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문제 정의
- 예로서 Sun 등(1997)은 Gorgia 강의 DOM을 대상으로 한 시공간적 변화특성 조사를 통해 하류로 갈수록 DOM의 지방족 탄소(aliphatic carbon) 함량이 낮아지며, 이는 유기물의 생분해율 감소와 높은 상관성이 있음을 밝힌바 있으며, Kalbitz 등(2003a, 2003b)은 육지성(terrestrial) 기원의 DOM 을 대상으로 암실배양 실험을 통해 배양 시간이 경과함에 따라 탄수화물, 단백질 성분의 함량이 감소하면서 난분해성의 방향족 탄소함량이 높은 고분자 물질이 생성됨을 보고한 바 있다. 이러한 연구결과는 생분해에 따른 DOM의 특성 변화에 대한 유용한 정보를 제공한다. 그러나 생분해에 따른 유기물 특성 변화 정도가 기원에 따른 DOM의 초기 화학적 조성에 의존함을 고려할 때, 보다 다양한 기원에서 생성되는 DOM 을 대상으로 한 화학적 조성의 특이성과 차이점 및 생분해에 따른 변화 특성등을 규명하는 것은 호소수내 유기물의 기원을 추적하는데 유용한 기초자료가 될 수 있다.
- 이에 본 연구에서는 최근 팔당호에서의 COD 농도의 증가 추세에 대한 기원별 DOM 의 영향에 대한 기초자료를 확보하기 위한 목적으로 팔당호 시료를 포함 호수 및 상류 지점에서의 기원별 6개 시료(호수 플랑크톤, 낙엽, 갈대, 퇴비, 논 유줄수, 하수처리장 방류수 등)에서 채취한 DOM 시료를 대상으로 XAD 수지분획을 적용하여 각 시료의 DOM 성분별 분포 특성을 비교 조사하였다. 또한, 난분해성화에 따른 기원별 DOM 의 성상변화 특성을 조사하기 위하여 암실배양(28일) 실험을 통한 각 시료의 생분해율 (biodegradability)을 측정하고, 각 DOM 성분별 분포 변화를 조사하였다.
- 본 연구는 호소 내 난분해성 유기물 농도 증가에 대한기원별 DOM 의 영향을 평가하기 위한 기초자료 확보를 목적으로 수행하였으며, 팔당호 시료를 포함한 내부 및 외부기원의 다양한 DOM 시료를 대상으로 XAD 수지분 획을 통한 각 시료의 DOM 성분별 분포 특성과 생분해율 및 난분해성화에 따른 각 성분별 분포 특성을 비교 조사하였다. 그 결과 기원별 DOM 의 유기물 성분별 분포 특성에 대한기초 자료를 확보할 수 있었으며, 각 성분별 분포와 생분해율과의 상관성 및 생물학적 분해에 따른 DOM 의 화학적 조성 변화 특성에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 성분별 분포 특성을 비교 조사하였다. 또한, 난분해성화에 따른 기원별 DOM 의 성상변화 특성을 조사하기 위하여 암실배양(28일) 실험을 통한 각 시료의 생분해율 (biodegradability)을 측정하고, 각 DOM 성분별 분포 변화를 조사하였다.
- 낙엽과 갈대 및 토양 기원 DOM 은 시료 일정량 (g) 을 증류수에 넣어 시료(g) 대 증류수(mL) 비율을 각각 1:20, 1:20, 1:3이 되도록 혼합한 후 교반기(Wisemix, Dai han Scientific) 위에서 130 rpm의 속도로 24시간동안 교반하여 추출하였다. 교반 후 상등액은 원심분리기(10, 000 rpm, 30분)를 사용하여 고형물과 분리하였다.
- 낙엽과 갈대는 건조 후 추출 효율을 높이기 위해 1 cm2 크기로 잘라 사용하였으며, 토양 시료는 건조 후 180 ^ 공극체를 사용하여 통과된 입자를 유기물 추출에 사용하였다. 퇴비의 경우도 증류수와 1:10으로 유지한 채 앞서와 동일한 방식으로 혼합 교반하여 DOM 을 추출하였다. 조류기원 DOM 은 고농도 플랑크톤 용액을 6시간 동안 주기적으로 여러 번 흔든 후 GF/F 필터로 여과하였다.
