• 환경생물
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• 제39권1호
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• pp.88-99
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• 2021

본 연구에서는 해양생태계 위해성 평가 시 생물학적, 비생물학적 요인에 대한 인공생태계 실험의 초기 안정성을 객관적으로 평가하기 위해 육상 기반 해양 폐쇄형 메조코즘(LMCM) 실험을 수행하였다. 변동계수(CV)의 진폭 변화는 실험의 안정성 분석 자료로 사용하였다. 본 연구에서 LMCM 그룹(200, 400, 600, 1,000 L) 내 비생물학적 실험변수에 대한 CV 값은 20~30% 범위로 유지되었다. 그러나 엽록소-a, 식물플랑크톤 및 동물플랑크톤과 같은 생물학적 요인의 CV 진폭 파이는 600L와 1,000L LMCM 그룹에서 높게 분석되었다. 이와 같은 결과는 실험 초기에 생물학적 변수에 대한 제어가 부족하여 발생한 것으로 해석된다. 또한 ANOVA 분석에 따르면, LMCM 그룹 간 CV 값은 생물학적 요인과 연관된 실험변수들에서 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 본 연구에서 생물학적 변수의 안정화는 LMCM 그룹의 크기와 그룹 내 생물의 생태-생리학적 활동의 복잡성을 감안할 때 수질 및 영양염 성분을 제외하면 실험 초기 생물학적 변수의 변동성을 제어하고 유지할 필요가 있으나 현실적으로 어려운 부분이 많았다. 결론적으로 해양에서 과학적 도구로써 인공생태계 실험은 생물학적, 비생물학적 요인을 구분하여 명확한 측정요소(endpoint)를 비교 분석할 수 있는 연구목적 수립, 실험조건의 안정성 유지 및 실험결과를 객관적으로 해석할 수 있는 표준화된 분석 기법의 도입이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권6호
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• pp.85-94
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• 2015

RDX (hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine) is the most important explosive contaminant, both in concentration and in frequency, at military shooting ranges in which green technologies such as phytoremediation or constructed wetlands are the best option for mitigation of explosive compounds discharge to the environment. A study was conducted with two identical lab-scale plug flow constructed wetlands planted with Amur silver grass to treat water artificially contaminated with 40 mg/L of toxic explosive compound, RDX. The reactor was inoculated with or without RDX degrading mixed culture to evaluate plant-microorganism interactions in RDX removal, transformation products distribution, and kinetic constants. RDX and its metabolites in water, plant, and sediment were analyzed by HPLC to determine mass balance and kinetic constants. After 30 days of operation, the reactor reached steady-state at which more than 99% of RDX was removed with or without the mixed culture inoculation. The major transformation product was TNX (Trinitroso-RDX) that comprised approximately 50% in the mass balance of both reactors. It was also the major compound in the plant root and shoot system. Acute toxicity analysis of the water samples showed more than 30% of toxicity reduction in the effluent than that of influent containing 40 mg/L of RDX. In the Amur silver grass mesocosm seeded with the mixed culture, the specific RDX removal rate, that is 1st order removal rate normalized to plant fresh weight, was estimated to be 0.84 kg⁻¹ day⁻¹ which is 16.7% higher than that in the planted only mesocosm. Therefore, the results of this study proved that Amur silver grass is an effective plant for RDX removal in constructed wetlands and the efficiency can be increased even more when applied with RDX degrading microbial consortia.

• Ocean and Polar Research
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• 제27권3호
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• pp.341-349
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• 2005

Temporal variation of the natural planktonic community in the Southern Sea of Korea was investigated by using low floating enclosed bags (3.2m deep and 2,500 liter) in order to understand the effect of enriched nitrate on the planktonic community in the spring (March-April) of 2002. Prior to beginning the incubation, the bags were placed in two different concentrations of nitrate, which consisted of control (ambient water) and experimental mesocosms (final concentration of $12{\mu}M$). The nitrate concentration in the experimental mesocosms remained significantly higher than those in control mesocosms throughout the study period (ANOYA, p<0.001). Following the addition of nitrate, abundance and chi-a concentration of phytoplankton peaked on Day 1, when diatoms established the peak in the experimental mesocosms. Diatoms consisted mainly of Thalasxiosira decipiens, Pseudo-nitzschia pungem, Leptocylindrus danicu, Thalassionema nitzschioides, Chaetoceros pseudocrinitus and Actinoptychus senariu. However, the peak did not lead to the difference in abundance and composition of phytoplankton between control and experimental mesocosms during the study period. The dinoflagellates began to increase soon after the diatoms decreased in all mesocosms. Copepods, as a dominant group in the rnosozooplankton community, showed no immediate peak in relation to the nitrate addition, but only their own developmental process from the eggs to adult stage during the study period. The bottom-up control from enriched nitrate via phytoplankton to adult copepods was not distinguished in terms of the abundance of the planktonic community. This might stem from the relatively low nitrate availability of phytoplankton at no N-limited seawater and the weak coupling between rapidly sunken diatoms and copepods through the water column.

