영일만 식물플랑크톤의 시·공간적 변동

Abstract

본 연구기간 동안 영일만의 수온은 온대해역의 계절적 변화 양상과 같이겨울철에 낮았고, 여름철에 높았다 (Fig. 3). 염분은 유량이 많은 여름철에 낮았고, 유량이 적은 가을과 겨울철에 높은 것으로 나타나 (Fig 4, 5), 담수의 유입이 염분의 계절적 변화에 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 영양염중 용존무기질소 (DIN)는 여름철에 가장 낮았고, 겨울철에 가장 높게 나타났다 (Fig. 6). 득량만의 용존무기질소 역시 영일만과 같이 여름철에 낮았고, 겨울철에 높았다. 이러한 현상은 만으로 유입되는 하천수 중 용존무기질소의 농도가 낮아서 용존무기질소의 공급속도보다 소비속도가 훨씬 빠르기 때문에 득량만 전 해역에서 거의 고갈된 농도를 보인다고 설명하였다 (Yang et al, 1995). 따라서 본 연구에서도 여름철 낮은 용존무기질소는 영일만으로 공급되는 속도보다 소비속도가 훨씬 빨랐기 때문이라고 판단된다. 2004년에서 2007년까지 영일만의 식물플랑크톤 현존량은 가을철에 가장 낮았고, 여름철에 가장 높게 나타는데 (Fig. 9), 이는 심과 배 (1985)의 영일만 식물플랑크톤 연구에서와 동일하게 나타났다. 온대해역에서는 식물플랑크톤의 현존량은 계절적으로 변화하며, 일반적으로 봄과 가을철에 대번식 (bloom)이 발생하는 bimodal pattern을 보여주나, 정 등 (2007)은 통영연안에서 2000년부터 2007년까지 가을철에만 증가하는 unimodal pattern을 나타내었다고 보고하였다. 영일만에서는 연구기간 동안 식물플랑크톤 대번식 (bloom)이 2004, 2006, 2007년에는 여름철에 발생하였고, 2005년에는 봄철에 발생함으로써, 영일만의 식물플랑크톤 대번식 (bloom)은 unimodal pattern을 보여주었다. 2004년 여름철 식물플랑크톤 대번식 (bloom)이 발생했을 때의 현존량은 약 2,852,000cells/L로, 다른 해에 대번식 (bloom)이 발생했을 때와 비교하면 현존량이 매우 적은편이다. 이는 2004년 전체 식물플랑크톤 현존량에 영향을 주어 2004년 식물플랑크톤 현존량은 연구기간 중 가장 낮게 나타났다 (Fig. 9). 또한 2004년 엽록소 a의 농도도 표·중·저층에서 각 각 0.93㎍/L, 1.08㎍/L, 1.13㎍/L로 매우 낮았다 (Fig. 14). 2004년 여름철 영양염 농도는, 다량의 담수가 유입되었음에도 불구하고 (Fig. 5), 용존무기질소, 용존무기인, 규산규소의 농도가 다른 해에 대번식 (bloom)이 발생하였을 때의 영양염 농도보다 낮았다 (Table 1). 2004년 8월 중순에 태풍 “메기(MEGI)”의 영향으로 비가 많이 왔고, 하순에는 북태평양 고기압의 가장 자리에 들어 구름 끼는 날이 많았다 (기상연보 2004, 기상청). 따라서 2004년 여름철 식물플랑크톤의 현존량과 엽록소 a가 다른 해와 비교하여 낮게 나타난 것은 여름철 유량이 많았음에도 불구하고, 만 내에는 비교적 낮은 영양염이 존재하였고, 8월의 자주 흐린 날씨 때문인 것으로 판단된다. 2005년에는 봄철에 식물플랑크톤 현존량이 9,643,000cells/L로 나타나며, 대번식 (bloom)이 발생하였다. 식물플랑크톤의 현존량은 다른 층에 비해 중층에서 높게 나타났으며 (Fig. 9), 특히 중층에서 만의 중간부분과 외측 (정점 3, 4, 5, 7, 8)에서 현저히 높은 현존량을 보였다 (Fig. 15). 엽록소 a도 현존량과 마찬가지로 중층에서 6㎍/L이상으로 높았다 (Fig. 14). 2005년 봄철 수온은 저층에서 약 9℃로 낮았으며, 저층의 용존무기질소 (DIN), 용존무기인 (DIP), 규산규소 (SiO2-－Si)는 표층에 비해 풍부하였다 (Table 1). 2005년 봄철의 염분은 본 연구기간 중 가장 낮게 나타났다 (Fig. 4). 이는 만 내측 정점과 외측 정점에서의 염분이 각 각 30이하와 32로 상대적으로 낮은 값을 나타내어 (Fig. 19), 전체 평균 염분 값에 영향을 주었기 때문이다. 