Marine microalgal biotoxins can accumulate in seafoods, posing significant risk to human health. These toxins include tetrodotoxin (TTX) and can cause paralytic shellfish poisoning (PSP), diarrhetic shellfish poisoning (DSP), and amnesic shellfish poisoning (ASP). With accelerating climate change, the frequency and intensity of harmful algal blooms capable of producing biotoxins have increased. In South Korea, the Ministry of Food and Drug Safety (MFDS) regulates traditional toxins, including TTX and toxins causing PSP, DSP, and ASP. In contrast, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) and European Food Safety Authority (EFSA) have established regulatory standards for a broader spectrum of marine biotoxins, including yessotoxins (YTXs), brevetoxins (BTXs), azaspiracids (AZAs), and ciguatoxins (CTXs), to ensure seafood safety. To effectively address this global concern, the MFDS launched an R&D project entitled "Establishment of the Safety Management System for Marine Biotoxins" (2020–2024). This project focused on enhancing analytical methods to detect unregulated toxins, assessing contamination levels, and developing rapid detection techniques. The project proposal emphasizes the need to establish a comprehensive monitoring system to mitigate future risks, particularly as climate change expands the range of toxic marine species. This project aims to advance our understanding of marine biotoxin contamination and strengthen seafood safety measures in South Korea by aligning them with international standards. This special issue compiles knowledge accumulated and technical advancements related to marine biotoxins, stemming from the outcomes of this project. It includes 12 papers describing analyses of various regulated and unregulated marine biotoxins, the current prevalence of seafood contamination, toxicity assessments, rapid analytical methods, and the state of safety management.

규소(Si)는 지각의 구성 원소 중 두 번째로 흔히 존재하는 원소로, 3개의 안정동위원소, 28 Si (92.23%), 29 Si (4.67%), 30Si (3.10%)를 가진다. 규소 동위원소는 규소의 생지화학적 순환에 대한 지시자로 고환경 및 고기후 복원을 위해 전 세계에서 널리 연구되고 있다. 그러나 국내에서는 아직까지 생물 기원 규소에 대한 규소 동위원소 연구가 전 무한 실정이다. 본 연구에서는 대형 규조류 시료에 대한 규소 동위원소 분석을 위해 기존 보고된 알칼리 용융법을 정리하고 생물 기원 규소 분석에 가장 적합한 규소 분리법을 구축하고자 하였다. 해당 시료를 고온 알칼리 용융을 통해 완전 용해시킨 후 시료 내 규소를 AG® 50W-X8 양이온 교환수지를 이용하여 효과적으로 분리하였다. 분리된 시료에 대한 신뢰성 검증을 위하여 Si 동위원소 표준물질(NBS-28) 및 USGS 암석 표준시료(AGV-2, GSP-2, BHVO-2)에 대한 분석을 함께 실시하였으며, 분석된 시료 모두 기존 연구결과와 오차범위 내에서 일치하는 값을 나타내었다. 본 연구에서 개발한 규소 동위원소 분석법은 향후 국내의 지구과학 및 관련 연구 발전에 많은 도움을 줄 것으로 기대된다.

본 연구에서는 제외국 관리 해양생물독소인 YTXs의 원 인조류, 독화생물, 국내·외 관리현황 및 분석법에 대해 리뷰하였다. 현재까지 YTXs에 의한 국내 수산물 오염이 보고된 사례는 없지만 기후변화로 인한 국내 연안 해역의 아열대화로 독성조류의 국내 유입 가능성이 있을 뿐 아니라 외국의 경우 YTXs에 의한 오염이 빈번하게 발생하고 있기 때문에 해당 국가로부터 수입되는 수산물의 경우 잠재적인 오염가능성이 있어 이에 대한 선제적 대응이 필요하다. YTXs는 와편모조류인 Protecratium reticulatum, Gonyaulax polygramma, Gonyaulax spinifera과 Lingulodinium polyedrum에 의해 생성되는 것으로 알려져 있으며, 이들은 국내 연안에도 출현한다. 현재 패류 내 YTXs는 메탄올 추출, SPE 카트리지 정제 후 LC-MS/MS를 이용하여 분석하고 있다. YTXs, pectenotoxins, azaspiracids와 같은 지용성 패독은 추출 및 정제 등의 전처리 과정이 유사하여 동시 분석이 가능할 것으로 보이며, 이에 대한 분석법 최적화가 필요하다. 향후 국내 해역의 YTXs의 원인조류 출현 및 국내 유통(국내산 및 수입산) 수산물의 오염에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다.

