We investigated physicochemical properties and isotopic compositions of organic matter (δ13CTOC and δ15NTN) in the old fish farming (OFF) site after the cessation of aquaculture farming. Based on this approach, our objective is to determine the organic matter origin and their relative contributions preserved at sediments of fish farming. Temporal and spatial distribution of particulate and sinking organic matter (OFF sites: 2.0 to 3.3 mg L-1 for particulate matter concentration, 18.8 to 246.6 g m-2 day-1 for sinking organic matter rate, control sites: 2.0 to 3.5 mg L-1 for particulate matter concentration, 25.5 to 129.4 g m-2 day-1 for sinking organic matter rate) between both sites showed significant difference along seasonal precipitations. In contrast to variations of δ13CTOC and δ15NTN values at water columns, these isotopic compositions (OFF sites: -21.5‰ to - 20.4‰ for δ13CTOC, 6.0‰ to 7.6‰ for δ15NTN, control sites: - 21.6‰ to - 21.0‰ for δ13CTOC, 6.6‰ to 8.0‰ for δ15NTN) investigated at sediments have distinctive isotopic patterns (p<0.05) for seawater-derived nitrogen sources, indicating the increased input of aquaculture-derived sources (e.g., fish fecal). With respect to past fish farming activities, representative sources (e.g., fish fecal and algae) between both sites showed significant difference (p<0.05), confirming predominant contribution (55.9±4.6%) of fish fecal within OFF sites. Thus, our results may determine specific controlling factor for sustainable use of fish farming sites by estimating the discriminative contributions of organic matter between both sites.

본 연구는 2019년 8월 한반도 주변해역(동해, 서해, 남해, 동중국해)에서 탄소 및 질소 안정동위원소 기법을 활용하여 하위영양 단계에서의 먹이망 구조를 파악하였다. 입자성 유기물(POM)의 δ13C 범위는 -26.18 ~ 20.61 ‰, δ15N 범위는 5.36 ~ 15.20 ‰의 넓은 범위를 보였다. POM과 각 생물별 개체군 사이의 δ13C 분별작용의 결과는 대부분 micro-POM을 섭식하는 것으로 확인하였으나 해역 간 차이를 보였 다. 각 생물별 영양단계는 chaetognaths (3.40±0.61)가 가장 높은 영양단계에 있음을 확인하였다. 동위원소 혼합모델을 적용한 결과에서 chaetognaths의 먹이원으로 copepods (13 ~ 48 %)와 euphausiids (20 ~ 51 %)가 가장 높은 기여도를 나타냈다. 본 연구결과 각 해역별 먹이원의 제한적 공급 및 다양성의 차이가 먹이망 구조 및 각 생물별 동위원소 비에 영향을 미친 것으로 판단된다.

Nitrogen (N) loading from domestic, agricultural and industrial sources can lead to excessive growth of macrophytes or phytoplankton in aquatic environment. Many studies have used stable isotope ratios to identify anthropogenic nitrogen in aquatic systems as a useful method for studying nitrogen cycle. In this study to evaluate the precision and accuracy of denitrification bacteria method (Pseudomonas chlororaphis ssp. Aureofaciens (ATCC® 13985)), three reference (IAEA-NO-3 (Potassium nitrate KNO3), USGS34 (Potassium nitrate KNO3), USGS35 (Sodium nitrate KNO3)) were analyzed 5 times repeatedly. Measured the δ15N-NO3 and δ18O-NO3 values of IAEA-NO-3, USGS 34 and USGS35 were δ15N: 4.7±0.1‰ δ18O: 25.6±0.5‰, δ15N: -1.8±0.1‰ δ18O: -27.8±0.4‰, and δ15N: 2.7±0.2‰ δ18O: 57.5±0.7‰, respectively, which are within recommended values of analytical uncertainties. Also, we investigated isotope values of potential nitrogen source (soil, synthetic fertilizer and organic-animal manures) and temporal patterns of δ15N-NO3 and δ18O-NO3 values in river samples during from May to December. δ15N-NO3 and δ18O-NO3 values are enriched in December suggesting that organic-animal manures should be one of the main N sources in those areas. The current study clarifies the reliability of denitrification bacteria method and the usefulness of stable isotopic techniques to trace the anthropogenic nitrogen source in freshwater ecosystem.

김 양식을 하고 있는 해역의 물리·화학적인 해양환경 특 성, 식물플랑크톤 색소 조성과 농도, 식물플랑크톤 및 방사 무늬김의 일차 생산력을 2014년 3월에 김 양식이 이루어지 고 있는 만호해역에서 조사를 하였다. 수온은 9.1~9.6℃, 염분은 32.5~33.1이었고, 투명도는 높 은 탁도로 인하여 유광층이 낮아져 0.7~1.5 m를 보였다. 수 층의 용존 무기질소, 용존 무기인 및 규산 규소 각각의 농도 는 3.59~5.73 μM, 0.16~0.41 μM, 12.41~13.94 μM이었다. 클로로필 a 농도는 0.51~1.25 μg L-1이었고, 0.7~20 μm 범 위의 nanoplankton의 클로로필 a 농도가 58%를 차지하였다. 규조류의 marker 색소인 fucoxanthin의 농도는 0.51~1.25 μg L-1로서 전 정점에서 높은 값이었고, 20~200 μm 범위의 fucoxanthin이 64%를 차지하였다. 식물플랑크톤에 의한 일 차 생산력은 57.72±4.67 (51.05~66.71) mg C m-2 d-1이었고, 0.7~20 μm 범위의 nanoplankton이 76.9%를 차지하였으며, 면적을 고려한 일차 생산력은 11,337 kg C d-1이었다. 방사무 늬김에 의한 평균 일차 생산력은 1,926±192 (1,102~2,597) mg C m-2 d-1이었고, 면적을 고려한 일차 생산력은 39,295 kg C d-1이었다. 식물플랑크톤과 방사무늬김에 의한 일차 생 산력을 토대로 계산된 만호해역의 일차 생산력은 50,632 kg C d-1로 나타났다. 만호해역의 식물플랑크톤에 의한 일차 생 산력이 다른 해역보다 낮고, 김의 일차 생산력이 식물플랑크 톤의 일차 생산력보다 약 3.5배 높았다.

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.

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.

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.