침입종 갯끈풀(Spartina anglica)과 토착 저서동물이 활동하는 강화도 남단 갯벌에서의 혐기성 유기물 분해율 및 분해경로 비교

Abstract

강화도 갯벌에서 발견된 침입 외래종 갯끈풀(Spartina anglica)로 인해 토착 저서동물이 서식하는 환경에 어떠한 생지화학적 영향을 미치는지 파악하기 위해 퇴적물 내 지화학 성분과 혐기성 유기물 분해율, 철 환원율 및 황산염 환원율을 측정하였다. 갯끈풀(S. anglica) 군락지(정점 SA)는 상대적으로 토착 저서동물이 활동하는 비식생 지역(정점 UMF)에 비해 Fe2+, Fe(II), S0(원소 황)의 농도가 각각 3.2배, 2.6배, 3.5배 높게 나타냈으며, 혐기성 유기물 분해율(90.7 mmol C m-2 d-1) 또한 2.4배 높았다. 특히, 갯끈풀(S. anglica) 정점의 경우, 식생 뿌리를 통한 산소 유입이 산화철 공급을 원활하게 함에 따라 철 환원율(169 mmol Fe m-2 d-1)을 증가시켰다. 또한, 식생 뿌리로부터의 유기물 공급뿐만 아니라 우점된 두토막눈썹참갯지렁이(Perinereis aibuhitensis)에 의한 점액물질(mucous lining) 분비에 의한 유기물 공급 증가는 황산염 환원율(23.7 mmol S m-2 d-1) 촉진을 초래하였다. 반면, 정점 UMF의 경우, 우점된 칠게(Macrophthalmus japonicus)에 의한 활발한 생물교란 활동이 퇴적물 내 산소 공급을 원활하게 하여 철의 재산화를 촉진시킴으로써 산화철 농도(55.4–78.7 µmol cm-3)를 증가시키고 혐기성 유기물 분해에 대한 철 환원(98.2 mmol Fe m-2 d-1)의 상대적 중요도(64.6%)를 높였다. 본 연구결과는 갯끈풀(S. anglica) 유입이 저서동물 군집 분포 변화와 같은 연안 갯벌 생태계 변화를 초래함으로써 갯벌 퇴적물 내 유기물 분해와 관련된 원소(C-Fe-S)의 거동을 변화시켰음을 보이고 있다. 최근 5년간 갯끈풀(S. anglica)에 대한 정부 주도의 관리(제거)에도 불구하고, 갯끈풀(S. anglica)의 분포 면적은 지속적인 증가추세를 보이고 있다. 따라서, 갯끈풀(S. anglica) 유입 및 분포 증가에 따른 연안 갯벌 퇴적물 내 생지화학적 과정 변화 연구가 지속적으로 필요할 것으로 판단된다.|Sedimentary geochemical characterization, rates of anaerobic organic matter (Corg) mineralization (CMR), iron reduction (FeRR) and sulfate reduction (SRR) were measured in an intertidal wetland inhabited by invasive Spartina anglica (site SA) and an unvegetated mud flat (site UMF) inhabited by indigenous benthic macrofauna, to understand the biogeochemical effects of S. anglica in Ganghwa-do, Han River estuary, Yellow Sea. Concentrations of dissolved ferrous ions (Fe2+) in porewater, solid-phase iron(II), and elemental sulfur (S0) at site SA were 3.2, 2.6, and 3.5 times higher, respectively, compared to site UMF. The anaerobic Corg mineralization rates (90.7 mmol C m-2 d-1) at site SA was 2.4 times higher than at site UMF. In particular, the iron reduction rates (169 mmol Fe m-2 d-1) increased as oxygen inflow through the vegetation roots facilitated the supply of iron oxides, at site SA. In addition, the increase in the supply of organic matter from the roots of S. anglica and the secretion of a mucous lining by the dominant species, Perinereis aibuhitensis, promoted the sulfate reduction rate (23.7 mmol S m-2 d-1). Conversely, the bioturbation activity by the dominant species, Macrophthalmus japonicus, increased the iron oxide concentration (55.4–78.7 µmol cm-3) and facilitated iron reoxidation through the promotion of oxygen supply in the sediment. The relative significance of iron reduction (98.2 mmol Fe m-2 d-1) to the anaerobic Corg mineralization increased (64.6% of total). This study shows that the invasion of S. anglica changed the behavior of elements carbon, iron, and sulfur related to the anaerobic Corg mineralization in intertidal sediments by causing variation in the coastal tidal ecosystem, such as a transition in the distribution of benthic macrofauna. Despite the government-led management (removal) of S. anglica over the past five years, the distribution of S. anglica has continuously increased. Additional studies of the biogeochemical processes in coastal tidal sediments are recommended due to the invasion and the increased distribution of S. anglica.