[논문]한반도 동해남부연안에 자생하는 말잘피, 게바다말의 생장 특성

박정임; 김재훈; 김종협; 김명숙

doi:10.7850/jkso.2019.24.4.548

한반도 동해남부연안에 자생하는 말잘피, 게바다말의 생장 특성
Growth Dynamics of the Surfgrass, Phyllospadix Japonicus on the Southeastern Coast of Korea 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.24 no.4, 2019년, pp.548 - 561

박정임 (해양생태기술연구소) , 김재훈 (해양생태기술연구소) , 김종협 (해양생태기술연구소) , 김명숙 (제주대학교 기초과학연구소.생물학과)

초록
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말잘피 게바다말은 우리나라 동해안의 암반조하대에 우점하는 잘피로, 이 곳 연안생태계에서 중요한 기능을 수행한다. 그러나 심한 파도에 노출된 거친 생육 환경으로 인해 지금까지 게바다말의 생태 자료는 미비한 실정이다. 본 조사에서는 동해남부해역에 서식하는 게바다말의 생태적 특성을 알아보기 위해 2017년 8월부터 2018년 7월까지 게바다말 군락지의 환경과 게바다말의 형태적 특성, 밀도, 생체량과 잎 생산성의 변화를 조사하였다. 수중광량과 수온은 봄과 여름에 증가하고 가을과 겨울에 감소하는 뚜렷한 계절 경향을 보였다. 해수의 영양염 농도는 조사 시기마다 유의한 차이를 보였으나, 뚜렷한 계절 변동은 나타나지 않았다. 게바다말의 형태, 밀도, 생체량과 잎 생산성도 가을에 감소하고 봄에 증가하였다. 게바다말의 육수화서는 2월 이후 나타났고, 5월에 최대 비율(15.8%)을 보인 후 8월 이후 탈락되었다. 게바다말의 개체당 및 단위면적당 평균 잎 생산성은 각각 2.1 mg sht^-1 d^-1과 7.5 g m^-2 d^-1이었다. 게바다말의 생장이 가장 활발한 수온은 13-14℃로 조사되었다. 게바다말의 잎 생산성은 수중광량, 수온, 영양염 농도와 유의한 상관관계가 나타나지 않았다. 이는 이 지역이 게바다말 생장에 필요한 충분한 빛, 적절한 수온 범위와 영양염 농도를 제공함을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The surfgrass Phyllospadix japonicus is a dominant seagrass species playing critical ecological roles on the eastern coast of Korea. However, few studies have been conducted on the ecological characteristics of this species, generally due to the turbulent water conditions in its habitat. In this study, to examine the growth dynamics of P. japonicus, we investigated monthly changes in morphological characteristics, density, biomass, and leaf productivity as well as changes in the underwater irradiance, water temperature, and water column nutrient concentrations of its habitat from August 2017 to July 2018. Underwater irradiance and water temperature showed clear seasonal changes increasing in spring and summer and decreasing in fall and winter. Nutrient availability fluctuated substantially, but did not display any distinct seasonal trend. Morphological characteristics, shoot density, biomass, and leaf productivities of P. japonicus exhibited significant seasonal variations, increasing in spring and decreasing in fall months. Spadix of P. japonicus occurred from March to August, with the maximum spadix percentage(15.8%) occurred in May 2018. The average leaf productivity of P. japonicus per shoot and area were 2.1 mg sht-1 d-1 and 7.5 g m-2 d-1, respectively. The optimum water temperature for the growth of P. japonicus in this study was between 13-14℃. The productivity of P. japonicus was not correlated with underwater irradiance, water temperature and nutrient concentrations. These results suggest that the study site provide sufficient amount of underwater irradiance, suitable water temperature range and nutrients for the growth of P. japonicus.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Study site of Phyllospadix japonicus growth dynamics. The site was located in Guryongpo-eup, Pohang-si, on the open shores of the southeastern coast of the Korean peninsula.
그림 Fig. 2. Monthly changes in underwater irradiance (A), and water temperature (B) at the study site from August 2017 to July 2018.
표 Table 1. Results of a one-way ANOVA among sampling times on water column nutrients, shoot density, productivity, biomass, and shoot morphology
그림 Fig. 3. Monthly changes in water column nutrient concentrations at the study site from August 2017 to July 2018. Ammonium (A), nitrate+nitrite (B), and phosphate (C).
그림 Fig. 4. Monthly changes in number of leaves per shoot (A), leaf width (B), leaf thickness (C), sheath length (D), sheath width (E), and shoot height (F) of Phyllospadix japonicus from August 2017 to July 2018.
그림 Fig. 5. Monthly changes in shoot density of Phyllospadix japonicus from August 2017 to July 2018. Vegetative shoot (A) and spadix (B).
그림 Fig. 6. Monthly changes in biomass of Phyllospadix japonicus from August 2017 to July 2018. Above ground (A), rhizome+root (B), and total biomass (C).
그림 Fig. 7. Monthly changes in leaf productivity per shoot (A), and areal leaf productivity (B) of Phyllospadix japonicus from August 2017 to July 2018.
그림 Fig. 8. Best-fit regressions of Phyllospadix japonicus leaf productivity on underwater irradiance (A), and water temperature (B).
표 Table 2. Mean values (ranges) of physical and chemical parameters, biological measurements for surfgrass, Phyllospadix japonicus and P. iwatensis on the eastern coast of Korea

