2015년 하계 제주 행원리 일대 양식장주변 해수 중 용존유기물 분포와 기원 Distributions and Sources of Dissolved Organic Matter in Seawaters Surrounding Aqua Farms on the Haengwon-ri in Jeju-Island in Summer 2015원문보기
Concentrations of dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON), dissolved organic phosphate (DOP), and colored dissolved organic matter (CDOM) were measured in the coastal sea off inland aqua farms in northeastern Jeju Island in summer 2015. The highest concentrations of DOC, DON...
Concentrations of dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON), dissolved organic phosphate (DOP), and colored dissolved organic matter (CDOM) were measured in the coastal sea off inland aqua farms in northeastern Jeju Island in summer 2015. The highest concentrations of DOC, DON, and DOP were revealed in the surface water off Hado-ri where the lowest salinity conditions prevailed (31.6). The concentrations of DOC, DON, and DOP in the surface water were lower in the inner stations (SH1-1, 1-2, and 1-3) near the aqua farms of the Haengwon-ri than in the outer stations. The concentrations of DOC, DON, and DOP negatively correlated with salinity. These results indicate that the contribution of dissolved organic matter (DOM) from the aqua farms seems to be not significant. On the other hand, the higher concentrations of DON and DOP in the inner stations of Hado-ri (HD 1-1) seem to be attributed to excrement of migrating birds. The three components of CDOM (T, M, and C peaks) showed no relationship with salinity, perhaps due to various in situ productions by marine organisms and decomposition by ultraviolet radiation. The observed lower C:M ratio, an indicator of terrestrial source, and the higher biological index (BIX) of CDOM in the station off Hado-ri indicate that DOM is produced mainly by biological activity. Based on the higher humification index (HIX) of CDOM and the higher DOC:DON ratio off Haengwon-ri, refractory DOM in the inland aqua farms is likely transported to the coastal sea.
Concentrations of dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON), dissolved organic phosphate (DOP), and colored dissolved organic matter (CDOM) were measured in the coastal sea off inland aqua farms in northeastern Jeju Island in summer 2015. The highest concentrations of DOC, DON, and DOP were revealed in the surface water off Hado-ri where the lowest salinity conditions prevailed (31.6). The concentrations of DOC, DON, and DOP in the surface water were lower in the inner stations (SH1-1, 1-2, and 1-3) near the aqua farms of the Haengwon-ri than in the outer stations. The concentrations of DOC, DON, and DOP negatively correlated with salinity. These results indicate that the contribution of dissolved organic matter (DOM) from the aqua farms seems to be not significant. On the other hand, the higher concentrations of DON and DOP in the inner stations of Hado-ri (HD 1-1) seem to be attributed to excrement of migrating birds. The three components of CDOM (T, M, and C peaks) showed no relationship with salinity, perhaps due to various in situ productions by marine organisms and decomposition by ultraviolet radiation. The observed lower C:M ratio, an indicator of terrestrial source, and the higher biological index (BIX) of CDOM in the station off Hado-ri indicate that DOM is produced mainly by biological activity. Based on the higher humification index (HIX) of CDOM and the higher DOC:DON ratio off Haengwon-ri, refractory DOM in the inland aqua farms is likely transported to the coastal sea.
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문제 정의
또한, 제주도 연안 환경에서 해양 유기물의 기원과 해저 지하수 기원 유기물과의 연관성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 하계 제주도 내 육상양식장이 밀집한 행원리 주변 연안 해수에서 용존유기탄소 농도를 측정하고, 용존유기물질의 기원과 특성을 파악하기 위해서 자외선과 짧은 파장대의 가시광선을 흡수하는 유색 용존유기물질(CDOM: colored dissolved organic matter)을 추적자로 이용하여 평가하고자 한다.
측정된 용존유기물질은 Coble (1996)이 제시한 피크의 파장위치에 따라 B(Ex/Em = 275/310 nm), T(275/340 nm), M(312/380−420 nm), C(350/420−480 nm), A(260/380−460 nm)성분으로 구분하였고, 이번 연구에서는 대표적 용존유기물질 성분인 T, M, C 피크에 대해서 논의하였다.
제안 방법
용존유기탄소의 경우, 총 유기탄소 분석기(TOC-VCPH,Shimadzu)를 이용하여 측정하였다. 고온촉매산화법(hightemperature catalytic oxidation)을 기초로 한 분석법으로,시료를 백금촉매가 충진된 약 720℃의 관을 통과하여 유기탄소의 완전한 산화가 이루어져 CO2 형태로 전환 된후 비분산형 적외선 검출기(non-dispersive infrared detector)에서 농도를 검출하였다. 마이애미 대학교로부터 공급받은 용존유기탄소 표준물질(44−46 µM)을 함께 분석하였고, 농도 측정값은 5% 이내의 오차를 보여 분석의 신뢰도를 확보하였다.
