표제지
제출문
목차
요약문 4
제1장 연구개발과제의 개요 6
제1절 과제의 배경 8
제2절 해양환경지수의 개념 및 범위 11
제2장 소규모 해역 (Bay) 건강성 평가의 모범사례 14
제1절 EHMP (호주 Moreton Bay EHI) 16
제2절 SFBI (미국 San Francisco Bay Index) 19
제3절 CBHI (미국 Chesapeake Bay Health Index) 22
제3장 연구개발의 추진체계 26
제1절 진해만 건강성 평가를 위한 연구추진체계 28
제2절 진해만 건강성 평가를 위한 세부 조직체계 29
제4장 마산만 건강성 평가 : 보유자료 재검토 30
제1절 부유생물을 이용한 해양생태계 건강성 평가 32
제2절 저서생물지수를 이용한 마산만 저서생태계 건강성 평가 49
제3절 바이오마커지수 적용 마산만 건강성 평가 64
제4절 수질환경에 따른 마산만 건강성 평가 90
제5절 퇴적물지수 적용에 의한 마산만 건강성 평가 (Application of a Sediment Quality Index to the Masan Bay, Korea) 115
제6절 중금속배경농도와 마산만 건강성 평가 133
제7절 공간자기상관지수 적용 마산만 수질 분포패턴 규명 150
제5장 진해만 건강성 평가 : 사례연구 166
제1절 진해만 해역의 특성과 중요성 168
제2절 부유생물을 이용한 진해만 건강성 평가 169
제3절 저서생물지수에 의한 진해만 건강성 평가 181
제4절 바이오마커를 지수에 의한 진해만 건강성 평가 194
제5절 하수지표와 유기주석화합물에 의한 진해만 오염 평가 218
제6절 진해만 종합 건강성 평가와 활용방안 233
제6장 연구개발의 업그레이드 방향 236
제1절 해역 건강평가 지표 기준치 238
제2절 해역 종합 건강평가 업그레이드 240
Table 1-2-1. 해역의 용도에 따른 주요 압력, 반응요인, 평가지표, 평가지수의 예 12
Table 2-1-1. EHMP의 기수/해양역 핵심지표의 SEQRWQMS (2001) 수질목표치 17
Table 2-3-1. Chesapeake Bay의 수질의 기준치 23
Table 2-3-2. Chesapeake Bay의 15개 지역의 BHHI 값의 순서 23
Table 4-1-1. Criteria for assessing chlorophyll a in US EPA (2004) 35
Table 4-1-2. Seasonal averages of chlorophyll a in Masan Bay from 2004 to 2006 35
Table 4-1-3. Spatial averages of chlorophyll a in Masan Bay from 2004 to 2006 36
Table 4-1-4. Criteria for assessing chlorophyll a in Masan Bay based on DIN criteria in sea water quality 36
Table 4-1-5. Relationships between DIN and chlorophyll a concentrations in Masan Bay... 37
Table 4-1-6. Relative evaluation of Masan Bay ecosystem health base on the phytoplankton community characteristics... 37
Table 4-2-1. 마산만에서 출현한 대형저서동물 군집의 종별 BPI, AMBI 지수 및 섭식유형 52
Table 4-2-2. 저서생물통합지수 (BIBI) 산출에 사용된 오염민감종 및 오염 지시종 목록 54
Table 4-2-3. 마산만의 저서생물통합지수(BIBI) 산출에 사용된 각 metrics 별 할당 값 55
Table 4-2-4. 각 건강도지수에 대한 평가기준 55
Table 4-3-1. Responses of biomarker on biochemical stresses. 66
Table 4-3-2. Reported biomarker indices and classification of values of biomarkers 73
Table 4-3-3. BIA에 이용되는 생체지표와 평가기준 74
Table 4-3-4. 마산만 해역에서 채집한 문치가자미의 BEI를 산출한 결과 83
Table 4-3-5. Responses of biomarker on biochemical stresses. 85
Table 4-4-1. Average value of nutrient ratios in surface water of Masan Bay. 107
Table 4-5-1. Sediment quality guidelines suggested by Canada, USA NOAA, and ANZECC and concentration range of contaminants in surface sediment from Masan Bay. 118
Table 4-5-2. Percentage of stations exceeding (%) sediment quality guideline. 124
Table 4-5-3. Comparison of sediment quality rankings for each evaluation method for Masan Bay including sediment quality index (SQI) and mean sediment qulity guideline quotient (SQGQ).... 125
Table 4-6-1. Sampling areas and number of sediment samples collected for this study. 135
Table 4-6-2. Summary of statical parameters for metal concentrations in this study. 137
Table 4-6-3. Regression results of Al-heavy metals baseline relationships for Korean coastal sediments. 142
Table 4-7-1. Definition of neighborhood features for target feature to calculate spatial autocorrelation(Moran's I). 153
Table 4-7-2. Pearson correlations matrix for water quality data. 154