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 동해남부해역의 암반 조하대에 생육하는 게바다말 생육 환경과 생장 특성을 알아보고자 2017년 8월부터 1년 동안 게바다말 군락지의 생육 환경과 게바다말의 형태적 특성, 밀도와 생체량의 변화를 월별 조사하였다. 또한, 동해안에서 조사된 새우말속 잘피의 생태적 특성을 비교하여 이 지역 게바다말의 생장 특성을 밝히고자 한다.
최근 갯녹음 현상으로 황폐화가 심각하게 진행되고 있는 우리나라 동해안에서 말잘피의 생태적 중요성이 재조명되면서 이곳의 우점종인 게바다말의 생태적 특성에 관심이 모아지고 있다. 본 연구에서는 동해남부해역의 암반 조하대에 생육하는 게바다말 생육 환경과 생장 특성을 알아보고자 2017년 8월부터 1년 동안 게바다말 군락지의 생육 환경과 게바다말의 형태적 특성, 밀도와 생체량의 변화를 월별 조사하였다. 또한, 동해안에서 조사된 새우말속 잘피의 생태적 특성을 비교하여 이 지역 게바다말의 생장 특성을 밝히고자 한다.

제안 방법

엽초 길이(cm)는 생장점부터 엽 초 상단 경계까지의 길이, 엽초 폭(mm)은 엽초의 가장 넓은 부분의 폭을 측정하였다. 개체 길이(cm)는 생장점부터 가장 긴 잎 상단까지의 길이를 측정하였다.
즉, 매월 임의로 선정된 게바다말 성체의 엽초 부분에 날카로운 주사바늘로 구멍을 뚫은 후(n=6-10) 약 1개월 후 회수하여 기존 부분(구멍 뚫기 전)과 새로 자란 부분(구멍 뚫은 후)으로 구분 후 60°C에서 항량이 될 때까지 건조하였다. 개체당 잎 생산성(mg DW sht^-1 d^-1)은 새로 자라난 잎 중량을 실험일수로 나누어 구하였으며, 여기에 매월 측정된 생육 밀도를 곱하여 단위면적당 잎 생산성(g DW m^-2 d^-1)을 구하였다.
게바다말 군락지의 수중광량과 수온을 조사하기 위해 게바다말의 잎이 위치한 수심에 HOBO data logger (Onset Computer Corp., Bourne, MA, UAS) 센서를 설치하여 매 15분마다 측정하였다. 사용된 모든 센서는 LI-1400 Data logger와 LI-193 SA 구형 광량센서(Li-Cor, Inc, Lincoln, NE, USA)를 이용하여 동시 측정한 광량값과 회귀분석을 통해 조도(lumen ft^-2) 측정치를 수중광량으로 변환하였다(Lee et al.
게바다말의 형태적 특성, 밀도, 생체량과 생산성의 변화를 매월 조사하였으며, 채취한 모든 시료는 얼음이 담긴 아이스박스에 보관하여 실험실로 운반하였다. 형태적 특성의 월 변화를 보기 위해 조사 시기마다 8-10개의 성숙한 게바다말 시료를 채취하여 잎의 수, 잎 폭과 두께, 엽초 길이와 폭 및 개체 길이를 측정하였다.
밀도의 변화를 측정하기 위해 매월 임의로 던진 방형구(50×50 cm, n=4)내의 모든 개체를 영양지와 육수화서로 구분하여 단위면적당 개체수로 나타내었다.
