을 보였으며, 그 비율은 2011년 38%, 2013년 59%, 2015년 7%로 측정되었다.
- 상층부 3.0 µm 공경을 가진 membrane filer에 수집된 식물플랑크톤을 micro + nanophytoplankton으로 보고, 하부에 0.45 µm에 수집된 부분을 picophytoplankton으로 간주하였다.
- 1). 선박에 장착된 CTD(SBE 911)의 Rosette sampling system에 Niskin 채수기를 부착하여 표준 수심(0 m, 10 m, 20 m, 30 m, 50 m, 75 m, 100 m, 125 m)에서 엽록소 측정을 위해 해수 300 mL를 채수하였다. 여름철의 경우 전체 식물플랑크톤의 생체량이 상대적으로 적은 까닭에 본 연구에서는 초미소식물플랑크톤의 환경변동에 의한 군집구조에 대한 기여율과 연 변동을 더욱 민감하게 볼 수 있는 가을철을 선택하였다.
- 선박에 장착된 CTD(SBE 911)의 Rosette sampling system에 Niskin 채수기를 부착하여 표준 수심(0 m, 10 m, 20 m, 30 m, 50 m, 75 m, 100 m, 125 m)에서 엽록소 측정을 위해 해수 300 mL를 채수하였다. 여름철의 경우 전체 식물플랑크톤의 생체량이 상대적으로 적은 까닭에 본 연구에서는 초미소식물플랑크톤의 환경변동에 의한 군집구조에 대한 기여율과 연 변동을 더욱 민감하게 볼 수 있는 가을철을 선택하였다.
- 현장 표층 수온자료는 CTD 자료를 활용하였고, △T는 국립수산과학원 위성정보센터의 한국 근해 광역 수온 정보와 표면수온 평년 편차를 사용하였다. 연구 해역의 가을철 표층수온에 대한 위성 이미지는 NOAA SST 위성자료를 이용하여 각 해당년도의 현장관측 기간 동안의 평균 자료로 합성하였다(Fig. 2).
- 이를 위해 2011년, 2013년, 2015년까지 3회에 걸쳐 가을철 동해 남서부해역의 초미소식물플랑크톤(<3 µm)이 차지하는 비중을 size fraction을 이용해 조사하고, 수온 변화와 영양염, 그리고 혼합층 수심에 의한 영향을 고찰하였다.
- 채수된 해수는 식물플랑크톤의 size fraction을 위해 두 개의 여과 용기를 수직으로 연결하여 membrane filer 두 종류를(공경 3.0 µm와 0.45 µm)를 이용해 여과하였다.
대상 데이터
- 동해 남서부 해역의 가을철 수온 분포 변화를 보기 위해, NOAA SST 영상을 이용해 2011년,2013년과 2015년 연구 해역의 현장 조사기간에 대한 표층수온 분포 양상을 나타내었다(Fig. 2). 2011년 가을철 남서부 해역은 대마난류의 영향을 반영하는 고온의 표층수가 연구 해역의 남쪽에 머물고 있는 것으로 나타났고, 2013년 가을철 수온 분포는 연구 해역이 전반적으로 대마난류의 영향을 크게 받고 있는 것으로 보인다.
- 본 연구가 이루어진 동해 남서부해역은(Fig. 1) 특징적으로 약 15 km 내외로 좁은 대륙붕을 가지며, 연안을 통해 인근 육상에서 매우 미비한 강물 유입의 영향을 받고 있다. 대마난류의 영향이 큰 해역으로 여름철엔 용승 현상이 빈번하게 발생하며 많은 와류현상이 관찰된다.
- 연구 해역 중 외양의 C7 정점에서 본 가을철 혼합층의 수심은 2011년과 2015년의 40~50 m 비해 2013년에 상대적으로 20 m 정도로 낮은 수심에 위치하였다(Fig. 3). 각 해당 연도의 위성자료에서(Fig.
