• 한국해양학회지:바다
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• 제10권1호
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• pp.38-46
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• 2005

본 연구에서는 강화도 남단 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 황산염 환원력을 정량화하고 유기물 분해에 있어 황산염 환원의 상대적 중요성에 미치는 저서 동물의 잠재적 영향에 대해 토의하고자 하였다. 혐기성 유기물 분해능은 $26{\sim}85\;mmol\;C\;m^{-2}\;d^{-1}$비 범위로 조사되었고, 이를 강화도 남단의 갯벌 면적 (약 90 $km^2$)으로 환산하면 하루 동안 약 46 ton의 유기물이 분해되는 것이라 할 수 있다. 황산염 환원력은 $22.6{\sim}533.4\;nmol\;cm^{-3}\;d^{-1}$의 범위로 조사되었으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 $31{\sim}129%$를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 연구지역에서의 혐기성 유기물 분해가 황산염 환원에 의해 주도되고 있음을 의미한다. 한편, 10월에 혐기성 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지하는 비중이 상대적으로 낮게 나타난 반면, 공극수 내 Fe(II)의 농도가 증가한 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 대형 저서 동물 활동에 의해 Fe(II)의 재산화가 촉진됨으로써 공극수 내 Fe(III)의 공급이 원활해졌고, 그로 인해 유기물 분해과정에서 철 환원 작용이 황산염 환원 작용을 약화시켰음을 의미한다.

• 한국습지학회지
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• 제6권1호
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• pp.117-132
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• 2004

갯벌이나 연안습지의 생태구조 및 생지화학적 물질 순환을 이해하기 위해서는 유기물 분해기능 평가 및 분해경로에 대한 연구가 필수적으로 진행되어야 함에도 불구하고 국내에는 이에 대한 연구가 거의 없다. 본 논문에서는 하계 강화도 남단의 갯벌에서 미생물에 의한 혐기성 유기물 분해정도를 파악하고, 황산염 환원을 통한 유기물 분해경로의 정량적 중요성을 평가하고자 하였다. 유기물 분해율은 깊이 6 cm 이내에서 $41.9{\sim}89.4mmol\;m^{-2}d^{-1}$의 범위로 나타났으며, 이를 강화도 갯벌의 전체 면적(약 $300km^2$)으로 환산할 경우, 하루에 216 ton의 유기물이 혐기적 과정을 통해 분해되는 것으로 계산되었다. 이러한 결과는 하구갯벌인 강화도 갯벌의 유기물 분해능이 생산력이 높은 염습지의 유기물 분해능에 비해 결코 뒤지지 않음을 보여주는 결과이다. 한편, 인위적으로 유기물(acetate)을 공급하였을 경우 유기물 분해율이 약 2배~5배의 증가율을 나타냈다. 이러한 결과는 미생물의 유기물 분해가 이용 가능한 유기물의 공급 부족에 의해 제한되고 있음을 의미한다. 한편 깊이 6 cm 이내에서 적분한 황산염 환원율은 $20.7{\sim}45.1mmol\;SO{_4}^{2-}m^{-2}d^{-1}$의 범위로 나타났으며, 전체 혐기성 유기물 분해의 대부분을 차지하였다. 이러한 연구결과는 황산염 환원력의 과도한 증대가 향후 갯벌 주변 생태계의 생물 다양성 감소로 이어질 수 있음을 시사하는 것이다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제10권3호
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• pp.145-153
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• 2005

