황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
1.2. 연구 목표
○ 황해 생태변수에 대한 현장조사 및 실험을 통하여 황해의 물리-생지화학 과정을 이해하며,
○ 환경 압력 및 기후 변화에 반응하는 최적의 생태계모델 개발을 위한, 생지화학적 구성 요소들의 특성과 상호작용을 반영할 수 있는 최적의 생태계모델 지수를 개발 한다.
2.1.2. 황해 생태계모델 친생물원소 지수화 연구
○ 황해의 생물기원 원소 분포와 관련된 국내의 조사 및 연구는 1980년대 중반에 수행된 한국해역 종합 해양자원도 작성연구(한국과학기술원 해양연구소, 1984; 1985; 1986), 1997년부터 2006년까지 10년간 한국과 중국의 공동연구로 수행된 한․중 황해환경공동조사(국립수산과학원 서해수산연구소, 2009), 국립 수산과학원에서 정선관측으로 이루어진 조사 등이 있다. 이들 자료는 영양염, 용존산소 등의 분포 자료를 포함하고 있다.
○ 생지화학적 지수를 대상으로 한 생태계모델 연구들이 다수 수행되었으며, 이들 은 대부분 진해만, 진동만, 아산만 등의 연안역을 대상으로 하고 있다. 대부분 수질 평가 혹은 예측(김종규, 2007; 신범식과 김규한, 2007; 이대인과 김종규, 2007; 홍석진 등, 2007; 이인철 등, 2008a; 권철휘 등, 2009; 박성은 등, 2010)을 다루고 있거나, 해양생태계의 영양염 변동(김동선과 홍철훈, 2003)이나 영양염 거동 특성을 평가하였다(김동명, 2003).
○ 또한 빈산소 수괴 형성 및 저감예측을 다루는 모델 연구들이 호소(키타자와 다이수케 등, 2010), 연안역(이인철 등, 2008a; 김연중 등, 2010)을 대상으로 수행 된 바 있다.
○ 그 외 수온, 영양염 등의 변동에 따른 엽록소a나 식물플랑크톤의 증식과 관련된 연결고리를 이해하고자 하는 연구도 수행된 바 있다(이대인, 2004; 권철휘 등, 2009).
○ 황해를 대상으로 생태계모델 지수화에 필요한 영양염의 수층-퇴적물과의 상호 작용, 영양염-식물플랑크톤 상호작용, 대기를 통한 입력량 산출 등에 대한 연구 는 현재까지 거의 이루어진 바가 없다.
2.1.3. 식물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
○ 국내의 하위영양단계 생태계 모델연구는 주로 식물플랑크톤의 증식 및 부영양화 를 모의하기 위한 연구들이 진행되었다(김상우 등, 2002; 송규민 등, 2007; 이인철 등, 2008b; 송용식 등, 2011). 이들 연구는 황해의 새만금과 시화 방조제 건설에 따 른 부영양화와 식물플랑크톤의 대증식 등 연안환경문제를 다룬 반면, 송규민 등 (2007)은 황해 중앙수역의 폐기물 투기해역에서 식물플랑크톤 대증식에 대한 생태 계 모델 연구를 수행하였다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
○ 이와 같이 국내의 생태계모델 연구의 대부분은 인위적 환경변화에 따른 생태계 반응에 초점이 맞춰져 있다. 반면 이종희와 장창익(2008)은 가장 기본적인 1차원
(1-dimension)의 NEMURO 모델을 이용하여 동중국해 북부해역의 하위영양
단계를 분석하였으며, 장창익 등(2008)은 낙동강 하류수에서 Ecopath 모델을 이용 상/하위 영양단계의 에너지흐름에 대한 연구를 수행하였다.
○ Son et al.(2005)은 동중국해 북부수역과 북위 37도 이남의 황해 수역에서 현장
자료와 위성자료를 결합한 모델 연구를 통해 1998~2003년의 5월과 9월의 일차 생산력 변화를 분석하였다.
○ 황해의 식물플랑크톤의 생체량, 종 조성 및 출현 양상 등 생태학적 연구는 주로 연안 환경에서 많은 연구들이 이루어졌으며, 연구 결과들은 “한국연안해역의 플랑크톤 생태학”에 정리되어 있다(최중기, 2011).
