Environmental factors and changes in phytoplankton community structure before (August 5, 2017), during (August 18 and 25) and after (August 30 and September 15) freshwater input were analyzed to investigate the effects of freshwater input from Ganwol and Bunam lakes located in the upper part of Cheo...
Environmental factors and changes in phytoplankton community structure before (August 5, 2017), during (August 18 and 25) and after (August 30 and September 15) freshwater input were analyzed to investigate the effects of freshwater input from Ganwol and Bunam lakes located in the upper part of Cheonsu Bay. Due to the large amount of freshwater input in the Cheonsu Bay, the surface salinity of the bay decreased by more than 8 psu, and the thermocline existing in the bay during August weakened. In addition, hypoxic phenomena occurred temporarily in the bay as the low oxygen water mass from the freshwater lakes flowed into the bay, and chemical oxygen demand, nutrients, and N/P increased with freshwater inflow. The density of phytoplankton during the freshwater inflow increased owing to their input from the freshwater lakes. Diatom species (Eucampia zodiacus) dominated the phytoplankton community in the bay before freshwater input; nanoflagellates, chlorophyta, cyanobacteria, and diatoms (Pseudonitzschia delicatissima, Chateocceros spp.) entered during freshwater input; and after freshwater inflow ended, diatoms (Chateocceros spp.) again became predominant indicating a return to previous conditions. The amount of phytoplankton standing crops increased sharply due to the inflow of freshwater species into the bay on the second day of discharge compared to before freshwater input; pre-discharge conditions were restored at most stations except at some sites close to the Bunam Lake three days after discharge. Therefore, the large amount of freshwater flowing into the bay affects not only the geochemical circulation in the bay but also the phytoplankton community structure. In particular, the high concentration of nutrients in the freshwater lake affect the marine ecosystem of the bay during August.
Environmental factors and changes in phytoplankton community structure before (August 5, 2017), during (August 18 and 25) and after (August 30 and September 15) freshwater input were analyzed to investigate the effects of freshwater input from Ganwol and Bunam lakes located in the upper part of Cheonsu Bay. Due to the large amount of freshwater input in the Cheonsu Bay, the surface salinity of the bay decreased by more than 8 psu, and the thermocline existing in the bay during August weakened. In addition, hypoxic phenomena occurred temporarily in the bay as the low oxygen water mass from the freshwater lakes flowed into the bay, and chemical oxygen demand, nutrients, and N/P increased with freshwater inflow. The density of phytoplankton during the freshwater inflow increased owing to their input from the freshwater lakes. Diatom species (Eucampia zodiacus) dominated the phytoplankton community in the bay before freshwater input; nanoflagellates, chlorophyta, cyanobacteria, and diatoms (Pseudonitzschia delicatissima, Chateocceros spp.) entered during freshwater input; and after freshwater inflow ended, diatoms (Chateocceros spp.) again became predominant indicating a return to previous conditions. The amount of phytoplankton standing crops increased sharply due to the inflow of freshwater species into the bay on the second day of discharge compared to before freshwater input; pre-discharge conditions were restored at most stations except at some sites close to the Bunam Lake three days after discharge. Therefore, the large amount of freshwater flowing into the bay affects not only the geochemical circulation in the bay but also the phytoplankton community structure. In particular, the high concentration of nutrients in the freshwater lake affect the marine ecosystem of the bay during August.
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문제 정의
(2014)의 연구가 있다. 본 연구는 천수만에서 여름철 담수 방류에 따른 인위적 환경요인의 변화가 식물플랑크톤 군집의 시간적 동태에 미치는 영향을 파악하고자 담수방류에 따른 환경요인과 식물플랑크톤 현존량 및 우점종의 변동성을 살펴보았다. 본 연구가 담수유입에 따른 식물플랑크톤의 생태학적 영향에 대한 기초자료로 활용되길 기대한다.
제안 방법
농축된 시료에서 1 mL을 취하여 Sedgewick-Rafter counting chamber에 옮겨 광학현미경(Olympus BX 51)으로 식물플랑크톤을 동정 및 계수하였다. 계수된 자료는 단위부피 mL당 세포수인 현존량으로 환산하여 사용하였으며 총 현존량의 10% 이상을 차지하는 종을 우점종으로 분류하였다. 식물플랑크톤의 동정은 Jung(1993), Tomas(1997) 및 Omura(2012)를 참고하였다.
고정된 시료는 메스실린더에 옮겨 하루 이상 침전 시킨 후 상등액을 제거하여 50 mL로 농축하였다. 농축된 시료에서 1 mL을 취하여 Sedgewick-Rafter counting chamber에 옮겨 광학현미경(Olympus BX 51)으로 식물플랑크톤을 동정 및 계수하였다. 계수된 자료는 단위부피 mL당 세포수인 현존량으로 환산하여 사용하였으며 총 현존량의 10% 이상을 차지하는 종을 우점종으로 분류하였다.
