금강수계 내 인공호의 영양상태 및 엽록소-$a$와 수질변수들간의 경험적 상관관계에서의 지리적 변동 Trophic Conditions of Man-Made Reservoirs Within Keum-River Watershed and Geographical Dynamics in Empirical Relations of Chlorophyll-$a$ to Some Other Parameters원문보기
본 연구에서는 금강수계의 저수지들의 공간적 계절적 영양상태를 분류하였으며, Chl-$a$와 전기전도도와 총인 등의 수질 변수들간의 상관관계를 분석하였다. 금강수계의 각 저수지들은 총인 값에 따라 2개의 빈영양상태와 15개의 중영양상태, 14개의 부영양상태로 분류되었으며, 각각의 총인 값은 9.3~9.4 ${\mu}g\;L^{-1}$, 10.3~19.2 ${\mu}g\;L^{-1}$, 38.9~117.1 ${\mu}g\;L^{-1}$로 나타났다. 전기전도도, 총인, Chl-$a$는 강우특성을 반영하였으며, 연평균 총인 값은 연평균 Chl-$a$ 값과 유사한 변이 패턴을 보였다. 한편, 총인에 의한 Chl-$a$의 회귀식은 몇 개의 계절과 영양상태에서 유의성을 나타내었으며, 이는 계절적 강우에 의한 희석효과로 인한 결과로 사료되었다.
본 연구에서는 금강수계의 저수지들의 공간적 계절적 영양상태를 분류하였으며, Chl-$a$와 전기전도도와 총인 등의 수질 변수들간의 상관관계를 분석하였다. 금강수계의 각 저수지들은 총인 값에 따라 2개의 빈영양상태와 15개의 중영양상태, 14개의 부영양상태로 분류되었으며, 각각의 총인 값은 9.3~9.4 ${\mu}g\;L^{-1}$, 10.3~19.2 ${\mu}g\;L^{-1}$, 38.9~117.1 ${\mu}g\;L^{-1}$로 나타났다. 전기전도도, 총인, Chl-$a$는 강우특성을 반영하였으며, 연평균 총인 값은 연평균 Chl-$a$ 값과 유사한 변이 패턴을 보였다. 한편, 총인에 의한 Chl-$a$의 회귀식은 몇 개의 계절과 영양상태에서 유의성을 나타내었으며, 이는 계절적 강우에 의한 희석효과로 인한 결과로 사료되었다.
In this study, we identified spatial and temporal patterns of reservoir trophic state within Keum-river watershed and analyzed correlations between chlorophyll-$a$ (Chl-$a$) and water quality parameters including conductivity and total phosphorus (TP). The reservoirs were separ...
In this study, we identified spatial and temporal patterns of reservoir trophic state within Keum-river watershed and analyzed correlations between chlorophyll-$a$ (Chl-$a$) and water quality parameters including conductivity and total phosphorus (TP). The reservoirs were separated into three trophic categories by the criteria of TP: 2 oligotrophic (9.3~9.4 ${\mu}g\;L^{-1}$), 15 mesotrophic (10.3~19.2 ${\mu}g\;L^{-1}$), and 14 eutrophic reservoirs (38.9~117.1 ${\mu}g\;L^{-1}$). Water quality parameters such as conductivity, TP, and Chl-$a$ reflected rainfall patterns, and the patters of annual mean TP were similar to the variation of annual mean Chl-$a$. Empirical models of Chl-$a$ against TP in reservoirs showed that statistical significance ($p$ <0.05) occurred in only some seasons and the trophic relations were modified by a washing-out effect or high non-algal light attenuation.
