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유기농업 생태계로부터 담수 녹조류 분리 및 형태적 동정
김민정,심창기,김용기,홍성준,박종호,한은정,지형진,윤종철,김석철 한국유기농업학회 2014 韓國有機農業學會誌 Vol.22 No.4
본 연구는 유기농업에서 생물자원으로서 담수 클로렐라의 활용 가능성을 연구하고자 유기농 생태계로부터 담수 녹조류를 분리, 동정하고, 생물학적인 특성을 조사하였다. 조사 지역의 수온은 12.4~28.2℃, pH는 6.1~8.5이었다. 담수 녹조류를 분리할 때 고체배양법이 액체배양법보다 오염도가 낮고 분리 빈도가 높았다. 전국 9개 지역, 6개 담수 녹조류 서식처로부터 총 115개의 균주를 분리하였다. 담수 녹조류의 분리 및 배양을 위해 질소원으로는 NaNO3과 KNO3, 탄소원으로 Na2CO3를 사용하였고, macro media의 구성 성분 중 MgSO4 · 7H2O과 CaCl2 · 2H2O를 분리하여 제조한 BGMM(BG11 Modified Medium)배지를 고안하였다. 담수녹조류는 배양 후 4일째부터 급격히 흡광도가 증가하였고 8일째부터 흡광도가 감소하였다. 공시한 7개의 균주 중 CHK008 균주가 배양 7일째에 가장 높은 흡광도를 보였다. 담수 녹조류 배양에 적합한 BGMM 배지의 pH는 6~7이었고 조사되는 빛이 강할수록 생육이 증가하였으며 5종류 당류 중에서 Glucose와 Galactose를 첨가하였을 때 클로랄라의 생육이 좋았다. 순수 분리한 16개 녹조류 균주의 균총색은 녹색, 진녹색, 연녹색을 나타내었고, 11개의 균주가 형광현미경하에서 강한 형광 빛을 나타내었다. 녹조류 16개 균주의 형태적인 특징을 조사한 결과 C. vulgalis, C. sorokiniana, C. pyrenoidosa, C. kessleri, C. emersonii, and Chlamydomonas sp.의 2개 속 6개종으로 동정되었다. 담수 녹조류의 세포 크기는 종마다 다양한 변이를 보였다. 대부분의 담수 녹조류의 세포형태는 구형이었다. Chlamydomonas sp.는 타원형이었고 Chlorella sorokiniana는 구형과 타원형이 섞여 있었다. 6개 녹조류 종류 중 Chlamydomonas sp.를 제외한 모든 균주는 편모가 없었다. Chlamydomonas sp. 1개 균주와 C. sorokiniana 5개 균주는 세포에서 점질물을 분비하였다. This study aimed to isolate and identify freshwater algae from the organic agricultural ecosystems and investigate its biological characteristics to study the possibility of utilizing a biomass freshwater algae in organic farming. In the survey area, average water temperature was 12.4~28.2℃ and the pH ranges were from 6.1 to 8.5. The solid culture method is more suitable than liquid culture method for isolation of freshwater algae with lower contamination level and higher isolation frequency. A total of 115 strains were isolated from six freshwater algae habitats in nine regions in Korea. BGMM (BG11 Modified Medium) amended with NaNO3 and KNO3 as a nitrogen, and Na2CO3 as carbon source was designed to isolate and culture freshwater algae. Absorbance of freshwater algae culture has increased dramatically to four days and decreased after eight days after inoculation. CHK008 of the seven isolates showed the highest absorbance in seven days after culturing in BGMM. The optimal pH of BGMM for culturing freshwater algae was pH 6-7. As light intensity increased, growth of freshwater algae increased. Among the five kinds of carbon sources, glucose and galactose promoted good growth of freshwater algae in BGMM. The colony color of purified 16 green algae isolates showed a separation of green, dark and light green, and of them, eleven algae strains showed a strong fluorescent light under fluorescence microscopy. Cell size of the green algae showed a wide range of variation depending on the species. General morphology of the green algae strains was spherical. Chlamydomonas sp. was elliptical, and Chlorella sorokiniana was ellipsoidal and cylindrical. All strains of the green algae except for Chlamydomonas sp. did not have flagella. One isolate of Chlamydomonas sp. and five isolates of C. sorokiniana secreted mucus. Sixteen isolates of 16 green algae were identified as two family and six species, Chlorella vulgalis, C. sorokiniana, C. pyrenoidosa, C. kessleri, C. emersonii, and Chlamydomonas sp. based on their morphological characteristics.
