광양만 주둥치(Leiognathus nuchalis)의 서식처 이동에 의한 먹이원 변동 파악을 위한 안정동위원소 분석기법 적용 Isotopic Evidence for Ontogenetic Shift in Food Resource Utilization during the Migration of the Slipmouth Leiognathus nuchalis in Gwangyang Bay, Korea원문보기
섬진강 하구와 광양만에 서식하는 주둥치의 서식처 및 섭식 특성을 비교하기 위해 탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 실시하였다. 주둥치의 탄소안정동위원소비(δ13C) 값은 염분이 30 psu보다 낮은 섬진강 하구에서 채집된 개체에서 광양만에 비해 낮은 값이 나타났으며, 이는 섬진강 하구에서 채집된 주둥치가 해당 정점에서 섭식활동을 하고 있음을 의미한다. 이와 대조적으로, 채집된 주둥치의 질소안정동위원소비 (δ15N) 값은 정점 간 큰 차이를 나타내지 않아, 이들이 각 서식처에서 유사한 영양위치를 점유하고 있다는 것을 나타내었다. 주둥치는 만 전체에 널리 분포하고 있어 광염성 어류의 특성을 잘 대변하는 것을 보였는데, 상대적으로 소형개체들이 하구역에서 채집되는 반면 대형 개체들이 광양만에 분포하여 크기에 따른 서식처 분리를 나타내었다. 결론적으로 본 연구에서 나타난 주둥치의 δ13C 값의 서식처 간 차이와 δ15N 값의 일관성은 섬진강 하구에서 유어기에 주로 동물플랑크톤을 섭이하는 반면, 광양만에서 성어기에 저서무척추동물을 섭이하는 육식성 섭식 특성과 함께 이동 중 서식환경에 따른 먹이자원의 이용에서의 변이를 잘 나타내어 주었다. 본 연구결과는 또한 광염성 어류의 서식처 특성과 먹이 이용 패턴을 파악하기 위한 연구에 안정동위원소 분석기법의 유용성을 잘 보여주었다.
섬진강 하구와 광양만에 서식하는 주둥치의 서식처 및 섭식 특성을 비교하기 위해 탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 실시하였다. 주둥치의 탄소안정동위원소비(δ13C) 값은 염분이 30 psu보다 낮은 섬진강 하구에서 채집된 개체에서 광양만에 비해 낮은 값이 나타났으며, 이는 섬진강 하구에서 채집된 주둥치가 해당 정점에서 섭식활동을 하고 있음을 의미한다. 이와 대조적으로, 채집된 주둥치의 질소안정동위원소비 (δ15N) 값은 정점 간 큰 차이를 나타내지 않아, 이들이 각 서식처에서 유사한 영양위치를 점유하고 있다는 것을 나타내었다. 주둥치는 만 전체에 널리 분포하고 있어 광염성 어류의 특성을 잘 대변하는 것을 보였는데, 상대적으로 소형개체들이 하구역에서 채집되는 반면 대형 개체들이 광양만에 분포하여 크기에 따른 서식처 분리를 나타내었다. 결론적으로 본 연구에서 나타난 주둥치의 δ13C 값의 서식처 간 차이와 δ15N 값의 일관성은 섬진강 하구에서 유어기에 주로 동물플랑크톤을 섭이하는 반면, 광양만에서 성어기에 저서무척추동물을 섭이하는 육식성 섭식 특성과 함께 이동 중 서식환경에 따른 먹이자원의 이용에서의 변이를 잘 나타내어 주었다. 본 연구결과는 또한 광염성 어류의 서식처 특성과 먹이 이용 패턴을 파악하기 위한 연구에 안정동위원소 분석기법의 유용성을 잘 보여주었다.
We investigated carbon and nitrogen isotope ratios (δ13C and δ15N) of the slipmouth Leiognathus nuchalis to reveal the effects of body size, feeding strategy and spatial distribution on the food resource utilization during the migration in the Seomjin estuary and Gwangyang Bay. The &#x...