용존무기질소는 저층에서 정점 1과 함께 만의 중간과 외측 (정점 5, 6, 8, 9)에서 약 3~5μM 값을 보이며 높았고 (Fig. 20), 용존무기인도 저층에서 정점 5, 6, 8, 9에서 약 0.4~0.6μM 범위로 높았으며 (Fig. 21), 규산규소도 저층에서 정점 1과 함께 정점 5, 6, 8, 9에서 약 0.8μM 내외로 높은 값을 나타냈다 (Fig. 22). 따라서 2005년 봄철의 영양염은 저층에서 풍부하고, 특히 만의 중간과 외측에서 풍부하였다. 우리나라 동남해역의 연안역은 냉수괴의 출현해역으로 널리 알려져 있으며 (Gong and park, 1969; Park, 1978; Kim and Kim, 1983), 동해 남부 연안생태계 연구에서는 이 등 (1998)은 영일만 부근의 저층에서 냉수괴가 존재한다고 밝혔다. 오 등 (2004)은 동해남부 기장연안에서 냉수대 발생 시 연안 수온이 단기간 내에 큰 공간 변동을 나타내어, 식물플랑크톤의 냉수종 출현뿐만 아니라 전체적으로 다양한 종수와 개체수 증가를 보이는데, 이러한 현상은 냉수대 발생으로 야기되는 수온 감소의 영향보다 저층의 영양분이 표층으로 공급되는 영향이 식물플랑크톤의 출현에 더 크게 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 연구에서도 2005년 봄철 영일만 저층에서 냉수대가 발생하여 영양염을 공급함으로써 중층에서 식물플랑크톤의 현존량의 증가를 일으킨 것으로 추측된다. 2006년 여름철에는 식물플랑크톤 현존량이 9,292,000cells/L로 나타나며, 대번식 (bloom)이 일어났다 (Fig. 9). 식물플랑크톤의 현존량은 표층에서 내만 (정점 1, 2)과 정점 6, 7, 9에서 높게 나타나며, 중층도 정점 1, 2, 6에서 높게 나타나고, 저층에서는 정점 1, 9에서 비교적 높은 현존량을 나타냈다 (Fig. 16). 엽록소 a의 농도는 약 5~6㎍/L로 전 수층에서 높게 나타났다 (Fig. 14). 영일만의 2006년 여름철 저층의 수온은 약 11℃로, 표층에 비해 약 10℃정도 낮았고, 표층과 저층간의 염분 차가 존재하나 (Table 1, Fig. 3), 영양염은 표층과 저층 간에 거의 차이가 없다 (Table 1). 정점별로 살펴보면, 저층 수온이 전 정점에서 낮게 나타났다 (Fig. 18). 용존무기질소 (DIN)는 표층에서 정점 1과 만의 외측 (정점 9)에서 높았으며, 저층에서는 용존무기질소가 정점 1, 3, 5, 8, 9에서 약 3μM로 높았다 (Fig. 20). 용존무기인 (DIP)는 표층과 저층 모두 만의 내측 정점에서 0.2μM로 높았다 (Fig. 21). 규산규소 (SiO2-－Si)는 표층에서 2~4μM로 높게 나타났다 (Fig. 22). 따라서 2004년 여름철 영양염은 만의 내측에서 영양염이 비교적 풍부하게 존재하였다. 온대해역의 외해에서 나타나는 연중 2회의 생산주기 대신 연안에서는 여름철 생산력이 높다. 연안에는 육상으로부터 공급되는 영양염에 의해 영양염이 제한되지 않으며, 또한 지속적인 수온약층이 형성되지 않기 때문이다 (James and Nybakken, 1997). 심과 배 (1985)는 영일만의 식물플랑크톤 현존량의 시간적 변화는 수괴의 수직적 안정도와 영양염의 공급을 수반한 담수의 유입과 밀접한 관계가 있다고 하였다. 본 연구에서도 2006년 7월~8월에 비교적 많은 담수가 유입으로 (Fig. 5) 만 내로 영양염이 공급되었고, 표층과 저층의 수온 차로 인한 수괴의 안정과 여름철 좋은 빛 조건과 더불어 높은 식물플랑크톤 현존량을 갖게 된 것으로 판단된다. 영일만에서 2007년 여름철에 식물플랑크톤의 현존량이 15,811,000cells/L로 대번식 (bloom)이 일어났으며, 특히 표층 현존량은 약 8,000,000cells/L이상으로 매우 높았다 (Fig. 9). 표층에서는 정점 3, 4, 5, 8에서 높게 나타났으며, 중층에서는 정점 1에서 높았다 (Fig. 17). 엽록소 a는 전 수층에서 7㎍/L이상으로 높게 나타났다 (Fig. 14). 2007년 여름철 표층과 저층의 수온 차는 약 4℃이고, 용존무기질소, 용존무기인, 규산규소의 양은 표층과 저층이 비슷하였다 (Table 1). 정점별로 살펴보면, 저층 수온은 만의 외측으로 갈수록 점점 낮아졌다 (Fig. 18). 