Nutrients Auto Analyser Quality Control

수중 영양염을 동시에 분석 할 수 있는 자동분석기인 QuAAtro(SEAL - Analytical, Inc.,) 정도관리를 위해 한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터는 Standard Operating Procedure(SOP)를 작성하고 이에 따라 분석을 수행한다.분석 항목에 따라요구되는 분석절차가 다르며 SOP는 시약제조, 시료전처리, 시료 보관, 분석 시 주의사항, 표준용액 제조, 품질관리(Quality control)등을 포함하고 있다.품질관리에 이용된 방법으로 검량선 결정계수(coefficient of determination), 검출한계(Method detection limit), 정확도(Accuracy), 바탕방법 시료(Method blank)등을 분석 시 확인한다.인증 표준물질(Certified reference aterial)은 정확도를 평가한다. 분석 시 동일 미지 시료를 중복측정(duplicate)하여 시료 측정의 정확도를 확인한다. 운영점검표를 분석시 시작과 종료 시점에 작성한다.한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터에서 2017년 분석한 시료의 개수는 약7400 개였고, 각 항목 별 검량선의 결정계수 약 0.9990 이상, 인증 표준물질의 정확도는 약 90 % 이상을 나타내었다.구되는 분석절차가 다르며 SOP는 시약제조, 시료전처리, 시료 보관, 분석 시 주의사항, 표준용액 제조, 품질관리(Quality control)등을 포함하고 있다.품질관리에 이용된 방법으로 검량선 결정계수(coefficient of determination), 검출한계(Method detection limit), 정확도(Accuracy), 바탕방법 시료(Method blank)등을 분석 시 확인한다.인증 표준물질(Certified reference aterial)은 정확도를 평가한다. 분석 시 동일 미지 시료를 중복측정(duplicate)하여 시료 측정의 정확도를 확인한다. 운영점검표를 분석시 시작과 종료 시점에 작성한다.한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터에서 2017년 분석한 시료의 개수는 약7400 개였고, 각 항목 별 검량선의 결정계수 약 0.9990 이상, 인증 표준물질의 정확도는 약 90 % 이상을 나타내었다.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

Characteristics of Dissolved Organic Matter and Salinity in the Surface Water of Jangmok Bay by Opening Experiment of Nakdong River Estuary Bank

본 논문은 2019년과 2020년에 실시한 낙동강 하굿둑 개방에 따른 장목만 표층수의 염분과 용존유기물 특성을 연구하였 다. 조사기간 동안 장목만 평균 염분농도는 31.5 ± 2.77 psu로 나타났다. 조사기간 동안 장목만의 평균 SUVA의 값은 1.23으로 대부분 비 휴믹 용존물질로 생분해성, 친수성을 가지며 분자량이 작은 수중기원의 용존유기물질로 추정되는 값을 나타내었다. 2020년 6월부터 7월까지 약 1개월 동안 하굿둑 개방이후 장목만 표층 SUVA의 값이 3.62로 기존의 장목만의 SUVA값에 비해 약 3배 증가하였다. SUVA는 염분과 높은 음의 상관관계(r=-0.6784, p<0.001),를 나타내었고,fDOM 센서로 측정한 휴믹 용존물질은 염분과 더욱 명확한 음의 상관관계를 나타내었다(r=-0.8428, p<0.001). 육상기원 의 휴믹물질의 증가로 인해 낙동강 하굿둑 개방 실험은 장목만 표층수에 영향을 미쳤다고 판단된다.2

여름철 남해 연안에 위치한 만의 물리 화학적 환경 특성

남해안에 속해 있는 마산만, 고현만, 사천만, 광양만, 가막만, 여자만 그리고 보성만을 7월 30일부터 8월 7일까지 여름철 환경 조사를 하였다. 표층 수온은 조사 지역에 따른 차이를 크게 보이지는 않지만, 저층 수온은 마산만과 고현만이 뚜렷하게 다른 지역보다 낮게 나타나 이 두 지역은 다른 지역보다 여름철 성층 이 강하게 형성되었다. 조사 지역의 표층 무기질산염의 농도는 섬진강의 영향을 받는 광양만 내만을 제외하고 대부분에 지역에서 1μM 이하의 낮은 값을 보였다. 인산염은 남해 동중부는 만의 내만에서 농도가 높았고, 외만에서는 제한되는 경향을 보였으며, 남해 서부 지역에 위치한 만에서는 내만과 외만 모두에서 대부분 낮은 농도를 나타내었다. 저층의 영양염 농도는 비교적 표층에 비해 높은 값을 나타내며, 이는 저층에서의 유기물 분해에 의한 재영양염화로 이해할 수 있다. 특히 저산소층이 뚜렷하게 나타나는 마산만과 고현만의 저층의 농도가 높게 나타났다. 엽록소-a 농도는 마산만과 여자만 내만에서 높은 값을 보였다. 일부 외만에서도 높은 값이 관측되었으며, 이는 올 여름 남해 동중부에서 확산된 적조 현상과 관련된 것으로 보인다.지역보다 낮게 나타나 이 두 지역은 다른 지역보다 여름철 성층이 강하게 형성되었다. 조사 지역의 표층 무기질산염의 농도는 섬진강의 영향을 받는 광양만 내만을 제외하고 대부분에 지역에서 1μM 이하의 낮은 값을 보였다. 인산염은 남해 동중부는 만의 내만에서 농도가 높았고, 외만에서는 제한되는 경향을 보였으며, 남해 서부 지역에 위치한 만에서는 내만과 외만 모두에서 대부분 낮은 농도를 나타내었다. 저층의 영양염 농도는 비교적 표층에 비해 높은 값을 나타내며, 이는 저층에서의 유기물 분해에 의한 재영양염화로 이해할 수 있다. 특히 저산소층이 뚜렷하게 나타나는 마산만과 고현만의 저층의 농도가 높게 나타났다. 엽록소-a 농도는 마산만과 여자만 내만에서 높은 값을 보였다. 일부 외만에서도 높은 값이 관측되었으며, 이는 올 여름 남해 동중부에서 확산된 적조 현상과 관련된 것으로 보인다.2

