탈질미생물을 이용한 질산성 질소의 산소 및 질소 동위원소 분석법 소개 Introduction of Denitrification Method for Nitrogen and Oxygen Stable Isotopes (δ15N-NO3 and δ18O-NO3) in Nitrate and Case Study for Tracing Nitrogen Source원문보기
본 연구는 박테리아 탈질법을 이용하여 질산성 질소의 질소 및 산소의 안정동위원소분석법을 연구하였으며, 시료 농도, 미생물 배양시간에 따른 분석값의 변화에 대하여 고찰하였다. 탈질미생물법을 이용하여 시료 내 질산염 농도가 $0.1mg\;L^{-1}$까지 질산성 질소의 산소 및 질소 동위원소 분석이 가능하였고, 0.2‰까지 정확도를 확보하였다. 환경시료(지하수) 내 질산염의 기원을 추적하기 위하여 잠재적 질소 오염원(합성비료, 축산비료)의 동위원소비를 조사한 결과, 합성비료(${\delta}^{15}N-NO_3$ -5~10‰, ${\delta}^{18}O-NO_3$ 0~15‰)는 축산비료(${\delta}^{15}N-NO_3$ 10~23‰, ${\delta}^{18}O-NO_3$ 0~20‰)와 동위원소비가 현격한 차이를 보였다. 연구지역 지하수 동위원소비와 비교한 결과, 계절별로 서로 다른 질소 오염원의 영향을 받는 것으로 여겨진다. 과거 질산염의 안정동위원소를 분석하기 위해서 다양한 방법이 시도되었다. Revesz et al. (1997)은 양이온 교환 수지를 이용한 분리법을 보고하였으며, Silva et al. (2000)와 Fukada et al. (2003)은 음이온 교환 수지를 이용한 분리법을 보고하였고, McIlvin and Altabet (2005)는 카드뮴을 이용한 화학적 변환 방법을 보고하였다. 하지만 이러한 방법에 사용되는 시약은 독성이 강하고 복잡한 전처리 과정으로 인한 긴 전처리 시간을 소요함으로 인하여 분석비용이 비싸다는 단점이 있었다. 하지만 탈질미생물법은 소량의 질산염을 이용하기 때문에 기존 방법에 비해 분석에 사용되는 시료의 부피를 1/100까지 감소시켜 과거 분석이 어려웠던 빙하, 공극수, 해수 등에 대한 분석이 가능한 장점이 있다. 수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하기 위하여 탈질미생물법으로 분석된 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이다. 또한, 국내 최초로 지하수 환경시료에 적용함으로써 오염 기원 추적 기법을 확립하는 데 목적을 두고 있으며, 추후 정립된 분석기법을 토대로 환경분야에서 질산성 질소의 오염 인자 판별 연구에 널리 활용되기를 기대한다.
본 연구는 박테리아 탈질법을 이용하여 질산성 질소의 질소 및 산소의 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 시료 농도, 미생물 배양시간에 따른 분석값의 변화에 대하여 고찰하였다. 탈질미생물법을 이용하여 시료 내 질산염 농도가 $0.1mg\;L^{-1}$까지 질산성 질소의 산소 및 질소 동위원소 분석이 가능하였고, 0.2‰까지 정확도를 확보하였다. 환경시료(지하수) 내 질산염의 기원을 추적하기 위하여 잠재적 질소 오염원(합성비료, 축산비료)의 동위원소비를 조사한 결과, 합성비료(${\delta}^{15}N-NO_3$ -5~10‰, ${\delta}^{18}O-NO_3$ 0~15‰)는 축산비료(${\delta}^{15}N-NO_3$ 10~23‰, ${\delta}^{18}O-NO_3$ 0~20‰)와 동위원소비가 현격한 차이를 보였다. 연구지역 지하수 동위원소비와 비교한 결과, 계절별로 서로 다른 질소 오염원의 영향을 받는 것으로 여겨진다. 과거 질산염의 안정동위원소를 분석하기 위해서 다양한 방법이 시도되었다. Revesz et al. (1997)은 양이온 교환 수지를 이용한 분리법을 보고하였으며, Silva et al. (2000)와 Fukada et al. (2003)은 음이온 교환 수지를 이용한 분리법을 보고하였고, McIlvin and Altabet (2005)는 카드뮴을 이용한 화학적 변환 방법을 보고하였다. 하지만 이러한 방법에 사용되는 시약은 독성이 강하고 복잡한 전처리 과정으로 인한 긴 전처리 시간을 소요함으로 인하여 분석비용이 비싸다는 단점이 있었다. 하지만 탈질미생물법은 소량의 질산염을 이용하기 때문에 기존 방법에 비해 분석에 사용되는 시료의 부피를 1/100까지 감소시켜 과거 분석이 어려웠던 빙하, 공극수, 해수 등에 대한 분석이 가능한 장점이 있다. 수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하기 위하여 탈질미생물법으로 분석된 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이다. 또한, 국내 최초로 지하수 환경시료에 적용함으로써 오염 기원 추적 기법을 확립하는 데 목적을 두고 있으며, 추후 정립된 분석기법을 토대로 환경분야에서 질산성 질소의 오염 인자 판별 연구에 널리 활용되기를 기대한다.
