전 지구적 기후변화로 인하여 습지에서 일어나는 다양한 종류의 생지화학적인 순환에 큰 변화가 관측되고 있다. 특히, 갯벌의 경우 온도변화에 의한 직접적인 환경변화 뿐 아니라 해수면의 상승과 강수량의 변화라는 요인에 의해 간접적인 영향도 받을 것으로 예측된다. 본 논문에서는 온도와 해수의 염도 변화에 따라 갯벌에서 발생하는 메탄양의 변화를 실험실 규모의 실험을 통하여 규명하고자 했다. 시료는 겨울철 강화도 동검도 갯벌에서 채취하여 2 종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 0-5 cm, 5-10 cm 깊이의 토양을 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 20 일간 배양하며 2일 간격으로 메탄 발생량을 측정하였다. 두 번째 실험에서는 5-10 cm 깊이의 토양을 $5^{\circ}C$, $15^{\circ}C$ 에서 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 31일간 배양하며 발생하는 메탄의 양을 하루 간격으로 측정하였다. 첫 번째 실험의 결과 5-10 cm 깊이의 토양에서 메탄이 더 많이 발생하며 염도의 영향은 배양 후반부로 가면서 크게 나타남을 알 수 있었다. 두 번째 실험 결과에서는 $15^{\circ}C$에서 $5^{\circ}C$에서 보다 더 많은 메탄이 발생하였고, 50 % 희석한 염도 조건에서 자연 상태의 염도 조건에서 보다 많은 메탄이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 갯벌에서의 메탄 생성율은 온도 상승과 해수의 화학적 특성의 변화에 따라 많은 영향을 받음을 보여준다. 또한 전 지구적 기후변화로 야기될 온도나 해수 염도의 변화가 메탄의 발생에 영향을 미쳐, 생물학적 되먹임 기작에도 변화가 일어날 것으로 사료된다.
전 지구적 기후변화로 인하여 습지에서 일어나는 다양한 종류의 생지화학적인 순환에 큰 변화가 관측되고 있다. 특히, 갯벌의 경우 온도변화에 의한 직접적인 환경변화 뿐 아니라 해수면의 상승과 강수량의 변화라는 요인에 의해 간접적인 영향도 받을 것으로 예측된다. 본 논문에서는 온도와 해수의 염도 변화에 따라 갯벌에서 발생하는 메탄양의 변화를 실험실 규모의 실험을 통하여 규명하고자 했다. 시료는 겨울철 강화도 동검도 갯벌에서 채취하여 2 종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 0-5 cm, 5-10 cm 깊이의 토양을 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 20 일간 배양하며 2일 간격으로 메탄 발생량을 측정하였다. 두 번째 실험에서는 5-10 cm 깊이의 토양을 $5^{\circ}C$, $15^{\circ}C$ 에서 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 31일간 배양하며 발생하는 메탄의 양을 하루 간격으로 측정하였다. 첫 번째 실험의 결과 5-10 cm 깊이의 토양에서 메탄이 더 많이 발생하며 염도의 영향은 배양 후반부로 가면서 크게 나타남을 알 수 있었다. 두 번째 실험 결과에서는 $15^{\circ}C$에서 $5^{\circ}C$에서 보다 더 많은 메탄이 발생하였고, 50 % 희석한 염도 조건에서 자연 상태의 염도 조건에서 보다 많은 메탄이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 갯벌에서의 메탄 생성율은 온도 상승과 해수의 화학적 특성의 변화에 따라 많은 영향을 받음을 보여준다. 또한 전 지구적 기후변화로 야기될 온도나 해수 염도의 변화가 메탄의 발생에 영향을 미쳐, 생물학적 되먹임 기작에도 변화가 일어날 것으로 사료된다.
Global climatic changes are expected to influence various biogeochemical processes in wetland ecosystems. In particular, coastal mud flat is anticipated to be affected directly by temperature increase as well as indirectly by a sea level rise and changes in precipitation. This study aimed to determi...