Table 4-7-3. Seasonal variations of Moran's I for water quality data. 155
Table 4-7-4. Proximity matrix using squared chord distance 156
Table 4-7-5. Check list comparing aspatial correlation(Pearson's r) and spatial similarity(Moran's I). 156
Table 4-7-6. Seasonal variations of Pearson correlation coefficient between salinity, silicate and chlorophyll a. 158
Table 4-7-7. Definition of spatial distribution pattern types. 160
Table 4-7-8. Spatial distribution pattern types defined with Moran's I and Pearson's r. 160
Table 5-3-1. 진해만의 저서생물통합지수 (BIBI) 산출에 사용된 각 metrics 별 할당 값 183
Table 5-3-2. 2007년 8월에 진해만에서 출현한 대형저서동물 군집의 종수(종수/0.2m2), 서식밀도 (개체/m²)및 생물량(g/m²) 185
Table 5-3-3. 진해만에서 2007년 8월에 출현한 대형저서동물 군집의 우점종 185
Table 5-4-1. 마산만 해역에서 채집한 문치가자미의 BEI를 산출한 결과 198
Table 5-4-2. Accession numbers for specific primer pairs for MT-a, SOD, CAT and β-actin genes from sea urchin used in our studies for gene cloning. 201
Table 5-4-3. Operating condition of gas chromatograpy for fatty acid analysis. 205
Table 5-4-4. Accession numbers for specific primer pairs for MT-a, SOD, CAT, and β-actin genes from sea urchin used in our studies for Rael-time PCR. 209
Table 5-4-5. Differentially expressed genes in nickel exposure Strongylocentrotus intermedius identified by DD-PCR 213
Table 5-4-6. Separation and List of 37 fatty acid methy1 ester by capillary gas chromatography. 215
Table 5-5-1. Comparison of butyltin concentration in seawater and sediment of special management coastal areas, Korea 223
Table 5-5-2. Gas chromatography and mass spectrometer operating conditions for sterols compound analysis. 227
Table 2-5-3. Target compound and ion for selected ion monitoring (Relative intensity) 227
Table 6-1-1. Chesapeake Bay 평가 기준에 의한 2007년 8월 진해만 수질 종합평가 239
Table 6-1-2. Chesapeake Bay 평가 기준에 의한 2007년 8월 진해만 정점별 수질평가 239
Figure 1-1-1. 국가해양지수 활용의 다원화 8
Figure 1-1-2. 국가해양지수의 하위 구성지수와 주요 지표 9
Figure 1-1-3. 과제 추진의 연도별 단계 10
Figure 1-1-4. 과제의 미래 지향적 방향성 10
Figure 1-2-1. 남해역의 다양한 인위적 활동 11
Figure 1-2-2. 해양환경지수의 Cascade 13
Figure 2-1-1. EHMP의 기수/해양역 수질과 생물의 핵심지표 17
Figure 2-1-2. EHI 산출을 위한 단계별 map. 18
Figure 2-1-3. EHI와 BHR로부터 산출된 Report card의 결과 18
Figure 2-2-1. 2003년 (왼쪽)과 2005년 (오른쪽)의 San Francisco Bay의 건강성 평가 결과 21
Figure 2-3-1. Chesapeake Bay 건강성 평가를 위한 지수의 기능별 세분화 22
Figure 2-3-2. Chesapeake Bay의 건강성 평가를 위한 수질과 생물지표와 아이콘 22
Figure 2-3-3. Chesapeake Bay의 15개 수역의 BHHI값의 Report Card와 Map 24
Figure 3-1-1. 연구개발의 추진 체계 28
Figure 3-1-2. 해양생물과 주변 환경요인의 인과 관계 28
Figure 3-2-1. 진해만 건강성 평가를 위한 세부 지수의 구성 체계 29
Figure 4-1-1. Changes in diversity index of zooplankton community and relative abundances of dominant species in Masan Bay... 33
Figure 4-1-2. Major planktonic components in grazing food chain and microbial loop. 33
Figure 4-1-3. Relationship between DIN and chlorophyll a concentrations in Masan Bay from 2004 to 2006 36
Figure 4-1-4. Spatial changes in abundance averages of microbial components(ciliates:CIL, heterotrophic bacteria:HB, heterotrophic nanoflagellates:HNF) in Masan Bay from 2004 to 2006 39
Figure 4-1-5. Spatial distribution of dissolved inorganic nitrogen(DIN), chlorophyll a (chl. a), dissolved organic carbon (DOC), and heterotrophic bacteria(HB) in Masan Bay in August 2006. 43