Nitrogen (N) loading from domestic, agricultural and industrial sources can lead to excessive growth of macrophytes or phytoplankton in aquatic environment. Many studies have used stable isotope ratios to identify anthropogenic nitrogen in aquatic systems as a useful method for studying nitrogen cyc...
Nitrogen (N) loading from domestic, agricultural and industrial sources can lead to excessive growth of macrophytes or phytoplankton in aquatic environment. Many studies have used stable isotope ratios to identify anthropogenic nitrogen in aquatic systems as a useful method for studying nitrogen cycle. In this study to evaluate the precision and accuracy of denitrification bacteria method (Pseudomonas chlororaphis ssp. Aureofaciens ($ATCC^{(R)}$ 13985)), three reference (IAEA-NO-3 (Potassium nitrate $KNO_3$), USGS34 (Potassium nitrate $KNO_3$), USGS35 (Sodium nitrate $KNO_3$)) were analyzed 5 times repeatedly. Measured the ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values of IAEA-NO-3, USGS 34 and USGS35 were ${\delta}^{15}N:4.7{\pm}0.1$‰ ${\delta}^{18}O:25.6{\pm}0.5$‰, ${\delta}^{15}N:-1.8{\pm}0.1$‰ ${\delta}^{18}O:-27.8{\pm}0.4$‰, and ${\delta}^{15}N:2.7{\pm}0.2$‰ ${\delta}^{18}O:57.5{\pm}0.7$‰, respectively, which are within recommended values of analytical uncertainties. Also, we investigated isotope values of potential nitrogen source (soil, synthetic fertilizer and organic-animal manures) and temporal patterns of ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values in river samples during from May to December. ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values are enriched in December suggesting that organic-animal manures should be one of the main N sources in those areas. The current study clarifies the reliability of denitrification bacteria method and the usefulness of stable isotopic techniques to trace the anthropogenic nitrogen source in freshwater ecosystem.
Nitrogen (N) loading from domestic, agricultural and industrial sources can lead to excessive growth of macrophytes or phytoplankton in aquatic environment. Many studies have used stable isotope ratios to identify anthropogenic nitrogen in aquatic systems as a useful method for studying nitrogen cycle. In this study to evaluate the precision and accuracy of denitrification bacteria method (Pseudomonas chlororaphis ssp. Aureofaciens ($ATCC^{(R)}$ 13985)), three reference (IAEA-NO-3 (Potassium nitrate $KNO_3$), USGS34 (Potassium nitrate $KNO_3$), USGS35 (Sodium nitrate $KNO_3$)) were analyzed 5 times repeatedly. Measured the ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values of IAEA-NO-3, USGS 34 and USGS35 were ${\delta}^{15}N:4.7{\pm}0.1$‰ ${\delta}^{18}O:25.6{\pm}0.5$‰, ${\delta}^{15}N:-1.8{\pm}0.1$‰ ${\delta}^{18}O:-27.8{\pm}0.4$‰, and ${\delta}^{15}N:2.7{\pm}0.2$‰ ${\delta}^{18}O:57.5{\pm}0.7$‰, respectively, which are within recommended values of analytical uncertainties. Also, we investigated isotope values of potential nitrogen source (soil, synthetic fertilizer and organic-animal manures) and temporal patterns of ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values in river samples during from May to December. ${\delta}^{15}N-NO_3$ and ${\delta}^{18}O-NO_3$ values are enriched in December suggesting that organic-animal manures should be one of the main N sources in those areas. The current study clarifies the reliability of denitrification bacteria method and the usefulness of stable isotopic techniques to trace the anthropogenic nitrogen source in freshwater ecosystem.
