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문제 정의
- 2018) 등이 보고되었지만, 모두 단일 계절 혹은 한시적 조사이며 독도 주변 해역의 4계절 조사를 수행한 연구는 극히 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구는 독도 연안 해역에서 계절적 식물플랑크톤 군집구조 특성을 파악하고 환경인자와의 관계를 분석하였다. 본 연구결과는 독도 연안의 생태계 변화 추이를 파악하고, 지속 가능한 독도 이용을 위한 기초자료 및 독도 영유권주장을 위한 과학적 자료로 활용될 것으로 판단된다.
- 본 연구는 지리적인 이유로 부유생물 생태연구가 상대적으로 진행되지 않은 독도 주변 해역에서 계절적 환경 특성과 더불어 부유생물 식물플랑크톤 군집구조 변화 특성 을 파악하고자 하였다. 본 해역에서 4계절 동안 총 4문 72 종의 식물플랑크톤이 출현하였으며, 전 계절 평균 식물플 랑크톤 현존량은 2.
제안 방법
- 동계와 춘계에는 수층별 식물플랑크톤 군집조사와 함께 수환경조사를 수행하였다. CTD(SBE911plus, Sea-Bird Electronics, Inc., Washington, USA)를 이용하여 수온, 염분, 수심을 조사하였으며, 엽록소-a (Chlorophyll a), 영양염류 분석이 함께 수행되었다. 하계와 추계에는 수층별 식물플랑크톤 군집조사와 CTD 를 이용한 수직조사가 수행되었다.
- 표층수는 버켓으로 채수하였고, 중층과 저층수(해저면 기준 5 m 상부에서 채 수)는 10 L PVC Niskin sampler (General Oceanics, Miami, FL, USA)이 장착된 로젯채수기를 이용해 채수하였다. 동계와 춘계에는 수질측정기(YSI 6500, YSI incorporated, USA)를 이용하여, 선상에서 즉시 채수한 현장 표층수와 저층수의 수온, 염분, 용존산소, pH를 측정하였다. 엽록 소-a 농도와 각 영양염류의 농도를 측정하기 위하여 표층 수와 저층수 500mL를 선상에서 GF/F glass fiber filters(47 mm diameter; pore size 0.
- 5%로 고정하였고, 실험실에서 500 mL 시료를 50 mL로 농축시켰다. 식물플랑크톤 종 동정 및 계수는 농축된 시료를 Sedgewick-Rafter counting chamber에 100~300 mL 분주하여 광학현미경 (Zeiss Axioplan 2; Carl Zeiss, Jena, Germany) 100~400배 배율에 서 분석하였다. 특히 광학현미경에서 동정이 극히 어려 운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 매우 작은 편모조류는 미동정 편모그룹으로 분류하였으며, 은편 모조류(Crytophyceae) 또한 하나의 은편모그룹으로 묶 어 동정 및 계수하였다.
- 엽록소-a 농도는 실험실에서 냉동 보관한 여과지를 90% acetone에 넣어, 냉암소에서 24시간 동안 색소를 추출한 후 형광측정기(10-AU; Turner BioSystems, Sunnyvale, CA, USA)를 이용하여 분석하였다. 아울러, 실험실에서 각 시기별 냉동 보관된 시료를 암조건에서 해동하여 영양염류를 분석하였다. 아질산과 질산성 질소(NO2+NO3-N), 인산염(PO4-P), 규산염(SiO2-Si), 암모니아성 질소(NH4-N)를 Parsons et al.
- 엽록 소-a 농도와 각 영양염류의 농도를 측정하기 위하여 표층 수와 저층수 500mL를 선상에서 GF/F glass fiber filters(47 mm diameter; pore size 0.7 μm, Whatman, Middlesex, UK) 로 500 mL를 여과하였다.
- 엽록소-a 농도 측정을 위해서 GF/F 여과지는 15mL 튜브에 넣어 분석전까지 -20°C에서 냉동 보관하였다. 엽록소-a 농도는 실험실에서 냉동 보관한 여과지를 90% acetone에 넣어, 냉암소에서 24시간 동안 색소를 추출한 후 형광측정기(10-AU; Turner BioSystems, Sunnyvale, CA, USA)를 이용하여 분석하였다. 아울러, 실험실에서 각 시기별 냉동 보관된 시료를 암조건에서 해동하여 영양염류를 분석하였다.
- 정성/정량 분석을 위하여 현장 선상에서 500 mL의 표층수를 채수하여, Lugol’s solution 을 이용하여 최종 농도 0.5%로 고정하였고, 실험실에서 500 mL 시료를 50 mL로 농축시켰다.
