보고서 정보
주관연구기관 |
부경대학교 Pukyong National University |
연구책임자 |
박미옥
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-11 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국연구재단 |
등록번호 |
TRKO201200003418 |
과제고유번호 |
1345126685 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
용존유기물(CDOM),빙하손실,탄소순환,자외선 UV-B,식물플랑크톤 종조성,기후변화,담수유입,북극해,추적자CDOM,MAA,UV B effect,Polar environment,Biogeochemical carbon cycle,Phytoplankton,Indicator,Fluorescence characteristics,Ecosystem change
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초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 해수와 해양 생물체내의 자외선 차단 유기물질을 추적자로 이용하여, 빙하의 손실과 오존층 파괴와 같은 급격한 극지 해양환경 변화의 영향으로 유발되는 해양 생태계 균형의 변화를 조기에 감지하고, 이를 통해 극지방 생태계를 monitoring할 수 있는 체계를 갖추는데 있다.
연구결과
북극 Kongsfjorden만 주변의 현장조사에서 해수 중 CDOM과 총용존유기탄소(DOC), 형광특성(FDOM)을 조사하고 식물플랑크톤과 MAAs성분의 종류와 농도를 측정하였다. DOC는 매년 증가세
연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 해수와 해양 생물체내의 자외선 차단 유기물질을 추적자로 이용하여, 빙하의 손실과 오존층 파괴와 같은 급격한 극지 해양환경 변화의 영향으로 유발되는 해양 생태계 균형의 변화를 조기에 감지하고, 이를 통해 극지방 생태계를 monitoring할 수 있는 체계를 갖추는데 있다.
연구결과
북극 Kongsfjorden만 주변의 현장조사에서 해수 중 CDOM과 총용존유기탄소(DOC), 형광특성(FDOM)을 조사하고 식물플랑크톤과 MAAs성분의 종류와 농도를 측정하였다. DOC는 매년 증가세에 있었으며, 2009년에 비해 2010년과 2011년에 각각 약 68%와 34% 증가된 농도가 측정되었다. 자외선 차단물질인 CDOM 농도는 acdom(375)값으로 만 내부의 0.1855m-1로 부터 외양쪽으로 0.0965m-1 로 gradient가 확실하게 나타나, 육성기원의 유기물의 영향을 받고 있음을 알 수 있었으며, 유빙의 CDOM 농도도 0.33m-1로 빙하로부터 유입된 유기물질의 영향을 간접적으로 확인할 수 있었다. 해수 중 식물플랑크톤의 현존량은 만 내부에서 0.43~ 0.76 mg/m3 범위로 큰 변화는 없었다. 그러나 만 내부의 식물플랑크톤 종조성은 뚜렷한 변화가 확인되었다. 북극의 식물플랑크톤으로 부터 Shinorine, Palythine, Mycosporine-glycine, Porphyra-334, Asterine-330라는 5 종류의 자외선 차단물질 MAA 성분을 확인하였고, Phaeocystis sp.로부터 미확인된 1종의 unknown MAA가 발견되었다. 자외선 흡수 물질의 공간적인 분포는 식물플랑크톤의 공간적인 분포에 따라 영향을 받고 있으며 특히 Phaeocystis sp.의 공간적인 분포와 유사한 경향을 보이고 있다. 2011년 Phaeocystis sp.의 현존량이 크게 감소해, 해수 중 MAA 농도도 상대적으로 낮게 나타났다. 실내 자외선 노출실험의 결과, 북극의 두우점종인 Phaeocystis pouchetti 와 Porosira glacialis이 만들어 낸 DOC, CDOM 과 FDOM은 서로매우 다른 광반응성을 보였다. 크기가 큰 규조류가 자외선노출에 대해 좀 더 강한 내성을 보였고, 이는 13C를 이용한 carbon uptake rate로 확인되었다. 반면에 Phaeocystis pouchetti 는 자외선에 악영향에 민감하게 반응하였다. 북극의 현장 배양실험을 통해 MAA농도와 생성률을 측정해, 생물체내에서 MAA에 의한 자외선으로부터 보호막 역할을 확인했다. 특히, MAAs의 생산력을 직접 측정할 수 있는 실험 방법을 개발함으로서 자외선 흡수 물질의 광보호 역할에 대한 보다 정확한 자료를 제공하고 있다. MAAs 중 Shinorine과 Porphyra-334을 홍조류로부터 추출 분리하여 확보하였고, 이들의 광반응성을 암조건과 자외선과 자연광 하에서 확인하였다. Phaeocystis sp.는 대량번식이 있는 경우, 군체를 이루며 배양액 중 MAA 및 용존 유기물의 농도가 북극 우점종인 규조류, Porosira glacialis에 비해 매우 높지만, 높은 광반응성으로 보였다. 이는 Phaeocystis pouchetti가 우점종이 될 경우, 일시적을 해수 중 CDOM 및 MAA 농도가 증가하나 군체 소멸과 함께 급속히 CDOM과 MAA 성분의 감소로 오히려 수중 생물의 보호막 역할을 하기에 취약함을 의미한다. 남극의 2010년 일년 간 모니터링 결과, 해수 중 CDOM의 계절변동이 뚜렷하며 파장에 따른 차이가 있으나, 봄과 여름철 최저값을 보이고 서서히 증가해 가을철 최고값을 보였다. 남극 세종기지 부두의 고정정점과 북극 Kongsfjorden 만에서 측정된 CDOM의 차이는 봄철 각각 0.11m-1와 0.14m-1로 북극 연안의 CDOM농도가 높게 나타났다. 이 변화의 추이를 정기적으로 관찰하고, 이에 따른 수온 변화와 생태계 먹이생물들의 조성과의 연관성을 이해한다면, 앞으로 급변하는 북극 해양환경의 변화와 생태계 변동을 예측할 수 있을 것으로 본다.
