실뱀장어(Anguilla japonica)의 내인성, 외인성 산소소비 리듬에 대한 수온 및 염분 영향

윤성진 忠南大學校 2004 국내박사

실뱀장어(Anguilla japonica)의 수산·경제적 중요성 때문에 주 소상요인인 조석(또는 조류의 흐름), 수온, 염분 등이 소상량에 미치는 영향에 대해서는 많은 연구가 수행되었다. 그러나 대부분 하구에서 채집한 실뱀장어의 소상량과 소상요인과의 관계를 추정하였을 뿐, 생리 기작에 대한 연구는 미비한 편이다. 따라서 본 연구에서는 주 소상요인과 관련된 생리 기작을 규명하기 위하여 자동호흡측정기(automatic intermittent-flow respirometer: AIFR)를 이용한 산소소비율 분석을 통해 하구역에서 채집한 실뱀장어의 내인성 산소소비 리듬을 관찰하였다. 또한 실뱀장어의 내인성, 외인성 산소소비 리듬에 대한 수온 및 염분 영향을 관찰하였으며, 담수 노출에 따른 염분 적응기작에 관하여 논의하였다. 실뱀장어 시료는 한국 서해 연안의 강화도, 금강 하구와 남해의 제주도 천제연 하구에서 수집하였다. 실뱀장어의 내인성 생체리듬은 일정한 수온과 어두운 상태에서 먹이공급 없이 관찰하였다. 이러한 조건에서 실뱀장어의 산소소비 패턴은 강한 내인성 산소소비 리듬(12.1~12.7시간)이 나타났으며, 산소소비율의 정점(peak)은 채집지역의 고조(high tide)와 거의 동일한 시기에 관찰되었는데, 이는 실뱀장어의 호흡 패턴이 채집지역의 조석주기에 의한 12.4시간의 내인성 생체시계(endogenous biological clock)에 의해 조절되는 것으로 판단된다. 채집된 하구역과 같은 염분조건에서 수온상승에 따른 실뱀장어의 산소소비 반응을 관찰한 결과, 초기 색소발달단계인 VA~VIA1 단계 실뱀장어의 산소소비율은 13℃ 이하 수온에서 뚜렷한 변화 없이 낮은 값을 유지하였으며, 13~21℃ 수온구간에서는 계속 증가하였고, 21℃ 보다 높은 수온에는 다시 감소하였다. 그러나 후기 색소발달단계인 VIA1~VIA3 단계 실뱀장어의 산소소비율은 수온을 상승시킴에 따라 계속 증가하였다. 이러한 결과들은 실뱀장어의 수온에 대한 반응이 성장단계에 따라 다르다는 것을 의미한다. 또한 13℃ 이하 수온구간에서 실뱀장어의 산소소비율은 낮은 값이 측정되었는데, 이는 실뱀장어의 담수 소상과 관련된 수온인 것으로 추정된다. 임의로 선정한 14시간 주기로 2, 1, 0.7, 0.5, 0.4℃씩 수온을 상승 또는 하강시키면서 관찰한 실뱀장어의 산소소비 패턴은 수온변화 주기와 유사한 호흡리듬을 나타났다. 이러한 결과는 실뱀장어의 생리리듬이 내인성 조석주기 리듬뿐만 아니라 수온변화와 같은 외인성 리듬에 의해서도 조절된다는 것을 의미한다. 특히, 0.4℃의 미세한 수온변화에도 호흡반응이 관찰된다는 것은 본 종이 미세한 환경변화를 감지할 수 있는 능력이 있다는 것을 의미하며, 이러한 능력은 하구역이나 담수의 불안정한 환경을 피해 성장에 알맞은 서식지를 선정하는 과정에서 중요한 역할을 담당할 것으로 추정된다. 일정수온에서 염분을 실뱀장어를 채집한 하구역의 염분에서 저 염분(15.0, 10.0, 5.0 psu)에 노출시켰을 때 실뱀장어의 호흡 패턴은 저 염분에 노출된 후에도 뚜렷한 차이가 없었다. 그러나 직접 담수에 노출된 실뱀장어의 산소소비율은 노출 전보다 6.3~22.2% 감소하였으며, 산소소비 패턴은 27~55시간 동안 교란되었다. 교란과정을 거친 후 실뱀장어는 정상적인 호흡 패턴을 회복하였다. 이러한 결과들에 의하면 실뱀장어는 해수에서 직접 담수로 소상할 경우, 약 2일 가량의 심한 염분 스트레스를 받는 다는 것을 알 수 있다. 채집지역의 주, 야 수온 차이를 고려하여 25시간 주기로 2℃씩 수온을 변동시킨 상태에서 직접 담수에 노출된 실뱀장어의 산소소비율은 노출 전과 뚜렷한 차이가 없었다. 또한 실뱀장어의 호흡 패턴은 수온변화 주기와 유사한 산소소비 리듬(24.9~25.8시간)이 관찰되었는데, 이는 실뱀장어의 경우 담수 소상 시기 동안 염분변화에 따른 스트레스보다 수온변화에 의한 생리 스트레스를 더 강하게 받는다는 것을 제시하고 있다. 이러한 결과는 보(dam)로 차단된 하구환경에서 실뱀장어가 염분적응 과정을 거치지 않고 해수에서 수로(channel)나 어도(fish ladder)를 통하여 직접 민물로 소상할 수 있는 생리 적응 기작을 제시하는 중요한 결과이다. Numerous studies have explored the effects of tide (or tidal current), temperature, and salinity as major factors in the upstream migration of glass eels, owing to their economic importance in aquaculture. These studies have only reported the relationships between catch data and environmental factors. However, the physiological mechanisms of upstream migration have rarely been studied. This study investigated the endogenous rhythm of glass eels collected at the estuary to examine a physiological mechanisms affecting their upstream migration by analyzing of the oxygen consumption rate (OCR) using an automatic intermittent flow respriometer (AIFR). This study focused on the effects of water temperature and salinity on the endogenous and exogenous rhythms of oxygen consumption in glass eels, Anguilla japonica and salinity adaptation mechanisms after freshwater exposure. Glass eels were collected from the Kanghwa, Keum River estuary on the western Korean coast and from Cheonjeyeon estuary at the southern tip of Korea. The