표층 용존무기질소는 만의 내측 (정점 1, 2)에서 약 7~8μM이고, 만의 외측에서 약 3~6μM로 높게 나타났으며, 저층 용존무기질소는 만의 중간과 외측에서 약 5μM로 높았다 (Fig. 20). 용존무기인은 표층 정점 1에서만 높았고 그 외의 정점은 매우 낮았으며, 저층 또한 매우 전 정점에서 매우 낮았다 (Fig. 21). 규산규소는 표층에서 정점 1과 4에서 높았고, 저층에서는 정점 1과 만의 외측 (정점 8, 9)에서 높았다 (Fig. 22). 따라서 2007년 여름철 영일만 영양염은 만의 내측인 강 입구 정점과 만의 외측에서 풍부하게 나타났다. 윤과 김 (1996)은 여수만이 연안으로부터의 육수유입이나 외해역의 저염수에 의한 영양염류의 공급에 의해 생물생산이 크게 지배되고 있다고 보고하였다. 본 연구에서도 여름철 강물 유입이 많아짐에 따라 (Fig. 5) 영양염이 만 전체에 공급되었다고 판단되며, 만의 외측에서는 저층으로부터 영양염이 풍부한 저층수가 공급되어 여름철 좋은 빛 조건으로 인해 식물플랑크톤 대번식 (bloom)을 발생시켰다고 추측된다. 2004년에서 2007년까지 영일만에 출현한 식물플랑크톤의 우점종은 대부분 규조류에 속하는 종으로, 계절과 연도에 따라 비교적 다양한 우점종이 불규칙하게 출현하는 분포 양상을 보이고 있다 (Table 2). 식물플랑크톤 대번식 (bloom)이 현저하게 나타난 2005년 봄철과 2006년, 2007년 여름철 우점종은 각각 Leptocylindrus danicus, Skeletonema costatum, 그리고 Chaetoceros curvisetus이며, 이 종들은 주로 군체를 형성하는 것으로 알려져 있다. 2005년 봄철 우점종은 Leptocylindrus danicus로, 봄철 현존량의 66.1%를 차지하였다 (Table 3). 특히 중층 정점 8에서 4,301,000cells/L, 정점 6에서 3,950,000cells/L로 높은 현존량을 나타내며 식물플랑크톤 대번식 (bloom)을 일으켰다. Leptocylindrus danicus는 온대 연안해역에 널리 분포하는 연안종으로, 일시플랑크톤이며 표층에서 대증식이 일어나고, 협염성으로 주로 4~6월에 우점한다 (Warner, 1977). 우리나라에서도 이 종의 분포에 대한 많은 보고가 있으며 (Shim and Lee, 1983; Shim and Park, 1984), 강 등(2003)의 연구에서는 Leptocylindrus danicus가 월성해역과 울진해역에서 봄철에 월등히 높게 나타나 뚜렷한 계절 분포를 보였다고 보고하였는데 본 연구에서도 봄철 높은 현존량을 보이는 것과 같은 결과이다. 본 연구기간 중 2006년 Skeletonema costatum가 여름철 전체 현존량의 약 58%를 차지하며 우점종으로 나타났으며 (Table 3), 특히 표·중·저층의 만의 내부에서 높은 현존량을 보였고, 표층과 중층에서는 만의 외측 정점 9에서도 높게 나타났다. 이 종은 광온, 광염성으로 기수역과 연안 해역에 널리 분포하는 종으로 (Werner, 1977), 우리나라 연안에서도 계절에 상관없이 높은 출현빈도를 보이고 있다 (Lee, 1984). 강 등 (2003)은 이 종의 최적성장 수온이 약 14.0~20.3℃로 판단하였으며, 고리, 월성, 울진 해역에서 각각 봄, 여름, 가을에 최대 현존량을 기록하였다고 보고하였다. 이와 비교하여 볼 때, 2006년 여름철 Skeletonema costatum은 영일만의 표층과 저층의 수온 차가 큼에도 불구하고 우점종으로 출현할 수 있었으며 영일만 식물플랑크톤 대번식 (bloom)을 발생시켰다고 판단된다. 2006년 여름철의 우점종은 Chaetoceros curvisetus로, 여름철 전체 현존량의 40.3%를 차지하였다 (Table 3). 이 종은 본 연구기간에 특히 표층의 만 중간 (정점 4, 5)과 외부 (정점 7, 8)에서 높게 나타났으며, 중층에서는 정점 1에서 많은 양이 출현하였고, 저층에서는 전 정점에 골고루 많이 존재하였다. Chaetoceros curvisetus는 열대 및 아열대성 종을 알려져 있으나 남해안 주변해역에도 폭 넓게 분포하고 있으며, 우리나라에 봄, 가을에 자주 출현하는 종이다 (Kim et al, 1993). 