Primary study to rapidly detect living phytoplankton in treated water of Ballast Water Treatment System

국제해사기구(IMO)에 의해 2004년 제정된 국제선박평형수관리협약이 2017년에 발효될 것으로 예상되기 때문에 실질적으로 선박평형수를 관리 감독을 해야 하는 선주나 항만국 통제관(PSCO)들이 BWTS에 의해 처리된 선박평형수가 국제 기준에 만족하는지에 대한 자가 진단 방법이 매우 중요하다. ≥10 and <50um 크기의 생물(대부분 식물플랑크톤)의 생사판별은 형광 값을 이용하면 다른 대상 종들보다 신속하게 확인할 수 있기 때문에 이를 측정할 수 있는 10AU와 Phyto-Pam 장비를 이용해 기초 시험을 수행하였다. 자연종과 배양종에 대한 현미경으로 관찰된 개체수와 장비를 이용한 형광 값 및 활성 엽록소-a을 값을 비교했을 때, 식물플랑크톤 종에 따른 차이가 있지만 식물플랑크톤의 개체수가 ml 당 약 30cells 이상이면 안정된 값을 보였다. 하지만 실제 선박평형수 처리장치(BWTS)의 처리수는 ≥10 and <50um 크기의 생물이 ml 당 10 개체 미만으로 생존해야하기 때문에 처리수를 10L 농축하여 시험을 수행하였다. 시료를 농축할 경우 탁도에 의해서 10 AU의 형광 값이 방해를 받아 Phyto-Pam으로 활성 엽록소-a 농도만 측정하여 식물플랑크톤 개체수와 비교하였다. 실제 BWTS 처리수에서 현미경으로 식물플랑크톤의 개체수가 관찰되었을 때 Phyto-Pam의 활성 엽록소-a 값도 0.1 ㎍L-1이상의 값을 보여, BWTS 처리수에 대한 자가 진단 방법으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다. 향후, 선주나 PSCO가 현장에서 자가 진단 방법의 일환으로 형광 값을 사용하기 위해서는 다양한 염분 구배, 탁도에 대한 시험, 그리고 다양한 배양종 및 자연종에 대한 시험들이 진행되어야 보다 더 명확한 시험 방법이 정립될 수 있을 것이다.한 자가 진단 방법이 매우 중요하다. ≥10 and <50um 크기의 생물(대부분 식물플랑크톤)의 생사판별은 형광 값을 이용하면 다른 대상 종들보다 신속하게 확인할 수 있기 때문에 이를 측정할 수 있는 10AU와 Phyto-Pam 장비를 이용해 기초 시험을 수행하였다. 자연종과 배양종에 대한 현미경으로 관찰된 개체수와 장비를 이용한 형광 값 및 활성 엽록소-a을 값을 비교했을 때, 식물플랑크톤 종에 따른 차이가 있지만 식물플랑크톤의 개체수가 ml 당 약 30cells 이상이면 안정된 값을 보였다. 하지만 실제 선박평형수 처리장치(BWTS)의 처리수는 ≥10 and <50um 크기의 생물이 ml 당 10 개체 미만으로 생존해야하기 때문에 처리수를 10L 농축하여 시험을 수행하였다. 시료를 농축할 경우 탁도에 의해서 10 AU의 형광 값이 방해를 받아 Phyto-Pam으로 활성 엽록소-a 농도만 측정하여 식물플랑크톤 개체수와 비교하였다. 실제 BWTS 처리수에서 현미경으로 식물플랑크톤의 개체수가 관찰되었을 때 Phyto-Pam의 활성 엽록소-a 값도 0.1 ㎍L-1이상의 값을 보여, BWTS 처리수에 대한 자가 진단 방법으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다. 향후, 선주나 PSCO가 현장에서 자가 진단 방법의 일환으로 형광 값을 사용하기 위해서는 다양한 염분 구배, 탁도에 대한 시험, 그리고 다양한 배양종 및 자연종에 대한 시험들이 진행되어야 보다 더 명확한 시험 방법이 정립될 수 있을 것이다.2