- 현장 조사는 동해 남서부해역에서 2011년 9월 26~28일, 2013년 9월 30~10월 3일과 2015년 10월 5~8일 동안 총3회에 걸쳐 부경대의 조사선탐양호(2011년과 2013년)와 나라호(2015년)를 이용하여 4개 정선의 14개 정점들에서 해수 시료를 채취하였다(Fig. 1). 선박에 장착된 CTD(SBE 911)의 Rosette sampling system에 Niskin 채수기를 부착하여 표준 수심(0 m, 10 m, 20 m, 30 m, 50 m, 75 m, 100 m, 125 m)에서 엽록소 측정을 위해 해수 300 mL를 채수하였다.
- 현장 표층 수온자료는 CTD 자료를 활용하였고, △T는 국립수산과학원 위성정보센터의 한국 근해 광역 수온 정보와 표면수온 평년 편차를 사용하였다. 연구 해역의 가을철 표층수온에 대한 위성 이미지는 NOAA SST 위성자료를 이용하여 각 해당년도의 현장관측 기간 동안의 평균 자료로 합성하였다(Fig.
이론/모형
- 실험실로 운반된 여과지는 90% Acetone을 넣어 냉암소에서 24시간 이상 추출하였고, 분석 전 원심분리기로 2,500 rpm에서 10분간 원심분리 하였다. Chl a 농도는 10-AU Fluorometer(Turner Designs)를 사용하여 미국 Environmental Protection Agency(EPA) method 445.0(Arar and Collins, 1997)에 따라 측정하였다.
성능/효과
- 각 해당 연도의 위성자료에서(Fig. 2) 확인할 수 있는 표층수온 분포에서처럼 상대적으로 높은 수온(>25°C)의 수괴가 남서부해역에 전반적으로 자리하고 있어, 다른 두 해에 비해 2013년 가을에 따뜻한 표층수의 성층이 발달한 것으로 확인된다.
- 세 해에 걸쳐 측정된 동해 남부해역에서 가을철 초미소식물플랑크톤의 기여도의 연 변동은 비교적 큰 편이며, 2011년과 2015년까지의 조사 기간 동안 뚜렷한 경향을 보이지는 않았다. 그러나 평년대비 수온 변화와 초미소식물플랑크톤의 기여도 사이에 밀접한 양의 상관관계를 확인하였으며, 이로써 동해 남서부해역의 초미소식물플랑크톤 기여도는 수온 변화에 의한 직접적인 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 특히 고온의 빈 영양 수괴의 특징을 가진 대마난류의 유입에 의한 전체 표층수온이 24°C 이상이며, 36N 남서부해역에 25°C이상의 고온의 수괴가 분포하고 있었던2013년의 경우, 혼합층의 수심이 2011년과 2015년의 40~50 m에 비해 상대적으로 매우 낮은(10~20 m) 수심의 성층으로 존재했다.
- D1 정점들에서 높은 Chl a 농도는 표층아래 수심에서 혼합층으로 공급된 영양염에 의해 영양염 요구량이 높은 미소+소형식물플랑크톤의 성장이 촉진된 결과로 보인다. 반면 이 연안역에서 낮은 수온과 성층이 깨진 환경에서 영양염 농도가 증가한 결과 초미소식물플랑크톤의 조성비는 상대적으로 낮아진 결과, 연구 기간 중 가장 낮은 %picophytoplankton을 보였다. 표층수온과 전체 %picophytoplankton의 상관관계는(Fig.