그러나 득량만에서는 7월에 제 1우점종으로 (이와 이, 1999), 여자만에서는 7월에 제 2우점종으로 출현하여 (이와 윤, 2000), 본 연구에서는 여름철에 높은 현존량을 보이는 것과 유사하다. 본 연구기간 동안 규조류이외에 우점종으로는 은편모조류 (Crypmonads)에 속하는 Chroomonas sp.가 출현하였다 (Table 2). 이 종은 2006년과 2007년 가을과 겨울철에 우점종으로 출현하였고, 만 내측의 정점 1, 2에서의 현존량이 높게 나타났다. 이 종은 기수역에서 주로 생활하며 우리나라에서는 진해만 내측에서 봄·여름철 저염분 시기의 적조 생물로 알려져 있으며 (Kim et al, 1993, Shin et al, 2000, Shin 2003). 본 연구에서는 Chroomonas sp.가 형산강 강물의 유입이 일어나는 만의 내측에서 높은 현존량을 보였다. 2004년에서 2007년까지 영일만에서 출현한 식물플랑크톤은 총 63속 168종으로, 최 (1988)의 연구에서는 영일만 해역에서 총 97종이 출현하였고, 김 (1993)의 연구에서는 총 146종, 김 (1997)은 총 153종, 그리고 조 등 (2000)은 영일만에서 총 200종이 출현하였다는 것과 비교하여볼 때 본 연구에서는 다소 적은 수의 종이 출현하였다. 본 연구에서 규조류는 매년 전체 출현종수의 약 59%~67%를 차지하였다 (Table 3). 심과 배 (1985)연구에서는 규조류는 식물플랑크톤 총 현존량의 90%를 차지하였고, 조 등 (2000)의 연구에서는 출현종수에 약 75%가 규조류가 차지하는 것으로 보아 영일만에서는 규조류의 출현종수가 많은 것으로 판단된다. 연구기간동안 영일만 표층의 식물플랑크톤 군집구조는 전 계절에 걸쳐 2개의 그룹으로 나누어졌으며, 제 1그룹은 형산강 입구를 포함하는 만의 내측이고, 제 2그룹은 외해수의 유입이 있는 만의 외측이었다 (Fig. 10, 11, 12, 13). 심과 배 (1985)의 연구에서는 영일만 전 수층에 식물플랑크톤의 군집분석을 한 결과, 그룹 A는 비교적 따뜻한 표층과 만의 안쪽 부분이었고, 그룹 B는 만 내부의 비교적 차고 염분이 높은 곳과 만 외측의 수심 20m이하의 저층수로 2개의 그룹으로 나타났다. 본 연구에서는 표층의 현존량을 기초로만 군집분석을 하였으나, 심과 배 (1985)의 연구와 비교하여 볼 때 영일만 식물플랑크톤 군집 구조는 형산강 입구의 만 내측과 외해의 영향을 받는 만 외측부분으로 구분되며, 만의 지형적인 차이가 수질환경에 영향을 주어 식물플랑크톤의 현존량이나 종조성에 영향을 미친 것으로 추측된다. 식물플랑크톤은 공간 상 패치형태로 분포하므로 샘플링의 어려움 때문에 현존량을 정확히 측정하기 어렵다. 식물플랑크톤 세포 내의 엽록소 a농도가 일정하다고 가정한다면, 엽록소 a농도는 해수 중의 1차 생산자의 현존량을 측정하는데 좋은 방법이 된다 (James and Nybakken, 2005). 심과 배 (1985)는 영일만에서 식물플랑크톤의 현존량과 엽록소 a의 농도는 좋은 선형관계가 있다고 보고하였으며, 조 등 (2000)에 의해서도 영일만의 엽록소 농도와 식물플랑크톤의 분포량이 비교적 유사하였다고 하였다. 본 연구기간에서도 영일만의 엽록소 a농도와 식물플랑크톤의 현존량은 유사한 경향을 보였으며, 식물플랑크톤 대번식 (bloom)이 일어나는 시기에 엽록소 a 농도도 가장 높은 값을 나타냈다. 그러나 식물플랑크톤의 현존량은 여름철 표층에서 현저히 높은 값을 가지는 것으로 나타났으나 (Fig. 9), 엽록소 a는 봄과 여름철에 표층·중층·저층 모두에서 높은 값을 나타냈다 (Fig. 14). 이는 식물플랑크톤이 적정량의 광합성을 유지하기 위해 일시적으로 표층 아래로 수직 이동하였기 때문이거나 (Kim and Kim, 1999), 하루 중 특정시간과 광량에 따라 변화하고, 식물플랑크톤의 엽록소 양이 종에 따라 다를 뿐만 아니라, 같은 종이라도 세포 수에 따라 다르기 때문 (James and Nybakken, 1997)에 전 수층에서 엽록소 a의 농도가 비슷하게 나타난다고 추측된다.

