To identify the inflow and outflow characteristics of allchthonous organic matters and examine the change of allochthonous organic matter load pattern due to the climate change, we investigated the temporal variations of DOC and POC concentrations within inflow water and dam discharge water and spatio-temporal distribution of POM within the lake water in Lake Soyang which is the largest dam reservoir in Korea in 2006. Most of allochthonous DOC flowed into the lake water during initial rain and was not affected by the amount of precipitation, whereas most of allochthonous POC flowed into during concentrated heavy rain and the concentration of POC was significantly associated with the amount of inflow water and precipitation. Calculated annual allochthonous organic matter loads in Lake Soyang from 2003 to 2006 using the regression equation between the amount of inflow water and the concentration of POC indicate allochthonous organic matter loads are mainly affected by total influx and extreme influx of inflow water. The spatio-temporal distribution of POM indicated allochthonous organic matter of inflow river during flood period in July transported from upper part to middle and lower part of the lake a month later respectively along the middle layer of water column in Lake Soyang.
Organic matters budget in Lake Hoengseong were monthly investigated from April 2009 to November 2009. The intense rainfall occurred at between July and August and the hydrological factors were highly varied during the rainfall season. By the concentrated rainfall, the elevation, influx and efflux were sharply increased and the turbid water was also flowed into the middle water column in Lake. The inflow of turbid water increased the nutrient concentrations in water body and this appears to stimulate of phytoplankton regard as the primary productivity of influx of organic matter. Monthly average concentration of dissolved organic carbon (DOC) was generally higher than the particulate organic carbon (POC) concentration in Lake, but Temporal and spatial variation of POC concentration was higher than DOC and the maximum POC concentration was recorded in surface water in August, had the highest phytoplankton biomass. Organic carbon concentration in inflow site was rarely changed during the dry season, but the concentration was rapidly increased by the initial intense rainfall. In organic matters budget, the most of the organic matters was inflowed from the inflow site at rainfall season. Especially, the influx of allochthonous organic matters during the intense rainfall was 72.4% in the total influx organic matters.
Changes of organic carbon after the entrance into dam reservoirs were investigated using water samples collected in May, September, and October in 2010 from the inflow sites and the outlets of four selected dam reservoirs-Soyang, Chungju, Chungju regulation, and Uiam. Increase of refractory dissolved organic carbon (R-DOC) was observed only for large dam reservoirs with long residence times whereas the trend was not found for relatively small reservoirs. The effects of residence times on organic carbon changes were further confirmed by significant positive correlations between monthly residence times and the relative increase of either dissolved organic carbon (DOC) or R-DOC concentrations. Comparison of spectroscopic characteristics of DOC revealed that the changes in the large reservoirs in May might result from in-lake processes. The inflow of terrestrial sources of DOM during storms appears to largely affect the DOC quality of the large reservoirs for the rest of the sampling periods. The mechanism, however, did not fully explain the behaviors of DOC for the small sized reservoirs. Our combined results suggested that both residence time and the input of allochthonous carbon sources might substantially influence the quantity of DOC as well as its quality in dam reservoirs.
Dam reservoirs play a particularly crucial role in processing the allochthonous and the autochthonous dissolved (DOC) and the particulate (POC) organic carbon and in the budget of global carbon cycle. However, the complex physical and biogeochemical processes make it difficult to capture the temporal and spatial dynamics of the DOC and the POC in reservoirs. The purpose of this study was to simulate the dynamics of the DOC and the POC in Daecheong Reservoir using the 3-D hydrodynamics and water quality model (AEM3D), and to quantify the mass balance through the source and sink fluxes analysis. The AEM3D model was calibrated using field data collected in 2017 and showed reasonable performance in the water temperature and the water quality simulations. The results showed that the allochthonous and autochthonous proportions of the annual total organic carbon (TOC) loads in the reservoir were 55.5% and 44.5%, respectively. In season, the allochthonous loading was the highest (72.7%) in summer, while in autumn, the autochthonous loading was the majority (77.1%) because of the basal metabolism of the phytoplankton. The amount of the DOC discharged to downstream of the dam was similar to the allochthonous load into the reservoir. However, the POC was removed by approximately 96.6% in the reservoir mainly by the sedimentation. The POC sedimentation flux was 36.21 g-C/㎡/yr. In terms of space, the contribution rate of the autochthonous organic carbon loading was high in order of the riverine zone, the transitional zone, and the lacustrine zone. The results of the study provide important information on the TOC management in the watersheds with extensive stagnant water, such as dam reservoirs and weir pools.
The characteristics and behavior of dissolved organic matter (DOM) were determined by analyzing the molecular weight fractions and fluorescence properties of water samples in the downstream Nakdong River. Biogeochemical water quality parameters and fluorescent dissolved organic matter (FDOM) were analyzed at five sampling points in the downstream area of the Nakdong River January-August 2019. The molecular weight fractions of the DOM were separated by the Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection (LC-OCD). The DOM predominantly comprised humic substances, followed by the building blocks, low molecular weight neutrals and biopolymers. The hydrophobic (aromatic) and hydrophilic properties were shown as coexisting, as most of the SUVA254nm values were under four. The FDOM was characterized as humic-like (FDOMH) with allochthonous origin and protein-like (FDOMP) with autochthonous origin; the FDOMH with autochthonous origin was also identified. The FDOMH relies on the aromaticity of the allochthonous organic matter and increases during summer. The FDOMH and FDOMP, which depend on the biodegradable dissolved organic matter from phytoplankton, were highly fluorescent in winter. The allochthonous organic matter was the dominant factor contributing to the behavior of the DOM, externally introduced to the river by rainfall. The FDOM only minimally contributed to the behavior of the DOM. It can be explained as the seasonal characteristics of the DOM, varied by the source of the organic matter.
