영양염 증가에 따른 부유생태계 반응 모의 = FVCOM을 이용한 중형폐쇄생태계(Mesocosm) 자료 재현

국문 초록 (Abstract)

FVCOM을 이용하여 시화호의 부영양화 메소코즘 내 부유생태계 변화 현장실험 결과를 재현하였다. 용존산소는 부영양화된 연안의 지화학생태 반응 결정에 중요한 역할을 하는 요소이나 FVCOM에서는 이를 모의하지 않아 용존산소 모듈을 추가하였으며, 그 적용성을 확인하였다. 수질생태 관련 상태변수를 영양염, 식물플랑크톤(극미소, 미소, 소형), 동물플랑크톤(원생동물 2군, 중형동물플랑크톤), 쇄설성 유기물, 용존성 유기물, 박테리아 그룹으로 설정하고 경기만과 시화호에서 측정된 생물군 간 먹이 상관관계 자료를 기반으로 모델을 구성하였다. 영양염 증가에 따른 메소코즘 내 크기별 식물플랑크톤의 변화 특성과 실험 초기에 나타나는 < 20 μm 빈섬모충류 우점에서 scuticociliates로의 원생동물 천이 양상 등을 재현할 수 있었으며, 박테리아와 저산소의 영향을 파악하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Responses of plankton populations to nutrient enrichment in mesocosm experiments in Shihwa lake were simulated using FVCOM. Dissoloved oxygen module was added to the FVCOM to simulate impacts of its decreased levels. The ecological model included the major components of the pelagic ecosystem including nutrients, phytoplankton (pico-, nano-, micro-), zooplankton (two groups of protozoa, mesozooplankton), particulate organic matter, dissolved organic matter and bacteria, and was calibrated using trophodynamic data collected from Gyeonggi Bay and Shihwa Lake. The model was able to reproduce major responses of plankton populations to nutrient enrichment, including phytoplankton of different size groups, change of dominance of protozoa from < 20 μm oligotrichs to scuticociliates, and reponses to bacteria and low levels of dissolved oxygen in water column of the mesocosms.

참고문헌 (Reference)

1 김웅서, "해양생태계 연구를 위한 폐쇄생태계의 활용" 19 (19): 183-194, 2001

2 양은진, "인천 연안의 초가을 식물플랑크톤 대증식기에 식물플랑크톤과 종속영양 원생동물 군집의 단주기 변동" 한국해양연구원 29 (29): 101-112, 2007

3 양은진, "인천 연안 미소형 및 소형 동물플랑크톤의 생태학적 연구" 인하대학교 2001

4 김종구, "시화호의 배수갑문 운용에 따른 수질변화" 한국환경과학회 11 (11): 1205-1215, 2002

5 최중기, "시화호와 주변해역 식물플랑크톤의 대증식과 일차생산력에 관한 연구" 2 (2): 78-86, 1997

6 신재기, "시화호에서 무기영양염과 식물플랑크톤 동태" 33 (33): 109-118, 2000

7 해양수산부, "시화호 해양환경개선 연구용역" 755-, 2006

8 해양수산부, "시화호 해양환경개선 사업" 617-, 2005

9 해양수산부, "시화호 해양환경개선 사업" 686-, 2007

10 유정규, "시화호 중형동물플랑크톤 군집의 시공간적 변동" 한국해양연구원 32 (32): 187-201, 2010

11 백승호, "시화호 주변 부영양화 기수유역의 미소생물 군집의 계절적 변화" 한국하천호수학회 43 (43): 55-68, 2010

12 김형철, "수질관리를 위한 시화호의 환경용량 산정" 한국환경과학회 16 (16): 571-581, 2007

13 인하대학교 서해연안환경연구센터, "서해연안환경연구센터연구보고서" 426-, 2002

14 송규민, "생태계모델을 이용한 황해투기해역에서의 춘계 식물플랑크톤 대증식 연구" 한국해양연구원 29 (29): 217-231, 2007

15 이인철, "생태계모델을 이용한 동해 심층수 개발해역의 수질환경 변화예측" 한국해양공학회 22 (22): 34-41, 2008

16 김종구, "새만금 사업지구의 연안해역에서 부영양화관리를 위한 생태계모델의 적용 1. 해역의 수질 특성 및 저질의 용출 부하량 산정" 한국수산과학회 35 (35): 348-355, 2002

17 양은진, "경기만 수역에서 미세생물 군집의 계절적 변동 연구II. 미소형 및 소형 동물 플랑크톤" 한국해양학회 8 (8): 3-93, 2003

18 양은진, "경기만 수역에서 미세생물 군집의 계절적 변동 연구I. 박테리아와 종속영양 미소 편모류" 한국해양학회 8 (8): 5-57, 2003