For getting hold of the seasonal variation of phytoplankton, the survey of the standing crop and chlorophyll a concentration of phytoplankton was conducted seasonally from February 2004 to November 2007 in the Yeong-il Bay. And the comparison of its results with such environmental factors of water as temperature, salinity, and nutrients, was made at the same time. In the process, the seasonal variations were observed in the environmental factors of water. The water temperature was lower in winter, and higher in summer than in the other seasons. And in summer, the salinity was the lowest and the concentration of nutrients(DIN, DIP, SiO2--Si) was a little lower, because of the influx of a large amount of fresh water. Also, there were a few remarkable seasonal variations in the standing crop of phytoplankton. The standing crop fluctuated on average from a low of 40,000∼228,000cells/L in autumn to a high of 301,000∼8,436,000cells/L in summer during the study period. Phytoplankton developed in bloom in the summers of 2004, 2006, and 2007. In 2005, however, the standing crop of phytoplankton reached the highest level in spring. Without exception, that is, the unusual bloom of phytoplankton occurred in the Yeong-il Bay once a year. According to the temporal changes, dominant species, most of which were diatoms, revealed the general pattern of succession. In particular, Leptocylindrus danicus, Skeletonema costatum, and Chaetoceros curvisetus accounted for 66.1%, 58.1%, and 40.3% respectively in the standing crop, and these varieties led to the bloom of phytoplankton. In the meantime, in the light of phytoplankton analysis, a total of 63 genera and 168 species were identified in the study area, and diatoms predominated among them at all seasons. And the cluster analysis for finding out the spatial distribution of phytoplankton in the Yeong-il Bay, resulted in the division into two groups at the similarity level of 40∼60%. One group ranged over the inner bay, and the other over the outer bay. The concentration of chlorophyll a was lower in autumn and winter, and higher in spring and summer. And this pattern was more or less similar to that of the standing crop of phytoplankton.