북동적도태평양 해양 환경 변화에 따른 미생물 생태 조절 요인 연구

Abstract

Global climate change strongly affects the marine environment of the NE equatorial Pacific. Therefore, in order to understand the climate effects on marine ecosystem, this study examined the relationship between water column structure (surface mixed layer, nutricline, etc.) and ecology of heterotrophic prokaryotes (bacteria production and cell number) during climate events (El Nino, La Nina, and normal conditions). 1) Annual variablilty of controlling factors from '96 to '07. Long term environmental monitoring observations were conducted a station at 10°N, 131°30'W from 1996 to 2007. Additionally, in 2007, 7 stations in the Korea Reserved 5th area (KR5) were investigated to determine the temporal and spatial environmental variations of the study area. From 1996 to 2007, the mean of the sea surface temperature (SST) is 27.93 ± 0.18℃. And the mean of the surface mixed layer depth (MLD) is 35.42 ± 4.58 m. In summer 1998, MLD appeared at 44 m, that was deeper than the mean MLD, SST was 28.49℃, which was warmer than the mean. These physical features could limit the nutrient supply to the surface mixed layer from the deep (below MLD). Therefore, the chlorophyll maximum layer deepened until 90 m, and the bacteria production maximum layers were located between 60 m and 120 m depth. But in 1999 and 2007, MLD (18 m and 12.5 m deep, respectively) were shallower than the mean and SST was 26.86℃, which was colder than the mean. These cooler temperature resulted more inorganic nutrients supplied to surface mixed layer nearby subsurface and then bacterial production and cell number maximum layer were located at 20 m and 10 m deep, respectively. 2) The relationship between major environmental factors and bacterial ecological responses during the climatic events Multivariate statistic analyses (Factor Analysis) were conducted to understand the relationship between bacterial ecological responses and major environmental factors (Chl-a, inorganic nutrients and MLD, etc) during the climatic events (El Nino, La Nina) in this study area. Factor Analyses were conducted 3 different ways. The results of these Factor Analyses indicated that bacteria production and Chl-a have a significant correlation in all cases (r=over 0.40). The first Factor Analysis was conducted to understand the general relationship between bacterial ecological responses and environmental parameters using 5 year's data ('96-'99, '07). The result showed positive correlation between bacteria production and nutrients (with nitrate r=0.14, with phosphate r=0.18). But bacteria production have negative correlation (r=-0.54) with surface mixed layer thickness. The second Factor Analysis was conducted to determine the bacterial responces to other diverse environmental parameters (TOC, POC, pH, Salinity, etc..) using only 2007 data. This analysis indicated that bacteria production had a positive correlation (r=0.57) with DOC (Dissolved Organic Carbon) and bacterial cell number was highly positively correlated (r=0.70) with POC. The third Factor Analysis was carried with data obtained during selected years, such as 1996 (the normal condition), 1998 (the El Nino condition), and 1999 (the La Nina condition) data to examine any climate effects on the bacterial ecology. SST were different between the El Nino and La Nina years. When SST was colder than the normal, and surface mixed layer was thinner than the normal year (in 1999, La Nina condition), more nutrients were provided in the subsurface layer. Moreover, bacterial production had stronger correlation with bacterial cell number (r=0.40) and Chl-a (r=0.82) than normal and El Nino conditions. The results emply that climate change effect on the environmental parameters, and they influence on bacterial ecology.; 북동적도태평양은 엘니뇨, 라니냐 등 전지구적 기후변화의 직접적인 영 향을 받는 지역으로 이러한 변화에 대한 해양 환경의 반응 연구가 지속적 으로 요구되는 지역이다. 따라서 본 연구에서는 북동적도태평양의 표층 혼합층 두께가 달라짐에 따라 무기 영양염 최대 변화층과 엽록소-a로 대 표되는 식물플랑크톤 최대층이 어떻게 변화하는지 알아보고, 그에 따른 미생물의 반응을 생산력과 개체수를 통하여 살펴보았다. 1) '96년에서 '07년까지의 환경인자 연변화 1996년에서 2007년까지 10°N, 131°30'W의 표층 수온은 평균 27.93 ± 0.18℃이며, 표층으로부터 1℃ 내려간 수심을 기준으로 한 표층 혼합층의 두께는 평균 35.42 ± 4.58 m인데, 엘니뇨가 끝나가던 '98년 여름에는 44 m로 표층 혼합층이 두껍고, 수온약층이 깊이 존재하며, 라니냐가 있 었던 '99년과 라니냐의 초입이었던 '07년에는 표층 혼합층이 각각 18 m 와 12.5 m로 매우 얇았다. 더불어 '99년에는 표층 수온도 평균치보다 1℃ 이상 낮은 26.86℃로 관측되었다. 표층 혼합층이 가장 두꺼웠던 ’98 년에는 저층수로부터 무기 영양염의 표층 공급이 제한되어 식물플랑크톤 최대층이 수심 90 m 까지 깊어지고, 미생물 생산력도 수심 60 m 와 120 m에서 각각 높은 값을 보였다. 이와 반대로 표층 혼합층이 가장 얇 았던 '99년에는 무기 영양염이 표층 부근까지도 공급됨에 따라 식물플랑 크톤 최대층이 수심 22 m 에 존재했다. 그 결과로 미생물 생산력과 개체 수도 각각 수심 20 m와 10 m에서 최대값을 보였다. 2) 기후변화에 따른 미생물 생태 조절 요인 분석 연구지역 내에서 기후변화에 따라 달라지는 환경인자들이 미생물 생태에 미치는 영향을 알아보기 위해 미생물 생산력, 엽록소-a, 각종 무기 영양 염, 표층 혼합층 깊이 등의 자료로 요인분석을 실시하였다. 미생물의 생 산력과 엽록소-a는 모든 요인분석에서 유의한 상관관계를 보여주었고, 전 체 연구기간 중 미생물 생산력 실험이 이루어진 5년을 종합적으로 요인 분석 한 결과에서는 미생물 생산력이 엽록소-a 외에도 질산염, 인산염과 양의 상관관계를(r=0.14, r=0.18), 표층 혼합층의 두께와는 음의 상관관계 를 갖는 것으로 나타났다(r=-0.54). 또한 보다 많은 인자들과의 관계를 살피고자 했던 ‘07년만을 대상으로 한 요인분석에서 미생물의 생산력은 자신이 소비하는 용존유기탄소와 양의 상관관계를 보인 반면(r=0.57), 미 생물 개체수는 입자성유기탄소와 높은 상관관계를 보여주었다(r=0.70). 기후변화의 영향이 없었던 '96년과 엘니뇨 환경을 보여주는 ‘98년, 그리 고 라니냐 환경의 '99년 각각을 비교한 결과 엘리뇨/라니냐에 따라 표층 수온과 표층 혼합층의 깊이가 달라졌다. 표층 수온이 가장 높고 표층 혼 합층이 가장 두꺼웠던 '98년에는 미생물 생산력과 개체수 간 상관관계도 보이지 않고, 미생물 생산력과 엽록소-a 간 상관관계도 높은 편이 아니었 으며(r=0.42), 표충 수온이나 표층 혼합층의 두께가 연구기간 내 평균치 에 가까운 '96년에는 미생물 생산력과 엽록소-a 상관도가 아주 조금 높 아졌으나(r=0.43), 확연한 차이를 확인할 수 없었다. 표층 수온이 가장 낮 고, 표층 혼합층도 가장 얇았던 '99년에는 미생물 생산력과 개체수 간 상 관도가 유의하게 나타났으며(r=0.40), 미생물 생산력과 엽록소-a의 상관 도가 매우 높아지는 등(r=0.82) 전체적인 상관도가 높아졌다. 이에 따라 표층 혼합층이 얇을수록 저층으로부터의 영양염 공급이 원활하게 되고, 미생물 생산력과 개체수 간 상관관계도 높아지며, 미생물 생산력과 무기 영양염이나 엽록소-a 등과의 상관관계도 높아지는 것을 확인하였다.