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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean Journal of Environmental Biology Vol.30 No.4 pp.328-338
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2012.30.4.328

남해 서부연안의 수괴 및 식물플랑크톤 군집의 계절적 변동

정승원, 박종규1, 정도현, 임동일*
한국해양과학기술원 해양시료도서관, 1군산대학교 해양학과

Seasonal Changes in Water Masses and Phytoplankton Communities in the Western Part of South Coastal Waters, Korea

Dhongil Lim*, Seung Won Jung, Jong Gyu Park1, Do Hyun Jeong
Library of Marine Samples, Korea Institute of Ocean Science & Technology
1Department of Oceanography, Kunsan National University
Received: 4 September 2012, Revised: 7 November 2012, Revision accepted: 12 November 2012

Abstract

We investigated seasonal changes in the marine environments and phytoplanktoncommunities in the western part of south coastal waters of Korea during May 2009 and February2010. In multidimensional scaling analysis of in situ data obtained by shipboard observations, thecoastal waters comprised four different water masses: Yellow Sea water mass (YW) of low temperatureand salinity, and high suspended solids and nutrient concentrations; south-westerncoastal water mass (SW) of high salinity and nutrient concentrations; Tsushima Current watermass (TW) of low nutrient concentrations, and high temperature and salinity; and closed baywater mass (CW). The spatial extent of these water masses varied according to seasonal environmentalcharacteristics. In particular, at most study sites, TW expanded during autumn towardcoastal waters. Phytoplankton abundances peaked during autumn in CW and spring in YW, whichcoincided with periods of high nutrient concentrations. In particular, diatoms predominated, andattained an abundance of more than 90% in most water masses. However, dinoflagellates in TWcomprised a proportion of approximately 20% abundance.

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서 론

남해 서부 연안역은 진도에서 여수에 이르는 해역으로 수심 60 m 미만의 중조차 환경(mesotidal environment)이며, 제주해협(Jeju Strait)을 통하여 서해 연안역과 연결된다. 남해 서부 연안역은 해안선이 복잡하고 많은 섬들이 산재하고 있는 전형적인 리아시스식 해안 특성을 갖는다. 특히 육지방향으로 길게 만입한 반폐쇄성 지형 특성의 강진만, 득량만, 여자만, 가막만과 함께 대규모 갯벌(tidal flat)이 발달되어 있다. 남해 서부 연안역은 수온과 염분의 계절적 성층과 강한 조석에 따른 혼합작용 등의 복합적인 해양환경 변화로 다양한 특성을 나타내고 있다(김과 육 1983). 이렇게 해역의 지형적 특성은 외해역 으로부터 유입되는 고온, 고염의 대마 해류(쿠로시오 난류의 지류)와 계절적으로 유입되는 저염의 양자강 담수, 서해 연안수의 유입, 그리고 만으로 유입되는 하천 유입수와 만의 내부에 발달하고 있는 갯벌로 부터의 물질 공급 등이 복합적으로 작용하여 복잡한 해양환경을 이루고 있다. 

조석전선역의 형성 및 해류는 해양생태계에 크게 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 특히 해양의 일차 생산자인 식물플랑크톤의 생산력 뿐만 아니라 상위 영양단계의 생물분포와 성장에 영향을 미친다(Pingree et al. 1978, 1983; Simpson et al. 1982). 더욱이 이러한 전선의 발달과 함께 넓은 갯벌은 풍부한 먹이 공급원으로서 뿐만 아니라 많은 양의 부유물질을 공급한다. 조사해역인 남해 서부 연안역은 높은 부유물질 함량, 조석전선 발달, 계절적 특성이 다른 수괴(water mass) 발달, 넓은 갯벌의 발달 등복잡한 해양학적 환경이 혼재하는 해역으로 해수환경 특성이 시 (계절)∙공간적으로 매우 역동적으로 변화하고 생물학적으로도 중요한 해역이다(양 등 1998). 이렇게 본 해역은 해수환경 및 생태계가 다양할 뿐만 아니라 해조류 양식 및 어장 형성에 영향을 크게 미침에도 불구하고 아직까지 그 특성에 대한 조사가 미비하다. 

