본 연구에서는 금강의 먹이망 연구를 위한 기초작업으로 금강 하류에서 출현한 어류만을 대상으로 어류상, 담수역과 해수역에 출현하는 어류의 안정동위원소 차이, 담수어류의 섭식길드에 대한 분석을 실시하였다. 금강 하류지역을 대상으로 2011년 연구를 진행하였으며, 하구둑 기준 상류 20 km, 하류 10 km 구간에서 채집된 어류를 분석에 사용하였다. 섭식길드의 분석은 담수어류만을 대상으로 시행하였으며, 문헌연구를 통해 보고된 섭식길드의 적절성 여부를 판별분석을 통해 확인하였다. 연구결과 하구둑 상류와 하구둑 하류의 어류상은 완전한 차이가 있는 것으로 확인되었으며, 일부 회유성 어종 (웅어, 가숭어)들만 양측에서 모두 출현하는 것으로 나타났다. 안정동위원소 분석에서도 하구둑을 기준으로 상류와 하류에 서식하는 종들의 수치가 완전히 다르게 나타났다. 하구둑 하류에서 채집된 개체들의 경우 기수 및 해양 기원의 먹이를 선호하고 담수종의 경우 담수 기원의 먹이를 선호하기 때문으로 판단된다. 일부 회유성 종의경우 담수에서는 해수 신호가 해수에서는 담수신호가 감지되었는데 이는 생태적 특성에 의한 것으로 사료된다. 판별분석 결과 섭식길드는 문헌과 약간 차이가 나타나는 것으로 확인되었는데 이는 개체 발생 단계에 의한 결과일 것으로 판단되며, 관련된 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 특히 안정동위원소의 경우 지역, 시기, 발생단계에 따라 동일 종이라 할지라도 차이가 존재하기 때문에 이러한 부분을 항상 고려하여야 하며, 가능하다면 지역별로 개체를 분석하여 섭식길드를 제시하는것이 지역의 어류와 관련된 연구에 있어서 효율적일 것으로 판단된다.

본 연구에서는 동해안에서 10개의 석호들을 대상으로 어류군집의 조성의 차이를 파악하였고, 갈대 줄기의 탄소와 질소안정동위원소분석을 통하여 각 석호생태계의 유역환경을 예측하였다. 석호들 사이에서 어류의 조성(특히, 회유성 어류) 및 섭식기능군은 지형학적인 특성에 따라 분포의 차이를 보였다. 10곳의 석호들에서 갈대 줄기 δ13C과 δ15N값 각각 -28.40±0.11‰에서 -26.87±0.25‰과 -1.09±1.45‰에서 12.08±0.53‰의 범위를 보였다. 이들 석호에서의 갈대의 줄기 δ15N 값의 차이는 토지 이용에 따른 인위적인 오염원의 차이와 석호의 지형학적인 특성 등과 관련이 있음을 보였다. 이 연구는 어류의 서식지 확보, 석호생태계에서의 생물다양성의 보전과 유역의 오염원에 대한 관리를 위한 유용한 정보를 제공할 수 있다.

본 연구에서는 동해안에서 10개의 석호들을 대상으로 어류군집의 조성의 차이를 파악하였고, 갈대 줄기의 탄 소와 질소안정동위원소분석을 통하여 각 석호생태계의 유역환경을 예측하였다. 석호들 사이에서 어류의 조성 (특히, 회유성 어류) 및 섭식기능군은 지형학적인 특성에 따라 분포의 차이를 보였다. 10곳의 석호들에서 갈대 줄기 δ13C과 δ15N값 각각 -28.40±0.11‰에서 -26.87 ±0.25‰과 -1.09±1.45‰에서 12.08±0.53‰의 범위 를 보였다. 이들 석호에서의 갈대의 줄기 δ15N 값의 차 이는 토지 이용에 따른 인위적인 오염원의 차이와 석호 의 지형학적인 특성 등과 관련이 있음을 보였다. 이 연 구는 어류의 서식지 확보, 석호생태계에서의 생물다양성 의 보전과 유역의 오염원에 대한 관리를 위한 유용한 정보를 제공할 수 있다.

