HPLC-RTS (high performance liquid chromatography-retention time shift)를 이용한 암모늄 이온의 안정동위원소 측정방법의 개선

안순모,이지영,An, Soonmo,Lee, Jiyoung,Gardner, Wayne S. 한국해양학회 2013 바다 Vol.18 No.1

생태계 질소 순환 연구에서 동위원소 추적자를 이용한 실험은 그 유용성에도 불구하고, 무기 질소의 안정동위원소 측정이 어려워 자료의 생산이 활발하지 못한 형편이다. Gardner et al. (1996)은 HPLC (high performance liquid chromatography)를 이용하여 비교적 간편하고 정밀하게 암모늄의 동위원소 비를 측정하는 방법을 개발해 질소순환 연구에 활발하게 활용하였다. 그러나 일반적이지 않은 syringe 펌프가 필요해 다른 실험실에 이 시스템이 도입되지는 못하였다. 본 연구에서는 최신 HPLC 펌프 기술을 활용하여 Dr. Gardner 그룹 이후 최초로 암모늄 동위원소비 측정 시스템을 구축하였다. 표준시료 측정 결과 RTS (retention time shift)는 안정동위원소 비와 좋은 상관관계를 보였다. 이 시스템은 측정 자료를 디지털 형태로 변환하는 장치까지 갖추어 컴퓨터 프로그램을 이용한 다양한 자료처리가 가능하다. 특히 Matlab$^{(R)}$ 이용하여 retention time 계산에 peak 면적을 이용함으로써 측정의 정확성을 높이고, 직선성을 향상할 수 있었다. 영산강 하구 해수를 가지고 실시한 $^{15}N$-암모늄 첨가 실험에서 $^{15}N/^{14}N$ 비율 변화를 HPLC-RTS법을 통해 측정하였으며, 식물성 플랑크톤에 의한 암모늄 섭취와 재광물화 과정을 각각 독립적으로 측정하는 것이 가능했다. Despite the usefulness of nitrogen isotope tracer experiments in nitrogen cycling studies, there are not such many measurement data mainly due to the difficulties in analytical methods. Although Gardner et al. (1996) developed a relatively simple and accurate method that can measure ammonium isotope using HPLC and used it widely in various N dynamics studies, the technique was not adopted to other laboratories. An HPLC-RTS system using updated HPLC pumps that can perform the same measurements as that of Gardner et al. (1996) was built. The result of standard sample showed linear increase of RTS with the $^{15}N$ proportions. Centroid retention times calculated with Matlab$^{(R)}$ program enhanced the linearity of the response. In a sea water incubation experiment spiked with $^{15}NH_4{^+}$, the uptake and regeneration of ammonium could be separately estimated using the temporal change of $^{15}N/^{14}N$.

낙동강 하구의 용존 메탄 분포와 메탄 플럭스의 계절변화

류제희,안순모,RYU, JEHEE,AN, SOONMO 한국해양학회 2016 바다 Vol.21 No.3

낙동강 하구역의 메탄 분포에 영향을 미치는 요인들을 알아보기 위하여, 2014년 1월, 9월, 11월 낙동강 하구에서 수층 메탄 농도의 시공간 분포를 살펴보고, 하구 내 메탄의 유입과 유출을 정량화하였다. 수층 메탄 농도는 21~874 nM의 범위를 보였으며, 수온과 유량의 영향으로 인해 겨울보다 여름에 더 높은 값을 보였다. 메탄은 주로 육상으로부터 강물을 통해 하구로 유입되기 때문에 상류에서 바다로 갈수록 감소하는 경향을 보였으며, 조간대나 둑 인근의 유기물이 풍부한 퇴적물 등 또 다른 메탄 유입원이 국지적으로 영향을 미친 결과, 계절에 따라 공간 분포 패턴이 다르게 나타났다. 다른 연안 지역과 비교하였을 때 낙동강 하구 수층 메탄 농도는 높은 편이었다. 이는 유역에 발달한 호소 환경과 둑의 정체 효과로 인해 강물 메탄 유입이 많기 때문으로 판단된다. 하굿둑 외측에서 메탄의 거동을 정량화한 결과 메탄은 주로 담수를 통해 유입되며 대기를 통해 유출되는 것으로 추정되었다. 낙동강 하구가 면적 당 높은 대기 방출을 보이는 이유는 울타리 섬이나 하굿둑 등에 의해 체류시간이 길어져 수층 메탄이 대기로 방출될 시간이 많아진 결과로 추정된다. The spatio-temporal variations of the dissolved methane concentration were investigated and the methane budget was estimated in the Nakdong Estuary in January, September, and November of 2014. Dissolved methane showed seasonal variation (21~874 nM) with high concentration in summer due to enhanced temperature and fresh water discharge. Decreasing trends of dissolved methane from the river to the estuary were consistent in all seasons showing the main source of the estuarine methane is river discharge. However, the decreasing trends were modified seasonally due to the local sources such as organic-rich sediments in intertidal zone or near the estuarine barrage. Dissolved methane concentration in the Nakdong Estuary was high, compared to other estuaries probably due to the well developed wetland in Nakdong-river system and stagnation effect from barrages and dams. Dominant sink for the Nakdong estuarine methane was outflux into the atmosphere. Relatively long residence time (produced by barrier island and estuarine dam) in the estuary might provide the enough time for the outgassing.