- Park (2006)의 연구에서 전체 식물플랑크톤에 대한 nano + picoplankton의 평균비율은 동해 남서부해역에서 여름철에 최대치는 69%로, 개별 정점별 최고치가 89%로 보고한 바 있다. 본 연구에서 7-59%의 초미소식물플랑크톤의 기여율은 가을철임에도 Park (2006) 등이 보고한 초미소플랑크톤과 소형식물플랑크톤을 합한 평균비율 최대치에 비교 할 만큼 높은 것으로 측정되었다. 또한 초미소식물플랑크톤의 농도가 최고인 수심은 대략 수온약층 하부에 위치하며, 비교적 혼합층 수심 전반에 걸쳐 균일한 농도를 보인 전체 식물플랑크톤의 분포와는 달리 표층 아래 최고 농도를 보이는 양상이었다
- 전체적인 Chl a 농도가 낮은 가을철에 비해 일차생산이 증가하는 봄철에 초미소식물플랑크톤이 차지하는 비율이 상대적으로 현격히 감소하는 양상으로 계절 변동 폭이 크다는 것을 보고하였다. 본 연구에서는 같은 계절인 가을철에 2011년부터 2015년까지 짧은 기간이지만 연 변동 폭이 크다는 것을 알 수 있었다. 전 (2016)의 자료에 의하면, 수온과 염분, 용존산소의 수직분포 양상에서 2015년 연안 쪽 정점에서 상대적으로 수온이 낮고, 용존산소 농도는 높으며, 연안에서 외양으로 갈수록 고온고염의 경향이 보였으며, 혼합층 수심도 깊어졌다고 보고하였다.
- 본 연구해역의 크기별 분급 결과 초미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 기여도는 표층과 최고 엽록소 농도를 보이는 DCML에서 모두 같은 연변동의 양상을 보였다. 또한 이 기여도는 수산과학원의 과거 평년 자료와의 차이로 본 각 연도별 △T와 비교해 볼 때 높은 양의 상관관계를 보여주었다.
- 이는 2015년 가을철을 제외하고 전반적으로 빈 영양해역의 특징으로 보였다. 세 해에 걸쳐 측정된 동해 남부해역에서 가을철 초미소식물플랑크톤의 기여도의 연 변동은 비교적 큰 편이며, 2011년과 2015년까지의 조사 기간 동안 뚜렷한 경향을 보이지는 않았다. 그러나 평년대비 수온 변화와 초미소식물플랑크톤의 기여도 사이에 밀접한 양의 상관관계를 확인하였으며, 이로써 동해 남서부해역의 초미소식물플랑크톤 기여도는 수온 변화에 의한 직접적인 영향을 받고 있음을 알 수 있었다.
- 초미소식물플랑크톤의 평년대비 수온의 평년 편차(△T)와 %picophytoplankton의 상관관계는 R2> 0.95 라는 높은 값으로 관측되었다.
- 초미소식물플랑크톤의 평년대비 수온의 평년 편차(△T)와 %picophytoplankton의 상관관계는 R2> 0.95라는 높은 값으로 관측되었다.
- 동해 남서부해역의 최근 3년간 수온 변화에 따른 식물플랑크톤 군집구조의 변화를 알아보기 위해, 2011년, 2013년, 2015년 총 3회에 걸쳐 가을철 초미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 조성 비율을 조사하였다. 표층과 DCML에서 초 미소식물플랑크톤의 전체 식물플랑크톤에 대한 기여도의 변동은 모두 유사한 경향을 보였으며, 그 비율은 2011년 38%, 2013년 59%, 2015년 7%로 측정되었다. 이는 2015년 가을철을 제외하고 전반적으로 빈 영양해역의 특징으로 보였다.
- 반면 이 연안역에서 낮은 수온과 성층이 깨진 환경에서 영양염 농도가 증가한 결과 초미소식물플랑크톤의 조성비는 상대적으로 낮아진 결과, 연구 기간 중 가장 낮은 %picophytoplankton을 보였다. 표층수온과 전체 %picophytoplankton의 상관관계는(Fig. 5)는 양호한 양의 상관관계를 보여주었다.
후속연구
- 이에 비해 먹이 구조의 기초로서 중요한 역할을 하는 식물플랑크톤의 크기별 군집 구조의 변동에 대한 장기적인 연구가 가파른 수온 상승을 보이고 있는 동해 해역에서 거의 이루어지지 않았다는 점은 주목될 필요가 있다. 즉, 기후 변화에 따른 동해 생태계의 변화를 좀 더 자세히 알기 위해서는 일차생산자인 식물플랑크톤 군집구조의 변화 역시 지속적으로 조사할 필요가 있다.
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