호수의 유기물

호수의 유기물 • 유기물과 수중생태계 • 모든 유기물은 기본 탄소골격 • 유기물은 광합성에 의한 빛 에너지로 부터 합성 • 유기물의 분해는 광합성의 역반응 • 산소를 이용하여 유기탄소와 수소를 산화 • 수질오염이 많을수록 유기물의 축적이 많다 • 유기물양이 많아지면 생물의 생산량이 높아지나, 산소고갈로 인해 집단폐사의 가능성이 높음 • 정수과정에서 발암성물질의 생성가능성 증가 , 정수비용증가등의 피해가 나타남

유기물의 산화상태 1. Fat or lipid 형태 (지방기) CH4 2. Sugar (Alcohol기) CH3O 3. Glucose (Aldehyde기) CH2O 4. Organic acid (Carboxyl 기) CHO2 5. CO2 분해시 많은 산소가 필요 High BOD & COD Low BOD & COD

유기물의 형태별 분류 • POM • 기원 : 조류, 박테리아, 생물의 배설물, detritus • DOM • 기원 : 분해산물, 세포분비물 • 부식질(humic substance)가 주를 이루고 있음(약 50%). 그외 유기산, 탄수화물, 아미노산, 지방산등이 있음

DOM • LDOM • 저분자 단백질, 탄수화물 • RDOM • 방향족 화합물(humic substance)

유기물량 측정 • 무게, 칼로리 함량, 탄소량, COD, 강열감량등으로 추정 • 모든 유기물은 탄소포함 • 유기물 무게의 약 45%를 차지 • 탄소는 광합성측정의 단위 • 유기탄소의 총량으로 나타낸다

총 유기탄소(TOC) • 고온연소법, 산화제 첨가 후 습식분해 • POC + DOC • POC : CHN 원소분석기이용 • CODcr 을 이용하여 유기물양 측정 • 산소의 양으로 표시 탄소량으로 환산 • (COD x12/32) • DOC : filtering 후 TOC 분석기로서 분석 • Add acid for removing DIC

[표 3]소양호와 기타 호수에서 측정된 BOD 의 산화효율. (BOD-C; organic carbon oxidized by BOD) (Choi et al. 2004)

TOC의 분포 • 하천과 호수에서 POC는 10-20% 내외 • 대부분 DOC 형태로 존재 • DOC의 역할 • 수 환경내 중요한 탄소에너지 근원 • 금속과 착물 형성하여 금속의 생물이용성을 증가 • pH buffer 형성 • DBP(s) 의 전구물질

계절에 따른 DOC의 변동 • 봄, 가을 식물PK 번성시 DOC가 높다 • 성층기 표층에서 DOC가 높다 • 수심이 얕은경우 전 수심에서 일정분포 • 수체의 일차생산력에 비례 • 영양상태증가시 DOC 증가 • DOC에따른 영양상태 • 빈영양 : 1-3 mg/L • 중영양 : 2-4 mg/L • 부영양 : 3-34 mg/L

유기물 근원 • 외부기원 • 육상생태계 • 인위적 근원 • 내부생성 • 1차 생산 • 체류시간에 비례 유기물제거를 위한 관리방안이 다름 • 체류시간이 긴 경우 내부생성이 높다(소양호) • 체류시간이 짧은 경우 내부생성의 기여도가 낮고 대신 유기물의 함량이 문제가 된다(팔당호)

유기물 순환 • 박테리아흡수 • POM 분해 DOM======= POM • 침강 • 육상과 산림 농경지로 부터 유출되는 유기물은 대부분 난분해성 유기물로서 BOD에 기여도가 낮다 • 난분해성 부식물질을 박테리아가 이용 할 수 있는 양은 10-20% 미만= BOD 에 반영되지 안는다 • 부식물질은 생태계내 에너지원으로서 기여도가 낮고 하류로 대부분 유출

녹색식물의 광합성 명반응 in Grana 암반응 in Stroma Light 6CO2+ 12H2O ―――→ C6H12O6 + 6H2O + 6O2 glucose Glucose 환원시 PQ(ᇫO2/ᇫCO2)=1 지방 환원시 PQ=1.1 – 1.3 범위

-CHO group in Chl-b Hydrophillic head Hydrophobic chain Chla 의 구조 2중결합과 단일 결합이 교대로 나타나 특정파장만 흡수 Pyrrol핵

Pheophytin Mg 제거 • Chlorophyllide side chain 제거 • Pheophorbide Mg+side chain 모두제거 • 이들은 Chl-a(663nm) 와 흡광파장이 비슷하여 측정을 간섭, 특히 Pheophytin-a(665nm)

일차생산측정 • NP=GP(총생산)-R(호흡) • 산소법 • 명암병법(3 개의 시료) • 일정시간배양(반나절노출X2 = 일 생산량) • 초기산소농도(C), 명병DO(L), 암병DO(D) 측정 • (L) : 광합성+호흡동시에 일어남, • (D) : 호흡만 일어남(군집전체) algae+bac+zoopk등 • GP = L-D (군집전체의 GP, NP, R이 된다) • NP = L-C (수정바람) • R = C-D

식물PK의 총생산이 많은 부영양한 수역에서 NP 는 양의 값을 가진다 • 외부유기물이 많은 오염수역의 경우 • R(호흡량)이 많아 NP는 음의 값을 가짐

LB DO DO NP GP ID NP ID R R LB GP DB DB • 1일 총일차생산 (daily GP, mgO2/l) = (LB - DB) X 2 • 1일 군집호흡 (daily R, mgO2/l) = (ID - DB) X 24 / Δt • 1일 순생산 (daily NP, mgO2/l) = 1일 총생산(GP) - 1일 군집 호흡(R) GP<R, NP는- GP>R, NP는 + 부영양한 수역 외부기원 유기물이 많은 오염수역