- , Washington, USA)를 이용하여 수온, 염분, 수심을 조사하였으며, 엽록소-a (Chlorophyll a), 영양염류 분석이 함께 수행되었다. 하계와 추계에는 수층별 식물플랑크톤 군집조사와 CTD 를 이용한 수직조사가 수행되었다. 표층수는 버켓으로 채수하였고, 중층과 저층수(해저면 기준 5 m 상부에서 채 수)는 10 L PVC Niskin sampler (General Oceanics, Miami, FL, USA)이 장착된 로젯채수기를 이용해 채수하였다.
대상 데이터
- 독도는 울릉도에서는 87.4 km, 포항을 기점으로 약 220 km 거리의 우리나라 최동단에 위치하여 있으며, 본 연구는 동도와 서도를 포함한 북위 37°14.1ʹ~37°15.1ʹ, 동 경 131°51.2ʹ~131 52.5ʹ 범위의 독도 연안 해역 5개의 정점에서 수행되었다(Fig. 1).
- 전 계절 식물플랑크톤의 정성 분석을 위하여 망 구 30 cm, 망목 20 μm인 식물플랑크톤 네트를 사용하여 표 층 3 m를 수직채집하였다.
- 하계와 추계에는 수층별 식물플랑크톤 군집조사와 CTD 를 이용한 수직조사가 수행되었다. 표층수는 버켓으로 채수하였고, 중층과 저층수(해저면 기준 5 m 상부에서 채 수)는 10 L PVC Niskin sampler (General Oceanics, Miami, FL, USA)이 장착된 로젯채수기를 이용해 채수하였다. 동계와 춘계에는 수질측정기(YSI 6500, YSI incorporated, USA)를 이용하여, 선상에서 즉시 채수한 현장 표층수와 저층수의 수온, 염분, 용존산소, pH를 측정하였다.
- 1). 한국해양과학기술원 조사선인 온누리호(동계: 2018년 3월 2일), 장목호(춘계: 2018 년 6월 6일), 이어도호(하계: 2018년 8월 21일; 추계: 2018 년 11월 2일)를 이용하여, 독도 연안 해역에서 총 4회에 걸친 계절조사를 수행하였다. 동계와 춘계에는 수층별 식물플랑크톤 군집조사와 함께 수환경조사를 수행하였다.
데이터처리
- 또한 각 정점별 종수와 종 다양성 지수(Diversity Index)를 파악하였다(Shannon and Weaver 1949). 계절적 식물플랑크톤 군집조성과 환경인자 사이의 연관성을 조사하기 위해 CANOCO 4.5 software를 이용하여 CCA(Canonical Correspondence Analysis) 분석을 수행하였다.
- 특히 광학현미경에서 동정이 극히 어려 운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 매우 작은 편모조류는 미동정 편모그룹으로 분류하였으며, 은편 모조류(Crytophyceae) 또한 하나의 은편모그룹으로 묶 어 동정 및 계수하였다. 정점별 식물플랑크톤의 군집구조의 특성을 알아보기 위해서 각 정점에 출현한 식물플랑크톤을 바탕으로 PRIMER version 5를 이용하여 Bray-Curtis 유의도(Similarity index)를 산출하였으며, 이를 기반으로 Cluster 분석과 다차원 척도분석(MDS; Multi Dimensional Scaling)을 실시하였다. 또한 각 정점별 종수와 종 다양성 지수(Diversity Index)를 파악하였다(Shannon and Weaver 1949).
- 춘계에는 규조류가 거의 출현하지 않았고, 하계에는 종조성은 동계와 일부분 유사하였지만 현존량이 극히 낮아 각각 다른 그룹으로 묶인 것으로 판단된다. 추가적으로 생물 군집 구성의 주요 변수와 환경 변수와 관계를 평가하기 위하여 상관 분석(Correspondence analysis) 의 한 종류인 Canonical correspondence analysis (CCA)를 수행하였다. 동계와 춘계를 함께 분석하여 환경요인과 식물플랑크톤, 정점 간의 관계를 Figure 3에 나타내었다.