Global climatic changes are expected to influence various biogeochemical processes in wetland ecosystems. In particular, coastal mud flat is anticipated to be affected directly by temperature increase as well as indirectly by a sea level rise and changes in precipitation. This study aimed to determine changes in methane production under different temperature and salinity by employing a laboratory-scale manipulation experiment. Soil samples were collected from a mud flat in Dong-Gum Kang-Hwa island in winter and two types of experiments were conducted. In the first experiment soil samples at 0-5 cm, 5-10 cm depth were incubated under same salinity with pore water and diluted salinity to 50 % of natural condition for 20 days and methane production was measured every other days. In the second experiment, soil samples at 5-10 cm depth were incubated in different temperature, $5^{\circ}C$ and $15^{\circ}C$, under same salinity conditions with first experiment for 31 days and methane production was measured. Results of the first experiment revealed that higher amount of methane was produced at 5-10 cm depth, and salinity effect was predominant at the end of the experiment. The second experiment showed that methane production was higher in $15^{\circ}C$ than $5^{\circ}C$. In addition, methane production was higher when sea water diluted to 50 % compared to control. Global climatic changes are expected to influence various biogeochemical processes in wetland ecosystems. In particular, coastal mud flat is anticipated to be affected directly by temperature increase as well as indirectly by a sea level rise and changes in precipitation. This study aimed to determine changes in methane production under different temperature and salinity by employing a laboratory-scale manipulation experiment. Soil samples were collected from a mud flat in Dong-Gum Kang-Hwa island in winter and two types of experiments were conducted. In the first experiment soil samples at 0-5 cm, 5-10 cm depth were incubated under same salinity with pore water and diluted salinity to 50 % of natural condition for 20 days and methane production was measured every other days. In the second experiment, soil samples at 5-10 cm depth were incubated in different temperature, $5^{\circ}C$ and $15^{\circ}C$, under same salinity conditions with first experiment for 31 days and methane production was measured. Results of the first experiment revealed that higher amount of methane was produced at 5-10 cm depth, and salinity effect was predominant at the end of the experiment. The second experiment showed that methane production was higher in $15^{\circ}C$ than $5^{\circ}C$. In addition, methane production was higher when sea water diluted to 50 % compared to control. These results suggest that methane production is highly influenced by changes in temperature and salinity in coastal mud flat. And that global climatic change may induce biological feedback by affecting production of another greenhouse gas, namely methane from coastal mud flat.
Global climatic changes are expected to influence various biogeochemical processes in wetland ecosystems. In particular, coastal mud flat is anticipated to be affected directly by temperature increase as well as indirectly by a sea level rise and changes in precipitation. This study aimed to determine changes in methane production under different temperature and salinity by employing a laboratory-scale manipulation experiment. Soil samples were collected from a mud flat in Dong-Gum Kang-Hwa island in winter and two types of experiments were conducted. In the first experiment soil samples at 0-5 cm, 5-10 cm depth were incubated under same salinity with pore water and diluted salinity to 50 % of natural condition for 20 days and methane production was measured every other days. In the second experiment, soil samples at 5-10 cm depth were incubated in different temperature, $5^{\circ}C$ and $15^{\circ}C$, under same salinity conditions with first experiment for 31 days and methane production was measured. Results of the first experiment revealed that higher amount of methane was produced at 5-10 cm depth, and salinity effect was predominant at the end of the experiment. The second experiment showed that methane production was higher in $15^{\circ}C$ than $5^{\circ}C$. In addition, methane production was higher when sea water diluted to 50 % compared to control. Global climatic changes are expected to influence various biogeochemical processes in wetland ecosystems. In particular, coastal mud flat is anticipated to be affected directly by temperature increase as well as indirectly by a sea level rise and changes in precipitation. This study aimed to determine changes in methane production under different temperature and salinity by employing a laboratory-scale manipulation experiment. Soil samples were collected from a mud flat in Dong-Gum Kang-Hwa island in winter and two types of experiments were conducted. In the first experiment soil samples at 0-5 cm, 5-10 cm depth were incubated under same salinity with pore water and diluted salinity to 50 % of natural condition for 20 days and methane production was measured every other days. In the second experiment, soil samples at 5-10 cm depth were incubated in different temperature, $5^{\circ}C$ and $15^{\circ}C$, under same salinity conditions with first experiment for 31 days and methane production was measured. Results of the first experiment revealed that higher amount of methane was produced at 5-10 cm depth, and salinity effect was predominant at the end of the experiment. The second experiment showed that methane production was higher in $15^{\circ}C$ than $5^{\circ}C$. In addition, methane production was higher when sea water diluted to 50 % compared to control. These results suggest that methane production is highly influenced by changes in temperature and salinity in coastal mud flat. And that global climatic change may induce biological feedback by affecting production of another greenhouse gas, namely methane from coastal mud flat.