식물플랑크톤은 상위 단계의 생물들에게 에너지를 공급하는 주요 구성원이다. 식물플랑크톤 군집의 변동은 물리∙화학 및 생물학적 요인들의 변화에 따라 시∙공간적으로 다르다. 특히 빛의 세기, 수온 및 염분 등의 물리적인 요인과 영양염과 같은 화학적인 요인 및 동물플랑크톤의 포식압등의 생물학적 요인등에 의해 크게 영향을 받는다 (Wimpenny 1973; Mukai 1987; Frost 1991; Sommer 1994). 따라서 해양생태계에서 식물플랑크톤은 생태계 내에서 환경 요인의 변화에 매우 민감한 반응을 나타내기 때문에 이들의 군집구조를 파악하는 것은 해역의 특성을 평가하는 중요한 자료로 이용되고 있다 (Nybakken and Bertness 2005). 특히 우리나라와 같이 4계절이 뚜렷한 온대해역의 경우, 식물플랑크톤 군집은 뚜렷한 천이양상을 보이며, 주요 출현 분류군 또한 계절에 따라 다양한 변화양상을 나타낸다 (윤 등 2005; 이와 한 2007; 정 등 2011; 주 등 2011). 따라서 본 연구는 남해서부해역의 표층의 해양환경 특성에 따른 수괴 변화와 식물플랑크톤 군집의 계절별 변동 특성을 밝히는데 목적이 있다. 

재료 및 방법

1. 조사정점 및 시기

조사정점은 남해 서부 (진도~여수 해역) 연안역의 총 32개 정점을 선정하였다(Fig. 1). 현장관측과 식물플랑크톤 채집을 위한 조사시기는 2009년 5월, 8월, 11월, 그리고 2010년 2월로 봄, 여름, 가을, 겨울철을 대표하는 것으로 간주하였다. 각 계절별 현장조사와 시료 채집은 각 시기별로 6~8일 동안 연속적으로 이루어졌다. 

Fig. 1. Map showing investigation sites in the western part of south coastal waters (Total 32 sampling sites).

2. 수질환경 요인

수온과 염분은 현장에서 2대의 CTD (Seabird-911 Idronaut Ocean Seven 304)를 이용하여 관측하였으며, 동시에 자료의 검증을 위하여 다항목 자동 수질 측정기(YSI-6600)가 함께 이용되었다. 투명도는 지름 30 cm 백색 원판(secchi disk)을 수직으로 하강시켜 원판이 보이지 않는 수심까지 내린 후, 다시 천천히 끌어올리면서 보이기 시작한 수심을 0.1 m 단위로 2회 반복한 측정값의 평균값을 사용하였다. 수소이온농도 (pH) Niskin 채수기로 채수한 해수를 1 L 시료병에 기포가 생기지 않게 천천히 옮겨 담은 후 2대의 동일 모델 (Mettler Toledo Sevengo Pro)로 동시에 측정하였다. 해수의 용존산소량(DO)은 윙클러-아지드화나트륨 적정법을 이용하였으며, 화학적산소요구량(COD)는 과망간산칼륨을 환원제인 티오황산나트륨으로 역적정하는 방법으로 분석하였다. 부유물질 함량(SS)은 선상에서 시료 채칩후 즉시 냉장 보관 후, 실험실로 옮겨 GF/F 여과지로 1 L를 여과하여 여과 전의 무게와 여과후의 무게를 뺀 값으로 측정하였다. 입자성 유기탄소(POC) 및 입자성유기질소(PN)의 분석은 채집된 해수를 GF/F 여과지로 여과시킨 후 여과지를 10% 염산 증기로 처리한 후 원소 분석기(Flash EA 1112, Thermo)를 이용하였으며, 동시에 표준물질이 함께 분석되었다. 표준물질을 이용한 분석자료의 회수율은 92~109%범위이다. 영양염류[용존무기인, 용존규소, 용존무기질소(질산염+아질산염+암모니아)] 농도를 분석하기 위해 채수된 해수 시료를 GF/F 여과지로 여과한 후, 여과된 해수 200 mL을 채취하여 scintillation vial에 넣어 -80o C 냉동보관하였으며, 암모니아를 측정하기 위한 시료는 여과한 해수 50mL 8N 황산 100 μL 넣어 -80o C 냉동 보관하였다. 이들 영양염류의 측정은 자동해수 영양염류 분석기(Quaatro, Bran Luebbe co.)를 이용해 측정하였다. 모든 시료에 대하여 3~4회 중복분석과 표준해수 시료(Wako CSK standard solution) 분석을 통하여 분석자료의 신뢰도를 높였다. 