OCRs of glass eels were measured in the laboratory without food under constant temperature and darkness. Under these conditions, the glass eels' oxygen consumption patterns exhibited a strong endogenous circatidal rhythm (12.1 - 12.7 h), and peaks of OCR were observed concurrent with times of high tide at the collection sites. These results suggest that the oxygen consumption rhythms of glass eels are influenced by an endogenous biological clock that is synchronized to the local tidal cycle (12.4 h). The oxygen consumption responses of glass eels differed across pigmentation stages. In the early pigmentation stage (VA - VIA1 stages), the glass eels maintained a low OCR value under 13℃, which gradually increased as temperatures rose from 13 to 21℃, but then decreased. However, the OCR in the late pigmentation stage (VIA1 - VIA3 stages) continued to increase during experiments. These results indicate that the response to temperature in glass eels changes according to the pigmentation stage. The glass eels maintained a relatively low OCR until the temperature reached 13℃. This value may be interpreted as a main temperature related to freshwater migration of the glass eels. When the glass eels were exposed to a cyclic increase or decrease in water temperature (2, 1, 0.7, 0.5, 0.4℃ per 14 h), OCR peaks exhibited a clear rhythmicity similar to cycles of temperature change. These results indicate that the oxygen consumption of glass eels is controlled not only by an endogenous circatidal rhythm but also by exogenous rhythms related to small environmental changes, such as temperature shifts as small as 0.4℃. The ability of glass eels to respond precisely to environmental changes in estuary may help them find a suitable habitat for growth in continental waters. When the salinity was reduced from that of seawater to a low salinity concentration (15.0, 10.0, and 5.0 psu) under a constant temperature, the oxygen consumption patterns of glass eels were similar to those observed before the lower salinity exposure. However, after direct freshwater exposure, the OCRs of glass eels decreased by 6.3 - 22.2%, and the oxygen consumption patterns were disturbed during about 27 - 55 h. After these periods, the glass eels resumed normal oxygen consumption pattern. These results suggest that direct migration from seawater to freshwater results in a severe physiological stress for about 2 days. When the temperature periodically changed by 2℃ per 25 h and glass eels were directly exposed to freshwater, the OCRs of the glass eels did not differ from the values observed before and after freshwater exposure. In addition, the oxygen consumption patterns (24.9 - 25.8 h) corresponded to the cyclic change in water temperature after freshwater exposure. These results suggest that the stronger stress associated with temperature dominates the physiological response and masks the response to the less significant stress caused by the salinity change. The results of the present study indicate that there is a physiological mechanism that allows glass eels to migrate directly into the freshwater through the fish ladder or channel at estuaries blocked by dams.

