하계 영산강, 하구호 및 하구 퇴적물 내 인의 생지화학적 특성

Abstract

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 누적된NH4+(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.

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.