SOD and Inorganic Nutrient Fluxes from Sediment in the Downstream of the Nagdong River

낙동강 하류 수계에서 저질퇴적층의 SOD와 영양염 용출

Nutrient fluxes and sediment oxygen demands (SOD) were measured with intact sediment cores collected from three stations in the downstream of Nagdong River. The sediments were subjected to controlled oxic and hypoxic conditions and temperature gradients (from $10^{\circ}C$ to $30^{\circ}C$) of the overlying waters in laboratory batch system. The effect of temperature and labile layer thickness of the sediment on SOD were examined. $PO_4\;^{3-}$ and $NH_4\;^+$ fluxes were elevated above $20^{\circ}C$ and large mobilities were observed when they were coupled with a hypoxic and high-temperature condition. In the well oxygenated conditions, $PO_4\;^{3-}$ fluxes were negative or negligible but $NH_4\;^+$ fluxes ranged from 1.3 mg N $m^{-2}\;hr^{-1}$ to 2.3 $m^{-2}\;hr^{-1}$. Temperature quotients($Q_{10}$) of $PO_4\;^{3-}$ fluxes were 3.7 ${\sim}$ 7.3 ranges to have the most high values. $PO_4\;^{3-}$ and $NH_4\;^+$ fluxes had the logarithmic increase with temperature, while $NO_3\;^-$ was negatively absorbed to the sediment and linearly correlated with the temperature. $SiO_2$ fluxes showed no difference among oxic and hypoxic conditions and sediment texture. The nutrient fluxes would be closely correlated with pore water chemistry of sediments and activated by the top sediment layer composition such as labile organic matters or algal detritus. The ecological implications of the nutrient fluxes were discussed in terms of sources and sinks of nutrients coupled to algal productions in the Nagdong River.

낙동강 하류 지역에서 저질의 환경, 산소 소모량 (SOD), 무기 영양염 ($PO_4\;^{3-}$, $NH_4\;^+$, $NO_3\;^-$, $SiO_2$)의 용출량을 측정하여 용출 특성과 저질에 의한 내부 부하량을 추정하고자 하였다. 저질의 SOD는 10 ${\sim}$ $30^{\circ}C$범위에서 온도에 따라 직선적으로 증가하였으며 $Q_{10}$값은 1.1${\sim}$1.6이었고, $20^{\circ}C$기준 SOD는 76${\sim}$120 mg $O_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$범위였다. 저질에서 영양염 용출은 호기/빈산소 조건, 온도, 저질의 유기물함량 등의 영향을 크게 받았다. $NH_4\;^+$와 $SiO_2$는 호기조건 및 빈산소 조건에서 용출이 활발하여 용존산소 농도에 관계없이 저질에서 수층으로 이동하였으나 $PO_4\;^{3-}$는 빈산소 조건에서 용출량이 높은 반면 호기 조건에서는 미미하였으며 $25^{\circ}C$이상 조건에서 크게 증가하는 양상을 띠었다. $NH_4\;^+$, $SiO_2$ 및 $PO_4\;^{3-}$의 용출량은 온도 증가에 대해 지수적으로 증가하였으며 온도에 대한 $Q_{10}$은 $PO_4\;^{3-}$가 3.7${\sim}$7.3으로 가장 높았다. 저질에서 $PO_4\;^{3-}$와 $NH_4\;^+$의 용출량은 지역적으로 차이가 컸으나, $SiO_2$ 용출량은 지역적 차이가 미미하였다. 반면 호기 및 빈산소 조건에서 $NO_3\;^-$은 수중에서 저질로 흡수되었으며 그 흡수량은 온도에 따라 직선적으로 증가하였다. 온도에 따른 흡수율 증가는 호기성보다 빈산소 조건에서 더 컸다. 낙동강 하류 지역의 저질 호기조건/빈산소 조건에서 $NH_4\;^+$, $NO_3\;^-$, $PO_4\;^{3-}$ 및 $SiO_2$의 용출량 범위는 각각 -9${\sim}$ 105 mgN $m^{-2}day^{-1}$, -156${\sim}$62 $m^{-2}day^{-1}$ -5${\sim}$5 $m^{-2}day^{-1}$, 및 12 ${\sim}$ 117 $m^{-2}day^{-1}$였다. 낙동강과 서낙동강에서 식물플랑크톤의 1차 생산성과 조체의 C:N:P의 Redfield 비율 106: 16: 1을 이용하여 추정한결과 저질에서 용출되는 $NH_4\;^+$는 식물플랑크톤의 요구량의 9 ${\sim}$23%이었고, $PO_4\;^{3-}$는 11 ${\sim}$ 22%를 차지하였다.