기후변화로 인한 지표수 자원의 손실에 대비하기 위해 지하수 자원에 대한 관심이 대두되고 있다. 지하수 오염에 대한 모니터링 및 평가뿐 아니라 지하수 자원 관리를 위해 대수층미생물 군집에 대한 이해가 필요하다. 대수층에서 미생물은 지하수에 부유하는 것보다 대부분이 대수층 퇴적토 입자 표면에 부착해서 서식한다. 하지만 대수층 퇴적토 시료 채취가 쉽지 않으므로 대부분의 대수층 미생물 군집 연구는 관정으로부터 채취한 지하수 시료의 부유 세포를 이용하였다. 오염된 대수층에서 미생물 군집에 대한 연구는 비교적 많으나, 오염되지 않은 대수층에서의 미생물 다양성과 수질개선을 위한 그들의 역할에 대한 정보는 여전히 부족한 실정이다. 본 논문에서는 대수층 지하수 내에 존재하는 세균의 생태와 군집 구조에 관해 기술하였다. 지금까지 보고된 연구에 의하면 오염되지 않은 대수층 지하수 미생물 군집은 대부분 Proteobacteria가 우세한 것으로 나타났다. 이들은 대수층 내의 기질(광물, 유기물 등)의 농도나 분포, 지하수의 성상, 인간의 활동 등에 영향을 받는다. 오염되지 않은 대수층 지하수 미생물 군집에 관한 연구는 지하수의 수질 개선에 관련된 생지화학적 과정을 더 잘 이해하기 위해 중요하며, 또한 대수층 오염에 따른 군집 변화를 모니터링 하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있다.
기후변화로 인한 지표수 자원의 손실에 대비하기 위해 지하수 자원에 대한 관심이 대두되고 있다. 지하수 오염에 대한 모니터링 및 평가뿐 아니라 지하수 자원 관리를 위해 대수층 미생물 군집에 대한 이해가 필요하다. 대수층에서 미생물은 지하수에 부유하는 것보다 대부분이 대수층 퇴적토 입자 표면에 부착해서 서식한다. 하지만 대수층 퇴적토 시료 채취가 쉽지 않으므로 대부분의 대수층 미생물 군집 연구는 관정으로부터 채취한 지하수 시료의 부유 세포를 이용하였다. 오염된 대수층에서 미생물 군집에 대한 연구는 비교적 많으나, 오염되지 않은 대수층에서의 미생물 다양성과 수질개선을 위한 그들의 역할에 대한 정보는 여전히 부족한 실정이다. 본 논문에서는 대수층 지하수 내에 존재하는 세균의 생태와 군집 구조에 관해 기술하였다. 지금까지 보고된 연구에 의하면 오염되지 않은 대수층 지하수 미생물 군집은 대부분 Proteobacteria가 우세한 것으로 나타났다. 이들은 대수층 내의 기질(광물, 유기물 등)의 농도나 분포, 지하수의 성상, 인간의 활동 등에 영향을 받는다. 오염되지 않은 대수층 지하수 미생물 군집에 관한 연구는 지하수의 수질 개선에 관련된 생지화학적 과정을 더 잘 이해하기 위해 중요하며, 또한 대수층 오염에 따른 군집 변화를 모니터링 하기 위한 기초 자료로 이용될 수 있다.
There is growing interest in groundwater resources to overcome the loss of surface water resources due to climate change. An understanding of the microbial community of aquifers is essential for monitoring and evaluating groundwater contamination, as well as groundwater management. Most microorganis...
There is growing interest in groundwater resources to overcome the loss of surface water resources due to climate change. An understanding of the microbial community of aquifers is essential for monitoring and evaluating groundwater contamination, as well as groundwater management. Most microorganisms that inhabit aquifer ecosystems are attached to sediment particles rather than planktonic, as is the case in groundwater. Since sampling aquifer sediment is not easy, groundwater, which contains planktonic microorganisms, is generally sampled in microbial community research. Although many studies have investigated microbial communities in contaminated aquifers, there are only a few reports of microbial communities in uncontaminated or pristine aquifers, resulting in limited information on aquifer microbial diversity. Such information is needed for groundwater quality improvement. This paper describes the ecology and community structure of groundwater bacteria in uncontaminated aquifers. The diversity and structures of microbial communities in these aquifers were affected by the concentration or distribution of substrates (e.g., minerals, organic matter, etc), in addition to groundwater characteristics and human activities. Most of the microbial communities in these uncontaminated aquifers were dominated by Proteobacteria. Studies of microbial communities in uncontaminated aquifers are important to better understand the biogeochemical processes associated with groundwater quality improvement. In addition, information on the microbial communities of aquifers can be used as a basis to monitor changes in community structure due to contamination.