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문제 정의
기초과학지원연구원에 분석법이 정립되어 있지만 기존에 국내 환경분야에서 탈질미생물법 (Bacterial denitrification method)을 이용한 질산성 질소의 산소 및 질소 안정동위원소를 활용한 사례는 전무한 실정이다. 국내 최초로 지하수 환경시료에 적용함으로써 오염 기원 추적 기법을 확립하는 데 목적을 두고 있으며, 질산성 질소(NO3-N)의 질소 및 산소 안정동위원소 분석방법(Bacterial denitrification method, 탈질박테리아법)을 소개하고, 처리과정에서 주의해야 할 절차(시료 농도, 배양시간 등) 및 환경시료에의 적용가능성에 대해서 기술하고자 한다.
본 연구는 박테리아 탈질법을 이용하여 질산성 질소의 질소 및 산소의 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 시료 농도, 미생물 배양시간에 따른 분석값의 변화에 대하여 고찰하였다.
본 연구는 환경 및 식수에서의 질산성 질소 오염원을 밝혀내기 위하여 질산염(NO3-)의 질소 (NO3-δ15N)와 산소 (NO3-δ18O) 동위원소를 동시에 분석할 수 있는 분석법을 국립환경과학원에 정립하고자 한다.
지표수, 하천수, 토양 등으로 유입되는 가축분뇨, 합성비료, 유기비료 등의 외부 기원 유기물이 질소 오염원으로 관심을 받고 있다. 지하수 및 하천수에서의 효율적인 질소관리의 일환으로 질소화합물 간의 분포 특성 파악을 위하여 안정동위원소비를 이용한 질산성 질소의 기원을 파악하는 연구를 수행하였다. 토양 및 오염원으로 여겨지는 외부기원 유기물 특히, 합성비료 (화학비료, 무레타, 복합비료 등), 가축비료(소, 돼지, 닭 분뇨로 만들어진 퇴비 등)을 채취하여 3차 증류수를 첨가하여 10분간 sonication 후 탈질박테리아 방법을 활용하여 질산성 질소의 질소 및 산소 안정동위원소비를 분석하였다.
질산염의 기원을 추적하기 위하여 질소 오염원별 질소, 산소 안정동위원소 라이브러리를 구축하고자 하였다. 시중에서 판매하고 있는 합성비료(화학비료, 무레타, 복합비료 등)의 경우, 질산성 질소의 질소 안정동위원소비는 -5~10‰, 산소 안정동위원소비는 0~15‰의 범위를 보였다.
제안 방법
20 mL 밀봉된 바이엘에 포집된 미량가스를 안정동위원소분석기(TG-IRMS : Trace gas Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometry, Trace gas-Isoprime 100, U.K)를 이용하여 질소 안정동위원소비를 분석하였다. 안정동위원소비는 ‰로 표현되며 δ 계산식은 아래와 같다.
09 mg L-1 농도에서는 정확한 분석값을 얻기 어려웠다. 그러나 배양 용기를 20 mL 바이엘이 아닌 60mL 바이엘을 사용하고 시료량을 보다 많이 투여하여 신뢰성 있는 분석값을 확보하였다. 그러므로 TG-IRMS를 이용한 환경시료 측정 시 최소 0.
그러나 배양 용기를 20 mL 바이엘이 아닌 60mL 바이엘을 사용하고 시료량을 보다 많이 투여하여 신뢰성 있는 분석값을 확보하였다. 그러므로 TG-IRMS를 이용한 환경시료 측정 시 최소 0.01 mg L-1 수준의 질산성 질소 농도 범위에서 분석 신뢰도를 확보하였다. 이러한 분석값은 기존 국외 연구들에 의해 보고된 값과도 일치하였다(Bohlke et al.
미생물 3 mL를 멸균되고 밀봉된 20 mL 바이엘에 넣어준 후 자체 제작된 헬륨공급장치에 연결하여 지속적으로 헬륨을 흘려줌으로써 용기 내부의 질소 가스를 제거하였다. 기존의 연구에서는 2시간(Casciotti et al., 2002), 16시간(Kim et al., 2012)의 각각 다른 배양시간을 보고하였으나, 본 연구에서는 이를 확인하기 위하여 배양시간을 달리하여 분석을 수행하였다. 배양이 완료되면 10N NaOH 0.
9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mg L-1)로 조제하여 탈질미생물 기법을 통하여 얻어진 시료의 질소 및 산소 안정동위원소비를 5회 반복 실험하였다. 또한 정확한 안정동위원소비 측정값을 얻기 위한 미생물 배양시간을 파악하기 위하여 다양한 배양시간(0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 18, 24, 36, 48) 범위에서 5회 반복 분석 실험하였다.
