호수 수질 환경 평가의 중요한 지표인 식물플랑크톤 생물 보전 지수(P-IBI)는 수생태계 건강성 평가에 널리 활용되고 있습니다. 본 연구는 2023년 갈수기 및 습윤기에 양쯔강 중류의 전형적인 호수인 다예호의 식물플랑크톤 군집 구조와 수질 특성을 조사하고, P-IBI를 활용하여 생태학적 상태를 평가했습니다.
현장 조사와 실험실 분석을 통해 데이터를 수집했으며, 식물플랑크톤 군집은 두 계절 모두 녹조류, 남조류, 규조류가 우점했으며, 특히 녹조류의 우점종이 두드러졌습니다.
P-IBI 값은 갈수기에 1.21~3.75, 습윤기에 0.14~3.00 범위를 보였습니다. 전반적으로 다예호의 평가 등급은 두 계절 모두 '보통(Fair)'으로 나타났으나, 갈수기 평가 결과가 습윤기보다 양호하여 P-IBI의 시간적 변동성이 확인되었습니다.
다중 회귀 분석 결과, 갈수기에는 총인(TP), 클로로필-a(Chl-a), 암모니아성 질소(NH₃-N), 총질소(TN)가 P-IBI와 음의 상관관계를, 과망간산칼륨 소비량(CODMn)은 양의 상관관계를 보였습니다. 습윤기에는 NH₃-N, TP, Chl-a, TN, CODMn 모두 P-IBI와 음의 상관관계를 나타냈습니다. 주요 영향 요인은 갈수기에 TN, 습윤기에 Chl-a였습니다.
본 연구는 다예호 유역의 수생태 건강성 관리 및 복원을 위한 과학적 기반을 제공합니다.
높은 용존 무기 탄소(DIC) 농도를 가진 카르스트 저수지에서 식물플랑크톤 광합성에 의해 효율적인 생물 탄소 펌프(BCP) 효과가 나타나지만, 식물플랑크톤 군집 천이가 BCP 잠재력에 미치는 영향은 불분명했습니다. 본 연구는 우장강 유역 11개 카르스트 저수지에서 계절별 조사를 수행하여 식물플랑크톤 종 조성, 영양염, DIC 및 안정 탄소 동위원소(δ13CDIC)를 분석했습니다.
연구 결과, 규조류가 아닌 종이 우세한 저수지, 특히 남조류나 와편모류와 같은 조류 대발생이 있는 곳에서 더 빠른 계절적 군집 천이율을 보였습니다. 환경 필터링에 의해 조절되는 식물플랑크톤 군집 천이는 BCP를 조절했으며, 이는 DIC 종(예: CO₂(aq) 및 HCO₃⁻)의 동적 변화와 밀접하게 관련되어 있었습니다. 낮은 CO₂(aq)는 강력한 CO₂ 농축 메커니즘(CCM)을 가진 비규조류에 유리하여 HCO₃⁻ 활용을 통한 효율적인 탄소 고정을 촉진하고 일차 생산성 및 BCP를 강화했습니다.
또한, 낮은 수리 부하를 가진 저수지는 뚜렷한 계절적 수직 성층화를 보여 비규조류 성장을 촉진하고, 높은 수리 부하를 가지며 연중 규조류가 우세한 저수지보다 빠른 계절적 군집 천이율과 더 강한 BCP 효과를 나타냈습니다. 이러한 발견은 DIC 역학의 영향을 받는 식물플랑크톤 군집 천이율이 카르스트 저수지 BCP의 핵심 조절 인자임을 시사합니다.
본 연구는 지구 온난화 및 부영양화로 인한 생물 군집 변화 맥락에서 카르스트 저수지의 탄소원-흡수원 기능을 이해하는 데 중요한 정보를 제공합니다.
급격한 도시화 지역의 담수 생태계는 인위적 교란으로 위협받고 있으며, 효율적이고 확장 가능한 생물다양성 모니터링의 필요성이 증대되고 있다. 식물플랑크톤 군집은 주요 생태 지표로 활용되나, 기존의 네트 채집 및 현미경 기반 모니터링은 분류학적 해상도, 노동력, 전문가 부족 등의 한계가 있다. 환경 DNA(eDNA) 메타바코딩은 유망한 대안으로 부상했지만, 복잡한 도시 수계에서의 방법론적 신뢰성과 잠재적 편향에 대한 평가는 미흡했다.
본 연구는 베이징 북운하 분지의 19개 하천 및 호수 지점에서 세 가지 식물플랑크톤 모니터링 접근법(네트 채집 형태학적 분석, 네트 채집 메타바코딩, 수체 유래 eDNA 메타바코딩)을 비교했다. eDNA 메타바코딩은 형태학적 분석보다 6~8배 많은 분류군을 검출했으며, 더 높은 샘플링 대표성과 기술적 재현성을 보였다.
군집 구성 분석 결과, eDNA와 네트 채집 메타바코딩 데이터셋 간에 중간 정도의 중복성과 상당한 차이가 있었으며, 규조류가 방법론 간 차이에 가장 크게 기여했다. 이러한 방법론적 불일치는 잔존 DNA 유입, 프라이머 편향, PCR 확률성, 수문학적 수송 과정에서 발생하는 위양성 및 위음성 신호와 관련이 있었다. 이러한 불확실성에도 불구하고 세 가지 접근법은 식물플랑크톤 생물다양성의 상호보완적인 구성요소를 포착했다.
따라서 본 연구는 eDNA 메타바코딩의 민감성과 생태학적으로 중요한 분류군의 형태학적 검증을 결합한 통합 모니터링 프레임워크를 제안한다. 이는 도시 담수 생태계에서 확장 가능하고 데이터 기반의 생물다양성 모니터링을 지원할 수 있을 것이다.
