Spring-neap variation on sediment reworking with organic matter contents by a polychaete, Perinereis aibuhitensis, in the intertidal sediments of the Gomso Bay, Korea

The tidal cycle of the spring and neap tide is one of the most important factors influencing benthic organism sediment reworking and sediment characteristics during bioturbation. This study was designed to evaluate sediment reworking rate differences of Perinereis aibuhitensis based on quantification of its pellet production and the ratio of organic matter reduction due to its feeding during spring and neap tide surveys. The organic matter concentration, especially nitrogen,was much higher at all sediment depths in spring tide than in neap tide, due to differences in organic matter supply by tidal cycle. The carbon reduction ratio was unclear in both tides due to differences in reduction ratio at each sediment depth, whereas a clear nitrogen reduction ratio was observed at all sediment depths in spring tide, with mean values of 39% and 25% in daytime and nighttime, respectively. The daily pellet production was much higher in spring tide than neap tide, which strongly depended on organic matter concentrations. The sediment reworking rate based on the pellet production of Perinereis was also much higher in spring tide (0.009 mm d-1) than neap tide (0.002 mm d-1), with the overall sediment reworking rate of this species being 20 mm yr-1 based on its density in the study area.1

Tidal cycle and organic matter effects on bioturbation of Perinereis aibuhitensis

□ Mesocosm 제작 - 두토막눈썹참갯지렁이의 퇴적물 재배치를 평가할 수 있는 최적 형태 mesocosm 제작 □ 조석모의시스템 제작 - 현장갯벌과 유사한 조석을 모의할 수 있는 조석모의시스템 제작 - 기포기, 히팅바와 교반기를 장착한 메인탱크, 스키머와 수위조절센서를 장착한 보조탱크, 여과기, 펌프로 구성, 컨트롤 패널을 이용하여 해수유속, 해수온도, 교반속도, 폭기속도를 조절 □ 유기물 농도에 따른 두토막눈썹참갯지렁이의 펠렛 생성량 변화 평가 - 유기물 농도가 높을수록 펠렛 생성량이 증가하며 사리 개체의 경우 유기물 농도가 높은 실험구의 펠렛 생성량이 약 2배, 조금 개체의 경우 약 6배 높게 나타남 □ 내재적리듬에 따른 두토막눈썹참갯지렁이의 펠렛 생성량 변화 평가 - 유기물 농도가 높은 경우 조금 개체의 펠렛 생성량이 약 2배 높게 나타났으며 유기물 농도가 낮은 경우 펠렛 생성량은 유의한 차이를 나타내지 않음 □ 유기물 농도 및 내재적리듬에 따른 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식/배출 패턴 변화 평가 - 유기물 농도가 높을수록 사리에 비해 조금에 평균 섭식/배출 시간이 증가함 □ 유기물 농도 및 내재적리듬에 따른 유기물 순환 변화 평가 - 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식 활동에 의해 0.7 g C/m2/day, 0.06 g N/m2/day가 퇴적물 하부에서 표층으로 이동하며 이는 유기물 순환에서 중요한 역할을 가지는 것을 의미함과학기술연합대학원대학

Changes on sediment reworking of Perinereis aibuhitensis with tide in the intertidal sediments

