A: 황해 생태계조사 및 물리-생지화학 과정 연구
A1: 해양-대기 이산화탄소 교환량 및 해양산성화 연구
A2: 황해 생태계모델 친생물원소 지수화 연구
A3: 식물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
A4: 동물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
A5: 박테리아, 원생동물 조사 및 반응실험 연구
A6: 어류 조사 및 반응실험 연구
3.1. 해양-대기 이산화탄소 교환량 및 해양산성화 연구
3.1.1. 해양-대기 이산화탄소 플럭스 산정
○ 이산화탄소 연속분석 장비를 이용하여 대기와 해양의 이산화탄소를 분석한다 ([그림 2-3-1]).
[그림 2-3-1] 해양-대기 이산화탄소 연속관측 시스템의 모식도
○ 분석방법은 다음과 같다. ①조사선이 계속 항해하면서 해수펌프를 이용하여
평형기에 표층해수를 충분한 시간 동안 통과시킨다. 이는 평형기 내의
농도가 해수의 농도와 같도록 하기 위함이다. ②그 후, 평형기
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
내의 공기를 공기펌프를 이용하여 적외선 분광기(infrared spectrometer)로 유입 시켜 농도를 측정하여, 해수의 농도를 분석한다. ③또한 공기펌프를 이용하여 조사선 밖의 공기를 적외선 분광기로 유입시켜 대기의 농도를 측정한다. ④하루에 한번 정도 이미 알고 있는 3개의 표준 농도와 측정한 대기와 해양의 농도를 보정함으로써 자료의 정확도를 높인다.
○ 해양의 농도는 지역에 따라 큰 차이를 보이는 반면, 대기의 농도는 별 차이를 보이지 않는다. 따라서 해양의 농도를 2∼3시간가량 측정한 후에, 자동으로 밸브가 바뀌면서 대기 중 농도를 15분간 측정하도록 한다. 이로써 대기와 해양의 농도를 거의 큰 시간 차이 없이 동시간적으로 측정할 수 있다.
○ 시간에 따른 밸브조절은 컴퓨터가 자동으로 제어할 수 있도록 자동계측 시스템을 개발하였다. 또한, GPS를 연결하여 시간에 따른 위치자료를 전송받아 위치에 따른 대기와 해양의 농도를 자동으로 기록할 수 있도록 하였다.
3.1.2. pH, 선석, 방해석의 포화수심 계산
○ 용존무기탄소 및 알칼리도(alkalinity)를 정밀 측정하여 pH, 선석, 방해석의 포화 수심을 계산한다([그림 2-3-2]).
[그림 2-3-2] 용존무기탄소 측정시스템의 모식도
○ 용존무기탄소 측정시스템은 LICOR / infrared analyzer, 2.5
thermostated pipette, glass stripper로 이루어져 있다. ①해수펌프를 이용하여 표층해수를 volumetric pipette에 연속적으로 흐르게 하여 volumetric pipette에 해수가 가득 차게 되면 자동으로 밸브가 닫혀 volumetric pipette 속에 해수 2.5를 정확히 채운다. ②volumetric pipette 속에 있는 해수 2.5 를 glass stripper로 보내고, 이 mixing cell에 8.5% 인산 1를 넣어 bubbling시켜 해수 속에 있는 모든 이산화탄소를 공기 중으로 발생시킨다. ③발생된 이산화탄소를 Infrared analyzer로 보내 이산화탄소 농도를 측정하여 해수의 총 이산화탄소 농도를 구한다.
○ 모든 과정은 자동계측 시스템을 통하여 컴퓨터가 조절하도록 한다. 하루에 1∼2회 정도 표준시료를 측정하여 분석된 총 이산화탄소 농도를 보정한다.