- 즉, 준비된 용존 유기물 시료는 살균 처리한 배양 플라스크(300 mL)에 옮긴 후 증류수로 희석하여 약 30 mg C/L의 농도로 맞추었으며, C/N/P의 질량비가 30:10:3이 되도록 충분한 양의 염량염류 (NHNO3 와 K2HPO4) 를 첨가하였다. 용액의 이온강도는 NaCl을 첨가하여 0.
- 3 mg C/L)를 사용하였으며, 배양시료는 암실 배양하는 동안 산소가 부족하지 않도록 개봉 상태에서 매일 공기 중에서 약 10분 동안 충분히 흔들어 주었다. 암실 배양 후 시료는 PTFE 재질의 0.45 卩m syringe filter(PALL. Co. Ltd)를 이용하여 여과한 후 여액의 잔류 유기물의 농도를 측정하였다.
- 1 과 같은 분획과정을 거쳤으며, 요약하면 다음과 같다. ① XAD 수지, 양이온교환수지 및 음이온교환 수지를 서로 다른 플렉스칼럼 (2.5 cm * 50 cm)에 6 cm 높이 (~ 10 mL) 까지충진한 후, 각각 0.1 M HCl, 1 M HCl 및 1 M NaOH 약 100 mL을 흘려주어 각 컬럼의 수지를 전처리 한다. (ii) pH 2로 조절한 시료 용액( ~ 30 mg C/mL, DOC1) 200 mL 를 XAD 플렉스칼럼에 1.
- 이상의 XAD/AGMP 수지 분리에 따른 DOM의 성분별 함량은 각 시료수의 용존 유기탄소(DOC, mg/L) 농도를 측정 한 후, 이들 DOC 농도로부터 다음의 계산식 (1)~ (6) 을통해 결정하였다. 여기서, B1 과 B2는 바탕(blank)시료의 DOC 농도(mg/L)로서 각각 XAD 수지를 충전한 칼럼을 통과한 0.
- DOC 농도(mg/L)는 총유기탄소 분석기(Shimadzu V-series, TOC-CPH)를 사용하여 측정하였다. DOC 농도는 각 시료 당 3회 반복 측정하여 얻은 측정값의 평균으로 나타내었으며, 농도 검정을 위한 표준시료로는 Potassium hydrogen phthalate(Nacalai Tesque, .
- M6M0255)를 사용하였다. DOM 의 홉광분석은 자외선-가시광선 분광분석기 (Shimadzu, UV-1601PC) 를 사용하여 측정하였다. 각 시료의 SUVA (specific UV absorbance, UV254/DOC) 값은 일정 DOC 농도(~ 10 mg/mL)의 시료 용액을 10 mm 석영 셀에 담아 254 nm 에서의 흡광도 값을 각 시료의 유기탄소농도를 나누어줌으로서 구하였다.
- DOM 의 홉광분석은 자외선-가시광선 분광분석기 (Shimadzu, UV-1601PC) 를 사용하여 측정하였다. 각 시료의 SUVA (specific UV absorbance, UV254/DOC) 값은 일정 DOC 농도(~ 10 mg/mL)의 시료 용액을 10 mm 석영 셀에 담아 254 nm 에서의 흡광도 값을 각 시료의 유기탄소농도를 나누어줌으로서 구하였다.
- 3는 기원에 따른 DOM의 생분해율(%)을 도식화하여 제시한 것이다. DOM의 생분해율은 원 시료의 DOC 농도와 28일 암실배양 후의 잔류 용존 유기탄소 농도 (R-DOC) 측정값을 사용하여 도출하였다(Table 2). 플랑크톤과 갈대 기원 시료에서는 각각 94.
- 대상으로 강우 전.후 채취시료의 생분해율을 비교하였다. 그 결과 Fig.
- 후 채취시료의 생분해율을 비교하였다. 그 결과 Fig. 4에서 볼 수 있듯이 강우 후에 생분해율이 감소하는 경향을 관찰하였다. 논물과 방류수 기원의 경우 강우 후 각각 약 14와 5%의 생분해율 감소가 관찰되었으며, 팔당호 시료에서도 약 10%의 감소를 보였다.
- 앞서 얻어진 자료를 토대로, 기원별 시료의 생분해율과 DOM 성분 분포와의 관련성을 조사하였다. 그 결과 생분해율은 Ho 함량이 낮을수록 또는 Hi 함량이 증가할수록 증가하는 경향성을 관찰하였다.