갯벌 생물의 섭식, 서식굴 생성 및 보수, 관개와 같은 다양한 활동에 의한 생물교란 (bioturbation) 은 갯벌 퇴적층의 생지화학적 변화에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나이다. 생물교란은 갯벌 생물의 서식밀도, 퇴적상, 온도 등과 같은 다양한 요인에 의해 변화하는 것으로 알려져 있지만, 조석에 의한 영향에 관한 정보는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구의 목적은 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의한 퇴적물 재배치를 정량화하고, 조석에 의한 이의 변화를 비교하는 것이다. 2018년 4월 곰소만 갯벌에서 사리와 조금에 두토막눈썹참갯지렁이의 펠렛 (pellet) 생성량을 정량화하고, 조석에 따른 변화를 분석하였다. 사리의 주간과 야간 펠렛 생성량은 각각 0.009±0.009, 0.011±0.005 g ind.-1 h-1로 통계적으로 유의한 차이가 없었으며 (p<0.05), 주간에는 시간이 경과함에 따라 펠렛 생성량이 점차 감소하였고, 야간에는 뚜렷한 경향성을 나타내지 않았다. 조금의 주간과 야간 펠렛 생성량은 각각 0.004±0.004, 0.001±0.001 g ind.-1 h-1로 야간에 비해 주간에 높게 나타났으며 (p<0.05), 주간과 야간의 펠렛 생성량 경향은 사리와 동일하였다. 사리와 조금의 일간 펠렛 생성량은 각각 0.197±0.031, 0.061±0.018 g ind.-1 h-1 로, 조금에 비해 사리에 약 3배 높게 나타났다. 사리와 조금의 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의해 재배치되는 퇴적물의 깊이는 각각 0.009±0.001, 0.002±0.001 mm d-1로, 조금에 비해 사리에 약 4.5배 높게 나타났다. 본 연구를 통해 조석에 의한 두토막눈썹참갯지렁이의 퇴적물 재배치 변화를 확인하였으며, 이는 조석에 의한 갯벌 생물의 생물교란 변화와 이에 따른 갯벌 퇴적층의 변화를 이해해 변화하는 것으로 알려져 있지만, 조석에 의한 영향에 관한 정보는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구의 목적은 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의한 퇴적물 재배치를 정량화하고, 조석에 의한 이의 변화를 비교하는 것이다. 2018년 4월 곰소만 갯벌에서 사리와 조금에 두토막눈썹참갯지렁이의 펠렛 (pellet) 생성량을 정량화하고, 조석에 따른 변화를 분석하였다. 사리의 주간과 야간 펠렛 생성량은 각각 0.009±0.009, 0.011±0.005 g ind.-1 h-1로 통계적으로 유의한 차이가 없었으며 (p<0.05), 주간에는 시간이 경과함에 따라 펠렛 생성량이 점차 감소하였고, 야간에는 뚜렷한 경향성을 나타내지 않았다. 조금의 주간과 야간 펠렛 생성량은 각각 0.004±0.004, 0.001±0.001 g ind.-1 h-1로 야간에 비해 주간에 높게 나타났으며 (p<0.05), 주간과 야간의 펠렛 생성량 경향은 사리와 동일하였다. 사리와 조금의 일간 펠렛 생성량은 각각 0.197±0.031, 0.061±0.018 g ind.-1 h-1 로, 조금에 비해 사리에 약 3배 높게 나타났다. 사리와 조금의 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의해 재배치되는 퇴적물의 깊이는 각각 0.009±0.001, 0.002±0.001 mm d-1로, 조금에 비해 사리에 약 4.5배 높게 나타났다. 본 연구를 통해 조석에 의한 두토막눈썹참갯지렁이의 퇴적물 재배치 변화를 확인하였으며, 이는 조석에 의한 갯벌 생물의 생물교란 변화와 이에 따른 갯벌 퇴적층의 변화를 이해2

Architecture of macroinvertebrate burrow in tidal flat

우리나라 갯벌 생물의 다양함에도 불구하고 저서동물이 갯벌 퇴적물 내부에 만든 서식굴의 구조에 대한 정보는 거의 알려져 있지 않다. 생물의 서식굴 활동을 포함하는 생물교란은 혐기성 환경으로의 산소 공급, 미생물 생장에 필요한 전자수용체 및 신선한 유기물의 공급, 그리고 수층과의 해수교환을 통한 활발한 물질교환 등을 통해 호기성 및 혐기성 미생물 활동을 촉진시키며, 궁극적으로는 퇴적물 내 유기물 분해력을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구의 목적은 우리나라 갯벌에 서식하는 주요 대형무척추동물의 서식굴을 레진 캐스팅 방법으로 본을 떠 구조를 분석하고, 3d 스캐닝을 통해 종별 서식굴 외형을 데이터베이스화 하는 것이다. 우리나라 갯벌에 서식하는 주요 종 21 종을 대상으로 서식굴 구조를 분석하고, 이를 데이터베이스화 하였다. 종별로 서식굴의 구조는 다양하였으며, 가재붙이의 경우 서식굴의 깊이는 퇴적물 표층으로부터 약 2m 깊이까지 연장돼 있기도 하였다. 그 크기는 부피 기준으로 18,163 cm3, 표면적 기준으로는 16,179 cm2에 달했다. 저서동물의 서식굴 구조 자료는 갯벌의 생태 및 생지화학 연구의 기초자료로 이용 될 수 있을 뿐만 아니라, 해양 환경에 대한 대국민 인식 증진을 위한 홍보자료로도 활용될 수 있을 것이다.유기물의 공급, 그리고 수층과의 해수교환을 통한 활발한 물질교환 등을 통해 호기성 및 혐기성 미생물 활동을 촉진시키며, 궁극적으로는 퇴적물 내 유기물 분해력을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구의 목적은 우리나라 갯벌에 서식하는 주요 대형무척추동물의 서식굴을 레진 캐스팅 방법으로 본을 떠 구조를 분석하고, 3d 스캐닝을 통해 종별 서식굴 외형을 데이터베이스화 하는 것이다. 우리나라 갯벌에 서식하는 주요 종 21 종을 대상으로 서식굴 구조를 분석하고, 이를 데이터베이스화 하였다. 종별로 서식굴의 구조는 다양하였으며, 가재붙이의 경우 서식굴의 깊이는 퇴적물 표층으로부터 약 2m 깊이까지 연장돼 있기도 하였다. 그 크기는 부피 기준으로 18,163 cm3, 표면적 기준으로는 16,179 cm2에 달했다. 저서동물의 서식굴 구조 자료는 갯벌의 생태 및 생지화학 연구의 기초자료로 이용 될 수 있을 뿐만 아니라, 해양 환경에 대한 대국민 인식 증진을 위한 홍보자료로도 활용될 수 있을 것이다.2

