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문제 정의
- 이매패류는 생리적 특성상 일부 먹이를 소화시키지 않고 무기형태의 영양염 혹은 배설물(feces 혹은 pseudofeces) 형태로 수층으로 배출하기 때문이다. 그러므로 본 연구에서는 이매패류의 남조류 섭식 효율을 판단하기 위하여 클로로필 농도 외에패류 체내의 안정동위원소(13C, 15N) 원자량(atom %)을 조사하였다.
- 본 연구는 남조류(Microcystis aeruginosa) 발생이 빈번한 신구저수지에서 이매패류 (Sinanodonta woodiana and Unio douglasiae)를 이용한 조류 제어를 평가하고자 13C, 15N 안정동위원소 추적자를 이용하여 메소코즘 실험을 실시하였다.
제안 방법
- 조류밀도는 100 mL 시료를 취하여 Lugol 용액으로 고정하고 균일하게 혼합한 후 Sedgwick-Rafter chamber를 이용하여 광학현미경(Axiostar plus, ZEISS, Germany)하에서세포수를 계수하고 출현종을 동정하였다. 동물플랑크톤은 플랑크톤 네트로 수직 예인한 시료를 포르말린으로 고정한 후 해부현미경 하에서 동정 및 계수하였다.
- 생물조절기법 (Biomanipulation)을 이용한 수질개선 방법으로서, 이매패류인 S. woodiana 종이 여과섭식을 통해 남조류(M. aeruginosa)를 효율적으로 제어할 수 있다는 것을 안정동위원소(13C, 15N) 추적자 실험을 통하여 밝혀내었다. 이매패류를 이용하여 호소수의 남조류 번성을 억제함으로서 호소 건강성을 회복시키는 것도 중요하지만, 외래종보다는 국내 자생종을 활용하는 것이 생태계 변화를 최소화 할 수 있다는 것을 고려해야 할 것이다.
- 수온, 용존산소, 탁도는 다항목 수질측정기 (YSI Sonde 6600)를 이용하여 측정하였다. 엽록소 a의 농도는 담수를 직경 47 mm, 구경 0.
- 시료내 유기물의 %C, %N, δ13C, δ15N 비는 원소분석기와 연계된 continuous flow 방식의 안정동위원소 분석기(EA-IRMS : Elemental Analyzer - Isotope Ratio Mass Spectrometry, vario Micro cube-Isoprime 100 - Elementar-GV Instrument, U.K)를 이용하여 분석하였다.
- 엽록소 a의 농도는 담수를 직경 47 mm, 구경 0.65 μm의 유리섬유 여과지 (glass fiber filter paper, GF/F)에 여과한 후 90% 아세톤으로 추출하여 fluorescence spectrophotometer (Turner Design,10R)를 사용하여 분석하였다.
- 입자성 유기물 시료의 탄소 함량 및 안정동위원소비를 측정하기 위해서 1 N 염산을 이용하여 진공 데시케이터 안에서 24시간 증기처리를 통하여 무기태 탄소를 제거해 주었다. 이매패류 시료는 부위별(근육, 아가미, 내장 등)로 구분한 후 시료분쇄기(FRITSCH-planetary mono mill,Pulverisette 6, Germany)를 사용하여 분말 형태로 갈아주었다. 후에 1N 염산을 이용하여 무기탄소를 제거해 준 후 증류수를 이용하여 산을 제거하고 동결건조하였다.
- 이매패류의 남조류(M. aeruginosa) 저감효과 연구를 위한 메소코즘 현장실험은 전체 식물플랑크톤 종 조성의 90% 이상을 남조류가 차지하는 시기에 신구저수지에서 수행하였다. 테플론 재질의 격자형 메소코즘(1.