- 이러한 사실로부터 생분해에 따른 각 DOM 성분별 분포 변화 특성 조사는 기원별 유기물 특성에 대한 보다 상세한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 앞선 연구 결과를 토대로 생분해율이 서로 다른 플랑크톤(94.4%), 산림 기원의 낙엽(48.9%) 그리고 토양 비료로 흔히 활용되는 퇴비 (<0.2%) 시료를 대상으로 원 시료와 28일 암실배양 후 DOM의 성분별 분포 변화 특성을 비교 조사하였다. 얻어진 결과는 Fig.
대상 데이터
- 시료는 팔당호 내 유기물 성상에 영향을 줄 수 있는 내부 및 외부 기원을 대상으로 하였다. 외부기원으로는 대표적인 비점 오염원인 밭토양, 논물, 낙엽, 갈대, 퇴비 및 점오염원인 하수처리장 방류수를 사용하였으며, 내부 생성 기원으로는 조류를 사용하였다.
- 및 외부 기원을 대상으로 하였다. 외부기원으로는 대표적인 비점 오염원인 밭토양, 논물, 낙엽, 갈대, 퇴비 및 점오염원인 하수처리장 방류수를 사용하였으며, 내부 생성 기원으로는 조류를 사용하였다. 밭토양, 갈대 및 낙엽은 2009 년도 5월 건기 시 북한강 수계에서 채취하였다.
- 외부기원으로는 대표적인 비점 오염원인 밭토양, 논물, 낙엽, 갈대, 퇴비 및 점오염원인 하수처리장 방류수를 사용하였으며, 내부 생성 기원으로는 조류를 사용하였다. 밭토양, 갈대 및 낙엽은 2009 년도 5월 건기 시 북한강 수계에서 채취하였다. 밭 토양은 강원도 평창군 용평면 일대(W 37° 46' 54.
- 밭토양, 갈대 및 낙엽은 2009 년도 5월 건기 시 북한강 수계에서 채취하였다. 밭 토양은 강원도 평창군 용평면 일대(W 37° 46' 54.9" E128° 44' 11.06")의 고랭지 채소밭 시료, 낙엽은 강원도 인제군 북면 일대(W38° 9' 57.9" E128° 15' 35.2") 활엽수 시료, 갈대는 강원도 평창군 용평면 일대(W37° 46' 9" E128° 44' 6”)에서 각각 채취하였다. 각 시료는 대표성을 확보하기 위해반경 1 km 이내 지점에서 세 지점 이상 채취한 후 혼합하여 사용하였다.
- 2") 활엽수 시료, 갈대는 강원도 평창군 용평면 일대(W37° 46' 9" E128° 44' 6”)에서 각각 채취하였다. 각 시료는 대표성을 확보하기 위해반경 1 km 이내 지점에서 세 지점 이상 채취한 후 혼합하여 사용하였다. 퇴비는 돈분 부산물 시료(돈분 48% 함유) 를 구입하여 사용하였다.
- 각 시료는 대표성을 확보하기 위해반경 1 km 이내 지점에서 세 지점 이상 채취한 후 혼합하여 사용하였다. 퇴비는 돈분 부산물 시료(돈분 48% 함유) 를 구입하여 사용하였다.
- 플랑크톤(plankton)기원 유기물은 2009년도 5월 건기 시 플랑크톤 네 트(Wildcore Plankton net, 10 ~ 20 ym)를 이 용하여 팔당호 상층부의 조류를 최대한 수집한 고농도의 플랑크톤 용액을 사용하였다. 이 시점에서의 호 내 플랑크톤 우점 종은 Aulacoseria granulate var.
- angustissima 로 보고된 바 있다(김진근 등, 2009). 팔당호 시료는 2009년도 5월 팔당호 취수구에서 채취하였으며, 논물 유출수 시료는 팔당호 상류(충북 홍성군)에서 방류수 시료는 팔당호 상류에 위치한 W처리장(활성슬러지 공법)에서 각각 채취하였다. 팔당호, 논물 및 방류수 시료의 경우에는 강우에 영향을 조사하기 위해 각각 2009년 5월과 8월(강우 시) 2회 채취하였다.