There is growing interest in groundwater resources to overcome the loss of surface water resources due to climate change. An understanding of the microbial community of aquifers is essential for monitoring and evaluating groundwater contamination, as well as groundwater management. Most microorganisms that inhabit aquifer ecosystems are attached to sediment particles rather than planktonic, as is the case in groundwater. Since sampling aquifer sediment is not easy, groundwater, which contains planktonic microorganisms, is generally sampled in microbial community research. Although many studies have investigated microbial communities in contaminated aquifers, there are only a few reports of microbial communities in uncontaminated or pristine aquifers, resulting in limited information on aquifer microbial diversity. Such information is needed for groundwater quality improvement. This paper describes the ecology and community structure of groundwater bacteria in uncontaminated aquifers. The diversity and structures of microbial communities in these aquifers were affected by the concentration or distribution of substrates (e.g., minerals, organic matter, etc), in addition to groundwater characteristics and human activities. Most of the microbial communities in these uncontaminated aquifers were dominated by Proteobacteria. Studies of microbial communities in uncontaminated aquifers are important to better understand the biogeochemical processes associated with groundwater quality improvement. In addition, information on the microbial communities of aquifers can be used as a basis to monitor changes in community structure due to contamination.
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문제 정의
대수층 내에서 미생물의 다양성은 아직 많이 알려져 있지 않으며, 오염되지 않은 대수층과 오염된 대수층 내에서 미생물 군집 차이, 오염물 분해에 기여하는 미생물 등에 관해서는 더 많은 연구가 필요하다. 본 논문에서는 대수층 생태계의 지하수 미생물 생태에 관해 기술하고자 한다. 미생물 군집 조성과 그들의 활성을 이해함으로써 대수층의 생지화학적 과정과 자연저감 능력에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
지하수 시료 채취는 관정으로부터 양수한 지하수 시료의 부유 미생물을 막으로 포집해서 분석에 이용한다. 본 논문에서는 대수층 지하수 내 세균 군집을 중심으로 기술하였다.
낙동강 하류 델타 지역의 부산시 삼락공원에 위치한 시험시설은 관정 을 이용하여 지표수를 대수층에 충진시킨다. 주입된 물은 일정기간 저장 후 수질이 개선되면 양수하여 사용하기 위한 목적이다. 낙동강 하구의 대규모 삼각주 퇴적층에 형성된 피압 대수층은 자유면 대수층에 비해 지표면의 오염물로부터 보호될 수 있으므로 수질 보호 측면에서 더 유리하다.
가설 설정
T-RFLP나 DGGE와 같은 분자 지문 분석법(fingerprinting)은 유전자 서열과 크기가 다른 PCR 산물이 젤 (gel)에서 이동하는 이동성의 차이로 분리된다. 각각의 밴드들이 하나의 개체군을 나타낸다고 가정하고, 생성된 밴드패턴들은 군집의 다양성을 반영한다고 할 수 있다. 동시에 밴드로부터 회수한 DNA 절편들의 염기서열 분석을 통해서 계통발생학적 정보들을 얻을 수 있다.
대상 데이터
그 대신 대부분의 대수층 미생물 군집 연구는 시료 채취가 비교적 용이한 지하수 시료를 통해 이루어지고 있다. 지하수 시료 채취는 관정으로부터 양수한 지하수 시료의 부유 미생물을 막으로 포집해서 분석에 이용한다. 본 논문에서는 대수층 지하수 내 세균 군집을 중심으로 기술하였다.
성능/효과
오염되지 않은 지하수 시료에서는 β-Proteobacteria가 우세하게 나타났으나, 가축폐수로 오염된 시료에서는 Cytophaga-Flexibacter-Bacteroidetes와 low-G+C gram positive group이 우세하게 나타났다.
