Effects of surface nutrient conditions on phytoplankton photophysiology in temperate and polar regions

Abstract

해양의 일차생산력은 계절별 또는 지역별로 주어진 환경 조건에 따라 다양한 분포를 나타내는데 여러 환경 요인 중, 영양염은 대표적인 식물플랑크톤 성장 및 광합성 효율의 제한요인이다. 그 중, 질산염(N)과 철(Fe)은 주로 열대와 온대해역에서 식물플랑크톤 성장에 주요한 제한요인이며, 남극해에선 주로 철 등의 미량금속이 제한요인으로 밝혀졌다. 또한, 인(P)은 다른 영양염과 동시에 해양 식물플랑크톤 성장에 영향을 주기도 한다. 해양의 유광층 내 영양염 분포는 식물플랑크톤 생물량 및 일차생산 조절에 중요한 역할을 한다. 하지만, 영양염 조건과 식물플랑크톤 광합성 효율 관계에 대한 지역별 실험자료의 부족으로 여전히 영양염 조건에 따른 식물플랑크톤의 성장 또는 광합성 반응에 대해서는 알려진 바가 많지 않으며, 본 연구를 통해 온대 및 극지 해역에서 지역별 영양염 조건(N, P, N+P)에 따른 식물플랑크톤의 성장 및 광합성 상태를 평가하고자 하였다. 2017년과 2018년 7-8월경 부산을 출발하여 북극해까지의 아라온 항로를 따라 두 번의 현장조사가 이뤄졌다. 표층 및 혼합층 내 해수를 채취하여 여러 영양염 조건에 따라 약 2-3일 동안 배양실험을 여러 차례 반복 실행하였다. 단기 배양실험은 추가된 영양염에 따라 식물플랑크톤의 성장 및 광합성 상태를 평가하여 제한요인을 파악하는데 널리 사용되는 방법이다. 배양샘플을 가지고 활성 형광 방법이 적용된 Fluorescence Induction & Relaxation (FIRe) system을 활용하여 초기 형광(the minimal fluorescence, F0), 광화학 효율(Photochemical efficiency of PhotosystemII, Fv/Fm), 유효 흡수단면적 (Functional absorption cross section of photosystemII, σPSII)을 측정하였고, 전자전달률 (Electron Transfer Rate, ETR)도 계산되었다. 또한, 배양 전후의 지역별 식물플랑크톤 군집 크기 구성 (micro: >10 μm, nano: 3-10 μm, pico: <3 μm)도 측정하였다. 이 연구를 통해 두 해역에서 질산염과 인산염 공급 조건에 따라 식물플랑크톤의 성장 및 광합성 효율이 얼마나 영향을 받고 있는지 파악하고자 하였다.