이론/모형
- 아울러, 실험실에서 각 시기별 냉동 보관된 시료를 암조건에서 해동하여 영양염류를 분석하였다. 아질산과 질산성 질소(NO2+NO3-N), 인산염(PO4-P), 규산염(SiO2-Si), 암모니아성 질소(NH4-N)를 Parsons et al. (2013)의 분석법에 따라서 영영염 자동분석기(Quattro 39; Seal Analytical, Fareham, Hampshire, UK)를 이용하여 분석하였고, 각각의 영양염 농도는 표준해수(RMNS, KANSO Technos Co., Ltd., Japanhemical Industries, Osaka, Japan)를 이용하여 보정하였다. 전 계절 식물플랑크톤의 정성 분석을 위하여 망 구 30 cm, 망목 20 μm인 식물플랑크톤 네트를 사용하여 표 층 3 m를 수직채집하였다.
성능/효과
- 분류군별로 48종의 규조류, 25종의 와편모조류, 2종의 규질 편모류, 1종의 은편모조류, 5종의 미동정 편모류가 관찰 되었다. 각 계절별 표층 식물플랑크톤의 평균 출현종수는 22.75종으로 나타났으며, 동계, 춘계, 하계, 추계에 각각 22, 10, 27, 32로 나타났다(Table 3). 동계와 하계의 출현종수는 비슷하였으며, 식물플랑크톤 현존량이 가장 높았던 추계에 가장 높은 종수를 보였다.
- 또한 동계 강풍에 의한 섬효과를 유도할 수 있고, 이로 인해 표층과 저층이 잘 혼합되어 전 수층에 영양염이 균일하고 높게 유지되었다(Table 1). 같은 이유로 전 수층에서 비교적 높은 엽록소-a 농도가 관찰되었고, 식물플랑크톤 현존량 또한 수층별로 일정히 높게 나타난 것을 파악하였다.
- 이는 이미 영양염이 고갈되었거나 성층이 형성되어 영양염이 공급되지 않아서 춘계에 낮은 엽록소-a가 나타났을 것이라 판단된다. 결과적으로 독도 주변 해역에서 동계 높은 영양염과 엽록소-a 농도를 보였고, 춘 계에는 영양염과 엽록소-a가 일정하게 낮게 유지되는 특성을 보였다.
- 정점과 수심간 종조성의 차이는 거의 보이지 않았다. 규조류가 전체 식물플랑크톤 비율 중 평균 79.6%의 비율로 가장 높은 비율을 차지하였으며, 다음으로 은편모조류가 14.6% 의 비율을 차지하였다. 동계에는 규조류 중에서도 다양한 Chaetoceros 종(Chaetoceros lorenzianus, C.
- 88×104 cells L-1 순서로 나타났다. 다른 계절과 달리 전 수층과 정점의 종조성은 유사하였지만 표층 식물플랑크톤 현존량이 중층과 저층에 비해 확연히 높은 분포 특성을 가졌다. 종조성은 규조류가 평균 70.
- 독도 연안 해역에서 계절별, 수심별 식물플랑크톤 종조성을 분석한 결과, 총 4문 72종이 확인되었다(Table 2). 분류군별로 48종의 규조류, 25종의 와편모조류, 2종의 규질 편모류, 1종의 은편모조류, 5종의 미동정 편모류가 관찰 되었다.
- 춘계에는 엽록소-a 농도가 매우 낮았을 뿐만 아니라, 대부분 은편모조류와 함께 nanoflagellate가 일정 밀도로 유지되었고, 이는 현미경 하에서 검경이 불가하여 같은 그룹으로 묶였기 때문에 낮은 종수를 보인 것으로 판단된다. 독도 연안 해역에서 식물플랑크톤의 종다양성은 현존량이 극히 낮았던 춘계에 1.71로 가장 낮았고, 다양한 종이 일정하게 높게 출현한 동계와 하계에 2.37, 2.80으로 비교적 높게 기록되었다. 특이적으로 하계에는 낮은 엽록소-a 농도와 식물플랑크톤 현존량에도 불구하고, 특정종이 우점하지 않았기 때문에 가장 높은 종 다양성을 보였다.
- 5µg L-1로 본 결과와 유사하게 비교적 낮은 엽록소-a의 농도를 보였다. 독도 연안 해역은 100m 이내의 낮은 수심을 보이는 지역으로 동계에는 해류의 혼합이 활발하게 일어나기 때문에 전 정점의 표층과 저층이 거의 동일한 수온, 염분 분포특성을 보였으며, 영양염 역시 표층과 저층에서 동일하게 높은 값을 보였다(Table 1). 또한 일반적으로 본 지역의 춘계에는 태풍이나 wind event와 같은 기상 현상으로 표층과 저층이 활발하게 혼합되어 저층에서 표층으로 높은 영양염이 공급되어 식물플랑크톤이 번무하게 되는데(Baek and Kim 2018; Baek et al.