In this study, we identified spatial and temporal patterns of reservoir trophic state within Keum-river watershed and analyzed correlations between chlorophyll-$a$ (Chl-$a$) and water quality parameters including conductivity and total phosphorus (TP). The reservoirs were separated into three trophic categories by the criteria of TP: 2 oligotrophic (9.3~9.4 ${\mu}g\;L^{-1}$), 15 mesotrophic (10.3~19.2 ${\mu}g\;L^{-1}$), and 14 eutrophic reservoirs (38.9~117.1 ${\mu}g\;L^{-1}$). Water quality parameters such as conductivity, TP, and Chl-$a$ reflected rainfall patterns, and the patters of annual mean TP were similar to the variation of annual mean Chl-$a$. Empirical models of Chl-$a$ against TP in reservoirs showed that statistical significance ($p$ <0.05) occurred in only some seasons and the trophic relations were modified by a washing-out effect or high non-algal light attenuation.
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제안 방법
각 저수지들은 미환경부(US EPA, 1996)의총인(TP)에따른 영양상태 분류기준에 의거하여 총인 값이 10 μg L-1이하를 나타내는 빈영양상태(Oligotrophic)의 2개 저수지, 10~20 μg L-1를 나태내는 중영양상태(Mesotrophic)의 5개 저수지, 20 μg L-1 이상을 나태내는 부영양상태(Eutro-phic)의 14개 저수지로 분류되었다(Fig. 1).
본 연구에서는 금강수계 내에 위치한 인공호들에서 인공호의 부영양화에 가장 중요한 인(P), 질소(N), 및 Chl-a 등을 이용하여 경험적 모델을 개발하였고, 이들 변수들에 직∙간접적으로 영향을 주는 전기전도도 및 여러 용존성 영양염류(NO3-N, DIN, DIP)를 분석하여 수계의 부영양화 특성을 비교분석하였다.
본 연구에서는 금강수계의 저수지들의 공간적 계절적 영양상태를 분류하였으며, Chl-a와 전기전도도와 총인 등의 수질 변수들간의 상관관계를 분석하였다. 금강수계의 각 저수지들은 총인 값에 따라 2개의 빈영양상태와 15개의 중영양상태, 14개의 부영양상태로 분류되었으며, 각각의 총인값은 9.
kr)의 데이터뱅크로부터 획득하였다. 본 연구에서는 수질변수로 총인, 총질소, 전기전도도, pH 및 Chl-a 값을 사용하였다. 2008부터 2009년동안 각 지역의 강수량 데이터는 기상청(http://www.
이는 일반적으로 총인은 샘플채취와 분석에 시간과 비용이 많이 소요되나, 이에 반해 전기전도도는 휴대용 분석기를 통해 간단히 측정할 수 있는 장점이 있어 Chl-a의 변이를 추정하는데 좋은 변수로 이용될 수 있음을 시사하였다. 이를 바탕으로 저수별 영양상태와 계절에 따른 예측 회귀식을 추정하고자 총인과 전기전도도, Chl-a 사이의 연관성을 분석하였으며, 그결과는 Fig. 8과 9와 같다. 전기전도도 값에 의거한 총인의 회귀식은 빈영양상태와 중영양상태의 저수지들 사이에서는 p값이 0.
대상 데이터
본 연구에서는 수질변수로 총인, 총질소, 전기전도도, pH 및 Chl-a 값을 사용하였다. 2008부터 2009년동안 각 지역의 강수량 데이터는 기상청(http://www.kma. go.kr)으로부터 획득하였으며, premonsoon (4, 5, 6월), monsoon (7, 8월), postmonsoon (9, 10, 11월)의 계절적요소와 미환경부(US EPA, 1996) 기준에 의한 영양상태에 따른 변화를 분석하였다. 각 수질변수(총인, 총질소, 전기전도도, pH, Chl-a)는 SPSS (ver.
본 연구에 사용된 금강 유역의 31개 저수지의 수질자료는 2008부터 2009년까지 측정된 환경부의 물환경정보시스템(http://water.nier.go.kr)의 데이터뱅크로부터 획득하였다. 본 연구에서는 수질변수로 총인, 총질소, 전기전도도, pH 및 Chl-a 값을 사용하였다.
kr)으로부터 획득하였으며, premonsoon (4, 5, 6월), monsoon (7, 8월), postmonsoon (9, 10, 11월)의 계절적요소와 미환경부(US EPA, 1996) 기준에 의한 영양상태에 따른 변화를 분석하였다. 각 수질변수(총인, 총질소, 전기전도도, pH, Chl-a)는 SPSS (ver. 18.0) 통계패키지를 사용하여 상관관계(correlation) 분석을 수행하였다.