연구결과의 활용계획
매년 아라온호의 남극 세종기지 보급과 북극 연구를 위한 항해와 기본 조사를 통해 2009-2011년 기간 동안 수집된 해수 중 용존 유기물 및 자외선 차단물질의 농도를 활용해, 양극 지방의 기후변화에 대한 장기 변동 모니터링을 위한 토대로 삼을 예정이다. 또한 배양실험 중 확인된 3종의 후보물질과 5종의 북극 MAA성분에 대한 CDOM의 기여도를 확인하기 위한 분자 수준의 동정을 질량분석과 NMR을 이용해 추가연구를 할 예정이다. 또한 현장배양실험과 실내 자외선 노출실험을 통해 밝혀진 최종 농도변화의 특정원인물질을 밝히기 위한 동위원소를 활용해, C-peak와 같은 장기간에 걸쳐 만들어지는 것으로 알려진 가시광선영역의 humic 물질이 식물플랑크톤의 작용으로 만들어지는 기작을 규명하고자 한다.
Abstract
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Purpose & contents
The aim of this study is to construct a mornitoring system of the interaction between polar envionmental changes and CDOM in seawater and to find a biomarker for predicting the environmental changes. The effect of UV-B increased, microorganism on production and destruction of C
Purpose & contents
The aim of this study is to construct a mornitoring system of the interaction between polar envionmental changes and CDOM in seawater and to find a biomarker for predicting the environmental changes. The effect of UV-B increased, microorganism on production and destruction of CDOM and its distribution in Arctic ocean will be investigated to estimate damage on the primary production and carbon cycle by the possible decreases of CDOM in polar environments.
Result
At Kongsfjorden bay, DOC, CDOM, FDOM, composition of phytoplankton and MAAs were measured from seawater and POC. The relationship between CDOM, DOC vs Chl a was also investigated. DOC of seawater in 2010 and 2011 was increased upto 68% and 34% respectively, in average compared to spring, 2009. CDOM was in the range of acdom(375): 0.1855m-1~0.0965m-1, and it showed clear decreasing gradient form inside bay to offshore. CDOM vs DOC and Chl a was inversely related in the study area. Biomass of phytoplankton during 2009~2011 was 0.43~ 0.76 mg/m3 and little change was observed, but the composition and dominant classes have chaged. Phaeocystis sp. was rare and diatom and cryptophyceae were dominant in the center of bay and coastal area, respectively. 5 different MAAs, Shinorine, Palythine, Mycosporine-glycine, Porphyra-334, Asterine-330 are identified and separated from Arctic phytoplanktons by HPLC and an unknown MAA was identified from Phaeocystis pouchetti. The spatial distribution pattern of MAAs in the study a rea was similar with the distribution of Phaeocystis sp. in 2009. The concentration of MAA in 2011 was decreased upto 50% with maximum concentration and seems to related with very low abundance of Phaeocystis sp. in the bay. The results from UV B exposure experiment with Phaeocystis pouchetti. and Porosira glacialis revealed clear discrepancy in the response to carbon uptake rate and photoinhition, and also the organic matter from these phytoplankton showed a different photo reactivity. Porosira glacialis, larger than Phaeocystis pouchetti. was more resistant to harmful UV B effect and result of carbon uptake rate using 13C support this tendency. In case Phaeocystis pouchetti becomes the dominant species, it is likely CDOM will be easily degraded and the UV screening effect of seawater will be reduced. The monitoring result at Antarctic station near Sejong pier in 2010 showed apparent seasonal variation of acdom(375), with minimum in spring and summer and maximum in fall. acdom(375)0.14m-1 in spring in the actic was higher than 0.11m-1in the antarctic at monitoring station. These 3 year monitoring in the arctic Kongsfjorden showed a recent change in the composition of phytoplankton, increase in DOC, decrease in MAAs in the seawater. Supporting data from incubation experiments with dominant species of polar region and monitoring data will be a guide to predict the direction of the feasible changes in ecosystem in the polar environment and clue to understand the biogeochemichl cycle of carbon.
Expected Contribution
Data collected from 2009-2011 at Kongsfjorden and Antarctic statin will be used as a basic information for long term monitoring for climate changes and its effects on ecosystem change in polar environment, since IB R/V Araon will visit Antarctic Sejong base every year. Future collaboration with AWI on the subject of krill and the food will be maintained for both interest. The standard of MAA, extracted and isolated will be used to find a source of C-peak (terrestrial visible Humic) with istope labling techniue, in order to elucidate how phytoplankton synthesize this OM.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 58
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 60
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 60
- 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 61
- 8. 참고문헌 ... 61
- 9. 연구성과 ... 65
- 10. 기타사항 ... 69
- [별첨1] 대표연구성과 ... 70
- 자체평가 의견서 ... 75
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