We investigated carbon and nitrogen isotope ratios (δ13C and δ15N) of the slipmouth Leiognathus nuchalis to reveal the effects of body size, feeding strategy and spatial distribution on the food resource utilization during the migration in the Seomjin estuary and Gwangyang Bay. The δ13C values of L. nuchalis caught in the Seomjin estuary where the salinity is lower than 30 psu were much lower than those in the deep-bay area of Gwangyang Bay. Such a spatial heterogeneity in δ13C values of the L. nuchalis clearly indicates active feeding within the estuarine habitat. In contrast, the δ15N values of L. nuchalis showed a consistency among sites, indicating that this species occupies identical trophic level across the whole area. The slipmouth distributed throughout the bay area, reflecting its euryhaline characteristics. However, the distribution pattern appeared to be separated according to body size into smaller individuals in the low-saline estuary and larger ones in the deep bay. Overall results support the plastic feeding strategy of the slipmouth from zooplanktonic (estuarine habitat) to epibenthic (deep-bay habitat) feeder during the migration between estuarine to deep-bay habitats.
We investigated carbon and nitrogen isotope ratios (δ13C and δ15N) of the slipmouth Leiognathus nuchalis to reveal the effects of body size, feeding strategy and spatial distribution on the food resource utilization during the migration in the Seomjin estuary and Gwangyang Bay. The δ13C values of L. nuchalis caught in the Seomjin estuary where the salinity is lower than 30 psu were much lower than those in the deep-bay area of Gwangyang Bay. Such a spatial heterogeneity in δ13C values of the L. nuchalis clearly indicates active feeding within the estuarine habitat. In contrast, the δ15N values of L. nuchalis showed a consistency among sites, indicating that this species occupies identical trophic level across the whole area. The slipmouth distributed throughout the bay area, reflecting its euryhaline characteristics. However, the distribution pattern appeared to be separated according to body size into smaller individuals in the low-saline estuary and larger ones in the deep bay. Overall results support the plastic feeding strategy of the slipmouth from zooplanktonic (estuarine habitat) to epibenthic (deep-bay habitat) feeder during the migration between estuarine to deep-bay habitats.
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문제 정의
본 연구에서는 탄소 및 질소 안정동위원소 분석기법을 활용하여 섬진강 하구를 포함한 광양만에서 채집된 주둥치의 서식처별 먹이원의 차이를 살펴보고자 하였다. 넓은 염분 분포에서 이동하는 주둥치의 서식처 간 먹이원에 대한 연구는 다양한 주연성 및 회유성 어류의 먹이원 특성에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
제안 방법
VPDB (Vienna PeeDee Belemnite, IAEA)와 대기중 질소기체의 동위원소비를 탄소 및 질소 안정동위원소 계산을 위한 표준물질로써 각각 사용하였으며 시료의 분석 중 분석 오차를 확인하기 위한 표준물질은 국제 원자력기구 (IAEA)에서 제공하는 CH-3 (δ13C, - 24.72±0.1‰)와 N-1 (δ15N, 0.4±0.1‰)을 각각 5회 분석을 실시하였다.
섬진강 하구와 광양만에 서식하는 주둥치의 서식처 및 섭식 특성을 비교하기 위해 탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 실시하였다. 주둥치의 탄소안정동위원소비 (δ13C) 값은 염분이 30 psu보다 낮은 섬진강 하구에서 채집된 개체에서 광양만에 비해 낮은 값이 나타났으며, 이는 섬진강 하구에서 채집된 주둥치가 해당 정점에서 섭식활동을 하고 있음을 의미한다.
탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 위한 주둥치 시료는 각 정점당 무작위로 3개체씩을 선정하여 등 근육을 적출하여 분석을 실시하였으며, ES-1과 ES-8에서는 각각 1개체와 2개체에서 분석을 실시하였다. 적출된 주둥치의 등근육 시료는 동결 건조 후 막자사발로 균질화를 한 후, 틴캡에 약 1 mg을 담아 봉한 후 원소분석기와 연계된 안정동위원소 질량분석기(EA-IRMS, Isoprime, U.K.)를 이용하여 탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 실시하였다. 일반적으로 탄소 안정동위원소 분석을 위한 시료는 지질 제거가 필요하다.
주둥치 채집은 2019년 5월 22일과 6월 12일에 하구역 3정점인 ES-1, ES-2, ES-3과 광양만 연안 5 정점인 ES-4에서 ES-8까지 각각 실시하였으며, 각 정점에서 휴대용 다항목 측정기 (YSI, Model 556MPS)를 이용하여 표층수의 수온, 염분과 pH를 측정하였다 (Fig. 1). 하구역 ES-1~ES-3에서는 선외기를 이용하여 형망 (망폭 1.
