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문제 정의
- 2011). 독도 연안 해역 또한 그 전선 역에 인접한 지역이지만 본 연구에서 동해의 춘계 대발생 양상과 상이한 식물플랑크톤 분포 특성을 파악하였다.
- 따라서, 본 연구는 독도 연안 해역의 계절 및 수층별 식물 플랑크톤 군집구조 특성을 파악하고 환경인자와의 관계를 파악하였다. 특히, 2019년 조사결과를 중심으로, Lee et al.
- (2019)의 2018년 연구결과와 비교하여, 해양학적 관점에서 식물플랑크톤의 계절별 분포 특성을 파악하였다. 본 결과는 독도 연안 해역의 해양 부유생물 생태학적 자료 축적 및 독도의 지속 가능한 이용계획 수립에 기여하고자 한다.
- 본 독도 연안 해역에서 2019년 계절적 수환경 특성과 식물플랑크톤 군집구조 변화 특성을 파악하고, 2018년과 2019년 특성을 비교하고자 두 연도의 4계절 수층별 조사가 수행되었다. 2019년에는 총 4문 69종의 식물플랑크톤이 관찰되었고, 평균 식물플랑크톤 개체수는 1.
제안 방법
- 2018). 2018년 독도 연안 해역의 식물플랑크톤 종조성에 관한 토의는 Lee et al. (2019)에 이루어졌으며, 본 연구에서는 해당 자료를 2019년 자료와 함께 비교하여 제시하였다[Fig. 3]. 2019년 독도 연안 해역 식물플랑크톤 조사 결과 동계 전체 평균 식물플랑크톤 개체 수는 3.
- PRIMER version 5를 이용하여 종수(Speices number; S), 풍부도 (Richness; d), 균등도(Eveness; J′), 다양도 지수(Diversity index, H′)를 분석하였다(Shannon and Weaver 1949).
- 광학현미경상으로 동정이 어려운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 nano-flagellate는 미동정 그룹으로 분류하였다.
- 식물플랑크톤 현존량 분석을 위해 각 수층별 해수 500 mL을 Lugol’s solution으로 최종농도 5%가 되게 고정 후, 실험실에서 50 mL로 농축시켰다. 농축된 시료는 Sedgewick-Rafter counting chamber를 이용하여 광학현 미경(Zeiss Axioplan 2; Carl Zeiss, Jena, Germany) 하에서 200~400배 배율로 동정 및 개수하였다. 광학현미경상으로 동정이 어려운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 nano-flagellate는 미동정 그룹으로 분류하였다.
- 3]. 따라서, 본 연구에서는 계절 및 연간 식물플랑크톤 비교를 위하여 각 정점과 수층을 평균화하여 나타냈다[Fig. 5]. 동계는 2018년과 2019년의 식물플랑크톤 총 개체수가 유사하게 나타났으나(p>0.
- 45의 범위로 보고되었으며, 각 연구마다 계절적 경향의 차이를 보인다. 또한 본 연구에서는 식물플랑크톤의 연간, 계절 간, 정점과 수심 간의 군집 비교를 위하여, 전체 자료를 이용해 Cluster 분석과 MDS 분석을 수행하였다[Fig. 4]. 그 결과 세부적으로는 정점과 수심에 상관없이 각 계절별 8개의 그룹으로 구분되었으며, 30%의 유사도 수준에서는 크게 4가지 그룹으로 구분되었다.
- (2019)에 보고된 2018년 독도 4계절 자료를 이용하여 비교분석을 수행하였다. 조사 기간 동안 표층, 중층, 저층의 수온과 염분 측정은 연구선에 장착된 CTD (SBE911plus, Sea-Bird Electronics, Inc., Washington, USA)를 이용하였다. 표층수는 버켓으로 채수하였고, 중층과 저층수(해저면 으로부터 3~5 m 상부층)는 Rosette Multi-sampler에 장착된 10 L PVC Niskin sampler (General Oceanics, Miami, FL, USA)로 채수하였다.
