Trends of Phytoplankton Community and Water Quality and Implications for Management in Estuarine River Systems

국내 연안 하구역의 식물플랑크톤 생체량 (chlorophyll a) 및 수질 동향

  • Lee, Chang-Hee (Korea Environment Institute) ;
  • Cho, Ki-An (Department of Environmental Engineering, Chodang University) ;
  • Song, Eun-Sook (Department of Chemistry, Chonbuk National University) ;
  • Sin, Yong-Sik (Division of Ocean System Engineering, Mokpo National Maritime University)
  • 이창희 (한국환경정책 평가연구원) ;
  • 조기안 (초당대학교 환경공학과) ;
  • 송은숙 (전북대학교 화학과) ;
  • 신용식 (목포해양대학교 해양시스템공학부)
  • Published : 2005.06.30

Abstract

Long-term data (Ministry of Environment Water Quality Monitoring data) of phytoplankton biomass (chlorophyll a) and water quality were analyzed to investigate trends in biomass of the primary producers and water quality for the estuarine systems in Korea: Sumjin River, Han River, Asan Lake- Bay, Youngsan River, Keum River and Nakdong River. The literatures were also reviewed to examine the characteristics of phytoplankton biomass and water quality in the estuarine systems. The Sumjin River estuary, the single estuary without a dike in Korea showed the characteristics similar to other typical estuarine systems. Phytoplankton biomass was high during the fall at transitional regions (5 ${\sim}$ 15 psu) after riverine freshwater inputs were increased in summer. Concentrations of the nitrate and silicate were increased with the high river discharge rates. Phytoplankton biomass and nutrient concentrations were high during spring at the lower regions in the Han River whereas phytoplankton biomass and nutrient concentrations were high during spring at the upper regions in the Youngsan River. Phytoplankton biomass was the highest in the Asan Lake and nutrient concentrations were high at the upper region of the lake. In Nakdong River, phytoplankton biomass was high during winter and the biomass was slightly higher at upper region than at lower region. Long-term trends showed that total nitrogen and total phosphorus were mostly increased in the river systems. Implications of these results relevant to the water quality management for the river systems were also discussed.

일차생산자인 식물플랑크톤의 생체량 (클로로릴 a)과 수질의 장기적 자료 (환경부수질측정망)를 분석하여 국내 하구역 (섬진강, 한강, 아산호 (만), 영산강, 금강, 낙동강)의 일차생산자와 수질의 추세 (trend)에 대하여 조사하였다. 식물플랑크톤의 생체량과 수질에 영향을 미치는 환경인자들에 대한 문헌이나 보고서 검토도 이루어졌다. 국내에서 하구언이 없는 유일한 하구인 섬진강은 다른 전형적인 하구와 유사한 특성을 나타내었다. 식물플랑크톤의 생체량은 강 상류지역으로의 담수유입이 많은 여름이 지난 가을철에 중염지역 (5 ${\sim}$ 15 psu)에서 높았고 질산과 규산염은 강 배출량 (담수유입)이 많을수록 높아지는 형태를 띠었다. 한강에서는 식물플랑크톤 생체량과 영양염의 농도가 하류지역에서 높았다. 계절적으로는 봄철에 높은 농도를 보였는데 이에 반해 영산강은 봄철에 상류지역에서 식물플랑크톤 생체량과 영양염 농도가 높게 나타났다. 아산호의 식물플랑크톤 생체량은 본 연구의 조사 하구역중에서 가장 높은 값을 보였고 대부분의 영양염이 상류쪽에서 높게 나타났다. 낙동강은 식물플랑크톤의 생체량이 겨울철에 높았고 하류보다 상류지역에서 약간 높게 나타났다. 국내 하구역의 수질에서는 총질소와 총인이 대부분 증가하는 경향을 보였다. 본 연구 결과들이 하구역의 수질관리 측면에서 내포하는 의미에 대해서도 언급하였다.