- 팔당호 시료는 2009년도 5월 팔당호 취수구에서 채취하였으며, 논물 유출수 시료는 팔당호 상류(충북 홍성군)에서 방류수 시료는 팔당호 상류에 위치한 W처리장(활성슬러지 공법)에서 각각 채취하였다. 팔당호, 논물 및 방류수 시료의 경우에는 강우에 영향을 조사하기 위해 각각 2009년 5월과 8월(강우 시) 2회 채취하였다. 앞서 제시한 밭토양, 논물, 낙엽, 갈대, 조류 등의 경우 시료채취 위치에 대한 자세한 설명은 문헌에 제시되어있다 (Hur, 2010).
- 조류기원 DOM 은 고농도 플랑크톤 용액을 6시간 동안 주기적으로 여러 번 흔든 후 GF/F 필터로 여과하였다. 방류수와 논 유출수는 DOM의 농도가 낮아(3 ~ 5 mg C/L) 현장에서 직접 나노여과 장치(NE4040-90, 웅진화학; pore size 250~400 Da)을 사용하여 농축하여 사용하였다.
- 준비된 시료는 식종액 4 mL를 첨가하고 밀봉한 후 20°C 에서 28일 동안 암실 배양하였다. 식종액은 한강과 팔당호 상층 수( ~ 0.3 mg C/L)를 사용하였으며, 배양시료는 암실 배양하는 동안 산소가 부족하지 않도록 개봉 상태에서 매일 공기 중에서 약 10분 동안 충분히 흔들어 주었다. 암실 배양 후 시료는 PTFE 재질의 0.
- 본 연구에서 사용한 XAD 수지는 Amberlite계열의 XAD-8 (Aldrich Co)로서 입자크기 40~60 mesh, 평균비표면적 160 m2/g, 평균공극 225 A이었다. XAD 수지는 사용에 앞서 불순물을 제거하였으며, 상세한 정제과정은 문헌에 제시하였다(오세진 등, 2009).
- XAD 수지는 사용에 앞서 불순물을 제거하였으며, 상세한 정제과정은 문헌에 제시하였다(오세진 등, 2009). 친수성 산, 염기, 중성 성분의 분리를 위해 사용한 강산성 양이온교환수지와 강염기성 음이온교환수지는 각각 AGMP-50(hydrogen-form, Aldrich Co., Amberite)과 AGMP-1 ((hydrogen-form, Aldrich Co., Amberite) 을 사용하였으며, 사용에 앞서 메탄올에서 24시간 Soxhlet 추출 세정 후 각각 증류수와 1 M NaOH를 사용하여 세정하였다(Imai et al., 2001). 용존 유기물 성분별 분리는 Fig.
- 사용하여 측정하였다. DOC 농도는 각 시료 당 3회 반복 측정하여 얻은 측정값의 평균으로 나타내었으며, 농도 검정을 위한 표준시료로는 Potassium hydrogen phthalate(Nacalai Tesque, . lot no. M6M0255)를 사용하였다. DOM 의 홉광분석은 자외선-가시광선 분광분석기 (Shimadzu, UV-1601PC) 를 사용하여 측정하였다.
이론/모형
- 기원별 시료의 생분해성 (biodegradability)을 평가하기 위한 난분해성 (refractory)의 용존 유기물(R-DOM) 농도 분석은 하천 및 하폐수 시료의 생분해도 실험에서 흔히 사용되는 Servais 등(1989) 방법에 준하여 암실 배양법을 통해 실시하였다. 즉, 준비된 용존 유기물 시료는 살균 처리한 배양 플라스크(300 mL)에 옮긴 후 증류수로 희석하여 약 30 mg C/L의 농도로 맞추었으며, C/N/P의 질량비가 30:10:3이 되도록 충분한 양의 염량염류 (NHNO3 와 K2HPO4) 를 첨가하였다.
- DOM의 분획은 Leenheer(1981) 및 Imai 등(2001)의 방법에 따른 XAD/AGMP 수지 흡착법을 적용하였으며, 소수성산 Hydrophobic acid, HoA), 소수성 염기(Hydrophobic neutral, HoN) 및 친수성 산(Hydrophilic acid, HiA), 친수성 염기 (Hydrophilic base, HiB), 친수성 중성(Hydrophilic neutral, HiN) 등 5개의 유기물 성분으로 분류하였다. Table 1은 각 분획 성분에 해당하는 DOM 성분을 제시한 것이다.