- 따라서, 본 연구는 독도 연안 해역의 계절 및 수층별 식물 플랑크톤 군집구조 특성을 파악하고 환경인자와의 관계를 파악하였다. 특히, 2019년 조사결과를 중심으로, Lee et al. (2019)의 2018년 연구결과와 비교하여, 해양학적 관점에서 식물플랑크톤의 계절별 분포 특성을 파악하였다. 본 결과는 독도 연안 해역의 해양 부유생물 생태학적 자료 축적 및 독도의 지속 가능한 이용계획 수립에 기여하고자 한다.
- , Washington, USA)를 이용하였다. 표층수는 버켓으로 채수하였고, 중층과 저층수(해저면 으로부터 3~5 m 상부층)는 Rosette Multi-sampler에 장착된 10 L PVC Niskin sampler (General Oceanics, Miami, FL, USA)로 채수하였다. Phytoplankton net (Hand type; Mouth area 30 cm×L90 cm; Mesh size 20 μm)을 이용하여 표층 3 m를 수직으로 예인하여 표층 주변의 식물플랑크톤 정성분석용 샘플을 채집하였다.
대상 데이터
- Phytoplankton net (Hand type; Mouth area 30 cm×L90 cm; Mesh size 20 μm)을 이용하여 표층 3 m를 수직으로 예인하여 표층 주변의 식물플랑크톤 정성분석용 샘플을 채집하였다.
- 독도는 울릉도에서는 87.4 km, 포항을 기점으로 약 220 km 거리의 우리나라 최동단에 위치하여 있으며, 본 연구는 동도와 서도를 포함한 북위 37°14.1′~37°15.1′, 동경 131°51.2′~131°52.5′ 범위의 독도 연안 해역 5개의 정점에서 수행되었다[Fig. 1].
- 1]. 한국해양과학기술원 R/V (장목호, 이어도호)을 이용하여 2019년 총 4회에 걸쳐 계절 조사를 수행하였고(2019년 2월 27일, 2019년 6월 3일, 2019년 8월 31일, 2019년 10월 23일), 특히 Lee et al. (2019)에 보고된 2018년 독도 4계절 자료를 이용하여 비교분석을 수행하였다. 조사 기간 동안 표층, 중층, 저층의 수온과 염분 측정은 연구선에 장착된 CTD (SBE911plus, Sea-Bird Electronics, Inc.
데이터처리
- 동일 프로그램을 이용하여 Bray-Curtis 유사도 지수(Similarity index)를 산출하였으며, 이 결과를 기반으로 집괴(Cluster) 분석과 다차원 척도분석(MDS; Multi Dimensional Scaling) 을 실시하였다. SPSS version 17.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA)의 t-검정(Two independent samples t-test)을 이용하여 수온과 염분을 계절별로 표-저층 비교, 연도별 비교를 수행하였고, 식물플랑크톤 조성은 2018년과 2019년의 계절적 차이를 비교하였다.
- PRIMER version 5를 이용하여 종수(Speices number; S), 풍부도 (Richness; d), 균등도(Eveness; J′), 다양도 지수(Diversity index, H′)를 분석하였다(Shannon and Weaver 1949). 동일 프로그램을 이용하여 Bray-Curtis 유사도 지수(Similarity index)를 산출하였으며, 이 결과를 기반으로 집괴(Cluster) 분석과 다차원 척도분석(MDS; Multi Dimensional Scaling) 을 실시하였다. SPSS version 17.
성능/효과
- Group 2는 2019년 동계와 춘계로 개체수는 비교적 높은 편에 속하며, 특별한 우점종 없이 대부분 기타 편모류로 이루어졌다. 2018년 동계와 추계 식물플랑크톤 결과로 분류된 Group 3은 가장 높은 개체수를 보였고, 대부분 규조류(그중에서도 Chaetoceros spp.)로 이루어진 그룹이다. 마지막으로 Group 4는 2018년 하계와 2019년 하계, 추계 결과로 구성되었다.