○ 노재훈 등(2004)은 동중국해 북부해역 조사에서 3 이하의 초미소 식물플랑 크톤이 전체 식물플랑크톤 생체량의 50% 이상을 차지하는 중요한 일차생산자 임을 보고하였으며, Choi & Noh(2009)는 분자생물학적 방법을 이용 초미소 식물플랑크톤의 다양성 연구를 수행하였다.
2.1.4. 동물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
○ 국내에서 중형동물플랑크톤의 섭식 또는 기타 매개 변수를 사용한 하위영양단계 생태계 모델링 연구는 찾아볼 수 없다.
2.1.5. 박테리아, 원생동물 조사 및 반응실험 연구
○ 국내에서 박테리아 및 원생동물의 생물량 및 원생동물에 의한 박테리아의 섭식률 에 대해서는 우리나라 주변 해역에서 수행된 바 있다(조병철 등, 1994; 심재형 등, 1995a,b; Cho et al., 1994, 2000; Cho et al., 2001; 양은진 등, 2003; 이원재 등, 2007;
최동한과 노재훈, 2008). 그 중 황해의 중앙 해역을 포함한 연구는 매우 제한적이다 (조병철 등, 1994).
○ 또한, 박테리아 생산력과 일차생산력 사이의 관계(Cho et al., 2001) 및 원생동물 및 바이러스에 의한 박테리아의 사망률(Choi et al., 2003)에 대한 연구 등 개별적인 생태학적 과정에 대한 연구는 수행된 바 있으나, 미생물 먹이망을 포함한 생태계 모델에 대해서는 거의 연구가 되지 않았다.
2.1.6. 어류 조사 및 반응실험 연구
○ 황해에 서식하는 어류는 27목 123과 257속 389종이다(이충렬, 1994). 이들 어종 중 상업적 이용도가 높은 종은 고등어, 대구, 말쥐치, 보구치, 부세, 삼치, 참조기, 전갱이 등이다. 상업적 이용도가 높은 종들은 자원량이 많고, 어획자료를 토대로 계절별 분포 특성과 자원량 변동 분석 자료가 많다(이충렬 1993; 국립수산과학원, 2005).
○ 이에 반하여 상업적 이용도가 낮고, 생물량이 적은 종들의 연구 자료는 대부분 계절별 종 조성과 분포 등에 관한 것이다(김용술 등, 1970; 한국해양연구소, 1999; 연인자 등, 2004; 주현, 2006; 국립수산과학원, 2007; 국립수산과학원, 2009; 임주열 등, 2009; 황학진, 2010).
○ 황해에서 서식하는 어류 중 산란생태, 자원의 구조 등 비교적 연구가 잘 된 종은 상업적 가치고 높고, 자원량이 많은 종이다. 대표적인 종은 황아귀와 참조기 등 이다. 황아귀의 경우 상업적 어획자료와 표본 분석을 통해 분포, 어획량 변동, 산란장, 월동장 등의 생태 정보가 많은 편이다(차병열 등, 1997; 박영철 등,
2000a,b). 참조기의 경우 동중국해를 포함하여 황해에서 수집된 어획자료를 토대로
장기 자원 변동에 대한 분석이 수행되었다(Kim et al., 1997; 연인자 등, 2010).
○ 황해에서 어란과 자치어는 성어와 달리 출현이 보고된 종이 매우 적다. 자치어는 보고된 종이 12목 55과 120여종(Lee et al., 1995), 어란은 자치어보다 더 적어 출현이 보고된 종은 멸치, 돛양태류, 전어, 밴댕이, 쑤기미, 농어, 삼치, 청보리멸, 서대류, 청멸류 등(차성식 등, 1987; 차성식과 박상재, 1991) 10여종에 불과하다.
○ 어란과 자치어는 종 분석에 형태형질이 사용된다. 형태형질로 종 동정이 극히 어려운 어란의 종 동정을 위해 최근에 분자마커가 도입되었다. 전어, 참돛양태, 꽃돛양태, 왜넙치류, 만새기, 고등어, 갈치 등의 어란에 대한 분자마커 분석을 통해 이 들 어종의 황해 산란이 확인되었다(국립수산과학원, 2007; 한국수자원공사,
2009). 하지만 여전히 황해에서 출현이 확인된 어란은 소수에 불과하다.