지하수 시료에서는 α-, β-, γ-, δ-Proteobacteria, 그리고 Actinobacteria가 우세하게 나타난 반면, 퇴적토에서는 주로 γ-Proteobacteria가 우세하게 나타났다.
후속연구
또한 미생물 정보는 대수층 인공함양기술에서 공정의 효율을 모니터링 하는데도 필요하다. 대수층 내에서 미생물의 다양성과 오염물에 대한 미생물의 활성에 대한 지속적이고 폭넓은 이해를 통해 지하수 수질 개선에 기여할 것이다.
지하수를 포함하고 있는 지층인 대수층의 생태계에 대한 정보는 생지화학적 순환, 지하수 수질의 결정, 그리고 오염된 대수층의 수질을 회복하는 수단으로써 중요하다. 대수층 내에서 미생물의 다양성은 아직 많이 알려져 있지 않으며, 오염되지 않은 대수층과 오염된 대수층 내에서 미생물 군집 차이, 오염물 분해에 기여하는 미생물 등에 관해서는 더 많은 연구가 필요하다. 본 논문에서는 대수층 생태계의 지하수 미생물 생태에 관해 기술하고자 한다.
또한 이러한 정보는 오염물질의 유입이나 인간의 활동으로 인한 교란으로 인해 미생물 군집의 변화가 일어나므로 이에 따른 지하수 수질을 모니터링 하는데도 유용하다. 따라서 대수층 미생물 군집 분석은 향후 오염의 영향, 기후 변화 등에 따른 군집 변화의 비교를 위한 기본 참고자료로 이용될 수 있다.
인공함양 기술은 다양한 수자원을 인위적으로 대수층에 저장해 두었다가, 물이 부족할 때 쓸 수 있는 방법으로 기후변화에 강한 수자원 확보기술이다. 또한 이 기술은 대수층 고갈을 막거나 부족한 수자원을 확보할 수 있고, 해안 대수층의 염수 침입을 방지하기 위한 목적으로도 이용될 수 있다. 인공함양을 통해 연수화, 황화수소 감소, 부영양화 물질 및 세균 감소, 물리적 입자제거, 독성물질 제거 등의 수질개선 효과와 지하 오염원의 확산을 막거나 희석하여 오염저감 효과를 기대할 수 있다[2, 13, 36, 47].
본 논문에서는 대수층 생태계의 지하수 미생물 생태에 관해 기술하고자 한다. 미생물 군집 조성과 그들의 활성을 이해함으로써 대수층의 생지화학적 과정과 자연저감 능력에 대한 정보를 제공할 수 있을 것이다. 또한 이러한 정보는 오염물질의 유입이나 인간의 활동으로 인한 교란으로 인해 미생물 군집의 변화가 일어나므로 이에 따른 지하수 수질을 모니터링 하는데도 유용하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하수의 주요 오염물은 무엇으로 구분할 수 있는가?
지하수의 주요 오염물은 무기물, 유기물, 그리고 미생물/미생물 기원 오염물로 구분할 수 있다(Table 1). 무기물은 주로 금속, 질산성 및 아질산성 질소 등이고, 대표적인 유기물은 자연유기물질(natural organic matter, NOM)이다.
대수층 인공함양의 수질 개선 원리는 무엇인가?
그러나 지하수 과잉 채수로 인한 수위 저하와 고갈뿐 아니라 오염 관리의 어려움이 발생할 수 있어 기후변화에 대응할 수자원 확보를 위해서 대수층 인공함양 기술이 사용되기도 한다[13, 35, 36, 48]. 대수층 인공함양은 자원(강물, 빗물, 하수처리장 방류수 등)을 인위적으로 대수층에 주입함으로써, 수자원을 저장할 뿐만 아니라 주입한 물의 오염 물질이 저장되는 동안 자연 저감을 통해 수질이 개선된다.
지표수 이용에 어떠한 문제점이 있는가?
지구 전체 담수의 약 98%에 이르는 귀중한 수자원인 지하수는 주요 식수원이 될 뿐만 아니라 농업이나 산업 분야에서도 이용되고 있다. 기후변화로 인한 지표수 자원의 손실이 커지고 지표수 저장시설을 통한 수자원 확보가 어려워지고 있다[35]. 또한, 도시화 및 산업화에 따른 지표수 오염이 증가함에 따라 지표수 중심의 물 자원 이용과 관리는 상대적으로 취약하다.
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