[논문]반응성 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경 생태계의 산성화 영향 및 대응방안

조영일; 강혜순; 전의찬

doi:10.11614/ksl.2016.49.1.001

반응성 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경 생태계의 산성화 영향 및 대응방안
The Effects of Reactive Nitrogen (Nr) Compounds on the Acidification in Soil and Water Environment Ecosystems and the Mitigation Strategy 원문보기

생태와 환경 = Korean journal of ecology and environment, v.49 no.1, 2016년, pp.1 - 10

조영일 (평택대학교 환경융합시스템학과) , 강혜순 (성신여자대학교 생명과학.화학부) , 전의찬 (세종대학교 환경에너지공간융합학과)

초록
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산업 및 기술의 발달과 인간 활동의 증가로 인해 자연적인 질소 순환의 균형이 무너지고 다량의 질소가 대기, 토양 및 물 환경 생태계에 과잉으로 존재하게 되었다. 이로 인한 과잉의 반응성 질소화합물이 토양과 물 환경생태계에 영향을 미치고 있는 것을 국내외 문헌과 사례 조사를 통해 확인하고 유역생태계에서 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경 생태계의 산성화 영향 감소방안을 제시하였다. 반응성 질소는 대기, 토양 및 물의 여러 매체를 이동하면서 다른 유형으로 전환될 수 있으며 유형 간 상호작용이 일어나기도 한다. 효과적인 질소관리 방안으로 반응성질소 배출원의 다양성 및 유형에 따른 배출량을 규제하는 정책과, 반응성 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경생태계의 환경적 피해 (산성화)를 조사 및 평가 (모니터링 및 안전성 지표 적용)하고 복원하는 전략 (예, 화학적 복원 연구 및 개발)이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

The increases of industrial and technological development and human activities have disturbed the balance of natural nitrogen (N) circulation. These phenomena have induced that large amounts of N are to be present in excess in air, soil and water environment. We investigated the effects of excess of reactive nitrogen ($N_r$) compounds on soil and water environment ecosystems through literature and case studies, and suggested the strategy of mitigating the acidification in soil and water ecosystems. $N_r$ moves to air, soil and water media, can be converted to different types, and interacts with other chemical compounds. As an efficient N management plan, the evaluation (application of monitoring and safety index) and the chemical restoration (research and development) of the acidification in soil and water environment ecosystems are required to minimize the effects of $N_r$ as well as policies to regulate the various emission sources and amounts of $N_r$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그럼에도 질소순환과 질소과잉에 대한 많은 부분이 아직까지 불분명한 상태로 남아있다. 본 연구는 과잉의 반응성 질소화합물이 토양 및 물 환경 생태계에 미치는 영향을 문헌을 통해 조사 및 평가하고, 반응성 질소화합물에 대한 정책을 비교 분석하며, 과잉의 반응성 질소화합물로 인해 발생하는 토양 및 물 환경 생태계의 산성화 영향을 최소화하고 생태계를 복원 관리하는 방안을 제시한다.
호수, 하천 및 산림 유역 생태계의 자연적인 화학적 복원의 촉진을 위해 유역 생태계 내 염기 물질을 첨가하여 질소 화합물의 대기 산성 침적물로 인한 토양 및 수생태계의 산성화를 중화시키는 방안을 모색할 수 있다. 앞에서 언급한 토양과 지표수의 안전성 지표 중 염기포화도와 산중화능력을 표현하는 BS와 ANC는 Fig.

제안 방법

연안 해역의 과학적 및 체계적 해양환경 개선과 보전을 위해 2000년 해양환경관리법의 시행령을 개정하여 환경 관리 해역 제도를 도입하였다. 육상오염원의 체계적 관리를 위해 육지부를 관리범위에 포함하며, 수질오염이 심각한 해역 5개소 (시화호-인천연안, 광양만, 마산만, 부산연안, 울산연안)를 특별관리해역으로 지정하고 환경 상태가 양호한 해역 4개 (함평만, 완도-도암만, 득량만, 가막만)를 집중 관리하기 위해 환경보전해역 제도를 추가하였다 (The Ministry of Ocean and Fisheries of the Republic of Korea, 2014). 총질소의 해역별 수질 등급 생활환경 기준은 해양 오염방지법 제4조의 2규정에 따라 등급 I 0.
산업 및 기술의 발달과 인간 활동의 증가로 인해 자연 적인 질소 순환의 균형이 무너지고 다량의 질소가 대기, 토양 및 물 환경 생태계에 과잉으로 존재하게 되었다. 이로 인한 과잉의 반응성 질소화합물이 토양과 물 환경생태 계에 영향을 미치고 있는 것을 국내외 문헌과 사례 조사를 통해 확인하고 유역생태계에서 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경 생태계의 산성화 영향 감소방안을 제시하였다. 반응성 질소는 대기, 토양 및 물의 여러 매체를 이동하 면서 다른 유형으로 전환될 수 있으며 유형 간 상호작용이 일어나기도 한다.