Late quaternary sedimentation and paleoceanography of the Ulleung Basin, East Sea : 동해 울릉분지의 후기 제4기 퇴적작용과 고해양학

박장준 Seoul National University 2001 국내박사

한국 남해에서 해저지하수의 유출 기작과 유출량에 대한 연구

황동운 부경대학교 2005 국내박사

태안해안국립공원과 천수만 해양 환경의 물리화학적 특성 연구

정주영 群山大學校 2015 국내박사

Taeanhaean National Park(TNP) maintains a relatively clean marine environment because it is not influenced by any recurrent large-scale pollution sources. On the other hand, Cheonsu Bay is directly affected by hypereutrophicated freshwater discharged from the two neighboring artificial freshwater lakes formed by the Seosan District A and B dikes construction 29 years ago. In this study, physicochemical properties of the marine environment of TNP, Cheonsu Bay, Baeksasudo connecting the two marine areas were studied for six years since 2008. Particularly, I focused on the oceanographic significance of Baeksasudo as a link between TNP and Cheonsu Bay. Mobile and mooring observation were performed for 6 stations in the two artificial freshwater lakes and 71 stations in marine areas at various time intervals(every other day, every month, every three months, etc.). Physiochemical parameters(temperature, salinity, nutrients, etc.) of seawater and freshwater were analyzed and meteorological data(air temperature, precipitation, etc.) provided by the Korea Meteorological Administration were adopted for this study. Since TNP region stretches narrowly from south to north, strong tidal fronts are usually formed in the off-shore area along the central and northern coast of TNP. Such tidal fronts are accompanied by the vertical mixing regions which characterizes the central-north and northern coast of TNP. On the other hand, the central-south and southern coast of TNP shows no region of persistent vertically mixing. Instead, the southern coast are characterized by regions of stratification that develop recurrent thermocline and halocline due to the inflowing water with high temperature and low salinity through Baeksasudo. The study areas could be subdivided into 4 regions by clustering analysis on the physiochemical parameters of seawater: ① the north-central and ② the south-central regions of TNP, ③ Cheonsu Bay region and ④ TNP region impacted by Cheonsu Bay. In addition there are small or temporarily grouped regions: western waters of Baeksasudo impacted by Cheonsu Bay, south-central region of Cheonsu Bay impacted by Hongseong Lake and Boryeong Lake, and freshwater concentrated waters region which has direct inflow of freshwater. There are additional small regions of TNP that are effected by places which are outside of our study area: Gyeonggi Bay in the north and Geum River in the south may be the source of less saline water while Yellow Sea Bottom Cold Water may impact northern- central-southern waters of the study area. Since the dike construction, hypercontaminated two lakes water has intermittently fed into the inner bay forming less saline water masses, which further flows into the TNP through Baeksasudo. Consequently, a transition zone with a large standardized difference of physiochemical factors was developed in TNP. Moreover, it creates a new stress to the marine environment in this area. In near future, we need to extend studies on meterological and oceanographic measurement, oceanic mass balance covering huge environmental variability of Baeksasudo region, effect of Yellow Sea Bottom Cold Water and Geum River on marine national park, and effect of submarine groundwater discharge etc. Eventually, active measures for optimal management of marine national park, e.g., scientifically sound open/close strategy of sluice gate of the freshwater lakes, are required in order to conserve ecological integrity of TNP. 태안해안국립공원은 반복되는 대규모 오염원이 없어 비교적 청정한 해양 환경을 유지하고 있다. 반면에 천수만은 29년전 서산 A·B지구 방조제 건설로 형성된 인공 담수호에서 배출되는 과영양화 된 담수의 영향을 직접 받는 해역이다. 본 연구에서는 태안해안국립공원과 천수만, 이 두 해역을 연결하는 백사수도의 물리화학적 해양 환경 특성을 2008년부터 2013년까지 6년간 연구하였다. 특히, 백사수도의 해양학적 중요성을 규명하는데 중점을 두었다. 6개의 인공 담수호 정점과 71개의 해역 정점에 대해 시간, 격일, 월, 분기 등 다양한 시간 간격의 조사 주기로 이동관측과 고정관측을 실시하였다. 해수와 담수의 수온, 염분, 영양염 등 물리화학적 항목을 분석하였고 기상청에서 제공하는 기온, 강수량 등 기상 자료를 연구에 활용하였다. 남북으로 길게 지정된 태안해안국립공원 중에서 중·북부해역의 외해역은 강한 조석전선이 형성되고, 이 조석전선으로 인해 국립공원의 중·북부해역은 연중 혼합해역의 특성을 나타낸다. 반면에 중·남부해역은 지속적인 혼합해역의 특성을 보이지 않고 백사수도를 통해 유입되는 고온저염 수괴의 영향으로 수온약층과 염분약층이 반복해 형성되는 성층해역임을 발견하였다. 연구 해역은 해수의 물리화학적 특성에 따라 크게 태안해안국립공원의 중·북부해역과 중·남부해역, 천수만 및 천수만 영향 해역으로 구분된다. 이 외에 소규모이거나 일시적으로 구분되는 세부 해역에는 천수만 영향 해역에 포함되는 백사수도 서쪽해역, 홍성호와 보령호의 영향을 받는 천수만 중·남부해역, 담수가 직접 유입되는 담수 집중해역 등이 있다. 연구해역 외측의 영향을 받는 세부 해역으로는 태안해안국립공원 북부해역에 포함되는 경기만 수괴 영향 해역, 남부해역에 금강 담수 영향 해역, 북·중·남부해역에 황해저층냉수 영향 해역으로 구분할 수 있었다. 방조제 건설 후에 과영양 상태의 담수 수괴가 백사수도를 거쳐 태안해안국립공원에 유입되고 결과적으로 물리화학적 항목의 표준 변화 폭(standardized difference)이 큰 전이구역(transition zone)이 공원구역에 형성되어 해양 환경에 새로운 스트레스 요인의 역할을 하는 것으로 판단된다. 향후 백사수도 해역의 환경 변동성을 고려한 기상학적, 해양학적 실측 연구와 물질 수지 연구, 황해저층냉수와 금강 담수가 해양국립공원에 미치는 영향 연구, 해저 지하수(SGD)의 영향 등을 연구할 필요가 있다. 궁극적으로는 해양국립공원 해역 환경의 최적 관리를 위하여 담수호 배수갑문의 과학적으로 믿을만한 개폐 전략을 수립하는 등의 태안해안국립공원 생태계 건강성을 보전하기 위한 적극적인 대책이 필요하다.