또한, 하천수(50지점) 시료를 계절별로 채취하여 각각 질산성 질소(NO3)의 질소(δ15NN) 및 산소(δ18O-N) 안정동위원소 분석을 수행하였다.
5‰)를 3차 증류수에 녹여 표준시료로 사용하였다. 미량가스 안정동위원소 분석기(TG-IRMS: Trace Gas Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometry, Trace Gas-Isoprime, U.K)를 이용하여 질소 및 산소 안정동위원소비를 총 5회 반복 분석 측정하였으며, 도출된 결과값으로 본 연구결과의 신뢰도를 조사하였다.
배양된 미생물 균체는 50 mL 원심분리튜브에 주입하여 3000rpm에서 15분 동안 원심분리하였으며, 상등액을 덜어내고 여러 번 농축하여 멸균된 글리세롤(glycerol)과 혼합하여 2 mL 원심분리튜브에 주입한 후 저온 냉동고(Ultra low temperature freezer, -70℃)에 보관하였다. 배양된 미생물은 16sRNA 유전자 분석 (Cosmo Genetech)을 통하여 종을 확인하였으며, SEM (Scanning Electron Microscope) 및 TEM (Transmission Electron Microscope)을 이용하여 모양을 확인하였다(Fig. 2).
위에서 얻어진 결과를 활용하여 50지점의 하천수 시료를 채수하여, 탈질 박테리아 분석법으로 질산성 질소의 질소(δ15N-NO3) 및 산소(δ18O-NO3)의 안정동위원소비의 변화를 관찰하였다(Fig. 7).
그 후 벨코 벨브는 인젝트 모드(inject mode)로 바뀌고 아산화질소 (N2O) 가스는 T1, T2 트랩(3분 포집)을 거쳐 나피온 튜브를 통과하면서 다시 한번 수분이 제거된다. 이후 모세관 컬럼을 통과하면서 아산화질소를 제외한 다른 가스들이 분리되어 순수한 아산화질소만 안정동위원소 질량 분석기로 주입되어 질소 및 산소 안정동위원소비가 측정된다.
정확한 안정동위원소비 측정을 위한 미생물 배양시간을 파악하기 위하여 다양한 배양시간(0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 18, 24, 36, 48) 범위에서 5회 반복 분석 실험하였다. 일반적으로 미생물 배양 30분 후에 표준물질 (IAEA-NO-3 (Potassium nitrate KNO3, δ15N 4.
탈질미생물법을 이용하여 시료 내 질산염 농도가 0.1 mg L-1까지 질산성 질소의 산소 및 질소 동위원소 분석이 가능하였고, 0.2‰까지 정확도를 확보하였다.
지하수 및 하천수에서의 효율적인 질소관리의 일환으로 질소화합물 간의 분포 특성 파악을 위하여 안정동위원소비를 이용한 질산성 질소의 기원을 파악하는 연구를 수행하였다. 토양 및 오염원으로 여겨지는 외부기원 유기물 특히, 합성비료 (화학비료, 무레타, 복합비료 등), 가축비료(소, 돼지, 닭 분뇨로 만들어진 퇴비 등)을 채취하여 3차 증류수를 첨가하여 10분간 sonication 후 탈질박테리아 방법을 활용하여 질산성 질소의 질소 및 산소 안정동위원소비를 분석하였다. 또한, 하천수(50지점) 시료를 계절별로 채취하여 각각 질산성 질소(NO3)의 질소(δ15NN) 및 산소(δ18O-N) 안정동위원소 분석을 수행하였다.
표준물질 IAEA-NO-3 (Potassium nitrate KNO3, δ15N 4.7‰ δ18O 25.6‰), USGS34 (Potassium nitrate KNO3, δ15N -1.8‰ δ18O -27.9‰), USGS35 (Sodium nitrate KNO3, δ15N 2.7‰ δ18O 57.5‰)를 증류수에 녹여 0.01 mg L-1에서 10 mg L-1까지 20개의 시료를 만든 후 농도구배에 따른 질소 안정동위원소비의 변화를 살펴보기 위하여 탈질 미생물법 실험을 진행하였다(Fig. 5).