Figure 4-1-6. Spatial distribution of Z-score transformed by inorganic pollution indicators (DIN, chl. a), organic pollution indicators (DOC,HB), and integrated four indicators (DIN, chl. a, DOC, HB) in Masan Bay, August 2006. 44
Figure 4-2-1. 마산만 내 21개 대형저서동물 조사정점도. 51
Figure 4-2-2. 2004년 2월과 8월에 출현한 대형저서다모류 군집을 대상으로 하여 산출한 저서 오염지수 (BPI). 56
Figure 4-2-3. 2004년 2월과 8월에 마산만에서 출현한 대형저서동물 군집의 다모류 자료를 이용하여 산출한 Azti's 생물지수 (AMBI). 57
Figure 4-2-4. 2004년 2월과 8월에 출현한 마산만 대형저서동물 군집을 6개 metrics로 할당하여 산출한 저서생물통합지수 (BIBI). 57
Figure 4-3-1. Response level and ecological correlation. 66
Figure 4-3-2. 아세텔콜린 에스터라아제의 작용기작 69
Figure 4-3-3. 생명과학역사속의 lipidomics 71
Figure 4-3-4. German Bright 연안에 BAI를 적용하여 2005년부터 2000까지 적용한 결과... 75
Figure 4-3-5. 문치가자미의 채집 장소... 76
Figure 4-3-6. 마산만과 해금강에서 채집한 문치가자미의 EROD 활성을 계절별로 비교한 결과.... 79
Figure 4-3-7. 마산만과 해금강에서 채집한 문치가자미의 CYP1A 단백질 발현을 계절별로 비교한 결과.... 80
Figure 4-3-8. 마산만과 해금강에서 채집한 문치가자미의 brain_AChE의 활성을 계절별로 비교한 결과.... 81
Figure 4-3-9. 마산만과 해금강에서 채집한 문치가자미의 muscle_AChE의 활성을 계절별로 비교한 결과.... 82
Figure 4-3-10. 마산만 해역에서 채집한 문치가자미 BEI의 계절별 변화 84
Figure 4-4-1. Map showing the study area with location of sampling stations. 92
Figure 4-4-2. Long-term variations of nitrate and phosphate concentrations of surface water observed in inner part(near Dot-Island) of Masan Bay form 1992 to 2006 year.... 92
Figure 4-4-3. Seasonal variation of precipitation observed in Masan City during 2006. 93
Figure 4-4-4. Seasonal and spatial distribution of temperature.... 95
Figure 4-4-5. Seasonal average values (or concentrations) of physiochemical parameters investigated in 32 stations of Masan Bay. 97
Figure 4-4-6. Temperature and DO concentrations of bottom water investigated monthly in 21 stations of Masan(Mansan) Bay during 2004 Year.... 99
Figure 4-4-7. Plots of temperature vs. DO (a), DO vs. pH (b),and salinity vs. COD (c), silicate (d), DIP (e) and DIN (f) observed in surface water of Masan(Masna) Bay. 100
Figure 4-4-7. Plots of DO vs. pH in surface and bottom waters of Masan bay during 2004 annual cycle.... 101
Figure 4-4-9. Seasonal fluctuations of physiochemical parameters of surface and bottom waters investigated in 21 stations of Masan Bay during 2004 annual cycle. 108
Figure 4-4-10. Synthetic graph of Si:DIN:DIP molar ratios in the surface water of Masan Bay.... 109
Figure 4-4-11. Spatial distribution of Z-score value transformed by six water quality compositions (1/DO, COD, DOC, silicate, DIN, DIP values) investigated seasonally during 2006 year.... 111
Figure 4-5-1. Location map of surface sediment stations in Masan Bay. 119
Figure 4-5-2. Sediment quality index(SQI) of Masan Bay derived from (a) CCME interim sediment quality quideline (ISQG), (b) CCME probable effect level (PEL), (c) NOAA effect range low (ERL), (d) NOAA effect range median (ERM), (e) ANZECC interim sediment quality guideline low (ISQG(ISGQ)-low), and (f) ANZECC interim sediment qualityguideline high (ISQG(ISGQ)-high). 122
Figure 4-5-3. Spatial distribution of sediment quality index (SQI) of Masan Bay derived from six different sediment quality guideline values. 123