- 입자성 유기물 시료의 탄소 함량 및 안정동위원소비를 측정하기 위해서 1 N 염산을 이용하여 진공 데시케이터 안에서 24시간 증기처리를 통하여 무기태 탄소를 제거해 주었다. 이매패류 시료는 부위별(근육, 아가미, 내장 등)로 구분한 후 시료분쇄기(FRITSCH-planetary mono mill,Pulverisette 6, Germany)를 사용하여 분말 형태로 갈아주었다.
- 조류밀도는 100 mL 시료를 취하여 Lugol 용액으로 고정하고 균일하게 혼합한 후 Sedgwick-Rafter chamber를 이용하여 광학현미경(Axiostar plus, ZEISS, Germany)하에서세포수를 계수하고 출현종을 동정하였다. 동물플랑크톤은 플랑크톤 네트로 수직 예인한 시료를 포르말린으로 고정한 후 해부현미경 하에서 동정 및 계수하였다.
- 메소코즘에 첨가할 추적자(13C, 15N)는 NaHCO3 (Isotech; 13C>99%)와 (NH4)2SO4 (Isotech;15N>99%)를 사용하였으며, 메소코즘 수층의 용존성 탄소(DIC, Dissolved inorganic carbon) 및 용존성 질소(DIN,Dissolved inorganic nitrogen)의 13C, 15N 농도가 15%까지증가되도록 제조하였다. 추적자를 메소코즘에 첨가한 후 식물플랑크톤이 충분히 섭취하도록 수일간의 안정화 시간을 거친 후 이매패류를 메소코즘에 첨가하여 3주 동안 총 10회에 걸쳐 대상 생물을 채집하였다(1, 2, 3, 4, 6, 8, 10,14, 22일).
- aeruginosa) 저감효과 연구를 위한 메소코즘 현장실험은 전체 식물플랑크톤 종 조성의 90% 이상을 남조류가 차지하는 시기에 신구저수지에서 수행하였다. 테플론 재질의 격자형 메소코즘(1.2*1.2*2.0m, 3,300 L)을 실험군과 대조군 각 2개씩 설치하였으며,장기간의 안정화 시간을 거쳐 현장의 자연 상태를 유지하도록 하였다(Fig. 1). 메소코즘에 첨가할 추적자(13C, 15N)는 NaHCO3 (Isotech; 13C>99%)와 (NH4)2SO4 (Isotech;15N>99%)를 사용하였으며, 메소코즘 수층의 용존성 탄소(DIC, Dissolved inorganic carbon) 및 용존성 질소(DIN,Dissolved inorganic nitrogen)의 13C, 15N 농도가 15%까지증가되도록 제조하였다.
- 이매패류 시료는 부위별(근육, 아가미, 내장 등)로 구분한 후 시료분쇄기(FRITSCH-planetary mono mill,Pulverisette 6, Germany)를 사용하여 분말 형태로 갈아주었다. 후에 1N 염산을 이용하여 무기탄소를 제거해 준 후 증류수를 이용하여 산을 제거하고 동결건조하였다. 총 질소 안정동위원소비 측정을 위한 시료는 염산 처리가 결과값에 영향을 미치므로 전처리를 하지 않았다(Kim et al.
대상 데이터
- δ13C 분석을 위한 표준물질은 IAEA-C-6 (Sucrose), USGS24(Graphite)이며, δ15N 분석을 위한 표준물질은 IAEA-N-2(Ammonium Sulfide), IAEA-NO-3 (Potassium nitrate)을 사용하였다.
- 국제표준물은 δ13C는 VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite), δ15N은 N2 (atmospheric air)를 이용하였다.
- 메소코즘에 첨가할 추적자(13C, 15N)는 NaHCO3 (Isotech; 13C>99%)와 (NH4)2SO4 (Isotech;15N>99%)를 사용하였으며, 메소코즘 수층의 용존성 탄소(DIC, Dissolved inorganic carbon) 및 용존성 질소(DIN,Dissolved inorganic nitrogen)의 13C, 15N 농도가 15%까지증가되도록 제조하였다.
