Variation of Water Qualities Due to Freshwater Introduction to Tidal Flat: A Mesocosm Study

A mesocosm, an artificial tidal flat ecosystem, was constructed outdoors to simulate in situ physical and biochemical environmental conditions of natural tidal flat as much as possible. During the experiment from February to August 2004, the study was focused on the biogeochemical variations of superficial water and porewater after introduction of freshwater into the mesocosm. The mesocosm has three experimental conditions; SW-M-T: maintaining the saline water of approximately 20 psu; FW-M-T: complete exchange of freshwater ul the mesocosm with continuous mixing of water column: FW-NM-T: complete exchange of saline water to freshwater in the mesocosm without mixing of water column. Mass extinction of benthic macrofauna appeared due to drastic decrease of porewater salinity from 20 psu to less than 10 psu between the 63th and 91st day of freshwater introduction in FW-M-T and FW-NM-T. Throughout the periods, 7/8 of bivalves and 2/3 of polychaete populations have been extinguished in the sediment. In FW-NM-T, as temperature rises, both evident decrease of DO in water column and active release of DIP from sediment were observed. ${NO_3}^-$ was removed from water column into sediment throughout the periods. Therefore extremely low ${NO_3}^-$ was found during late spring and summer. Whereas ${NH_4}^+$ exhibited only $1/2{\sim}1/8$ of ${NO_3}^-$ concentration. Unexpectedly even after mass extinction of benthic macrofauna, we were not able to find high ${NH_4}^+$. This mesocosm study suggests that when fresh water introduce to natural tidal flat, its sediment activity functions as a potential source of DIP, but a sink of ${NO_3}^-$.

메조코즘을 이용한 갯벌의 담수화과정 중 수질 변화

2004년 2월부터 8월까지 메조코즘을 이용하여 겟벌에 담수가 유입된 이후 갯벌 조간대에 조성된 인공방조제 내부 갯벌에서 일어나는 생지화학적 변화를 모의하였다. 이를 위해 먼저 세 개의 환경 조건을 조성하였으며, 이 중 두 환경은 담수를 유입하는 환경으로써, 교반 담수화 실험군(FW-M-T/C)과 미교반 담수 실험군(FW-NM-T/C)로_ 세분하였고, 나머지 하나는 해수 환경(SW-M-T/C)을 유지하였다. 초 봄에 교반 담수화 실험군과 미교반 담수 실험군(FW-NM-T)의 수주에 대하여 28일 만에 완전 담수화에 도달하였으며, 담수화 과정과 담수화 이후에 염분, 영양염 농도, 그리고 저서 생물의 종과 개체수 변화에 대해 지속적인 조사가 이루어졌다. 염분의 경우, 수층의 담수화속도에 비해 퇴적층의 공극수 내 염분 감소는 매우 느리게 진행되어 공극수 내 염분이 10 psu이하로 감소한 이후 5월 1일(담수 유입 63일 경과)과 5월 27일(91일 경과)사이에 저서 동물 생체량의 현저한 감소가 관찰되었는데, 주요 저서 동물인 이매패류는 $\frac{7}{8}$이 감소하였고, 다모류는 $\frac{2}{3}$가 감소하였다. 담수화로 인한 수질변화는 동절기에서 하절기로 계절이 바뀜에 따라 온도 상승에 의한 DO의 현저한 감소 현상이 관찰되었다. 이러한 현상은 교반 담수화 실험군 보다는, 특히 미교반 담수 실험군에서 더욱 뚜렷하게 나타났다. 또한 DIP의 경우도 여름철에 미교반 담수 실험군에서 훨씬 더 많은 양이 용출되었다. ${NO_3}^-$은 실험 전반에 걸쳐 수층에서 제거되는 것으로 나타났으며, 계절적으로는 늦은 봄부터 감소하기 시작하여 여름철에는 매우 낮은 농도 분포를 보였다. ${NH_4}^+$은 ${NO_3}^-$에 비해 실험 기간내내 매우 낮은 농도($\frac{1}{2}{\sim}\frac{1}{8}$이상)를 보였으며, 계절 변화에 따른 영향은 받지 않았다. 특히 완전 담수화 이후 해양 저서생물이 대량 폐사하면서 잠재적인 유기물 증가량이 많았던 늦봄과 그 이후의 여름철 동안에도 ${NH_4}^+$의 농도 증가 경향은 전혀 보이지 않았다. 실험 기간 동안 갯벌 퇴적물이 ${NO_3}^-$에 대해서는 제거지(sink)로써, 그리고 DIP에 대해서 잠재적인 공급원(source) 역할을 하고 있는 것으로 나타났다.