강화도 남단 갯벌의 혐기성 유기물 분해능과 황산염 환원력 및 저서 동물이 이에 미치는 잠재적 영향

목진숙,조혜연,현정호,Mok, Jin-Sook,Cho, Hye-Youn,Hyun, Jung-Ho 한국해양학회 2005 바다 Vol.10 No.1

This study was carried out to quantify the rates of anaerobic mineralization and sulfate reduction, and to discuss the potential effects of benthic fauna on sulfate reduction in total anaerobic carbon respiration in Ganghwa intertidal flat in Korea. Anaerobic carbon mineralization rates ranged from 26 to 85 mmol $C\;m^{-2}\;d^{-1}$, which accounted for approximately 46 tons of daily organic matter mineralization in the intertidal flat of southern part of the Ganghwa Island (approximately $90\;km^2$). Sulfate reduction ranged from 22.6 to 533.4 nmol $cm^{-3}\;d^{-1}$, and were responsible for $31{\sim}129%$ of total anaerobic carbon oxidation, which indicated that sulfate reduction was a dominant pathway for anaerobic carbon oxidation in the study area. On the other hand, the partitioning of sulfate reduction in anaerobic carbon mineralization in October decreased, whereas concentrations of Fe(II) in the pore water increased. The results implied that the re-oxidation of Fe(II) in the sediments is stimulated by macrobenthic activity, leading to an increased supply of reactive Fe(II), and thereby increasing Fe(III) reduction to depress sulfate reduction during carbon oxidation. 본 연구에서는 강화도 남단 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 황산염 환원력을 정량화하고 유기물 분해에 있어 황산염 환원의 상대적 중요성에 미치는 저서 동물의 잠재적 영향에 대해 토의하고자 하였다. 혐기성 유기물 분해능은 $26{\sim}85\;mmol\;C\;m^{-2}\;d^{-1}$비 범위로 조사되었고, 이를 강화도 남단의 갯벌 면적 (약 90 $km^2$)으로 환산하면 하루 동안 약 46 ton의 유기물이 분해되는 것이라 할 수 있다. 황산염 환원력은 $22.6{\sim}533.4\;nmol\;cm^{-3}\;d^{-1}$의 범위로 조사되었으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 $31{\sim}129%$를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 연구지역에서의 혐기성 유기물 분해가 황산염 환원에 의해 주도되고 있음을 의미한다. 한편, 10월에 혐기성 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지하는 비중이 상대적으로 낮게 나타난 반면, 공극수 내 Fe(II)의 농도가 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 대형 저서 동물 활동에 의해 Fe(II)의 재산화가 촉진됨으로써 공극수 내 Fe(III)의 공급이 원활해졌고, 그로 인해 유기물 분해과정에서 철 환원 작용이 황산염 환원 작용을 약화시켰음을 의미한다.

하계 집중 호우에 따른 강화도 갯벌 퇴적물 내 공극수 성분 변화

목진숙,김성한,조혜연,현정호 한양대학교 이학기술연구소 2007 이학기술논문지 Vol.10 No.-

2007년 7월 10일부터 8월 9일까지 강화도 남단 동검리 갯벌에서 표층 퇴적물 6 cm 이내 화학 성분(CO₂, NH₄^(+), Fe^(2+), SO₄^(2-), HS^(-))의 농도를 측정하였다. 조사 기간 동안 세 차례의 태풍(EWINIAR, BILIS, KAEMI)과 폭우 (110∼202.5 mm)가 있었다. 그로 인해 염분은 7∼21 psu(practical salinity units)의 범위를 보였고, CO₂, NH₄^(+), Fe^(2+), SO₄^(2-), HS^(-)의 농도는 각각 84∼159, 5.52∼16.46, 3.56∼9.69, 160∼461, 0.58∼0.99 mmol m^(-2)의 범위로 나타났으며, 전반적으로 폭우 이후 급격히 감소한 후 다시 회복되는 경향을 보였다. 이러한 결과는 폭우 이후 담수 유입 증가에 따른 희석 효과를 반영하고 있을 뿐만 아니라, 물리적 교란에 의해 혐기성 상태의 분해 산물이 재산화 됨으로써 퇴적물 내 혐기성 조건이 완화되었음을 의미한다. 본 연구 결과는 향후 기상이변에 따른 집중호우가 갯벌 내 생지화학적 과정에 큰 영향을 미칠 수 있음을 지시해 준다. Concentrations of pore water constituents CO₂, NH₄^(+), Fe^(2+), SO₄^(2-), HS^(-) within top 6 cm sediment were measured from 10 July to 9 August 2007 at Donggeom intertidal mudflat of the south Ganghwa in Korea. There was a typhoon (EWINIAR, BILIS, KAEMI) and heavy rainfall (110∼02.5 mm) of three times during the period. Therefore salinity ranged from 7 to 21 psu concentrations of CO₂, NH₄^(+), Fe^(2+), SO₄^(2-), HS^(-) ranged 84∼159 , 5.52∼16.46, 3.56∼9.69, 160∼461 0.58∼0.99 mmol m^(-2), respectively, and constituents were steeply decreased after heavy rainfall and recovered again. These results reflected the dilution effect by the increasing of freshwater discharge after heavy rainfall and implied that physical disturbance led to less anoxic conditions in the sediment by reoxidizing the anoxic decomposition products. This results also implied that the short-term heavy rainfall may have a profound impact on the sediment biogeochemistry.