5 m, 망목 10 mm)으로 각 정점당소해면적 926 m2에서 채집을 실시하였으며, 연안인 ES-4부터 ES-8에서는 저인망 어선을 이용하여 새우조망 (망폭 8 m, 망목 30 mm)으로 각 정점당 2kt의 속도로 10분간 예망하여 소해면적 4,939 m2에서 채집을 실시하였다. 채집된 주둥치의 개체수와 체장, 체중을 측정한 후, 안정동위원소 분석을 위해 정점당 3개체씩을 무작위로 추출하여 냉동상태로 실험실로 이동하여 전처리를 실시하였다.
탄소 및 질소 안정동위원소 분석을 위한 주둥치 시료는 각 정점당 무작위로 3개체씩을 선정하여 등 근육을 적출하여 분석을 실시하였으며, ES-1과 ES-8에서는 각각 1개체와 2개체에서 분석을 실시하였다. 적출된 주둥치의 등근육 시료는 동결 건조 후 막자사발로 균질화를 한 후, 틴캡에 약 1 mg을 담아 봉한 후 원소분석기와 연계된 안정동위원소 질량분석기(EA-IRMS, Isoprime, U.
1). 하구역 ES-1~ES-3에서는 선외기를 이용하여 형망 (망폭 1.5*0.5 m, 망목 10 mm)으로 각 정점당소해면적 926 m2에서 채집을 실시하였으며, 연안인 ES-4부터 ES-8에서는 저인망 어선을 이용하여 새우조망 (망폭 8 m, 망목 30 mm)으로 각 정점당 2kt의 속도로 10분간 예망하여 소해면적 4,939 m2에서 채집을 실시하였다. 채집된 주둥치의 개체수와 체장, 체중을 측정한 후, 안정동위원소 분석을 위해 정점당 3개체씩을 무작위로 추출하여 냉동상태로 실험실로 이동하여 전처리를 실시하였다.
데이터처리
각 정점에서 채집된 주둥치의 안정동위원소비를 비교하기 위해 R (ver. 3.6.1)을 사용하여 oneway ANOVA (analysis of variance)를 실시하고 Tuckey와 Duncan method를 통해 사후 검증하였다.
이론/모형
위 식에서 δ15Nbase는 Choi et al. (2017)에 의해 보고된 광양만의 퇴적물내 유기물의 δ15N 값 (8‰)을 이용하였으며, TDF(trophic discrimination factor)는 3.4‰ (Vander zanden and Rasmussen, 1999)을 사용하였다.
주둥치의 영양단계 산출은 질소 안정동위원소비를 활용하여 Vander zanden and Rasmussen (1999)에 의해 제안된 식을 사용하였다.
성능/효과
2 psu (ES-8)의 범위로 하구역과 뚜렷하게 구분이 되었다 (Table 1). pH 또한 염분과 유사하게 연구정점의 최상류인 ES-1 (6.54)에서 가장 낮고, 섬진강에서 가장 먼 정점인 ES-7과 ES-8에서 각각 8.19와 8.14로 가장 높은 것으로 확인되었다.
각 정점에서 채집된 주둥치의 체장 및 체중은 매우 넓은 범위를 보이고 있었으나, 평균 체장 및 제중은 하구역 정점에서 채집된 개체군이 광양만 정점에서 채집된 개체군에 비해 비교적 작아 염분 분포와 유사한 경향을 보였다 (Table 2).
따라서 크기가 큰 주둥치 (80 mm 이상)의 서식처는 광양만으로 한정되지만, 크기가 작은 주둥치의 서식처는 섬진강 하구역에서부터 광양만 연안까지 분포함을 보여주었다. 결과적으로, 탄소 안정동위원소 분석을 통하여 광양만에 서식하는 주둥치는 넓은 서식 반경을 가지고 있는 광염성어종으로 각 개체의 서식처 이동이 비교적 자유로운 종임을 보여주었다.
결론적으로 본 연구에서 나타난 주둥치의 δ13C 값의 서식처 간 차이와 δ15N 값의 일관성은 섬진강 하구에서 유어기에 주로 동물플랑크톤을 섭이하는 반면, 광양만에서 성어기에 저서무척추동물을 섭이하는 육식성 섭식 특성과 함께 이동 중 서식환경에 따른 먹이자원의 이용에서의 변이를 잘 나타내어 주었다.