This study was conducted to examine the effect of 3,3',4,4',5-pentachlorobiphenyl (PCB 126) on morphological changes in the developing rat testis. PCB 126 (0.2㎎/㎏/week) in corn oil was weekly i.p. injected into rats from 1 to 11 weeks old. The total body weights and testicular weights were measured at 3, 6, 9 and 12 weeks, respectively. The morphological changes in the rat testes were then analyzed by light microscopy (LM) and transmission electron microscopy (TEM). The results demonstrated that PCB 126 treatment caused significant change in the ratio of testicular weight/body weight at 9 week. The treatment of PCB increased the number of pregonium cells at 3 week and it decreased spermatogenesis of the seminiferous tubules at 6 week. The results of this study suggest that PCB 126 can damage the male reproductive organ of the growing rat and that it might be associated with retardation of development of the testis.

본 연구에서는 폐쇄형 식물 생산시스템 내에서 생체정보에 의한 최적 환경제어와 식물의 환경스트레스 판단을 위하여 엽록소형광 분석법으로 광합성효율 모델을 만들었으며, 광합성효율 모델에 유전알고리즘을 적용하여 재배환경 최적화 프로그램의 응용성을 평가하였다. 6가지 미기상 요인 중 5가지는 고정하고 1가지씩만 변화시켜 가며 측정한 Fv'/Fm'이 최대가 되는 환경조건은 기온 21℃, CO2농도 1,200~1,400ppm, 상대습도 68%, 기류속도 1.4m·s-1, 배양액온도 20℃이었으며 PPF가 140μmol·m-2·s-1 보다 증가할수록 광합성 효율은 감소하였다. 광합성효율모델의 오차는 평균 2.5%였다. 재배환경 최적화 프로그램으로부터 계산된 밀폐형식물 생산시스템내에서 상추의 최적재배환경조건은 기온 22℃, 배양액온도 19℃, CO2농도 1,400ppm, 기류속도 1.0m·s-1, PPF 430μmol·m-2·s-1, 상대습도 65%이다. 이상의 연구 결과로부터 광합성 효율 모델을 이용하여 식물 생산시설의 환경모니터링 시스템과 식물 생체정보에 의한 최적제어시스템의 개발이 가능함을 확인하였다.

본 연구에서는 포그냉방시스템을 수치적으로 시뮬레이션하기 위한 CFD 모델을 개발하였으며, 포그냉방온실에서 측정된 데이터에 의해 개발된 모델의 유효성을 검증하였다. 또한 분무수온, 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률이 포그냉방시스템의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 개발된 모델을 적용하였다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 각 측점에서 실측치와 예측치의 온도차가 무차광조건에서는 0.1~1.4℃, 차광조건에서는 0.2~2.3℃였으며, 상대습도차는 무차광조건에서는 0.3~6.0%, 차광조건에서는 0.7~10.6%였다. 예측치가 실측치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타나 개발된 모델이 포그냉방시스템의 냉방효과를 예측할수 있는 것으로 판단된다. 포그냉방시스템 성능은 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률의 영향을 많이 받지만 분무수온의 영향은 받지 않는 것으로 나타났다.