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위성영상을 활용한 2023년 소양호 녹조 현상 관측 및 분석
박성재 ( Sungjae Park ),이슬기 ( Seulki Lee ),( Suci Ramayanti ),박은석 ( Eunseok Park ),이창욱 ( Chang-wook Lee ) 대한원격탐사학회 2023 大韓遠隔探査學會誌 Vol.39 No.5
본 연구에서는 1973년 완공된 소양호에 처음으로 발생한 녹조현상에 대하여 위성영상을 사용하여 분석하였다. 연구자료는 2023년 7월부터 약 2개월간의 광학영상 13장을 사용하였으며, 소양호에 발생한 녹조의 면적을 산출하였다. 정확한 녹조 발생 면적을 산출하기 위하여 support vector machine 알고리즘 기반으로 영상분류를 수행하였다. 그 결과 소양호의 녹조는 녹조 발생을 유발하게 한 불순물이 유입된 지점을 중심으로 발생하였다. 2023년 8월 태풍 카눈의 효과로 일시적으로 감소하는 듯 보였으나 지속된 더위로 인해 다시 녹조가 증가하였다. 본 연구결과는 소양호는 수도권 주요 수원지 중 하나로 반복적인 녹조 발생을 대비해야 하는 점을 시사한다. In this study, we used satellite images to analyze the green algae phenomenon that first occurred in Soyang-ho, which was completed in 1973. The research data used 13 optical images over a period of about 2 months from July 2023, and the area of green algae that occurred in Soyang-ho was calculated. To calculate the exact area where green algae occurred, image classification was performed based on the support vector machine algorithm. As a result, green algae in Soyang-ho occurred around the point where the impurities that caused the green algae were introduced. It seemed to temporarily decrease due to the effects of Typhoon Khanun in August 2023, but green algae increased again due to the continued heat. Soyang-ho is one of the major water sources in the metropolitan area, suggesting that we must prepare for repeated green algae outbreaks.
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이권호 ( Kwon Ho Lee ),이소현 ( So Hyun Lee ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.3
최근 해양에서 부유성 녹조류(Floating Green Algae)의 확산이 보고되고 있으나, 기존의 현지 관측이나 실험실에서의 화학적 분석으로는 정확하고 주기적인 광역 감시에 한계가 있다. 이에 반해 녹조에 포함된 엽록소의 광학특성에 기인한 분광 반사도 측정은 부유성 녹조에 대한 정보를 비교적 빠르고 정확하게 획득하는 것이 가능하다. 본 연구의 목적은 최근 서해에서 발생한 부유성 녹조류의 분광 반사도 특성을 알아보고, 인공위성 영상으로부터 부유성 녹조를 탐지하기 위한 방법으로서 비교적 간단한 파장별 반사도 비율을 이용한 부유성 녹조 지수(Floating Green Alage Index; FGAI)를 개발하는 것이다. 500m 공간 해상도를 가지는 MODIS와 천리안 GOCI 영상자료를 이용하여 서해안의 녹조 현상이 발생하였던 기간을 대상으로 적색 밴드(660nm)와 근적외 밴드(860nm)의 비를 이용한 부유성 녹조 지수를 분석한 결과는 녹조 현상에 대한 조류의 탐지 가능성을 증명하였다. 특히, 매 시간별 GOCI 관측 자료는 저궤도 위성보다 상세한 녹조의 감시가 가능함을 알 수 있었다. Recently, floating green algae (FGA) in open oceans and coastal waters have been reported over wide area, yet accurate detection of these using traditional ground based measurement and chemical analysis in the laboratory has been difficult or even impossible due to the lack of spatial resolution, coverage, and revisit frequency. In contrast, spectral reflectance measurement makes it possible to quickly assess the chlorophyll content in green algae. Our objectives are to investigate the spectral reflectance of the FGA observed in the Yellow Sea and to develop a new index to detect FGA from satellite imagery, namely floating green algae index (FGAI), which uses relatively simple reflectance ratio technique. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) satellite images at 500m spatial resolution were utilized to produce FGAI which is defined as the ratio between reflectance at 860nm and 660nm bands. Both FGAI results yielded reasonable green algae detection at the regional scale distribution. Especially houly GOCI observations can present more detaield information of FGAI than low-orbit satellite.
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DO 센서와 라즈베리파이 카메라를 활용한 아두이노와 OpenCV기반의 이동식 녹조제거장치에 관한 연구
김민섭,김예지,임예은,황유성,백수황 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.4
In this paper, using Raspberry Pi camera and DO (Dissolved Oxygen) sensor, we implemented an algae removal device that recognizes and removes algae existing in water. The Raspberry Pi board recognizes the color of green algae by converting the RGB values obtained from the camera into HSV. Through this, the location of the algae is identified and when the amount of dissolved oxygen‘s decrease at the location is more than the reference value using the DO sensor, the algae removal device is driven to spray the algae removal solution. Raspberry Pi's camera uses OpenCV, and the motor movement is controlled according to the output value of the DO sensor and the result of the camera's green algae recognition. Algae recognition and spraying of algae removal solution were implemented through Arduino and Raspberry Pi, and the feasibility of the proposed portable algae removal device was verified through experiments.