성능/효과
- 있다. XAD 수지분획을 통한 DOM 성분별 분리는 이러한 복잡한 특성의 유기물의 기원별 특이성과 차이점을 구분하는데 유용한 정보를 제공할 수 있다. 특히, Amberite 계열의 XAD-8 수지분획은 DOM 의 분리에 가장 널리 활용되는 방법이며 크게 친수성(hydrophilic) 과 소수성 (hydrophobic) 으로용존 유기물을 구분한다(Leenherr, 1981; Thuman, 1985).
- 2%)에 비교해 높게 분포하였으며, 기원별로 Ho 는 외부생성 기원에 해당하는 낙엽 (LT)과 퇴비 (CP), 밭토양(FS), 논물(PW) 및 하수처리장 방류수 (TS) 등에서 높고, Hi 는 갈대 (RD) 및 호소 내주요 내부생성기원으로 알려진 플랑크톤 (PK) 시료에서 높았다. 친수성에 대한 소수성 성분 함량비(즉, Ho/Hi) 로 비교한 결과, 퇴비가 5.78로 가장 높은 소수성 분포비를 보였으며, 낙엽(3.12), 밭토양(2.37), 방류수(2.35), 논물 유출수(1.26) 및 조류(0.72), 갈대(0.3) 등의 순이었다. 일반적으로 Ho 성분은 주로 방향족성의 구조로서 난분해성을 띠며 (Dilling and Kaiser, 2002; Qualls and Haines, 1991), Hi에 비교해 중금속 및 소수성 오염물질의 수중 용해성 증가와 소독 부산물(DBPs) 생성 등 환경학적으로 더 중요한 의미를 가지는 것으로 알려져 있다(Mei et al.
- 각 DOM 성분별 주요 화합물 군은 Table 1에 제시하였다. XDA 분획 방법의 재현성은 팔당호 시료를 대상으로 3회 반복 수행한 결과, 상대표준편차(RSD) 값이 10~24% 범위에서 나타났다 HoA와 HiA에서 각각 10.4 10.1%의 상대적으로 낮은 RSD 값을 보였으며, HoN 및 HiN, HoB에 서는 18 ~ 24%의 RSD 값을 나타냈다. 이는 Imai 등(2001)이 평가한 XAD 분획의 재현성 평가결과와 유사한 수준이었다.
- 이는 Imai 등(2001)이 평가한 XAD 분획의 재현성 평가결과와 유사한 수준이었다. 팔당호 시료의 경우 주요 DOM 성분은 HoA, HoN 및 HiA 성분으로 각각 28.9, 22.8 및 23.6%의 분포를 보였다. 이는 일반적인 하천과 호소수에서의 DOM 분포 연구 결과와도 일치하는 것으로서 Imai 등(2001)은 HoA 와 HiA 가 수계의 주요 용 존 유기물 성분임을 보고한 바 있다.
- 9 ~ 24%의 분포범위를 나타냈다. 상대적으로 높은 Hi 함량분포 (> 54%)를 가진 플랑크톤과 갈대에서는 HiB(단백질, 아미노산류)가 주요 Hi 성분으로 각각 29.0, 37.6%의 함량분포를 보였다.
- DOM의 생분해율은 원 시료의 DOC 농도와 28일 암실배양 후의 잔류 용존 유기탄소 농도 (R-DOC) 측정값을 사용하여 도출하였다(Table 2). 플랑크톤과 갈대 기원 시료에서는 각각 94.4 와 87.3%로 높은 생분해성을 보였으며, 낙엽기원에서는 48.9%의 중간 수준을 보인 반면, 퇴비, 밭토양, 논물, 방류수 등에서는 30% 이하의 낮은 생분해성을 나타냈다. 이로부터 난분해성의 DOM 포함 정도는 기원에 따라 차이를 보이며, 밭토양, 논물 등 토양 기원과 방류수 등에서 높고, 생물학적 기원의 플랑크톤과 갈대 및 산림 기원의 낙엽 등에서는 상대적으로 낮은 농도의 난분해성 물질을 포함함을 알수있다.
- 4에서 볼 수 있듯이 강우 후에 생분해율이 감소하는 경향을 관찰하였다. 논물과 방류수 기원의 경우 강우 후 각각 약 14와 5%의 생분해율 감소가 관찰되었으며, 팔당호 시료에서도 약 10%의 감소를 보였다. 이러한 결과는 강우의 영향으로 난분해성 물질의 유입 농도가 증가하였기 때문으로 해석된다.