산소가 고갈된 혐기성 환경의 유기물 분해 및 물질순환에서 철 환원반응의 생태/환경적 중요성에 대해 고찰하였다. 다양한 해양환경에서 유기물 분해 시 철 환원이 차지하는 중요성은 미약한 수준에서 거의 $100\%$에 이르기까지 그 범위가 극단적으로 다양하게 나타났다. 일반적으로 철 환원은 Fe(III)의 농도가 높은 곳에서 황산염 환원보다 중요한 유기물 분해 경로로 나타나, 유기물 분해에서 철 환원의 중요성은 철 환원세균이 이용 가능한 Fe(III)의 공급정도에 의해 결정되는 것으로 인식되었다. 산소공급이 미약한 연안혐기성 퇴적토 내에서 Fe(III)의 공급은: (1)조석에 의한 퇴적물 내 공극수의 교환(tidal flushing): (2)저서동물에 의한 생물교란: (3)식생의 유무에 따른 퇴적물의 산화/환원 상태의 변화 등에 의해 주로 영향을 받는 것으로 나타났다 철 환원세균에 의한 유기물 분해 및 다양한 금속원소의 전환기능을 이용한 특정 유기오염원과 금속오염원의 생물정화는 우리나라와 같이 부영양화된 연안생태환경의 개선 및 독성 유t무기 오염원의 생물정화 등 연안역의 환경친화적 관리가 절실히 요구되는 환경에서 생태/환경공학 분야의 유용한 해결수단으로 간주된다.

• Environmental Engineering Research
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• 제22권4호
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• pp.347-355
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• 2017

This study investigated how the combined changes in environmental conditions and nitrogen (N) deposition influence the mineralization processes and carbon (C) dynamics of wetland soil. For this objective, we conducted a growth chamber experiment to examine the effects of combined changes in environmental conditions and N deposition on the anaerobic decomposition of organic carbon and the emission of greenhouse gases from wetland soil. A chamber with elevated $CO_2$ and temperature showed almost twice the reduction of total decomposition rate compared to the chamber with ambient atmospheric conditions. In addition, $CO_2$ fluxes decreased during the incubation under the conditions of ambient $CO_2$ and temperature. The decrease in anaerobic microbial metabolism resulted from the presence of vegetation, which influences the litter quality of soils. This can be supported by the increase in C/N ratio over the experimental duration. Principle component analysis results demonstrated the opposite locations of loadings for the cases at the initial time and after three months of incubation, which indicates a reduction in the decomposition rate and an increasing C/N ratio during the incubation. From the distribution between the decomposition rate and gas fluxes, we concluded that anaerobic decomposition rates do not have a significantly positive relationship with the fluxes of greenhouse gas emissions from the soil.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제37권3호
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• pp.139-145
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• 2014

Denitrification permanently removes nitrate from aquatic ecosystems, so construction of denitrification walls to enhance denitrification activity is often suggested to reduce the nitrate levels from tributary ecosystems. However, little information is available to guide the choice of appropriate organic materials for increasing denitrification rates in the walls. This study investigated how differences in organic substrates originating from litter and organic materials affected denitrification and carbon mineralization rates in riparian sediments. Potential denitrification rates were highest in riparian sediments that contained large quantities of extractable organic carbon (Ext. Org C) and that had high anaerobic carbon mineralization rates, but they were negatively correlated with C:N ratios. Therefore, this research suggested that the both carbon quantity and quality should be considered when assessing the efficiency of organic substrates to remove nitrate from tributary ecosystems.

• 한국토양비료학회지
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• 제49권6호
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• pp.712-719
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• 2016

Understanding N mineralization dynamics in soil is essential for efficient nutrient management. An anaerobic incubation experiment was conducted to examine N mineralization potential and N mineralization rate of the organic amendments with different C:N ratio in paddy soil. Inorganic N in the soil sample was measured periodically under three temperature conditions ($20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $30^{\circ}C$) for 90 days. N mineralization was accelerated as the temperature rises by approximately $10%^{\circ}C^{-1}$ in average. Negative correlation ($R^2=0.707$) was observed between soil inorganic N and C:N ratio, while total organic carbon extract ($R^2=0.947$) and microbial biomass C ($R^2=0.824$) in the soil were positively related to C:N ratio. Single exponential model was applied for quantitative evaluation of N mineralization process. Model parameter for N mineralization rate, k, increased in proportion to temperature. N mineralization potential, $N_p$, was very different depending on C:N ratio of organic input. $N_p$ value decreased as C:N ratio increased, ranged from $74.3mg\;kg^{-1}$ in a low C:N ratio (12.0 in hairy vetch) to $15.1mg\;kg^{-1}$ in a high C:N ratio (78.2 in rice straw). This result indicated that the amount of inorganic N available for crop uptake can be predicted by temperature and C:N ratio of organic amendment. Consequently, it is suggested that the amount of organic fertilizer application in paddy soil would be determined based on temperature observations and C:N ratio, which represent the decomposition characteristics of organic amendments.