본 연구에서 용존무기질소(DIN: dissolvedinorganic nitrogen)은 질산염 질소(NO3−), 아질산염 질소(NO2−), 암모니아 질소(NH4+)의 합으로, 용존무기인(DIP:dissolved inorganic phosphate)는 인산 인(PO43−)으로 정의하였다.
1999).생물지수(BIX: biological index)는 310 nm의 들뜸 파장에서 관측되는 380 nm 방출파장의 형광세기와 430 nm방출파장의 형광세기의 비율로 계산하였다(Huguet et al.2009).
2 µm, polycarbonate)를 이용하여 재여과한 후 분광형광계(FS-2, SCINCO)를 이용하여 측정하였다. 여기-방출 연속파장법(excitation-emission matrix spectroscopy: EEMs)을 바탕으로, 각각의 들뜸(excitation) 파장에 따라 시료로부터 방출(emission)되는 형광 세기를 측정한다. 이때 사용된 여기 파장과 방출 파장의 범위는 각각 250−600 nm(2 nm 간격)와 250−500 nm (5 nm 간격)였다.
영양염류, 총 용존 질소, 총 용존 인의 경우, 상온에서 해동시킨 후 영양염류 자동 분석기(FUTURA + II, AllianceInstruments; TRAACS 2000, Bran + Lubbe Co.)를 이용하여 측정하였다. 본 연구에서 용존무기질소(DIN: dissolvedinorganic nitrogen)은 질산염 질소(NO3−), 아질산염 질소(NO2−), 암모니아 질소(NH4+)의 합으로, 용존무기인(DIP:dissolved inorganic phosphate)는 인산 인(PO43−)으로 정의하였다.
측정된 용존유기물질은 Coble (1996)이 제시한 피크의 파장위치에 따라 B(Ex/Em = 275/310 nm), T(275/340 nm), M(312/380−420 nm), C(350/420−480 nm), A(260/380−460 nm)성분으로 구분하였고, 이번 연구에서는 대표적 용존유기물질 성분인 T, M, C 피크에 대해서 논의하였다. 용존유기물질의 농도는 황산퀴닌(quinine sulfate)을 Ex/Em =350/450 nm에서 측정한 형광세기 값을 이용하여 보정하였고, 단위는 QSU(quinine sulfate unit)로 표기하였다.
용존유기물질의 휴믹지수(HIX: humification index)는255 nm의 들뜸 파장에서 관측되는 435−480 nm 방출 파장에서의 총 형광세기와 300−345 nm 방출 파장에서의총 형광세기의 비율로 계산하였다(Zsolnay et al. 1999).
용존유기물질의경우, 분석 직전에 주사기 필터(whatman nuclepore, 0.2 µm, polycarbonate)를 이용하여 재여과한 후 분광형광계(FS-2, SCINCO)를 이용하여 측정하였다.
마이애미 대학교로부터 공급받은 용존유기탄소 표준물질(44−46 µM)을 함께 분석하였고, 농도 측정값은 5% 이내의 오차를 보여 분석의 신뢰도를 확보하였다. 용존유기질소과 용존유기인(DOP: dissolvedorganic phosphate)의 농도는 각각 총 용존 질소와 총 용존 인의 농도에서 용존무기질소와 용존무인의 농도 값을 빼서 계산하였다.
용존유기탄소, 용존유기물질, 영양염류, 총 용존 질소(TDN: total dissolvednitrogen), 총 용존 인(TDP: total dissolved phosphate)은 여과지(Whatman, 0.7 µm, GF/F)를 이용하여 여과한 후, 영양염류, 총 용존 질소, 총 용존 인 시료는 폴리프로필렌(Nalgene) 용기에 125 mL씩 채수한 다음 분석 전까지 냉동상태(−20℃)로 보관하였고, 용존유기탄소 시료는 500℃에서 4시간 동안 열처리한 유리 앰플에 20 mL 채취 후생물활동을 억제하기 위해 6 M 염산을 주입하여 pH를 2이하로 낮추고 토치를 이용해 밀봉 한 후 실온에 보관하였다.