성능/효과

환경부는 수역별 (하천과 호소), 항목별 및 등급별로 수질환경보전법 규정에 따라 하천과 호소의 물 환경 개선을 위해 10년마다 법정계획(물환경관리기본계획 2006~2015) 을 수립하여 수질 관련 규제를 조사하고 있다 (The Mistry of Environment of the Republic of Korea, 2006). 물환경관리기본계획에서는 좋은 물의 비율을 산정하기 위한 수질 환경 기준을 하천에서는 5개 (pH, COD (chemical oxygen demand, 화학적산소요구량), SS (suspended solids, 부유물질), DO (dissolved oxygen, 용존산소), 대장균수) 항목, 호소에서는 7개 (pH, COD, SS, DO, 대장균수, 총인 (total phos phorus, TP), 총질소 (total nitrogen, TN)) 항목으로 구성하고 있으나 반응성 질소화합물과 관련된 지표는 호소의 총질소뿐 하천에서는 제외되었다. Table 2는 총질소 관련 호소 수질 생활환경 기준을 등급별로 보여준다 (The Mistry of Environment of the Republic of Korea, 2015a).

후속연구

현재 우리나라 하천과 계류수의 경우 질소와 관련된 농도 기준이 없으며, 국립공원의 계류수 수질 측정에도 질소 관련 화합물의 모니터링과 기준이 없어 질소화합물의 토양 및 수생태계에 대한 영향 분석과 평가가 어려운 실정이다. 따라서 도시 및 비도시 지역 국립공원을 장기실험 생태계 지역으로 설정하고, 대기 (강우), 토양 (토양수 포함) 및 계류수 수질 현황을 조사하여 유역 생태계의 질소 현황 분석 및 평가를 추진하고, 모니터링 결과를 바탕으로 화학적 복원 연구 및 개발을 추진할 필요가 있다. 연구 내용으로 토양의 염기포화도 목표달성 기준 설정, 첨가물질 연구 개발 및 투여량 산정, 대상 지역 적용과 함께 생태계 내 토양, 수질 및 생물종 변화에 대한 장기 모니터링, 질소화합 물의 생지화학적 거동 및 질소 수지의 개념적 플럭스 모델링 개발 (Fig.
반응성 질소화합물로 인한 토양과 물 환경의 산성화는 생태계 생물다양성의 감소와 인류에 대한 생태계 서비스 질을 감소시키는 결과를 초래할 것이다. 따라서 반응성 질소화합물의 관리 정책과 더불어 과잉의 반응성 질소화합물로 오염된 토양 및 물 환경 생태계를 복원하고 관리하는 전략 방안이 추진되어야할 것으로 판단된다.
, 1996, 1998). 따라서 생태계의 자연적인 화학적 복원은 오랜 시간 (수십 년 이상)이 소요되며, 추가적인 대기 오염물질 배출에 대한 규제와 친환경 에너지 개발 및 사용이 필요하게 될 것이다.
, 2006). 이러한 산림유역 생태계의 토양과 토양수의 산성화를 방지하기 위해 장기적으로 산성화 원인 물질의 종류와 오염원에 대한 피해 정도와 범위를 조사하여 생태 계의 피해를 최소화하고 예측할 수 있는 장기예측모델을 개발하여야 한다. 장기예측모델을 개발하기 위해서는 산성화 영향 인자 및 산림 생태계의 반응 인자에 대한 모니터 링이 선행되어야 한다.
현행 하천수질 기준에는 질소와 관련된 수질기준이 없으며 호소의 수질기준 항목에 총질소만 명시되어 있다. 인과 더불어 질소는 하천과 호소에서 녹조현상을 발생시키는 중요한 영양염류로 하천과 호소의 질소화합물 관련 수질항목을 추가하여 관리하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 또한 국립공원관리공단에서 측정 및 운영하고 있는 계류수 수질측정 항목에도 질소관련 항목이 없어 산림유역 생태계의 반응성 질소화합물의 거동 및 순환과 과잉으로 존재할 경우 생물다양성에 나타나게 될 영향을 예측하기 가 어려운 실정이다.
