Primary study to rapidly detect living phytoplankton in treated water of Ballast Water Treatment System

국제해사기구(IMO)에 의해 2004년 제정된 국제선박평형수관리협약이 2017년에 발효될 것으로 예상되기 때문에 실질적으로 선박평형수를 관리 감독을 해야 하는 선주나 항만국 통제관(PSCO)들이 BWTS에 의해 처리된 선박평형수가 국제 기준에 만족하는지에 대한 자가 진단 방법이 매우 중요하다. ≥10 and <50um 크기의 생물(대부분 식물플랑크톤)의 생사판별은 형광 값을 이용하면 다른 대상 종들보다 신속하게 확인할 수 있기 때문에 이를 측정할 수 있는 10AU와 Phyto-Pam 장비를 이용해 기초 시험을 수행하였다. 자연종과 배양종에 대한 현미경으로 관찰된 개체수와 장비를 이용한 형광 값 및 활성 엽록소-a을 값을 비교했을 때, 식물플랑크톤 종에 따른 차이가 있지만 식물플랑크톤의 개체수가 ml 당 약 30cells 이상이면 안정된 값을 보였다. 하지만 실제 선박평형수 처리장치(BWTS)의 처리수는 ≥10 and <50um 크기의 생물이 ml 당 10 개체 미만으로 생존해야하기 때문에 처리수를 10L 농축하여 시험을 수행하였다. 시료를 농축할 경우 탁도에 의해서 10 AU의 형광 값이 방해를 받아 Phyto-Pam으로 활성 엽록소-a 농도만 측정하여 식물플랑크톤 개체수와 비교하였다. 실제 BWTS 처리수에서 현미경으로 식물플랑크톤의 개체수가 관찰되었을 때 Phyto-Pam의 활성 엽록소-a 값도 0.1 ㎍L-1이상의 값을 보여, BWTS 처리수에 대한 자가 진단 방법으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다. 향후, 선주나 PSCO가 현장에서 자가 진단 방법의 일환으로 형광 값을 사용하기 위해서는 다양한 염분 구배, 탁도에 대한 시험, 그리고 다양한 배양종 및 자연종에 대한 시험들이 진행되어야 보다 더 명확한 시험 방법이 정립될 수 있을 것이다.한 자가 진단 방법이 매우 중요하다. ≥10 and <50um 크기의 생물(대부분 식물플랑크톤)의 생사판별은 형광 값을 이용하면 다른 대상 종들보다 신속하게 확인할 수 있기 때문에 이를 측정할 수 있는 10AU와 Phyto-Pam 장비를 이용해 기초 시험을 수행하였다. 자연종과 배양종에 대한 현미경으로 관찰된 개체수와 장비를 이용한 형광 값 및 활성 엽록소-a을 값을 비교했을 때, 식물플랑크톤 종에 따른 차이가 있지만 식물플랑크톤의 개체수가 ml 당 약 30cells 이상이면 안정된 값을 보였다. 하지만 실제 선박평형수 처리장치(BWTS)의 처리수는 ≥10 and <50um 크기의 생물이 ml 당 10 개체 미만으로 생존해야하기 때문에 처리수를 10L 농축하여 시험을 수행하였다. 시료를 농축할 경우 탁도에 의해서 10 AU의 형광 값이 방해를 받아 Phyto-Pam으로 활성 엽록소-a 농도만 측정하여 식물플랑크톤 개체수와 비교하였다. 실제 BWTS 처리수에서 현미경으로 식물플랑크톤의 개체수가 관찰되었을 때 Phyto-Pam의 활성 엽록소-a 값도 0.1 ㎍L-1이상의 값을 보여, BWTS 처리수에 대한 자가 진단 방법으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다. 향후, 선주나 PSCO가 현장에서 자가 진단 방법의 일환으로 형광 값을 사용하기 위해서는 다양한 염분 구배, 탁도에 대한 시험, 그리고 다양한 배양종 및 자연종에 대한 시험들이 진행되어야 보다 더 명확한 시험 방법이 정립될 수 있을 것이다.2