The effects of chemical additives on the production of disinfection byproducts and plankton mortality in simulated ballast water

전기분해를 이용한 선박평형수 처리 모의실험에서 용존유기탄소(DOC)에 따라 생성되는 소독부산물(DBPs)의 변화와 이 결과가 Artemia franciscana 생존률에 미치는 영향을 알아보았다. 전기분해-염소처리에서 10ppm TRO의 동일 조건과 Day0와 Day5일 때 첨가된 DOC의 종류에 따른 DBPs가 측정 되었고 Day0에서 THMs는 119 ug/L의 Meta-mucil(tea), HAAs는 94.8 ug/L의 Sodium citrate, Day5에서 THMs 13,624 ug/L, HAAs 6,765 ug/L의Sodium citrate가 다른 DOC 첨가물 보다 많은 DBPs가 생성 되었다. Artemia franciscana의 생존률을 보기위해 2ppm TRO의 동일 조건에서 Day0와 Day1에서 진행 되었고, Day 1에서 Artemia franciscana의 생존률은 Methylcellulose, Lignin, Sodium acetate에서 나머지 다섯 DOC 첨가물에 비해 유의하게 생존률이 높았다. 실험 결과 용존유기탄소 첨가물의 종류에 따라 처리 후 Artemia franciscana의 다른 생존률을 보였다. 이는, 선박평형수 처리장치 성능검증에서 특정 용존유기탄소 첨가물에 따라 평가 시험에 영향을 줄 것으로 사료된다.2

활성물질로 해양 식물플랑크톤을 사멸시킬 때 발생하는 소독부산물 형성에 대한 연구: 선박평형수처리

국가 간 선박이동으로 배출되는 선박평형수 내 해양생물은 지역 해양생태계를 교란하고 인간의 건강 및 수산산업에 큰 피해를 유발하였다. 이를 방지하기 위해, 국제해사기구는 모든 선박에 대해 2024년 9월까지 선박평형수 내 생물을 사멸시킬 수 있는 선박평형수처리장치(BWMS)의 설치 및 운용을 의무화하도록 협약을 발효하였다. 최종승인 된 BWMS의 약 85%가 활성물질(AS)을 이용하여 생물을 사멸시키는 기술을 사용하고 있다(IMO 2021). 그러나 AS는 수중 내 용존유기물질과 결합하여 소독부산물(DBPs)을 생성하고 해양 생태계에 부정적 영향을 줄 수 있다. 식물플랑크톤은 사멸 시 유기물질을 방출하고 AS와 결합하여 DBPs를 형성하기 때문에 DBPs의 주요 전구체로 평가받는다. AS를 사용하는 BWMS 시스템은 IMO G9 기준에 따라 위해성 평가가 실시되며, 시험수 내 10 μm에서 50 μm 크기 생물의 농도 기준은 ≥1,000 cells/mL을 충족하여야 한다. 그러나 이는 항만의 식물플랑크톤 농도 조건과 다양한 식물플랑크톤의 특성을 반영하지 못한다. 따라서 본 연구는 첫째, 국내 및 해외 연안 해역에서 자주 발견되는 Skeletonema costatum을 선택하여 IMO 형식승인 시험 생물 농도 기준인 ≥1,000 cells/mL (T1)과 약 50,000 cells/mL (T2)에서 염소소독 시 형성되는 DBPs농도, 구성 및 조류 성장 저해 시험(EC50)을 실하였다. 그리고 BWMS 형식승인 시 시험수 생물로 많이 사용되었던 Tetraselmis sp.와 국내 연안 항만에서 대발생 시 발견되었던 식물플랑크톤 6종(Amphora coffeaeformis, Akashiwo sanguine, Chaetoceros ceratosporum, Chaetoceros pseudocrinitus, Cylindrotheca closterium, Skletonema costatum)을 FT-IR로 측정하고 각각의 유기물 특성 비교하였다. 결과적으로, 염소처리 시 생물 밀도가 높고 반응 시간이 긴 경우 탄소계 DBPs인 Trihalomethanes (THMs)와 Haloacetic acids (HAAs)의 농도가 증가하였으며, 이들 물질은 EC50과 높은 음의 상관관계를 보였다(THMs; r=―0.978, HAAs; r=―0.935). 반면, 생성된 DBPs 중 낮은 성분비(<4%)를 차지하는 질소계 DBPs인 Haloacetonitriles (HANs) 농도는 시간이 지남에 따라 감소하였으나, T2가 T1에 비해 감소율(T1;83%, T2;30%)이 낮았다. 그리고 각 식물플랑크톤에서 측정된 FT-IR의 Second derivatives결과는 식물플랑크톤마다 스펙트럼 차이를 나타내었다. 특히, 해양 식물플랑크톤들은 녹조류인 Tetraselmis sp.에 비해 Amide I, II 피크가 두드러졌다. 이러한 결과는 AS 처리 후 식물플랑크톤이 분해되는 동안 생성되는 DBPs 구성이 달라 질 수 있다고 판단된다. 그리고 향후 항만에 대발생하는 식물플랑크톤 종 및 유기물 특성에 따라 생성되는 DBPs의 특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.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

