Microcystis aeruginosa (M. aeruginosa) is a cyanobacterium species that can form harmful algal blooms in freshwater bodies worldwide. The use of pine needle extract (PNE) to control nuisance algae by allelopathic inhibition will be environmentally friendly and promising. PNE removed successfully upto 98% of M. aeruginosa at the following optimal conditions: pH 7, $25^{\circ}C$ of temperature, 100 rpm of mixing rate, 5 min of mixing time. These results was indicated that the amount of 1 g/L PNE was removed 1g dryweight/L of M. aeruginosa. The kinetic data showed substrate inhibition kinetics and maximum growth rate was obtained when the M. aeruginosa was grown in medium containing 0.5 g/L of initial concentration of PNE. Different substrate inhibition models were fitted to the kinetic data and found the Luong model was best. The model predicted kinetic parameters were in agreement with the experimental findings. The natural extract, PNE, can be a promising inhibition due to its high efficiency and low dose requirements.
The relationship between primary productivity and changes in water quality was investigated at Mulgum station, a site downstream of the Nakdong River, Korea. Phytoplankton production was characterized by blooms of Microcystis aeruginosa during the summer and Stephanodiscus hantzschii during the winter. Primary production and secondary production by bacterioplankton ranged from 1.5~53.5 mg-C/ι day and 0.1~0.3 mg-C/ι day, respectively. Distribution of total organic carbon appeared to be highly correlated with phytoplankton biomass, especially during blooms of M. aeruginosa, when particulate organic carbon was 81% of total organic carbon and the main source of organic materials supplied into the water. The correlation coefficient between chlorophyll-a and BOD was 0.86. Thus it was concluded that autochthonous phytoplankton mostly affected the BOD level. Total bacterial numbers were also highly correlated with chlorophyll-a ($r^2$= 0.84) and the bacterial community appears to be regulated by phytoplankton biomass in this area.
Lee Young-Sik;Park Young-Tae;Kim Kui-Young;Choi Yong-Kyu;Lee Pil-Yong
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.12
no.2
s.25
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pp.75-79
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2006
In order to study the characteristics of water quality in coastal water and mechanism of phytoplankton blooms, factors of water quality were investigated in diatom bloom area due to rainfall event and no diatom bloom area Diatom blooms occurred after heavy rain and the dominant species were Skeletonema costatum($1,200{\sim}5,000cells/mL$) and Thalassiosira spp.($750{\sim}1,200cells/mL$). In diatom bloom area, water temperature, pH, and dissolved oxygen were observed at higher level than in no diatom bloom area Although these two areas were only 20 meters apart from each other, sharp difference in coastal water quality between two areas was observed. In diatom bloom area, concentrations of nitrogen, phosphorus, and silicate were observed at lower level than in no diatom blooms area. This seems to be due to inflow of much trace metal such as Fe, Mo, Se and so on than nitrogen, phosphorus, and silicate by rainfall events. However, distinct differences in DIN/DIP and $DIN/SiO_2-Si$ between these two areas were not observed.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.31
no.3
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pp.309-322
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2024
Identifying algae in water is important for managing algal blooms which have great impact on drinking water supply systems. There have been various microscopic approaches developed for algae classification. Many of them are based on the morphological features of algae. However, there have seldom been mathematical frameworks for comparing the shape of algae, represented as a planar continuous curve obtained from an image. In this work, we describe a recent framework for computing shape distance between two different algae based on the elastic metric and a novel functional representation called the square root velocity function (SRVF). We further introduce statistical procedures for multiple shapes of algae including computing the sample mean, the sample covariance, and performing the principal component analysis (PCA). Based on the shape distance, we classify six algal species in watersheds experiencing algal blooms, including three cyanobacteria (Microcystis, Oscillatoria, and Anabaena), two diatoms (Fragilaria and Synedra), and one green algae (Pediastrum). We provide and compare the classification performance of various distance-based and model-based methods. We additionally compare elastic shape distance to non-elastic distance using the nearest neighbor classifiers.