Physical and chemical characteristic of Korea via ship

연구 기간 동안 22척의 선박에서 24 개의 선박평형수를 샘플링하여 평형수 내의 환경과 식물플랑크톤 및 동물플랑크톤에 대한 조사가 수행되었다. 선박평형수 내 수온은 조사 항의 주변수와 유사한 양상을 보인다. 조사 선박 중에서 평형수를 엔진 실의 얇은 유압라인에서 채수한 경우 주변수와 온도차이가 크게 나타났다. 염분은 중국의 Jangjiang River, 미국의 Delaware River와 Hudson River에서 선박평형수를 실은 선박에서 낮은 값이 관측되었으며, 이런 선박의 경우 영양염 농도가 높게 나타나, 담수가 영양염의 공급원으로 추정된다. 이러한 선박평형수가 국내의 항에 들어와 평형수를 배출할 경우 점오염원으로서 역할을 할 수 있을 것으로 추정된다. 부유물질은 오히려 외해에서 평형수를 실은 선박이 높게 나왔는데, 이는 조사된 선박평형수가 dead ballast였기 때문으로 파악된다. 엽록소-a,와 활성 엽록소-a의 농도는 선박평형수의 보관일수와 유사한 상관성을 보여, 우리나라 주변국간의 선박평형수 처리면제 권에 대한 논의에 있어서 신중해야 함을 보여준다. 유압라인에서 채수한 경우 주변수와 온도차이가 크게 나타났다. 염분은 중국의 Jangjiang River, 미국의 Delaware River와 Hudson River에서 선박평형수를 실은 선박에서 낮은 값이 관측되었으며, 이런 선박의 경우 영양염 농도가 높게 나타나, 담수가 영양염의 공급원으로 추정된다. 이러한 선박평형수가 국내의 항에 들어와 평형수를 배출할 경우 점오염원으로서 역할을 할 수 있을 것으로 추정된다. 부유물질은 오히려 외해에서 평형수를 실은 선박이 높게 나왔는데, 이는 조사된 선박평형수가 dead ballast였기 때문으로 파악된다. 엽록소-a,와 활성 엽록소-a의 농도는 선박평형수의 보관일수와 유사한 상관성을 보여, 우리나라 주변국간의 선박평형수 처리면제 권에 대한 논의에 있어서 신중해야 함을 보여준다.2

활성물질로 처리된 자연수와 시험수에서 형성된 소독부산물 농도와 환경위해성 평가에 대한 연구

선박평형수에 의한 외래종 침입을 막기위해 개발된 선박평형수처리장치(BWMS)는 정부형식승인을 받기위해 육상시험을 수행해야 한다. 육상시험 시 시험수는 국제해사기구(IMO)에서 정하는 시험수 기준을 만족하여야 하며, 이를 위해 전분과 글루코오스와 같은 첨가물을 사용한다. 활성물질을 사용해 생물을 사멸시키는 BWMS는 처리수 내 소독부산물(DBPs)을 형성하는데, 이 물질은 환경위해성이 높은 것으로 알려져있다. 시험수 기준을 맞추기 위해 첨가되는 물질 중 용존성 유기물질(글루코오스)이 소독부산물 생성에 영향을 주기 때문에 이에 대한 유효성 검증이 필요하다. 본 시험에서 글루코오스를 이용한 시험수(AITW)와 자연수를 이용한 시험수(NTW)에서 각각 DBPs 중 THNs 계열은 각각 2종, HAAs 계열은 각각 8종이 검출되었고, HANs 계열은 각각 5종과 3종이 검출되었다. AITW와 NTW에서 검출된 DBPs 중에서 Tribromomethane이 각각 319 mg/L, 823 mg/L로 가장 높은 농도를 나타내었다. 검출된 DBPs에 대한 환경위해성을 평가하기 위해 MAMPEC 프로그램을 이용하였으며, 두 시험구 모두 환경위해도(PEC/PNEC)가 1을 초과하는 DBPs는 검출되지 않았다. 두 시험구 모듀 DBPs의 전체 위해도의 합이 1을 초과하지 않았지만, AITW의 환경위해도 합이 0.823으로 NTW의 0.056보다 높아 육상시험 시 시험수 조건을 맞추기위해서 첨가되는 첨가물의 농도를 최소화할 필요성이 있는 것으로 판단된다.2