- 05], 이는 염분 결과에서도 동일하게 나타났다. 결과적으로 동계 독도 연안 해역은 강한 바람과 얕은 수심의 영향으로 수괴 혼합이 활발하며, 특히 2018년 동계는 명확하게 전수 층이 혼합된 것을 확인하였다. 하지만, 동계를 제외한 수온은 2018년과 2019년이 유의한 차이를 보인 것으로 보아(t=3.
- (2019)에서 토의된 바와 같이, 이는 제주도 서부해역에서 관찰되었으며 동해에는 보고가 없는 종으로, 추계 확장된 쓰시마 난류의 영향으로 사료된다. 결과적으로, 2019년 독도 연안 해역은 추계에 높은 생산력을 보인 2018년과 달리, 계절에 따른 차이를 보였지만 전반적으로 생산력이 낮게 나타났다.
- 2005), 독도 연안 해역은 수환경 변동이 심한 지역으로 2년의 단기적인 계절자료로는 수온증가 양상은 명확하게 파악할 수 없었다. 결과적으로, 독도 연안 해역은 2018년 추계에는 강한 성층을 형성하는 하계와 유사 한수환경을 갖는 특이점이 있었고, 연도에 따른 증감이나 차이는 명확하지 않았다. 독도 연안의 수환경은 얕은 지형과 다양한 해류로 인한 물리적인 외부영향을 많이 받기 때문에 조사를 수행한 계절에 기인한 차이를 보이는 해역으로 판단된다.
- 하지만 2018년과 2019년 각 4회 조사에서 각 계절별 출현종의 그룹화되었으나, 각 연도별 식물플랑크톤 개체수 및 우점종의 차이를 보여 동일 계절이 동일 그룹을 이루지 않는 특성을 보였다. 결과적으로, 독도 연안 해역의 수환경 특성은 계절의 영향을 강하게 받으나, 식물 플랑크톤의 생태지표 및 군집은 각 시기별 생물량과 우점종에 크게 의존되었다. 이와 같은 현상파악 연구는 독도 연안 해역의 식물플랑크톤 변동 특성을 이해하고 기초자료 축적에 기여할 수 있다.
- 4]. 그 결과 세부적으로는 정점과 수심에 상관없이 각 계절별 8개의 그룹으로 구분되었으며, 30%의 유사도 수준에서는 크게 4가지 그룹으로 구분되었다. 2018 년 춘계의 결과로만 분류된 Group 1은 비교적 은편모조류 가 가장 많이 출현하였으며, 편모조류가 주를 이루는 그룹이다[Fig.
- 또한, 평균 식 물플랑크톤 출현 종수는 추계에 가장 높았으며, 하계, 동계, 춘계 순으로 나타났다. 동계와 하계 출현 종의 수는 비슷하였고, 개체수가 가장 높았던 2018년 추계에 32종으로 높은 종수를 보였다. 특이적으로 추계임에도 개체수가 매우 낮았던 2019년 추계 또한 35.
- 15종으로 유사하게 나타났다(Table 2). 또한, 평균 식 물플랑크톤 출현 종수는 추계에 가장 높았으며, 하계, 동계, 춘계 순으로 나타났다. 동계와 하계 출현 종의 수는 비슷하였고, 개체수가 가장 높았던 2018년 추계에 32종으로 높은 종수를 보였다.
- 22 ×104 cells L-1 로 나타나, 춘계 대증식을 보이지 않았다. 미동정 편모류가 전체 평균 48.2%의 비율을 차지했으며, 와편 모조류가 29.1%를 차지하였다. 특이적으로 Prorocentrum obtusidens가 다수 출현하였으며, Gyrodinium spirale, P.
- 풍부도 지수는 종수와 개체수로 군집의 상태를 표시하는 중요한 지수이며, 값이 커질수록 식물플랑크톤 서식환경이 양호하다는 것을 의미한다(Margalef 1958). 본 결과에서 풍부도 지수는 규조류가 다수 출현한 하계와 추계에 다소 높았으며, 춘계와 동계에 낮게 기록되었다. 균등도는 군집 내 종구성의 균일한 정도를 나타내는 지수로 (Pielou 1975), 본 조사에서는 0.