Water quality in the Daecheong reservoir has been deteriorated by algal bloom every year. Algal bloom is propagated from eutrophicated tributary into the main body of the reservoir during the wet season. Nutrients from diffuse sources trigger the propagation of the algal bloom. This study is aimed to analyze relationship between the water current by the simulation and algae transport from the main body in the Daecheong reservoir including tributary where algal bloom has occurred seriously every year. Water quality model CE-QUAL-W2 was applied to analyze water movement in draught season (2001) and flooding season (2003). The result of simulation corresponded with the observed water elevation level, 63~80 m and showed stratification of the Daecheong reservoir. In the draught season, as velocity and direction off low in the reservoir was estimated to affect algae transport including nutrient supply from small tributary, algal blooms occurred in the stagnate zone of middle stream of the reservoir. On the other hand, in the flooding season, it was resulted in nutrient transport from upstream of main reservoir and nutrients were delivered up to downstream by fast water velocity. In result, algal blooms occurred in stagnate zone of reservoir downstream as the current of downstream was retarded according to dam outflow control.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.14
no.3
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pp.155-162
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2009
To characterize the initiation, propagation and termination of Cochlodinium polykrikoides blooms in the southeast coastal waters of Korea, 2008, we analyzed the data set of phytoplankton composition, physical and chemical water properties, and meterological data. C. polykrikoides bloom in 2008 were long lasting and restricted to the coastal area with a low density. Our results indicate that C. polykrikoides blooms were affected by the atypical cold waters occurring in east-south coastal water in the early July. The cold water masses probably protected the free living cells of C. polykrikoides from entering into the coastal area from offshore waters as a pelagic seed population. The low density blooms of small scale established possibly by the germination of C. polykrikoides cyst in shallow coastal bottom could have not spread over because of the weak wind and low nutrient concentrations caused by severe drought in July and September.
LEE Chang Kyu;KIM Hyung Chul;LEE Sam-Geun;JUNG Chang Su;KIM Hak Gyoon;LIM Wol Ae
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.34
no.5
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pp.536-544
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2001
Three harmful algal bloom species with similar morphology, Cochlodinium polykrikoides, Gyodinium impudicum and Gymodinium catenatum have damaged to aquatic animals or human health by either making massive blooms or intoxication of shellfishes in a food chain. Eco-physiological and hydrodynamic studies on the harmful algae offer useful informations in the understanding their bloom mechanism by giving promising data for the prediction and modelling of harmful algal blooms event. Thus, we studied the abundance of these species in the coastal area of South Sea of Korea and their effects of temperature, salinity, irradiance and nutrient on the growth for the isolates. The timing for initial appearance of the three species around the coastal area of Namhaedo, Narodo and Wando was between Bate July and late August in 1999 when water temperature ranged from $22.8^{\circ}C\;to\;26.5^{\circ}C$ Vegetative cells of C. polykrikoides and G. impudicum were abundant until late September when water temperature had been dropped to less than $23^{\circ}C$. By contrast, vegetative cell of G. catenatum disappeared before early September, showing shorter period of abundance than the other two species in the South Sea. Both G. impudicum and G. catenatum revealed comparatively low density with a maximal cell density of 3,460 cells/L and 440 cells/L, respectively without making any bloom, while C. polykrikoides made massive blooms with a maximal cell density more than $40\times10^6$cells/L, The three species showed a better growth at the relatively higher water temperature ranging from 22 to $28^{\circ}C$ with their maximal growth rate at $25^{\circ}C$ in culture, which almost corresponded with the water temperature during the outbreak of C. polykrikoides in the coastal area of South Sea. Also, they all showed a relatively higher growth at the salinity from 30 to $35\%$. Specially, G. impudicum showed the euryhalic characteristics among the species, On the other hand, growth rate of G. catenatum decreased sharply with the increase of water temperature at the experimental ranges more than $35\%$. The higher of light intensities showed the better growth rates for the three species, Moreover, C. polykrikoides and G. impudirum continued their exponential growth even at 7,500 lux, the highest level of light intensity in the experiment, Therefore, It is assumed that C. polykrikoides has a physiological capability to adapt and utilize higher irradiance resulting in the higher growth rate without any photo inhibition response at the sea surface where there is usually strong irradiance during its blooming season. Although C. poiykikoides and G. impudicum continued their linear growth with the increase of nitrate ($NO_3^-$) and ammonium ($NH_4^-$) concentrations at less than the $40{\mu}M$, they didn't show any significant differences in growth rates with the increase of nitrate and ammonium concentrations at more than $40{\mu}M$, signifying that the nitrogen critical point for the growth of the two species stands between 13.5 and $40{\mu}M$. Also, even though both of the two species continued their linear growth with the increase of phosphate ($PO_4^{2-}$) concentrations at less than the $4.05{\mu}M$, there were no any significant differences in growth rates with the increase of phosphate concentrations at more than $4.05{\mu}M$, signifying that the phosphate critical point for the growth of the two species stands between 1.35 and $4.05{\mu}M$. On the other hand, C. polykrikoides has made blooms at the oligotrophic environment near Narodo and Namhaedo where the concentration of DIN and DIP are less than 1.2 and $0.3{\mu}M$, respectively. We attributed this phenomenon to its own ecological characteristics of diel vertical migration through which C. polykrikoides could uptake enough nutrients from the deep sea water near bottom during the night time irrespective of the lower nutrient pools in the surface water.
