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Contamination Source Assessment of Groundwater Nitrate in a Complex Terrain
Gwang-Hyun Han(한광현) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.1
토지이용에서 보았을 때 제주도는 해안을 따라 넓게 분포하는 밭과 과수원의 화학비료와, 중산간 지대 방목지의 가축분뇨 및 산발적으로 존재하는 주거지역의 생활하수에 의한 질산태 질소 오염이 추정되었다. 질소동위원소 분석이 이들 오염원들을 구분하기 위하여 사용되었으며, 주요 오염원인 요소, 유안, 축분정화조, 축분유기질 비료에 대해 측정된 δ15N 값을 토대로 화학비료에 의한 오염은 5 ‰ 이하, 생활하수 혹은 가축분뇨에 의한 오염은 10 ‰ 이상으로 기준을 정하였다. 제주도 전역에 걸친 33개 관정의 질산태 질소 동위원소 분석결과는 대부분의 관정이 화학비료에 의해 오염되었으며, 일부 관정이 가축분뇨와 생활하수에 의해 영향받았음을 나타내었다. 이러한 결과는 질소동위원소분석이 토지이용분류로는 판별하기 어려운 오염원 추정에 매우 유용한 수단이 될 수 있음을 나타낸다. 특히 좁은 지역에서 토지이용이 다양하게 이루어 지고 있는 경우에 중요한 오염원추정 수단이 될 수 있음을 경기, 강원 지역의 지하수 분석을 통해 확인할 수 있었으며, 또한 두 가지 이상의 오염원이 동시에 작용할 수 있고 그 기여도가 시기별로 달라질 수 있음을 확인하였다 Classification of land uses and analysis of nitrogen isotope fractionation in groundwater nitrate were carried out to examine its contamination sources in Jeju province. δ<SUP>15</SUP>N values of urea (hydrolyzed with urease), ammonium sulfate, compost, water from septic tank were -1.7, -5.8, +14.1, and +24.0 ‰, respectively. Urea, when it was directly distillated, showed -16.5 ‰. Based on these δ<SUP>15</SUP>N values, sources of nitrate could be classified as originated from chemical fertilizers with δ15N values below +5 ‰ and as from animal manure or municipal waste with δ<SUP>15</SUP>N values over +10 ‰. Results of δ<SUP>15</SUP>N analysis of 33 wells showed that most wells had the chemical fertilizers as their dominant contamination source. However, some wells were contaminated by other sources: animal wastes or municipal wastes. Some wells were also contaminated by the combined sources of nitrate. It was also demonstrated that δ<SUP>15</SUP>N analysis could be a useful tool even in the case where no apparent contamination source is found.
생태계와 대기 간의 가스 교환 메카니즘 규명을 위한 안정동위원소의 응용
한광현(Gwang Hyun Han),정덕영(Doug Young Chung) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회지 Vol.43 No.2
이 논문은 장기간에 걸쳐 논 생태계에서 측정된 이산화탄소와 메탄의 순교환량 과 이와 동시에 모니터링된 다양한 환경요소들과의 상관관계들을 살펴보고, 이들 플럭스와 환경 요소 및 생태계 요소들이 어떻게 교환된 이산화탄소와 메탄의 동위원소비에 영향을 미치는 지를 파악하고자 하였다. 생육기간 동안 관측된 이산화탄소 및 메탄의 순교환량은 는 담수기에는 각각 일사량과 토양온도의 변화에 따라 경시적인 변화를 보였으나, 낙수기를 전후해서는 토양에 저장되어 있던 가스들이 낙수 후 확산장벽이 사라짐으로 인해 급격히 대기 중으로 대량 방출되는 경향을 보였다. 이러한 플럭스의 변화는 토양 중에 저장되어 있는 이산화탄소와 메탄의 저장량 감소와 직접적으로 연결되었고, 이에 상응하는 순교환량 중 토양의 기여분 증가와 대기 중 이산화탄소 및 메탄의 농도증가 및 동위원소비 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 환원상태에서 진행되는 메탄생성의 결과로, 기질인 이산화탄소는 상대적으로 무거운 ¹³C 동위원소가 축적되는 반면, 생성물인 메탄은 가벼운 ¹²C 동위원소가 축적되기 때문으로 판단된다. 따라서, 토양 유래 이산화탄소는 식물체 호흡 유래 이산화탄소와 구분되는 동위원소 특성을 지내게 된다. Keeling plot 혼합 모델로 추정된 이산화탄소와 메탄의 가스교환 동위원소 지문은 담수기와 낙수기에 걸쳐 매우 뚜렷한 변화를 보였으며, 그 변화 정도는 토양 중 가스 저장량, 교환된 플럭스의 크기 및 방향, 이동 경로, 부분적인 방출 이산화탄소의 재흡수도, 메탄의 산화정도 등에 의해 크게 달랐다. 