남해 동부해역의 수온 전선 및 수층혼합층 변화에 따른 부유생태계의 계절적 변화

본 연구지역인 대한해협은 대마난류가 연중 유입되는 곳이며 여름철에는 남해안 연안수와 장강희석수가 유입되는 곳이다. 대마난류에 영향을 주는 수괴는 주로 여름철에는 타이완 난류이며, 가을철에는 쿠로시오 해류에서 분주된 수괴의 영향을 받는다. 영양염 농도는 겨울철 수층혼합으로 인해 전 수층에서 높은 영양염 농도를 보이는 반면, 봄철에 식물플랑크톤에 의해 소비되어 전제 수층에서 낮은 값을 보인다. 여름철과 가을철에는 상층부는 영양염이 고갈된 반면 성층이하에는 영양염 농도가 집적되는 경향을 보인다. 봄철 식물플랑크톤 대발생은 3월에 나타났으며 이는 봄철에 바람의 강도가 약해지면서 수층혼합이 겨울철보다 약해져 수층안정도가 증가하면서 발생하는 것으로 추정된다. 2012년 9월과 10월 가을철 엽록소-a 농도가 다른 연도에 비해 높으며, 특히 외해에 위치한 정점 M과 P는 봄철 엽록소-a 농도보다 높은 값을 보였다. 이는 태풍에 의한 수층혼합층(Mixed layer depth)이 더 깊어짐으로써 여름철 성층아래에 존재하던 영양염이 상층부로 이동하면서 식물플랑크톤의 성장이 촉진된 것으로 파악된다. 영양염 공급이 이루어진 시기에는 규조류가 우점하였고, 영양염이 고갈되는 시점에서는 와편모류가 우점하였다. 규조류 종중에서 Chaetoceros spp와 Skeletonema costatum-like spp.가 주로 우점하였으며, S. costatum-like spp.는 겨울철 수층혼합이 강하게 이루어지는 12월에 우점하였다. 와편모류는 정점 R에서 5월에 Scrippsiella trochoide, 10월에 Ceratium furca가 우점한 반면, 정점 M은 여름철에 Gymnodium spp.와 Gyrodinium spp.이 우점하였다. 향후 기후변화는 대마난류의 연변화 및 계절적 변화에 영향을 줄 수 있고, 또한 가을철 MLD의 변화에도 관여할 수 있는 것으로 보고되고 있어 본 연구 지역의 계속적인 모니터링은 향후에 기후변화에 따른 우리나라 연안의 생태계 변화를 예측하는데 중요한 기본 자료를 제공할 것이다.2

Ballast water namagement system using CO2 and electrolysis

한국해양과학기술

Dynamics of Noctiluca scintillans Blooms: A 20-Year Study in Jangmok Bay, Korea

This 20-year study (2001–2020) conducted in Jangmok Bay, Korea, assessed the intricate relationships between environmental factors and Noctiluca scintillans blooms. Granger causality tests and PCA analysis were used to assess the impact of sea surface temperature (SST), salinity, dissolved oxygen (DO) concentration, wind patterns, rainfall, and chlorophyll-a (Chl-a) concentration on bloom dynamics. The results revealed significant, albeit delayed, influences of these variables on bloom occurrence, with SST and salinity exhibiting a notable 2-month lag in their impact. Moreover, changing wind dynamics critically affected bloom distribution and intensity. The PCA demonstrates how SST and wind speed during spring and summer, along with wind direction and salinity in winter, significantly impact N. scintillans blooms. We noted not only an increase in large-scale N. scintillans blooms but also a cyclical pattern of occurrence every 3 years. These findings underscore the synergistic effects of environmental factors, highlighting the complex interplay between SST, salinity, DO concentration, and weather conditions to influence bloom patterns. This research enhances our understanding of harmful algal blooms (HABs), emphasizing the importance of a comprehensive approach that considers multiple interconnected environmental variables for predicting and managing N. scintillans blooms.2