활성물질로 처리된 자연수와 시험수에서 형성된 소독부산물 농도와 환경위해성 평가에 대한 연구

선박평형수에 의한 외래종 침입을 막기위해 개발된 선박평형수처리장치(BWMS)는 정부형식승인을 받기위해 육상시험을 수행해야 한다. 육상시험 시 시험수는 국제해사기구(IMO)에서 정하는 시험수 기준을 만족하여야 하며, 이를 위해 전분과 글루코오스와 같은 첨가물을 사용한다. 활성물질을 사용해 생물을 사멸시키는 BWMS는 처리수 내 소독부산물(DBPs)을 형성하는데, 이 물질은 환경위해성이 높은 것으로 알려져있다. 시험수 기준을 맞추기 위해 첨가되는 물질 중 용존성 유기물질(글루코오스)이 소독부산물 생성에 영향을 주기 때문에 이에 대한 유효성 검증이 필요하다. 본 시험에서 글루코오스를 이용한 시험수(AITW)와 자연수를 이용한 시험수(NTW)에서 각각 DBPs 중 THNs 계열은 각각 2종, HAAs 계열은 각각 8종이 검출되었고, HANs 계열은 각각 5종과 3종이 검출되었다. AITW와 NTW에서 검출된 DBPs 중에서 Tribromomethane이 각각 319 mg/L, 823 mg/L로 가장 높은 농도를 나타내었다. 검출된 DBPs에 대한 환경위해성을 평가하기 위해 MAMPEC 프로그램을 이용하였으며, 두 시험구 모두 환경위해도(PEC/PNEC)가 1을 초과하는 DBPs는 검출되지 않았다. 두 시험구 모듀 DBPs의 전체 위해도의 합이 1을 초과하지 않았지만, AITW의 환경위해도 합이 0.823으로 NTW의 0.056보다 높아 육상시험 시 시험수 조건을 맞추기위해서 첨가되는 첨가물의 농도를 최소화할 필요성이 있는 것으로 판단된다.2

활성물질로 처리된 자연수와 시험수에서 형성된 소독부산물 농도와 환경위해성 평가에 대한 연구

국제해사기구(IMO)는 선박평형수에 의한 외래종 확산을 막기 위해 정부형식승인시험을 통과한 선박평형수처리장치(BWMS)를 2024년까지 순차적으로 기존 국제 선박에 설치하도록 규정하였다. 활성물질을 사용하여 생물을 사멸하는 BWMS는 평형수를 처리하는 과정에서 발생하는 소독부산물에 대한 위해성을 평가를 IMO의 가이드라인(G9)에 따라 평가하여야 한다. 소독부산물의 전구물질 역할을 하는 용존성 유기물질(DOC)의 농도를 높이기 위해 시험수에 인위적으로 DOC를 첨가하는데 IMO는 이러한 물질에 대해 환경위해성을 평가하도록 권고하고 있다. 본 연구는 자연적으로 발생할 수 있는 용존성 유기물질을 활성물질로 처리해 발생하는 소독부산물에 대한 환경 위해성을 평가하여 육상시험 시 평가되어지는 환경위해성 평가의 유효성을 검증하고자 하였다. 비교 평가를 위해 육상 시험 시 사용하는 글루코오스를 첨가한 시험수(AITW)와 식물플랑크톤으로부터 추출한 용존성 유기물질을 이용한 시험수(NTW)로 G9에 따라 위해성 평가를 수행하였다. AITW와 NTW의 처리수에서 검출된 소독부산물은 각각 27종과 22종으로 AITW에서 보다 많은 수의 소독부산물이 검출되었다. 환경위해성을 평가하기 위해 MAMPEC을 수행한 결과 AITW와 NTW의 PEC/PNEC의 합이 각각 1.68과 0.06으로 나타나 글루코오스를 이용한 육상시험에서 더 높은 환경위해성을 나타내었다. 하지만 독성시험 결과 NTW의 식물플랑크톤 만성독성 시험에서 LC50이 기수와 해수에서 각각 61%와 86%로 나타나 MAMPEC에 의한 환경위해성 평가와 다른 결과를 나타내었다. 이는 활성물질 처리로 형성되는 소독부산물의 종류가 IMO에서 요구하는 41개 물질보다 많기 때문에 실질적으로 NTW에서 더 많은 소독부산물이 형성될 수도 있고, 분석되지 않은 소독부산물의 영향일 수도 있으며, 혹은 이들 물질에 대한 칵테일 효과로 WET에서 독성이 나타날 수도 있다. 하지만 식물플랑크톤 독성시험은 Isochrysis galbana 한 종으로 WET을 수행했기 때문에 이에 대한 연구는 향후에 좀 더 지속적으로 이루어져야 할것으로 판단된다.2