표준시료(IAEA-NO-3, USGS 34)를 3차 증류수에 녹여 다양한 농도 범위(0.01, 0.02. 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mg L-1)로 조제하여 탈질미생물 기법을 통하여 얻어진 시료의 질소 및 산소 안정동위원소비를 5회 반복 실험하였다. 또한 정확한 안정동위원소비 측정값을 얻기 위한 미생물 배양시간을 파악하기 위하여 다양한 배양시간(0.
대상 데이터
δ15N 분석을 위한 표준물질은 IAEA-N-2 (Ammonium Sulfide), IAEA-NO-3 (Potassium nitrate)을 사용하였으며, δ18O 분석을 위한 표준물질은 VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water)를 사용하였다.
aureofaciens(ATCC® 13985)균주를 배양받아 본 연구에 활용하였다.
탈질미생물법을 이용한 안정동위원소 분석법의 정확도 및 정확성을 확보하기 위하여 국제표준기구 (IAEA)에서 판매하는 IAEA-NO-3 (Potassium nitrate KNO3, δ15N 4.7‰ δ18O 25.6‰), USGS34 (Potassium nitrate KNO3, δ15N-1.8‰ δ18O -27.9‰), USGS35 (Sodium nitrate KNO3, δ15N 2.7‰ δ18O 57.5‰)를 3차 증류수에 녹여 표준시료로 사용하였다.
성능/효과
3) USGS 35 : δ15N: 2.7±0.2‰ δ18O: 57.5±0.7‰의 범위 안에서 정밀·정확도를 확보하였고, 0.01~0.09 mg L-1 농도에서는 정확한 분석값을 얻기 어려웠다.
1~20 mL)를 사용하기 때문에 기존 방법에 사용되었던 시료의 부피를 100배까지 감소시킬 수 있으므로 다양한 시료에서의 분석을 가능하게 하고 있다. 또한 Kjedahl 증류법은 동결건조 등의 과정으로 인하여 10일 이상의 분석시간이 소요되지만 탈질 미생물법은 배양시간까지 포함하여 짧은 2일의 분석시간이 소모될 뿐만 아니라 기존의 질소 동위원소비 결과값 외에 산소 동위원소비 결과값도 얻을 수 있어 환경 중 질소원을 판별할 수 있는 유익한 분석법이라 할 수 있다.
, 2002). 또한 수체 내 질산성 질소(NO3)를 아산화질소 가스(N2O)로 전환시키는 시간 및 공시료(Blank)에서의 질소 안정동위원소 측정값이 유사하여 두 균주 모두 적합하다. 그러나 P.
지속적으로 시료를 분석할 경우, 샘플 배치를 준비하고 분석하는 데 필요한 시간 최소한의 척도인 16시간째에도 안정적인 동위원소비를 나타내었다. 또한, 오랜 시간을 배양을 지속하더라도(표시되지 않음) 최소 72시간 동안 정밀도의 변화가 없음을 나타내었다. 그러나 30분 미만으로 배양할 경우, 첫 번째 측정(2분후)과 최종 측정(72시간) 사이의 안정동위원소비 변화는 질소(δ15N 3‰)가 산소(δ18O 15‰)보다 크게 나타났다.
그러므로 δ15N의 변동은 일정하지 않는 것으로 여겨진다. 본 연구에서도 오븐건조에서 질소 안정동위원소비가 무거워지거나 가벼워지는 일정한 변화보다는 큰 변동폭이 관찰되었으며, 이러한 결과는 오븐건조 동안에 시료가 기체상 (gaseous ammonia) 형태로 증발하여 남아 있는 organic pool의 변동에서 기인한 것으로 여겨진다. 동결건조 방법은 증발과정을 통해서 물을 제거하는 오븐건조 방식보다는 승화(sublimation) 과정을 통해서 물을 제거하기 때문에 시료 내의 안정동위원소비 변화를 최소화 할 수 있다.
aureofaciens를 사용하여 질산염을 아산화질소(N2O)로 탈질시킨 후, 이를 IRMS (Isotope Ratio Mass Spectrometer)로 분석하는 방법이다. 소량의 질산염을 사용하기 때문에 기존 방법에 비해 분석에 사용되는 시료의 부피를 1/100까지 감소시켜 과거 분석이 어려웠던 해수, 공극수에 대한 분석이 가능해졌다.
6). 지속적으로 시료를 분석할 경우, 샘플 배치를 준비하고 분석하는 데 필요한 시간 최소한의 척도인 16시간째에도 안정적인 동위원소비를 나타내었다. 또한, 오랜 시간을 배양을 지속하더라도(표시되지 않음) 최소 72시간 동안 정밀도의 변화가 없음을 나타내었다.