• Animal cells and systems
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• 제8권4호
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• pp.281-288
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• 2004

The change in relationships between methane production and sulfate reduction was investigated in reclaimed rice field soils at different time points after reclamation of tidal flat in Korea. Sulfate concentrations of soils in the ca. 60-year-old and 26-year-old reclaimed rice fields were much lower than that in a natural tidal flat. During 60 d of anaerobic incubation, total methane production and sulfate consumption of the soil slurries were 7.0 ${\mu}$mol $CH_4$/g and 8.2 ${\mu}$mol $SO_4^{2-}$/g in the 60-year-old rice field, 5.6 ${\mu}$mol $CH_4$/g and 12.7 mmol $SO_4^{2-}$/g in the 26-year-old rice field, and ca. 0 mmol $CH_4$/g and 22.4 ${\mu}$mol $SO_4^{2-}$/g in a natural tidal flat. Relative percent electron flow through sulfate reduction in the 60-year-old rice field was much lower (50.8%) compared with the 26-year-old rice field (69.3%) and the tidal flat (99.9%). The addition of an inhibitor of methanogenesis (2-bromoethanesulfonate) had no effect on sulfate reduction in the soil slurries of the reclaimed rice fields. However, instant stimulation of methane production was achieved with addition of an inhibitor of sulfate reduction (molybdate) in the soil slurries from the 26-year-old reclaimed rice field. The specific inhibitor experiments suggest that the relationship of methanogenesis and sulfate reduction might become mutually exclusive or syntrophic depending on sulfate content in the soil after reclamation. Sulfate, thus sulfate reduction activity of sulfate-reducing bacteria, would be an important environmental factor that inhibits methane production and determines the major pathway of electron and carbon flow in anaerobic carbon mineralization of reclaimed rice field soils.

• 한국해양학회지:바다
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• 제26권2호
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• pp.110-123
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• 2021

시화호 인근 연안 퇴적물에서 유기물 분해 특성, 퇴적물로부터의 영양염 용출 및 주요 조절요인을 파악하기 위해 공극수와 퇴적물 내 지화학 성분, 혐기성 유기물 분해율, 황산염 환원율 및 저층 영양염 용출률을 측정하였다. 연구정점은 소래포구 인근 정점(E0), 송도갯벌 정점(E1), 오이도 선착장 부근 정점(E3), 시화 조력발전소 수문 앞 정점(E5)으로 선정하였다. 유기탄소와 공극수 내 암모니아, 인산염 농도는 정점 E0에서 가장 높게 나타났으며, 외측 해역(정점 E1, E3, E5)으로 갈수록 점진적으로 감소하였다. 혐기성 유기물 분해율과 황산염 환원율은 정점 E0에서 각각 260.6 mmol C m^-2 d^-1와 91.4 mmol S m^-2 d^-1로 외측 정점들보다 각각 4-9배, 6-54배 높게 나타났다. 혐기성 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지하는 비율은 정점 E3, E5에서 11-23%로 미미한 것으로 나타났으나, 정점 E0, E1에서는 47-70%로 황산염 환원에 의해 혐기성 유기물 분해가 주도되는 것으로 나타났다. 또한, 혐기성 유기물 분해율과 황산염 환원율은 용존 유기탄소와 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다(r² = 0.795, 0.777). 한편, 정점 E0, E1, E3에서 퇴적물로부터 용출된 무기질소와 무기인은 각각 일차생산자가 요구하는 무기질소와 무기인의 120-510%와 26-178%를 공급하는 것으로 나타났다. 이상의 결과들은, 시화호 인근 연안 퇴적물 내 유기물 분해는 이용 가능한 용존 유기탄소의 공급에 의해 조절되고 있으며, 과도한 유기물 분해는 저층 영양염 용출을 촉진시켜 부영양화를 야기할 수 있음을 의미한다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권10호
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• pp.1052-1057
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• 2005