○ 황해의 난자치어 분포와 종 조성 조사는 1965년부터 수행되었다(임양재 등,
1970). 이 후에 한국해양연구원, 국립수산과학원, 인하대학교 등에서 난자치어의
종 조성과 분포에 대한 많은 연구가 수행되었다(Lee et al., 1995). 자치어의 분포 특성 자료가 많이 축적된 종은 멸치(김진영, 1983; 유재명, 1988; 한국해양연구소,
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1999; 이영철, 1993; 한국해양연구소, 1998; 황학진, 2010), 까나리(김진영, 1982;
황학진, 2010), 흰베도라치(김진영, 1982; Yoo et al., 1995; 황학진, 2010) 등이다.
특히 형태형질로 분석이 용이한 멸치 어란은 분포 특성 자료가 많다(김진영,
1983; 한국해양연구소, 1998; 한국해양연구소, 1999). 그 이외의 종들은 산란 생태
연구에 필요한 어란의 분포에 대한 자료가 거의 없는 실정이다.
○ 어류의 발생초기 일일 성장률은 미래의 자원량 측정과 산란시기 측정을 위해 매우 중요한 자료이다. 황해에 서식하는 어류 중 자치어기의 일일 성장에 대한 연구가 실시된 종은 멸치(차성식, 1990; Hwang et al., 2006)와 흰베도라치(Hwang
& Lee, 2001) 등이 있다.
2.2. 국외 연구 동향
2.2.1. 해양-대기 이산화탄소 교환량 및 해양산성화 연구
○ 1990년대 JGOFS5), WOCE6) 등이 국제공동연구의 일환으로 전 대양을 대상으로
해양탄소를 연구하였다. 해양 수층 내 총무기탄소 등의 관측결과를 바탕으로 산업혁명 이후에 추가로 대기로 방출되고 해양으로 유입되어 해양 수층 내에 축적된 인위적 요인에 의한 이산화탄소를 산출하였다.
○ Sabine et al.(2004)은 산업혁명 이후 1994년까지 인간 활동에 의해 대기로 추가
방출된 이산화탄소의 약 48%에 해당하는 118±19 이 해양 내에 축적되어 있다고 추정하였다. 전 세계 해양의 인위적 요인에 의한 이산화탄소 수층축적량 분포를 보면 대양 심층순환이 시작되는 대서양 북부해역과 중층수와 고유수 가 생성되는 대서양 남반구 중위도(30∼50°S)에서 높게 나타났다([그림 2-2-1]).
대서양과 태평양의 이산화탄소 수직분포에는 해양의 전도(overturning) 현상이 반영되며, 인위적 요인에 의한 이산화탄소가 해양 심층순환을 해석하기 위한 추적자로도 활용될 수 있음을 보였다([그림 2-2-2]).
○ 국제적으로도 해양에 축적된 인위적 요인에 의한 이산화탄소의 영향으로 나타날 해양산성화에 대비하여, 지속적인 관측과 정확한 축적량 추정을 위한 GCC (Global Climate Change) 프로그램을 통한 노력이 계속되고 있다.
5) Joint Global Ocean Flux Study 6) World Ocean Circulation Experiment
○ 최근 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 의한 해양산성화 문제는 해양환경 및 생태계 연구 분야에서 가장 큰 문제로 인식되고 있으며 선진각국에서는 이에 대한 연구가 매우 활발히 수행되고 있다. 특히, 해양환경 분야에서는 해양 산성화 에 의해 나타나는 선석과 방해석의 포화수심 변화에 대한 연구가 활발히 수행 되고 있다. Feely et al.(2004)은 현재 전 세계 해양에서의 선석과 방해석의 포화 수심을 관측하였으며([그림 2-2-3]), 앞으로 대기 이산화탄소 농도 증가에 따른 선석과 방해석 포화도 변화를 예측하였다([그림 2-2-4]). 산업혁명 이후, 인위적 요인에 의해 방출된 이산화탄소에 의해 전 세계 해양의 선석과 방해석의 포화 수심이 대략 100 얕아진 것으로 나타났다.
[그림 2-2-1] 세계 해양에서 인위적 요인에 의한 이산화탄소 수층누적량 분포(Sabine et al., 2004)
[그림 2-2-2] 세계 해양에서 인위적 요인에 의한 이산화탄소 수층누적량 프로파일(Sabine et al., 2004)