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변규덕(Kyu Deok Byeon),김가영(Ga Young Kim),이인주(Inju Lee),이새로미(Saeromi Lee),박재로(Jaeroh Park),황태문(Taemun Hwang),주진철(Jin Chul Joo) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.7
실제 하천과 호소에서 적용된 상용화된 28개 조류저감기술의 현장적용 자료를 조사하고, 이를 평가(evaluation)․분석(analysis)하여 분류(classification)하였다. 분류 기준은 공법구분, 적용 수체의 유속, 적용 시점의 3가지 기준에 의해 분류하였으며, 각 조류저감기술은 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 기준으로 평가를 실시하였다. 공법 원리별로 분류 시 물리적 공법이 32.2%, 화학적 공법이 25%, 생물학적 공법이 21.4%, 복합처리 공법이 21.4%를 차지하였다. 조사된 조류저감기술의 75%는 유속 0.2 m/s 이하의 정체된 호소, 저수지, 소형 하천을 대상으로 적용되었다. 가압부상장치와 컨베이어 벨트 및 탈수장치를 탑재한 이동식 녹조제거선과 광물기반 천연 부유응집제 기술이 타 기술 대비 현장 적용성은 우수한 것으로 조사되었다. 발생현장에 적합한(site-specific) 맞춤형 조류저감기술의 도입은 pilot 규모의 장ㆍ단기 운전을 통해 효율을 검증 후 최종 도입하는 것이 바람직하다. 또한, 회수된 조류 바이오매스를 생물 자원화를 통해 에너지 회수형 조류저감기술 등의 신속한 개발 및 보급이 필요하다. Commercial 28 algae removal technologies that have been applied in domestic rivers and lakes with green tide were investigated, analyzed and classified. The classification of algae removal technologies was based on the three criteria (i.e., principle, flow rate of water body, and application period). Also, algae removal technologies were evaluated in terms of cost effectiveness, field applicability, effect durability, and eco friendliness. From the analysis results, technologies using physical, chemical, biological, and convergent controls were 32.2%, 25%, 21.4%, and 21.4%, respectively. The 75% of technologies have been applied to stagnant water body (≤0.2 m/s). Also, algae harvesting ship with dissolved air flotation, conveyor belt and filtration processes and natural floating coagulant were found to have better field applicability, compared to other technologies. However, proper algae removal technology in specific rivers and lakes should be chosen after the evaluation of long-term pilot scale field test. Also, development of energy and resource recovery technologies from algae biomass is warranted.
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고정익 무인비행기를 이용한 수계 내 녹조 모니터링 연구
박정일(Jung-Il Park),최승영(Seung-Young Choi),박민호(Min-Ho Park) 한국지능시스템학회 2017 한국지능시스템학회논문지 Vol.27 No.2
본 연구는 지속적으로 수계 내 녹조를 모니터링할 수 있도록 고정익 무인비행기에 멀티스펙트럴 센서를 탑재시켜 금강유역의 하천을 촬영하고, NDVI 분석을 수행함으로써 수계환경을 효율적으로 관리하는 것을 목적으로 하고 있다. 연구대상지역은 금강 유역의 백제보 인근이며, 연구수행에 사용된 데이터는 녹조 발생 초기인 2016년 7월에 촬영된 영상이다. 데이터 처리과정으로서, Pix4D 소프트웨어를 이용하여 NDVI 영상을 생성하는 작업을 수행하였다. 생성된 NDVI 영상을 클로로필 실측값과 비교하여 관계식을 도출하고 영상 수치 변환 작업을 수행하였다. 그 결과 실측값이 반영된 클로로필 영상을 추출할 수 있었으며, 앞으로 수계환경관리를 위한 녹조 관측 및 모니터링, 그리고 재해예방 측면에서 무인비행기를 이용한 클로로필 정보 취득은 매우 유용할 것으로 판단된다. The primary purpose of this study is to determine NDVI analysis methodologies for green algae monitoring system. A fixed wing UAV integrated with multi-spectral sensor has been adopted to capture the images along the watershed in Gumgang River. The study area was near the Baekje water reservoir and the images aws captured on July 2016. Pix4D Mapper Pro was used to process the captured images. Through the comparison actual chlorophyll measurement values with NDVI output image, empirical formula was suggested and geo-loctiaonal conversion was carried out. As a result of this study chlorophyll image set applied to actual measurement values was able to extracted. For the efficient management of green algae, its monitoring and prevention in terms of disaster management, gathering chlorophyll information using UAV is very beneficial.
