Change of Blooming Pattern and Population Dynamics of Phytoplankton in Masan Bay, Korea

마산만 식물플랑크톤의 대발생 양상의 변화와 군집 동태

To clarify the bloom pattern and species succession in phytoplankton community, the population dynamics with the determination of physico-chemical factors have been studies in Masan Bay, the south sea of Korea, for the periods November 2003-October 2004. Concentration of $NH_4-N$ was always higher than that of $NO_3-N$, which was similar level as compared to other costal areas. $PO_4-P$ concentration was lower than those in other coastal areas but similar to oligotrophic environments. Thus, phosphate seems the limiting nutrient rather than nitrogen. $SiO_2-Si$ concentration was also low as compared to other costal areas. Si:P ratio was low from autumn to winter, suggesting silicate and/or phosphate limitation during this period. The cell density of phytoplankton was high in winter 2003 and early autumn 2004. The carbon biomass was high in winter 2003 and summer 2004. And chlorophyll-a concentration was high in late autumn 2003 and summer 2004. Among 78 species of phytoplankton found in the bay during the investigated period, dominant species were two diatoms of Cylindrotheca closterium, Skeletonema costatum, and three dinoflagellates of Heterocapsa triquetra, Prorocentrum minimum, P. triestinum, and one raphidophyte of Heterosigma akashiwo. P. minimum dominated from late autumn to winter, but it was replaced by H. triquetra in late winter. P. triestinum dominated from late spring to early summer. Simultaneously, H. akashiwo cell density steadily increased, and it became dominant with C. closterium in late summer. With decreasing of H. akashiwo and C. closterium, S. costatum became the most dominant species in autumn. The canonical analyses showed that total phytoplankton cell density related to diatom cell density and it was affected by temperature, and concentrations of $NO_3-N\;and\;PO_4-P$. The carbon bio-mass and $chlorophyll-{\alpha}$ concentration related to diatom- and dinoflagellate cell densities and these were affected by flagellate cell density, salinity, and concentrations of $SiO_2-Si\;and\;PO_4-P$. Last six years monitoring data in Masan city obtained from Korean Meteorological Agency indicates gradual increase in air temperature. And the precipitation decreased especially in spring season. The winter bloom found in 2003 may be caused by the increase in the temperature and this bloom subsequently induced the nutrients depletion, which continued until next spring probably due to no precipitation. Therefore, the spring bloom, which had been usually observed in the bay, might disappear in 2004.

본 연구는 마산만의 적조원인 식물플랑크톤의 천이와 대발생 변화 양상을 밝히고자 이 지역을 대표할 수 있는 1개 정정에서 2003년 11월부터 2004년 10월까지 강우와 연평균 기온차를 포함한 기후학적 요인, 물리 화학적 요인 그리고 식물플랑크톤 군집을 조사하였다. 영양염은 타해역과 비교하였을 때, 암모니아염은 높은 농도를 보였으나, 질산염은 비슷한 농도를 보였다. 그리고 규산염은 타 해역에 비해 낮은 농도를 보였으며, 인산염은 빈영양 수역에 포함될 정도로 낮은 농도를 보여 식물플랑크톤 성장의 제한요소로 작용하였다. 식물플랑크톤 현존량의 탄소량은 2003년 동계와 2004년 하계에, 엽록소-${\alpha}$는 2003년 늦은 추계부터 동계까지 그리고 2004년 하계에 높게 나타나 비슷한 경향을 보였으며, 개체수는 2003년 동계와 2004년 추계에 높았다. 조사기간 동안 출현한 식물플랑크톤은 총 78종으로 동정되었으며, 이 중 우점종은 규조류 Skeletonema costatum, Cylindrotheca closterium, 와편모조류 Heterocapsa triquetra, Prorocentrum minimum, P. triestinum, 침편모조류 Heterosigma akashiwo로 나타났다. 우점종의 계절적 변화 양상을 살펴보면 P. minimum은 늦은 추계부터 동계까지, H. triquetra는 늦은 동계에 우점하였다. P. triestinum은 늦은 춘계부터 이른 하계까지, H. akashiwo는 춘계부터 조금 높은 경향을 보이다가 늦은 하계에 C. closterium이 그리고 S. costatum은 추계에 가장 우점하였다. CCA 분석결과, 개체수로 표현되는 현존량은 규조류와 관계가 있으며, 환경요인 중에서 수온, 질산염과 인산염의 영향을 받는 것으로 나타났다. 탄소량과 엽록소-${\alpha}$로 표현되는 현존량은 규조류 뿐만 아니라 와편모조류와 침편모조류와 관계가 있으며, 염분, 규산염과 인산염의 영향을 받는 것으로 나타났다. 조사기간을 포함한 최근 6년 동안의 기온의 상승에 따른 수온의 상승은 동계 적조를 발생시키는 원인이 되었다. 또한, 동계 적조에 따른 영양염 고갈과 춘계의 강우량 감소에 따른 영양염 공급의 제한은 마산만에서 상습적으로 발생되는 춘계 적조의 발생을 억제하였을 것으로 판단된다. 결과적으로 2004년도의 전형적인 대발생 양상의 변화는 수온의 상승과 강우량의 감소가 중요한 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.