반응성 질소는 대기, 토양 및 물의 여러 매체를 이동하 면서 다른 유형으로 전환될 수 있으며 유형 간 상호작용이 일어나기도 한다. 효과적인 질소관리 방안으로 반응성질소 배출원의 다양성 및 유형에 따른 배출량을 규제하는 정책과, 반응성 질소화합물로 인한 토양 및 물 환경생태계의 환경적 피해 (산성화)를 조사 및 평가 (모니터링 및 안전성 지표 적용)하고 복원하는 전략 (예, 화학적 복원 연구 및 개발)이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	질소는 무엇인가?	질소 (N, nitrogen)는 비금속 화학 원소로 지구의 대기, 지표, 수계 및 생명체 등에 존재하며 질소기체 (N 2) 부피 기준으로 약 78.09%가 지구의 대기에 존재하는 것으로 알려져 있다 (Considine, 2005). 질소는 질산 (HNO3), 암모니아 (NH3), 암모늄 이온 (NH4+), 질산성 질소 (NO3--N), 아질 산성 질소 (NO2--N), 질소산화물 (NOx), 유기질소 등과 같이 화학적으로 불안정하고 반응성이 높은 질소 (Reactive nitrogen, Nr)화합물의 형태로 존재하여 (Parker, 1993) 대기,토양 및 물 환경 생태계를 통해 다양한 종류의 형태로 질소 순환이 이루어지며 인위적인 환경 요인이 없을 경우 자연의 기본적인 순환 과정으로 균형을 이루고 있다.
	질소는 어떠한 형태로 존재하는가?	09%가 지구의 대기에 존재하는 것으로 알려져 있다 (Considine, 2005). 질소는 질산 (HNO3), 암모니아 (NH3), 암모늄 이온 (NH4+), 질산성 질소 (NO3--N), 아질 산성 질소 (NO2--N), 질소산화물 (NOx), 유기질소 등과 같이 화학적으로 불안정하고 반응성이 높은 질소 (Reactive nitrogen, Nr)화합물의 형태로 존재하여 (Parker, 1993) 대기,토양 및 물 환경 생태계를 통해 다양한 종류의 형태로 질소 순환이 이루어지며 인위적인 환경 요인이 없을 경우 자연의 기본적인 순환 과정으로 균형을 이루고 있다.
	질소산화물 과잉 공급의, 원인과 부작용은 무엇인가?	, 2011; The Ministry of Environment of the Republic of Korea, 2014d).온실가스 증가에 의한 대기오염과 비료 등의 사용으로 인한 반응성 질소화합물의 과잉은 직접 또는 간접적으로 토양 및 토양수의 산성화 (산성 침적의 영향)와 지하수 오염(비료 사용 및 토양 산성화 영향 등)을 유발한다 (Cho et al., 2009, 2010). 이렇게 축적된 반응성 질소화합물은 호소 또는 하천을 경유하여 바다로 유출되는데 이러한 과정 에서 호소, 하천 및 해역의 부영양화와 저층의 빈산소화, 영양물질의 불균형 현상 등을 유발하며 지역 생태계의 건강과 생물다양성 감소를 초래한다 (Galloway et al., 2003;United Nations Environment Programme, 2007).

참고문헌 (48)

Bobbink, R., K. Hicks, J. Galloway, T. Spranger, R. Alkemade, M. Ashmore, M. Bustamante, S. Cinderby, E. Davidson, F. Dentener, B. Emmett, J.W. Erisman, M. Fenn, F. Gilliam, A. Nordin, L. Pardo and W. De Vries. 2010. Global assessment of nitrogen deposition effects on terrestrial plant diversity: a synthesis. Ecological Applications 20: 30-59.

상세보기
Cho, Y., C.T. Driscoll and J.D. Blum. 2009. The effects of a whole-watershed calcium addition on the chemistry of stream storm events at the Hubbard Brook Experimental Forest in NH, USA. Science of the Total Environment 407: 5392-5401.

상세보기
Cho, Y., C.T. Driscoll, C.E. Johnson and T.G. Siccama. 2010. Chemical changes in soil and soil solution after calcium silicate addition to a northern hardwood forest. Biogeochemistry 100: 3-20.