수온 및 염분은 현장에서 CTD (SBE-911plus; Seabird co.)를 이용하여 측정하였다. 영양염의 시료 채취는 현장에서 니스킨 채수기로 채수한 다음 막여과지(membrane filter, 직경 47 mm, pore size 0.
여름철 장마기 동안 부남호(서산 B지구 방조제)와 간월호(서산 A지구 방조제)로부터 대량의 담수가 집중적으로 천수만으로 유입될 때 그 영향을 직접적으로 받는, 죽도 북쪽에 위치한 7개 정점에서 식물플랑크톤 군집의 영향을 파악하고자 2017년 담수 방류전(8월 5일), 방류 중(8월 18일, 8월 25일), 방류후(8월 30일, 9월 15일)의 수온, 염분, 엽록소 a 농도, 용존무기영양염류 농도와 식물플랑크톤의 종조성 및 현존량 분포를 조사하였다(Fig. 1).
45 μm)로 여과후 시료 15 mL을 채취하여 코니칼튜브에 넣어 냉동 보관하였다. 용존무기영양염류는 영양염자동분석기(QUAATRO, BLTEC)를 이용하여 측정하였으며 장비에 대한 기기 보정은 해수 표준물질을 이용하였고, 각 용존무기영양염류에 대한 정밀도는 5% 이내로 측정하였다.
분석 시 90% 아세톤 10 mL을 넣은 후 교반시킨 다음 빛을 차단시킨 냉장고에서 24시간 용출시켰다. 추출된 용액 중에 섞여있는 입자를 제거하기 위해 4,000 rpm에서 10분 동안 원심분리시킨 후 상등액만을 취하여 형광광도계(Turner Designs 10-AU Fluorometer)로 측정하였다(Parsons et al., 1984).
데이터처리
CCA에 이용된 생물변수는 식물플랑크톤 총현존량의 1% 이상인 종을 이용하였고, 종분포와 환경인자간 상관관계의 유의성 검정을 위하여 Monte Carlo permutation test(p<0.05)를 수행하였다.
생물량의 경우 로그 변환한 후 생물 및 무생물 변수들 간의 상호관계를 순위상관분석(Spearman rank correlation analysis)을 하였고, 식물플랑크톤 군집과 환경인자간의 관계를 살펴보기 위하여 CANOCO 패키지(version 4.5) 를 이용하여 정준대응분석(Canonical Correspondence Analysis; 이하 CCA)을 수행하였다(ter Braak and Šmilauer, 2002).
이론/모형
계수된 자료는 단위부피 mL당 세포수인 현존량으로 환산하여 사용하였으며 총 현존량의 10% 이상을 차지하는 종을 우점종으로 분류하였다. 식물플랑크톤의 동정은 Jung(1993), Tomas(1997) 및 Omura(2012)를 참고하였다.
성능/효과
costatum가 극우점하였으며, 방류 종료후 19일(9월 15일)에 다시 Chaetoceros spp., E. zodiacus가 우세하게 출현하여 담수방류 이전의 식물플랑크톤 종조성을 보였다(Table 3).
8%로 대부분 규조류로 구성된 식물플랑크톤 군집을 관찰할 수 있었으며 규조류인 Chaetoceros sp.가 우세하게 출현하였으며 방류전과 비교하여 2배 높은 식물플랑크톤 현존량을 보였다. 규조류가 99%로 극우점하는 식물플랑크톤 군집 구성은 방류 종료후 19일째(9월 15일)까지 지속되었으며 방류 종료후 3일째와 마찬가지로 규조류인 Chaetoceros sp.
는 담수 방류전(8월 5일)부터 만 내에 서식하던 종이고, 부남호와 간월호로부터 담수방류시 천수만 내측으로 추가로 많은 양이 유입되어 생물량이 급증한 종으로 기수 환경에서 잘 서식하였다. 담수 방류전에 높은 생물량을 보였던 C. pseudocurvisetus는 용존산소가 10 mg/L 이상으로 풍부했던 담수방류전 환경요인과 유의적 상관성을 보였고, E. zodiacus는 담수방류 시기엔 관찰되지 않고 방류전과 후에 출현하였다(Table 4, Fig. 10).