본 연구에서는 오존분해 된 슬러지를 인 방출을 위한 외부 탄소원으로 사용하기 적절한지 평가하기 위하여 오존 주입량 변화에 따라 오존분해된 슬러지의 성상변화와 함께 인 방출 실험 및 VFA(Volatile Fatty Acid) 생성량을 살펴보았다. 슬러지를 오존 주입량 0.5 g $O_3/g$ SS로 분해했을 경우 TCOD(Total Chemical Oxygen Demand)와 TSS(Total Suspended Solid)는 오존분해 전 7050, 4900 mg/L에서 5850, 2867 mg/L로 각각 17, 41% 감소하였다. 또한, pH는 6.6에서 3.8로 감소하였고, SCOD(Soluble Chemical Oxygen Demand)는 38.7 mg/L에서 2760 mg/L로 약 70배 증가함을 보였다. 오존 분해에 의해 acetic acid와 같은 VFA도 새로이 생성됨을 확인하였다. Acetic acid의 경우 0.05 g $O_3/g$ SS로 분해된 슬러지에서 50.24 mg/L가 생성되었으며, 0.5 g $O_3/g$ SS로 분해된 슬러지의 경우는 123.56 mg/L로 증가되었다. 그러나 혐기성 소화에 의한 VFA의 증가량은 0.05 g $O_3/g$ SS로 분해된 슬러지에서 Acetic acid가 50.24 mg/L에서 219.28 mg/L로 가장 많이 증가되었다. 또한 낮은 오존 주입량(0.05, 01 g $O_3/g$ SS)으로 분해된 슬러지에서 관찰되지 않았던 Propionic acid는 46 mg/L가 새로이 증가하였다. 그 외 혐기성 소화로 인해 n-Butyric Acid, Propionic Acid, n-Butyric Acid, Isovaleric Acid, Valleric Acid의 농도도 증가하였다. 오존 주입량에 따라 SCOD, VFA의 농도는 증가하지만 인 방출 속도 및 경제성을 고려하여 적정 오존 주입 농도는 0.05-0.1 g $O_3/g$ SS로 조사되었다.

• 한국습지학회지
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• 제9권1호
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• pp.1-11
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• 2007

본 연구에서는 상대적으로 정체된 환경인 시화 인공습지와 조석에 의한 흐름이 존재하는 강화도 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 분해경로 중 황산염 환원과 철 환원의 상대적 중요성에 대해 비교하고, 조절요인으로서 퇴적물 상층수 흐름의 중요성을 토의하였다. 퇴적토 상층수의 흐름이 존재하지 않는 시화 인공습지의 공극수에서 $CO_2$, $NH_4{^+}$, 및 $H_2S$의 농도가 강화도 갯벌에 비해 각각 3 배, 20 배 및 3배 높은 것으로 나타났다. 또한 퇴적물의 산화-환원의 정도를 알 수 있는 Fe(III)와 총 환원된 황의 농도 비는 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 12배 이상 높은 값을 나타내어 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 상대적으로 산화된 상태인 것을 알 수 있었다. 혐기성 유기물 분해능은 강화도 갯벌 ($0.039mM\;C\;h{-1}$)이 시화 인공습지 ($0.0001mM\;C\;h{-1}$) 보다 약 390배 높은 값을 보이고 있다. 유기물 분해경로에서 황산염 환원력은 시화인공습지 ($314{\sim}580nmol\;cm^{-3}\; d{-1}$)가 담수습지임에도 불구하고 강화도 갯벌 ($2{\sim}769nmol\;cm^{-3}\; d{-1}$)과 같은 높은 값을 나타낸 반면, 철 환원력은 강화도 갯벌 ($0.1368{\mu}mol\;cm^{-3}\;d{-1}$)이 시화 인공습지 ($0.087{\mu}mol\;cm^{-3}\;d{-1}$) 보다 약 1.7배 높은 값을 보였다. 이러한 결과들은 시화 인공습지에서는 전자수용체가 적절히 공급되지 못하고 있음을 나타내며, 이의 개선을 위해서는 강화도 갯벌의 조석과 같은 상층수의 흐름을 조절하는 것이 필수적인 사항으로 인식되었다.