활성물질로 처리된 자연수와 시험수에서 형성된 소독부산물 농도와 환경위해성 평가에 대한 연구

국제해사기구(IMO)는 선박평형수에 의한 외래종 확산을 막기 위해 정부형식승인시험을 통과한 선박평형수처리장치(BWMS)를 2024년까지 순차적으로 기존 국제 선박에 설치하도록 규정하였다. 활성물질을 사용하여 생물을 사멸하는 BWMS는 평형수를 처리하는 과정에서 발생하는 소독부산물에 대한 위해성을 평가를 IMO의 가이드라인(G9)에 따라 평가하여야 한다. 소독부산물의 전구물질 역할을 하는 용존성 유기물질(DOC)의 농도를 높이기 위해 시험수에 인위적으로 DOC를 첨가하는데 IMO는 이러한 물질에 대해 환경위해성을 평가하도록 권고하고 있다. 본 연구는 자연적으로 발생할 수 있는 용존성 유기물질을 활성물질로 처리해 발생하는 소독부산물에 대한 환경 위해성을 평가하여 육상시험 시 평가되어지는 환경위해성 평가의 유효성을 검증하고자 하였다. 비교 평가를 위해 육상 시험 시 사용하는 글루코오스를 첨가한 시험수(AITW)와 식물플랑크톤으로부터 추출한 용존성 유기물질을 이용한 시험수(NTW)로 G9에 따라 위해성 평가를 수행하였다. AITW와 NTW의 처리수에서 검출된 소독부산물은 각각 27종과 22종으로 AITW에서 보다 많은 수의 소독부산물이 검출되었다. 환경위해성을 평가하기 위해 MAMPEC을 수행한 결과 AITW와 NTW의 PEC/PNEC의 합이 각각 1.68과 0.06으로 나타나 글루코오스를 이용한 육상시험에서 더 높은 환경위해성을 나타내었다. 하지만 독성시험 결과 NTW의 식물플랑크톤 만성독성 시험에서 LC50이 기수와 해수에서 각각 61%와 86%로 나타나 MAMPEC에 의한 환경위해성 평가와 다른 결과를 나타내었다. 이는 활성물질 처리로 형성되는 소독부산물의 종류가 IMO에서 요구하는 41개 물질보다 많기 때문에 실질적으로 NTW에서 더 많은 소독부산물이 형성될 수도 있고, 분석되지 않은 소독부산물의 영향일 수도 있으며, 혹은 이들 물질에 대한 칵테일 효과로 WET에서 독성이 나타날 수도 있다. 하지만 식물플랑크톤 독성시험은 Isochrysis galbana 한 종으로 WET을 수행했기 때문에 이에 대한 연구는 향후에 좀 더 지속적으로 이루어져야 할것으로 판단된다.2

Study of exemption from Ballast Water Management Convention: Same Risk Area approach

