EFFECT OF THE HIGH CO2 ON GROWTH OF PHYTOPLANKTON SPECIES: LABORATORY STUDY

Cultured phytoplankton, Cylindrotheca closterium, Melosira nummuloides, Nitzschia sp., Phaeodictylum triconutum, Prorocentrum minimum were subjected to test the growth rates under the different conditions of CO2 concentration. Two different CO2 concentrations were defined as 'normal condition' (pCO2: 200ppm) and 'high condition' (pCO2: 980ppm). The experiment was performed under the nutrient enriched-condition. The temperature was maintained 25±1 ℃ under the equally lit light cycle (12 hr. light : 12 hr. dark). Nitzschia sp. and M. nummuloides showed higher chlorophyll-a concentration under the high condition than under the normal condition. However, higher chlorophyll-a concentration was measured for P. minimum under the normal condition than under the high condition. These results may reflect that the highly concentrated CO2 environment increased the growth rate of Nitzschia sp. and M. nummuloides, while the growth rate of P. minimum was retarded under the high condition. There was no a clear difference of growth rate between high and normal conditions in the case of C. closterium and P. triconutum. The researches are in progress and will argue on the matter of the rapid variations of phytoplankton community structure and primary productivity which is induced by the increase of global CO2 level.1

Effects of growth temperature on lipid compositions of two species of harmful algae, Chattonella ovata and Prorocentrum micans

The influence of temperature on the lipid compositions of two species of harmful algae, Chattonella ovata and Prorocentrum micans, was investigated. Cultures were grown at four different temperature conditions (15, 20, 25, and 30℃), and harvested in early or late stationary growth phases. The growth patterns of cultures were similar between two species under the same temperature conditions except for the timing of the stationary phase and the final cell density. P. micans reached the stationary phase 10 days later than C. ovata at 15 and 20℃. As we expected, the slowest growth rates were found at the highest temperature condition (30 ℃) for both species cultures. For C. ovata, lipid levels were linearly and rapidly decreased with temperature increases. On the other hand, lipid contents of P. micans were linearly increased with temperature increases until 25℃ and then rapidly decreased at 30℃. The fatty acid compositions of both species were also significantly changed with temperature increases. Specially, polyunsaturated fatty acids (41.3 % of total fatty acids) were most abundant at 15 and 25℃ for C. ovata and P. micans, respectively, at which lipid levels were highest. But under the highest temperature condition (30℃), saturated fatty acids (43.8 % of total fatty acids) were the most dominant fatty acid group (>40% of total fatty acids) for both species with the lowest lipid levels. The preliminary results indicate that harmful algae could synthesize different components of lipid and differently accumulate lipids in their cell under different growth condition (i.e., temperature).1

Viability Test and Bulk Harvest of Marine Phytoplankton Communities to Verify the Efficacy of a Ship's Ballast Water Management System Based on USCG Phase II