용존유기탄소의 경우, 총 유기탄소 분석기(TOC-VCPH,Shimadzu)를 이용하여 측정하였다. 고온촉매산화법(hightemperature catalytic oxidation)을 기초로 한 분석법으로,시료를 백금촉매가 충진된 약 720℃의 관을 통과하여 유기탄소의 완전한 산화가 이루어져 CO2 형태로 전환 된후 비분산형 적외선 검출기(non-dispersive infrared detector)에서 농도를 검출하였다.
대상 데이터
1). Niskin 채수기를 이용하여, 정점 SH 1-1, 2-1, 3-1은 연안으로부터 300 m 이내이며 표층(0.5 m 내)에서 채수하였다. 나머지 SH 정점들은(1-2, 1-3, 2-2, 3-2) 최대 4 km에서 표층, 중층, 저층(해저에서 1 m 내)에서 채수하였다.
나머지 SH 정점들은(1-2, 1-3, 2-2, 3-2) 최대 4 km에서 표층, 중층, 저층(해저에서 1 m 내)에서 채수하였다.그리고 양식장 주변 연안 해수 시료와 비교하기 위하여양식장 배출구가 없는 하도 주변 지역 3개 정점(HD1-1,1-2, 1-3)에서 표층수를 채취하였다. 수온과 염분은 현장에서 CTD(SBE 911+, Sea-Bird electronics Inc.
마이애미 대학교로부터 공급받은 용존유기탄소 표준물질(44−46 µM)을 함께 분석하였고, 농도 측정값은 5% 이내의 오차를 보여 분석의 신뢰도를 확보하였다.
본 연구에서는 제주 행원리 주변 연안 해수 시료를 2015년 8월 13일에 10개 정점에서 채취하였다(Fig. 1). Niskin 채수기를 이용하여, 정점 SH 1-1, 2-1, 3-1은 연안으로부터 300 m 이내이며 표층(0.
본 연구지역인 제주시 구좌읍 행원리는 풍부한 지하 해수가 부존해 있고 겨울철 지해해수의 최저수온이 17−18℃로 유지되어 어류양식의 최적지로 평가 받는 곳 중 하나이다.
그리고 양식장 주변 연안 해수 시료와 비교하기 위하여양식장 배출구가 없는 하도 주변 지역 3개 정점(HD1-1,1-2, 1-3)에서 표층수를 채취하였다. 수온과 염분은 현장에서 CTD(SBE 911+, Sea-Bird electronics Inc.)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
상대적으로 용존유기질소와 용존유기인 농도가 높은 하도리는 제주도 내의 철새도래지로 잘 알려진 곳이다. HD 정점 해수 표층에서총 용존 질소와 총 용존 인 중 용존유기질소와 용존유기인이 차지하는 비중은 각각 90%와 80%으로 나타났고,SH 정점에서는 각각 68%와 57%을 보였다. 일반적으로해수 표층에서 총 용존 질소와 총 용존 인 중 용존유기질소와 용존유기인은 각각 80%와 60%를 차지한다(Siplerand Bronk 2015; Karl and Bjorkman 2015).
29)에 비해서 높게 관측되었다. 그러므로, 염분이 낮은 HD1-3 정점에서 높은 농도로 관측되는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인은 양자강 희석수에 의한육상 기원보다는 해양 생물의 1차 생산과 그에 수반되는 생물작용의 결과로 유기물이 생성된 것으로 판단된다.
(2013)은 제주도에서연안으로 물질 수송에 큰 영향을 미치는 지하수 중 용존유기탄소의 농도가 연안 해수에 비해 매우 낮다고 보고하였다. 또한, 양식장 유출수에 영향을 받을 것으로 판단되는 SH 정점들(1-1, 2-1, 3-1)에서의 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도를 양식장 유출수의 영향이 없을 것으로 판단되는 HD 정점(1-1)과 비교해 보았을 때, 용존유기탄소 농도는 비슷하였지만, 용존유기질소와 용존유기인 농도는 HD 정점에서 더 높았다. 상대적으로 용존유기질소와 용존유기인 농도가 높은 하도리는 제주도 내의 철새도래지로 잘 알려진 곳이다.
3). 본 연구에서의 용존유기탄소:용존유기질소:용존유기인 비 값은Redfield ratio(C:N:P = 106:16:1) 보다 높은 값을 보였고(Redfield et al. 1963), 동해 표층에서의 비 값(용존유기탄소:용존유기질소:용존유기인 = 374:22:1)에 비해서도 높은 값을 보였다(Kim and Kim 2013). 일반적으로, 해양에서 용존유기탄소:용존유기질소 비 값이 17 이상이면 용존유기물질은 난분해성(refractory) 특성을 보이고, 분해가잘 되는 용존유기물질은 용존유기탄소:용존유기질소 비값이 10 정도이다(Jiao et al.