본 연구는 안정동위원소 분석방법을 적용하여, 호소내 식물플랑크톤 성장에 영향을 미치는 외부 오염원의 기원을 추정함으로써, 효율적인 수질 관리 및 수생태계 기능해석을 제공하기 위하여 연구하였다. POC, PN, Chl. a, 탄소 안정동위원소비 및 질소 안정동위원소비의 자료로 유추해 보았을 때, 팔당댐, 남한강, 북한강 지역에 비해서 경안천 지역에서 계절에 따른 유기물의 기원 변동이 뚜렷하게 관찰되고 있다. 유입량 및 강우량이 많은 시기인 7, 8월경에 입자성 유기물의 기원이 자생기원 유기물보다는 외부기원 유기물이 높은 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 한강 유역에서 입자성 유기물의 탄소 및 질소 안정동위원소비를 이용한 유기물 기원 연구는 적용가능 할 것으로 여겨지며, 추후 유역 오염원의 대표값(end member)의 지속적인 조사를 통하여 자료구축이 이루어져야 할 것이다.

물안정동위원소를 이용하여 지하수와 강우 또는 융설이 하천에 미치는 영향을 정량적으로 분리하는 방법을 동위원소 수문분리법이라고 하며 지난 30년 동안 사용되어 왔다. 오래된 물(지하수)과 새로운 물(강우 및 융설)의 두 성분이 하천에 영향을 미치는 것으로 가정하고 새로운 물과 오래된 물의 주어진 시간동안의 동위원소를 측정하여 각각의 성분에 대한 비율을 결정할 수 있다. 본 연구에서는 동위원소 수문분리법을 수계에 적용할 때 새로운 물의 시간적인 안정동위원소분화를 고려하지 않고 새로운 물의 평균값을 이용하였을 때 계통오차가 발생함을 보였다. 이러한 표준오차의 크기는 (1) 새로운 물이 하천에 많이 기여할수록, (2) 사용된 평균값과 분화된 새로운 물의 안정동위원소 값과 차이가 클수록, 마지막으로 (3) 오래된 물과 새로운 물의 안정동위원소 값의 차이가 작을수록 커진다. 집중 호우로 유출이 증가하거나 봄철에 지면이 아직 녹지 않아 융설이 유출이 되는 경우 새로운 물이 하천에 미치는 영향이 커지게 되어 상대오차 역시 증가한다. 이러한 오차를 줄이기 위해서 각각의 새로운 물, 오래된 물, 하천의 안정동위원소를 같은 시간 간격으로 측정하여 새로운 물이 분화되는 것을 고려한 수문분리법을 수행하는 것을 고려하여야 한다.

수심이 얕고 부영양화 특성이 강한 신구저수지에서는 강우시기에 집중 호우등으로 인하여 유입수로를 통하여 외부기원 유기물이 유입되는 경향이 있다. 이러한 외부기원 유기물은 환경변화(탁도, 수온약층, POC/PN), 입자성 유기물의 δ13C 및 δ15N 값으로 특성 지어진다. 동물플랑크톤의 경우, 강우기 이전에는 내부기원 유기물을 먹이원으로 하는 것으로 여겨지나 강우기 이후에는 내부기원 유기물 이외에 외부에서 유입된 외부기원 유기물을 섭식하고 있는 것으로 나타나고 있다. 특히 B. longirostris이 다른 동물플랑크톤 (D. brachyurum, D. thmoasi)에 비하여 기원이 다른 입자성 유기물을 섭식하고 있음을 시사하고 있다. 이러한 변화는 상위섭식자인 어류의 먹이원 변화를 야기하며, Z. platupus은 내부기원유기물 혹은 이를 먹이원으로 하는 하위 소비자를 섭식하지만, C. carpio와 P. parva은 강우기 이후에는 외부기원 유기물 혹은 이를 먹이원으로 하는 하위 소비자를 섭식하는 것으로 여겨진다. 수심이 얕고 유입 수로가 존재하는 농업용 저수지의 경우에는 강우 후 외부기원 유기물이 수생태계 에너지 흐름에 크게 영향을 주는 것으로 사료된다.

