This study investigated the effects of sediment removal on water quality and phytoplankton development by setting up mesocosms at Uiam Lake, South Korea, and analyzing the environmental parameters and phytoplankton communities between June and October 2015. The comparison between testbed without sed...
This study investigated the effects of sediment removal on water quality and phytoplankton development by setting up mesocosms at Uiam Lake, South Korea, and analyzing the environmental parameters and phytoplankton communities between June and October 2015. The comparison between testbed without sediment removal (TB-1) and testbed after sediment removal (TB-2) gave similar values for water temperature, pH, dissolved oxygen (DO), and electrical conductivity. Nevertheless, the average electrical conductivities of the two testbeds were $139{\mu}S/cm$ and $135{\mu}S/cm$, which were lower than the value obtained from the external control point (TB-con; $154{\mu}S/cm$). The small difference in total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) concentrations between the two testbeds implied that sediment removal did not greatly reduce nutrients; however, the phytoplankton cell count had decreased by approximately 37 % in TB-2 (average 1,663 cells/mL) compared to TB-1 (average 2,625 cells/mL). Compared to TB-con, the phosphorus and nitrogen concentrations of the two testbeds had decreased by 39 % and 30 %, respectively, whereas the phytoplankton abundance had decreased by up to 73 %, perhaps because of the blocked inflow of nutrients and the stabilized body of water caused by the installation of the mesocosm. The concentration of geosmin was lower in testbeds than in the external point, because installation of the structures had reduced the cyanobacteria biomass.
This study investigated the effects of sediment removal on water quality and phytoplankton development by setting up mesocosms at Uiam Lake, South Korea, and analyzing the environmental parameters and phytoplankton communities between June and October 2015. The comparison between testbed without sediment removal (TB-1) and testbed after sediment removal (TB-2) gave similar values for water temperature, pH, dissolved oxygen (DO), and electrical conductivity. Nevertheless, the average electrical conductivities of the two testbeds were $139{\mu}S/cm$ and $135{\mu}S/cm$, which were lower than the value obtained from the external control point (TB-con; $154{\mu}S/cm$). The small difference in total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) concentrations between the two testbeds implied that sediment removal did not greatly reduce nutrients; however, the phytoplankton cell count had decreased by approximately 37 % in TB-2 (average 1,663 cells/mL) compared to TB-1 (average 2,625 cells/mL). Compared to TB-con, the phosphorus and nitrogen concentrations of the two testbeds had decreased by 39 % and 30 %, respectively, whereas the phytoplankton abundance had decreased by up to 73 %, perhaps because of the blocked inflow of nutrients and the stabilized body of water caused by the installation of the mesocosm. The concentration of geosmin was lower in testbeds than in the external point, because installation of the structures had reduced the cyanobacteria biomass.
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문제 정의
본 연구에서는 호수나 저수지에서 발생하고 있는 조류를 제어하기 위해 휴면세포 및 포자를 함유한 퇴적물을 제거하여 조류 발생의 억제효과를 평가하고 퇴적물 제거 및 구조물의 설치가 수질, 식물플랑크톤 및 퇴적물 내 저서성대형 무척추동물에 미치는 영향을 파악하는데 목적을 두고 있다.
제안 방법
채집방법은 grab sampler를 사용하여 가로 25 cm, 세로 25 cm 두께 5 cm를 채집하였으며, 1 mm 체로 거른 후 현장에서 알코올로 최종농도가 95 % 용액이 되도록 고정하였다. 고정된 시료는 실험실로 운반하여 고르기(sorting)하였으며, 80 % 알코올에 보존한 후 검경하였다.
구조 및 형태는 1기당 육면체로서 가로 4 m, 세로 6 m, 높이 4.5 m로 운영하였으며, 내부로 조류유입 방지를 위해 4면을 조류차단막으로 감쌌다.
조사 기간은 2015년 6월부터 10월까지였으며, 시료는 주 2회 채수하였다. 메소코즘 실험 조건은 퇴적물을 제거하지 않은 조건(TB-1)과 퇴적물 표층을 2 ~ 5 cm 제거한 조건(TB-2), 실험조 외부 지점(TB-con)을 추가로 조사하여 대조군으로 설정하였다(Fig. 1b).