하구둑이 낙동강 하구 표층 퇴적물 생규소(BSi) 분포에 미치는 영향

김윤지,안순모,KIM, YUNJI,AN, SOONMO 한국해양학회 2017 바다 Vol.22 No.4

본 연구는 하구둑으로 인한 육상으로 부터의 규소(Si) 플럭스의 변화가 하구 및 연안생태계에 미치는 영향을 알아보기 위한 사전연구로, 하구둑이 존재하지 않는 섬진강 하구와 하구둑이 존재하는 낙동강 하구 표층퇴적물 및 퇴적물 코어 분석을 통해 하구둑이 입도와 유기물, 그리고 BSi 분포에 어떠한 영향을 미쳤는지 알아보았다. 2014년 11월과 2015년 3월 낙동강과 섬진강 표층 퇴적물의 입도, 유기물, BSi 분포를 조사하였고, 퇴적물 코어를 이용하여 낙동강 하구둑 건설 전 후의 퇴적상의 변화를 알아보았다. 전반적으로 BSi 농도 변화는 퇴적환경에 따른 입도 변화와 좋은 상관관계를 보였다. 자연하구인 섬진강 하구 표층 퇴적물은 상류에서 하류로 갈수록 니질(실트질과 점토질), 유기물, BSi 함량이 점진적으로 증가하였으며, 특히 조석의 영향이 미치는 중부하구 정점부터 그 변화가 뚜렷하게 나타났다. 낙동강 하구 표층 퇴적물은 하구둑을 기준으로 내측과 외측의 입도와 유기물 분포가 뚜렷한 차이를 보였다. 하구둑 내측은 정점 간 차이가 크지 않았으나, 우안배수문 내측은 높은 니질, 유기물, BSi 함량을 보여 하구둑에 의한 물질 정체 현상이 두드러지게 나타났다. 하구둑 외측은 전체적으로 사주 쪽으로 갈수록 표층 퇴적물 내 니질과 유기물, BSi 함량이 감소하는 경향을 보였다. 낙동강 퇴적물 코어 분석 결과, 하구둑 건설 이후 입도와 유기물, BSi 함량이 급격히 감소하였으며, 대규모 공사에 의한 퇴적물 교란 및 하구둑에 의한 물질 유입량 감소가 원인으로 보인다. 우안배수문 인근 정점(ND2) 코어는 을숙도 대교 건설과 우안배수문 증설의 영향으로 약 38 cm 부근에서 퇴적상이 한 번 더 급격히 변하였다. 하구둑으로 인한 물리적 환경의 변화가 BSi 분포에 미치는 영향을 제거하고 정체효과를 보기 위하여 $BSi_{exc}$를 구한 결과, 자연하구인 섬진강 하구는 연구지역의 상류에서 하류로 갈수록 $BSi_{exc}$가 점차 감소하였으며, 중부하구 정점부터 음의 값을 보였다. 낙동강 하구는 하구둑을 기준으로 내측은 양의 값을, 외측은 음의 값을 보였다. 이는 하구둑에 의한 외측의 규소 플럭스 감소와 내측과 외측의 규조 종조성의 급격한 변화 등을 원인으로 볼 수 있다. 우안배수문 외측 정점(ND2) 코어의 $BSi_{exc}$는 하구둑 건설 이후 일정한 음의 값을 보였으며, 이는 낮은 유속으로 인한 니질 퇴적의 증가가 원인으로 판단된다. 그러나 하구둑 건설 이후 $BSi_{exc}$가 크게 변동하였으며, 이는 을숙도 대교 및 우안배수문 건설로 인한 것으로 추정된다. Current study is a part of the efforts to assess the estuarine barrage effects on the coastal ecosystem induced by the Si flux changes. Surface sediments from Seomjin and Nakdong estuary and sediment cores from Nakdong estuary was analysed to investigate the effect of estuarine barrage on the distribution of grain size, organic matter (loss on ignition: LOI) and biogenic silica (BSi). The samples of Seomjin estuary were collected in March, 2015 and those of Nakdong estuary were collected in November, 2014. Generally, the longitudinal distribution of grain size, LOI and BSi in Seomjin estuary, natural estuary, was gradually changed. However mud (silt and clay), LOI and BSi increased from station mid-estuary where tide reaches year-round. The distribution of grain size, LOI and BSi in Nakdong estuary, however, were entirely different between inside and outside of estuarine barrage. The mud percentage and LOI were low and consistent in inside of the barrage except R05, inside of right gate, yet those of outside of the barrage were higher and varied by adjacent sluices. Mud, LOI and BSi of ND1 and ND2 decreased immediately after the construction of Nakdong estuarine barrage due to disturbance of sediment and decrease of sediment supply. To exclude the physical effects by the barrage, BSi excess ($BSi_{exc}$) was calculated using regression equation of BSi-LOI and BSi-mud of Seomjin estuary. $BSi_{exc}$ of Seomjin estuary decreased gradually from upper estuary to lower estuary. $BSi_{exc}$ of Nakdong estuary were positive in inside of the barrage and negative in outside of the barrage. BSi retention and shift of species composition of diatom by the barrage would affect $BSi_{exc}$ distribution. Before the construction of Nakdong estuarine barrage, $BSi_{exc}$ of ND2 was negative and consistent owing to high mud sedimentation. After the construction, $BSi_{exc}$ of ND2, however, fluctuated due to continuous disturbance of sediment due to construction of Eulsuk bridge and East gate.