국제해사기구(IMO)는 “선박의 선박평형수와 침전물의 통제 및 관리”를 위한 국제협약(선박평형수관리협약)을 2004년 2월에 채택하였으며, 2016년 9월 8일 발효요건이 충족되어 2017년 9월 8일 발효되었다. 이로 인해 신조선은 2017년 9월 8일 이후, 현조선은 2019년부터 2024년까지 순차적으로 국제항만을 이동하는 모든 선박에 선박평형수 배출기준인 D-2규칙을 만족하기 위해 선박평형수처리설비(Ballast Water Management System, BWMS)를 설치하여 운영하여야 한다. 선박평형수관리협약 A-4규칙 1.4항에 따라기구에서 개발된 G7(환경위해성 평가 가이드라인)에 명시된 위해성 평가를 수행하여 환경 및 인간 건강에 미치는 위해도가 낮다면, 선박평형수관리협약 면제를 허용할 수 있다. 한국은 중국과 일본 간의 협상을 통해 협약의 면제 가능성을 검토했지만, 현재적용되고 있는 G7 방법으로 국가 간의 면제가 어렵다는 결론을 내렸다. 하지만, IMO는 G7의 위해성 평가방법에 새로운 위해성평가방법인 동일위험지역(Same Risk Area, SRA) 접근방법을 MEPC 69차에 제안하였으며, MEPC 71에서 이를 승인하였다. SRA 접근 방법은 이웃한 국가 간의 위해종이 선박평형수에 의해 이동할 수 있지만, 자연적인 확산에 의해서도 이동이 가능하다면 양국만 왕래하는 선박에 대해서 협약의 면제를 줄 수 있는 위해성평가 평가방법이다. SRA 접근방법이 기존의 환경위해성 방법보다 이웃한국가 간에 적용할 수 있는 타당한 방법일 수 있기 때문에 SRA 접근방법에 대한 이해가 필요하다. 본 연구는 SAR 접근방법을 고찰하여 이웃 국가 간의 선박평형수 면제 협상에 활용코자 한다.2

Physical and Chemical characteristics of ballast water loding in China

본 연구는 2007년부터 2012년까지 6년간 우리나라 주요항 중 8개항에서 99척의 선박의 평형수를 조사하였으며, 이 중에서 우리나라에 가장 빈번히 입출항하는 중국 선박들 (37척)을 대상으로 선박평형수 내의 물리&#10625 화학적인 특성을 파악하고자 하였다. 물리적인 환경 요인 중 수온은 우리나라 주변항의 계절적 변화와 유사한 반면, 염분은 선박평형수를 실은 중국 항들의 해양 특성을 보였다. 부유물질의 농도가 50㎎/L 이상으로 측정된 선박들이 있었으며, 이는 현재 개발 중인 선박평형수 처리장치에 영향을 줄 수 있는 수준이다. 또한 높은 영양염 농도를 보인 선박은 점오염원으로 작용할 가능성이 있으며, 선박평형수의 보관 일수가 짧을 경우 식물플랑크톤이 생존하여 유입될 가능성을 시사하고 있다. 중국의 항만과 국내 항만의 물리적인 조건이 크게 다르지 않기 때문에 생존한 식물플랑크톤은 충분히 우리나라 적응할 수 있고 유해한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구 결과는 향후, 한국, 중국, 일본 간의 선박평형수 처리시스템 면책권에 대한 논의를 신중하게 접근할 필요가 있음을 시사한다. 물리적인 환경 요인 중 수온은 우리나라 주변항의 계절적 변화와 유사한 반면, 염분은 선박평형수를 실은 중국 항들의 해양 특성을 보였다. 부유물질의 농도가 50㎎/L 이상으로 측정된 선박들이 있었으며, 이는 현재 개발 중인 선박평형수 처리장치에 영향을 줄 수 있는 수준이다. 또한 높은 영양염 농도를 보인 선박은 점오염원으로 작용할 가능성이 있으며, 선박평형수의 보관 일수가 짧을 경우 식물플랑크톤이 생존하여 유입될 가능성을 시사하고 있다. 중국의 항만과 국내 항만의 물리적인 조건이 크게 다르지 않기 때문에 생존한 식물플랑크톤은 충분히 우리나라 적응할 수 있고 유해한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구 결과는 향후, 한국, 중국, 일본 간의 선박평형수 처리시스템 면책권에 대한 논의를 신중하게 접근할 필요가 있음을 시사한다.2