Figure 4-5-4. Relationship between F1 (scope) and F3 (amplitude) values of sediment quality index (SQI) derived from (a) CCME interim sediment quality guideline (ISQG), (b) CCME probable effect level, (c) NOAA effect range low, and (d) ANZECC interim sediment quality guideline low (ISQG-low). 127
Figure 4-5-5. Mean sediment quality guideline quotients (SQGQs) of Masan Bay derived from (a) CCME probableeffect level (PEL), (b) NOAA effect range median, and (c) ANZECC interim sediment quality guidelinehigh (ISQG-high).... 128
Figure 4-5-6. Spatial distribution oif mean sediment quality guideline quotients (SQGQs) of Masan Bay derived from three sediment quality guideline high values. 129
Figure 4-6-1. Histograms of Korean coastal sediments (n=ca.900) for heavy metals. 138
Figure 4-6-2. Relationship of heavy metals with aluminum.... 139
Figure 4-6-3. Linear regression model showing natural background values for Cr, Cu, Ni, and Zn based on their correlation with Al.... 143
Figure 4-6-4. The copper to aluminum scatter plot of Masan Bay sediments (▲) overlaid with reference element baseline relationship.... 144
Figure 4-6-5. Box plots showing enrichment factor for cu in Masan Bay using two different background values:... 145
Figure 4-6-5. Box plots showing enrichment factor for Cu in Masan Bay using two different background values:... 145
Figure 4-6-6. Comparison of Cu-enrichment ratios on the basis of two background levels (average shale and linear regression model-this study) in Masan Bay sediments.... 146
Figure 4-7-1. A map showing the water quality sampling stations and spatial scheme divided into ten regions for spatial autocorrelation. 152
Figure 4-7-2. A Comparison of the seasonal variations of Moran's I for saliuity, silicate and chlorophyll a in Masan Bay. 157
Figure 4-7-3. Spatial distribution and Moran's I for chlorophyll a and silicate in November 2005. 159
Figure 4-7-4. Spatial distribution and Moran's I for chlorophyll a and silicate in November 2004. 159
Figure 4-7-5. A schematic diagram conceptualizing the spatial distribution patterns with four types using Moran's I and Pearson' r.... 161
Figure 4-7-6. Two cases of spatially clustered pattern for two items with strong and weak correlation(SS and SW types). 162
Figure 4-7-7. In the case of either one of two items or none has spatially clustered pattern with strong and weak correlation(WS and WW types). 163
Figure 5-1-1. 진해만의 다양한 인위적 활동 168
Figure 5-2-1. 무기오염과 유기오염에 따른 부유생물 군집 반응의 비교 169
Figure 5-2-2. 2007년 8월 진해만 조사 정점 위치 170
Figure 5-2-3. 부유생태계 건강성 평가를 위한 조사항목. 171
Figure 5-2-4. DAPI, FiTC, QPS 염색법의 Procedure. 172
Figure 5-2-5. 2007년 8월 진해만 DIN, DIP, 식물플랑크톤 현존량, chlorophyll a의 농도 변화 173
Figure 5-2-6. 2007년 8월 진해만일대 DIN과 chlorophyll a의 공간분포 174
Figure 5-2-7. 2007년 8월 진해만일대 출현한 protargol 염색한 Cochlodinium polykrikoides... 174
Figure 5-2-8. 2007년 8월 진해만 HAS, Cochlodinium polykrikoides, Prorocentrum minimum의 현존량과 HAS와 DIN의 상관관계 175
Figure 5-2-9. 2007년 8월 진해만일대 DIN, chlorophyll a, HAS의 통합공간분포 176
Figure 5-2-10. 2007년 8월 진해만일대 DOC, HB, HNF, CIL의 공간분포 177