포그냉방시스템의 냉방효과는 온실 내부의 상대습도, 공기유동과 밀접한 관계가 있다. 냉방설계용 VETH선도에서 냉발효율은 환기회수의 증가와 그에 상응하는 분무수량의 증가로 인하여 개선될 수 있다. 시간제어방식을 이용한 무차광 실험온실에서 분당 환기회수가 평균 0.77회, 분무수량이 2,009g 일 때 온실 내부의 기온이 31℃로 외부기온과 거의 같게 나타났으며, 이 때의 증발효율은 82%이다. 분당 환기회수가 평균 0.26회, 분무수량이 1.256g인 경우 무냉방 온실의 기온과 비슷한 37.1℃였다. 차광율 70%인 실험온실의 분당 환기환수가 평균 2.59회, 분무수량이 2,009g 일 때, 내부의 상대습도는 증가하나 기온은 하강하지 못했다. 그러나 분당 환기회수가 평균 2.33회, 분무수량이 2,009g인 경우 내부의 기온이 31.4℃로 이 때 온실의 유입구 풍속은 최고 1.9m.s-1였다. 시간제어의 경우 일정간격으로 일정한 수량을 분무하기 때문에 분무입자가 모두 증발하지 못하고 온실 내부에 누적되어 온실 내부의 상대습도를 증가시켜 냉방효율을 감소 시키는 원인이 되고 차광망이 온실내부의 공기흐름을 차단하여 증발효율을 감소시키는 것으로 나타났다. 포그냉방시스템의 냉방효율을 높이기 위해서는 온실 내부의 상대습도에 의한 제어방식과 내부 공기의 순환에 대한 연구가 필요하다.

현장조사 결과 패드-팬 시스템의 경우 6개 농가 모두 사용하고 있었으며, 온실 내기온은 외부기온보다 2~5℃ 낮았다. 이시스템의 냉방효율은 평균 77.4% 이었으며, 외부의 상대습도가 60%이하 일 경우 냉방 효율이 높았다. 포그 시스템의 경우 현장조사에서 9농가 중 6농가가 사용을 못할 정도로 많은 문제점이 발견되었다. 포그입경, 분무수량, 운영 방법등 개선해야 할 사항이 많았다. 실험온실의 경우도 노즐의 설치 위치와 제어방법에서 문제점이 발견되었다. 포그입자가 커 증발하지 못하고 대부분이 바닥과 차광망으로 낙하하였고, 지역 기상조건을 고려하지 못한 제어방법으로 냉방효과를 떨어뜨리고 있었다. 냉방효과를 높이가 위하여 노즐의 위치 선정, 제어방법에 대한 연구가 수행되어야 하며, 지역적 기상특성을 고려한 연구와 내부 습도를 낮게 유지하는 연구도 수행되어야 할 것이다.

플라스틱온실의 생산비용 절감을 위하여 2단 재배를 시도할 때, 그 생육환경의 적정성을 검토하고자 주요 생육환경 요소인 온도, 습도, 광, 양액온도, 공기속도를 비교하였다. 특히 2단 베드의 구성과 광환경과의 관계로부터 광환경 적정화 방법을 제시하고자 하였다. 그 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 상.하 베드 주요 생육환경의 측정결과를 보면, 상단베드의 최고온도는 38.3℃, 하단베드의 최고온도는 35.5℃로 나타났다. 양액 온도는 상.하단 모두 20~25℃ 범위였으며 하단의 온도가 1℃ 정도 낮은 것을 알 수 있다. 상대습도는 상 하단 모두 야간에는 95% 정도로 높게 나타났으며 주간에는 상단 60~70% 범위, 하단 65~80% 범위로 하단이 10%정도 높게 측정되었다. PPFD는 상.하 베드 모두 200μmol.m-2 .s-1 정도의 값을 보였고 하단의 경우는 100μmol.m-2 .s-1 이하의 값을 보였다. 상.하 베드 일사량을 보면 상단은 200W.m-2 정도이고 하단은 85 W.m-2 이하가 측정되었다. 공기속도는 상.하 베드에서 주간에는 0.1~0.2m.s-1 정도가 측정되었고, 야간에는 0.05m.s-1이하로서 거의 정지 상태였다. 온실방위별 하단베드의 광입사 면적을 이론적으로 해석해 보면, 동서동의 경우는 평균 49.9%이고 남북동의 경우는 평균 43%였다. 광입사 면적을 증대하기 위하여 베드를 재구성하면 동서동은 74.3%, 남북동은 60.8% 정도로 각각 25% 및 17.7% 정도의 광입사 면적의 증대효과를 가져왔다.