3. 식물플랑크톤 및 Chlorophyll a 농도

 식물플랑크톤 개체수 분석은 현장에서 Niskin 채수기를 이용하여 1 L polyethylene 병에 최종농도 약 2% Lugol용액으로 고정 후 실험실에 운반하여 침전법에 의해 150~200 mL로 농축하였다. 농축된 시료는 균일하게 섞은 후 Sedgwick Rafter counting chamber에 넣고 광학현미경(Zeiss, Axioskop 40, Germany)하에서 시료당 400개체 이상을 계수한 후 부피당 개체수로 환산하였다. Chlorophyll a (Chl-a)의 측정은 시수 1 L 47 mm 직경의 0.45 μm polycarbonate membrane에 여과 후, membrane 90% acetone으로 암냉소에서 24시간 이상 보관하여 Chl-a를 추출하였다. 추출된 Chl-a는 형광광도계(Turner 10 AU)에서 흡광도를 측정하여 Chl-a 농도로 환산하였다.

4. 통계분석

남해 서부 연안역의 환경요인 및 식물플랑크톤 군집의 계절별 차이는 one-way ANOVA 분석을 하였고, 환경요인 및 식물플랑크톤의 상관관계를 파악하기 위해 Pearson 상관분석(correlation analysis)을 수행하였다. 또한 환경요인 및 식물플랑크톤을 대상으로 남해 서부 연안역의 수평적 분포특성을 파악하고자 Multidimensional Scaling(MDS) 분석을 실시하였다. 일련의 분석은 SPSS (ver. 10.0) Primer 6 통계 패키지를 이용하였다. 