하계 집중 호우에 따른 강화도 갯벌 퇴적물 내 공극수 성분 변화

목진숙,조혜연,김성한,현정호 한양대학교 이학기술연구소 2007 이학기술연구지 Vol.10 No.-

동해 울릉분지에서 대륙사면과 분지 퇴적물의 지화학적 특성에 따른 황산염 환원 비교

유옥례,목진숙,김성한,최동림,현정호 한국해양과학기술원 2010 Ocean and Polar Research Vol.32 No.3

In conjunction with geochemical characteristics, rate of sulfate reduction was investigated at two sediment sites in the continental slope and rise (basin) of the Ulleung Basin in the East Sea. Geochemical sediment analysis revealed that the surface sediments of the basin site (D2) were enriched with manganese oxides (348 μmol cm−3) and iron oxides (133 μmol cm−3), whereas total reduced sulfur (TRS) in the solid phase was nearly depleted. Sulfate reduction rates (SRRs) ranged from 20.96 to 92.87 nmol cm−3 d−1 at the slope site (M1) and from 0.65 to 22.32 nmol cm−3 d−1 at the basin site (D2). Depth integrated SRR within the top 10 cm depth of the slope site (M1; 5.25 mmol m−2 d−1) was approximately 6 times higher than that at the basin site (D2; 0.94 mmol m−2 d−1) despite high organic content (>2.0% dry wt.) in the sediment of both sites. The results indicate that the spatial variations of sulfate reduction are affected by the distribution of manganese oxide and iron oxide-enriched surface sediment of the Ulleung Basin.

하계 강화도 갯벌의 혐기성 유기물 분해능 및 황산염 환원력

현정호,목진숙,조혜연,조병철,최중기 한국습지학회 2004 한국습지학회지 Vol.6 No.1

갯벌이나 연안습지의 생태구조 및 생지화학적 물질 순환을 이해하기 위해서는 유기물 분해기능 평가 및 분해경로에 대한 연구가 필수적으로 진행되어야 함에도 불구하고 국내에는 이에 대한 연구가 거의 없다. 본 논문에서는 하계 강화도 남단의 갯벌에서 미생물에 의한 혐기성 유기물 분해정도를 파악하고, 황산염 환원을 통한 유기물 분해경로의 정량적 중요성을 평가하고자 하였다. 유기물 분해율은 깊이 6 cm 이내에서 41.9~89.4 mmol m-2 d-1의 범위로 나타났으며, 이를 강화도 갯벌의 전체 면적(약 300 km2)으로 환산할 경우, 하루에 216 ton의 유기물이 혐기적 과정을 통해 분해되는 것으로 계산되었다. 이러한 결과는 하구갯벌인 강화도 갯벌의 유기물 분해능이 생산력이 높은 염습지의 유기물 분해능에 비해 결코 뒤지지 않음을 보여주는 결과이다. 한편, 인위적으로 유기물(acetate)을 공급하였을 경우 유기물 분해율이 약 2배~5배의 증가율을 나타냈다. 이러한 결과는 미생물의 유기물 분해가 이용 가능한 유기물의 공급 부족에 의해 제한되고 있음을 의미한다. 한편 깊이 6 cm 이내에서 적분한 황산염 환원율은 20.7~45.1 mmol SO42- m-2 d-1의 범위로 나타났으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 대부분을 차지하였다. 이러한 연구결과는 황산염 환원력의 과도한 증대가 향후 갯벌 주변 생태계의 생물 다양성 감소로 이어질 수 있음을 시사하는 것이다. Despite its significance in understanding ecological structure and biogeochemical element cycles, there have been few studies on the microbial mineralization of organic matter and mineralization pathway in the intertidal flat of Korea. We measured anaerobic mineralization of organic matter and sulfate reduction rate, and evaluated the significance of sulfate reduction in total anaerobic carbon respiration at the southern part of Ganghwa Island. Depth-integrated carbon mineralization rate down to 6 cm depth ranged from 41.9 to 89.4 mmol m-2 d-1, which accounted for approximately 216 tons of organic matter mineralization in entire intertidal flat area of Ganghwa(300 km2). The results indicated that capacity for the organic matter mineralization in the Ganghwa tidal flat is comparable to highly productive salt marsh environments. Mineralization rates in the sediment amended with acetate were 2~5 times higher than in unamended sediment. The results implied that microbial mineralization was limited by the availability of organic substrates, and the organic matter mineralization capacity seems to be higher than estimated at ambient organic substrate level. Depth-integrated sulfate reduction rates within 6 cm depth of the sediment ranged from 20.7 to 45.1 mmol SO4 2- m-2 d-1, and sulfate reduction was mostly responsible for organic matter remineralization. It should be noticed that the increase of H2S in the sulfate reduction dominated tidal flat may result in the decrease of biological diversity.