To understand the composition, quantity, and quality of Suspended Particulate Organic Matter (SPOM) in the Gangneung Namdae Stream, Korea, we examined spatiotemporal variations in water temperature, salinity, chlorophlly a (Chl a), Particulate Organic Carbon (POC) and nitrogen (PON), and carbon stable isotope (δ13C) of SPOM at six stations in June (pre-monsoon), July (monsoon), and September (post-monsoon) 2017. With increasing precipitation, the average POC and C/N values increased significantly in July than in June. In September, the values decreased with decreasing precipitation. The δ13C values showed irregular spatiotemporal fluctuations among the stations and periods, thereby suggesting a greater contribution of autochthonous organic matter to the pool of SPOM than that of allochthonous organic matter derived from upstream. In addition, the large and irregular changes in POC, C/N ratio, C:Chl a, and δ13C compared to that of PON were observed for all periods among the stations, indicating a serial discontinuity of the stream. Our results suggest that the Gangneung Namdae Stream is significantly influenced by the increase in freshwater discharge caused by heavy rainfalls during the summer monsoon and post-monsoon periods.
Carbon biomass of plankton community, Total Organic Carbon (TOC) and Chlorophyll a (chl.a) concentration were examined in the SeoNakdong river from January to December in 2014, to assess composition of phyto- and zoo-plankton variation, to certify the correlation between chl.a and TOC and to determine the level of contribution of plankton carbon content to TOC in the reservoir-river ecosystem. The correlation level between TOC and chl.a was low in the year 2014 but exceptionally was highly correlated only during the period with cyanobacterial bloom. The high level of contribution of plankton carbon content to TOC was attributed to cyanobacterial carbon biomass from May to November and to Cladocera carbon biomass from March to May, November and December despite of its low abundance. These results suggest that there were inter-relationships between phytoplankton, zooplankton and TOC and also subtle consistency of their properties through the year. These patterns should be discussed in relation to the physiochemical and biological characteristics of the environment, as well as to allochthonous organic matters from non-point pollution sources.
수심이 얕고 부영양화 특성이 강한 신구저수지에서는 강우시기에 집중 호우등으로 인하여 유입수로를 통하여 외부기원 유기물이 유입되는 경향이 있다. 이러한 외부기원 유기물은 환경변화(탁도, 수온약층, POC/PN), 입자성 유기물의 ${\delta}^{13}C$ 및 ${\delta}^{15}N$ 값으로 특성 지어진다. 동물플랑크톤의 경우, 강우기 이전에는 내부기원 유기물을 먹이원으로 하는 것으로 여겨지나 강우기 이후에는 내부기원 유기물 이외에 외부에서 유입된 외부기원 유기물을 섭식하고 있는 것으로 나타나고 있다. 특히 B. longirostris이 다른 동물플랑크톤 (D. brachyurum, D. thmoasi)에 비하여 기원이 다른 입자성 유기물을 섭식하고 있음을 시사하고 있다. 이러한 변화는 상위섭식자인 어류의 먹이원 변화를 야기하며, Z. platupus은 내부기원 유기물 혹은 이를 먹이원으로 하는 하위 소비자를 섭식하지만, C. carpio와 P. parva은 강우기 이후에는 외부기원 유기물 혹은 이를 먹이원으로 하는 하위 소비자를 섭식하는 것으로 여겨진다. 수심이 얕고 유입 수로가 존재하는 농업용 저수지의 경우에는 강우 후 외부기원 유기물이 수생태계 에너지 흐름에 크게 영향을 주는 것으로 사료된다.
수도권의 중심부를 가로지르는 한강의 하류수역은 조수의 영향을 받을 수 있는 하구의 상단부에 위치해 있다. 한강 하류수역은 한강종합개발사업의 일환으로 이루어진 준설과 수중보 건설에 의해서 강물이 정체되었으며, 또한 지천으로부터 유입되는 많은 오염물질에 의해서 식물플랑크톤의 대량 발생을 촉진할 수 있는 환경으로 변화되었다. 본 연구에서는 부영양한 한강 하류수역에서 식물플랑크톤의 1차생산을 측정하였으며, 더불어 내부생성유기물과 외부기원유기물을 산정하였다. 1차생산력은 C-14 uptake법과 P-I 모델법으로 측정하였다. 1차생산력의 범위는 $140{\sim}4,890\;mgC\;m^{-2}\;d^{-1}$ (중앙값 $1,865\;mgC\;m^{-2}\;d^{-1}$)이었으며, 국내의 부영양한 호수와 유사한 수준이었다. 식물플랑크톤의 생물량 변동은 봄철에 최대치를 보였으며, 유량의 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 외부기원유기물은 여름철 흥수기를 제외한 연중 내내 지천을 통하여 유입되는 오염물질에 의해서 좌우되었다. 총 유기물 부하량에 대하여 식물플랑크톤의 1차생산이 차지하는 기여도는 40.9%로서, 유수 생태계로서는 높은 수준이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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