The toxin of Cyanobacteria (blue-green algae) during summer season has been a problem and early prevention should be considered. A variety of methods can be used to forecast algal blooms and this study aims at examining feasibility of chlorophyll-a. The real-time data were collected by automatic water quality monitoring system (AWQMS) in Daecheong reservoir and invalid data were sorted by experts. And then, the sorted data were filled using linear interpolation. When the concentration of chlorophyll-a increased by $15mg/m^3$, water temperature and pH exceeded $26.8^{\circ}C$ and 9.5 respectively. As a result of correlation between chlorophyll-a and other parameters(i.e. water quality items and hydrological data), temperature (r=0.502 - 0.574), pH (r=0.583 - 0.681), total organic carbon (TOC, r=0.583 - 0.681) comparably had higher values. Meanwhile, the data around a day or two showed the highest correlation. In addition, chlorophyll-a is considered to be significantly effected by precipitation and inflow.
Seo, Dong-Il;Seog, Kwan-Soo;Lee, Byung-Doo;Jeong, Sang-Gi
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.18
no.3
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pp.366-376
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2004
Use of artificial circulation system has become popular in Korean reservoirs to control algal blooms and subsequent color, taste and odor problems in drinking water. It was found that the most of aeration system in Korean reservoirs are under-designed compared to existing installations in US and Australia. This was especially true for larger reservoirs greater than $5{\times}10^7m^3$ in volume since it is common to install the system in the vicinity of intake areas only. Consequently, successful cases of artificial circulation systems operations are limited to few small reservoirs less than $1{\times}10^7m^3$. It is suggested that the design methods need to be developed considering physical characteristics and water quality kinetics inside of reservoirs. Also operation methods of artificial circulation systems need to be established considering the water quality dynamics, stratification and morphological characteristics of reservoirs. Finally, it is suggested to maintain comprehensive and long term monitoring programs to validate the application of artificial circulation system in reservoirs.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.58
no.2
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pp.53-63
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2016
Monitoring of cyanobacteria bloom in reservoir systems is important for water managers responsible of water supply system. Cyanobacteria affect the taste and smell of water and pose considerable filtration problems at water use places. Harmful cyanobacteria bloom in reservoir have significant economic impacts. We develop a new method for estimating the cyanobacteria bloom using Landsat TM and ETM+ data. Developed model was calibrated and cross-validated with existing in situ measurements from Daecheong Reservoir's Water Quality Monitoring Program and Algae Alarm System. Measurements data of three stations taken from 2004 to 2012 were matched with radiometrically converted reflectance data from the Landsat TM and ETM+ sensor. Stepwise multiple linear regression was used to select wavelengths in the Landsat TM and ETM+ bands 1, 2 and 4 that were most significant for predicting cyanobacteria cell number and bio-volume. Based on statistical analysis, the linear models were that included visible band ratios slightly outperformed single band models. The final monitoring models captured the extents of cyanobacteria blooms throughout the 2004-2012 study period. The results serve as an added broad area monitoring tool for water resource managers and present new insight into the initiation and propagation of cyanobacteria blooms in Daecheong reservoir.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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