- 2011; Yoon 2016). 본 연구에서도 2018년 독도 연안 해역에서 출 현한 식물플랑크톤의 평균 종수는 22.75종, 2019년 평균 23.15종으로 유사하게 나타났다(Table 2). 또한, 평균 식 물플랑크톤 출현 종수는 추계에 가장 높았으며, 하계, 동계, 춘계 순으로 나타났다.
- 본 조사에서는 2018년과 2019년 동계는 표층과 저층의 수온 차이가 없었고[Fig. 2; p>0.05], 이는 염분 결과에서도 동일하게 나타났다.
- 마지막으로 Group 4는 2018년 하계와 2019년 하계, 추계 결과로 구성되었다. 세 계절의 우점 속은 2018 년 하계(Chaetoceros, Pseudo-nitzschia, Gyrodinium), 2019년 하계(unidentified flagellate), 추계(Chaetoceros, Guinardia, Cryptomonas)가 차이를 보였지만, 3계절 모두 매우 낮은 개체수를 보였다. 일반적으로 온대해역의 해양환경 및 식물플랑크톤은 계절적 영향을 강하게 받지만(Harvey 1955), 본 연구에서는 식물플랑크톤은 계절적 분포특성이 명확하지 않았다.
- 은편모조류와 미동정 편모조류는 2019년 조사에서만 높게 나타났기 때문에 유효한 차이를 유발한 것으로 보인. 수 환경 특징은 동계와 춘계 모두 2계절 동안 유사하였으나, 식물플랑크톤의 종조성이 유의하게 다르게 나타났다. 하지만 물리적 요인만으로는 차이를 밝히기 어렵다.
- 2018년과 2019년 수환경은 특이적으로 춘계에 성층이 약하게 형성되었고, 2018년 추계에는 하계와 동일하게 수괴가 안정되어 식물플랑크톤이 대증식한 것으로 사료된다. 식물플랑크톤 군집 및 개체수는 하계를 제외하고 계절별 우점종의 차이를 보였으며, 이 차이는 추계에 가장 뚜렷하였다. 따라서 독도 연안 해역은 일반적인 동해의 특성과는 다르게, 외해역임에도 불구하고 얕은 지형과 다양한 해류, 섬효과 등과 같은 복합적인 영향으로 연도별 계절별 특성이 다르게 나타날 수 있다는 것을 시사한다.
- 염분 수직 분포는 2018년과 2019년 모두 표층의 염분이 다소 낮게 나타났고, 수심이 증가할수록 높아졌다(p<0.001).
- 37×104 cells L-1 로 관찰되었다. 와편모조류와 규조류 비율을 저층으로 갈수록 감소하였고, 미동정 편모류는 저층으로 갈수록 증가하였다. 이는 상기 언급된 바와 같이 Synechococcus가 하계에 출현하였을 가능성이 있으나 현미경 검경으로는 파악하기 어려우므로 추가적인 분석이 필요하다.
- 4종으로 가장 높게 나타나, 추계에 식물플랑크톤 종수가 증가하는 양상을 보였다. 은편모조류와 미동정 nano-flagellate는 현미경 검경이 불가능한 작은 그룹으로 분류되는 것에 반해, 규조류 Chaetoceros속이 다양하게 출현하여 높은 종수를 기록하였다(Table 1). 풍부도 지수는 종수와 개체수로 군집의 상태를 표시하는 중요한 지수이며, 값이 커질수록 식물플랑크톤 서식환경이 양호하다는 것을 의미한다(Margalef 1958).
- 동계와 하계 출현 종의 수는 비슷하였고, 개체수가 가장 높았던 2018년 추계에 32종으로 높은 종수를 보였다. 특이적으로 추계임에도 개체수가 매우 낮았던 2019년 추계 또한 35.4종으로 가장 높게 나타나, 추계에 식물플랑크톤 종수가 증가하는 양상을 보였다. 은편모조류와 미동정 nano-flagellate는 현미경 검경이 불가능한 작은 그룹으로 분류되는 것에 반해, 규조류 Chaetoceros속이 다양하게 출현하여 높은 종수를 기록하였다(Table 1).