성능/효과
2008년과 2009년 각각의 저수지에서의 수질변수의 연평균값(n==62)에 의한 상관분석(Regression analysis) 결과(Fig. 6), 총질소와 Chl-a의 경험적 모델에서는 총질소가 Chl-a을 9.8% 수준 이하에서 밖에 설명을 하고 있지 못하고 있었으며(Fig. 6a), 암모니아성질소(NH4-N)와 질산성질소(NO3-N) 또한 60% 이하 수준에서만 설명 가능한 것으로 나타나 질소에 의한 Chl-a의 예측 수준은 떨어지는 것으로 나타났다(Fig. 6c, d). 이에 반해, 총인과 Chl-a의 경험적 모델에서는 총인은 Chl-a을 95% 이상 설명이 가능한 것으로 나타났으며(Fig.
질소원은 년 중 저수지 내에 다량으로 존재하는 것으로 나타났고, 강우 집중에 따른 외부유입과 희석효과도 인에 비해 미미한 수준으로 나타났다. 따라서 저수지들의 계절별 영양상태의 변화는 강우패턴과 희석효과에 의한 총인의 변동이 큰 요인인 것으로 판단되었다.
8g, i). 따라서 총인에 의한 Chl-a의 예측은 부영양상태 저수지의 강우전기와 강우후기에서 적용이 가능할 것으로 판단되었으며, 전기전도도에 의한 Chl-a 예측보다는 덜 제한적인 것으로 나타났다. 한편, 월별 변이특성에서 7월에 총인과 용존무기인의 양은 최대를 나타내고 있으나, Chl-a는 7월에서 9월 사이에 급격히 감소되는 것으로 나타났으며(Fig.
강우기는 짧은 수체류 시간으로 희석효과가 강하게 일어나는 시기로써 모든 저수지들에 대해 두 변수간의 유의성은 전혀 없는 것으로 나타났다. 따라서, 50% 설명 가능한 유의한 수준에서 전기전도도 값과 총인은 부영양상태의 저수지의 강우전기에만 상관성이 존재하는 것으로 판단되었으며, 강우기와 강우후기에는 두 변수 간에 상관성이 거의 없는 것으로 나타나 전기전도도를 이용한 총인의 변이 추정과 1차 생산력의 간접 예측은 매우 제한적일 것으로 사료되었다.
따라서, 본 연구결과 전기전도도와 총인은 Chl-a의 년간 변동 추이를 예측하는데 있어서는 적용성이 높게 나타난 반면, 영양상태와 계절과 같은 특이적 상황에서의 적용에 있어서는 제한적으로 적용이 가능한 것으로 사료되었다.
빈영양상태와 중영양상태의 전기전도도 값은 모든 계절 동안 유의성을 나타내지 않았으며, 이들의 평균값은 각각 88.8~106.3와 94.8~101.6 μS cm-1를 보였다(Fig. 4).
한편, Chl-a와 총인의 회귀식은 부영양상태의 저수지들에서 강우전기와 강우후기에 적용이 가능할 것으로 나타났다. 빈영양상태의 저수지들은 모든 계절에서 0.05 이상의 높은p값을 보였으며(Fig. 8a-c), 이로 인해 Chl-a와 총인의 회귀식은 성립하지 않는 것으로 나타났다. 중영양상태의 저수지들에서 강우전기와 강우후기는 각각 0.
6c, d). 이에 반해, 총인과 Chl-a의 경험적 모델에서는 총인은 Chl-a을 95% 이상 설명이 가능한 것으로 나타났으며(Fig. 6b), 용존무기인(DIP, Dis-solved Inorganic phosphorus)과의 관계 역시 80% 이상설명이 가능한 것으로 나타나고 있었다(Fig. 6e). 그러나 인산인염(PO4-P)은 다른 총인과 용존무기인(DIP)과는 달리 낮은 설명 수준을 보이고 있었다(Fig.