소하천 하구(남해 당항포)에서 자연적, 인위적 요인이 영양염 분포에 미치는 영향

강성찬,박소현,안순모,KANG, SUNGCHAN,PARK, SOHYUN,AN, SOONMO 한국해양학회 2017 바다 Vol.22 No.1

본 연구는 소하천 하구의 영양염 분포를 조절하는 요인에 대해 알아보기 위하여 수행되었다. 남해안 당항포에 위치한 세 하천(닫힌 하구: 고성천, 열린 하구: 구만천, 마암천)에서 2010-12년까지 계절별로 영양염(질산염, 암모늄, 인산염) 농도를 측정하였다. 고성천의 댐은 담수의 희석을 막고 체류시간을 증가시켜 높은 영양염 농도의 원인이 되어 인위적인 요인이 소하천 하구의 영양염 분포에 중요함을 나타내었다. 그 외에 물리, 기후, 생지화학적 요인이 세 하천 영양염 분포에 영향을 주었다. 세 하천 모두에서 질산염은 상류에서 높고 하류로 갈수록 감소하였다. 이것은 상류 집수역에서 공급이 많고, 하류로 갈수록 희석 및 하구 내 생지화학적 과정에 의한 제거가 활발하기 때문으로 여겨진다. 특히 탈질소화 등 대표적인 생지화학적 질소영양염 제거과정은 상류에서 하류로 갈수록 감소하는 경향이 뚜렷하였다. 그러나 암모늄과 인산염은 하천에서 유입되는 농도가 높은 경우에만 상류에서 하류로 갈수록 농도가 낮아지는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 영양염 농도의 계절 분포는 여름철에 낮고, 겨울철에 높은 경향을 보였다. 여름철 유량으로 인해 체류시간이 감소하였고, 희석 증가로 하천 내 영양염 농도를 감소시켰으며, 높은 수온으로 인한 생물 생산에 의한 영양염 제거 역시 낮은 영양염 농도에 영향을 주었다. 소하천 하구는 높은 질소제거율(-k) 을 가지는 등 대형하구와는 구별되는 영양염 거동을 보이며 향후 소하천 하구 관리를 위해서는 이러한 특성을 파악하는 것이 필수적이다. This study was conducted to investigate the nutrient distribution and controlling factors in small stream estuaries. The seasonal variations of nutrient concentration (nitrate, ammonium and phosphate) were observed from 2010 to 2012 in the three streams located in Dang-hang (closed estuary: Go-seong, open estuary: Gu-man and Ma-am). The nutrient concentrations in Go-seong were significantly higher than other estuaries, because Go-seong is relatively large and has large nutrient load from the watershed. The dyke located at the estuary, also, caused the high nutrient concentration by reducing the dilution and increasing residence time. In all three streams, nitrate concentration was high at upstream and decreased toward the downstream, because high load of nutrient input were located at upstream. Dilution and biogeochemical removal toward the downstream also caused the trends. Especially, denitrification, a typical nitrogen removing process showed clear tendency of gradual decreasing from upstream to downstream. However, Ammonium and phosphate concentrations were high at upstream and decreased toward the downstream only when the nutrient loads from the rivers were high. Nutrient concentrations were low in summer and high in winter. Freshwater discharge in summer caused a decrease of the residence time and increase of the transport of nutrients to downstream and reduced the nutrient concentrations in the estuary. Nutrient removal by the biological production during high temperature periods also affected the low nutrient concentrations. Small stream estuaries showed distinct nutrient dynamics. It is necessary to understand these characteristics in order to properly manage the small stream estuary.