Figure 5-2-11. 2007년 8월 진해만일대 COD와 E-coli의 분포 178
Figure 5-2-12. 2007년 8월 진해만일대 DOC, HB, HNF, CIL의 통합공간분포 178
Figure 5-2-13. 2007년 8월 진해만일대 DOC, HB, HNF, CIL의 통합공간분포 179
Figure 5-3-1. 진해만의 조사정점도 182
Figure 5-3-2. 2007년 8월 조사에서 측정된 진해만 및 마산만의 저층 용존산소농도 184
Figure 5-3-3. 2007년 8월 조사에서 가장 우점하였던 상위4종의 공간적 분포양상 186
Figure 5-3-4. 2007년 8월 조사에서 출현한 대형저서동물 군집의 정점별 종수, 서식밀도 및 생물량의 분포양상 188
Figure 5-3-5. 진해만 16개 조사정점에 대한 저서오염지수(BPI), Azti's 생물지수(AMBI), 저서생물통합지수(B-IBI). 189
Figure 5-3-6. 저서오염지수, Azti's 생물지수, 저서생물통합지수와 진해만 저층 DO농도와의 상관관계. 191
Figure 5-4-1. 문치가자미의 채집 장소... 194
Figure 5-4-2. 진해만, 마산만과 해금강에서 채집한 문치가자미의 생화학적 지표를 계절별로 비교한 결과.... 197
Figure 5-4-3. 해금강, 진해만, 마산만 해역에서 채집한 문치가자미의 봄철 BEI의 계절별 변화 198
Figure 5-4-4. Differential display cascade 204
Figure 5-4-5. Normal and abnormal larvae of Strongylocentrotus intermedius by nickel exposure for 72 hpf. 206
Figure 5-4-6. RNA extraction and concentration in Strongylocentrotus intermedius. 207
Figure 5-4-7. PCR products of antioxidant genes in Strongylocentrotus intermedius. 207
Figure 5-4-8. pGEM-T easy vector의 map 208
Figure 5-4-9. Transformed E. coli DH5a 208
Figure 5-4-10. Colony PCR products of antioxidant genes in Strongylocentrotus intermedius. 209
Figure 5-4-11. semiquantitative RT-PCR of antioxidant gene for SOD, MTa, CAT. 210
Figure 5-4-12. Threshold cycles analysis by real-time PCR amplification of SOD, MTa and CAT transcripts 211
Figure 5-4-13. Comparison of gene expression patterns by nickel exposure in Strongylocentrotus intermedius.... 212
Figure 5-4-14. Re-amplification of differential display gene to nickel exposure in Strongylocentrotus intermedius. 213
Figure 5-4-15. Chromarogram of 37 fatty acid methy1 ester by capillary gas chromatography. 214
Figure 5-4-16. The fatty acids changes for nickel exposure during incubation. 216
Figure 5-5-1. Sampling locations of seawater and sediment from Chinhae Bay 218
Figure 5-5-2. Analytical procedure of butyltin compounds in seawater and sediment 220
Figure 5-5-3. Distribution of butyltin compounds in seawater from Chinhae Bay. 221
Figure 5-5-4. Distribution of butyltin compounds in sediment from Chinhae Bay 222
Figure 5-5-5. Relative compositino of butyltin compounds in sediment from Chinhae Bay 222
Figure 5-5-6. Distribution of Z-scores derived from TBT concentration in surface sediment from Chinhae Bay. 224
Figure 5-5-7. Schematic diagram of analytical procedure of sterol compounds. 226
Figure 5-5-8. Spatial distribution of total sterols concentration. 228
Figure 5-5-9. Composition of sterols in seawater. 228
Figure 5-5-10. Sterols in seawater according probable source. 229
Figure 5-5-11. Coprostanol concentration and fecal sterol ratio in surfce seawater 230
Figure 5-5-12. Distribution of Z-scores derived from coprostanol concentration in surface water from Chinhae Bay. 230
Figure 5-6-1. 2007년 8월 진해만 수질 건강지도. 233
Figure 5-6-2. 2007년 8월 진해만 종합 건강지도. 233
Figure 5-6-3. 진해만 해역 건강평가의 활용 234
Figure 5-6-4. 연별 예보와 평가 순환 시스템 234
Figure 5-6-5. 진해만 건강진단 시스템의 발전 방향 235
Figure 6-2-1. 수권의 통합적 연계를 통한 평가 시스템 (호주 Moreton Bay) 240
Figure 6-2-2. 해역환경관리를 위한 모니터링과 관리의 순환 시스템 241
Figure 6-2-3. 해역환경의 예보와 평가의 순환 시스템 243