본 연구는 USCG phase-II의 형식승인 기준인 자연상태 생물군집의 75 % 이상 유지하여야 하는 평가체계에 대비하여 자연생물군집 농축 및 선박평형수관리시스템(Ballast Water Management System, BWMS) 처리 전 후 생물사멸시험을 실시하였다. 자연 식물플랑크톤군집의 농축 조사는 중영양수계인 장목만과 부영양화수계의 마산만에서 동계에 수행하였다. 장목만과 마산만에서 1톤 기준으로 생물을 농축하였을 경우, 10−50μm 크기 생물 현존량은 4.7×104cellsmL−1 과 0.8×104cellsmL−1 이었고, 농축생물의 생존율은 90.4 %와 88.0 %로 각각 나타났다. 특히 장목만에서는 Skeletonema costatum-like species 같은 체인을 형성하는 소형 규조류가 극우점한 반면, 마산만에서는 /TEX>10μm 보다 작은 편모조류 및 체인을 형성하지 않는 대형 와편모조류(Akashiwo sanguinea, Heterocapsa triquetra)가 우점하였다. 이와 같은 우점종 세포크기의 차이로 장목만 농축효율이 마산만보다 높게 나타났다. BWMS 장비를 통과한 처리 당일 생물 사멸률은 장목만이 90.4 %로, 마산만의 93 %보다 약간 낮았고, 장목만에서 BWMS 처리 5일 경과 후, 대조군의 대상생물의 사멸률은 6.7 %로 나타났다. 처리군에서는 >99 %로 대부분 사멸되어, 시험생물로서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 결과적으로 동계와 같이 해역내 생물량이 낮을 경우, 주간 8시간 수행한 네트의 생물농축만으로 는 USCG Phase II의 형식승인 기준인 500톤 탱크에 1.0×103cellsmL−1 이상으로 자연생물 개체수 밀도를 충족하기는 쉽지 않다는 것을 파악하였고, 이를 보완하기 위해서는 일정기간 자연생물을 대량 배양 및 채집할 수 있는 시스템 도입이 필요할 것으로 판단된다. The type approval test for USCG Phase II must be satisfied such that living natural biota occupy more than 75 % of whole biota in a test tank. Thus, we harvested a community of natural organisms using a net at Masan Bay (eutrophic) and Jangmok Bay (mesotrophic) during winter season to meet this guideline. Furthermore, cell viability was measured to determine the mortality rate. Based on the organism concentration volume (1 ton) at Masan and Jangmok Bay, abundance of ≥10 and /TEX>50μm sized organisms was observed to be 4.7×104cellsmL−1 and 0.8×104cellsmL−1 , and their survival rates were 90.4 % and 88.0 %, respectively. In particular, chain-forming small diatoms such as Skeletonema costatum-like species were abundant at Jangmok Bay, while small flagellate ( /TEX>10μm ) and non chain-forming large dinoflagellates, such as Akashiwo sanguinea and Heterocapsa triquetra, were abundant at Masan Bay. Due to the size-difference of the dominant species, concentration efficiency was higher at Jangmok Bay than at Masan Bay. The mortality rate in samples treated by Ballast Water Treatment System (BWMS) (Day 0) was a little lower for samples from Jangmok Bay than from Masan Bay, with values of 90.4% and 93%, respectively. After 5 days, the mortality rates in control and treatment group were found to be 6.7% and >99%, respectively. Consequently, the phytoplankton concentration method alone did not easily satisfy the type approval standards of USCG Phase II ( 1.0×103cellsmL−1 in 500-ton tank) during winter season, and alternative options such as mass culture and/or harvesting system using natural phytoplankton communities may be helpful in meeting USCG Phase II biological criteria.22Nkc

Viability test and harvest of natural marine phytoplankton communities to verify the efficacy of a ship