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문제 정의
본 연구에서는 단기적인 실험을 통해 해수의 염도와 온도의 변화가 갯벌토양에서 발생하는 메탄의 양에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다. 이러한 연구결과는 환경변화가 갯벌토양의 메탄 생성기작에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다고 할 수 있다.
본 연구에서는 이러한 점에 주목하여 국내 갯벌 토양에서 온도와 해수의 염도가 변화하였을 때 갯벌에서 발생하는 메탄양의 변화를 실험적으로 알아보고자 했다. 이를 위하여 강화도에서 채취한 갯벌 토양을 이용하여 두 가지의 배양 실험을 실시하여, 토양, 깊이, 염도 온도의 영향을 살펴보았다.
제안 방법
5로 하여 메스실린더에 첨가하고 외부와의 공기 접촉을 차단하기 위해 주입구를 실리콘과 para film으로 밀봉하였다. 15℃ 조건에서 배양 10일 후 탄소원으로 1,000 mg/L 농도에 해당하는 glucose를 인공해수에 가하였으며 총 20 일에 걸쳐 실험을 실시하였다.
1차 실험은 두 수준의 토양 깊이와 다른 염도 조건이 갯벌 퇴적물에서 발생하는 메탄량에 미치는 영향을 알아보고자 한 실험으로 각 조건에 따라 3 반복을 1set로 총 12 개의 배양기를 만들었다. 야외에서 채취해온 시료를 질소기체로 충전된 혐기적 공간에서 0-5cm와 5-10cm의 두 부분으로 나누어 각각 200mL 메스실린더에 담았다.
2차 실험은 두 수준의 염도와 온도 조건이 갯벌 퇴적물에서 발생하는 메탄량에 미치는 영향을 알아보고자 한 실험으로 각 조건에 따라 3 반복을 1 set로 총 12개의 배양기를 만들었다. 2차 실험에서는 5-10 cm에 해당하는 시료만 이용하여 1차 실험과 유사한 형태로 배양물을 준비하였는데, 한 가지 차이는 배양 시작과 함께 1,000 mg/L의 glucose를 가한 후 약수저를 이용하여 잘 교반해 주었다.
야외에서 채취해온 시료를 질소기체로 충전된 혐기적 공간에서 0-5cm와 5-10cm의 두 부분으로 나누어 각각 200mL 메스실린더에 담았다. Ses Salt를 이용하여 시료 채취식의 공극수 염도에 해당하는 인공해수와 이를 3차 증류수로 50 % 희석한 인공해수를 만들고, 이를 각각 High salt와 Low salt로 청하였다. 퇴적물과 인공해수의 부피 비율을 1:1.
수분 및 유기물 함량은 오븐건조법(105 °C, 24 시간)과 강열감량 (600°C, 24 시간)으로 분석하였다. PH는 퇴적물과 증류수를 1:5로 혼합하여 만든 슬러리를 원심분리(1500 rpm, 5분) 한 후 공극수를 취하여 , pH meter(420A, Orion)로 측정하였다.
1차 실험은 두 수준의 토양 깊이와 다른 염도 조건이 갯벌 퇴적물에서 발생하는 메탄량에 미치는 영향을 알아보고자 한 실험으로 각 조건에 따라 3 반복을 1set로 총 12 개의 배양기를 만들었다. 야외에서 채취해온 시료를 질소기체로 충전된 혐기적 공간에서 0-5cm와 5-10cm의 두 부분으로 나누어 각각 200mL 메스실린더에 담았다. Ses Salt를 이용하여 시료 채취식의 공극수 염도에 해당하는 인공해수와 이를 3차 증류수로 50 % 희석한 인공해수를 만들고, 이를 각각 High salt와 Low salt로 청하였다.
