For this study, we analyzed spatial and temporal patterns of trophic state and water quality over the period of $2002{\sim}2005$, using the water chemistry dataset obtained from the Korea Rural community & Agriculture corporation. Most reservoirs, based on TN, showed eutrophic (about 88% of the total). About 20% of agricultural reservoirs, based on TP, showed eutrophic after the criteria of OECD (1982), while 71% and 3% were Hesotrophic and oligotrophic, respectively. Seasonal variations were evident due to the intense monsoon rain during July${\sim}$August; conductivity, COD, SS, nutrients, and chlorophyll-${\alpha}$ (CBL) increased in the postmonsoon compared to the premonsoon. TP values had positive functional relations with conductivity, COD, and CHL values. COD and SS peaked during the intense monsoon. Mean values of TP and CHL values were two times greater in the intense monsoon than the weak monsoon. The increased TP was probably due to inorganic suspended solids from point and non-point sources during the monsoon. Ratios of TN : TP had strong in- verse relations ($R^2$=0.843, p<0.001, n=34) with TP, but not with TN (p>0.05, n=34). Log10-transformed CHL increased with TP in most P-limited reservoirs $(Log_{10}TP=0.5{\times}Log_{10}CHL+0.086)$. Similarity analysis, based TN, TP, and CHL showed that three groups were separated at 90% similarity level; One group was reservoirs with high salinity nearby the seawater, and the other two groups were reservoirs with a low salinity of the inland, and intermediate salinity, respectively.
In this study, we analyzed the value of Chl-a by histogram to classify the points where algal management is required. The degree of algal bloom by point was analyzed using the ogive curve, and the algal control points were classified into three stages according to the shape of the frequency distribution table. Of the four major rivers, low concentration of Chl-a appeared most frequently in the Han River, while the high concentration of Chl-a was frequently found at the points of the Geum and the Yeongsan Rivers. In the case of the Han River, no apprehensive areas were found thatrequire intensive management, while most points on the Geum and the Yeongsan Rivers required algal management. Finally, the Nakdong River basin was identified as points requiring algal management from the mid to downstream. The results of this study have confirmation of the possibility that the frequency distribution could be used as a supplementary indicator to express the algal bloom.
Bae, Hui Su;Jang, Hyeonsoo;Hwang, Jaebok;Ahn, Seung Hyeon;Youn, Jong Tak;Kim, Uk Han;Bae, Beomsoo
Journal of Environmental Science International
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v.28
no.11
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pp.935-942
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2019
Statistical analysis was carried out to identify the influence on environmental factors between paddy water chemical properties and Chl-a concentration (algae biomass index) using water samples collected in June for 3 years at rice paddy field. As a result of correlation analysis, there was a significantly negative relationships in DO(-0.366) and pH(-0.141). In contrast, significantly positive relationships were founded in COD(+0.431) and TOC(+0.422). According to the result of factor analysis, 3 factors were obtained and indicated that PC1 were Ca, K, Mg cation, PC2 were TOC, T-P, $PO{_4}^{3-}-P$ and DO, and PC3 were T-N and $NH_4{^+}-N$. As a result of linear regression analysis to develop a prediction model for chl-a concentration, the total amount of explanation was 20.6%, PC2 had the greatest influence on the increase of chl-a concentration and PC1 also showed a positive correlation but the PC3 has a negative correlation. In conclusion, carbon and phosporous content are the main factors for the increase algae blooms of rice paddy.
Kim, Jinuk;Jang, Wonjin;Shin, Jaeki;Kang, Euntae;Kim, Jinhwi;Park, Yongeun;Kim, Seongjoon
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.37
no.6
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pp.531-538
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2021
In this study, the TOC in six estuarine reservoirs in the West Sea (Ganwol, Namyang, Daeho, Bunam, Sapkyo, and Asan) was estimated using optically-active water quality factors by the water environment monitoring network. First, specification data and land use maps of each estuarine reservoir were collected. Subsequently, water quality data from 2013 to 2020 were collected. The data comprised of 11 parameters: pH, dissolved oxygen, BOD, COD, suspended solids (SS), total nitrogen, total phosphorus, water temperature, electrical conductivity, total coliforms, and chlorophyll-a (Chl-a). The TOC in the estuarine reservoirs was 4.9~7.0 mg/L, with the highest TOC of 7.0 mg/L observed at the Namyang reservoir, which has a low shape coefficient and high drainage density. The correlation of TOC with water quality factors was also analyzed, and the correlation coefficients of Chl-a and SS were 0.28 and 0.19, respectively, while the correlation coefficients of these factors in the Namyang reservoir were 0.42 and 0.27, respectively. To improve the estimation of TOC using Chl-a and SS, the TOC was averaged in 5 mg/L units, and Chl-a and SS were averaged. Correlation analysis was then performed and the R2 of Chl-a-TOC was 0.73. The R2 of SS-TOC was 0.73 with a non-linear relationship. TOC had a significant non-linear relationship with Chl-a and SS. However, the relationship should be assessed in terms of the spatial and temporal variations to construct a reliable remote sensing system.