결과 및 고찰

1. 환경요인의 계절별 차이

남해 서부 연안역의 환경요인 및 식물플랑크톤의 계절별 차이는 Table 1과 같다. 수온은 여름철에 평균 24.72±1.68℃와 겨울철에 8.72±2.31℃로 계절별로 뚜렷한 차이를 보였다(ANOVA, p⁄0.01). 염분은 겨울철에 33.77±0.36 psu로 가장 높고 홍수기인 여름철에 31.46±0.70 psu으로 가장 낮아, 수온과 반대되는 계절별 양상을 보였다. DO 농도는 염분 변화와 유사하게 수온이 높은 여름철에 낮고 겨울철에 상대적으로 증가하였다. DO의 변화는 크게 생물학적 요인과 물리학적 요인에 영향을 받는다. 생물학적 요인은 주로 광합성을 통하여 산소를 발생하는 식물플랑크톤의 증식과, 반대로 산소를 소비하며 유기물을 분해하는 미생물 등의 활동이고, 물리학적 요인은 수온 및 해황의 영향이 주를 이룬다(Nybakken and Bertness 2005). 남해 서부 연안역에서 DO의 변화는 수온과 밀접한 음의 상관성을 보여 생물적 요인보다 수온 등의 물리적 영향이 더 크다고 판단된다 (Fig. 2). pH는 봄과 가을철에 낮고 여름과 겨울철에 높은 양상을 보였다. 일반적으로 해양에서 식물플랑크톤 대발생이 일어날경우 이산화탄소 농도가 감소함으로써 pH가 증가함을 알 수 있다. 남해 서부 연안역의 pH와 식물플랑크톤 개체수 및 Chl-a 농도의 상관계수는 각각 0.53 0.49 (p⁄0.001)로 식물플랑크톤 생체량 증가에 따라 pH가 증가하였다 (Fig. 2). SS 농도는 봄, 여름, 가을철에는 4.15~6.93 mg L-1 로 유사하였으나, 겨울철에는 평균 22.52±20.98 mg L-1 로 다른 계절에 비해 크게 증가를 하였다. POC PN 농도는 SS 농도 변화와 유사하게 겨울철에 증가하는 양상을 나타내었다. 하구나 지류하천을 포함하고 있는 연안해역의 SS 및 관련 환경요인은 여름철 집중 강우에 따라 그 농도가 증가되는 경향을 보이나 (정 등 2011), 남해 서부 연안역에서는 주변 담수 유입원인 섬 진강 하구에서 본 조사해역으로 영향을 미치지 않음을 알 수 있었고, 그 외 큰 하구 및 지류하천이 발달되지 않아 여름철 SS 농도가 크게 증가되지 않은 것으로 판단된다. SS 생성 기원은 크게 생물기원 성분, 저층 용승 유래성분 및 외부 유래 부유성 무기성분으로 구분한다(Oostdam and Jordan 1972). 부유물질은 식물플랑크톤 및 Chla의 농도와 상관관계를 보이지 않았으나, POC PN과 상관계수가 각각 0.63 0.94 (p⁄0.001)로 양의 상관성을 보여, 수층 내 생물 기인 부유물질(e.g. 식물플랑크톤)보다 부유성 유기 고형물이 더 많다고 판단된다. 따라서, 유기 고형물 유입은 섬진강 등의 외부 담수 유입이 낮은 것으로 보아 높은 조석차이에 따라 저층으로부터 공급되었다고 판단된다(최 등 1997). 

Table 1.Summary of seasonal change in environmental factors and phytoplankton abundance in the western part of South coastal waters

Fig. 2. Significant results of Pearson’s correlation analysis between environmental factors and phytoplankton abundance in the western part of South coastal waters. N.S, no significance; significant value: p<0.01.