<방사선 동위원소법> • 탄소동위원소 : 12C, 13C, 14C (자연계에선 주로 12C형태 존재함(98.9%) • 12C, 13C는 안정 동위원소, 반면 14C은 β-ray를 방출하는 방사선동위원소 추적자로 이용 • 방사선으로 표지된 CO2를 흡수시 체내에서 베타선방출 이를 측정함 으로서 CO2흡수량 측정

14C 에 의한 CO2흡수 • 초자병 (50-500ml) • 14C이 표지된 NaH14CO3 첨가 후 일정시간 배양 • GF/C 여과지로 여과DIC제거(염산훈증)cocktail첨가 • 베타선 검출로서(Scintillation counter) 식물세포에 흡수된 CO2양으로부터 일차생산량 산출 • 12C 흡수량=(12CO2) X (14CO2고정량/14CO2첨가량) TCO2의 양식물PK가 흡수한 양 • 가정 CO2(흡수량)/CO2(존재량) = 14CO2(흡수량)/14CO2(존재량) • 빛의 노출방법에 따라 • In situ(현장법) • Simulated in situ(의사현장법 : 주로 해양에서 사용) 감광필터 • P-I curve

P-I curve (Iopt) High α, Low Ik Iopt : 저광도에 적응된 종 ex) 봄철 규조류 Low α, High Ik Iopt : 고광도에 적응된 종 ex) 여름철 남조류 Ik

12장 호수의 생물 • 서식형태에 따른 분류 • 부유생물(plankton) • 동식물PK  광합성유무 식물PK(35um), 동물(65um), • Picoplankton: 2-3um 이하 • Meroplankton, holoplankton • 유영생물(nekton) 어류 • 저서생물(benthos) • Phytobenthos • zoobenthos • 수표생물(neuston) • 부착생물(periphyton, aufwuchs) • Epilithic 돌에 부착 • Epiphytic 식물표면 • Epizooic 동물체 표면 • Epipelic 진흙표면

부착조류 • 하천생태계의 중요한 1차 생산자 • 부착조류저서생물(scraper)어류사람 • 하천에서 부착조류의 양과 종류는 • 유기물양과 유속에 의해 좌우됨 • 주로 규조류인 우상목이 우점 • 부영양한 수역에선 녹조류와 남조류 우점

에너지원과 탄소동화기능에 따른 분류 • [표 1] • ATP 근원 • AutotrophCO2환원 • Heterotroph유기물 섭취 • Chemotroph 유기물과 무기물 산화 • Lithotroph무기물로부터 전자를 얻어 이용

Photoautotroph • All photosynthetic plant • Chemoheterotroph • All animals, fungi, most bacteria • Photoheterotroph • Photosynthetic bacteria(유기물 산화를 통해 ATP합성, CO2고정능력이 없음) • Chemoautotroph 세균광합성, 화학합성 • Chemosysnthetic bacteria (질산균, 철세균)

화학합성(심해생물의 주에너지원) • 무기물을 산화시킬 때 방출되는 에너지를 이용, 수소원 - H2O : 산소발생 • 무기화합물 + O2 ―――→ 산화물 + 화학에너지(빚 에너지 대신이용) 6CO2 + 12H2O ――――――→ C6H12O6 + 6H2O + 6O2 • 아질산균: • 2NH3(암모니아) + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 158kcal • 질산균: • 2HNO2 + O2 2HNO3 + 38kcal • 황세균: • 2H2S + O2 2 H2O + 2S + 66kcal • 철세균: • 4FeCO3 + O2 + 6H2O2 4Fe(OH)3 + 4CO2 + 81kcal

수생식물 분류 • 정수식물(Emergent) • 갈대, 줄, 부들, 애기부들 • 침수식물(submerged) • 검정말, 나사말 • 부수식물(free-floating) • 개구리밥, 부레옥잠, 마름 • 부엽식물(floating-leaved) • 연, 수련 (Lacunee)

애기부들 어리연

마름군락 연꽃군락

계통분류 • 계통분류학적 분류 • Kingdom • Phylum • Class • Order • Family • Genus • Species

생물계 • Superkingdom Prokaryota(procaryotes) • Kingdom Monera • Phylum Bacteria • Phylum Cyanobacteria • Superkingdom Eukaryota(eucaryotes) • Kingdom protista • Kingdom fungi • Kingdom plantae • Kingdom animalia • <프린트물>

Phylum Bacteria • 광합성, 화학합성 박테리아가 포함된다 • 부영양호에서 밀도가 높다 • 수생태계의 에너지순환에 중요역활 • DOM(DOC)박테리아 분해원생동물rotiferzoopK 번성  어류의 먹이 • Phylum Cyanobacteria • 세포구조는 원핵생물이나 광합성과정과 엽록소종류는 진핵생물 • 남조류는 일반 광합성생물과 같이 Chl-a 외 보조색소를 가짐 • 다양한 파장대를 광합성에 이용 할 수 있어 생태학적 장점을 가진다

Kingdom Protista진핵이나 단세포혹은 다세포로서 분화가 덜된세포들 • Subkingdom algae • Autotroph • Chlorophyll-a + 보조색소 • Phylum Eugleonphyta • Phylum Chlorophyta chlorella, volvox, Cell wall을 가짐 • Phylum Pyrrophyta2개의 편모, 양성주광성, redtide 원인 • Phylum Chrysophyta • Phylum Bacillariophyta • Order Pennales(우상목) 좌우대칭, 대부분의 부착조류 • Order Centrales(중심목)원통형껍질, 부유성조류 • 그외 • Subkingdom Protozoa • Heterotroph • 분류가 불충분, 연구미비

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