Temporal and spatial variabilities of chlorophyll a (Chl-a) in the northern East China Sea (ECS) are described, using both 8-day composite images of the SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) and in-situ data investigated in August and September during 2000-2005. Ocean color imagery showed that Chl-a concentrations on the continental shelf within the 50 m depth in the ECS were above 10 times higher than those of the Kuroshio area throughout the year. Higher concentrations (above $5mg/m^3$) of yearly mean Chl-a were observed along the western part of the shelf near the coast of China. The standard deviation also showed the characteristics of the spatial variability near $122-124^{\circ}E$, where the western region of the East China Sea was grater than that of the eastern region. Particularly the significant concentration of Chl-a, up to $9mg/m^3$, was found at the western part of $125^{\circ}E$ in the in-situ data of 2002. The higher Chl-a concentrations of in-situ data were consistent with low salinity waters of below 30 psu. It means that there were the close relationship between the horizontal distribution of Chl-a and low salinity water.
In this study, we performed algorithms to predict algae of Chlorophyll-a (Chl-a). Water quality and quantity data of the middle Nakdong River area were used. At first, the correlation analysis between Chl-a and water quality and quantity data was studied. We extracted ten factors of high importance for water quality and quantity data about the two weirs. Algorithms predicted how ten factors affected Chl-a occurrence. We performed algorithms about decision tree, random forest, elastic net, gradient boosting with Python. The root mean square error (RMSE) value was used to evaluate excellent algorithms. The gradient boosting showed 10.55 of RMSE value for the Gangjeonggoryeong (GG) site and 11.43 of RMSE value for the Dalsung (DS) site. The gradient boosting algorithm showed excellent results for GG and DS sites. Prediction value for the four algorithms was also evaluated through the Receiver operating characteristic (ROC) curve and Area under curve (AUC). As a result of the evaluation, the AUC value was 0.877 at GG site and the AUC value was 0.951 at DS site. So the algorithm's ability to interpret seemed to be excellent.
In order to understand the plant responses to salt stress (0, 50, and 100 mM NaCl), Chinese cabbage seedlings grown up to two leaf stages by hydroponic culture were used. Fresh and dry weight, chlorophyll (Chl), antioxidant materials, polyamine content, antioxidant enzyme activities, and inorganic ion level were evaluated. Fresh and dry weights of Chinese cabbage increased with the increase in salinity while the optimal growth occurred at 50 mM NaCl. The Chl a, total Chl, carotenoid content, and Chl a/b ratio increased by the 6 days after treatment with 100 mM NaCI; however, the Chl b content decreased. Glutathione increased in the root of Chinese cabbage for 6 days. Dehydroascorbate increased remarkably by day 6 caused by the salt stress in both leaf and the root. While ascorbate peroxidase increased, the activity of catalase and glutathione reductase decreased gradually in the first leaf for 6 days. The $Na^+$ content increased by 12.5-fold in the 3 days after treatment with 100 mM NaCI in the shoot, whereas the $Ca^{2+}$, $K^+$, and $Mg^{2+}$ content measured in the same treatment decreased by 43 to 57%. Spermidine content decreased as salinity increased, but spermine content increased. The growth promotion, glutathione and ascorbic acid content in Chinese cabbage were increased by low salt stress, and shortening of the cultivation period for growth increase of Chinese cabbage is expected.