영양염류중 DIN 농도는 질산염, 아질산염, 암모니아 농도의 총합으로 가을철에는 평균 8.56±2.80 μM로 가장 높았고, 겨울철이 5.48±2.40 μM로 다음을 이었으며, 봄과 여름철에는 각각 평균 2.99±1.33 μM 2.12±2.79 μM로 유사한 계절별 특성을 보였다(ANOVA, p⁄0.001). DIP 농도 변화는 DIN의 변화와 유사하게 봄과 여름철에 각각 평균 0.18±0.08 μM, 0.09±0.10 μM을 보인 반면, 가을과 겨울철에 0.57±0.20 μM, 0.40±0.14 μM로 계절별 차이를 보이고 있었다. 연안 해역에서 DIN DIP의 증가는 담수에 영향을 크게 받는데(Rabalais et al. 2009), 풍수기에도 농도가 크게 증가하지 않아 SS의 변화와 같이 저층에서 공급으로 판단된다. 또한 DIN DIP 농도는 식물플랑크톤 개체수와의 상관계수가 각각 -0.36 -0.33(p⁄0.001)로 음의 상관성을 가져 식물플랑크톤 성장에 따른 영양염 소비로 해석된다 (Fig. 2). 식물플랑크톤의 성장에 중요한 원소는 질소(N), (P), 규소(Si), 각 영양염의 비에 따라 제한 영양염이 결정된다 (Dufour et al. 1999). Goldman and Gilbert (1983)에 따르면 식물플랑크톤의 성장에 필요한 DIN 농도는 대략 2~10 μM, 본 조사해역에서의 봄과 여름철에는 대략 2 μM로 농도가 낮음에도 불구하고 DIP 농도가 0.1 μM 내외로 워낙 낮아(DIN : DIP ratio: 봄철-19.61, 여름철-46.04) DIP가 상대적으로 제한요인으로 작용을 할 것이다 (Fig. 3). 반대로 가을과 겨울철에는 DIN : DIP ratio가 각각 평균 15.02 13.31 N: P ratio 16보다 낮아 DIN이 제한 영양염으로 작용할 수 있다. 용존규소는 봄, 여름, 겨울철에는 평균 8.01 μM을 보인 반면, 가을철에 15.28±6.41 μM로 가장 높은 농도를 보였다. 규소는 식물플랑크톤 중 큰 비중을 차지하는 규조류의 증감을 조절하는 중요인자로 규조류 성장에 필요한 규산염은 2~5 μM(Brezeinski et al. 1997), 본 해역에서는 규산염이 제한인자로 작용하지 않을 것이다. 남해 서부해역은 규조류가 대부분이 90%까지 차지함에도 불구하고 규산염 농도 및 DSi : DIN ratio를 볼 때, 규산염은 상시 과포화 상태를 보였다. 따라서 남해 서부 연안역에서는 여름철 식물플랑크톤이 증가함에도 불구하고 고농도의 규산염이 계속 유지되는 것은 일부 외해역을 제외한 대부분의 연안해역의 낮은 수심(20 m 내외)에서 저층의 규산염이 표층으로 혼합되었다고 판단된다.

Fig. 3. Seasonal change in N : P : Si molar ratios in the western part of South coastal waters. Figure key: molar quotients between the concentrations of potentially limiting nutrients are delimited in this plot by the N : Si=1; N : P=16 lines, which define four different areas within the plot, with each one characterized by the potentially limiting nutrients in order of priority.

2. 식물플랑크톤 개체수 및 Chl-a 농도의 계절별 변화

식물플랑크톤 개체수는 여름철에 평균 1,519±2,200 cells mL-1 로 가장 높았으며, 겨울철이 533±801 cells mL-1 로 다음을 이었고 봄과 가을철이 각각 231±231 cells mL-1 , 185±715 cells mL-1 로 유사한 개체수의 변화를 보였다. 여름철 식물플랑크톤이 가장 많은 개체수를 보이는 이유는 크기가 작은 소형 규조류 Chaetoceros curvisetus Skeletonema cf. marinoi의 개체수가 증가하였기 때문이며 특히 S. cf. marinoi는 타 계절에 비해 2~5배 이상 출현하였기 때문이다 (국토해양부 2010). Jung et al. (2009) S. marinoi가 우리나라 전 연안에서 여름철에 가장 빈번하며 많은 개체수를 보이는 종으로 보고하여 본 연구 해역에서의 출현양상과 일치하였다. Chl-a의 변화는 식물플랑크톤 개체수의 변화와 일반적으로 유사하여 여름과 겨울철에 각각 평균 2.80±3.41 μg L-1  3.28±3.28 μg L-1 로 가장 높았으며 봄철에 1.81±1.39 μg L-1 로 다음을 이었고, 가을철에 0.90±1.18 μg L-1 로 가장 낮았다. 그러나 여름철 Chl-a 농도와 식물플랑크톤 개체수와는 차이를 보였는데, 이는 크기가 작은 C. curvisetus S. cf. marinoi의 높은 개체수에 따른 농도와 차이로 볼 수 있다. , 각각 한 개의 세포라 할지라도 크기에 따라 세포 내 Chl-a 함량의 차이가 나기 때문으로 파악된다(주 등 2011). 