- 성분 분포와의 관련성을 조사하였다. 그 결과 생분해율은 Ho 함량이 낮을수록 또는 Hi 함량이 증가할수록 증가하는 경향성을 관찰하였다. 즉, Fig.
- Ho 성분함량이 높을수록 DOM의 생분해율이 감소하는 경향성은 포함된 유기물의 방향족 탄소함량과 관련이 있음을 SUVA 값과의 상관성 해석을 통해서 확인할 수 있었다. SUVA 값(UV254/DOC, L・mg-1・m-1)은 방향족 탄소 함량과 정량적인 상관성이 높아(이두희 등, 2008; Kalbitze et al.
- , 2003a), 유기물의 방향족 탄소함량 지표로 흔히 사용된다. SUVA 값은 0.8 ~ 3.5 범위에서 기원에 따라 차이를 보였으며(Table 1), Ho 함량과 상관계수(r) 0.81 (p = 0.01)로 높은 양(positive) 상관성을 보였다(Fig. 4(b)).
- 4(b)에서 볼 수 있듯이 PD와 PW 및 TS와 FS 등은 유사한 Ho 함량에도 불구하고 현저히 다른 SUVA 값을 나타냈다. 즉, PD와 PW의 Ho 함량은 약 55%로 유사하나 SUVA 값은 각각 1.4와 2.8로 약 2배의 차이를 보였으며, TS와 FS 의 Ho 함량은 약 70%로 유사하나 SUVA 값은 각각 1.7와 3.0으로 큰 차이를 보였다. 이는 기원에 따른 Ho 성분 자체의 구조적 특성의 차이에 기인한 것으로 해석된다.
- 이는 Table 2에서 제시한 유기물 성분 분포 변화율(changes, %) 결과를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 암실 배양 후 Hi는 20.2% 감소한 반면, HoA와 HoN은 각각 8.9와 11.3%의 증가를 보였다. 유사한 결과로서 Lara and Thomas(1995) 는 해양 조류기원 DOM 의 암실배양 (in Thalassissira tumida) 실험을 통해 배양시간 초기 20일 경과시점까지 XAD 수지에 흡착되는 Ho 농도가 점진적으로 증가함을 확인한 바 있으며, Hur(2010)는 조류기원 DOM의 동시형광(synchronous fluo rescence) 분석을 통해 암실 배양 후 원 시료에 비교해 단백질 계열(PLF)의 형광피크가 감소하면서 휴믹계열(FLF, HLF 등)의 형광 피크가 증가함을 보고한 바 있다.
- 7%로 크게 증가하였다. 특히, 주목할 부분으로는 암실배양 전과 후 Ho 성분별(HoA, HoN) 함량 분포로서 원 시료에서는 HoA가 주요 성분(68.4%)인 반면, R-DOM에서는 HoA가 감소(-32.6%)하고 HoN 성분 함량이 크게 증가 (+52.6%)하였다(Table 2). 일반적으로 HoA 성분은 단순 방향족 고리의 휴믹물질에 해당하며, HoN 성분은 lipid 계열의 탄화수소 화합물 및 HoA 성분보다 긴 탄소 고리 또는 다 환 방향족 화합물 등을 포함하는 것으로 분류한다(Table 1).
- 특히, Aiken(1985)과 Chen 등(2003)은 휴믹물질 역시 “휴믹 화”가 진행될수록 보다 난분해성을 띠는 단단한(condensed) 고분자 물질로 변형됨을 제시한 바 있다. 따라서 본 연구 결과는 휴믹화가 덜 진행된 초기 낙엽 추출 DOM(주로 HoA 성분)# 생물학적 분해과정을 거치면서 보다 높은 휴믹 화 단계의 물질(즉, HoN)로 변환된 것으로 해석된다. 이러한 해석은 Hur 등(2009)이 최근에 발표한 낙엽기원 시료의 암실배양 시간에 따른 DOM 의 분자량과 형광특성 변화연구 결과와도 일치하는 것으로서, 생분해가 진행될수록 잔류 용존 유기물의 분자량 및 휴믹화 지표 (humification index, HIX) 값이 일정하게 증가함을 보고하였다.