, Bourne, MA, UAS) 센서를 설치하여 매 15분마다 측정하였다. 사용된 모든 센서는 LI-1400 Data logger와 LI-193 SA 구형 광량센서(Li-Cor, Inc, Lincoln, NE, USA)를 이용하여 동시 측정한 광량값과 회귀분석을 통해 조도(lumen ft^-2) 측정치를 수중광량으로 변환하였다(Lee et al., 2005; Park and Lee, 2009). 조사 장소에 시설된 센서는 월 2회 교체되었으며, 그 때마다 측정 자료를 수집하여 수중광량과 수온의 월 평균값으로 나타내었다.
생체량의 변화를 보기 위해 매월 임의로 놓은 방형구(10×10 cm, n=4)내 모든 게바다말을 채취하여 흐르는 물에 세척하면서 이물질을 제거하여 지상부(잎과 엽초)와 지하부(지하경과 뿌리)로 구분한 후 60°C에서 48 시간 이상 건조한 후 단위면적당 건중량(g DW m-2)으로 나타내었다.
잎의 수는 각 개체의 엽초 위로 출현한 모든 잎 수를 헤아렸고, 잎 폭(mm)과 두께(mm)는 3번째 잎 중간 부분의 폭과 두께를 각각 측정하였다. 엽초 길이(cm)는 생장점부터 엽 초 상단 경계까지의 길이, 엽초 폭(mm)은 엽초의 가장 넓은 부분의 폭을 측정하였다. 개체 길이(cm)는 생장점부터 가장 긴 잎 상단까지의 길이를 측정하였다.
형태적 특성의 월 변화를 보기 위해 조사 시기마다 8-10개의 성숙한 게바다말 시료를 채취하여 잎의 수, 잎 폭과 두께, 엽초 길이와 폭 및 개체 길이를 측정하였다. 잎의 수는 각 개체의 엽초 위로 출현한 모든 잎 수를 헤아렸고, 잎 폭(mm)과 두께(mm)는 3번째 잎 중간 부분의 폭과 두께를 각각 측정하였다. 엽초 길이(cm)는 생장점부터 엽 초 상단 경계까지의 길이, 엽초 폭(mm)은 엽초의 가장 넓은 부분의 폭을 측정하였다.
즉, 매월 임의로 선정된 게바다말 성체의 엽초 부분에 날카로운 주사바늘로 구멍을 뚫은 후(n=6-10) 약 1개월 후 회수하여 기존 부분(구멍 뚫기 전)과 새로 자란 부분(구멍 뚫은 후)으로 구분 후 60°C에서 항량이 될 때까지 건조하였다.
게바다말의 형태적 특성, 밀도, 생체량과 생산성의 변화를 매월 조사하였으며, 채취한 모든 시료는 얼음이 담긴 아이스박스에 보관하여 실험실로 운반하였다. 형태적 특성의 월 변화를 보기 위해 조사 시기마다 8-10개의 성숙한 게바다말 시료를 채취하여 잎의 수, 잎 폭과 두께, 엽초 길이와 폭 및 개체 길이를 측정하였다. 잎의 수는 각 개체의 엽초 위로 출현한 모든 잎 수를 헤아렸고, 잎 폭(mm)과 두께(mm)는 3번째 잎 중간 부분의 폭과 두께를 각각 측정하였다.

대상 데이터

Study site of Phyllospadix japonicus growth dynamics. The site was located in Guryongpo-eup, Pohang-si, on the open shores of the southeastern coast of the Korean peninsula.
1). 게바다말 군락지의 생육 환경 즉, 수중광량, 수온과 영양염 농도, 그리고 게바다말의 생태적 특성 즉, 밀도, 생체량, 잎 생산성과 형태적 특성의 조사는 2017년 8월부터 2018년 7월까지 진행되었다.
본 연구는 우리나라의 동해남부해역에 속하는 경북 포항시 구룡포 연안(36° 00′ 25′′N, 129° 34′ 43′′ E)의 게바다말 군락지에서 이루어졌다.