일반적으로 온대해역에서 식물플랑크톤은 봄, 가을철에 높은 성장을 보이고 겨울철에는 낮은 수온과 광량으로 인해 낮은 성장의 bimodal pattern을 보인다 (Nybakken and Bertness 2005). 그러나 본 해역에서는 여름과 겨울철에 더 높은 개체수를 보였다. 여름철에는 풍부한 영양염 및 광량의 공급으로 인한 증가이며(e.g. Maita and Odate 1988; 정 등 2011), 특히 겨울철에 높은 개체수를 보이는 것은 우리나라 서해 및 남해 연안에서 나타나는 일반적 현상으로 영양염이 식물플랑크톤 성장 변동에 주요하게 기여하기 때문이다 (해양수산부 2005). 겨울철에는 낮은 수온과 강한 바람의 영향을 받아 밀도 성층이 없고 해수의 상하 교환이 활발하다. 이 시기에는 저층의 고농도 영양염이 표층에 공급되므로 식물플랑크톤 생산력 중 가장 큰 비중을 차지하는 규조류는 비록 빛의 부족과 낮은 수온이지만 영양염이 풍부한 환경에서 성장 할 수 있다. 여름철에는 서해, 남해 연안은 대부분 수심이 낮아 강한 수온약층대가 형성되지 않는다. 또한 외해역에서 수온약층대가 형성된다 하더라도 강우나 태풍 등으로 인해 수온 약층의 파괴와 더불어 육지에서 공급되는 영양염이 풍부하기 때문에 식물플랑크톤 성장을 증가시킬 수 있다. 

3. 남해 서부 연안역 수괴의 시∙공간적 분포

MDS 분석에 따른 남해 서부 연안역의 수괴는 계절별 및 공간적 차이에 따라 1) 저온, 저염, 고부유물질 및 고영양염의 서해연안수(YW; Yellow sea Water mass), 2) 고염 및 고영양염의 남해 서부 연안수 (SW; South-western sea Water mass), 3) 고수온, 고염분, 저영양염의 대마 해류(TW; Tsushima current Water mass), 4) 국지적으로 발생하는 폐쇄적 내만수(CW; Closed bay Water mass) 4가지 수괴로 구분하였다(Table 2, Fig. 4). 봄철의 수괴는 조사 정점 대부분이 SW로 고염 및 고영양염의 특성을 가지고 있었다. 제주해협의 길목인 진도 주변해역에서 동쪽 방향으로 유입되는 YW는 고농도의 부유물질 함량(8~16 mg L-1 ), 저수온, 저염분 및 고영양염의 특징을 보였다. 이러한 부유물질 함량은 서해 연안으로부터 고농도의 부유퇴적물의 이동에 의한 것으로 해석되며 (국립수산과학원 2012), 이러한 현상은 인공위성사진에서도 잘 관찰된다. 따라서 YW의 공간분포는 영산강 등 지류하천에 의하여 낮은 염분과 수온을 갖는 서해 연안수가 제주해협으로 통하여 남해 연안으로 유입된 결과로 해석된다(윤 등 2005). 남해 서부 외해역(최외각 5개 정점)에는 TW가 관찰되었는데 그 특성은 고수온, 고염, 저영양염 농도를 보였다(질소비가 상대적 높음). 여름철에는 강진만, 득량만, 여자만에서 용존규소는 10 μM 이상인 고영양염의 특성을 보이는 CW가 형성되었다. 특히 고흥반도 주변의 득량만과 여자만의 정점들에서 지류하천 및 지하수의 담수 유입에 따라 29 psu의 저염분 및 고부유물질 농도 및 고영양염 농도를 보였다. TW는 정점 13인초도(여수시 섬산면 소재)까지 확장되었다. 한편 봄철 진도 주변으로부터 유입되었던 YW SW TW의 확장에 따라 나타나지 않았다. 특히 COD는 여자만 및 득량만에서 3 mg L-1  이상으로 높은 반면 수심이 깊은 외해역(대마 해류 영향)에서는 2 mg L-1  미만으로 낮아 수괴에 따른 유기물 차이를 보여주었다. 또한 여름철 COD의 공간변화는 용존산소의 포화도 분포와 유사하였다. 가을철의 남해 서부 연안역에는 대마 해류의 확장에 따라 대부분의 정점에서 고수온 및 저영양염의 해류 수괴가 형성되었다. COD는 일부 정점(22~25)을 제외하면 모든 해역에서 1.2~1.6 mg L-1  범위로 뚜렷한 공간변화는 나타나지 않았다. 진도 주변해역 (정점 32)과 여자만 주변해역(정점 3 4)에서는 영양염류 및 부유물질(>20 mg L-1 )이 높은 농도의 YW CW가 형성되었다. 겨울철에는 가을철에 대부분의 정점에서 분포했던 대마 해류는 외해로 그 세력이 축소되었으며, 그 자리를 SW가 재 확장되어 차지하였다. 또한 가을철에는 정점 32에서만 형성되었던 저염의 YW는 제주해협을 따라 동쪽 방향으로 가면서 점이적으로 증가하여 정점 28, 30, 32까지 확장되었다. 이렇게, 각 수괴는 계절별로 그 변동이 다르게 나타났는데, SW는 가을철을 제외하고 남해 서부 연안역에서 대부분을 차지하고 있었으며, TW는 봄, 여름, 겨울에 외해역에서 영향을 미치다가 가을철에 남해 서부 전역으로 세력을 확장하였다. 또한 YW는 가을철부터 봄철까지 진도 주변해역으로 유입되어 남해 서부 연안역으로 영양염이 유입되고 있었다. 여자만, 득량만에서 주로 발생한 CW는 여름철 특이적으로 형성되었다. 