환경시료(지하수) 내 질산염의 기원을 추적하기 위하여 잠재적 질소 오염원(합성비료, 축산비료)의 동위원소비를 조사한 결과, 합성비료(δ15N-NO3 -5~10‰, δ18O-NO3 0~15‰)는 축산비료(δ15N-NO3 10~23‰, δ18O-NO3 0~20‰)와 동위원소비가 현격한 차이를 보였다.
후속연구
부영양화 평가 및 모니터링이 주로 질산염, 인 클로로필-a의 농도를 바탕으로 시행되지만 그 기원을 찾기에는 난해한 부분이 있었다. 그러나 박테리아 탈질법을 활용한 질산성 질소의 질소 및 산소 안정동위원소비를 조사한다면, 국내 하천수 및 지천에서 질소 오염원 기원 연구에 활용 가능할 것으로 여겨진다.
수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하기 위하여 탈질미생물법으로 분석된 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이다. 또한, 국내 최초로 지하수 환경시료에 적용함으로써 오염 기원 추적 기법을 확립하는 데 목적을 두고 있으며, 추후 정립된 분석기법을 토대로 환경분야에서 질산성 질소의 오염 인자 판별 연구에 널리 활용되기를 기대한다.
수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하기 위하여 탈질미생물법으로 분석된 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이다. 또한, 국내 최초로 지하수 환경시료에 적용함으로써 오염 기원 추적 기법을 확립하는 데 목적을 두고 있으며, 추후 정립된 분석기법을 토대로 환경분야에서 질산성 질소의 오염 인자 판별 연구에 널리 활용되기를 기대한다.
, 2003). 이러한 결과를 통하여 분석법이 성공적으로 개발되었음을 확인하였고 해외에 전적으로 의존하였던 질산성 질소의 질소와 산소 동위원소 동시 분석이 국내에서 가능해짐에 따라 분석에 소요되었던 시간과 비용절감 등 경제적인 면 이외에도 국내에 질산성 질소 오염원 판별연구에 많이 활용될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탈질미생물법의 장점은?
하지만 이러한 방법에 사용되는 시약은 독성이 강하고 복잡한 전처리 과정으로 인한 긴 전처리 시간을 소요함으로 인하여 분석비용이 비싸다는 단점이 있었다. 하지만 탈질미생물법은 소량의 질산염을 이용하기 때문에 기존 방법에 비해 분석에 사용되는 시료의 부피를 1/100까지 감소시켜 과거 분석이 어려웠던 빙하, 공극수, 해수 등에 대한 분석이 가능한 장점이 있다. 수생태계로 유입되는 다양한 질소 기원을 파악하기 위하여 탈질미생물법으로 분석된 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이다.
먹는 물 기준으로 규정된 질산성 농도는?
지하수에 존재하는 질산성 질소(NO3-, Nitrate)의 농도는 일반적으로 2 ppm 이하이며(Davis and Suarez, 1974), 먹는 물 기준의 질산성 농도는 10 mg L-1 이하로 규정하고 있다(Ministry of Environment of Korea, 2012). 그러나 질산성 질소는 종종 외부 기원 질소원의 유입으로 인하여 농도가 증가하여 식수로서 수질오염 문제를 야기하거나 부영향화 과정을 일으켜 생태계에 악영향을 미친다(Spalding et al.
사탕수수가 뿌리를 통해 흡수하는 다양한 질산이온의 기원을 구분할 수 있는 이유는?
또한 사탕수수가 뿌리를 통해 흡수하는 다양한 질산이온의 기원(지하수, 생활하수, 축산폐수 등) 구분이 가능하다. 이는 암모니아화 혹은 탈질산화 과정을 거치는 질소원(Ammonification and Denitrification, 축산폐수)이 질산화 과정(Nitrification, 생활하수)을 거치는 질소원보다 상대적으로 질소 안정동위 원소비가 무겁기 때문이다.
참고문헌 (41)
Bohlke, J.K., S.J. Mroczkoski and B.L. Weand. 1982. Process chemistry for water and wastewater treatment. Prentice Hall Inc, Englewood Cliff, New Jersey, 449.
Bosley, K.L. and S.C. Wainright. 1999. Effects of preservatives andacidification on the stable isotope ratios ( $^{15}N:\;^{14}N,\;^{13}C:\;^{12}C$ ) of two species of marine animals. Canidian Journal of Fisheries and Aquatic Science 56: 2181-2185.