정체된 시화 인공습지와 해수유통이 활발한 강화 갯벌에서의 혐기성 유기물 분해능 및 분해경로 비교

김성한,목진숙,정정호,장윤영,최광순,현정호 한국습지학회 2007 한국습지학회지 Vol.9 No.1

본 연구에서는 상대적으로 정체된 환경인 시화 인공습지와 조석에 의한 흐름이 존재하는 강화도 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 분해경로 중 황산염 환원과 철 환원의 상대적 중요성에 대해 비교하고, 조절요인으로서 퇴적물 상층수 흐름의 중요성을 토의하였다. 퇴적토 상층수의 흐름이 존재하지 않는 시화 인공습지의 공극수에서 CO2, NH4+ , 및 H2S의 농도가 강화도 갯벌에 비해 각각 3 배, 20 배 및 3배 높은 것으로 나타났다. 또한 퇴적물의 산화-환원의 정도를 알 수 있는 Fe(III)와 총 환원된 황의 농도 비는 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 12배 이상 높은 값을 나타내어 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 상대적으로 산화된 상태인 것을 알 수 있었다. 혐기성 유기물 분해능은 강화도 갯벌 (0.039 mM C h-1 )이 시화 인공습지 (0.0001 mM C h-1 ) 보다 약 390배 높은 값을 보이고 있다. 유기물 분해경로에서 황산염 환원력은 시화인공습지 (314 ~ 580 nmol cm-3 d-1)가 담수습지임에도 불구하고 강화도 갯벌 (2 ~ 769 nmol cm-3 d-1 )과 같은 높은 값을 나타낸 반면, 철 환원력은 강화도 갯벌 (0.1368 μmol cm-3 h-1 )이 시화 인공습지 (0.087 μmol cm-3 h-1 ) 보다 약 1.7배 높은 값을 보였다. 이러한 결과들은 시화 인공습지에서는 전자수용체가 적절히 공급되지 못하고 있음을 나타내며, 이의 개선을 위해서는 강화도 갯벌의 조석과 같은 상층수의 흐름을 조절하는 것이 필수적인 사항으로 인식되었다. The objectives of this study are: (1) to compare the rates and pathways of organic matter minerlaization at stagnant freshwater wetland in Shiwha to highly irrigated coastal wetland in Ganghwa; and (2) to discuss the significance of irrigation into the sediment in controlling the organic carbon oxidation in Shiwha wetland. Concentrations of CO2, NH4+ and H2S in the pore water of the Shiwha wetland were 3 times, 30 times, and 3 times higher than that in the pore water of the Ganghwa wetland, respectively. The ratio of Fe(III) to total reduced sulfur at the Ganghwa wetland was 12 times higher than at the Shiwha wetland. The results indicated that the Ganghwa wetland with frequent tidal inundation were relatively oxidized than highly stagnant Shiwha wetland. Rates of organic matter oxidation at the Ganghwa wetland (0.039 mM C h-1) was 390 times higher than that at the Shiwha wetland (0.0001 mM C h-1). Rates of sulfate reduction at the Shiwha wetland (314 ~ 580 nmol cm-3 d-1) were comparable to the sulfate reduction at Ganghwa wetland (2 ~ 769 nmol cm-3 d-1), whereas Fe(III) reduction rates were 1.7 times higher at the Ganghwa wetland (0.1368 8mol cm-3 h-1) than at the Shiwha wetland (0.0878mol cm-3 h-1). The results implied that the water flow system of the Shiwha wetland was too stagnant to flush out the reduced pore water from the sediment, and thus anaerobic microbial respiration was limited by the availability of electron acceptors.