Table 2.Seasonal change in water mass by multidimensional Scaling (MDS) analysis using environments as factors

Fig. 4. Schematic diagram that summarizes the seasonal change in water mass by Multidimensional Scaling (MDS) configuration with superimposed clusters at Bray-Curtis similarity levels of 95% using environments as factors (see the Table 2). SW, South-western sea Water mass; TW, Tsushima current Water mass; CW, Closed bay Water mass; YW, Yellow sea Water mass

4. 수괴의 시∙공간적 분포에 따른 식물플랑크톤군집의 변화

남해 서부 수괴에 따른 식물플랑크톤은 규조류(diatoms), 와편모조류 (dinoflagellates), 규질편모조류 (silicoflagellates), 녹조류(green algae) 및 유글레나조류(euglenoids)가 출현하였다(Fig. 5). 봄철 수괴 변화에 따른 식물플랑크톤은 YW에서 평균 개체수가 296 cells mL-1 로 가장 높았으며 그중 규조류가 291 cells mL-1를 차지하였다. 그 외 SW TW에서는 개체수가 각각 219 cells mL-1  222 cells mL-1로 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 Chl-a의 농도는 YW SW에서 각각 2.1 μg L-1 1.9 μg L-1로 차이를 보이지 않았으나, TW에서는 0.7 μg L-1로 그 농도가 상대적으로 낮아, 저영양염에서 성장이 원할한 소형 식물플랑크톤이 주를 이루고 있었다. 이는, 쿠로시오 해류에서 크기별 식물플랑크톤 생산력은 전체 생산력의 약 45~60% nano-size 이하의 식물플랑크톤이 출현한다는 보고와 일치한다(Maita and Odate 1988). 여름철 CW에서 식물플랑크톤은 가장 높은 개체수인 2,894 cells mL-1를 보였고, 이중 규조류가 91.62%를 차지하였다. 또한 SW에서는 비록 개체수는 1,644 cells mL-1 CW보다 낮으나 규조류가 전체 개체수에 98.34%를 차지하였다. 그러나 TW의 식물플랑크톤 개체수는 894 cells mL-1로 다른 수괴에 비해 현저히 낮게 출현하였으나 와편모조류가 170 cells mL-1 (우점종: Gonyaulax polygramma)로 전체 개체수에 18.97%로 다른 수괴보다 월등히 높은 출현 양상을 보였다. 이는 윤 등(2005)의 결과와 일치를 하였는데, 여름철 남해 서부 외해역(동중국해 북부)에서 와편모조류 증가의 특이적인 증가를 보고하였다. Lu (1991)는 와편모조류(Prorocentrum triestinum Ceratium fusus)가 연안수와 대마 해류 사이의 전선역인 동중국해를 지표하는 분류군으로 보고하였다. 또한 본 조사기간 중 여름철 강수량이 상대적으로 적어 외부 유입의 영향이 낮음에도 불구하고 COD가 증가를 하였는데, 이는 여름철 식물플랑크톤 대량 번식에 따른 생물기원 유기물 함량의 증가에 의한 것으로 추정된다(조 등 2004; 정 등 2011). 가을철에는 일부 정점 (정점 3, 4, 32)을 제외한 대마 해류 수괴는 개체수가 196 cells mL-1를 나타냈으며 이 중 chain-form nano-size 규조류가 95.35% (우점종: S. cf. marinoi)를 차지하였다. 겨울철에는 연안수 수괴가 평균 1,723 cells mL-1로 가장 높았으며, 그중 규조류가 98.46%를 차지하였다. 다음으로 서해 유입수괴가 평균 581 cells mL-1가 높았으며, 연안 수괴가 476 cells mL-1, 대마 해류수괴가 가장 낮은 243 cells mL-1를 보였다. 