- 일반적으로 온대해역의 해양환경 및 식물플랑크톤은 계절적 영향을 강하게 받지만(Harvey 1955), 본 연구에서는 식물플랑크톤은 계절적 분포특성이 명확하지 않았다. 하지만 2018년과 2019년 각 4회 조사에서 각 계절별 출현종의 그룹화되었으나, 각 연도별 식물플랑크톤 개체수 및 우점종의 차이를 보여 동일 계절이 동일 그룹을 이루지 않는 특성을 보였다. 결과적으로, 독도 연안 해역의 수환경 특성은 계절의 영향을 강하게 받으나, 식물 플랑크톤의 생태지표 및 군집은 각 시기별 생물량과 우점종에 크게 의존되었다.
- 2018). 하지만 본 연구에서는 2018년과 2019년 모두 춘계임에도 불구하고 성층이 크게 발달되지 않았고, 저층수가 비교적 고온-고염인 특징이 관찰되었다[Fig. 2]. 얕은 수심의 영향으로 뚜렷한 냉수대가 관찰되지 않아, 동해에서 일반적으로 일어나는 춘계 대증식의 특징을 보이지 않은 것으로 사료된다.
후속연구
- 동해의 규조류 대증식은 대부분 연안으로부터 유입된 생물로 기원되며, 최근 춘계 대증식이 점차 앞당겨지고 있는 영향이 본 연구 결과에서도 일정부분 반영되었을 것으로 사료된다(Yoo and Park 2009; Baek and Kim 2018). 2019년 동계 관찰된 편모류는 앞서 토의된 바와 같이 동해 저수온기에 다수 출현하는 Prochlorococcus 일 가능성이 있으나, 이러한 차이를 명확히 하기 위해서는 추후 연구가 필요하다. 춘계에는 2019년에 유의하게 높은 식물플랑크톤 개체수를 보였다(t= -3.
- 또한 식물플랑크톤의 생물량, 군집 구조, 종 수, 다양성을 조사하는 것은 해양생태계를 이해하고, 먹이 연쇄 및 구조와 기능을 파악하는 데 중요한 지표가 될 수 있다. 결과적으로 해역의 해양생태계 고유 가치와 기능을 효과적으로 평가하기 위해서는 하위 단계 생태계의 중요한 구성요소인 식물플랑크톤의 군집조성 및 계절적인 분포특성을 잘 반영하는 연구가 필요하다.
- 와편모조류와 규조류 비율을 저층으로 갈수록 감소하였고, 미동정 편모류는 저층으로 갈수록 증가하였다. 이는 상기 언급된 바와 같이 Synechococcus가 하계에 출현하였을 가능성이 있으나 현미경 검경으로는 파악하기 어려우므로 추가적인 분석이 필요하다. 또한, 2018년 하계는 규조류의 비율이 다소 높아 2019년과 종조성이 크게 달랐고, 개체 수는 동일하게 매우 낮았다.
- 결과적으로, 독도 연안 해역의 수환경 특성은 계절의 영향을 강하게 받으나, 식물 플랑크톤의 생태지표 및 군집은 각 시기별 생물량과 우점종에 크게 의존되었다. 이와 같은 현상파악 연구는 독도 연안 해역의 식물플랑크톤 변동 특성을 이해하고 기초자료 축적에 기여할 수 있다.
- (2008)에 따르면 Prochlorococcus는 하계를 제외한 저 수온기에 높은 개체수를 보였으며, Synechococcus는 이와 상반되게 하계에 높은 개체수를 보였다. 하지만 이러한 picocyanobacterial diversity는 각 종의 Clade에 따라 생리 특성이 크게 다르다는 연구가 보고되고 있어(Shimada et al. 1999; Li and Harrison 2001; Choi et al. 2013), 추후 분자 생물학적인 분석이 병행되면 보다 효과적으로 독도 주변 부유생물 생태계를 이해하는데 도움이 될 것이다. 2019 년 춘계 전 수층 평균 식물플랑크톤 개체수는 3.
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