- 이는 본 연구와 유사한 다양성 지수를 보였다. 독도 주변 해역에서 계절 및 정점별로 식물플랑크톤 군집 특성을 알기 위해 Cluster 분석과 MDS 분석을 수행한 결과, 40%의 유사도에서 4계절이 명확하게 구분되었다(Fig. 2). 하지만 추계 St.
- 75종으로 나타났으며, 동계, 춘계, 하계, 추계에 각각 22, 10, 27, 32로 나타났다(Table 3). 동계와 하계의 출현종수는 비슷하였으며, 식물플랑크톤 현존량이 가장 높았던 추계에 가장 높은 종수를 보였다. 춘계에는 엽록소-a 농도가 매우 낮았을 뿐만 아니라, 대부분 은편모조류와 함께 nanoflagellate가 일정 밀도로 유지되었고, 이는 현미경 하에서 검경이 불가하여 같은 그룹으로 묶였기 때문에 낮은 종수를 보인 것으로 판단된다.
- 일반적으로 춘계와 추계가 유사한 환경으로 대증식을 일으키는 온대연안과 달리, 본 조사에서는 추계와 동계에서 비교적 높은 식물플랑크톤 생체량을 보이는 특성을 보였다. 두 계절의 우점종 또한 Chaetoceros 속 및 Pseudo-nitzchia 속과 같은 규조류가 우점하였기 때문에 비교적 높은 유사도를 보인 것으로 판단된다. 춘계에는 규조류가 거의 출현하지 않았고, 하계에는 종조성은 동계와 일부분 유사하였지만 현존량이 극히 낮아 각각 다른 그룹으로 묶인 것으로 판단된다.
- 7 µg L-1 으로 알려진 동계 독도 연안의 엽록소-a 농도분포와 유사한 값을 보였다(KORDI 2017). 또한 동계 강풍에 의한 섬효과를 유도할 수 있고, 이로 인해 표층과 저층이 잘 혼합되어 전 수층에 영양염이 균일하고 높게 유지되었다(Table 1). 같은 이유로 전 수층에서 비교적 높은 엽록소-a 농도가 관찰되었고, 식물플랑크톤 현존량 또한 수층별로 일정히 높게 나타난 것을 파악하였다.
- 또한, 해양의 일차생산력을 대변 하는 자료인 엽록소-a의 농도는 전 수층 평균 0.94 µg L-1 로 매우 낮은 농도를 보였다.
- 본 조사에서 동계 표층의 평균 수온은 11.9°C이며, 저층 평균 수온은 8.91°C로 관찰되었다.
- akshiwo가 울릉도와 독도의 지형적 특성으로 인해 섬 부근에 집적되어, 섬 효과에 의한 용승으로 저층의 높은 영양염이 표층으로 유입되어 식물플랑크톤이 폭발적으로 증식한 결과로 판단되었다. 본 춘계 조사에서 수층별 영양염 분포를 보았을때 (Table 1), 암모늄을 제외한 모든 영양염이 저층에만 높은 농도를 보이고 표층과 중층에는 비교적 낮은 값을 보여, 저층으로부터 표층으로 공급되지 않은 것으로 보인다. 독도 연안 해역은 외해의 생태적 특성을 가지기 때문에, 수층 혼합으로 인한 저층으로부터 영양염 공급이 본 지역의 주된 영양염 공급원이다(Hyun et al.
- 본 해역에서 4계절 동안 총 4문 72 종의 식물플랑크톤이 출현하였으며, 전 계절 평균 식물플 랑크톤 현존량은 2.38×104 cells L-1 로 낮은 값을 보였다.
- 독도 연안 해역에서 계절별, 수심별 식물플랑크톤 종조성을 분석한 결과, 총 4문 72종이 확인되었다(Table 2). 분류군별로 48종의 규조류, 25종의 와편모조류, 2종의 규질 편모류, 1종의 은편모조류, 5종의 미동정 편모류가 관찰 되었다. 각 계절별 표층 식물플랑크톤의 평균 출현종수는 22.
- 동계와 추계는 35%의 유사도에서는 같은 그룹으로 분리되었다. 일반적으로 춘계와 추계가 유사한 환경으로 대증식을 일으키는 온대연안과 달리, 본 조사에서는 추계와 동계에서 비교적 높은 식물플랑크톤 생체량을 보이는 특성을 보였다. 두 계절의 우점종 또한 Chaetoceros 속 및 Pseudo-nitzchia 속과 같은 규조류가 우점하였기 때문에 비교적 높은 유사도를 보인 것으로 판단된다.