Fig. 5. Seasonal change in phytoplankton populations in the western part of South coastal waters. SW, South-western sea Water mass; TW, Tsushima current Water mass; CW, Closed bay Water mass; YW, Yellow sea Water mass.

적 요

남해 서부 연안역의 식물플랑크톤 군집 및 환경요인의 계절별 변화를 관찰하고자 2009 4월부터 2010 2월까지 계절별 조사를 수행하였다. 환경요인의 변화는 multidimensional scaling (MDS)에 따라 수괴의 변화를 분석하였을 때, 남해 연안역 수괴 (SW; South-western coastal Water mass) 및 남쪽에서 유입되는 고염의 외양 수괴(TW; Tsushima current Water mass), 서쪽 제주해협을 통해 유입되는 저염의 서해 연안수괴 (YW; Yellow sea Water mass), 그리고 해안의 하천으로부터 계절적으로 유입되는 담수(CW; Closed bay Water mass)가 영향을 미치고 있었다. 이들 수괴는 해양 환경의 시 (계절)∙공간적 특성에 따라 발달과 확장 및 축소되고 있었다. , 연안에서 외해역 또는 외해역에서 연안 방향(-북 방향) 그리고 서쪽(진도 주변 해역)에서 동쪽 방향 (동서 방향)의 농도 경사를 보인다. 이러한 남-북 방향의 공간 변동은 연안에서 하천과 지하수로 유입되는 연안 담수(낮은 염분과 높은 영양염 농도)와 대마 해류(고염분과 저영양염) 사이의 혼합에 의한 것이며, -서방향의 공간 변동은 제주해협을 통해 남해 연안으로 유입되는 서해의 연안수(저염분과 고영양염)와 대마 해류 사이의 혼합에 의해 조절되고 있는 것으로 해석된다. 식물플랑크톤은 고영양염을 보인 서해 연안수 및 여자만, 득량만에서 높은 개체수를 보였다. 식물플랑크톤 군집별 특성은 규조류가 90% 이상 높은 비율을 차지하였으나 대마 해류 수괴에서 와편모조류가 상대적으로 높아 수괴 특성에 따른 분류군의 차이를 보여 수괴가 갖는 기원적 특성 (original characteristcs)의 차이를 보였다. 

사 사

본 연구는 한국해양과학기술원남해특별 관리해역의 관리를 위한 해양 생태계 건강지수 개발 사업” (PE98745)으로 수행되었습니다. 

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