Nutrients Auto Analyser Quality Control

수중 영양염을 동시에 분석 할 수 있는 자동분석기인 QuAAtro(SEAL - Analytical, Inc.,) 정도관리를 위해 한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터는 Standard Operating Procedure(SOP)를 작성하고 이에 따라 분석을 수행한다.분석 항목에 따라요구되는 분석절차가 다르며 SOP는 시약제조, 시료전처리, 시료 보관, 분석 시 주의사항, 표준용액 제조, 품질관리(Quality control)등을 포함하고 있다.품질관리에 이용된 방법으로 검량선 결정계수(coefficient of determination), 검출한계(Method detection limit), 정확도(Accuracy), 바탕방법 시료(Method blank)등을 분석 시 확인한다.인증 표준물질(Certified reference aterial)은 정확도를 평가한다. 분석 시 동일 미지 시료를 중복측정(duplicate)하여 시료 측정의 정확도를 확인한다. 운영점검표를 분석시 시작과 종료 시점에 작성한다.한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터에서 2017년 분석한 시료의 개수는 약7400 개였고, 각 항목 별 검량선의 결정계수 약 0.9990 이상, 인증 표준물질의 정확도는 약 90 % 이상을 나타내었다.구되는 분석절차가 다르며 SOP는 시약제조, 시료전처리, 시료 보관, 분석 시 주의사항, 표준용액 제조, 품질관리(Quality control)등을 포함하고 있다.품질관리에 이용된 방법으로 검량선 결정계수(coefficient of determination), 검출한계(Method detection limit), 정확도(Accuracy), 바탕방법 시료(Method blank)등을 분석 시 확인한다.인증 표준물질(Certified reference aterial)은 정확도를 평가한다. 분석 시 동일 미지 시료를 중복측정(duplicate)하여 시료 측정의 정확도를 확인한다. 운영점검표를 분석시 시작과 종료 시점에 작성한다.한국해양과학기술원 남해연구소 선박평형수연구센터에서 2017년 분석한 시료의 개수는 약7400 개였고, 각 항목 별 검량선의 결정계수 약 0.9990 이상, 인증 표준물질의 정확도는 약 90 % 이상을 나타내었다.2

여름철 남해 연안에 위치한 만의 물리 화학적 환경 특성

남해안에 속해 있는 마산만, 고현만, 사천만, 광양만, 가막만, 여자만 그리고 보성만을 7월 30일부터 8월 7일까지 여름철 환경 조사를 하였다. 표층 수온은 조사 지역에 따른 차이를 크게 보이지는 않지만, 저층 수온은 마산만과 고현만이 뚜렷하게 다른 지역보다 낮게 나타나 이 두 지역은 다른 지역보다 여름철 성층 이 강하게 형성되었다. 조사 지역의 표층 무기질산염의 농도는 섬진강의 영향을 받는 광양만 내만을 제외하고 대부분에 지역에서 1μM 이하의 낮은 값을 보였다. 인산염은 남해 동중부는 만의 내만에서 농도가 높았고, 외만에서는 제한되는 경향을 보였으며, 남해 서부 지역에 위치한 만에서는 내만과 외만 모두에서 대부분 낮은 농도를 나타내었다. 저층의 영양염 농도는 비교적 표층에 비해 높은 값을 나타내며, 이는 저층에서의 유기물 분해에 의한 재영양염화로 이해할 수 있다. 특히 저산소층이 뚜렷하게 나타나는 마산만과 고현만의 저층의 농도가 높게 나타났다. 엽록소-a 농도는 마산만과 여자만 내만에서 높은 값을 보였다. 일부 외만에서도 높은 값이 관측되었으며, 이는 올 여름 남해 동중부에서 확산된 적조 현상과 관련된 것으로 보인다.지역보다 낮게 나타나 이 두 지역은 다른 지역보다 여름철 성층이 강하게 형성되었다. 조사 지역의 표층 무기질산염의 농도는 섬진강의 영향을 받는 광양만 내만을 제외하고 대부분에 지역에서 1μM 이하의 낮은 값을 보였다. 인산염은 남해 동중부는 만의 내만에서 농도가 높았고, 외만에서는 제한되는 경향을 보였으며, 남해 서부 지역에 위치한 만에서는 내만과 외만 모두에서 대부분 낮은 농도를 나타내었다. 저층의 영양염 농도는 비교적 표층에 비해 높은 값을 나타내며, 이는 저층에서의 유기물 분해에 의한 재영양염화로 이해할 수 있다. 특히 저산소층이 뚜렷하게 나타나는 마산만과 고현만의 저층의 농도가 높게 나타났다. 엽록소-a 농도는 마산만과 여자만 내만에서 높은 값을 보였다. 일부 외만에서도 높은 값이 관측되었으며, 이는 올 여름 남해 동중부에서 확산된 적조 현상과 관련된 것으로 보인다.2