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수륙양용드론을 활용한 수질측정 및 DO, 온도에 따른 Chl-a 예측식 개발
김수현,홍성철,이병인,장성호,서정민,시바쿠마르,박제성,정은상 한국도시환경학회 2019 한국도시환경학회지 Vol.19 No.2
최근 몇 년간 하천에서의 부영양화가 심해짐에 따라 녹조가 발생하며 수질에 큰 영향을 미치고 있다. 우리나라 수자원의 대부분은 하천에서 비롯되기 때문에 오염을 방지하기 위해 원인을 사전에 예측하고 예방하는 것이 중요하다. 현재 하천에서 Chl-a의 수를 파악할 수 있는 공정은 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 온도와 DO에 따른 Chl-a의 성장률을 비교하고 관계식을 개발해 UV 흡광도 값만으로 Chl-a의 수를 예측할 수 있도록 하였다. 관계식을 개발하기 위해 실험실 내부의 항온수조에서 실험을 진행하였으며 온도와 DO 조건은 2016년 수질 자료를 참고해 설정하였다. 배양 실험을 통해 Chl-a는 DO 조건에 상관없이 27oC에서 모두 원활한 성장을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 관계식을 통해 복잡한 실험을 거치지 않고 DO, 온도, UV 흡광도 값을 예측할 수있었다. As the eutrophication in rivers becomes serious, the green algae bloom has also a great influence on the water quality in recent years. In South Korea, since most of the water resources come from rivers, it is important to predict and prevent the causative phenomena beforehand in order to prevent contamination of water resources. In order to know the number of Chl-a in the current stream, the process is complex and time-consuming. To solve these problems, this study compared the growth rate of Chl-a by temperature and DO and developed a formula that can predict the number of Chl-a by using the UV absorbance value. Culturing for developing formula were conducted inside a constant temperature chamber, and the temperature and DO conditions were determined by referring to river water quality of 2016. Culturing showed that Chl-a grew equally well at a temperature of 27oC under all DO conditions. Also, by developing formula that can predict the number of Chl-a using DO, temperature and UV absorbance values, so that can know the number of Chl-a without doing complex experiment.
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수계에서 수질항목과 조류증식의 영향인자인 Chl-a와의 상관관계 분석
이현주 ( Hyun-joo Lee ) 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.4
본 연구는 경기도 G호수를 대상으로 한 수계에 각 지천으로부터 유입되는 유입수의 수질이 호수의 수질 및 조류증식에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수행하였다. 수질오염항목 27개를 측정하고, Chl-a, Microcystin, 식물성 플랑크톤 조사도 함께 실시하였다. 조사지점은 각 지천으로부터 호수로 유입되는 하천 6개, 호수 5개인 총 11개 지점의 수질을 채취하여 측정 평가하고, 조류 서식의 원인 물질인 식물성 플랑크톤 및 Chl-a, Microcystin의 증식과 각 수질항목과의 상관관계를 분석하였다. 하천에서의 수질항목과의 상관성을 보면 BOD는 T-N(0.7688), NO<sub>3</sub>-N(0.7168), TOC(0.6884)의 상관성이 높게 나타났으며, 호수에서의 각 수질항목과의 상관성은 BOD와 Chl-a의 상관성이 0.9854로 높은 것으로 나타났다. 그 다음이 COD(0.9692) 순으로 나타났고 특히 호수 내에서 Chl-a와 BOD의 상관성은 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서 호수 유역 내 수질향상, 녹조류 서식방지 및 예방을 위해서는 오염총량관리제도와, 각 지천으로부터 유입되는 유입수, 하수처리장 및 산업폐수처리 배출수 관리가 철저해야 할 것으로 판단되었다. The purpose of this study was to investigate the effect of algal growth and water quality of influent water into G-Lake from each branches river. Twenty-seven water quality items were measured and Chl-a, Microcystin and phytoplankton were also surveyed. The sampling sites were obtained by measuring and evaluating the water quality of total 11 sites from 5 in lakes and 6 sites entering the lake from each branches river. The growth rate of phytoplankton and Chl-a, Microcystin, And correlated with the correlations between the BOD water quality items and Chl-a the showed that the correlation between TN (0.7688), NO<sub>3</sub>-N (0.7168) and TOC (0.6884) was very high level BOD(0.9854) and next COD (0.9692). In particular, the correlation between Chl-a and BOD was highest in the lake. The next interaction existed a coefficient of correlation COD(0.9692). It is necessary to control discharge water of sewage and wastewater from industries facilities & watershed management system such as TMDLs for improvement in G-lake water quality. Therefore, in order to improve the water quality in the lake watershed, to prevent and alleviate the growth of green algae, the total amount of pollution management system and influent water, sewage treatment plant and industrial wastewater treatment effluent from each branches river should be thoroughly managed.
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