담수방류 전, 중, 후 천수만 내의 식물플랑크톤 분포와 환경변수의 상관관계를 분석한 CCA 결과에 의하면, 4개의 환경변수에 대한 제한조건 하에서 CCA 축 1 (eigenvalue=0.18)과 축 2 (eigenvalue=0.13)는 식물플랑크톤 종 분포에 대해서 총 변동량의 50.1%를 설명하였고, 식물플랑크톤 종과 환경과의 관계에 대한 변동에 대해서는 86.5%의 설명력을 보였다(Table 4). 환경변수들간의 상관관계를 보면, 방류량, 용존무기인, 용존무기질소, 용존산소가 정준축과 높은 상관관계를 보였다(Table 4).
, Merismopedia sp.를 포함한 육상기원의 식물플랑크톤이 만 내로 유입되어 식물플랑크톤의 현존량이 급격히 증가하였다가, 9일째 지속적으로 이어지는 담수유입에 따른 염분 변화 및 물리적 층격으로 생리적 내성이 약해진 식물플랑크톤의 대부분은 사멸되고 기수 환경에서 적응 가능한 일부 종들만 생존하여 식물플랑크톤 현존량이 급격히 감소하였음에도 불구하고 높은 엽록소 a의 농도를 보였다. 또한 부남호와 간월호로부터 대량의 담수가 만 내로 유입될 때 극미소형(< 2 µm) 크기 이하의 남세균을 포함한 식물플랑크톤의 개체수는 광학현미경하에서 간과된 부분이 있다.
7). 방류전 대형 규조류인 Eucampia zodiacus, Chaetoceros pseudocurvisetus가 우점하여 식물플랑크톤의 현존량은 적으나 엽록소 a의 농도가 높았다.
, 2014). 본 연구를 통하여 일시적 담수 방류에 따른 용존무기영양염류의 증가 및 환경요인의 변화는 식물플랑크톤 현존량을 증가시키나, 지속적인 담수 방류는 식물플랑크톤을 사멸에 이르게 함을 알 수 있었다.
부남호와 간월호로부터 방류된 담수와 환경요인과의 순위상관분석 결과, 염분은 유의한 음의 상관관계(p＜0.01)로 방류되는 담수의 영향으로 낮아지는 경향을 보였고, 용존무기영양염류(용존무기질소, 용존무기인, 용존무기규소)와 수온은 유의한 양의 상관관계(p＜0.01)를 보임으로써 두 담수호로부터 육상기원의 용존무기영양염류가 천수만 내측으로 유입되었음을 시사하였다(Table 2).
담수방류 9일째(8월 25일)는 식물플랑크톤 현존량이 급격히 감소하여 일부 염분 변화에 내성이 있는 종은 생존하고 그 외의 종들은 사멸된 것으로 보인다. 비록 적은 현존량이지만 군집을 구성하는 식물플랑크톤은 규조류 74%, 남세균 12%, 담수 녹조류 10%였으며 방류 2일째와 마찬가지로 P. delicatissima가 가장 많은 현존량을 나타내었다. 담수방류 종료후 3일째(8월 30일)는 다시 규조류가 99.
용존무기질소와 용존무기인의 비로 계산된 N/P 비는 방류전 표층에서 1.6, 저층 5.7로 redfield raio 16:1 보다 매우 낮은 비를 보였으며, 방류중(6.0~13.5)과 방류후 (6.3~10.6) 모두 16보다 낮은 값을 보였으나, 방류전과 비교하여 용존무기인의 농도는 일정한 반면 용존무기질소의 농도가 1.9~2.7배 증가하여 N/P 비가 다소 올라갔다. 천수만은 용존무기인과 용존무기질소가 식물플랑크톤 성장에 제한적 요인이 될 정도로 낮지 않으나 용존무기질소의 농도에 더 영향을 받는 것으로 사료된다(Fig.
담수방류 초기에는 담수산 식물플랑크톤의 유입으로 현존량이 증가하였으나, 지속되는 담수방류로 인한 환경변화는 식물플랑크톤의 사멸 및 급격한 현존량 감소로 이어졌다. 이후 환경 적응종 및 해류를 따라 새로 유입된 종들에 의해 방류종료 3일 후부터 담수방류 이전의 식물플랑크톤 종조성 및 현존량을 보였으나, 담수 방류시 만 내로 유입된 육상기인 오염원의 지화학적 순환은 더 오랜 시간동안 생태환경 변화를 초래할 것으로 보인다. 따라서 향후 천수만 내로 유입되는 담수호의 정화 시설 확충을 통한 오염원의 저감대책 마련과 지속적인 모니터링이 요구된다.