본 연구지역에서 염분이 가장 낮게 나타나는 하도리 최외각 정점에서 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인농도가 가장 높게 나타났다. 양식장 주변지역인 행원리에서는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 높아지는 경향을 보였다.
2) 범위를 보였다. 본 조사해역에서 표층 수온은 연안에서 외양으로 갈수록 증가하고, 염분은 감소하는 경향을 보였다(Fig. 2). 여름철 국지적 강우로 인한 양자강 범람으로 유출된 강물이 동중국해로 흘러 들어와 대마난류와 섞여 북상하면서 염분이 급격히 낮아짐이 보고되었다(Kang and Jin 1984; NFRDI2001).
본 조사해역에서 표층에서 용존유기탄소, 용존유기질소,용존유기인 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 높은 경향을 보였고(Fig. 3), 이는 염분과 반대되는 분포를 보였다.이와 관련하여, 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인농도는 염분과 음의 상관관계를 보였다(Fig.
본 조사해역의 대부분 정점에서, 각 용존유기물질 성분의 표층 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 낮은 경향을 보였지만, HD1-3 정점에서 매우 높은 농도의 T 피크와M 피크가 관측되었다(Fig. 5). C:M 피크의 비 값은 하도리 주변 연안(HD1-1, 1-2)에서 매우 높게 관측(1.
2010). 양식장 주변 표층 해수에서 용존유기탄소:용존유기질소:용존유기인 비 값은연안에서 외양으로 갈수록 낮은 경향을 보였고, 하도리연안 정점과 비교해 보았을 때, 더 높은 비 값을 보였다. 이는, 양식장 주변 연안 표층에서 외양에 비해 그리고 하도리에 비해 난분해성 용존유기물질 특성이 더 우세할 것으로 판단된다.
본 연구지역에서 염분이 가장 낮게 나타나는 하도리 최외각 정점에서 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인농도가 가장 높게 나타났다. 양식장 주변지역인 행원리에서는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 높아지는 경향을 보였다. 염분과 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도는 유의미한 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아, 연안 지하수와양식장 배출수는 이 해역 유기물의 주요한 기원이 아닌 것으로 판단된다.
양식장 주변지역인 행원리에서는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 높아지는 경향을 보였다. 염분과 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인 농도는 유의미한 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아, 연안 지하수와양식장 배출수는 이 해역 유기물의 주요한 기원이 아닌 것으로 판단된다. 또한, 하도리 주변 해역에서 발견되는 높은 농도의 용존유기질소와 용존유기인은 이곳 철새도래지의 배설물에 의한 영향을 받을 것으로 보인다.
3), 이는 염분과 반대되는 분포를 보였다.이와 관련하여, 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인농도는 염분과 음의 상관관계를 보였다(Fig. 4). 이는 지하수의 형태로 육상으로부터 공급되는 용존유기물질은상대적으로 제주도 양식장 주변 해양에 큰 영향을 미치지않는 것으로 판단된다.
행원리 양식장 주변에 표층 해수 중 낮은 유기물의 농도와 매우 높은 HIX와 용존유기탄소:용존유기질소 비 값을 바탕으로, 양식장으로부터 유기물 공급량은 적지만, 난분해성유기물이 공급되고 있다고 판단된다. 하도리 외각 표층해수에서 높은 농도로 관측되는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인은 낮은 C:M 비 값과 높은 BIX 값을 바탕으로, 주로 생물 활동에 의해서 생성되는 것으로 판단된다. 이 지역의 유기물은 다양한 기원으로부터 공급 및 생성되는 것으로 생각되며, 제주도 연안 지하수, 양식장배출수, 외양 해수 중 유기물에 대한 조사가 추후에 더 이루어진다면 정량적인 연구가 이루어질 수 있을 것이다.
하도리 주변 해수 표층에서 용존유기물질의 T 피크 성분 농도는 1.20−3.51 QSU(평균:2.11 ± 1.23 QSU), M 피크 성분 농도는 0.81−1.56 QSU(평균: 1.10 ± 0.40 QSU), C 피크 성분 농도는 0.84−0.94QSU(평균: 0.89 ± 0.05 QSU) 범위를 보였다.
하도리주변 해수 표에서 용존유기탄소:용존유기질소 비 값은13−15(평균: 14 ± 1), 용존유기탄소:용존유기인 비 값은900−1050(평균: 980 ± 75), 용존유기질소:용존유기인 비값은 66−79(평균: 71 ± 7) 범위를 보였다(Fig. 3).