Diurnal vertical migration of red-tide Gymnodinium impudicum (=Gyrodinium impudicum) in an identical water mass in the southern coastal waters of Korea

This study originally aimed to explore diel vertical migration of chain forming species as a major mechanism of blooms around Naro-do where outbreaks of C. polykrikoides have been frequently found since 1982. For a consistent sampling in an identical water mass, we introduced a chemical tracer sulfur hexafluoride (SF6) into a water mass and investigated the vertical distribution of phytoplankton by tracking the core of SF6-labeled water mass during 25 hours from 19:00 14 August to 20:00 15 August 2005. We expected to meet patches bloomed by C. polykrikoides, but relative abundance of the species to entire phytoplankton community was very low ( < 1 %), which was not enough to recognize the existence of the diel cycle pattern. Diatoms mostly dominated the phytoplankton community with the range of 73.4~94.5 %, while dinoflagellates occupied 3.6~23.8 % of entire community. Diatoms were mostly comprised of Skeletonema costatum with occupation percentage of 49.8~69.2 % to entire community, while dinoflagellates were dominated by Gymnodinium impudicum with the range of 0.7~18.1 %. Vertical distributions of G. impudicum explained clearly the diel cycle pattern with high density by day and low density at night in the surface waters, and vice versa in the bottom waters. A weak upward migration of the species from the bottom was likely to begin after 05:00 before sunrise, and population of the species concentrated into the surface waters at 11:00 on 15 August. After 16:00, the population was likely to start to migrate downwards, and they reached to depth (16 m) around 19:00. The vertical migration pattern of G. impudicum resembles the migration of C. polykrikoides representing a &apos;nutrient-retrieval&apos; strategy. Chain length of the species showed temporal pattern which percentage of 3 or 4 cells a chain gradually increased from 22 to 57 % as the species migrated upwards, in contrast, percentage of 1 cell or 2 cells a chain was high between 47 and 85 % as it migrated downwards2

Preliminary results of planktonic copepod, Acartia omorii as biomarker for environmental toxicity

Zooplankton is an important component of the food webs of marine and brackish ecosystems. Copepod zooplankton is very abundant and plays as a mediator between phytoplankton and small fish in the food webs. Ecotoxicological risk to zooplankton is evaluated by the biomarker approach, can be used as an early warning signal of risk to the health of marine ecosystems. We conducted two experiments to estimate the toxicity of benzo[a]pyrene and pore water on a copepod species Acartia omorii (i) effects of benzo[a]pyrene on DNA single strand breakage and (ii) toxicity of pore water on mortality. DNA damage was observed in homogenates of whole organisms. DNA strand breakage in individual cells increased with addition of benzo[a]pyrene. It was similar to H2O2 using as positive control. Pore water was extracted from bottom sediments of Gwangyang Bay, which is located in the southern part of Korea. In all sampling sites, the mortality of the copepod increased with addition of pore water, and the response of copepod to pore water was significantly different among the sampling sites. It might be related to the concentrations of organic pollutants in sediments. This study suggests that Acartia omorii can be used as a biomarker for monitoring of environmental pollution1