- 정점과 수심간의 종조성은 유사하였으며, 현존량은 St. 1에서 전 수층 평균 2.04×104 cells L-1 로 비교적 높았다.
- 정점과 수심에 따른 현존량과 종조성 차이는 동계, 추계와 동일하게 크지 않았다. 종조성은 규조류가 전체 식물플랑크톤 중 평균 59.4%의 비율을 차지하였고, 와편모조류가 27.3%를 차지하였다. 규조류의 경우 다양한 종(Chaetoceros spp.
- 다른 계절과 달리 전 수층과 정점의 종조성은 유사하였지만 표층 식물플랑크톤 현존량이 중층과 저층에 비해 확연히 높은 분포 특성을 가졌다. 종조성은 규조류가 평균 70.8%로 우점하였고(Pseudo-nitzschia spp., Chaetoceros spp.), 다음으로 은편모조류(Cryptomonas spp.)가 14.9%를 차지하였다. 규조류 중에서도 Pseudo-nitzschia spp.
- 추계는 표층 18.7°C로, 저층 17.2°C로 수층별 수온차이가 가장 적었고, 수층이 비교적 잘 혼합되었다.
- 와 같은 다양한 종이 출현하였으나, 현존량은 극히 낮게 관찰되었다(Table 2). 춘계에 특이적으로 규조류의 비율이 매우 낮았으며, 그 외 편모조류와 와편모조류의 비율이 높았다. 기존에 다수 알려진 바와 같이 동해의 식물플랑크톤은 대부분 연안으로부터 외양으로 흐르는 동안난류의 영향을 강하게 받는다(Hyun et al.
- 80으로 비교적 높게 기록되었다. 특이적으로 하계에는 낮은 엽록소-a 농도와 식물플랑크톤 현존량에도 불구하고, 특정종이 우점하지 않았기 때문에 가장 높은 종 다양성을 보였다. 오히려 출현 종수 및 현존량이 가장 높았던 추계에는 Pseudo-nitzschia spp.
- 특히 광학현미경에서 동정이 극히 어려 운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 매우 작은 편모조류는 미동정 편모그룹으로 분류하였으며, 은편 모조류(Crytophyceae) 또한 하나의 은편모그룹으로 묶 어 동정 및 계수하였다.
- 동계와 춘계를 함께 분석하여 환경요인과 식물플랑크톤, 정점 간의 관계를 Figure 3에 나타내었다. 환경요인의 경우 NOx, SiO2, DO와 엽록소-a는 양의 상관성을 보였고, 수온과 염분은 음의 상관성을 보였다. 이와 같이 높은 상관성을 가진 환경요인들과 동계 St.
후속연구
- 2018) 를 보였다. 다만 2005년부터 입도신고제를 도입한 이후 인간기원의 오염으로 인한 환경변화의 가능성이 증가하였고 쿠로시오같은 동해안에 중요한 역할을 하는 해류의 영향을 직접적으로 받는 지역이므로 이들의 변화특성을 확인하기 위해 지속적인 조사가 필요하다.
- 8%의 비율을 차지하였다. 다양한 종류의 편모류가 출현하였으나, 현미경 검경으로 분류 및 동정이 극히 어려워 추후 분자생물학적인 방법의 분석이 필요하다. 그 외 규조류는 Chaetoceros spp.
- 하지만, 남방기원 쿠로시오의 지류인 쓰시마난류가 추계에 강하게 유입될 가능성을 시사할 수 있으며, 과거에 비해 확장되거나 해류의 흐름이 변화하고 있는 사실을 유추해 볼 수 있다. 따라서 장기간의 물리화학적 측면과 함께 생물학적 측면의 통합 연구를 반복적을 실시하여 이러한 환경과 생물의 변화가 어떤 상호작용이 있는지, 향후 이러한 변화가 다른 생물의 서식에 어떤 영향을 미칠지를 파악하기 위한 지속적인 독도이용에 관한 연구가 필요하다.
- 따라서, 본 연구는 독도 연안 해역에서 계절적 식물플랑크톤 군집구조 특성을 파악하고 환경인자와의 관계를 분석하였다. 본 연구결과는 독도 연안의 생태계 변화 추이를 파악하고, 지속 가능한 독도 이용을 위한 기초자료 및 독도 영유권주장을 위한 과학적 자료로 활용될 것으로 판단된다.
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