또한, 하도리 주변 해역에서 발견되는 높은 농도의 용존유기질소와 용존유기인은 이곳 철새도래지의 배설물에 의한 영향을 받을 것으로 보인다. 행원리 양식장 주변에 표층 해수 중 낮은 유기물의 농도와 매우 높은 HIX와 용존유기탄소:용존유기질소 비 값을 바탕으로, 양식장으로부터 유기물 공급량은 적지만, 난분해성유기물이 공급되고 있다고 판단된다. 하도리 외각 표층해수에서 높은 농도로 관측되는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인은 낮은 C:M 비 값과 높은 BIX 값을 바탕으로, 주로 생물 활동에 의해서 생성되는 것으로 판단된다.
행원리 주변 해수 표층에서 용존유기탄소:용존유기질소 비 값은 14−29(평균: 20 ± 6), 용존유기탄소:용존유기인 비 값은 1200−19000(평균: 4900 ± 4900), 용존유기질소:용존유기인 비 값은 70−760(평균: 217 ± 217) 범위이며(Fig. 3), 중·저층에서 용존유기탄소:용존유기질소 비 값은 10−46(평균: 18 ± 15), 용존유기탄소:용존유기인 비 값은 870−3040(평균: 1610 ± 950), 용존유기질소:용존유기인 비 값은 67−170(평균: 99 ± 40) 범위를 보였다.
후속연구
하도리 외각 표층해수에서 높은 농도로 관측되는 용존유기탄소, 용존유기질소, 용존유기인은 낮은 C:M 비 값과 높은 BIX 값을 바탕으로, 주로 생물 활동에 의해서 생성되는 것으로 판단된다. 이 지역의 유기물은 다양한 기원으로부터 공급 및 생성되는 것으로 생각되며, 제주도 연안 지하수, 양식장배출수, 외양 해수 중 유기물에 대한 조사가 추후에 더 이루어진다면 정량적인 연구가 이루어질 수 있을 것이다.
양식장 주변 표층 해수에서 용존유기탄소:용존유기질소:용존유기인 비 값은연안에서 외양으로 갈수록 낮은 경향을 보였고, 하도리연안 정점과 비교해 보았을 때, 더 높은 비 값을 보였다. 이는, 양식장 주변 연안 표층에서 외양에 비해 그리고 하도리에 비해 난분해성 용존유기물질 특성이 더 우세할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제주도의 총 면적은?
제주도는 대한민국 남해에 위치한 화산섬으로 총 면적이 약 1,830 km2 이르고, 섬의 중앙에는 높이 1,950 m의 한라산이 자리잡고 있으며, 한라산 중심으로 완만한 경사를 이루는 동서사면과 상대적으로 급경사를 이루는 남북사면으로 이루고 있다. 제주도는 우리나라에서 연간 강우량(1,900 mm)이 가장 많은 지역으로, 제주도 지층의 대부분이 투수성이 좋은 다공질의 현무암과 조면암으로 구성되어 있어 대부분 지각으로 스며든다.
제주도 연안에 육상수조식 양식장이 전국 육상수조식에 대비하여 약 50%에 이르는 이유는 무엇인가?
특히 이러한 해저지하수를 이용한 연안 양식장이 발달하여, 유기오염물이 제주도 연안으로 공급되는 것으로 보고되었다. 제주도는 일정한 수온(16−18oC)의 깨끗하고 영양염이 풍부한 해저지하수의 양이 상당히 많기 때문에(Kim et al. 2003), 양식 환경에 적합한 수온을 조절할 수 있으며, 반페쇄적인 내만과 달리 사면이 외양에 접해 있어 연안 체류시간이 짧아 상대적으로 안정된 수질을 유지할 수 있다. 따라서, 제주도 연안에는 육상수조식 양식장이 2015년기준 289개소에 달하고, 전국 육상수조식 566개소에 대비하여 약 50%에 이른다(KOSIS 2016).
한라산의 높이는?
제주도는 대한민국 남해에 위치한 화산섬으로 총 면적이 약 1,830 km2 이르고, 섬의 중앙에는 높이 1,950 m의 한라산이 자리잡고 있으며, 한라산 중심으로 완만한 경사를 이루는 동서사면과 상대적으로 급경사를 이루는 남북사면으로 이루고 있다. 제주도는 우리나라에서 연간 강우량(1,900 mm)이 가장 많은 지역으로, 제주도 지층의 대부분이 투수성이 좋은 다공질의 현무암과 조면암으로 구성되어 있어 대부분 지각으로 스며든다.
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