상세보기
Cho, Y., C.T. Driscoll, C.E. Johnson, J.D. Blum and T.J. Fahey. 2012. Watershed-level responses to calcium silicate treatment in a northern hardwood forest. Ecosystems 15: 416-434.

상세보기
Considine, G.D. 2005. NITROGEN. Van Nostrand's encyclopedia of chemistry 5th edition, Wiley-Interscience. Hoboken.
Cronan, C.S. 1994. Aluminum biogeochemistry in the ALBIOS forest ecosystems: The role of acidic deposition in aluminum cycling. In: effects of acid rain on forest process. Wiley-Liss Incorporation: 51-81.
Cronan, C.S. and C.L. Schofield. 1990. Relationship between aqueous aluminum and acidic deposition in forested watersheds of North America and northern Europe. Environmental Science and Technology 24: 1100-1105.

상세보기
Cronan, C.S. and D.F. Grigal. 1995. Use of calcium/aluminum ratios as indicators of stress in forest ecosystems. Journal of Environmental Quality 24: 209-226.

상세보기
De Graaf, M.C.C., R. Bobbink, J.G.M. Roelofs and P.J.M. Verbeek. 1998. Differential effects of ammonium and nitrate on three heathland species. Plant Ecology 135: 185-196.

상세보기
Dise, N.B., M. Ashmore, S. Belyazid, A. Bleeker and R. Bobbink. 2011. Nitrogen as a threat to European terrestrial biodiversity. In: Sutton, M.A., C.M. Howard, J.W. Erisman, G. Billen, A. Bleeker, P. Grennfelt, H. van Grinsven and B. Grizzetti (eds.). The European nitrogen assessment: sources, effects and policy perspectives. Cambridge, UK. Cambridge University Press.
Driscoll, C.T., C.P. Cirmo, T.J. Fahey, V.L. Blette, P.A. Bukaveckas, D.A. Burns, C.P. Gubala, D.J. Leopold, R.M. Newton, D.J. Raynal, C.L. Schofield, J.B. Yavitt and D.B. Porcella. 1996. The Experimental Watershed Liming Study: Comparison of lake and watershed neutralization strategies. Biogeochemistry 32: 143-174.

상세보기
Driscoll, C.T., G.B. Lawrence, A.J. Bulger, T.J. Butler, C.S. Cronan, C. Eagar, K.F. Lambert, G.E. Likens, J.L. Stoddard and K.C. Weathers. 2001. Acidic deposition in the northeastern United States: sources and inputs, ecosystem effects, and management strategies. BioScience 51: 180-198.

상세보기
Galloway, J.N., J.D. Aber, J.W. Erisman, S.P. Seitzinger, R.W. Howarth, E.B. Cowling and B.J. Cosby. 2003. The nitrogen cascade. BioScience 53: 341-356.

상세보기
Galloway, J.N., S.N. Norton and M.R. Church. 1983. Freshwater acidification from atmospheric deposition of sulfuric acid: A conceptual model. Environmental Science and Technology 17: 541-545.

상세보기
Juice, S.M., T.J. Fahey, T.G. Siccama, C.T. Driscoll, E.G. Denny, C. Eagar, N.L. Cleavitt, R. Minocha and A.D. Richardson. 2006. Response of sugar maple to calcium addition to northern hardwood forest. Ecology 87: 1267-1280.

상세보기
Kim, M.S., Y.R. Chung, E.H. Suh and W.S. Song. 2002. Eutrophication of Nakdong River and Statistical Analysis of Environmental Factors. ALGAE 17(2): 105-115.

원문보기 상세보기
Kim, T., K. Lee, R.G. Najjar, H-D. Jeong and H.J. Jeong. 2011. Increasing N abundance in the Northwestern Pacific Ocean due to atmospheric nitrogen deposition. Science 334: 505-509.

상세보기
Korea Institute of Science and Technology Evaluation and Planning. 2007. A feasibility study on the development project of pollution prevention technology in soil and groundwater.
Kleijn, D., R.M. Bekker, R. Bobbink, M.C.C. De Graaf and J.G.M. Roelofs. 2008. In search for key biogeochemical factors affecting plant species persistence in heathland and acidic grasslands: A comparison of common and rare species. Journal of Applied Ecology 45: 680-687.