Bottcher, J., O. Strebel, S. Voerkelius and H.L. Schmidt. 1990. Using isotope fractionation of nitrate-nitrogen and nitrate-oxygen for evaluation of microbial denitrification. Journal of Hydrology 114: 413-424.
Burns, D.A. and C. Kendall. 2002. Analysis of ${\delta}^{15}N$ and ${\delta}^{18}O$ of nitrate to differentiate nitrate sources in runoff at two watersheds in the Catskill Mountains of New York. Water Resource Research 38(5): 1051.
Camargo, J.A. and A. Alonso. 2006. Ecological and toxicological effects of inorganic nitrogen pollution in aquatic ecosystem: A global assessment. Environmental International 32: 831-849.
Carabel, S., P. Godinez-Dominguez, L. Versimo, L. Fernandez and J. Freire. 2006. An assessment of sample processing methods for stable isotope analyses of marine food webs. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 336: 254-261.
Casciotti, K.L., D.M. Sigman, M. Galanter Hastings, J.K. Bohlke and A. Hilkert. 2002. Measurement of the oxygen isotopic composition of nitrate in seawater and freshwater using the denitrifier method. Analytical Chemistry 74: 4905.
Cey, E.E., D.L. Rudolphb, R. Aravenab and G. Parkinc. 1999. Role of the riparian zone in controlling the distribution and fate of agricultural nitrogen near a small stream in southern Ontario. Journal of Contaminant Hydrology 37(1): 45-67.
Chae, G.T., S.T. Yun, B. Mayer, B.Y. Choi, K.H. Kim, J.S. Kwon and S.Y. Yu. 2009. Hydrochemical and stable isotopic assessment of nitrate contamination in an alluvial aquifer underneath a riverside agricultural field. Agricultural Water Management 96: 1819-1827.
Choi, W.J., G.H. Han, H.M. Ro, S.H. Yoo and S.M. Lee. 2002. Evaluation of nitrate contamination sources of unconfined groundwater in the North Han River basin of Korea using nitrogen isotope ratios. Geosciences Journal 6: 47-55.
Choi, Y.J., J.W. Jung, W.J. Choi, K.S. Yoon, D.H. Choi, S.S. Lim, J.H. Jeong, B.J. Lim and N.M. Chang. 2011. Estimation of pollution sources of Oenam watershed in Juam lake using nitrogen concentration and isotope analysis. Journal of Korean Society on Water Quality 27: 467-474.
Cole, M.L., K.D. Kroeger, J.W. Mcclelland and I. Valiela. 2006. Effects of watershed land use on nitrogen concentrations and ${\delta}^{15}N$ in groundwater. Biogeochemistry 77: 199-215.
Costanzo, S.D., M.J. O’Donohue, W.C. Dennison, N.R. Loneragan and M. Thomas. 2001. A new approach for detecting and mapping sewage impacts. Marine Pollution Bulletin 42: 149-156.
Davis, S.N. and J.J. Suarez. 1974. Chemical character of return irrigation water in tropical volcanic islands. Environmental Geology 1: 69-73.
Deutsch, B., M. Mewes, I. Liskow and M. Voss. 2006. Quantification of diffuse nitrate inputs into a small river system using stable isotopes of oxygen and nitrogen in nitrate. Organic Geochemistry 37: 1333-1342.
French, C., L. Rock, K. Nolan, J. Tobin and A. Morrissey. 2012. The potential for a suit of isotope and chemical markers to differentiate sources of nitrate contamination: A review. Water Research 46: 2023-2041.
Fry, B. 1999. Using stable isotopes to monitor watershed influences on aquatic trophodynamics. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science 56: 2167-2171.
Hubner, H. 1986. Isotope effects of nitrogen in the soil and biosphere, Handbook of environmental isotope geochemistry, Vol. 2, pp. 361-425.
Kaehler, S. and E.A. Pakhomov. 2001. Effects of storage andpreservation on the ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ signatures of selected marineorganisms. Marine Ecology Progress Series 219: 299-304.
Kellman, L.M. and C. Hillaire-Marcel. 2003. Evaluation of nitrogen isotopes as indicators of nitrate contamination sources in an agricultural watershed. Agriculture Ecosystem and Environment 95: 87-102.
Kendall, C. 1998. Tracing sources and cycling of nitrate in catchments, In: Kendall, C. and J.J. McDonnell (eds.), Isotope Tracers in Catchment Hydrology, pp. 519-576.