데이터처리

모든 측정치는 평균값(mean)과 표준오차(SE)로 나타내었다. 통계분석은 SPSS10.1 버전(SPSS, Inc., Chicago, IL, USA) 을 이용하였으며, 모든 자료는 normality와 homogeneity of variance를 검정한 후 one-way ANOVA를 이용하여 조사 시기에 따른 차이의 유의성을 검사하였다. 환경 요인과 말잘피 측정치의 상관성은 피어슨 상관관계 분석을 이용하여 평가하였다.
, Chicago, IL, USA) 을 이용하였으며, 모든 자료는 normality와 homogeneity of variance를 검정한 후 one-way ANOVA를 이용하여 조사 시기에 따른 차이의 유의성을 검사하였다. 환경 요인과 말잘피 측정치의 상관성은 피어슨 상관관계 분석을 이용하여 평가하였다.

이론/모형

조사 장소에 시설된 센서는 월 2회 교체되었으며, 그 때마다 측정 자료를 수집하여 수중광량과 수온의 월 평균값으로 나타내었다. 게바다말 군락지의 영양염 농도를 분석하기 위해 월 1회 게바다말 군락지에서 해수 120 mL을 채수하여(n=4) 냉장 보관 후 실험실로 옮긴 후 박막여과지(cellulose membrane filters, Milipore)로 여과 후 암모늄염(NH₄⁺), 질산염+아질산염(NO₃^-+NO₂^-)과 인산염(PO₄^3-)을 흡광광도법을 이용하여 측정하였다(Parsons et al., 1984).
생체량의 변화를 보기 위해 매월 임의로 놓은 방형구(10×10 cm, n=4)내 모든 게바다말을 채취하여 흐르는 물에 세척하면서 이물질을 제거하여 지상부(잎과 엽초)와 지하부(지하경과 뿌리)로 구분한 후 60°C에서 48 시간 이상 건조한 후 단위면적당 건중량(g DW m^-2)으로 나타내었다. 잎 생산성의 변화는 잎 표시법(leaf marking method)을 이용하여 측정하였다(Lee et al., 2005; Park and Lee, 2009). 즉, 매월 임의로 선정된 게바다말 성체의 엽초 부분에 날카로운 주사바늘로 구멍을 뚫은 후(n=6-10) 약 1개월 후 회수하여 기존 부분(구멍 뚫기 전)과 새로 자란 부분(구멍 뚫은 후)으로 구분 후 60°C에서 항량이 될 때까지 건조하였다.