선박평형수처리 검사를 위한 휴대용 장비(P.counter) 성능 평가

선박평형수의 국가 간 이동으로 인한 해양 생태계 교란을 방지하기 위해 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)에서는 2004년에 선박평형수관리협약을 채택하였고, 2017년 9월 8일에 발효되었다. 이후에 새로 건조하는 선박에는 즉시 선박평형수처리설비를 설치해야 하지만, 발효 전 현존선박의 설치 기한은 최대 2024년까지 연장되어 있다. 현재 다양한 형태(UV, 전기분해, 오존, 필터등)의 선박평형수처리설비가 개발되어 선박에 장착되고 있지만, 현장에서 처리설비의 성능을 효율적으로 검사 할 수 있는 휴대용 분석 장비 개발은 많이 진행되지 않은 실정이다. 또한 현재까지 개발된 검사 장비의 대부분은 측정된 형광값을 개체수로 변환하는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 형광값(PAM)과 이미지분석을 동시에 적용하여 생물(식물플랑크톤)의 생사판별을 하는 P.counter의 성능을 평가하였다. 다양한 실험 조건(세포수, 처리방식등)하에서 P.counter 장비 성능 평가를 통해 선상에서 본 장비를 이용해서 처리된 선박평형수내 생물의 생사여부를 간단하고 신속하게 판단을 할 수 있는지를 확인해 보고자 하였다. 본 연구에서 P.counter의 결과값은 형광현미경(FDA+CMFDA 염색)으로 관찰한 결과와 비교·검정하였으며, 배양종(Alexandrium tamarense, Amphidinium sp., Tetraselmis suecica)을 이용해서 선행 실험을 수행한 결과 3종 모두에서 높은 상관관계(r2=0.98)를 보였다.2

남해 장목만에서 5년 연속관측(2018-2022)을 통한 식물플랑크톤과 환경요인의 변동

남해 장목만 연속관측 고정정점에서 2018년 1월 4일부터 2022년 11월 17일까지 약 2주 간격으로 식물플랑크톤 군집과 환경요인 변동 특성을 파악하기 위해 조사하였다. 조사기간 수온 4.15-28.6°C, 염분 16.4-34.6의 범위를 보였으며 무기영양염의 농도는 용존무기질소(DIN) 0.24-32.8 μM, 용존무기인(DIP) 0.08-1.67 μM 용존규소 (DSi) 0.45-55.2 μM의 범위를 보였다. 클로로필-a 농도는 0.56 – 214 μg/L 의 범위로 2020년 7월 16일에 Tripos (Ceratium) furca가 592 cells mL-1 (56%) 우점할 때 가장 높았다. 식물플랑크톤 군집을 분석한 결과 출현한 식물플랑크톤은 113종으로 관찰되었고, 개체수는 45-18,479 cell mL-1로 확인되었다. 연중 관찰된 주요 식물플랑크톤 종은 Chaetoceros spp., Pseudo-nitzschia spp., Skeletonema spp., 소형 은편모조류로 나타났고, 주요 군집은 세 그룹으로 관찰되었다. 첫 번째 그룹은 여름과 초가을에 강우로 인한 저염과 영양염류 공급에 따른 평균 식물플랑크톤 개체수는 1,711 cells mL-1로 이중 규조류는 65% 우점을 보였다. 2018년에는 Chaetoceros spp.가 우점하였지만, 매년 공급되는 영양염류의 감소로 인해 Chaetoceros spp., Pseudo-nitzschia spp., Skeletonema spp., Leptocylindrus sp. 등의 다양한 규조류가 우점하며 평균 개체수는 유지되었다. 두 번째 그룹은 겨울로 고염과 낮은 영얌염류 농도에 따라 식물플랑크톤의 개체수는 449 cells mL-1로 감소하였고 규조류는 39%로 낮은 우점율을 나타내는 반면 소형 은편모조류는 56%로 우점하였다. 마지막 그룹은 봄과 늦가을로 규조류 42%와 소형 은편모조류 38%가 비슷한 우점을 보이며, 매년 반복되는 군집변동을 확인하였다. 2020년 발생한 T. furca는 수온 상승과 강우로 인한 염분 감소의 환경에서 관찰되었다. 이때 용존 무기 질소 및 용존 규소 농도의 증가로 4주 뒤 식물플랑크톤 개체수가 13,215 cells mL-1로 증가 및 종 천이를 확인하였고, 규조류가 81%로 높은 우점을 보였다. 본 연구 결과 조사 해역에서는 일반적으로 나타나는 온대해역의 특성과 다르게 영양염류가 공급되는 여름철에는 규조류 군집이 우점하고 상대적으로 감소하는 겨울로 갈수록 소형 은편모조류가 우점하여 변동하는 것을 확인하였다. 수온과 강우에 의한 영양염 농도 변화가 장목만 식물플랑크톤 군집 구조 변동에 중요한 조절 인자임을 시사한다.2