7 mm 내에서는 먹이원의 차이가 크지 않은 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서 분석된 주둥치의 탄소 및 질소 안정동위원소비는 주둥치가 하구역과 해수역을 서식처로 이동 또는 이용하는 반면, 각 서식처에서 섭식하는 먹이생물은 차이가 거의 없음을 시사하였다.
, 2020). 따라서 본 연구에서 실시된 주둥치 시료의 채집정점은 염분에 따라 하구역 (ES-1, ES-2, 그리고 ES-3)과 광양만 (ES-4~ES-8)으로 구분할 수 있었다.
4a), 이는 하구역에 서식하는 주둥치 개체의 크기가 작은 반면, 주둥치의 이동이 이루어지는 광양만에서 조사된 개체의 크기는 상대적으로 다양한 것이 영양을 미친 것으로 보인다. 따라서 크기가 큰 주둥치 (80 mm 이상)의 서식처는 광양만으로 한정되지만, 크기가 작은 주둥치의 서식처는 섬진강 하구역에서부터 광양만 연안까지 분포함을 보여주었다. 결과적으로, 탄소 안정동위원소 분석을 통하여 광양만에 서식하는 주둥치는 넓은 서식 반경을 가지고 있는 광염성어종으로 각 개체의 서식처 이동이 비교적 자유로운 종임을 보여주었다.
또한, 하구역 입구인 ES-3 (- 17.9±1.5‰)과 광양만에서 염분이 다소 낮은 것으로 나타난 ES-6 (- 18.0±1.7‰)에서 채집된 주둥치의 δ13C 값은 하구역과 광양만의 중간 값을 보이고 있었으며, 다른 정점에 비해 개체 간 변화 폭이 큰 것으로 확인되었다 (Fig. 2b).
반면, 주둥치의 개체 간 체장과 δ13C 간 상관성은 매우 낮은 것으로 나타났는데 (Fig. 4a), 이는 하구역에 서식하는 주둥치 개체의 크기가 작은 반면, 주둥치의 이동이 이루어지는 광양만에서 조사된 개체의 크기는 상대적으로 다양한 것이 영양을 미친 것으로 보인다.
본 연구 정점 내 섬진강 하구역에 속하는 ES-1 (0.18 psu)에서 채집된 주둥치는 1마리 (0.001 inds/m2)에 불과하였으나, ES-2 (0.145 inds/m2)와 ES-3 (0.134 inds/m2)에서의 개체밀도는 광양만에서 가장 높은 개체밀도 (0.319 inds/m2)를 보인 ES-4를 제외한 다른 정점에 비해 높은 것으로 확인되었다 (Table 2). 다른 광양만 정점에서 주둥치의 개체밀도는 가장 외측인 ES-8 (0.
, 2017). 본 연구 정점 중 섬진강에서 유입되는 담수의 영향으로 염분이 낮은 기수역에 해당하는 ES-2와 ES-3에서의 높은 개체밀도는 기수역 또한 주둥치의 중요한 서식처 중 하나임을 의미한다. 그러나 기존의 연구들은 주로 국내 연안을 대상으로 주둥치의 개체밀도 및 생태 특성에 대한 연구가 진행되어 기수역에서 주둥치의 생태 및 섭식 특성에 대한 이해가 부족하다.
결론적으로 본 연구에서 나타난 주둥치의 δ13C 값의 서식처 간 차이와 δ15N 값의 일관성은 섬진강 하구에서 유어기에 주로 동물플랑크톤을 섭이하는 반면, 광양만에서 성어기에 저서무척추동물을 섭이하는 육식성 섭식 특성과 함께 이동 중 서식환경에 따른 먹이자원의 이용에서의 변이를 잘 나타내어 주었다. 본 연구결과는 또한 광염성 어류의 서식처 특성과 먹이 이용 패턴을 파악하기 위한 연구에 안정동위원소 분석기법의 유용성을 잘 보여주었다.
본 연구에서 진행된 주둥치의 δ15N 값은 14.1‰에서 15.7‰의 범위로 채집된 정점과 분석된 개체에 따른 차이가 크지 않았으나, δ13C 값의 범위는 -20.0‰에서 -16.4‰로 δ15N 값에 비해 다양하게 나타났다 (Fig. 2a).