- 이와 같은 생분해에 따른 Ho 성분의 성상 변화 특성(“즉, HoA 에서 HoN 으로의 변환”)은 원 시료의 생분해율이 <0.2%로서 대부분(99.8%)이 난분해성으로 존재한 퇴비 시료의 결과(Fig. 3)를 통해서 보다 명확히 확인할 수 있다. Fig.
- 이러한 사실은 퇴비기원의 R-DOM 에 존재하는 HoN 는 주로 HoA 의생물학적 변환에 의한 것임을 입증한다. 이상의 생분해에 따른 기원별 DOM 성분별 분포 변화특성 결과로부터 Hi의 생물학적 분해는 Ho(HoA, HoN)의 생성을 유발하며, 낮은 휴믹 화 단계의 HoA 의 생물학적 변환은 HoN 을 생성함을 알 수 있다. 이러한 사실은 Table 2에 제시한 용존 유기물 성분별 변화 양상 (changes, %)을 통해서도 확인할 수 있다.
- 이러한 사실은 Table 2에 제시한 용존 유기물 성분별 변화 양상 (changes, %)을 통해서도 확인할 수 있다. 즉, Hi 함량(58.3%)#높은 플랑크톤 기원(PK)에서의 Hi의 감소는 HoA와 HoN의 증가를 수반하였으며, HoA 함량이 높은 시료 (LT-68.4%, CP-84.3%) 에서는 HoA 의 감소가 HoN 의 증가를 수반하였다. 한편 본 연구결과는 XAD 분획에 기반한 단순 유기물 성분 분포에 기반을 둔 해석으로서, 보다 일반화된 결론의 도출을 위해서는 각 용존 유기물 성분 (Hi, HoA, HoN 등)의 분취를 통한 물질특성(분자량, 분광 특성 등) 규명이 도움이 될 것으로 판단된다.
- 조사하였다. 그 결과 기원별 DOM 의 유기물 성분별 분포 특성에 대한기초 자료를 확보할 수 있었으며, 각 성분별 분포와 생분해율과의 상관성 및 생물학적 분해에 따른 DOM 의 화학적 조성 변화 특성에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있었다. 본연구를 통해 얻은 주요 연구결과는 요약하면 다음과 같다.
- 1) DOM 성분별 분포는 소수성 성분(Ho)이 23.3 ~ 85.2%, 친수성 성분 (Hi) 이 14.8~76.7%의 범위에서 기원에 따라 서로 다른 분포특성을 보였다. 팔당호 시료의 경우 주요 DOM 성분은 일반 하천 및 호소 수에서와 유사하게 HoA 와 HiA로 각각 28.
- 7%의 범위에서 기원에 따라 서로 다른 분포특성을 보였다. 팔당호 시료의 경우 주요 DOM 성분은 일반 하천 및 호소 수에서와 유사하게 HoA 와 HiA로 각각 28.9와 23.6%의 분포를 보였으며, HoN 성분도 22.8%로 비교적 높게 분포하였다. 퇴비와 낙엽의 경우 HoA가 주요 DOM 성분으로서 각각 84.
- 8%로 비교적 높게 분포하였다. 퇴비와 낙엽의 경우 HoA가 주요 DOM 성분으로서 각각 84.3과 68.4% 의 매우 높은 함량 분포를 보였으며, 밭토양과 논물 시료는 HoN 이 각각 45.3 과 30.1%로서 높게 분포하였다. 방류수의 경우에는 HoA(42.
- 2) 기원별 DOM의 생분해율(%)은 0.29 ~ 94.4%의 범위에서 생성 기원에 따라 큰 차이를 보였으며, 시료의 채취시점 (건기 vs 강우기)에도 영향을 받았다. 생물학적 기원의 플랑크톤과 갈대 추출 DOM은 87% 이상의 높은 생분해율을 보였으며, 산림기원인 낙엽에서는 약 49%의 생분해율을 나타냈다.
- 4%의 범위에서 생성 기원에 따라 큰 차이를 보였으며, 시료의 채취시점 (건기 vs 강우기)에도 영향을 받았다. 생물학적 기원의 플랑크톤과 갈대 추출 DOM은 87% 이상의 높은 생분해율을 보였으며, 산림기원인 낙엽에서는 약 49%의 생분해율을 나타냈다. 반면, 여러 기원이 혼합된 팔당호 시료를 포함해 퇴비, 밭토양, 논물, 방류수 기원에서는 30% 이하의 낮은 생분해율을 보여 상대적으로 높은 난분해성 물질을 포함함을 알 수 있다.