○ 알칼리도 측정시스템은 100 volumetric pipette, 200 thermostated cell, computerized piston titrator, spectrophotometer로 구성되어 있다. ①해수펌프를 이용하여 표층해수를 volumetric pipette에 연속적으로 흐르게 하여 volumetric pipette에 해수가 가득 차게 되면 자동으로 밸브가 닫혀 volumetric pipette 속에 해수 100를 정확히 채운다. ②volumetric pipette 속에 있는 해수 100를 thermostated mixing cell로 보내고 이 mixing cell에 piston titrator를 이용하여 염산을 넣어 해수를 산성화시킨다. ③이 mixing cell에 Bromocresol green indicator ()를 넣어 5분간 잘 저어주면서 발색시킨다. ④발색한 용액을 분광광도계(spectrophotometer)로 흘러 보내 흡광도를 측정하여 용액의
pH를 측정하고, 이 pH 값으로부터 해수의 알칼리도를 계산한다([그림 2-3-3]).
○ 알칼리도 측정시스템의 밸브 조절은 자동계측시스템을 통하여 컴퓨터가 자동 으로 제어한다. 발색에 5분 정도의 시간이 소요되므로 짧은 시간에 연속적으로 표층해수 알칼리도를 측정하는데 어려움이 있다. 따라서 5분 이내에 분석을 마칠 수 있도록 시스템을 개조하여 표층해수의 알칼리도를 연속적으로 측정 할 수 있도록 할 예정이다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
[그림 2-3-3] 알칼리도 측정시스템의 모식도
3.2. 황해 생태계모델 친생물원소 지수화 연구
3.2.1. 황해 친생물원소 현존량 및 변동성 연구
○ 황해의 대표적인 친생물 원소인 질소, 인, 규소 성분에 대한 자료는 국립수산 과학원의 정선관측 자료 및 중국 측에서 수십 년간 격월 또는 분기별 관측한 가용한 자료들이 존재한다. 우선적으로 이들 자료를 수집 정리 분석하는 작업이 요구된다. 그러나 실제 해양에서 일어나는 식물플랑크톤의 변동성은 더블링
(doubling) 시간이 1∼2일 정도로 아주 짧은 시간에 반응하기 때문에 이러한
역학 관계를 잘 반영할 수 있는 자료의 생산이 요구된다.
- 우리나라 및 중국 측에서 과거 생산된 친생물 원소 분포 자료의 수집 및 분석 - 권역별 계절별 황해 수층 친생물원소 모니터링
- 황해 주요 권역 시계열 고정 관측망 운영
3.2.2. 황해의 친생물원소 대기-수층-해저퇴적물 상호작용 연구
○ 대기를 통한 황해권역으로의 영양염 유입에 대한 연구들이 있었으나 보다 정확한 정량적인 자료의 생산이 요구된다. 하천을 통한 유입량 역시 최근 양자강의 삼협댐 건설 등 하천의 변형이 지속적으로 이루어지고 주변 유역의 이용형태
가 변화하고 있기 때문에 하천을 통한 영양염의 유입 변동량을 예측하기 위한 정량적 자료의 생산이 요구된다.