하굿둑이 퇴적물 생지화학 과정과 기수역 생태-환경에 미치는 영향

현정호(Hyun, Jung-Ho),목진숙(Mok, Jin-Sook),백상범(Baek, Sang-Beom) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

하계 영산강, 하구호 및 하구 퇴적물 내 인의 생지화학적 특성

최재훈,안성욱,김성한,신재혁,이효진,현정호,목진숙 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회지 Vol.23 No.4

To understand the behavior of phosphorus in the sediment of the Yeongsan River (YR), Lake (YL) and Estuary (YE), we investigated the characteristics of geochemical constituents and solid phase phosphorus. A hypoxic condition was confirmed in the lake sediment near the dyke (YL, 10 μM), where, freshwater discharge had not occurred for the 15 days prior to sample collection, whereas the dissolved oxygen concentration at the estuarine site (YE) was relatively high (165 μM). The high values of NH4+ (65.7 mmol m-2) and Fe2+ (14.9 mmol m-2) was integrated in the pore water at the lake (YL). On the other hand, PO43- in pore water was relatively at least 4-8 times higher in the estuary sediment (YE). Phosphorus release rates were twice as high in the estuary (0.047 mmol m-2 d-1) as the lake (0.021 mmol m-2 d-1), while the total phosphorus in the sediment was higher in the lake (6,665 mmol m-2) and decreased rapidly in the estuary (1,000 mmol m-2). After analyzing the speciation of phosphorus in the sediment, aluminum bound phosphorus (YR: 66%, YL: 40%) and iron bound phosphorus (YR: 17%, YL: 30%) were dominant for the Yeongsan river and lake, whereas the estuary dominated iron (43%) and authigenic calcium bound phosphorus (29%). Although the lake was a hypoxic environment, phosphorus in the sediment combined with aluminum to maintain a relatively stable form, limiting the process of phosphorus separated into the pore water and released into the water layer. Whereas, the ratio of iron binding in the phosphorus form in the estuary was dominant, but shows the adsorption of phosphorus to iron oxide might be relatively limited because release of phosphorus to the pore water might occur during the bonding process of iron and hydrogen sulfide. These results suggest environmental changes (e.g., environment of hypoxic, supply of sulfate) due to the construction of estuary dikes can act as a major factor in controlling phosphorus behavior. 수층 내 인의 순환을 이해하는데 퇴적물 내에 인의 존재형태와 존재형태별 공급과 소비의 조절요인 규명이 중요한데 이들은 퇴적물 내 생지화학적인 환경특성과 밀접한 관계가 있다. 이 연구에서는 퇴적물 내 다양한 생지화학적인 특성을 가진 영산강(YR), 하구호(YL) 및 하구역(YE)에서 환경 요인 변화에 따른 인의 거동을 이해하기 위해 퇴적물의 지화학 성분 및 고형상 인의 형태별 분포 특성을 파악하였다. 하구호(YL, 10 μM)에서 빈산소 환경으로 공극수 내 누적된 NH4+(65.7 mmol m-2)와 Fe2+(14.9 mmol m-2)의 값이 높게 나타났다. PO43-는 하구역(YE) 정점의 공극수에서 4-8배 이상 높게 나타났다. 인 용출율 또한 하구호(0.021 mmol m-2 d-1)보다 하구역(0.047 mmol m-2 d-1)에서 2배 정도 높게 나타났다. 한편, 퇴적물 내 누적된 총인의 값은 하구호(6,665 mmol m-2)에서 높고 하구역(1,000 mmol m-2)에서 급격히 감소하는 분포를 보였다. 퇴적물 내 인의 존재 형태를 분석한 결과, 영산강과 하구호에서 알루미늄 결합인(YR: 66%, YL: 40%)과 철 결합인(YR: 17%, YL: 30%)이 우세한 반면, 하구역의 경우 철 결합인(43%)과 자생성 칼슘 결합인(29%)이 우세하였다. 하구호는 빈산소 환경임에도 퇴적물 내 인이 알루미늄과 결합하여 비교적 안정한 형태를 유지함으로써, 인이 공극수 내로 분리되어 수층으로 용출되는 과정이 제한되었다. 반면, 하구역에서 인 형태 중 철 결합인의 비중은 우세하지만 철과 황화수소의 결합과정에서 공극수로의 인 배출이 일어날 수 있기 때문에 상대적으로 산화철에 대한 인의 흡착이 제한될 수 있음을 보여주었다. 이러한 결과는 하구둑 건설로 인한 환경변화(빈산소 형성, 황산염 공급 등)가 인의 거동을 조절하는 주요 인자로 작용할 수 있음을 제시하고 있다.

해양퇴적토에 오염된 PAHs의 생분해 증진 연구

권개경(K.K. Kwon),현정호(J.-H. Hyun),박재현(J.H. Park),목진숙(J.S. Mok),정홍배(H.B. Jung),김상진(S.-J. Kim) 한국해양환경·에너지학회 2002 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2002 No.-

광양만 퇴적물의 다환방향족탄화수소 오염연구

정홍배(Hong-Bae Jung),권개경(Kae Kyoung Kwon),목진숙(Jin-Sook Mok),김상진(Sang-Jin Kim) 한국해양환경·에너지학회 2003 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2003 No.-