System for exploring tidal-flat ecological environment using image-based artificial intelligence object recognition and method for constructing tidal-flat ecological environment spatial information using therof

본 발명은 갯벌의 생태환경에 대한 정보를 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르 면, 일반적으로, 갯벌 환경의 효과적인 관리 및 적절한 개발계획의 수립을 위하여는 각 지역에 대하여 갯 벌의 생태계에 대한 정보를 수집하는 것이 필수적이나, 갯벌의 특성상 접근이 용이하지 못함으로 인해 인 력을 투입하여 전수조사를 실시하기가 어려운 한계가 있었던 종래기술의 갯벌 생태계 조사방법들의 문제점 을 해결하기 위해, 인공지능(AI) 객체인식 알고리즘을 이용하여, 입력되는 갯벌 이미지로부터 서식굴 (burrow)의 경계선을 추출하여 서식굴의 존재 유뮤와 개수, 실제 크기 및 면적을 각각 산출하고 서식종을 추정하며, 각각의 처리결과를 수치화하고 시각적으로 표시하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성됨으로 써, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 갯벌 생태환경에 대한 공간정보를 구축할 수 있으며, 그것에 의해, 보다 효율적이고 효과적인 갯벌 관리 및 개발계획의 수립에 적용 가능하도록 구성되는 이미지 기반 인공지능 객체인식을 이용한 갯벌 생태환경 공간정보 구축시스템 및 방법이 제공된다

Sediment reworking by the polychaete, Perinereis aibuhitensis, on a tidal flat

갯벌 생물의 다양한 활동에 의한 생물교란(bioturbation)은 갯벌 환경을 변화시키는 중요한 요인 중에 하나이다. 갯벌 생물의 섭식활동, 서식굴 활동, 생물관개, 퇴적물 재분포를 포함하는 생물교란은 산소 공급, 물질 교환, 표면적 증가 등을 통해 퇴적층의 생지화학적 변화를 가져오고, 유기물 분해능을 향상시키며 미생물의 군집변화에까지 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 본 연구의 목적은 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의해 재분포 되는 갯벌 퇴적물의 양을 정량화하는 것이다. 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식 활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양을 정량화하기 위해 2014년 10월과 2015년 6월에 곰소만 갯벌에서 연구를 수행하였다. 2014년 10월과 2015년 6월 연구결과 단위면적당 두토막눈썹참갯지렁이의 평균 개체수는 120, 64 inds./m2였고 평균 생물량은 약 0.15±0.2, 0.43±0.5 g/ind.였으며, 개체의 평균길이는 약 51±32.4, 91±44.5 mm/ind.로 나타났다. 섭식활동에 의해 생성된 배설물(pellet)의 평균 길이는 약 1.5±0.3, 1.7±0.2 mm였으며, 평균 무게는 약 17.7±6.6, 15.3±2.5 g/m2으로 나타났고 이것을 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적층의 깊이로 환산했을 때 약 3.9±1.4, 3.4±0.5 cm/yr인 것으로 나타났다. 여름철과 가을철의 단위면적당 두토막눈썹참갯지렁이의 개체수, 생물량, 길이는 차이를 나타냈지만, 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양과 깊이는 큰 차이를 나타내지 않았다. 본 연구결과는 갯벌 생물의 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양을 추정하고 생물교란에 의한 갯벌 퇴적층의 변화를 예측하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.생지화학적 변화를 가져오고, 유기물 분해능을 향상시키며 미생물의 군집변화에까지 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 본 연구의 목적은 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식활동에 의해 재분포 되는 갯벌 퇴적물의 양을 정량화하는 것이다. 두토막눈썹참갯지렁이의 섭식 활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양을 정량화하기 위해 2014년 10월과 2015년 6월에 곰소만 갯벌에서 연구를 수행하였다. 2014년 10월과 2015년 6월 연구결과 단위면적당 두토막눈썹참갯지렁이의 평균 개체수는 120, 64 inds./m2였고 평균 생물량은 약 0.15±0.2, 0.43±0.5 g/ind.였으며, 개체의 평균길이는 약 51±32.4, 91±44.5 mm/ind.로 나타났다. 섭식활동에 의해 생성된 배설물(pellet)의 평균 길이는 약 1.5±0.3, 1.7±0.2 mm였으며, 평균 무게는 약 17.7±6.6, 15.3±2.5 g/m2으로 나타났고 이것을 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적층의 깊이로 환산했을 때 약 3.9±1.4, 3.4±0.5 cm/yr인 것으로 나타났다. 여름철과 가을철의 단위면적당 두토막눈썹참갯지렁이의 개체수, 생물량, 길이는 차이를 나타냈지만, 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양과 깊이는 큰 차이를 나타내지 않았다. 본 연구결과는 갯벌 생물의 섭식활동에 의해 재분포 되는 퇴적물의 양을 추정하고 생물교란에 의한 갯벌 퇴적층의 변화를 예측하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.2