Keywords

References

  1. 권기영, 이평강, 박 철, 문창호, 박미옥. 2001. 섬진강 하구역에서 염부경사에 따른 동∙식물플랑크톤의 현존량 및 종조 성. 한국해양학회지 바다 6: 93-102
  2. 권기영, 문창호, 이재성, 양성렬, 박미옥, 이필용. 2004. 섬진강 하구역에서 영양염의 하구내 거동과 플럭스. 한국해양학회지 바다 9: 153-163
  3. 김용재. 2003. 영산강의 식물플랑크톤 군집 동태. 한국조류학회지 18: 207-215
  4. 김준태, 박유라, 조현실, 부성민. 1996. 금강 수계에서 식물플랑크톤의 군집 구조. 한국육수학회지 29: 187-195
  5. 류상옥. 2003. 한반도 남해안 광양만 표층퇴적물 입도의 시공 간적 변화. 한국해양학회지 바다. 8: 340-348
  6. 문창호, 최혜지. 1991. 낙동강 하구 환경특성 및 식물플랑크톤 의 군집구조에 관한 연구. 한국해양학회지. 26: 144-154
  7. 문창호, 박 철, 이승용. 1993. 아산만의 영양염 및 입자성 유기물. 한국수산학회지 26: 173-181
  8. 신성교, 백경훈, 송미경. 2002. 낙동강 중∙하류수역에서 클로 로필 a 최대농도 출현지역 평가. 한국육수학회지 35: 21- 27
  9. 신용식. 2003. 새만금 외측수역의 해양생태계 변화 예측 및 대 응책. 새만금 해양환경보전대책을 위한 조사연구 기획과제 최종보고서
  10. 신용식, 서호영, 현봉길. 2005. 해수층의 염분 변화가 일차생산 자와 상위소비자와의 크기구조에 미치는 영향. 한국해양학회지 바다. 10: 113-123
  11. 신용식, 조기안. 2003. 담수성 식물플랑크톤의 크기별 구조 및 전체 생체량의 계절적 공간적 분포. 2003한국육수학회 춘계학술 발표대회 초록
  12. 신윤근, 김영길. 2002. 아산호의 생태학적 연구 2. 식물플랑크톤 군집 구조. 한국육수학회지 35: 187-197
  13. 신윤근, 전상호. 2002. 아산호의 생태학적 연구 1. 이화학적 특성과 영양상태. 한국육수학회지 35: 181-186
  14. 심재형, 신윤근, 이원호. 1984. 광양만 식물플랑크톤 분포에 관한 연구. 한국해양학회지 10: 172-186
  15. 양성렬, 문창호, 박미옥, 박 철, 김석윤. 2003. 섬진강 하구역의 물질순환 기작과 생물생산성: 수층과 퇴적층 경계면의 상 호작용을 중심으로. 한국과학재단 특정기초연구 최종보고 서
  16. 양성렬, 송환석, 문창호, 권기영, 양한섭. 2001. 낙동강 하구역의 담수유입에 따른 해양환경 및 일차생산력 변화. 한국조류학회지. 16: 165-177
  17. 이영식, 유준, 권기영, 최용규, 조은섭. 2004. 광양만에서 식물플 랑크톤증식 제한영양염의 시공간적 변동 특성. 대한환경공학회지 26: 890-895
  18. 이영식, 이재성, 정래홍, 김성수, 고우진, 김귀영, 박종수. 2001. 광양만에서 식물플랑크톤증식의 제한영양염. 한국해양학회지 바다. 6: 201-210
  19. 이용혁, 양재삼. 1997. 금강 하구역에서 영양염류, 엽록소, 부유 물질과 염분 변화에 대한 500일간의 연속관측. 한국해양학회지 바다 2: 1-7
  20. 이정호, 권정남, 양상용. 2002. 낙동강의 식물플랑크톤 군집의 계절 변화. 한국조류학회지 17: 267-273
  21. 정래홍, 홍재상, 이재학. 1997. 광양제철소 건설을 위한 매립과 준설공사 기간 중 저서 다모류 군집의 공간 및 계절 변화. 한국수산학회지 30: 730-743
  22. 정승원, 이진환, 유종수. 2003. 한강하류의 환경학적 연구 V. 식 물플랑크톤 군집 대발생의 특징. 한국조류학회지 18: 255- 262
  23. 정승원, 이진환, 허희권. 2004. 한강 하류의 환경학적 연구 VI. 부영양 요인의 통계적 해석. 한국육수학회지. 37: 78-86
  24. 정익교, 강영작, 권오섭, 서정관. 2000. 낙동강 하구 해역 식물 플랑크톤의 군집동태. 한국조류학회지 15: 99-110
  25. 조경제, 신재기. 1998. 낙동강 하류에서 동하계 무기 NP 영양 염류와 식물플랑크톤의 동태. 한국육수학회지. 31: 67-75
  26. 조경제, 신재기. 1996. 낙동강 담수조류 N∙P 요구도 분석을 위한 bioassay. 한국육수학회지. 29: 263-273
  27. 조경제, 신재기. 1995. 낙동강 중∙하류의 엽록소 a 분포와 변 동. 한국육수학회지 28: 421-426
  28. 조현실, 김준태, 부성민. 1995. 금강 수서생태계의 구조와 기능에 관한 연구- 식물플랑크톤. 충남대 환경연구보고. 31: 92-105
  29. 현봉길, 신용식, 박 철, 양성렬. 2005. 아산만 크기별 식물플랑 크톤의 분포 특성에 대한 연구. 한국환경생물학회지(투고)
  30. Alpine, A.E, J.E. Cloern. 1992. Trophic interactions and direct physical effects control phytoplankton biomass and production in an esturary. Limnol Oceanogr 37: 946-955 https://doi.org/10.4319/lo.1992.37.5.0946
  31. Armstrong, R.A. 1994. Grazing limitation and nutrient limitation in marine ecosystems: Steady state solutions of an ecosystem model with multiple food chains. Limnol. Oceanogr. 39: 597-608 https://doi.org/10.4319/lo.1994.39.3.0597