• 한국물환경학회지
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• 제29권5호
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• pp.641-647
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• 2013

We installed mesocosms including zooplankton, fishs, artificial marshy land and aquatic macrophytes in Kyoungan stream to study the reduction effects of algae from Sep. 16 to Oct. 28, 2011. The control tendency of phytoplankton taxa was compared by analyzing community structure and dominant species in each mesocosm. Under the condition where Bluegill was absent, Daphnia similoides showed good effect of algal control since it has large food area and has high grazing pressure. Bluegill selectively preys upon large zooplankton, Daphnia similoides, as it also preys on small zooplanktons that flow in. In condition that Bluegill was absent, Daphnia similoides preyed selectively large phytoplankton (Cryptomonas ovata). Due to the shading of light, removal of nutrients and providing refuge for small zooplanktons, aquatic macrophytes and artificial marshy land showed high level of algal control. In corrals with aquatic macrophytes and artificial marshy land, the dominancy of genus Coelastrum and Pediastrum, which are difficult for small zooplanktons to feed on, relatively increased. In conclusion, under conditions of small number of predators such as Bluegill, Daphnia similoides is thought to be useful in algal bloom; however, when lots of predators are present, using small sized zooplanktons along with artificial marshy land and aquatic macrophytes is thought to be more useful than using large zooplanktons.

• 한국물환경학회지
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• 제34권3호
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• pp.301-307
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• 2018

This study investigated the effects of sediment removal on water quality and phytoplankton development by setting up mesocosms at Uiam Lake, South Korea, and analyzing the environmental parameters and phytoplankton communities between June and October 2015. The comparison between testbed without sediment removal (TB-1) and testbed after sediment removal (TB-2) gave similar values for water temperature, pH, dissolved oxygen (DO), and electrical conductivity. Nevertheless, the average electrical conductivities of the two testbeds were $139{\mu}S/cm$ and $135{\mu}S/cm$, which were lower than the value obtained from the external control point (TB-con; $154{\mu}S/cm$). The small difference in total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) concentrations between the two testbeds implied that sediment removal did not greatly reduce nutrients; however, the phytoplankton cell count had decreased by approximately 37 % in TB-2 (average 1,663 cells/mL) compared to TB-1 (average 2,625 cells/mL). Compared to TB-con, the phosphorus and nitrogen concentrations of the two testbeds had decreased by 39 % and 30 %, respectively, whereas the phytoplankton abundance had decreased by up to 73 %, perhaps because of the blocked inflow of nutrients and the stabilized body of water caused by the installation of the mesocosm. The concentration of geosmin was lower in testbeds than in the external point, because installation of the structures had reduced the cyanobacteria biomass.

• 생태와환경
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• 제36권2호통권103호
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• pp.117-123
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• 2003

러시아의 바이칼 호수에서의 식물성 플랑크톤을 함유한 mesocosm 실험, 물벼룩(Daphnia magna)과 클로렐라(Chlorella vulgaris)를 함유한 microcoms 실험 결과에 따르면 펩톤, 디젤오일, odiphenol 및 $CdCl_2$을 mesocosm에 첨가하였을 때, 또 페놀, $CoCl_2$및 $CuSO_4$를 microcosm에 첨가함에 따라 구조 엑서지 (structrural exergy)가 감소하였다. 오염된 지역의 수계 생태계에서는 각 구성성분의 생물량과 총 생물량의 변화 보다는 구조 엑서지의 변화가 훨씬 컸다. 또, 바이칼 호수 주변의 Baikalsk Pulp and Paper Combine으로부터 나오는 배출수의 영향을 받는 지역과 청정지역의 benthos의 엑서지를 비교해 보면, 오염된 지역에서 군집의 구조 엑서지가 급격히 감소하였다. 이러한 결과는 구조 엑서지가 생태계의 건강성을 반영하는 척도로서 이용될 수 있음을 보여주는 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.34-42
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• 2016

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.

• 한국습지학회지
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• 제17권2호
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• pp.184-192
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• 2015

