하계 영산강 하구 퇴적물 내 인의 생지화학적 특성

Abstract

연안의 생지화학적 순환에서 인은 필수적인 영양염으로 식물플랑크톤의 생장과 분포를 조절하는 중요한 제한 요소이다. 연안역에서 인의 다량 유입과 생산은 식물플랑크톤의 대증식과 적조생물 출현의 원인으로 작용하며 그로 인한 유기물의 과도한 생성은 수괴 내 빈산소를 야기한다. 따라서 인의 생지화학적인 순환 경로를 이해하는 것은 하구 및 연안역의 효율적 관리를 위해 필수적이다. 본 연구는 하구둑으로 인한 호기성과 혐기성 환경에서 인의 지화학적 순환을 이해하기 위해 영산호(YL1, YL4, YL5)와 영산강 하구역(YE1, YE2, YE4)에서 공극수 및 퇴적토 내 인의 존재형태를 분석하였다. 저층수의 용존산소는 하구역 정점 YE1(165 μM)에서 하구호 정점 YL5(10 μM)보다 16배 높게 나타나 상대적으로 호기성 환경을 보였다. 퇴적물 0～10 cm 깊이 내 공극수내 지화학적 성분들을 누적한 결과, 유기물 분해의 최종산물인 NH4+는 빈산소 환경이었던 영산호 하구둑 인근 정점 YL5(66 mmol/m2)이 하구역 정점 YE1(20 mmol/m2)보다 3배 이상 높게 나타났으며, Fe2+는 영산호 하구둑 인근 정점 YL5에서 14.9 mmol/m2으로 하구역 정점 YE1(0.4 mmol/m2)보다 40배 이상 높게 나타났다. 황산염 환원물인 HS-는 하구호에서는 검출되지 않았으며, 하구역 정점 YE1에서 0.72 mmol/m2 로 나타났다. 반면, 공극수 내 PO43-는 영산호 정점들 YL1(0.3 mmol/m2), YL5(0.2 mmol/m2)에서 영산강 하구역 정점 YE1(1.4 mmol/m2)보다 5～7배 이상 낮게 나타났지만, 퇴적물 내 총인은 영산호 정점 YL1, YL5에서 각 각 4521, 2110 mmol/m2으로 하구역 정점 YE1(501 mmol/m2) 보다 4～9배로 높게 나타났다. 저층수와 공극수 인의 농도구배에 따른 인의 용출률을 계산한 결과, 영산호 정점 YL1, YL5에서 각각 –0.026, -0.021 mmol P/m2/d로 호기성 환경이었던 정점 YE1(-0.047 mmol P/m2/d) 보다 약 2배 정도 낮은 것으로 나타났다. 하구호 정점에서는 총인의 농도는 하구역보다 높았지만 빈산소 환경임에도 불구하고 공극수 내 인이 매우 낮게 나타났다. 이러한 결과는 하구역 정점(YE1)에서 황산염 환원력에 의해 환원된 HS-가 철과 결합(FeS, FeS2)하여 인이 공극수상에 해리되어 높게 존재할 수 있는 반면 황화수소가 결여된 영산호 정점 YL1, YL5에서는 철이 황화수소 대신에 인과 흡착하기 때문에 대부분의 인이 퇴적물에 결합한 형태로 나타났다. 퇴적물 내 인의 존재형태는 하구호 정점 YL1, YL5에서 Al-bound P가 각각 66%, 40%를 차지하여 Fe-bound P(17%, 30%)를 차지한 형태보다 큰 비중을 차지하였지만, 상대적으로 호기성 환경인 하구역 정점 YE1에서는 인이 철에 결합한 형태(43%)로 존재하는 것으로 나타났다. 일반적으로 하구호 정점 YL1, YL5와 같은 빈산소 환경에서는 철과 결합된 인이 해리되어 용출되는 것으로 나타나지만, 영산호에서는 빈산소임에도 불구하고 대부분의 인이 안정된 형태인 Al-bound P를 형성하여 인의 용출이 미미한 것으로 나타났다. 본 연구는 하구둑의 건설로 인해 담수호와 기수역으로 나누어진 영산강 하구역에서 인의 지화학적 거동이 다르게 나타난 사례이며, 향후 이로 인한 영산강 수계 생태계 반응에 대한 추가적 연구가 필요한 것으로 인식된다.