습지 종류별 수문기상학적 조건 변화에 따른 용존유기탄소 배출 특성에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 온도 증가와 건조 조건, 습지 종류가 토양으로부터 유출되는 용존유기탄소(DOC, Dissolved Organic Carbon)의 정량적·정성적 특징에 미치는 영향을 자연습지(NW), 홍수기 시 간헐적 물 흐름이 있는 자연습지(INW), 인공습지(CW)로 나누어 살펴보고자 하였다. 습지 토양은 한강의 주요 지류인 경안천 하류 유역에 조성되어 있는 자연습지와 인공습지에서 채취하였으며 49일 간에 걸쳐 온도(20℃, 25℃)와 건조 조건을 다르게 적용하여 배양한 후 이에 따른 변화를 관찰하였다. 측정 항목으로는 습지 토양을 대상으로 탄질율, 강열감량을 측정하였고 0.2㎛ 이하로 필터링한 상등수를 대상으로 DOC, UV-visible, fluorescence를 측정하고, EEM(Emission-Excitation Matrices)과 PARAFAC(Parallel factor data analysis) 모델링을 통해 DOC의 특성을 살펴보았다. 또한, EEM 데이터를 기반으로 FI(Fluorescence Index), HIX(Humification Index), SUVA254(Specific Ultraviolet Absorption) 지수를 산출하였다. 습지 토양 종류별 특징으로는 INW, CW, NW의 순으로 DOC 용출 농도가 높았다. 특히 CW는 배양 전기간 용출량 평균이 26.68mg L-1로 NW(82.70mg L-1)에 비하여 2배 이상 적은 양을 보였다. 하지만, PARAFAC modeling, SUVA254 결과를 통해 상대적으로 다환성 방향족 유기물의 비중이 높았음을 확인하였으며 이는 인공습지가 갖는 빠른 부식화의 결과로 보여진다. 온도 변화에 따른 NW, INW에서 모두 온도가 증가할수록 DOC 유출량과 HIX가 증가하였고 NW와 다르게 INW에서는 수층에서 유기물 분해 속도가 토양으로부터 용출되는 속도를 능가하는 것으로 판단되었다. 건조 조건에서는 NW, INW 토양 시료의 DOC 용출이 증가하였는데 이는 호기성 분해 증가의 주된 요인으로 판단된다. 이러한 경향은 절대적인 용출 DOC 양에서 NW가 우세하지만 건조 조건을 주어지지 않았을 때와 비교해 볼 경우에는 INW에서 더 높은 비율로 나타났다. 따라서 경안천에 인공습지가 지속적으로 설치된다면 DOC유출량은 감소하지만 수계로 유입되는 다환성 유기탄소가 증가할 것이라 예측할 수 있으며 현재와 같이 온난화가 지속된다면 습지에서의 부식화 속도와 DOC 유출량이 증가할 것이다. 또한, 강우로 인한 re-wetting 기작이 일어나는 경우 이전에 건조 상태에 있던 습지에서 간단한 구조의 유기물이 다량 용출될 가능성이 있음을 확인하였다.;This study attempts to investigate wetland types, the warming and drying effect to quality and quantity characteristics of dissolved organic carbon(DOC) released from wetland soil targeting Natural Wetland(NW), Intermittently flooded Natural Wetland(INW), Constructed Wetland(CW). Soil sample was getting from natural wetland and constructed wetland on the lower Kyeong-An stream and we incubated soil sample applied to different temperature and dry condition. We measured C/N ratio, Loss of ignition for soil and DOC, UV-visible, fluorescence for overlying distilled water filtered below 0.2㎛. Also, EEM(Emission-Excitation Matrices), PARAFAC(Parallel factor data analysis) modeling, FI(Fluorescence Index), HIX(Humification Index), SUVA254(Specific Ultraviolet Absorbance) were calculated and used in analysis. As properties of wetland soil type, NW had highest DOC release concentration and INW showed lowest value. Especially, average released DOC value of CW during the whole incubation period is 26.68mg L-1, which is twice lower than NW(82.70mg L-1). However, through PARAFAC modeling, SUVA254 results, we identified that percentage of aromatic contents is relatively high in CW, because of a fast humification rate. As warming effect, released DOC and HIX in NW, INW increased proportionally with temperature and in case of INW, organic decomposition rate in overlying water exceed release rate from the soil. Owing to aerobic decomposition, released DOC concentration is increased after drying condition for NW, INW. This trend observed in NW dominantly from the point of quantitative view but compare to non-dry condition, INW showed higher value. Therefore, if constructed wetland keeps installed constantly, it would be expected that aromatic organic carbon originated from wetland is increased in stream water system. And in case of continuing warming effect, humification rate and released DOC concentration increased. Also, when re-wetting mechanism happened by rainfall event, there will be a possibility to release massive simple organic carbon created drying condition.