  32. Boynton, W.R., W.M. Kemp and C.W. Keefe. 1982. A comparitive analysis of nutrients and other factors influencing estuarine phytoplankton production, p. 69- 90. In: Estuarine Comparisons V. Kennedy (ed.). Academic Press, New York
  33. Caraco, N.F, J.J. Cole, P.A. Raymond, D.L. Strayer, M.L Pace, S.E.G. Findlay and D.T. Fisher. 1997. Zebra mussel invasion in a large, turbid river: Phytoplankton res-ponse to increased grazing. Ecology 78(2): 588-602 https://doi.org/10.1890/0012-9658(1997)078[0588:ZMIIAL]2.0.CO;2
  34. Carpenter, S.R., J.F Kitchell., J.R Hodgson, P.A. Cochran, J.J. Elser, M.M. Elser, D.M. Lodge, D. Kretchmer, X. He and C.N. von Ende. 1987. Regulation of lake primary productivity by food web structure. Ecology 68: 1863-1876 https://doi.org/10.2307/1939878
  35. Cloern, J.E. 1996. Phytoplankton bloom dynamics in coastal ecosystems: a review with some general lessons from sustained investigation of San Francisco Bay, California. Rev. Geophys. 34(2): 127-168 https://doi.org/10.1029/96RG00986
  36. Coffin, B. Richard, Sharp, H. Jonathan. 1987. Microbial trophodynamics in the Delaware Estuary. Estuar. Coast. Shelf Sci. 41: 253-266
  37. EPA (U.S. Environmental Protection Agency). 1982. Chesapeake Bay: Introduction to an ecosystem. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. p. 33
  38. Jeon, S. and K. Cho. 2004. Primary productivity of phytoplankton in the shallow and hypertrophic river (Seonakdong River). Korean J. Limnol. 37: 57-63
  39. Jonas, R. 1992. Microbial processes, organic matter and oxygen demand in the water column. p. 113-148. In: Oxygen dynamics in the Chesapeake Bay (D.E. Smith, M. Leffler and G. Mackiernan eds.). Maryland Sea Grant College, College Park
  40. Kang, C.K., J.B. Kim, P.Y. Lee and J.S. Hong. 2001. The importance of intertidal benthic autotrophs to the Kwangyang Bay (Korea) food webs: ${\delta}^{13}C$ analysis. J. Oceanol. Soc. Korea 36: 109-123
  41. Kemp, W.M., and W.R. Boynton. 1984. Spatial and temporal coupling of nutrient inputs to estuarine primary production: the role of particulate transport and decomposition. Bull. Mar. Sci. 35: 522-535
  42. Kemp, W.M. and W.R. Boynton. 1981. External and internal factors regulating metabolic roles of an estuarine benthic community. Oecologia 51: 19-27 https://doi.org/10.1007/BF00344646
  43. Kim, H.W., K.H. Chang, K.S. Jeong and G.J. Joo. 2003. The Spring Metazooplankton Dynamics in the River- Reservoir Hybrid System (Nakdong River, Korea) : Its Role in Controlling the Phytoplankton Biomass. Korean J. Limnol. 36: 420-426