본 연구는 USCG Phase-II의 형식승인 기준인 자연상태 생물군집의 70%이상 유지하여야 하는 평가체계에 대비하여 자연식물플랑크톤의 군집을 농축 및 BWTS(Ballast Water Treatment System) 처리전&#8228 후 생물활성을 조사하였다. 자연 식물플랑크톤군집의농축 조사는 중영양수계인 장목만과 부영양화수계의 마산만에서 동계에 수행하였다. 장목만과 마산만에서 1톤 기준으로 생물을 농축하였을 경우, 10-50 &micro m 크기 식물플랑크톤의 현존량은 4.7×104 cells mL-1 과 0.8×104 cells mL-1 로 관찰되었고, 농축생물의 생존율은 90.4%와 88.0%로 각각 나타났다. 특히 장목만에서는 Skeletonema costatum-like species같은 체인을 형성하는 소형 규조류가 극우점한 반면, 마산만에서는 Akashiwo sanguinea 와 Heterocapsa triquetra 와 같은 체인을 형성하지 않는 대형 와편모조류가 우점하였다. 이와 같은 우점종 세포크기의 차이로 장목만 농축효율이 마산만보다 높게 나타났다. BWTS 장비를 통과한 처리 당일 생물 사멸율은 장목만이 90.4%로, 마산만의 93%보다 약간 낮게 나타났고, 장목만에서 BWTS 처리 5일 경과 후,대조군의 대상생물의 사멸율은 6.7%로 나타났으나, 처리군에서는 >99%로 대부분 사멸되어, 처리장비의 성능을 검증할 수 있었다. 결과적으로 동계와 같이 낮은 생물현존량이 존재할 경우, 주간8시간 수행한 네트의 생물농축만으로는 USCG Phase II의 형식승인 기준인 500톤 탱크에 1.0 × 103 cells mL-1 이상으로 자연생물 개체수 밀도를 충족하기는 쉽지 않다는 것을 파악하였고, 이를 보안하기 위해서는 일정기간 자연생물을 대량 배양하는 시스템 도입이 필요할 것으로 판단된다.농축 조사는 중영양수계인 장목만과 부영양화수계의 마산만에서 동계에 수행하였다. 장목만과 마산만에서 1톤 기준으로 생물을 농축하였을 경우, 10-50 &micro m 크기 식물플랑크톤의 현존량은 4.7×104 cells mL-1 과 0.8×104 cells mL-1 로 관찰되었고, 농축생물의 생존율은 90.4%와 88.0%로 각각 나타났다. 특히 장목만에서는 Skeletonema costatum-like species같은 체인을 형성하는 소형 규조류가 극우점한 반면, 마산만에서는 Akashiwo sanguinea 와 Heterocapsa triquetra 와 같은 체인을 형성하지 않는 대형 와편모조류가 우점하였다. 이와 같은 우점종 세포크기의 차이로 장목만 농축효율이 마산만보다 높게 나타났다. BWTS 장비를 통과한 처리 당일 생물 사멸율은 장목만이 90.4%로, 마산만의 93%보다 약간 낮게 나타났고, 장목만에서 BWTS 처리 5일 경과 후,대조군의 대상생물의 사멸율은 6.7%로 나타났으나, 처리군에서는 >99%로 대부분 사멸되어, 처리장비의 성능을 검증할 수 있었다. 결과적으로 동계와 같이 낮은 생물현존량이 존재할 경우, 주간8시간 수행한 네트의 생물농축만으로는 USCG Phase II의 형식승인 기준인 500톤 탱크에 1.0 × 103 cells mL-1 이상으로 자연생물 개체수 밀도를 충족하기는 쉽지 않다는 것을 파악하였고, 이를 보안하기 위해서는 일정기간 자연생물을 대량 배양하는 시스템 도입이 필요할 것으로 판단된다.2

수중 청소로봇을 활용한 R/V 이사부호 수중제거 파생물에 대한 독성 영향 평가

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Relationship between environmental factors and variations characteristics of phytoplankton communities in Jangmok Bay, Southern Coast of Korea

장목만 식물플랑크톤 군집 변동 특성과 그 조절 인자를 파악하기 위해 2019년 1월부터 2020년 12월까지 총 101회 장목만 주간 관측을 실시하였다. 조사 기간 동안 수온은 평균 17.1 ± 6.5 ℃이며, 염분은 평균 31.5 ± 2.8 psu 값을 보였다. 아질산과 질산성 질소는 4.07 ± 5.85 μM, 암모니성 질소 2.58 ± 2.10 μM, 규산염 10.53 ± 9.87 μM, 인산염 0.63 ± 0.35 μM이며, 강우로 인해 염분이 30 psu 이하로 감소한 시기에는 아질산과 질산성 질소와 규산염 농도가 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 조사 기간 동안 전반적으로 규조류와 크기가 작은 은편모조류가 해역 내 환경 변화에 따라 교차 우점하는 경향을 보였으며, 규조류 중에서는 Chaetoceros spp., Eucampia zodiacus, Pseudo-nitzschia spp., Skeletonema spp. 등이 우점 출현하였다. 주요 분류군과 주요종들의 단주기적 변동과 환경요인과 상관성을 분석을 위해 군집 분석 CCA 분석을 수행한 결과, 조사기간 내내 높은 현존량 분포를 보였던 Chaetoceros spp. 와 Skeletonema spp. 는 영양염 농도 (규산염, 아질산과 질산성 질소)와 높은 상관성을 보였고, 와편모조류 및 크기가 작은 편모조류들은 2019년도 조사에서는 인산염 농도 증감에 의해 영향을 받는 것으로 나타났으나, 2020년도 조사에서는 환경인자들과 뚜렷한 상관성을 보이지 않았다. 광량 및 일조 시간등에 대한 추가적인 정밀 분석이 필요하지만, 장목만 식물플랑크톤 군집은 강우에 의한 만내 영양염 농도 증가에 의해서 영향을 받는 것으로 확인되었다.2