19 mg/L로 높은 화학적산소요구량 값을 보여 간월호로부터 방류된 담수의 수질이 더 좋지 않음을 알 수 있었다. 죽도와 가까운 곳에 위치한 정점 6에서 방류 9일째(8월 25일) 4.07 mg/L로 수질이 좋지 않았으며, 방류 종료후 3일(8월 30일)까지 3.07 mg/L로 매우 높은 값을 유지하다가 방류 종료후 19일(9월 15일)에 1.59 mg/L로 회복되었다(Fig. 6).
pseudocurvisetus가 우세하게 출현하였고, 담수방류 2일째(8월 18일)에는 규조류 83%, 미소편모조류 13%로 20 µm 크기 이하의 편모조류가 증가하였으며, 남세균과 담수 녹조류가 출현하였다. 특히 규조류중 P. delicatissima가 방류전과 비교하여 14배 이상 증가하여 극우점하였는데, 방류로 인하여 성층화된 수온약 층이 깨지면서 저층에 존재하던 P. delicatissima가 표층으로 부유되고 담수호(부남호, 간월호) 저층에 서식하던 종이 담수방류시 천수만 내로 유입되어 현존량이 증가된 것으로 추정된다. 담수방류 9일째(8월 25일)는 식물플랑크톤 현존량이 급격히 감소하여 일부 염분 변화에 내성이 있는 종은 생존하고 그 외의 종들은 사멸된 것으로 보인다.
화학적산소요구량은 담수방류전(8월 5일) 화학적산소요구량은 평균 2.12 mg/L (1.04~2.63 mg/L)로 수질이 좋은 편은 아니었으나, 담수방류 2일째(8월 18일) 서산 A지구 방조제 바로 앞에 위치한 정점 3에서 3.19 mg/L로 높은 화학적산소요구량 값을 보여 간월호로부터 방류된 담수의 수질이 더 좋지 않음을 알 수 있었다. 죽도와 가까운 곳에 위치한 정점 6에서 방류 9일째(8월 25일) 4.
5%의 설명력을 보였다(Table 4). 환경변수들간의 상관관계를 보면, 방류량, 용존무기인, 용존무기질소, 용존산소가 정준축과 높은 상관관계를 보였다(Table 4). 첫번째 축은 주로 방류량에 의해 정의되었고, 두번째 축은 용존무기인, 용존무기질소, 용존산소에 의해 정의되었다.
후속연구
이후 환경 적응종 및 해류를 따라 새로 유입된 종들에 의해 방류종료 3일 후부터 담수방류 이전의 식물플랑크톤 종조성 및 현존량을 보였으나, 담수 방류시 만 내로 유입된 육상기인 오염원의 지화학적 순환은 더 오랜 시간동안 생태환경 변화를 초래할 것으로 보인다. 따라서 향후 천수만 내로 유입되는 담수호의 정화 시설 확충을 통한 오염원의 저감대책 마련과 지속적인 모니터링이 요구된다.
본 연구는 천수만에서 여름철 담수 방류에 따른 인위적 환경요인의 변화가 식물플랑크톤 군집의 시간적 동태에 미치는 영향을 파악하고자 담수방류에 따른 환경요인과 식물플랑크톤 현존량 및 우점종의 변동성을 살펴보았다. 본 연구가 담수유입에 따른 식물플랑크톤의 생태학적 영향에 대한 기초자료로 활용되길 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
황해 중부 연안에 위치한 천수만이, 내만과 하구역의 특성을 갖는 이유는?
황해 중부 연안에 위치한 천수만은 남북으로 길이 35 km, 동서로 폭 10 km, 평균 수심 20 m 내외의 천해성 내만으로 주변 방조제로부터 담수가 유입되어 내만과 하구역의 특성을 갖는다. 또한 수산 생물들의 보육 및 산란장으로 이용되어 왔으며 생물 생산성이 높아 황해 생태계 내에서 중요한 역할을 담당하고 있다(Park et al.
서식중인 플랑크톤 생태계에 영향을 주는 요인은?
서산 A지구 방조제(간월호)는 1983년에 건설되었고, 서산 B지구 방조제(부남호)는 1985년에 건설되었으며, 1999년에 홍성 방조제와 2000년에 보령 방조제가 건설되었다. 여름에 북쪽에 위치한 간월호와 부남호로부터 부정기적으로 유입되는 많은 양의 담수로 인해 염분과 영양염 농도에 급격한 변화를 주며, 생활 폐수와 인근 농경지로부터 화학 비료의 유입은 서식중인 플랑크톤 생태계에 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2005; Park et al.
천수만이 황해 생태계 내에서 중요한 역할을 맡고 있는 이유는?
황해 중부 연안에 위치한 천수만은 남북으로 길이 35 km, 동서로 폭 10 km, 평균 수심 20 m 내외의 천해성 내만으로 주변 방조제로부터 담수가 유입되어 내만과 하구역의 특성을 갖는다. 또한 수산 생물들의 보육 및 산란장으로 이용되어 왔으며 생물 생산성이 높아 황해 생태계 내에서 중요한 역할을 담당하고 있다(Park et al., 2006a; Lee et al.
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