8과 9와 같다. 전기전도도 값에 의거한 총인의 회귀식은 빈영양상태와 중영양상태의 저수지들 사이에서는 p값이 0.05 이상으로 나타나 두 변수간의 상관성은 없는 것으로 나타났으나(Fig. 7a-f), 부영양상태의 저수지들은 강우전기와 강우후기에 p값이 각각 0.001 이하로 95% 유의수준에서 상관성을 갖는 것으로 나타났다. 그러나 강우전기와 강우후기는 R2 값이 각각 0.
8a-c), 이로 인해 Chl-a와 총인의 회귀식은 성립하지 않는 것으로 나타났다. 중영양상태의 저수지들에서 강우전기와 강우후기는 각각 0.009와 0.04의 낮은 p값을 보였으나 R2 값은 0.0872와 0.081로 나타나 두 변수간의 회귀식을 10% 미만으로만 설명이 가능한 것으로 나타나 총인에 의한 Chl-a의 변이예측이 어려운 것으로 판단되었다(Fig. 8d, f). 한편, 부영양상태의 저수지에서는 강우전기와 강우후기 각각 p값이0.
1, 3). 질소원은 년 중 저수지 내에 다량으로 존재하는 것으로 나타났고, 강우 집중에 따른 외부유입과 희석효과도 인에 비해 미미한 수준으로 나타났다. 따라서 저수지들의 계절별 영양상태의 변화는 강우패턴과 희석효과에 의한 총인의 변동이 큰 요인인 것으로 판단되었다.
한편, Chl-a와 총인의 회귀식은 부영양상태의 저수지들에서 강우전기와 강우후기에 적용이 가능할 것으로 나타났다. 빈영양상태의 저수지들은 모든 계절에서 0.
전기전도도, 총인, Chl-a는 강우특성을 반영하였으며, 연평균 총인 값은 연평균 Chl-a 값과 유사한 변이 패턴을 보였다. 한편, 총인에 의한 Chl-a의 회귀식은 몇 개의 계절과 영양상태에서 유의성을 나타내었으며, 이는 계절적 강우에 의한 희석효과로 인한 결과로 사료되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인공호에서 인의 역할은?
, 1995). 특히 인은 인공호에서 부영양화의 주요원인으로 작용하며, 인(P)의 과도한 유입은 식물플랑크톤 뿐만 아니라 남조류의 수화현상(bloom)을 가속화 시킬 수 있다. 따라서 인공호 내의 인의 제어는 수화현상(bloom)의 제어와 수생태계의 건강성을 유지하는데 필수적이다(Oh et al.
남조류의 위험성은?
, 2003). 남조류는 Microsystin으로 알려진 간 독소물질을 배출하여 이를 직간접적인 섭취 또는 흡수하는 수생태계내 생물에게 심각한 위험을 초래 할 수 있다(Kim et al., 1995).
변이를 예측하기 쉽고 단순화된 경험적 모델(Empirical model)이 꼭 필요한 이유는?
, 2001). 최근 저수지 내에서 수질변이의 특성을 파악하기 위해 다양한 수질 모델을 개발∙적용하고 있으며(Kwon et al., 2008), 이러한 모델을 이용하여 영양염류와 1차 생산력의 관계를 수치적으로 해석하여 향후 수질변화를 예측하고 있다. 그러나 이들 모델은 하절기 몬순강우에 의한 영양염의 유입과 유출량 변동이 정확하게 반영되기 어려우며, 호수의 부영양상태에 따른 계절적 변이를 파악하기 힘들다. 또한 예측 모델에 사용되는 다양한 변수로 인해 인과 같은 특정 요인의 변이를 관찰하기 어려울 수 있다. 따라서 인공호의 효율적인 관리를 위해서는 영양상태 및 계절에 따른 변이를 예측하기 쉽고 단순화된 경험적 모델(Empirical model)이 꼭 필요하다.
참고문헌 (11)
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