메소코즘의 각 실험조는 연간 수위변동(약 1 m)에 따라 상하이동이 되도록 부이를 부착하여 제작하였으며, 상하이동이 원활하도록 설치하였다.
세 지점의 식물플랑크톤 분석용 시료는 Lugol's 용액으로 최종농도 2 %가 되도록 첨가, 고정하였다.
식물플랑크톤의 종조성과 출현량을 조사하기 위하여 고정된 시료는 식물플랑크톤의 밀도에 따라 농축 또는 희석하였으며, 시료의 분석은 Sedgwick-Rafter counting chamber를 사용하여 위상차 현미경(Nikon, Eclipse 80i, Japan)으로 100 ~ 1,000 배로 동정 및 계수하였다.
차단막 하부는 수심 변동에 의해 차단막이 들려 외부 물질이 유입되지 않도록 예상된 변동 수위보다 길게 차수막을 설치하였다. 실험조 설치는 실험 조건에 따라 압축공기를 분사하여 퇴적물을 제거한 후 설치하였다.
일반 수질항목인 수온, pH, DO (Dissolved Oxygen), 전기전도도는 다항목수질측정기(YSI, 6600, USA)를 사용하여 현장에서 측정하였다.
퇴적층 제거에 따른 서식 생물군의 변화를 파악하기 위해서 저서성대형무척추동물을 분석하였으며, 채집은 퇴적물을 제거하기 전인 2015년 6월 1일과 퇴적물 제거 후 2015년 11월 2일에 실시하였다. 채집방법은 grab sampler를 사용하여 가로 25 cm, 세로 25 cm 두께 5 cm를 채집하였으며, 1 mm 체로 거른 후 현장에서 알코올로 최종농도가 95 % 용액이 되도록 고정하였다. 고정된 시료는 실험실로 운반하여 고르기(sorting)하였으며, 80 % 알코올에 보존한 후 검경하였다.
퇴적층 제거에 따른 서식 생물군의 변화를 파악하기 위해서 저서성대형무척추동물을 분석하였으며, 채집은 퇴적물을 제거하기 전인 2015년 6월 1일과 퇴적물 제거 후 2015년 11월 2일에 실시하였다. 채집방법은 grab sampler를 사용하여 가로 25 cm, 세로 25 cm 두께 5 cm를 채집하였으며, 1 mm 체로 거른 후 현장에서 알코올로 최종농도가 95 % 용액이 되도록 고정하였다.
대상 데이터
메소코즘(mesocosm) 실험의 실험조(testbed) 설치 지점은 퇴적층이 충분하게 형성되어 있고 휴면포자가 풍부하게 분포하고(자료 미제공), 조류발생 지역, 수심이 2 ~ 3 m로 낮아 설치가 용이한 지점을 고려하여 의암호와 합류되는 공지천 하류로 선정하였다(Fig. 1a).
조류차단막은 나일론(400 µm)-플랑크톤네트(20 µm)-나일론(400 µm) 순으로 3중막으로 제작하였다.
조사 기간은 2015년 6월부터 10월까지였으며, 시료는 주 2회 채수하였다.
퇴적물 제거에 따른 수질, 식물플랑크톤, 저서성대형무척추동물의 변화를 분석하기 위해 의암호 내에 실험조를 설치하고, 2015년 6월부터 10월까지 실험조들과 비교 대상인 외부 지점을 조사하였다.
이론/모형
총질소(total nitrogen, TN), 용존성 총질소(dissolved total nitrogen, DTN)와 총인(total phosphorus, TP), 용존성 총인(dissolved total phosphorus, DTP)은 수질오염공정시험법에 따라 분석하였으며(ME, 2016), 이취미 물질(Geosmin)은 먹는물 수질감시항목 운영지침(ME, 2011)에 따라 GC/MS(Brunker, 450GC/320MS)를 이용하여 HS-SPME법으로 분석하였다.