겨울철 온실의 기본적인 열에너지원인 일사를 최대한 확보하도록 하는 은실의 지붕형상을 결정하기 위해 유전알고리즘 및 광투과율 전산모델을 이용한 최적화기법을 이용하여 설치지역, 피복재료특성, 온실의 기본치수등이 주어졌을 때 지붕경사각, 경간폭비의 최적조합을 결정할 수 있도록 하는 최적설계를 수행하였다. 수원지방에 위치한 경간폭 6m의 2연동 동서동 온실 및 단동 온실을 가정하여 최적화를 수행한 결과 경사각, 폭비 순으로 2연동, 단동 온실에 대해 각각 40.861≒40 。 / , 0.4806≒0.5, 37.490≒37 。 / , 0.7748≒0.78의 결과를 얻을 수 있었다. 광투과율 문제를 예로 적용해 본 결과 직접 전산모델을 호출하여 최적화를 수행하는 유전알고리즘의 기법은 온실환경의 해석을 위해 연구되어온 다양한 분야의 전산모델들을 종합적인 온실의 최적설계에 활용하도록 하는데 유용한 기법이 될 것으로 판단되었다.판단되었다.

극심한 고온으로 인해 정상적인 작물의 재배가 어려운 여름철의 온실 내 기온을 억제시키기 위한 방법 중 가장 효율을 인정받고 있는 증발냉각법은 실내 습도의 증가로 인해 그 사용에 제한을 받게 된다. 본 연구에서는 온실에서 증발냉각법의 냉방효율을 높이기 위한 방법으로 냉수파이프를 설치하여, 그 열적 특성을 분석하고, 제습효과를 조사하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 동파이프와 아연도금스틸파이프의 총열전달량을 비교한 결과, 동파이프가 다소 크게 나타났으나, 유의성이 없었으며, 두 가지 파이프 모두 이론값 보다 실측값이 더 작게 나타났다. 냉수파이프 표면에 응축되어 제거된 수증기의 양은 동파이프와 아연도금스틸파이프 사이에서 큰 차이를 보이지 않았으나, 두 가지 파이프 모두에서 제습효과는 충분히 큰 것으로 나타났다. 냉수파이프를 설치함으로써 증발냉각시스템의 냉방효율을 평균 48%만큼 높일수 있으며, 평균 1.3℃만큼의 실내기온을 추가로 냉각시킬 수 있는 것으로 예측되었다. 또한, 냉수파이프를 이용해 증발냉각시스템의 가동으로 인한 실내의 과습문제를 해결하기 위해서는 파이프표면의 응축된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 장치나 방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