Kim, I.S., K.S. Lee, Y.S. Bong, J.S. Ryu and K.J. Kim. 2012. Nitrogen and Oxygen analysis of nitrate using denitrification method. Journal of the Geological Society of Korea 48(4): 351-356.
Kim, M.S., J.M, Kim, J.Y. Hwang, B.K. Kim, H.S. Cho, S.J. Youn, S.Y. Hong, O.S. Kwon and W.S. Lee. 2014. Determination of the Origin of Particulate Organic Matter at the Lake Paldang using Stable isotope ratios. Korean Journal of Environmental Ecology 47(2): 127-134.
Kim, M.S., T.J. Park, S.H, Yoon, B.R. Lim, K.H. Shin, O.S. Kwon and W.S. Lee. 2015. Introduction of Kjeldahl Digestion method for nitrogen stable isotope analysis and case study for tracing nitrogen source. Korean Journal of Ecology and Environment 48(3): 147-152.
Kohl, D.H., G.B. Shearer and B. Commoner. 1971. Fertilizer nitrogen: Contribution to nitrate in surface water in a corn belt watershed. Science 74: 1331-1334.
Oren, O., Y. Yechieli, J.K. Bohlke and A. Doby. 2004. Contamination of groundwater under cultivated fields in an arid environment, central Arava Valley. Israel. Journal of Hydrology 290: 312-328.
Payet, N., E. Nicolini, K. Rogers, H.S. Macary and M. Vauclin. 2010. Evidence of soil pollution by nitrates derived from pig effluent using $^{18}O$ and $^{15}N$ isotope analyses. Agronomy for Sustainable Development 30: 743-751.
Lecea, A.M., A.J. Smit and S.T. Fennessy. 2011. The effects of freeze/thaw periods and drying methods on isotopic and elemental carbon and nitrogen in marine organisms, raising questions on sample preparation. Rapid Communication Mass Spectrometry 25: 3640-3649.
Marconi, D., M.A. Weigand, P.A. Rafter, M.R. McIlvin, M. Forbes, K.L. Casciotti and D.M. Sigman. 2015. Nitrate isotope distributions on the US Geotraces North Atlantic crossbasin section: signals of polar nitrate sources and low latitude nitrogen cycling. Marine Chemistry 177: 143-156.
McMahon, P.B. and J.K. Bohlke. 2006. Regional patterns in the isotopic composition of natural and anthropogenic nitrate in groundwater, High Plains, USA. Environmental Science and Technology 40(9): 2965-2970.
Ministry of Envionment of Korea. 2012. http://www.law.go.kr/DRF/MDRFILawService.jsp?OCme&ID7134 (July 3, 2012)
Min, J.H., S.T. Yun, K. Kim, H.S. Kim and D.J. Kim. 2003. Geologic controls on the chemical behaviour of nitrate in riverside alluvial aquifers Korea. Hydrological Processes 30: 1197-1211.
Ohte, N., S.D. Sebestyen, J.B. Shanley, D.H. Doctor, C. Kendall, S.D. Wankel and E.W. Boyer. 2004. Tracing sources of nitrate in snowmelt runoff using a high-resolution isotopic technique. Geophysical Research Letters 31: L21506.
Oren, O., Y. Yechieli, J.K. Bohlke and A. Dody 2004. Contamination of groundwater under cultivated fields in an arid environment, Central Arava Valley, Israel. Journal of Hydrology 290(3/4): 312-328.
Ostrom, N.E., L.O. Hedin, J.C. von Fisher and G.P. Robertson. 2002. Nitrogen transformations and $NO_3$ removal at a soil-stream interface: A stable isotope approach. Ecological Applications 12(4): 1027-1043.
Rock, L. and B. Mayer. 2004. Isotopic assessment of sources of surface water nitrate within the Oldman River basin, Southern Alberta, Canada. Water, Air & Soil Pollution 4: 545-562.
Sigman, D.M., K.L. Casciotti, M. Andreani, C. Barford, M. Galanter and J.K. Bohlke. 2001. A bacterial method for the nitrogen isotopic analysis of nitrate in seawater and freshwater. Analytical Chemistry 73: 4145-4153.
Smith, S.J., J.S. Schepers and L.K. Porter. 1990. Assessing and managing agricultural nitrogen losses to the environment. Advances in Soil Science 14: 1-43.
Spalding, R.F., M.E. Exner, G.E. Martin and D.D. Snow. 1993. Effects of sludge disposal on groundwater nitrate concentrations. Journal Hydrology 142: 213-228.
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