성능/효과
(1) 퇴적물을 제거하지 않은 실험조(TB-1)와 퇴적물을 제거한 실험조(TB-2) 사이에서 수온, pH, DO, 전기전도도는 서로 유사한 값을 보였다.
(2) TB-1과 TB-2는 총인과 총질소 농도 차이가 적어 퇴적물 제거에 의한 영양염류 농도의 감소효과는 높지 않았으나, 식물플랑크톤은 TB-2가 TB-1보다 약 37 % 감소된 세포수를 보여 퇴적물 제거에 의해 식물플랑크톤 생물량이 감소될 수도 있는 것으로 판단되었다.
(3) 차단막 설치로 인해 외부 영양염류의 유입차단과 수체의 혼합이 제한되어 실험조들은 외부 지점에 비해 인의 경우 약 39 %, 질소는 약 30 %가 감소하였으며, 식물플랑크톤은 외부보다 최대 73 % 감소하였다.
(4) 이취미(geosmin) 물질은 퇴적물 제거 및 차단막설치에 따른 식물플랑크톤 생물량의 감소에 영향을 받아 저감될 수도 있다. 퇴적물 제거 깊이에 따라 저서성무척추동물에 미치는 영향이 다를 수 있으며, 실험조 설치 후 서식처가 안정되어 저서성무척추동물은 설치전보다 개체수가 증가할 가능성이 있었다.
/m2이 출현하였으며, 단순하고 안정된 하상에서 높은 밀도로 출현하는 깔다구가 극우점을 보였다.
TB-1의 식물플랑크톤 세포수는 369 ~ 12,256 cells/mL의 범위였고 규조류는 전체 세포수의 약 38 %, 녹조류는 47 %의 상대출현빈도를 보였다.
실험기간 동안 실험조 내·외부에서 식물플랑크톤의 평균 세포수는 TB-1, TB-2, TB-con이 각각 2,625 cells/mL, 1,663 cells/mL, 6,177 cells/mL로 조사되어 퇴적물을 제거한 TB-2가 제거되지 않은 TB-1보다 37 % 감소된 세포수를 보였다. 또한 실험조 외부 지점인 TB-con의 식물플랑크톤 세포수는 실험조보다 42 ~ 73 %가 많았다(Fig. 5). 구조물로 폐쇄된 현장 실험지에서 수생식물의 형성은 식물플랑크톤 증식을 억제하는 경향이 있다(Song et al.
또한 차단막에 의한 영양염류 감소, 바닥까지 투과된 빛은 실험조에서 식물플랑크톤의 발생과 성장을 억제한 것으로 보이며, 차단막설치에 따른 조류저감 효과가 유효할 수도 있는 것으로 판단된다.
또한 퇴적물 제거 전·후 휴면포자의 수가 감소한 것으로 보아 퇴적물에 휴면상태로 존재하는 식물플랑크톤의 감소가 TB-1보다 적은 TB-2의 식물플랑크톤 생물량의 원인이 될 수도 있는 것으로 보인다.
TB-2는 502 ~ 4,742 cells/mL로 다른 지점에 비해 적은 세포수를 보였다. 분류군중 녹조류는 전체 세포수의 약 36 %를 차지하여 가장 높은 상대출현 빈도를 나타내었다. 시기별 식물플랑크톤은 7월과 8월에 녹조류가 우점을 보였다.
3℃였다. 시기별 변화도 서로 유사한 변동을 보였으며, 실험시작부터 수온이 증가하기 시작하여 8월 중순에 가장 높고 이후 감소하는 경향을 나타내었다. pH는 실험기간 동안 평균이 8.
실험기간 동안 실험조 내·외부에서 식물플랑크톤의 평균 세포수는 TB-1, TB-2, TB-con이 각각 2,625 cells/mL, 1,663 cells/mL, 6,177 cells/mL로 조사되어 퇴적물을 제거한 TB-2가 제거되지 않은 TB-1보다 37 % 감소된 세포수를 보였다.
실험조의 TN 농도는 조사기간 평균이 TB-1, TB-2, TB-con에서 각각 1.797 mg/L, 는 1.681 mg/L, 2.563 mg/L로 외부가 내부보다 30 % 이상 높은 값을 나타내었다.