1. 시설형태별 온도분포는 Type 1의 경우 지붕의 환기구가 없기 때문에 중력환기는 거의 일어나지 않고, 풍력환기에만 의존하게 되므로 풍속이 약한 경우는 온도가 상승하였다. Type 2 및 Type 3는 지붕의 환기구를 통하여 중력환기가 일어나기 때문에 대체로 온도 분포도 균일한 편으로 나타났다. 2. 시설형태별 평면 광분포는 Type 1가 가장 높고 Type 2, Type 3순으로 나타났다. 즉 일사투과율에 의한 지면 일사 도달율과 직접적으로 관련되기 때문에 Type 1, Type 2, Type 3순으로 지면온도 상승에 영향을 주었다. 3. 환기모델과 열수지 모델을 도입하여 환기량 및 실내온도 변화를 구한 결과, 시설형태별 풍속의 변화에 따른 내외기온차 변화는 Type 1이 가장 크고 Type 2, Type 3순이었다. Type 1의 경우 다른 형태에 비하여 풍속이 1 ㎧로 증가하면 급격히 내외기온차가 감소하였다. 4. 실측치를 사용하여 모델에 의한 풍속변화에 따른 환기량의 변화를 추정한 결과, Type 3 및 Type 2가 상대적으로 Type 1보다 낮은 경향을 나타냈다. 5. 전체적으로 개량형인 Type 2 및 Type 3은 관행형인 Type 1보다 효율적이라고 판단된다. 특히, 성력화의 차원에서 보면 Type 3이 Type 2보다 월등히 우수하기 때문에 자연적인 강우차단 능력이 보장된다면 Type 3이 Type 2보다 효율적이라고 사료된다.

본 연구는 파이프하우스의 구조적 안전성을 검토하는데 필요한 기초자료를 구축하기 위하여 실시하였다. 지반에 매입된 파이프의 지점상태를 검토하여 적합한 구조해석 모델을 찾고, 파이프를 말뚝기초로 가정했을 때의 파이프의 지지력 및 인발 저항력을 구하기 위하여 모형 실험을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 파이프하우스의 지점상태를 검토해본 결과 단동 하우스에서는 수평 및 연직하중 모두 고정으로, 연동하우스에서는 수평하중 재하시 힌지, 연직 하중 재하시 고정으로 해석하는 것이 실험치에 더 가까운 것으로 나타났다. 2. 지반에 매입된 파이프의 인발저항력은 파이프 직경 및 매입깊이에 따라 논의 연한지반에서는 35-54kg, 밭의 보통지반에서는 61-98kg, 단단한 지반에서는 108-120kg이상으로 나타났으며, 파이프와 흙사이의 주변마찰력은 1.51-4.76t/m2정도의 범위를 보였다. 3. 파이프 직경 및 매입깊이에 따른 기초 지지력은 연한지반의 경우 35-76kg, 보통지반은 88-158kg, 단단한 지반은 131-305kg의 범위를 보였으며, 파이프의 선단지지력은 연한지반 0-22kg, 단단한 지반 22-140kg으로 나타났다. 4. 국내에서 많이 보급되어 있는 대표적인 파이프하우스의 경우, 적설심 30cm 까지는 파이프의 매입깊이가 30cm이면 지지력이 충분하지만 그 이상의 적설심에서는 지반의 종류에 따라 매입깊이를 증가시켜야 하고, 인발저항의 경우도 풍속 30㎧까지는 매입깊이 30cm이면 충분하지만 그 이상의 풍속에 대하여는 매입깊이를 증가시키거나 보강이 필요한 것으로 나타났다.

지역별로 분포하고 있는 특성화된 온실의 장점을 살리고 구조적인 위험요소를 줄임으로서, 지역특성온실로 정착할 수 있도록 하기 위하여 지역별로 특성화된 온실의 구조실태를 조사하고 구조적 안전성을 검토하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 전남지방에 특성화된 온실의 보급이 많았으며, 광폭형하우스와 대형 단동 파이프하우스가 이 지역의 특성화된 온실로서 뚜렷한 경향을 나타내었다. 2. 경남 김해의 목재하우스, 전남 구례의 트러스형하우스, 강원 평창의 돔형 파이프하우스, 충북 옥천의 포도재배하우스 등이 특징적인 온실로 나타나고 있었다. 3. 광폭형하우스, 트러스형하우스, 돔형 파이프하우스 및 포도재배하우스는 15-30년 빈도의 풍하중과 설하중에 대하여 안전한 것으로 나타났으나, 대형 단동 파이프하우스는 약간의 보강이 필요하며, 목재하우스는 매우 불안정하여 사용을 중지하는 것이 좋을 것으로 판단되었다. 4. 대상온실의 기초는 모두 30년 빈도의 강풍에 대하여 충분한 인발저항력을 가지는 것으로 나타나 안전한 것으로 판단되었다.