본 연구에서는 이러한 점에 주목하여 국내 갯벌 토양에서 온도와 해수의 염도가 변화하였을 때 갯벌에서 발생하는 메탄양의 변화를 실험적으로 알아보고자 했다. 이를 위하여 강화도에서 채취한 갯벌 토양을 이용하여 두 가지의 배양 실험을 실시하여, 토양, 깊이, 염도 온도의 영향을 살펴보았다.
Ses Salt를 이용하여 시료 채취식의 공극수 염도에 해당하는 인공해수와 이를 3차 증류수로 50 % 희석한 인공해수를 만들고, 이를 각각 High salt와 Low salt로 청하였다. 퇴적물과 인공해수의 부피 비율을 1:1.5로 하여 메스실린더에 첨가하고 외부와의 공기 접촉을 차단하기 위해 주입구를 실리콘과 para film으로 밀봉하였다. 15℃ 조건에서 배양 10일 후 탄소원으로 1,000 mg/L 농도에 해당하는 glucose를 인공해수에 가하였으며 총 20 일에 걸쳐 실험을 실시하였다.
대상 데이터
그러나 영종도 부근의 갯벌이 매립됨에 따라 동검도 갯벌의 퇴적물 축적이 급격히 진행되고 있다.본 연구에 사용된 퇴적물 및 해수 시료는 2005 년 12 월에 강화도 동남단의 동검도에서 채취하였다. 이곳은 염하수로를 통해 유입되는 담수의 영향을 상대적으로 많이 받는 갯벌이며, 펄 90 %, 모래 10 % 이하를 함유하고 있는 펄 갯벌에 속한다.
연구대상 지역인 강화갯벌은 한강, 임진강, 예성강 하구에 위치하여 토사의 유입이 많고 평균 대조차가 약 8 m에 달하는 지역으로 부근의 많은 섬들로 인해 국내에서 특히 넓은 갯벌이 형성된 곳이다 (고철환 등, 2001). 이 지역은 풍부한 영양염류를 보유하는 하구갯벌로 분류되었으며 (해양수산부, 1998), 비교적 오염이 덜한 천연갯벌을 유지하고 있는 곳이다.
이곳은 염하수로를 통해 유입되는 담수의 영향을 상대적으로 많이 받는 갯벌이며, 펄 90 %, 모래 10 % 이하를 함유하고 있는 펄 갯벌에 속한다. 이 지역에서 직경 4 cm의 PVC 코어를 이용하여 깊이 0-10 cm에 해당하는 갯벌토양을 채취한 후 냉장상태로 실험실로 운반하였다.
배양기 head space에 축적된 메탄올 1차 실험은 2 일에 걸쳐, 2차 실험은 하루에 걸쳐 air-tight syringe로 채취하였다. 이를 FID detector가 장착된 GC (M600D, Younglin)를 이용해 측정하였으며 사용된 GC의 칼럼은 Porapak Q 80/100 이다.
성능/효과
2 와 같다. 두 온도 조건과 두 염도 조건에 따라 시간이 지나면서 메탄 발생량에 차이가 나타남을 알 수 있으며, 특히 12 일경부터 이러한 경향이 뚜렷이 나타났다. 초기에는 가해진 glucose가 호기성 호흡이나 발효성 미생물에 의해 유기산으로 변화되는 과정이 진행된 것으로 추정되며 이에 따라 12일 경부터 메탄생성이 활발히 진행된 것으로 보인다.
이러한 차이는 메탄 발생에 필요한 갯벌 퇴적물 내의 탄소원이 배양 과정에서 소모되었기 때문일 것이라 사료되었다. 따라서 배양 10 일 째에 glucose를 주입하였고, 배양 14 일부터 다시 염도 차이에 따른 메탄 발생량의 뚜렷한 차이가 나타났다(Fig. 1).