본 연구에서는 안정동위원소 분석을 통해 광양만에 서식하는 주둥치가 광염성으로 넓은 서식범위를 가지고 있는 것으로 확인하였다. 기수역은 담수에서 유입되는 영양염에 의해 일차생산력이 높아, 다양한 주연성 및 회유성 어류에게 중요한 서식처로 간주되고 있는데 (Lee et al.
섭식생물의 질소 안정동위원소비는 해당 서식처의 기초생산자의 δ15N 값과 섭식자의 영양단계에 의해 결정되는데 본 연구에서 나타난 정점 간 주둥치의 δ15N 값의 차이는 근소하여 이들의 영양단계가 유사한 것으로 나타났다.
연구정점에서 분석된 표층수의 염분은 하구의 상류 (ES-1, 0.2 psu)에서 하구 (ES-2~ES-3, 9.3~11.2 psu)까지 뚜렷한 증가 경향을 보였으며, 광양만인 ES-4~ES-8에서는 27.4 psu(ES-6)에서 31.2 psu (ES-8)의 범위로 하구역과 뚜렷하게 구분이 되었다 (Table 1). pH 또한 염분과 유사하게 연구정점의 최상류인 ES-1 (6.
정점 간 δ15N 값의 차이는 ES-5와 ES-8 사이에서 유의한 차이가 확인되었으며 (p<0.01), δ13C 값은 ES-2와 ES-4에서 가장 큰 차이가 나타나는 것으로 확인되었다(p<0.05).
주둥치의 평균 체장에서도 정점 간 차이가 뚜렷하게 나타나 정점 간 먹이원의 탄소 안정동위원소비 차이에 기인하는 주둥치의 δ13C 값과도 좋은 상관성을 보였다 (Fig. 4b).
4b). 즉 하구역에서 서식하는 주둥치의 크기가 대체적으로 작은 것이 반영되었으며, 광양만의 개체 크기는 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 반면, 주둥치의 개체 간 체장과 δ13C 간 상관성은 매우 낮은 것으로 나타났는데 (Fig.
특히 ES-1 (- 18.4‰), ES-2 (-19.4±0.8‰)와 같은 하구역에서 채집된 주둥치에서 낮은 탄소 δ13C 값이 나타났으며, 염분이 높은 ES-4 (- 16.8±0.0‰), ES-5 ( -16.9±0.3‰), ES-7 ( -17.5±0.5‰), ES-8(- 17.5±0.1‰)에서 상대적으로 높은 값을 보였다 (Fig. 2a).
후속연구
본 연구에서는 탄소 및 질소 안정동위원소 분석기법을 활용하여 섬진강 하구를 포함한 광양만에서 채집된 주둥치의 서식처별 먹이원의 차이를 살펴보고자 하였다. 넓은 염분 분포에서 이동하는 주둥치의 서식처 간 먹이원에 대한 연구는 다양한 주연성 및 회유성 어류의 먹이원 특성에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
특히 어류의 이동성을 고려하였을 때, 주둥치의 섭식활동이 하구역에서 이루어지고 있지 않을 가능성 또한 존재한다. 따라서 기수역에서 발견되는 주둥치와 연안에서 발견되는 주둥치의 섭식 및 생태 특성을 비교하여 특성을 규명하는 연구가 필요하다.
, 2012), 주둥치의 섭식활동이 기수역을 포함한 다양한 연안역에서 가능한 것을 안정동위원소 분석을 통하여 확인되었다. 특히 섬진강 하구에서 주둥치의 높은 개체밀도는 향후 기수역 서식어류의 생태 특성을 이해하는데 활용 가능할 것이다. 특히 주둥치와 같은 광염성의 다양한 서식처를 가지고 있는 어류에 대한 안정동위원소 분석기법의 활용은, 담수기원 유기물이 해양생물에 미치는 영향을 파악하고 서식처 특성 분석 연구에 널리 활용될 수 있을 것이다.
특히 섬진강 하구에서 주둥치의 높은 개체밀도는 향후 기수역 서식어류의 생태 특성을 이해하는데 활용 가능할 것이다. 특히 주둥치와 같은 광염성의 다양한 서식처를 가지고 있는 어류에 대한 안정동위원소 분석기법의 활용은, 담수기원 유기물이 해양생물에 미치는 영향을 파악하고 서식처 특성 분석 연구에 널리 활용될 수 있을 것이다.
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