Recently, the characteristic of plant production systems in Korea has been changed with the strong trends of integration and large scale, using environmental control techniques. To satisfy this change successfully, first of all, the environmental prediction inside the system must be preceded. While many environmental prediction models for plant production system were developed by many persons, each model cannot be applied to the every situation without the perfect understanding of source codes and the technical modification. The purpose of this study is building the environmental prediction model to predict and evaluate the environment inside the system numerically, and also developing the multipurpose program available for practical design. The model consisted of the basic system model, the cultivation related model and the environmental control related model. The contents of each model are as follows : the basic system model is dealing with thermal and light environments, soil environment and ventilation : the cultivation related model with soil and hydroponic cultures ; and the environmental control related model with thermal curtain and heat exchanging system. The environmental prediction model was developed using a common simulation program, PCSMP, so that it could be easily understood and modified by anyone. Finally, the model was executed and verified through comparison between simulated and measured results for soil culture, and both results showed good agreements.

Cooling of nutrient solution is essential to improve the growth environment of crops in hydroponic culture during summer season in Korea. This study was carried out to provide fundamental data for development of the cooling system satisfying the required cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse. A numerical model for prediction of the cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse was developed, and the results by the model showed good agreements with those by experiments. Main factors effecting on cooling load were solar radiation and air temperature in weather data, and conductivity of planting board and area ratio of bed to floor in greenhouse parameters. Using the model developed, the design cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse of 1,000m2(300pyong) was predicted to be 95,000 kJ/hr in Suwon and the vicinity.

Experimental and theoretical analyses were carried out to investigate the heat exchange characteristics of the nutrient solution cooling system utilizing ground water. The material of heat exchanger used in the experiment was polyethylene and the cross-flow type was adapted in which nutrient solution was mixed and ground water unmixed. For the exchanger surface area of 0.33m2 and flow rates of ground water of 1-6l/min, NTU(number of transfer units) and effectiveness of experimental heat exchanger were 0.1-0.45 and 10-35％, respectively. Therefore these results showed that the hydroponic greenhouse of 1,000m2(300 pyong) with the ground water of 10m2/day could cover about 55-70％ of maximum cooling load in summer.

As the automation of nutrient solution management proceeds in the field of hydroponics, effective supporting systems to manage the nutrient solution by computer become needed. This study was attempt to predict the EC of nutrient solution using the neural networks. The multilayer perceptron consisting of 3 layers with the back propagation learning algorithm was selected for EC prediction, of which nine variables in the input layer were the concentrations of each ion and one variable in the output layer the EC of nutrient solution. The meq unit in ion concentration was selected fir input variable in the input layer. After the 10,000 learning sweeps with 108 sample data, the comparison of predicted and measured ECs for 72 test data showed good agreements with the correlation coefficient of 0.998. In addition, the predicted ECs by neural network showed relatively equal or closer to the measured ones than those by current complicated models.

본 연구는 생물생산시설의 구조설계 과정에서 초기단계의 고정하중을 합리적으로 추정하기 위한 식을 유도하여 구조설계 기준 설정에 기초자료를 제공하고, 생물생산분야 종사자가 간편하게 구조적 안전성을 진단할 수 있는 방법을 개발할 목적으로 수행하였으며 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 국내의 온실설계자료를 수집하여 실제 하중을 산출, 분석해 본 결과 기존의 일본 시설원예기준 적용치와는 차이가 있었으며, 잠정적으로 국내 시설에의 적용을 위한 추정식을 유도하였다. 2. 지역별 설계하중을 적용하여 구조해석을 실시하고, 발생되는 응력의 크기에 따라서 풍하중 및 설하중 지배지역으로 안전설계 지역구분을 실시하였다.