이론/모형
- 65 μm의 유리섬유 여과지 (glass fiber filter paper, GF/F)에 여과한 후 90% 아세톤으로 추출하여 fluorescence spectrophotometer (Turner Design,10R)를 사용하여 분석하였다. 총질소 (TN) 및 총인 (TP) 은 Strickland and Parsons (1072)의 방법에 의거하여 UV-Spectrophotometer (Cary 50, Varian)를 사용하여 분석하였다.
성능/효과
- 메소코즘 실험 기간 동안 탁도의 변화는 엽록소 a 및 용존산소의 농도와 비슷한 경향을 보이고있어 이매패류에 의한 생물조절 기법에 의한 영향으로 여겨진다. 또한, 총 질소의 농도는 실험기간 동안 대조군에서 1.52 mg L-1에서 1.17 mg L-1로 큰 변화를 보이고 있지 않으며, 실험군에서는 1.61 mg L-1에서 1.87 mg L-1로 오히려 대조군보다 높은 농도를 보이고 있다. 이는 이매패류가 여과 섭식을 통해 남조류를 소화한 후 요소 및 암모니아 형태로 다시 수층으로 배출한 결과로 여겨진다 (Fig.
- 본 메소코즘 실험 결과를 통해 S. woodiana 종이 U.douglasia 종보다 많은 남조류(M. aeruginosa)를 섭식한다고 여겨지며 이는 S. woodiana 체내에 독성 마이크로시스틴을 무독화 하거나 소화가 어려운 입자들을 체외로 배설하기 때문으로 여겨진다. 그러므로 부영양화 호수에서 조류제어를 위한 S.
- , 2004). 본 연구결과에서도 S. woodiana 종과 U. douglasiae 종이 서로 다른 남조류 섭식율을나타내었다. S.
- 이매패류 체내의 안정동위원소 (13C, 15N) 원자량 (atom %) 증가는 새로 합성된 식물플랑크톤 세포가 여과섭식 활동을 통해 이매패류 유기체 세포내로 동화되었음을 나타낸다. 본 연구에서 실험기간 동안 실험군의 클로로필 농도와 식물플랑크톤 생물량은 점차적으로 감소하였으며, 이매패류 체내의 안정동위원소(13C, 15N) 원자량(atom %)은 점차적으로 무거운 경향을 보인다. 이러한 결과는 이매패류가 섭식을 통해 남조류 성장을 억제할 수 있음을 나타낸다.
- 본 연구에서는 t-test 통계분석 결과 탁도(p<0.001), 클로로필 농도(p<0.001) 및 식물플랑크톤 생물량(p<0.005)의 변화가 실험군과 대조군에서 유의한 차이가 있음을 보여주었다.
- polymorpha보다 부드러운 기질이 있는 얕은 호수 또는 저수지에 더 잘 적응한다. 부영양화가 빈번하게 발달하는 국내 호수 또는 저수지에 남조류가 대발생할 때 외래 침입종인 D. polymorpha보다 국내 자생종인 S. woodiana 종을 이용한 생물제어가 적합하다고 여겨진다. 선행연구에서 Sinanodonta sp.
후속연구
- polymorpha보다높은 섭식율을 보인다고 보고되었다. 그러므로 본 연구에서 사용된 S. woodiana는 부영양화 농경지와 호수에서 대량의 독성 남조류 번식을 감소시킬 수 있는 생물로 이용할 수 있을 것이며, 안정동위원소 추적자는 이를 평가할 수 있는 유용한 지시자로서 활용 가능할 것이다.
- aeruginosa)를 효율적으로 제어할 수 있다는 것을 안정동위원소(13C, 15N) 추적자 실험을 통하여 밝혀내었다. 이매패류를 이용하여 호소수의 남조류 번성을 억제함으로서 호소 건강성을 회복시키는 것도 중요하지만, 외래종보다는 국내 자생종을 활용하는 것이 생태계 변화를 최소화 할 수 있다는 것을 고려해야 할 것이다.
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