안정동위원소 분석기법(SIA)은 생태학 및 환경학적 측면에서 유기물의 기원 추적 및 생지화학적인 문제를 해결함에 있어서 유용하기 때문에 그 사용이 꾸준히 증가되고 있다. C, N, S, H, O 등의 원소는 모두 하나 이상의 동위원소를 가지고 있으며, 동위원소 조성비는 질량분석기를 이용하여 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 이러한 동위원소 조성비는 물리적, 화학적, 생물학적 반응을 통한 분별작용으로 인하여 예측 가능한 방식으로 변경된다. 더 나아가 안정동위원소 기법은 생태와 환경 학문에서 유기물의 기원을 밝히고, 생태계내 먹이망 구조를 밝히고, 영양염 등의 질산염 순환을 이해하고, 동물의 이동경로를 밝히고, 오염원을 추적하는 등 매우 강력한 도구로서 사용할 수 있다. 그러므로 생태학 및 환경학 분야에서 안정동위원소의 활용이 매우 유용하다.

본 연구는 영산강하구역 입자물질 유입원의 시∙공간 적인 변화를 추정해 보고자 몽탄대교에서 영산강 하구둑 에 이르는 영산강하구역 세 정점에서 연 6회에 걸쳐 수 층 부유 물질의 탄소 및 질소 안정동위원소 비를 비교하 였다. 모든 정점에서 8월에 강우를 통한 외부기원 유기물 의 유입이 증가하였으며, 이 때 암모니아성 질소 및 규산 염의 유입 역시 함께 증가하였다. 탄소 안정동위원소 비 측정 결과 11월과 8월에 정점 별 유기물의 기원이 크게 차이 났으며, 안정동위원소 비 값을 이용하여 주요 유입 원 추정이 가능하였다. 11월에 모든 정점에서 질소 안정 동위원소 비가 무거운 값을 보였고, 인산염의 농도가 가 장 높게 나타났는데 이는 축산폐수 및 농경지를 통한 유 입이 영향을 준 것으로 판단된다. 또한 다른 정점에 비해 영산강 하구둑에서 모든 조사 기간 동안 비교적 높은 질 소 안정동위원소 비를 보였으며, 이를 통해 축산폐수 및 농경지를 통한 유기물 유입이 다른 정점에 비해 높을 것 으로 추정된다. 본 연구 결과를 통해 안정동위원소 비 분 석은 입자성유기물의 기원을 추정하는데 유용한 방법임 을 확인할 수 있었다.

본 연구는 탄소 및 질소 안정동위원소비를 이용하여 하천에서 환경변화의 지표로 활용할 수 있는 부착조류의 먹이원으로서 기여도를 파악하고자 하였다. 연구지역인 탐진강은 지류를 통해 유입되는 외래기원물질의 영향으 로 상류에서 하류로 갈수록 높은 영양염의 농도를 나타 냈으며 이와 더불어 상위섭식자인 어류의 질소 안정동위 원소비의 증가가 관찰되었다. 또한 탐진강에서 채집된 저 서성대형무척추동물과 어류의 δ13C 값이 상류에서 하류 로 이동하면서 무거워지는 경향을 나타내었다. 이는 탐진 강 하류 수역에서 무거운 δ13C 값을 보였던 암석 부착조 류가 먹이원으로서의 기여도가 높아진 결과로 판단된다.

To assess the trophic function of an artificial macroalgal habitat, we compared the stable carbon and nitrogen isotope ratios of two amphipods (Caprella sp. and Ampithoe sp.) and their potential food sources in a transplanted macroalgal habitat (Grateloupia asiatica) with those in a natural habitat . There were no significant differences in the isotopic values of both consumers and their potential food sources between the transplanted and natural habitats. Such isotopic similarities between the two sites indicate a comparable resource consumer relationship. Additionally, our results showed similar isotopic niche areas and high dietary overlap (>65%) of the two amphipods between the transplanted and natural sites, suggesting that the transplanted habitat plays ecological roles similar to the natural habitat. Overall, isotopic assessment can provide information on the trophic function of diverse transplanted macroalgal habitats and improve post-monitoring efforts in the management of artificial ecosystems.

To understand the composition, quantity, and quality of Suspended Particulate Organic Matter (SPOM) in the Gangneung Namdae Stream, Korea, we examined spatiotemporal variations in water temperature, salinity, chlorophlly a (Chl a), Particulate Organic Carbon (POC) and nitrogen (PON), and carbon stable isotope (δ13C) of SPOM at six stations in June (pre-monsoon), July (monsoon), and September (post-monsoon) 2017. With increasing precipitation, the average POC and C/N values increased significantly in July than in June. In September, the values decreased with decreasing precipitation. The δ13C values showed irregular spatiotemporal fluctuations among the stations and periods, thereby suggesting a greater contribution of autochthonous organic matter to the pool of SPOM than that of allochthonous organic matter derived from upstream. In addition, the large and irregular changes in POC, C/N ratio, C:Chl a, and δ13C compared to that of PON were observed for all periods among the stations, indicating a serial discontinuity of the stream. Our results suggest that the Gangneung Namdae Stream is significantly influenced by the increase in freshwater discharge caused by heavy rainfalls during the summer monsoon and post-monsoon periods.