Promoters of the chlorophyll a/b bidning protein genes, cab1, and cab2, of Arabidopsis thaliana were studied for their functions in differential expression during greening of etiolated shoots. The etiolated shoots were derived from leaves of transgenic tobacco plants with the cab-CAT (chloramphenicol acetyltransferase) translational fusions, and CAT activity was measured to monitor the activities of the cab promoters. Cab1 promoter activity increased rapidly and showed saturation after about 24 hours of greening, but that of cab2 increased with about 2 day-lag period and showed saturation after 6 days. Cab1 promoter activity was more sensitive to levulinic acid (LA) compared with cab2 activity. Cab2 promoter activity was inhibited more sensitively by chloramphynicol (CAP) than by inhibitors of Chl formation. Cab1 promoter activity was, however, inhibited less sensitively by CAP than by LA. The treatment of abscisic acid (ABA) did not block Chl synthesis so significantly as LA treatment did, and cab2 promoter activity was much less sensitive to ABA compared with that of cab1. These results suggest that cab1 expression is strongly related with Chl formation, possibly with $\delta$-aminolevulinic acid accumulation, and cab2 expression is suppressed more by the blockage of translation of Chl a-apoproteins than by the blockage of Chl a accumulation.
Several ocean color algorithms have been developed for GOCI (Geostationary Ocean Color Imager) using in-situ bio-optical data sets. These data sets collected around the Korean Peninsula between 1998 and 2009 include chlorophyll-a concentration (Chl-a), suspended sediment concentration (SS), absorption coefficient of dissolved organic matter ($a_{dom}$), and remote sensing reflectance ($R_{rs}$) obtained from 1348 points. The GOCI Chl-a algorithm was developed using a 4-band remote sensing reflectance ratio that account for the influence of suspended sediment and dissolved organic matter. The GOCI Chl-a algorithm reproduced in-situ chlorophyll concentration better than the other algorithms. In the SeaWiFS images, this algorithm reduced an average error of 46 % in chlorophyll concentration retrieved by standard chlorophyll algorithms of SeaWiFS. For the GOCI SS algorithm, a single band was used (Ahn et al., 2001) instead of a band ratio that is commonly used in chlorophyll algorithms. The GOCI $a_{dom}$ algorithm was derived from the relationship between remote sensing reflectance band ratio ($R_{rs}(412)/R_{rs}(555)$) and $a_{dom}(\lambda)$). The GOCI Chl-a fluorescence and GOCI red tide algorithms were developed by Ahn and Shanmugam (2007) and Ahn and Shanmugam (2006), respectively. If the launch of GOCI in June 2010 is successful, then the developed algorithms will be analyzed in the GOCI CAL/VAL processes, and improved by incorporating more data sets of the ocean optical properties data that will be obtained from waters around the Korean Peninsula.
MMBR system has been suggested as a promising system to resolve harvesting problems induced from low settling efficiency of microalgae. And recently, a lot of research on reducing fouling at the MMBR system has investigated focused on EPS in many cases. EPS of microalgae mainly consists of polysaccharides and protein components, and is produced through photosynthesis and nitrogen-carbon metabolic pathways. Especially, P-EPS is one of major compounds which occur membrane fouling phenomenon, as its hydrophobic protein components cause floc formation and cake layer accumulation. And it is already known that almost every microalgae can metabolize P-EPS or Chl-a when nitrogen sources as a substrate is insufficient or exhausted situation. With the above backgrounds, uptake rates of P-EPS or Chl-a by Scenedesmus quadricauda according to the type of carbon source and nitrogen concentration were evaluated in order to verify correlation between carbon source vs P-EPS production, and indeed Scenedesmus quadricauda uses P-EPS or Chl-a when the amounts of nitrogen sourc es in the feed is not satisfied. As a result, it was shown that P-EPS and Chl-a production were increased proportional to nitrogen concentration under organic carbon condition. And especially, the amo unts of P-EPS and Chl-a in the cell were diminished with the nitrogen source becomes insufficient or exhausted. Because P-EPS accelerates fouling at the MMBR system, P-EPS degradation by Scenedesmus quadricauda in order to get nitrogen source may contribute to reducing fouling. About a affects of N-consumed Chl-a to the MMBR fouling, more survey is needed. On the contrary, considering the purpose of MMBR system of this study, i.e. harvesting useful high value microalgae efficiently feeding adequate industrial process wastewater, it seems like difficult to maintain satisfied metabolic activity and to harvest with high yield rate using nitrogen-poor MMBR feed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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