남해안 주요 하구 갯벌 퇴적물의 탈질소화를 통한 질소 영양염 제거

Abstract

남해안의 주요 하구 4곳(순천만, 섬진강, 고성천, 마산만)과 서해안의 태안 근소만 갯벌에서 2009년 3월부터 2010년 5월까지 유기물 정화능력을 파악할 수 있는 퇴적물 산소요구량(Sediment Oxygen Demand; SOD)과 탈질소화(Denitrification)를 측정하였다. 퇴적물 산소요구량은 퇴적물 배양 중 시간당 용존산소감소율로 부터 추정되었으며, 탈질소화 측정에는 질소 안정동위원소를 추적자로 이용하는 isotope paring technique이 사용되었다. 조사지역의 퇴적물 산소요구량과 탈질소화율은 각각 -5.1~24.6 mmole <TEX>$O_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>와 0.0~3.9 mmole <TEX>$N_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>의 범위를 보였다. 퇴적물 산소요구량이 가장 높은 곳은 마산만(평균 = 10.2(범위 =-2.2~19.2 mmole <TEX>$O_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>)이었으며, 순천만, 고성, 태안, 섬진강 순으로 나타났다. 탈질소화율도 마산만(평균 = 1.0(범위 =0.0~3.9) mmole <TEX>$N_2 m^{-2}d^{-1}$</TEX>이 가장 높았으며, 고성, 섬진강, 순천만, 태안 순으로 나타났다. 태안, 섬진강, 마산 지역에서는 계절적으로 저서미세조류에 의한 광합성이 탈질소화에 뚜렷한 영향을 미쳤는데 광합성 동안 생성된 산소는 혐기성과정인 탈질소화를 저해하기 보다는 질산화를 원활하게 하여, 질산화-탈질소화 연계과정을 촉진시켰다. 남해안 허구에서 탈질소화의 계절변화 유형(봄철 최대 유형과 여름철 최대 유형)의 지역적 차이는 탈질소화에 사용되는 두 질산원(<TEX>$D_w$</TEX>; 강을 통해 공급된 질산과 <TEX>$D_n$</TEX>; 질산화-탈질소화 연계과정에 의해 생성된 질산)의 상대적 중요성에 따라 결정되었다. 즉 봄철에 탈질소화가 높게 나타난 순천만, 고성, 마산은 여름철에 비해 봄철 수층 질산염이 풍부하였고, 이를 통해 <TEX>$D_w$</TEX>가 증가되었다. 태안과 섬진강 지역이 여름철에 탈질소화 최대값을 보인 이유는 수층의 질산염이 고갈되지 않은 상태에서 여름철 수온의 증가로 <TEX>$D_w$</TEX>가 증가하였고, 이와 더불어, 산소고갈이 나타나지 않아 질산화에 좋은 환경이 조성되었으며, 결과적으로 <TEX>$D_n$</TEX>이 증가되었기 때문이다. Sediment oxygen demand(SOD) and denitrification rates were measured in four major estuaries(Suncheon Bay, Seomjin river estuary, Goseong stream estuary and Masan Bay) in south coast of Korean peninsula from March of 2009 to May 2010 to estimate organic matter cleaning capacity. SOD was estimated from the temporal dissolved oxygen concentration change and isotopic pairing technique was employed to measure denitrification. Sediment oxygen demand(SOD) was ranged from -5.1 to 24.6 mmole <TEX>$O_2m^{-2}d^{-1}$</TEX> and denitrification rate was ranged from 0.0 to 3.9 mmole <TEX>$N_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>in the study area. SOD was the highest in Masan Bay(-2.2 to 19.2, average = 10.2 mmole <TEX>$O_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>) and Suncheon, Goseong, Tae-an and Seomjin followed. Denitrification was also the highest in Masn Bay(0.0 to 3.9, average = 1.0 mmole <TEX>$N_2m^{-2}d^{-1}$</TEX>) and Goseong, Seomjin, Suncheon and Taean followed. The effect of benthic photosynthesis by microphytobenthos on denitrification was evident in some season of Tae-an, Seomjin, and Masn Bay. The increased oxygen level produced by photosynthesis stimulated nitrification without severe adverse effect on denitrification and, as a result, coupled nitrification and denitrification was enhanced in these areas. A difference of seasonal patterns of denitrification at each site depended on relative importance of denitrification on different nitrate source(<TEX>$D_w$</TEX>: nitrate from water column and <TEX>$D_n$</TEX>: nitrated produced during nitrification). Denitrification was maximum during spring in Goseong, Suncheon and Masan Bay. On the contrary, denitrification was the highest during summer in Tae-an and Seomjin estuary.