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동해 남부 해역 퇴적물과 저층 해수 세균 군집 조성의 계절적 변화 연구
최동한,김병모,최태섭,이정석,노재훈,박영규,강성길,Choi, Dong Han,Gim, Byeong-Mo,Choi, Tae Seob,Lee, Jung-Suk,Noh, Jae Hoon,Park, Young-Gyu,Kang, Seong-Gil 한국해양학회 2014 바다 Vol.19 No.2
해양 환경에서 세균은 다양한 생지화학적 순환에 있어서 중요한 역할을 수행하고 있으며, 그들의 다양성에 대한 정보는 생태계에서 세균의 생지화학적 기능을 이해하는데 중요하다. 본 연구는 $CO_2$ 해양지중저장의 후보지인 동해 남부해역의 표층 퇴적물과 퇴적물 위의 저층 해수에서 최신 연구 기법인 pyrosequencing을 통하여 세균의 계절적 다양성을 분석함으로써, 동해 퇴적물 세균상의 특성을 이해하고자 하였다. 퇴적물에서는 대부분의 시기에 Gammaproteobacteria가 우점한 반면, 저층 해수에서는 Alphaproteobacteria가 우점하여 두 서식처에서 세균의 다양성은 큰 차이를 보였다. 또한 속 수준의 다양성 분석에서도 저층 해수에서는 대부분의 시기에 SAR11 그룹에 속하는 Pelagibacter가 가장 우점한 반면, 퇴적물 시료에서는 Gammaproteobacteria에 속하는 미동정 속이 가장 우점하였다. 그러나 두 서식처 모두에서 5% 이상의 점유율을 보인 속의 수는 10 속 미만으로 소수였으며, 낮은 점유율을 갖는 많은 종류의 세균들이 군집 내에 공존하는 공통적인 특성이 나타났다. 본 연구의 세균 다양성 연구는 동해 저층 해수 및 퇴적물의 세균 다양성에 대한 특성의 이해와 더불어 $CO_2$ 해양지중저장 사업의 진행에 따른 세균의 다양성 및 기능 변화에 대한 사전 자료 및 해역이용영향평가 배경 자료로 활용될 수 있을 것이다. Bacteria play an important role in biogeochemical cycles in marine environments and their functional attributes in ecosystems depend primarily on species composition. In this study, seasonal variation of bacterial diversity was investigated by pyrosequencing of 16S rDNA in surface sediment and overlying seawater collected in the south East Sea, planned for the site of $CO_2$ sequestration by the carbon capture and storage (CCS) project. Gammaproteobacteria was dominant in the sediment in most seasons, whereas Alphaproteobacteria was a most dominant group in the overlying water. Thus, the bacterial diversity greatly differ between sediment and seawater samples. On the genus level, bacterial diversity between two habitats was also different. However, the number of genera found over 5% were less than 10 in both habitats and the bacterial community was composed of a number of diverse minor or rare genera. Elevation of $CO_2$ concentration during a $CO_2$ storage process, could result in change of bacterial diversity. Thus, this study will be very useful to access the effect of $CO_2$ on bacterial diversity and to predict functional change of the ecosystem during the process of CCS project.
한국 동해 남부해역 대륙붕에 서식하는 대형저서동물군집 공간분포를 결정하는 환경요인
이정호,이정석,박영규,강성길,최태섭,김병모,류종성,Lee, Jung-Ho,Lee, Jung-Suk,Park, Young-Gyu,Kang, Seong-Gil,Choi, Tae Seob,Gim, Byeong-Mo,Ryu, Jongseong 한국해양학회 2014 바다 Vol.19 No.1
본 연구는 동해 남부 이산화탄소 해저지중저장 후보지 주변 수심 100-500 m 해역에서 저서생태계의 공간분포와 이를 결정하는 환경요인을 이해하기 위해 수행되었다. 2012년 8월-9월 총 16개 정점에서 대형저서동물군집과 환경요인을 조사하였다. 총 158종의 저서동물이 채집되었으며, 평균 서식밀도는 $843indiv/m^2$, 평균 생물량(습중량)은 $26.2g\;WW/m^2$로 나타났으며, 생물다양성이 높은 지역에서 주로 서식밀도가 높았다. 측정된 33개 환경변수를 대상으로 주성분분석을 실시한 결과 조사해역의 저서환경은 크게 퇴적물환경, 저층해수환경, 수심에 의해 지배된다. 저서동물의 분포는 세 가지 주성분과 밀접한 관련을 보였는데, 특히 사질함량이 많은 정점일수록 출현종수가 많아지고 생물량은 적어지는 경향이 관찰되었다. 조개 2종을 포함한 우점종 6종은 ${\Omega}$ aragonite, ${\Omega}$ calcite 농도가 높은 곳을 선호하였는데, 이 종들은 이산화탄소 유입으로 인해 해양산성화가 진행되면 가장 먼저 피해를 입을 수 있는 생물로 판단된다. 저서동물 상위 1% 우점종의 종조성을 바탕으로 집괴분석한 결과 지리적으로 뚜렷하게 구분되는 4개의 정점군이 분류되었다. 각 정점군은 고유의 저층해수 및 퇴적물 환경을 보이고 있으며, 대표적인 특성종으로는 A) Ampelisca miharaensis, (B) Edwardsioides japonica, (C) Maldane cristata, (D) Spiophanes kroeyeri을 들 수 있다. 측정이 용이한 5개의 환경요인(수심, 사질함량, 수온, 염분, pH)을 이용하여 4개의 정점군을 정확도 100%로 예측할 수 있는 판별함수모델을 제시하였다. 조사지역의 저서동물군집은 환경요인과 밀접한 관계를 보이고 있으며, 이는 환경변수에 기반하여 저서동물 분포를 예측할 수 있는 통계적모델 개발 가능성을 시사한다. This study aims to understand environmental factors that determine spatial distribution of macrozoobenthic community in the southern area (ca 100-500 m depth) of East Sea, Korea, known as a candidate site for carbon storage under the seabed. From sixteen locations sampled in the summer of 2012, a total of 158 species were identified, showing density of $843indiv/m^2$ and biomass of $26.2g\;WW/m^2$, with increasing faunal density towards biologically higher diverse locations. Principal component analysis showed that a total of 33 environmental parameters were reduced to three principal components (PC), indicating sediment, bottom water, and depth, respectively. As sand content was increasing, number of species increased but biomass decreased. Six dominant species including two bivalve species favored high concentrations of ${\Omega}$ aragonite and ${\Omega}$ calcite, indicating that the corresponding species can be severely damaged by ocean acidification or $CO_2$ effluent. Cluaster analysis based on more than 1% density dominant species classified the entire study area into four faunal assemblage (location groups), which were delineated by characteristic species, including (A) Ampelisca miharaensis, (B) Edwardsioides japonica, (C) Maldane cristata, (D) Spiophanes kroeyeri, and clearly separated in terms of geography, bottom water and sediment environment. Overall, a discriminant function model was developed to predict four faunal assemblages from five simply-measured environmental variables (depth, sand content in sediment, temperature, salinity and pH in bottom water) with 100% accuracy, implying that benthic faunal assemablages are closed linked to certain combinations of abiotic factors.