- 3) 용존 유기물의 생분해율은 Ho 함량이 낮을수록 또는 Hi 함량이 증가할수록 증가하는 경향성을 확인하였다(상관계수(r), 0.76; p, 0.03). 이는 기원에 따른 차이에도 불구하고 원 시료 중 탄수화물, 단백질 등의 Hi 성분 함량이 높을수록 유기물 전체의 생분해율이 높아질 수 있음을 의미한다.
- 이는 기원에 따른 차이에도 불구하고 원 시료 중 탄수화물, 단백질 등의 Hi 성분 함량이 높을수록 유기물 전체의 생분해율이 높아질 수 있음을 의미한다. 또한 기원별 시료의 Ho 함량은 SUVA 값과 유의한 양(positive)의 상관성(r, 0.81; p, 0.01)을 보인 것으로부터, DOM 중 방향족 탄소 함량이 높을수록 소수성을 띠며, 이로 인해 유기물은 보다 난분해성을 띠는 경향이 있음을 알 수 있다.
- 4) 생분해율이 서로 다른 플랑크톤(94.4%), 낙엽(48.9%) 및 퇴비(<0.2%) 시료를 대상으로 암실배양 전후의 각 DOM 성분별 분포 변화를 조사한 결과, Hi 의 생물학 적분해는 Ho(HoA, HoN)의 생성을 유발하며, 낮은 휴믹 화단 계의 HoA 의 생물학적 변환은 HoN 을 생성하는 경향성을 확인하였다. 즉, 플랑크톤 기원 DOM에서는 암실배양 후 Hi 의 감소(20.
- 2%) 시료를 대상으로 암실배양 전후의 각 DOM 성분별 분포 변화를 조사한 결과, Hi 의 생물학 적분해는 Ho(HoA, HoN)의 생성을 유발하며, 낮은 휴믹 화단 계의 HoA 의 생물학적 변환은 HoN 을 생성하는 경향성을 확인하였다. 즉, 플랑크톤 기원 DOM에서는 암실배양 후 Hi 의 감소(20.2%)가 HoA(8.9%) 와 HoN(11.3%) 의 증가를 수반하였으며, Hi와 HoA가 주요 성분이었던 낙엽 기원에서는 이들의 감소(Hi, 17.0%; HoA, 35.6%)가 HoN의 증가(52.6%)를 수반하였다. 특히, 대부분의 난분해성 물질로 존재하며 높은 HoA 함량(84.
후속연구
- 또한, Qualls and Haines(1991) 및 Dilling and Kaiser(2002) 등은 XAD 수지분획에 따른 각 DOM 성분의 특성 조사를 통해 친수성과 소수성 성분은 서로 다른 화학적 조성을 가짐을 보고하였다. 이러한 연구 결과는 여러 기원의 용존 유기물을 대상으로 한 XAD 분획방법이 수계에 유입되는 유기물의 기원과 물질특성을 추적하는데 유용한 도구로 활용 가능함을 제시한다.
- 특히, Yanagi 등(2002)과 Almendros and Dorado(1999) 등은 난분해성으로 분류되는 휴믹 물질도 생분해에 기인한 “휴믹화 과정(humification)”을 통해 지속적인 물질 변환이 일어나며, 변환의 정도는 휴믹물질의 기원 및 물질특성(탄수화물과 방향족 탄소 함량비, 탄소 골격 특성 등)에 따라 다름을 제시한 바 있다. 이러한 사실로부터 생분해에 따른 각 DOM 성분별 분포 변화 특성 조사는 기원별 유기물 특성에 대한 보다 상세한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 앞선 연구 결과를 토대로 생분해율이 서로 다른 플랑크톤(94.
- 3%) 에서는 HoA 의 감소가 HoN 의 증가를 수반하였다. 한편 본 연구결과는 XAD 분획에 기반한 단순 유기물 성분 분포에 기반을 둔 해석으로서, 보다 일반화된 결론의 도출을 위해서는 각 용존 유기물 성분 (Hi, HoA, HoN 등)의 분취를 통한 물질특성(분자량, 분광 특성 등) 규명이 도움이 될 것으로 판단된다.
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