습지 토양으로 인한 수질 악화를 저감할 수 있는 저관리형 습지 조성을 위한 기초연구로써 진행된 본 연구의 목적은 인공지반 위에 습지 조성 시 수체와 토양의 분리가 가능한 플랜터형 호안구조물이 설치된 습지의 수질 제어 기작을 연구하는 것이다. 실험구는 고무수조에 마사토를 채운 플랜터형 호안구조물을 적용하여 수체와 토양을 분리하였으며, 대조구는 고무수조에 마사토를 포설하여 수체에 직접 노출시켰다. 실험구와 대조구의 수질을 Kolmogorov-Smirnov Z 검정으로 분석한 결과, pH, BOD, SS, Chl-a, T-P, T-N에서 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타나 플랜터형 호안구조물 적용 여부에 따른 수질 제어의 효과 차이를 입증하였다. 환경정책기본법에 근거한 수질 분석결과 수온과 EC는 실험구와 대조구가 비슷한 양상으로 나타났으며, pH와 DO는 두 메조코즘이 같은 등급에 속하였다. BOD, SS, Chl-a, T-P는 실험구가 더 높은 등급을 상회하는 것으로 평가되었으며, T-N은 대조구가 더 낮은 수치를 나타냈지만 수질의 등급이 같은 것으로 나타나 미미한 차이임을 알 수 있었다. 본 연구는 습지 조성 방식에 있어 플랜터형 호안구조물을 활용해 토양과 수체를 분리하여 습지를 조성하면 문제시 되어 오던 사면 침식으로 인한 육화 및 건조화 현상과 영양염류로 인한 녹조나 부영양화 현상 등을 예방하고, 식생대를 제어할 수 있음을 시사하였고, 특히 플랜터형 호안구조물을 활용한 습지 조성 시 수질 제어 기작을 통해 습지의 심미적, 생태적, 사회적, 경제적 가치를 증진시킬 수 있는 것에 대해 증명하였다. 따라서 본 연구의 결과는 향후 효율적인 수질 유지가 가능하여 관리조방적인 인공습지를 계획하고 조성하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제9권2호
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• pp.109-119
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• 2006

2001년 가을철 대발생 시기에 인위적으로 상승 첨가된 동물플랑크톤이 식물플랑크톤에 미치는 영향을 파악하기 위해 중형폐쇄생태계를 이용한 연구가 남해안의 장목만에서 연구되었다. 2500리터 용량의 폴리에틸렌 백 4개에 현장 해수를 채운 후, 현장에서 플랑크톤 네트(망목: $300{\mu}m$)로 수직 예인하여 얻은 동물플랑크톤 시료를 이용하여 실험 구가 대조구보다 6배 높도록 조성하였다. 연구기간동안 대조구와 실험구 폐쇄생태계 간의 식물플랑크톤 군집에서는 유의한 차이가 없었다(one-way ANOVA, p>0.05). 대조구와 설험구에서 배양 초기 높은 값을 나타낸 식물플랑크톤의 현존량 및 엽록소-a는 실험 종료시까지 급속히 감소하였다. 식물플랑크톤 군집을 대표한 우점 분류군은 규조류로서 Skeletonema costatum, Pseudo-nitzschia seriata, Chaetoceros curvisetus, Ch. debilis, Cerataulina pelagica, Thalassiosira pacifica, Cylindrotheca closterium과 Leptocylindrus danicus로 구성되었다. 배양 10일째에 대조구와 실험구에서 최대를 나타낸 야광충은 중형동물플랑크톤 총 개체수 변화를 주도한 최 우점종 이었고, 다음으로 우점한 분류군으로 배양 7일째에 최대를 나타낸 요각류였다. 배양초기에는 인위적 첨가로 인해 실험구안의 요각류 개체수가 대조구에 비해 높았으나, 이후에는 실험 종료 시까지 뚜렷한 차이가 없었다. 이는 젤라틴성 동물플랑크톤의 조절에 의한 것으로 여겨지며, 실험구내의 유즐동물과 메듀사의 개체수와 길이분포가 대조구에 비해 높았던 점이 이를 뒷받침한다. 그런데 초식자인 요각류의 개체수가 상위포식자에 의해 감소한 후 식물플랑크톤 현존량이 다시 증가하는 연쇄효과가 나타나지 않았다. 이는 주요 초식자인 요각류 Acartia erythraea가 식물플랑크톤을 효과적으로 조절하지 못하고 있음을 의미하며, 그 이유로 A. erythraea의 낮은 초식률, 식물플랑크톤의 빠른 침강으로 인한 조우 기회 감소, 그리고 질소결핍 환경으로의 변화에 의한 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제49권3호
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• pp.228-235
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• 2016

화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다. 본 연구에서는 독성시험 표준 생물인 녹조류 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩 Daphnia magna를 이용하여 화학물질의 독성을 생산자와 소비자의 상호작용을 고려한 군집 수준에서 평가할 수 있는 간단한 bi-trophic 마이크로코즘 시험 방법과 이에 대한 생물군집의 적정 조건을 제시하고자 하였다. 마이크로코즘 시험계 및 물벼룩 배양의 경우, $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$ 이상의 P. subcapitata (생산자) 농도를 설정하는 것이 적절할 것으로 분석되었다. 장기 독성시험을 고려할 경우, 물벼룩 (소비자)은 태어난 지 24시간이 되지 않은 미성숙 개체로 구성하여 마이크로코즘 시험을 시작하면 성체 및 혼합 개체군이 보다 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 이와 같은 bi-trophic 마이크로코즘 시험계는 오염원에 의한 생산자-소비자의 생물학적 상호작용의 교란 정도를 평가하고, 수생태계에 대한 위험요소평가를 종 수준의 평가에서 군집수준의 평가로 확대할 수 있는 적절한 시험 방법으로 판단된다.