- 대기를 통한 황해로의 친생물원소 입력량 정량을 위한 도서지방 대기 관측점 운영 - 하천 유입 친생물원소 거동 연구
- 친생물원소 수층-퇴적물 교환량 실험: Benthic lander 운영([그림 2-3-4])
[그림 2-3-4] 버뮤다 시계열 관측점(BATS) 모식도 및 수층-퇴적물 물질 교환량 연구를 위한 benthic lander
3.2.3. 황해 전선역(조석전선 및 동중국해 열염분전선)의 친생물원소 수지 연구
○ 황해 연안역과 본역을 구분하는 조석전선대와 황해와 동중국해를 구분하는 열염분 전선대에서의 친생물원소 수지 및 거동에 대한 연구
- 조석전선역에서의 친생물원소 거동 연구
- 황해-동중국해 열염분전선역에서의 친생물원소 교환량 연구
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
○ 친생물원소 수지와 일차생산자 군집 상호작용 연구 - 친생물원소 소모율, 재생율 연구
- 방사성 동위원소 및 시계열 침강입자 포집기를 활용한 친생물원소 침강 플럭스 연구
○ 황해 생태계모델 친생물원소 지수화 검증 연구
- 개발된 황해 생태계모델 검증 및 개선을 위한 친생물원소 지수 변동성 모니터링
3.3. 식물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
3.3.1. 식물플랑크톤 생체량의 시공간적인 분포특성 파악
○ 식물플랑크톤 생체량은 일차생산, 먹이망, 물질순환을 결정하는 중요 요인으로 인공위성의 해색센서를 이용하여 시공간적 변화를 효율적인 모니터링이 가능 하다. 그러나 위성자료의 검보정, 생체량의 수직분포 및 크기별 식물플랑크톤 생체량 등은 현장조사를 통해 자료 확보가 가능하며 생태계 모델 개발을 위해 서는 이들 자료가 요구된다([그림 2-3-5], [그림 2-3-6]).
- 조사선 운행 중의 연속관측: 조사시기의 식물플랑크톤의 공간적 분포를 파악하기 위해서는 조사선이 이동 중 연속적인 식물플랑크톤 생체량자료의 획득이 요구된다 ([그림 2-3-7]).
[그림 2-3-5] 하와이 시계열관측점(HOTS)에서의 일차생산력 변동
[그림 2-3-6] 하와이 시계열관측점(HOTS)에서의 친생물원소 침강플럭스 변동
[그림 2-3-7] 동중국해 북부 및 황해 남부 해역에서 Fluorometer를 이용한 엽록소 농도의 연속관측
3.3.2. 식물플랑크톤의 크기별 생체량 분석
○ 식물플랑크톤의 크기별 생체량은 노재훈 등(2004)이 동중국해 북부수역조사를 통해 3 이하의 초미소 식물플랑크톤이 전체 식물플랑크톤 생체량의 50%
이상을 차지하는 중요한 일차생산자임을 보고하였으며, Choi & Noh(2009)는 분자생물학적 방법을 이용 초미소 식물플랑크톤의 다양성 연구를 수행하였다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
○ 생태계 모델에서 식물플랑크톤 생체량은 소형(micro: 20 이상), 미소(nano:
2~20, 초미소(pico: 2 이하)의 크기별 엽록소a 농도를 이용한다. 식물플랑
크톤의 크기별 생체량은 1980년대 이후 현재까지 현장조사를 통해 자료를 획득 하였다. 그러나 최근에는 현장조사 결과를 이용 계산식을 얻은 후 위성자료와 결합하여 광역생태계에서 시공간적인 자료를 얻는 연구들이 진행되고 있다
([그림 2-3-8]). 이러한 연구의 결과들은 향후 황해의 식물플랑크톤의 크기별
생체량 분포 파악에 수월성을 제공할 것으로 판단된다.
[그림 2-3-8] 동중국해북부와 황해남부 수역의 엽록소 a 농도분포와 전체 엽록소 a 농도에서 각각의 크기별 식물플랑크톤의 엽록소 기여율
3.3.3. 식물플랑크톤의 기능 그룹별(functional group) 분포특성 파악
○ 기능그룹별 식물플랑크톤은 해양의 생지화학적 순환과 밀접하게 연결되어 있다.
규조류는 규산염 순환을 결정하는 주요 식물플랑크톤이며, 인편모조류(coccolithophores) 는 와 DMS 순환에 영향을 미치고, 질소고정 남세균은 질소계 영양염의 순환 에 직간접적인 영향을 미친다. 따라서 ERSEM과 같은 하위영양단계 생태계모델의 운영에는 이러한 기능그룹별 식물플랑크톤과 관련된 변수가 요구된다.
- HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용한 지시색소분석: 식물 플랑크톤은 분류군별 지시색소를 갖고 있어, HPLC를 이용한 색소분석 방법을 채용