외해 해조류 조성 기술을 통한 기후위기 대응 해양기반의 지구공학기술 개발

파리기후변화협정에서 제시한 지구의 평균 기온을 산업화 이전 대비 2℃ 낮은 수준으로 유지하기 위해 국제사회는 2050년까지 탄소중립(온실가스 순 배출 Zero)을 달성해야하고, 이미 배출된 온실 가스는 효과적으로 제거해야만 한다. 현재 전 세계적으로 온실가스 저감 및 제거를 위한 다양한 방법들이 논의되고 있으며, 해양 분야에서도 국가별 혹은 통합적 국제 협력 프로그램을 통해 기후위기 대응을 위한 해양기반 지구공학기술들이 논의되고 있다(Ocean foams, Cloud seeding, Alkalinization, Iron fertilization, Artificial upwelling, Seaweed cultivation). 본 발표에서는 기후위기 대응 해양기반 지구공학적 기술 중 하나로 외해 해조류 조성을 통한 이산화탄소 제거 가능성을 검토해 보고자 하였다. 식물은 광합성 작용을 통해 대기나 수중의 이산화탄소를 바이오메스로 전환한다. 육상식물은 사멸 후 분해되는 과정에서 대기중으로 탄소가 방출되는 반면, 해조류를 비롯한 연안 습지 식물은 바이오메스 대부분이 토양에 퇴적되어 장기간 저장된다. 결과적으로 육상 대비 연안 생태계가 단위 면적당 최대 20배 이상의 탄소를 격리할 수 있게 된다. 하지만 연안 생태계는 인간의 산업활동 및 태풍, 지진, 해수면 상승등과 같은 자연재해로 탄소저장고가 훼손되어 저장되었던 많은 양의 탄소가 유출될 수 있다는 단점을 가지고 있다. 선행연구에서도 연안 습지 훼손으로 인해 매년 약 4억 5천만톤의 이산화탄소가 대기로 재 방출 되는 것으로 추산하고 있다. 또한 해조류는 환경변화에 민감하여 과거에 비해 서식밀도 및 면적이 대폭 감소하고 있는 추세이며, 이로 인해 온실가스 제거 능력이 크게 상실되고 있다. 우리는 안정적인 탄소 제거원 확보를 위해 연안이 아닌 외해에 해조류 조성 기술을 제안하고자 한다. 외해 해조류 조성은 해조류 바이오매스 기원의 탄소가 다양한 경로를 통해 영구격리의 높은 가능성을 갖기 때문에 가장 이상적인 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 외해 해조류 조성의 필요성, 조성 방식과 위치 선정 등에 관한 다양한 자료를 통해 하나의 기후위기 대응 지구공학기술을 제안하고자 한다.2

Characteristic distribution and community structure of phytoplankton in the different water masses during early summer of southern sea of Korea

To assess the short-term variation of summer phytoplankton community structure in the different water masses of stations on and off the southern coasts of Korea, phytoplankton and environmental factors were monitored from18 to 20 June 2009. According to multidimensional scaling (MDS) and cluster analysis based on the phytoplankton community of each station, the southern sea was divided into two groups. The first group was south-eastern stations of Jeju Island, which is strongly influenced by Kuroshio warm current. The second group was the station of along coastal area of southern sea, which was mainly comprised of Bacillariophyceae and Crytophyceae. Of these stations, on St.13 and 28 was formed a temperature front caused by different hydrological conditions. In particular, nutrients and Chl.a concentration in the two stations were significantly higher compared to those in the other stations, implying that the different water masses have brought phytoplankton population accumulation and triggered the micro-algal growth under the high nutrient concentrations. Our results support that phytoplankton community structure may have been influenced in a short-term scale by different water masses and currents in a broad region of southern sea area of Korea.1