Strategy for effective joint utilization of SSRI research infrastructures (mesocosm and ballastawater platforms) and marine sample resources

❍ 연구 배경 - 해양환경·생태계·기후변화 등 여러 연구 분야에서 현장 조사 및 수치 모델 연구 결과의 검증과 예측 모델 정확도 향상을 위한 “해양환경모사실증연구”의 필요성이 날로 증가하고 있음. 따라서 남해연구소에 구축된 임해 연구시험시설·시료자원의 다각적 공동활용 활성화와 이를 통한 국가적 해양과학 현안 해결의 새로운 연구·기술 개발이 요구됨 ❍ 연구 목표 및 추진 전략 - 본 연구는 남해연구소에 구축·운영되고 있는 임해 연구시험시설(메조코즘과 선박평형수 테스트베드) 및 해양시료자원의 다각적 활용 활성화 방안 및 추진 전략 수립을 위해 다음과 같은 순차적 단계로 수행됨 -임해 연구시험시설과 해양시료자원의 국내·외 활용 현황 및 운영기술 역량분석→활용 목표 대상(타겟) 분석을 통한 활성화 및 확대 방안 도출→단계별 전략 및 추진과제 도출 ❍ 주요 결과 1) 국가적 해양과학 현안 해결과 새로운 연구·기술개발을 위해 남해연구소 임해 연구시험시설(테스트베드)을 체계적 운영과 공동활용 지원시스템을 갖춘 “KIOST_국가해양환경모사실증연구센터”로 확대·통합하여 “국가해양과학연구인프라”로 발전시키기 위한 추진 전략 도출과 함께 단계별 로드맵을 제시함. 2) 국내 유일의 국가적 해양시료통합관리 시스템을 갖춘 해양시료도서관의 해양시료자원의 활성화와 다각적 활용 확대를 위한 “다양한 해양시료자원 확보 방안”과 “연구자별·연구유형별 맞춤형 시료(정보) 제공 방안 마련” 등의 핵심 전략을 제시함한국해양과학기술

Strategy for effective joint utilization of SSRI research infrastructures (mesocosm and ballastawater platforms) and marine sample resources

❍ 연구 배경 - 해양환경·생태계·기후변화 등 여러 연구 분야에서 현장 조사 및 수치 모델 연구 결과의 검증과 예측 모델 정확도 향상을 위한 “해양환경모사실증연구”의 필요성이 날로 증가하고 있음. 따라서 남해연구소에 구축된 임해 연구시험시설·시료자원의 다각적 공동활용 활성화와 이를 통한 국가적 해양과학 현안 해결의 새로운 연구·기술 개발이 요구됨 ❍ 연구 목표 및 추진 전략 - 본 연구는 남해연구소에 구축·운영되고 있는 임해 연구시험시설(메조코즘과 선박평형수 테스트베드) 및 해양시료자원의 다각적 활용 활성화 방안 및 추진 전략 수립을 위해 다음과 같은 순차적 단계로 수행됨 -임해 연구시험시설과 해양시료자원의 국내·외 활용 현황 및 운영기술 역량분석→활용 목표 대상(타겟) 분석을 통한 활성화 및 확대 방안 도출→단계별 전략 및 추진과제 도출 ❍ 주요 결과 1) 국가적 해양과학 현안 해결과 새로운 연구·기술개발을 위해 남해연구소 임해 연구시험시설(테스트베드)을 체계적 운영과 공동활용 지원시스템을 갖춘 “KIOST_국가해양환경모사실증연구센터”로 확대·통합하여 “국가해양과학연구인프라”로 발전시키기 위한 추진 전략 도출과 함께 단계별 로드맵을 제시함. 2) 국내 유일의 국가적 해양시료통합관리 시스템을 갖춘 해양시료도서관의 해양시료자원의 활성화와 다각적 활용 확대를 위한 “다양한 해양시료자원 확보 방안”과 “연구자별·연구유형별 맞춤형 시료(정보) 제공 방안 마련” 등의 핵심 전략을 제시함한국해양과학기술

중규모 해양 과정과 생태계 반응 연구: 남해역(남해 및 동중국해)[최종보고서]

한국해양과학기술