먼저 두 염도 수준 모두에서 5-10 cm 깊이에서의 메탄 발생량이 0-5 cm 깊이에 비해 높게 나타났다. 메탄 발생에 관여하는 메탄생성세균은 산화환원전위가 -250mV 이하인 매우 환원된 환경에서 활동하기 때문에 갯벌의 표면보다는 5-10 cm 깊이의 토양에서 더 많이 작용하는 것으로 생각된다.
먼저 온도 차이가 메탄 발생에 미치는 영향을 살펴보면 5℃에서 배양한 퇴적물 보다는 15℃에서 배양한 퇴적물에서 더 많은 메탄이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 메탄생성세균의 활성 온도와 연관이 있는 것으로 판단된다.
염도 차이에 의한 메탄 발생량을 살펴보면 배양 조건이 15℃일 때는 Low salt가 High salt에 비해 메탄의 발생량이 높게 나타났다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 염도가 낮아지면서 갯벌에서 주로 혐기성 미생물의 호흡에 관여하는 전자수용체(NO3-, MnO2, FeOOH, SO42-)의 농도 또한 낮아짐에 따라 유기물분해가 메탄생성 작용으로 대체되기 때문인 것으로 사료된다.
채취한 시료의 평균 수분함량은 37.4 %이고, 유기물 함량은 19.6%로 나타났다. 동검도는 펄 90%, 모래 10% 이하를 함유하는 펄 갯벌이고, 주변의 인공구조를 건설로 빠르게 일어난다(우한준과 제종길, 2002).
따라서 5-10cm 정도의 깊이에서는 혐기적인 상태가 유지될 것으로 사료된다. 토양의 pH는 7.09로 중성의 상태를 나타냈고, 염도는 평균 25 ‰로 평균해수 염도보다는 낮은 수치를 나타냈다. 이는 동검도가 염하수로를 통해 유입되는 담수의 영향을 상대적으로 많이 받는 갯벌이기 때문으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
UN 기후변화에 관한 정부패널이 3차 보고서에서 인간의 활동으로 발생할 것으로 예측한 지구온난화의 영향은?
(에너지경제연구원, 1995). UN 기후변화에 관한 정부패널 (Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC)은 3차 보고서에서 인간의 활동으로 인해 21세기 말까지 지구온난화가 지속되어 지구평균 기온이 최대 5.8℃ 해수면은 최대 88cm까지 상승할 것으로 예측하고 있다. 또한 지역에 따라 강수량의 증가 혹은 감소가 예상되며, 가뭄과 홍수의 빈도도 증가할 것으로 예상되고 있다.
메탄의 동태가 큰 관심을 끄는 이유는?
메탄의 동태가 큰 관심을 끄는 이유는 메탄이 이산화탄소에 비해 단위 몰 당 온난화 효과가 21 배에 달하며, 대기 중 농도가 산업혁명 이후 매년 1 % 가량씩 증가하고 있기 때문이다 (IPCC, 2001). 메탄의 동태에 관한 연구는 주로 내륙 습지에서 발생하는 양에 초점이 맞추어져 왔으나 (Megonigal Schlesinger, 2002) 과 연안 습지의 경우에도 지역적인 조건에 따라 상당부분의 메탄이 발생할 수 있을 것으로 추정된다.
염도 차이에 의한 메탄 발생량이 배양 조건이 15℃일 때는 Low salt가 High salt에 비해 메탄의 발생량이 높게 나타난 이유는?
염도 차이에 의한 메탄 발생량을 살펴보면 배양 조건이 15℃일 때는 Low salt가 High salt에 비해 메탄의 발생량이 높게 나타났다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 염도가 낮아지면서 갯벌에서 주로 혐기성 미생물의 호흡에 관여하는 전자수용체(NO3-, MnO2, FeOOH, SO42-)의 농도 또한 낮아짐에 따라 유기물분해가 메탄생성 작용으로 대체되기 때문인 것으로 사료된다. 그러나 5℃에서 배양한 시료에서는 이와 반대적으로 Low salt에서 베탄 발생량이 더 낮은 경향이 나타났다.
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