Denitrification Rates in Tributaries of the Han River in Relation to Landuse Patterns and Microtopology

Stream ecosystems carry out significant functions such as water purification, especially denitrification. However, rapid landuse change since industrialization has altered ecological functions of streams. In this study, we aimed to investigate denitrification rates and their determinant factors in streams with different landuse patterns, and how denitrification rates vary with microtopology within streams. Ten fifth streams of each landuse were selected, and each stream was divided into four microtopological sites within streams - riparian zone, subsoil, and both head and tail parts of sand bars. In situ denitrification rates and physicochemical properties of soil were examined. Denitrification rates of agricultural, urban, and forest streams were $289.62{\pm}70.69$, $157.01{\pm}37.06$, $31.38{\pm}18.65mg$ $N_2O-N\;m^{-2}\;d^{-1}$ respectively. There were no significant differences in denitrification rates depending on microtopology, but the rates in riparian zone were the highest, and the rates in the head parts of sandbars were lower than those of tail parts. The determinant factors for denitrification rates included water temperature, silt and clay contents of soil, inorganic nitrogen, and organic carbon, and these factors all showed positive correlations with denitrification rates. Through this study, we find that landuse pattern in watershed region affects denitrification rates that is one of considerable functions of streams. In addition, estimation of denitrification rates taking into account for microtopology would contribute to developing ecological management and restoration strategy of streams.

한강 지류 토지 이용 특성과 하천 내의 미지형에 따른 탈질량과 조절 인자

하천 생태계는 질소 제거를 포함해 수질 개선 등의 중요한 기능을 수행한다. 하지만 산업화 이후에 가속화된 토지이용특성 변화는 이와 같은 하천의 생태적 기능을 저하시키는 원인으로 작용한다. 본 연구에서는 하천주변의 토지이용특성과 각 하천의 미지형에 따른 하천의 탈질량 및 이의 조절인자에 대해 알아보고자 토지 이용 특성에 따라 한강의 5차 하천 10 곳을 선정하고 각 하천을 하변, 저토, 중간사주의 두부와 미부 네 개의 미지형으로 구분하여 현장 탈질량과 토양의 이화학적 특성을 분석하였다. 측정 결과 농경 하천, 도심 하천, 산림 하천에서의 탈질량은 각각 $289.62{\pm}70.69$, $157.01{\pm}37.06$, $31.38{\pm}18.65mg$ $N_2O-N\;m^{-2}\;d^{-1}$ 으로 나타났다. 미지형에 따라서는 유의한 차이를 보이지 않았으나 하변에서 가장 높고 중간사주 두부보다 미부에서 약간 높은 경향을 보였다. 탈질량을 결정하는 환경요인으로는 수온, 토양의 미사와 점토 함량, 무기 질소와 탄소원이 있었고, 이들 모두 탈질량과 양의 상관관계를 보였다. 본 연구를 통해 유역 내의 토지 이용특성이 하천의 중요한 기능 중 하나인 질소 제거능에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한 미지형간의 상관성을 고려하여 탈질량을 실측한 결과는 생태적 기능을 고려한 하천 관리 및 복원 연구에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.