Phytoplankton assemblages in ship&quots ballast water

We characterized the phytoplankton assemblages in ballast water from 25 vessels and sampled at 4 ports (Incheon, Kwangyang, Ulsan and Pusan) on the korea from April to December 2007. Phytoplankton samples collected from each vessel were fixed by lugols solution, and identified using a light microscopy. The number of phytoplankton species varied from 3 to 45 including 5 potentially harmful species. Bacillariophyceae was prominent compared to the rest of classes once the salinity of ballast water was higher than 27 psu. The habitants of fresh and brackish waters, such as Pediastrum sp. dominated ballast water samples taken from HOHEWEG and OPALACE which showed 2.4 psu and 0.6 psu respectively. Most phytoplankton identified were commonly found species in the coast and off shore of South Korea as most ship's ballast water were loaded from geographically neighboring countries around Asia. Therefore, further investigation of ship's ballast water from other continents is required to study the issues.2

Application of Luminescence Method to Distinguishing Live and Dead Marine Plankton (≥10 and <50um Organisms) for Type Approval of Ship

선박평형수를 통한 외래종 확산을 방지하기 위해 IMO에서는 국제선박평형수관리협약(D-2 regulation)제정하였으며, 2017년에 발효가 될 것으로 예측하고 있다. 이 협약에 따르면 대부분의 선박들은 선박평형수 처리시스템을 통해서 해양 생물을 사멸 또는 제거한 후 배출해야 하며, 이는 생물의 크기에 따라 서로 다른 생사판별법에 따라 이루어진다. 따라서 본 연구에서는 루미네선스(Luminescence) 방법이 ≥10 and <50um 크기 생물의 새로운 생사 판별 기법 적용 가능성 여부를 확인해 보고자 하였다. 루미네선스 분석을 위한 생사 판별용 시료는 2015년 7월 15일에 한국해양과학기술원 남해연구소 육상시험설비의 A 사 BWTS (Ballast Water Treatment System)장비를 가동해서 얻어진 시료를, 즉시 실험실로 이동하여 루미네선스와 형광현미경을 이용한 자가형광을 관찰하였다. 시작 실험 및 종료 실험시 육상 시험설비로부터 획득한 대조구와 처리구 시료에서 각각 자가형광관찰결과와 루미네선스 측정값을 비교해 보면, 대조구와 처리구 모두에서 기울기가 0.95 이상으로 거의 1에 가까운 값을 보임을 확인 할 수 있었으며, 자가형광관찰결과를 통해 세포의 수가 10 개 미만에서도 루미네선스를 이용한 측정이 가능한 것을 확인 할 수 있었다. 향후 추가적인 실험을 통해서 이러한 가정에 대한 검증을 필요로 하지만, 본 연구에서 루미네선스를 이용한 방법으로 10개체 미만이 식물플랑크톤 세포 측정도 가능함을 확인할 수가 있어서 향후 IMO 및 USCG 형식승인 시험 시 ≥10 and <50μm 크기의 생물의 새로운 생사판별 방법으로 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.거한 후 배출해야 하며, 이는 생물의 크기에 따라 서로 다른 생사판별법에 따라 이루어진다. 따라서 본 연구에서는 루미네선스(Luminescence) 방법이 ≥10 and <50um 크기 생물의 새로운 생사 판별 기법 적용 가능성 여부를 확인해 보고자 하였다. 루미네선스 분석을 위한 생사 판별용 시료는 2015년 7월 15일에 한국해양과학기술원 남해연구소 육상시험설비의 A 사 BWTS (Ballast Water Treatment System)장비를 가동해서 얻어진 시료를, 즉시 실험실로 이동하여 루미네선스와 형광현미경을 이용한 자가형광을 관찰하였다. 시작 실험 및 종료 실험시 육상 시험설비로부터 획득한 대조구와 처리구 시료에서 각각 자가형광관찰결과와 루미네선스 측정값을 비교해 보면, 대조구와 처리구 모두에서 기울기가 0.95 이상으로 거의 1에 가까운 값을 보임을 확인 할 수 있었으며, 자가형광관찰결과를 통해 세포의 수가 10 개 미만에서도 루미네선스를 이용한 측정이 가능한 것을 확인 할 수 있었다. 향후 추가적인 실험을 통해서 이러한 가정에 대한 검증을 필요로 하지만, 본 연구에서 루미네선스를 이용한 방법으로 10개체 미만이 식물플랑크톤 세포 측정도 가능함을 확인할 수가 있어서 향후 IMO 및 USCG 형식승인 시험 시 ≥10 and <50μm 크기의 생물의 새로운 생사판별 방법으로 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.2