성능/효과

개체 길이는 수중광량과 유의한 양의 상관관계가 나타나지 않았고(r=0.023, p=0.944), 수온과 약한 음의 상관관계(r=-0.670, p <0.05)를 나타내었다.
게바다말 지상부와 지하부의 단위면적당 생체량은 조사 시기별 유의한 차이(p <0.001)가 나타났으며, 가을에 낮고 봄에 높은 경향을 보였다(Table 1, Fig. 6).
게바다말의 개체당 잎 생산성과 단위면적당 잎 생산성은 조사 시기에 따라 유의한 차이(p <0.001)가 나타났다(Table 1, Fig. 7).
게바다말의 단위 면적당 평균 생체량은 1687.8±103.2 g DW m-2이었으며, 2017년 11월에 최소값(1062.0±87.0 g DW m-2)과 2018년 5월에 최대값(2195.8±133.2 g DW m-2)이 나타났다(Fig. 6C).
게바다말의 평균 개체당 잎 생산성은 2.1±0.2 mg DW sht-1 d-1로 초겨울인 2017년 12월 이후 1달 동안 급격히 낮아진 후 서서히 증가하여 2018년 5월 최대값(3.2±0.3 mg DW sht-1 d-1)이 나타났다(Fig. 7A).
게바다말의 형태(즉, 잎 수, 잎 폭과 두께, 엽초 길이와 폭, 개체 길이)는 조사 시기에 따라 유의한 차이(p <0.001)가 나타났다 (Table 1, Fig. 4).
결론적으로 조사 장소의 게바다말은 가을에 생장이 감소하고 봄에 증가하여 동해안에 생육하는 새우말속 잘피와 유사한 생장 특성이 나타났다. 그러나, 조사 장소 게바다말 군락의 잎 생산성이 최대로 나타난 수온은 13-14°C로 부산 연안 게바다 말 군락(약 14°C)보다 조금 낮았고, 고성군 새우말 군락(12-13°C)보다는 조금 높았다.
따라서 말잘피는 육수화서와 생식 기관이 형성되는데 필요한 에너지의 이용에 지하경의 저장 탄소를 활용하는데 제한적일 수 있다. 본 조사 장소 게바다말의 평균 육 수화서 비율은 15.3%로 부산 연안 게바다말(6.3%)과 고성 새우말(4.4%)보다 월등히 높았다(Table 2). 조사 장소 게바다말의 형태적 특성, 밀도, 생산성과 생체량이 초겨울인 12월에 최대를 보인 후 급격히 감소하는 특이한 현상이 뚜렷이 나타난 것은 다량의 육수화서를 발생시키기에 필요한 에너지 공급과 연관될 수 있을 것이다.
그러나, 조사 장소 게바다말 군락의 잎 생산성이 최대로 나타난 수온은 13-14°C로 부산 연안 게바다 말 군락(약 14°C)보다 조금 낮았고, 고성군 새우말 군락(12-13°C)보다는 조금 높았다. 부산 연안 게바다말의 생산성은 생육지의 수중광량과 수온에 유의한 상관관계가 나타났고, 고성 새우말의 생산성은 생육지의 수중광량과 유의한 상관관계를 보였으나, 조사장소 게바다말의 생산성은 생육지의 수중광량, 수온이나 해수의 영양염 농도에 결정적으로 제한받지 않았다. 이는 조사 기간 중 이 곳 게바다말 군락지는 게바다말 생장에 필요한 충분한 빛이 공급되고, 적절한 수온범위와 영양염 농도가 유지되었음을 알 수 있다.
2A). 수온도 가을과 겨울에 감소하고 봄과 여름에 증가하는 뚜렷한 계절 경향이 나타났다. 게바다말 군락지의 조사 기간 중 평균 수온은 16.
조사 장소 게바다말의 형태적 특성, 밀도, 생산성과 생체량은 여름 이후 감소하다가 월 평균 수온이 13.2°C인 2017년 12월에 급격히 높은 값을 보였다가 감소한 후 봄에 다시 증가하였다.
7B). 조사 지역 게바다말의 개체당 잎 생산성은 수중광량 (r=0.468, p= 0.125), 수온(r=0.256, p= 0.422), 해수의 영양염 농도(암모늄염: r=-0.179, p= 0.577, 질산+아질산염: r=-0.200, p= 0.534, 인산염: r=-0.451, p= 0.141)와 유의한 상관관계가 나타나지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	말잘피 게바다말은 무엇인가?	말잘피 게바다말은 우리나라 동해안의 암반조하대에 우점하는 잘피로, 이 곳 연안생태계에서 중요한 기능을 수행한다. 그러나 심한 파도에 노출된 거친 생육 환경으로 인해 지금까지 게바다말의 생태 자료는 미비한 실정이다.
	잘피의 생장에 영향을 미치는 환경요인은?	잘피의 생장에 주로 영향을 미치는 환경요인으로는 수중광량, 수온과 영양염을 들 수 있다. 잘피는 생존과 생장을 위해 원활한 광합성에 필요한 충분한 수중광량이 필요하여 수중광량의 변화에 따라 잘피의 분포와 생장 형태가 달라진다(Dennison, 1987; Lee et al.
	해수와 퇴적물 공극수의 영양염 환경이 잘피의 생장에 직접적 영향을 미치는 이유는?	, 2007b). 그러나 해수의 영양염 농도가 높아지면 잘피에 비해 상대적으로 성장이 빠른 플랑크톤이나 조류의 급격한 성장을 초래하여 잘피 잎에 도달하는 수중광량의 감소로 잘피의 생장을 저해시킬 수 있다(Short et al., 1995).

참고문헌 (25)

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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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