본 연구의 결과들은 자연상태에서 관측된 플럭스와 결합된동위원소 기술이 생태계 내 다양한 가스 교환 메커니즘을 이해하는데 매우 유용한 도구가 될 수 있음을 보여주였다. In comparison with other terrestrial ecosystems, rice paddies are unique because they provide the primary food source for over 50% of the world’s population, and act as major sources of global methane. The present paper summerizes a long-term field study that combine carbon isotopes, and canopy-scale flux measurements in an irrigated rice paddy, in conjugation with continuous monitoring of environmental, and vegetational factors. Both CO₂, and methane fluxes were largely influenced by soil temperature, and moisture conditions, especially across drainage events. Soil-entrapped CO₂, and methane showed a gradually increasing trend throughout growing season, but rapidly decreased upon floodwater drainage. These variations in flux were well correlated with changes in concentration, and isotope ratio of soil CO₂, and methane, and of atmospheric CO₂, and methane within, and above the canopy. The isotopic signature of the gas exchange process varied markedly in response to change in contribution of soil respiration, belowground storage, fraction of CO₂ recycled, magnitude, and direction of CO₂ exchange, transport mechanism, and fraction of methane oxidized. Our results clearly demonstrate that stable isotope analysis can be a useful tool to study underlying mechanisms of gas exchange processes under natural conditions.
Gwang-Hyun Han(한광현) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.1
비점오염제어에 있어서 상대적으로 지하수오염의 가능성이 높은 지역을 선별하고 주된 오염원을 파악하는 것은 그 기여도가 대단히 크다. 이 연구는 제주도를 연구지역으로 하였으며, 현재 가장 중요한 오염물질 중의 하나인 질산태 질소를 대상오염물질로 하였다. 기존 및 실제 조사에 의한 토양정보를 토대로 pedotransfer function과 수분이동 모델을 이용하여 토양통별로 산출된 질산태질소오염 민감도 지수를 통해 민감도분포도를 작성하였으며(semi process-based 법), 이를 실제 모니터링된 2,020개의 수질자료와 비교하였고 제안된 semi process-based 법은 기존의 전문가의 의견과 판단에 의존하거나 방대한 파라메터를 요구하는 기존방법들의 단점을 극복하고 충분한 지형적 해상력을 제공하였을 뿐만 아니라, 알려진 질산태 질소 모니터링 자료와도 대부분 잘 부합하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과들은 오염민감성이 높은 지역을 우선 선정하여 주의와 관리대책을 세우는 동시에 주요한 오염원을 파악함으로써 지하수자원을 합리적이고 효율적으로 보호하는데 있어서 유용한 수단이 될 것으로 판단되었다. Susceptibility assessment of groundwater contamination is a useful tool for many aspects of regional and local groundwater resources planning and management. It can be used to direct regulatory, monitoring, educational, and policy-making efforts to highly vulnerable areas. In this study, a semi process-based was proposed to evaluate relative susceptibilities to groundwater contamination by nitrate on a regional scale. Numerical simulation based on data from each soil series was done to model water flow within soil profiles that were related to groundwater contamination by nitrate. Relative vulnerability indices for each soilseries were produced by manipulation of amount of leaching flux, amount of average water storage in a soil profile, and amount of average water storage change. These indices were designed to convey the trend of leaching flux and to maximize spatial resolution. The resulting vulnerability distribution map was used to locate highly vulnerable sites easily with an appropriate grouping the indices, and was then compared with those from groundwater nitrate concentrations monitored. An excellent agreement was obtained across nitrate concentrations from the highly vulnerable regions and those from the low to stable regions.