Development of the contents for exhibition and public relations by visualization of macrobenthic burrows in tidal flats

한국해양과학기술

System and method for constructing tidal-flat ecological environment spatial information using image-based artificial intelligence object recognition

본 발명은 갯벌에서 생물의 직접적인 채집없이 서식굴의 모양만으로 갯벌환경의 생체량을 도출해내는 과정 의 일환으로 갯벌이미지내에서 서식굴을 감지하고 그 크기를 산출해내는 모듈이다. 적용된 모듈기술은 1. 그 크기의 산출은 이미지 촬영시 제공되었는 고정된 자를 자동으로 인지한 후, 2. 이미지영상내 픽셀과의 환산을 통하여 크기를 보정하였으며 3. 서식굴의 형태는 이미지내 밝기정보와 최소면적 임계치 그리고 추출된 이미지의 장축과 단축의 비를 적 용함으로 형태의 모양을 결정하였다. 본 발명된 모듈을 통하여 갯벌의 광범위한 공간에 따른 갯벌 서식종의 현황 구축이 가능할것으로 기대되 며 더 나아가 갯벌의 외래종 유입과 갯벌생물의 서식환경특성 파악을 위한 도구로 확대할 수 있음을 기대 해본다

A planning research for the assessment of tidalflat functions affected by macroinvertebrate&apos;s bioturbation

한국해양과학기술

드론과 인공지능을 이용한 갯벌 대형저서동물 공간정보 구축

인력중심의 전통적인 조사 방법에 의한 갯벌 생물 공간분포 연구는 시간과 비용의 비효율성과 정점 자료를 공간으로 확장 시 발생하는 자료의 부정확성으로 인해 정밀한 공간정보 구축에 한계를 가진다. 이를 극복하기 위해 복잡한 모델 방정식을 사용하여 불균일하게 공간화된 자료의 부정확성을 향상시키기 위한 시도가 이루어져 왔으나 실제 환경을 반영하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 본 연구는 현재 갯벌 조사 방법의 한계를 보완하기 위해 드론을 통해 획득된 초고해상도 정사영상에서 Yolo 모델을 통해 대상종의 생물학적 특징을 훈련함으로써 단일 종과 다중 종의 서식굴 입구를 감지하는 자동화 방법을 제시하고자 한다. 본 연구의 대상종인 개불(Urechis unicinctus), 달랑게(Ocypode stimpsoni), 가재붙이(Laomedia sp.), 농게(Uca arcuata), 칠게(Macrophthalmus japonicus)의 서식굴 입구를 포함한 갯벌 정사영상은 2023 년 태안의 독곶리, 신두리, 마금리 갯벌에서 구축하였다. 각각의 영상에서 대상종의 서식굴 입구 학습영역은 라벨링 작성에 널리 사용되는 Labelimg 를 활용하였으며, 신경망으로는 객체인식을 위한 효율적인 기법으로 알려져 있는 YOLOv3 모델을 선택하여 5 종의 단일 객체검출과 다중 객체검출을 수행하였다. 검증 자료에 대한 단일 객체검출 정밀도와 재현율은 각각 81-96%와 79-95% 범위를 보였다. 다중 객체검출 정밀도는 가재붙이와 칠게가 각각 80%, 농게가 48%를 보였으며 재현율은 각각 72%, 57%, 70%로 정밀도는 농게가 가장 낮았으며 재현율은 칠게가 가장 낮게 나타났다. 본 연구는 드론과 인공지능 객체인식 알고리즘을 이용한 갯벌 대형저서동물 다중 객체검출을 최초로 시도한 연구로써 모델을 이용한 공간정보 구축 자료보다 높은 정확도를 보였으며 이를 활용한 갯벌 생물의 정밀한 공간정보 구축 가능성을 시사하였다2