  44. Kirk, J.T.O. 1994. Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystems. p. 75-77. Cambridge University Press, Cambridge, England
  45. Kivi, K., S. Kaitala, H. Kuosa, J. Kuparinen. E. Leskinen, R. Lignell, B. Marcussen and T. Tamminen. 1993. Nutrient limitation and grazing control of the Baltic plankton community during annual succession. Limnol. Oceanogr. 38(5): 893-905 https://doi.org/10.4319/lo.1993.38.5.0893
  46. Levinton, J.S. 1982. Marine Ecology. p. 526. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey
  47. Malone, T.C., W.M. Kemp, H.W. Ducklow, W.R. Boynton, J. H. Tuttle and R. B. Jonas. 1986. Lateral variation in the production and fate of phytoplankton in a partially stratified estuary. Mar. Ecol. Prog. Ser. 32: 149-160 https://doi.org/10.3354/meps032149
  48. Kim, T.J. 1992. Sorption behavior of radium isotopes and nutrient fluxes in the Seomjin estuary of Korea, during high river discharge. Master thesis., Chungnam National University, Daejon
  49. Moon, C.H. 1990. Studies on the phytoplankton and nutrients in the Yeosu Heman. J. Kor. Fish. Soc., 22: 408 -414
  50. Nam, K.H. G.S. Hwang, B.C. Kim and K.S. Kim. 2001. Primary Productivity of phytoplankton at the Eutrophic down Reach of a Regulated River (the Han River, Korea). Korean J. Limnol. 34: 267-276
  51. Officer, C.B., R.B. Biggs, J.L. Taft, L.E. Cronin, M.A. Tyler and W.R. Boynton. 1984. Chesapeake Bay anoxia: origin, development, significance. Science 223: 22-27 https://doi.org/10.1126/science.223.4631.22
  52. Redfield, A.C. 1958. The biological control of chemical factors in the environment. American Science 46: 205- 222
  53. Ryther, J.H. 1969. Photosynthesis and fish production in the sea. Science 166: 72-76 https://doi.org/10.1126/science.166.3901.72
  54. Seliger, H.H., J.A. Boggs and W.H. Biggley. 1985. Catastrophic anoxia in the Chesapeake Bay in 1984. Science 228: 70-73 https://doi.org/10.1126/science.228.4695.70
  55. Sin Y, R.L. Wetzel and I.C. Anderson. 1999. Spatial and temporal characteristics of nutrient and phytoplankton dynamics in the York River estuary, Virginia: Analyses of long-term data. Estuaries 22: 260-275 https://doi.org/10.2307/1352982
  56. Smith, R.F. 1966. Foreword, pp. vii-viii. In. R. F. Smith, A. H. Swartz, and W. H. Massmann (eds.), A Symposium on Estuarine Fisheries. Amer. Fish. Soc. Spec. Publ. No. 3. Allen Press, Lawrence, Kansas
  57. Sundbaeck, K., B. Joensseon, P. Nilsson and I. Lindstroem. 1990. Impact of accumulating drifting macroalgae on a shallow-water sediment system: An experimental study. Mar. Ecol. Prog. Ser. 58(3): 261-274
  58. You, K.I. and B.J. Lim. 1991. Seasonal variation in the zooplankton community structure of the Lower Han River system. Korean Journal of Limnology. 24: 85-91