Abstract
In order to prepare for the type approval test for the United States Coast Guard (USCG) Phase-II of Ballast Water Treatment System (BWTS), a phytoplankton mass culture was conducted in a mesocosm enclosure. We evaluated the response of the phytoplankton community after nutrient addition (+N, +P, and +NP) and investigated the development of the species with increasing culture time. After nutrient dosing, the phytoplankton population significantly (p < 0.05) increased from day 1 to day 3, depending on the nutrient treatments In particular, the specific growth rate of the phytoplankton community in the case of +NP treatment and + N treatment were estimated to be $2.47d^{-1}$ and $1.98d^{-1}$, respectively. The phytoplankton population density in the case of + NP treatment was approximately 50 times higher than that of the control group, suggesting that these treatments could be useful for mass culturing phytoplankton (> 75% of natural community) for the approval regulation of USCG Phase-II. In the phytoplankton community of the mesocosm, Pseudo-nitzchia spp. dominated in the logarithmic growth phase. The cell density decreased significantly (p < 0.05) with increasing time, coinciding with the nutrient limitation. At that time, the dominance of Pseudo-nitzchia spp. shifted to that of Cylindrotheca closterium. Therefore, the optimum nutrient concentration ($N:30{\mu}M$, $P:3{\mu}M$) and reasonable harvesting time (after 3 days in summer) found in this study for the mass culturing of phytoplankton may be helpful to meet the USCG Phase-II biological criteria to be used in BWTS.
본 연구는 USCG Phase-II 형식승인에 대비하여 여름철 메소코즘에서 영양염 첨가(+N, +P, +NP)에 따른 식물플랑크톤의 대량 배양 가능성의 검토와 더불어, 영양염 조성의 차이에 따른 자연 식물플랑크톤 군집의 반응과 시간경과에 따른 종천이 양상을 파악하였다. 메소코즘에서 식물플랑크톤은 영양염 첨가후 곧바로 반응하여 1-3일 이내 최고 개체수 밀도에 도달하였다. +NP 실험군($N:30{\mu}M$, $P:3{\mu}M$)에서 식물플랑크톤 군집의 성장율은 $2.47d^{-1}$로 현저하게 높게 나타났고, +N실험군($N:30{\mu}M$)에서도 1.98 d-1로 나타났다. 반면, +P실험군($P:3{\mu}M$)에서는 대조군과 유사한 성장율을 보여, 영양염 첨가 효과가 명확하지 않았다. 특히, 식물플랑크톤 개체수 밀도 또한 +NP실험군에서 대조군 보다 약 50배 높게 나타나, 선박평형수의 형식승인 시험용 시료를 확보하는 대량 배양가능성을 시사할 수 있었다. 식물플랑크톤의 군집조성은 자연 상태에서 우점한 Pseudo-nitzchia spp. 종이 영양염첨가와 더불어 압도적으로 우점하였고, 실험시간의 경과와 함께 영양염 고갈로 인하여 총 식물플랑크톤이 급격하게 감소하였다. 결과적으로 USCG Phase-II 형식승인에 대비하여 시험수로 활용하기 위한 자연생물 대량배양의 최적 영양염(질산염: $30{\mu}M$과 인산염: $3{\mu}M$)과 수확시기(하계기준 실험3일 후)를 제시할 수 있었고, 이와 같은 과학적 근거는 선박평형수 처리장치를 개발하는 산업계에 크게 도움이 될 것이다.