19 Cerco, C.F, "Three-dimensional eutrophicationmodel of Chesapeake Bay" ArmyEngineer Waterways Experiment Station, 1994

20 Cerco, C.F, "Three-dimensional eutrophicationmodel of Chesapeake Bay" 119 (119): 1006-1025, 1993

21 Beaver, J.R, "The trophic response of ciliatedprotozoans in freshwater lakes" 27 (27): 246-253, 1982

22 Hansen, B., "The size ratiobetween planktonic predators and their prey" 39 : 395-403, 1994

23 Choi,J.K, "The grazing pressure of dominant copepods onphytoplankton and microbial food web in Gyeonggi Bay, theYellow Sea" 24-26, 2010

24 Choi, J.K, "The ecological study of phytoplanktonin Kyeonggi Bay, Yellow Sea. III. Phytoplankton composition,standing crops. tychopelagic plankton" 21 : 156-170, 1986

25 Turley, C.M., "Survival strategiesof two small marine ciliates and their role in regulating bacterialcommunity structure under experimental conditions" 33 : 59-70, 1986

26 Sherr, E.B., "Small,aloricate ciliates as a major component of the marine heterotrophicnanoplankton" 31 (31): 177-183, 1986

27 Hydroscience Inc, "Simplified mathematical modeling of waterquality" 127-, 1971

28 Gaudy, R., "Short term variations in feeding andmetabolism of Acartia tonsa (pelagic copepod) in the Berre lagoon(France)" 19 : 635-644, 1996

29 Yang, E.J., "Seasonal variation inthe community and size structure of nano- and microzooplanktonin Gyeonggi Bay, Yellow Sea" 77 (77): 320-330, 2008

30 Urrutxurtu, I., "Seasonal dynamics ofciliated protozoa and their potential food in an eutrophic estuary(Bay of Biscay)" 57 (57): 1169-1182, 2003

31 Lee, S.H, "Relationship between biovolumeand biomass of naturally derived marine bacterioplankton" 53 (53): 1298-1303, 1987

32 Bowie, G.L., "Rates, constants and kinetics formulations in surface waterquality modeling (second edition)" 455-, 1985

33 Thomann, R.V, "Principles of surfacewater quality modeling and control" Harper & Row 1987

34 Shen,J, "Optimal estimation of parameters for a estuarineeutrophication model" 191 : 521-537, 2006

35 Hamilton, R.D, "Observations on the continuousculture of a planktonic phagotrophic protozoan" 5 (5): 94-104, 1970

36 Kim, T., "Modelling water qualityand hypoxia dynamics in upper Charlotte Harbor, Florida, U.S.A.during 2000" 90 (90): 250-263, 2010

37 Bierman, V.J. Jr, "Modeling of phytoplankton-nutrient dynamics in Saginaw Bay, Lake Huron" 7 (7): 409-439, 1981

38 Seo, J.H, "In situ grazing pressure of Acartiahongi female (Copepoda: Calanoida) on phytoplankton in GyeonggiBay, Korea" 9 (9): 32-39, 2008

39 Ayo, B., "Grazing rates of diverse morphotypes of bacterivorousciliates feeding on four allochthonous bacteria" 33 (33): 455-460, 2001

40 Gretchen, C., "Feeding dynamicsof Acartia spp. copepods in a large, temperate estuary (SanFrancisco Bay, CA)" 257 : 139-158, 2003

41 Yang, E.J., "Feeding activity of the copepod Acartia hongi on phytoplankton and micro-zooplankton in Gyeonggi Bay, Yellow Sea" ACADEMIC PRESS LTD ELSEVIER SCIENCE LTD 88 (88): 292-301, 2010

42 Li, J., "Effects of differentdiets on the reproduction and naupliar development of the copepodAcartia bifilosa" 355 (355): 95-102, 2008

43 Banks, R.B, "Effect of wind and rain onsurface reaeration" 103 (103): 489-504, 1977

44 Jørgensen,S.E, "Ecological Modeling. An Introduction" WITPress 188-, 2009

45 Mellor, G.L, "Development of a turbulenceclosure model for geophysical fluid problem" 20 (20): 851-875, 1982

46 Chen,C.W, "Concepts and utilities of ecological models" 1085-1097, 1970

47 Dolan, J.R, "Changes in fine scale verticaldistributions of ciliate microzooplankton related to anoxia inChesapeake Bay waters" 5 (5): 81-93, 1991

48 Oviatt,C.A, "Biological considerations in marine enclosureexperiments: challenges and revelations" 7 (7): 45-51, 1994

49 Sherr, E.B, "Bacterivory and herbivory: keyroles of phagotrophic protists in pelagic food webs" 28 (28): 223-235, 1994

50 Chen, C., "An unstructured grid,finite-volume coastal ocean model: FVCOM User Manual, SecondEdition" SMAST/UMASSD 315-, 2006

51 Putt, M, "An experimentally determinedcarbon: volume ratio for marine “oligotrichous” ciliates from estuarineand coastal waters" 34 (34): 1097-1103, 1989

52 Park, K, "A threedimensionalHydrodynamic-Eutrophication Model (HEM-3D):Description of water quality and sediment process submodels" Virginia Institute of Marine Science, College ofWilliam and Mary 1995

53 Galperin, B., "A quasiequilibriumturbulent energy model for geophysical flows" 45 : 55-62, 1988