1992∼93년의 득량만의 해양학적 특성

김상우 부산수산대학교 1993 국내석사

영일만의 해양학적 특성

최광호 부산수산대학교 1993 국내석사

東海固有水의 海洋學的 特性

최용규 釜山水産大學校 1994 국내박사

위성원격탐사에 의한 한반도 근해의 해양학적 특성

서영상 부경대학교대학원 2001 국내박사

수영만의 물리해양학적 특성

김동선 부산수산대학교 1991 국내석사

천수만의 수질 예측 모델 개발

최양호 忠南大學校 2004 국내박사

This study focused on the development of water quality model in Chunsu Bay by using HEM-3D. To investigate the characteristics of water quality distribution and variability in Chunsu Bay, Monthly hydrographic survey were carried out at 10 stations, collecting temperature, salinity and water quality parameters for the period of 2001-2002. In addition, simultaneously time series records of water quality parameters had been collected by realtime monitoring system with 10-minute sampling interval at one location (Wol-do). The observational results show the characteristic patterns of dissolved oxygen (DO) and formation of hypoxia in the bottom layer in the vicinity of the Seosan dam and aquaculture fishfarm in summer. Temporal variation of DO at bottom depth around the aquaculture fishfarm shows pronounced oscillatory characteristics with range of 0.5 ~ 7.0 mg/l. Coherency analyses show significant correlations at major tidal periodicities (semi-diurnal tide). Extreme hypoxic conditions occurring for the period of July 18 to 29, 2001 is one of major concern for this study. A simple DO budget model was setup to account for the formation of the extreme hypoxic conditions in Chunsu Bay. The model is based on the simplified parametrization of oxygen source and sink terms in the balance equation. A DO source is represented by oxygen supply (OS) from the surface, and DO sink, a result of sediment oxygen demand (SOD) is assumed to be a function of critical shear stress at the bottom. The numerical solution indicates the dominant role of SOD overriding the OS through reaeration process. It could reproduce extreme hypoxia with DO concentration down to 2 mg/l, when SOD is twice bigger than OS. A 3-dimensional hydrodynamic and water quality model was also performed to reproduce the distribution of water quality parameters in Chunsu Bay using HEM-3D with real oceanographic forcing. The hydrodynamic model results were in good agreement with observation data. In the case of tide, the model could reproduce tidal elevations with more than 95% accuracy for four major tidal constituents. On the other hand, in the case of tidal current, the accuracy is slightly less than that of tide. However, the overall accuracy exceed 90% based on the four major tidal constituents. The Eulerian tidal residuals show that a lot of eddy structures developed around islands and inner parts of the Chunsu Bay due to the complex coastline and irregular bottom topography. The water quality model was successful in reproducing the distribution of water quality parameters in Chunsu Bay. The horizontal distribution of salinity show that 30 psu isohaline extends southward to the mouth of the bay at low tide, while the area is limited to the northern part of the bay at high tide. The lowest salinity water mass resides the adjacent area to the Bunam dam and Hwang-do due to the low speed of flow pattern with less than 0.1 m/s. The horizontal distribution of DO show that the vicinity of the Seosan dam and aquaculture fishfarm were characterized as low DO concentration, less than 5.0 mg/l, while high concentration, greater than 7 mg/l, at central part of the bay. The sensitivity analysis using the calibrated model was performed to study the controlling processes for hypoxia in Chunsu Bay. It shows the DO consumption by SOD is more effective to change the water quality than that due to chemical oxygen demand (COD) of fresh water discharges. However, More detailed model study will be needed to understand the physical and biogeochemical processes of water quality variables in Chunsu Bay. Among those, the influence of the fresh water runoff, pollutants loading from aquaculture fishfarm and bottom sediment flux will be main focus to develop the water quality prediction model.