상세보기
Korea Forest Research Institute. 2015. (http://kfri.go.kr).
Lee, M.H., S.I. Choi, J.Y. Lee, K.G. Lee and J.W. Park. 2011. Soil and Groundwater Environment. Donghwa Publishing Co. Paju-si, Gyeonggi-do, South Korea.
Lee, Y. 2003. Nutrient balances of farm land area in Korea. Korean Journal of Soil Science and Fertilizer 14: 28-32.
Likens, G.E., C.T. Driscoll and D.C. Buso. 1996. Long-term effects of acid rain: Response and recovery of a forest ecosystem. Science 272: 244-246.

상세보기
Likens, G.E. 1998. The biogeochemistry of calcium at Hubbard Brook. Biogeochemistry 41: 89-173.

상세보기
Lofgren, S., N. Cory, T. Zetterberg, P.E. Larsson and V. Kronnas. 2009. The long-term effects of catchments liming and reduced sulphur deposition on forest soils and runoff chemistry in southwest Sweden. Forest Ecology and Management 258: 567-578.

상세보기
MacAvoy, S.E. and A.J. Bulger. 1995. Survival of brook trout (Salvelinus fontinalis) embryos and fry in streams of different acid sensitivity in Shenandoah National Park, USA. Water Air and Soil Pollution 85: 439-444.

상세보기
Organisation for Economic Co-operation and Development. 2013. Environment at a Glance 2013: OECD Indicators.
Parker, S.P. 1993. Nitrogen, McGraw-Hill encyclopedia of chemistry, McGraw-Hill Book Co.
Paulissen, M.P.C.P., P.J.M. Van der Ven, A.J. Dees and R. Bobbin. 2004. Differential effects of nitrate and ammonium on three fen bryophyte species in relation to pollutant nitrogen input. New Phytologist 164: 551-558.
Shin, J.H., C.W. Yoo, S.W. An and J.W. Park. 2014. 2011 Nitrogen Budget of South Korea Including Nitrogen Oxides in Gas Phase. Journal of Korean Society of Environmental Engineering 36(2): 75-83.

원문보기 상세보기
Sutton, M.A., C.M. Howard, J.W. Erisman, G. Billen, A. Bleeker, P. Grennfelt, H. van Grinsven and B. Grizzetti. 2011. The European Nitrogen Assessment: Sources, Effects and Policy Perspectives, Cambridge University Press.
Sutton, M.A., K.E. Mason, L.J. Sheppard, H. Sverdrup, R. Haeuber and W.K. Hicks. 2014. Nitrogen Deposition Critical Loads and Biodiversity. Springer, NY.
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2015a. (http://www.me.go.kr).
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2015b. (http://stat.me.go.kr).
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2015c (http://stat.me.go.kr/nesis/index.jsp).
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2006. A master plan of water environment management.
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2009. A master plan of soil conservation.
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2014a. Training business of experts in biodiversity by the analysis of policy inventories regarding nitrogen management.
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2014b. Monitoring and evaluation of non-point source management area in Lake Soyang (VI).
The Ministry of Environment of the Republic of Korea. 2015d. The effects of excess nitrogen on climate change and biodiversity, and management plan.
The Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs of the Republic of Korea. 2012. Management of land pollution source, and introduction and implementation of TMDLs in coastal zones (III).
The Ministry of Ocean and Fisheries of the Republic of Korea. 2014. A study on the establishment of management plan for environmental management area of the sea.
Ulrich, B. 1983. Soil acidity and its relation to acid deposition. In: Ulrich, B. and J. Pankrath (eds.). Effects of accumulation of air pollutants in ecosystems. Reidel Publishing, Boston.
Ulrich, B. 1991. An ecosystem approach to soil acidification. In: Ulrich, B. and M.E. Summer (eds.). Soil acidity. Springer. Berlin.
United Nations Environment Programme. 2007. Reactive Nitrogen in the Environment: too much or too little of a good thing.
United Nations Environment Programme. 2010. Environmental consequences of ocean acidification: a threat to food security.
Van Breemen, N., P.A. Burrough, E.J. Velthorst, H.F. Van Dobben, T. De Wit and T.B. Ridder. 1982. Soil acidification from atmospheric ammonium sulphate in forest canopy throughfall. Nature 299: 548-550.

상세보기
Van den Berg, L.J.L., C.J.H. Peters, M.R. Ashmore and J.G.M. Roelofs. 2008. Reduced nitrogen has a greater effect than oxidised nitrogen on dry heathland vegetation. Environmental Pollution 154: 359-369.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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