외부지점에 위치한 TB-con은 전기전도도가 높은 공지천과 춘천하수처리장 방류수의 영향으로 전기전도도가 실험조보다 높았으며, 이로 인해 실험조 내·외부의 수질 특성이 다르다는 것을 간접적으로 판단할 수 있었다.
(4) 이취미(geosmin) 물질은 퇴적물 제거 및 차단막설치에 따른 식물플랑크톤 생물량의 감소에 영향을 받아 저감될 수도 있다. 퇴적물 제거 깊이에 따라 저서성무척추동물에 미치는 영향이 다를 수 있으며, 실험조 설치 후 서식처가 안정되어 저서성무척추동물은 설치전보다 개체수가 증가할 가능성이 있었다.
후속연구
7월말부터 9월초까지 질소원이 감소한 본 연구도 차단막으로 막혀 있는 실험지로서 질소원이 퇴적물로 흡착되거나 부착조류, 수초 등의 생물에 의한 소비로 감소된 것으로 판단된다. 그러나 9월 이후 증가는 퇴적물에서 재용출이나 수초의 고사에 의한 질소원 증가와 유입원의 영향 및 유량의 희석도에 따른 영향을 원인으로 볼 수 있으나 정확한 원인에 대한 판단은 추가적인 조사가 필요한 것으로 보인다.
구조물로 막힌 실험조는 내·외부가 차단되어 영양염류가 감소하였고, 이는 식물플랑크톤 증식의 억제로 이어져 실험조보다 외부에서 더 많은 식물플랑크톤이 발생하였다. 넓은 구역의 퇴적물 제거나 차단막 설치는 현장 적용에 문제점 발생할 수 있으나 식물플랑크톤 생물량의 감소효과가 있어 다른 연구에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
녹조현상으로 인해 발생하는 문제는 무엇인가?
, 2009). 조류의 대량발생으로 인한 녹조현상은 심미적 불쾌감과 용존산소 고갈에 따른 어류 폐사와 남조류 발생에 따른 독소 및 이취미 물질 발생 등과 같은 문제를 일으킬 수 있다(Chorus and Bartram, 1999; Kim, Park et al., 2010; Park and Jheong, 2003; Watson et al.
조류를 직접적으로 제거하는 방법인 물리적, 화학적, 생물학적 방법의 특징은 무엇인가?
강이나 호수에서 대량 발생한 조류를 직접적으로 제거하는 방법으로는 물리적․화학적․생물학적 방법이 사용되고 있다. 물리적인 방법은 수중 폭기, 초음파 파쇄 등이 있으며, 이 방법들은 2차오염이 적지만 효율이 낮고 광범위한 공간에 적용하기에는 비용적인 측면에서 한계점을 지니고 있다(Chorus and Bartram, 1999). 화학적 방법은 살조제 살포로 즉각적인 효과를 얻을 수 있지만 독성이 강하여 다른 생물에 영향을 미칠 가능성이 있고, 이 방법은 2차 부산물에 의한 부작용이 존재할 수 있다(NIER, 2013). 이러한 문제점을 인식하여 타감 작용(allelopathy)을 이용하거나 살조세균을 사용하는 생물학적 방법에 관한 연구가 이루어지고 있으나(Kim et al., 2004; Kim, Lee et al., 2010), 현장 적용의 어려움과 낮은 제어 효과로 인해 지속적인 연구가 필요한 실정이다. 조류 발생을 사전에 제어하고 예방하는 방법은 외부로부터 유입되는 오염원을 제어하거나 수초 재배를 통해 수체 내의 영양염류의 농도를 감소시켜 조류의 성장을 억제하는 방법 등이 있다(Bormans et al.
퇴적물 제거는 조류 발생에 어떠한 영향을 미치는가?
, 2018). 또한 퇴적물 제거는 퇴적물로부터 용출되는 영양염류 농도를 감소시키며, 퇴적물에 휴면상태로 존재하는 조류를 제거하여 수체에서의 조류 발생을 사전에 예방하는 효과가 있다(Bormans et al., 2016).
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