낙동강 하구 지역의 염수 침투 모사

윤설민(Sul-Min Yun),정재열(Jae-Yeol Cheong),안순모(Soonmo An),함세영(Se-Yeong Hamm) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 지하수 모델을 이용하여 낙동강 하구둑 개방에 따른 주변 지역의 염분 침투 평가를 모사하였다. 지하수 모델링에는 농업용 지하수공 5공, 국가지하수관측망 1공, 보조지하수관측망 34공을 자료를 이용하였으며, 낙동강 하구둑 개방 이후의 지하수위, 염분 농도를 모니터링하기 위해 신규로 굴착한 21개 지하수공 자료도 이용하였다. 또한 지하수 모델링에는 3차례에 걸친 해수 유입 실증실험 결과를 바탕으로 모사된 낙동강 하천수 모델링 결과를 반영하였다. 하천수 모델링 자료는 한국해양과학기술원에서 수행한 Dlft-3D 자료이다. 지하수 모델링은 밀도류 모델인 FEFLOW를 이용하였다. 모델 영역은 낙동강 하구둑의 전면개방을 모사를 위해 하굿둑으로부터 상류의 함안보까지로 설정하였으며, 분수령을 기준으로 하여 삼각형 격자로 구축하였다. 수리지질학적 자료 입력을 위해서는 지하수 기초조사 보고서, 지하수 관리계획 등 지질 및 수리지질 관련 보고서를 참고하였다. 정상류 모델링 결과, 낙동강 본류 좌안의 지하수위가 우안보다 대체로 높게 나타났으며, 지하수는 대체로 낙동강 방향으로 흐른다. 염분 확산 모델링은 최악의 상황을 가정하여 모사하였으며, 하천의 최고 수위 조건을 적용하였으며 낙동강 본류를 제외한 육지의 염분 농도는 0으로 설정하였다. 염분 확산은 주변 내륙지역으로 최대 686 m까지 침투하며, 염분 농도는 0.2 ~ 0.3 psu로서 농작물 생산량을 저하시키는 염분 농도 기준(0.6 psu)보다 낮은 것으로 산정되었다. 본 연구에서는 광역적인 지하수 모델링을 수행하였으나, 관련 자료의 부족(시추 자료 부족, 과거 데이터의 신뢰성의 한계, 하천의 조사 자료 미흡 등)으로 인해 모델링의 불확실성이 존재한다. 따라서 추가적인 지하수공 시추자료, 지하수위 및 수질 장기 모니터링 자료 등을 통한 추가적인 연구가 필요하다.

하굿둑으로 인한 수질 및 저서 생태계 변화

박소현 ( So Hyun Park ),이지영 ( Jiyoung Lee ),최재웅 ( Jae Ung Choi ),허낙원 ( Nakwon Heo ),안순모 ( Soonmo An ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2016 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2016 No.-

Behavior of Respiratory Quotient in the presence of benthic photosynthesis

An, Soonmo 경남대학교 환경문제연구소 2001 환경연구 Vol.24 No.-

퇴적물의 산소요구량(SOD)은 퇴적물 내에서 미생물에 의한 유기물분해를 대표하는 값으로 많이 사용되었다. 유기물이 호기성박테리아에 의해서 분해되면, 산소요구량에 해당하는 이산화탄소가 발생할 것이다. 만일 유기물이 혐기성박테리아에 의해 분해되면 발생되는 이산화탄소의 양은 산소요구량에 비해 클 것이다. 즉 산소요구량과 총 이산화탄소 발생량(DIC; dissolved inorganic carbon)의 비율(호흡 계수: R.Q.: respiratory quotient)을 가지고 호기성 대 혐기성 분해의 정도를 가늠해 왔다. 미국 텍사스, 겔베스톤 만에서 R.Q.를 측정한 결과 대부분 2가 넘는 값이 측정되었다. 본 논문에서는 1보다 큰 R.Q. 값이 높은 혐기성 분해에 의해서 뿐만 아니라, 저서규조류의 광합성에 의해서도 야기될 수 있다는 것을 간단한 수식 모델을 통하여 밝혔다. 이 모델에서 실제 R.Q의 값이 1일 때에도, 저서규조류의 광합성이 산소요구량과 총이산화탄소 발생량을 변화시켜, 결국 우리가 측정하는 R.Q.값은 1보다 훨씬 클 수 있다는 것을 보였다. 그 동안 R.Q.가 호기성과 혐기성 분해의 정도를 나타내는 지수로서 널리 사용되어 왔으나, 저서성 광합성이 많은 지역에서는 1보다 큰 R.Q.값이 높은 혐기성 분해에 의해서 뿐만 아니라, 저서성 광합성에 의해 발생될 수 있으므로 데이터의 해석에 주의해야 할 것이다.