This study aimed to assess the impact of livestock excreta discharged from an Intensive Livestock Farming Area (ILFA) on river water quality during a rainfall event. The Bangcho River, which is one of the 7 tributaries in the Cheongmi River watershed, was the study site. The Cheongmi River watershed is the second largest area for livestock excreta discharge in Korea. Our results clearly showed that, during the rainfall event, the water quality of the Bangcho River was severely deteriorated due to the COD, NH4-N, T-N, PO4-P, T-P, and heavy metals (Cu, Zn, and Mn) in the run-off from nearby farmlands, where the soil comprised composted manure and unmanaged livestock excreta. In addition, stable isotope analysis revealed that most of nitrogen (NH4-N and NO3-N) in the run-off was from the ammonium and nitrate in the livestock excreta. The values of δ15NNH4 and δ15NNO3 for the Bangcho River water sample, which was obtained from the downstream of mixing zone for run-off water, were lower than those for the run-off water. This indicates that there were other nitrogen sources upstream river in the river. It was assumed from δ15NNH4 and δ15NNO3 stable isotope analyses that these other nitrogen sources were naturally occurring soil nitrogen, nitrogen from chemical fertilizers, sewage, and livestock excreta. Therefore, the use of physicochemical characteristics and nitrogen stable isotopes in the water quality impact assessment enabled more effective analysis of nitrogen pollution from an ILFA during rainfall events.

Background : The geographical origin of Panax ginseng Meyer, a valuable medicinal plant, is important to both ginseng producers and consumers in the context of economic profit and human health benefits. We therefore aimed to discriminate between the cultivation regions of ginseng using the stable isotope ratios of C, N, O, and S, which are abundant bio-elements in living organisms. Methods and Results : The C, N, O, and S stable isotope ratios were measured by isotope ratio mass spectrometer, and then these isotope ratios profiling was statistically analyzed with chemometrics. The various isotope ratios found in Panax ginseng roots were significantly influenced by region, cultivar, and the interactions between these two factors (P ≤ 0.0002). In particular, δ18O was lower in ginseng roots grown at high altitudes (r = −0.47), while δ34S was higher in ginseng roots grown close to coastal areas (r = −0.48). Chemometric results provided discrimination between the majorities of different cultivation regions. Conclusion : Our case study extends the understanding about the variation of C, N, O, and S stable isotope ratios in ginseng root depending on cultivation region. Hence, the analysis of stable isotope ratios is a suitable tool for discrimination between the regional origins of ginseng samples from Korea, with potential application to other countries.

Background : The natural stable isotope ratio of common bio-elements like carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), or sulfur (S) varies with diverse isotope fractionation processes in nature. Therefore, measuring the variation of these stable isotope ratios in ginseng roots can be a feasible tool to discriminate the geographical origins of ginseng in Korea. Methods and Results : The 3-year-old six Korean ginseng cultivars were cultivated at the five regions in Korea, and then used for measuring the stable isotope ratios of C, N, O, and S by isotope ratio mass spectrometry (IRMS). The mean C, N, O, and S stable isotope ratio values in the ginseng roots significantly differed according to the cultivation regions (p < 0.05). However, these isotope ratios in ginseng roots had relatively weak discriminative power against to the ginseng cultivars at each cultivation region. The interaction of the cultivation region and ginseng cultivar type also significantly affected to the C, N, O, and S stable isotope ratio in ginseng roots (p < 0.0001). The two-dimensional plots associated with the N stable isotope ratio can effectively separate the ginseng roots in Jinan compared to those in the other regions. The partial least squares-discriminant analysis showed more significant separation between ginseng geographical origins compared to the principal component analysis. Conclusion : Our findings improve our understanding of how the isotope composition of ginseng roots varies with respect to cultivation regions and cultivars, and suggest that the analysis of the stable isotope ratios combined with chemometrics can be used as a feasible tool to discriminate geographical origin of ginseng in Korea.