• Mass Spectrometry Letters
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• 제12권4호
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• pp.192-199
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• 2021

Alpine glaciers harbor a large quantity of bio-labile dissolved organic matter (DOM), which plays a pivotal role in global carbon cycling as glacial-fed streams are headwaters of numerous large rivers. To understand the complexity, origin, and fate of DOM in glaciers and downstream-linked streams and lakes, we elucidated the molecular composition of DOM in two different Tibetan Plateau glaciers, eight glacial-fed streams and five lakes, using an ultrahigh-resolution 15 Tesla Fourier transform ion cyclotron resonance (FT-ICR) mass spectrometer. The compositional changes of the DOM samples revealed that glacier DOM mostly exhibited sulfur-containing organic compounds (CHOS species). We also found that aliphatic formulae contributed more than 50% of the total abundance of assigned molecules in glacier samples, and those compounds were significantly related to CHOS species. The CHO proportions of glacial-fed streams and lakes samples increased with increasing distance from glacial terminals. The relative contribution of terrestrial-derived organics (i.e., lignins and tannins) declined while microbial-originated organics (aliphatics) increased with increasing elevation. This suggested the gradual input of allochthonous materials from non-glacial environment and the degradation of microbe-derived compounds along lower elevations. Alpine glaciers are retreating as a result of climate change and they nourished numerous streams, rivers, and downstream-linked lakes. Therefore, the interpretations of the detailed molecular changes in glacier ice, glacial-fed streams, and alpine lakes on the Tibetan Plateau could provide broad insights for understanding the biogeochemical cycling of glacial DOM and assessing how the nature of DOM impacts fluvial ecosystems.

• Journal of the korean society of oceanography
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• 제32권3호
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• pp.156-161
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• 1997

The biogeochemical cycle of silver has rarely been reviewed, even though the silver ion (Ag$^{\times}$) is extremly toxic to some organisms. Its concentration is still rising sharply because of increased anthropogenic activity, specifically the discharge from the film industry (mainly, silver thiosulfate: Ag (S$_2$O$_3$)${^3-}_2$). Recently, a number of researchers have quantified the major fluxes and reservoirs of silver in the open ocean, bays, and estuaries. A review of the available information for Ag cycling in the open ocean shows that the riverine input (from human activity and weathering processes: 7${\times}$10$^6$ kg/yr and 5${\times}$10$^6$ kg/yr, respectively) is the dominant source of Ag to estuarine and coastal regions. Most of the silver (90% of riverine input silver) is removed in coastal sediments by the physical-chemical character of silver due to its high partitioning with particulate matter. On the other hand, in the open ocean the atmospheric input (wet and dry deposition: 1.48${\times}$10$^6$ kg/yr and 1.94${\times}$ 10$^5$ kg/yr, respectively) becomes more important as a source of silver than riverine input. The residence time of silver calculated from available data is 1250 yrs in the deep ocean below 500 m, but only 3 yrs in the surface ocean.

• 한국물환경학회지
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• 제26권1호
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• pp.133-139
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• 2010

Global human activities associated with the use of fossil fuels have aggravated climate change, increasing air temperature. Consequently, climate change has the potential to alter surface water temperature with significant impacts on biogeochemical cycling and ecosystems in natural water body. In this study, we examined temporal trends on historical records of surface water temperature, and investigated the air temperature/water temperature relationship and the potential water temperature change from an air temperature scenario developed with regional climate model. Although the temporal trends of water temperature are highly variable site-by-site, surface water temperature was highly dependent on air temperature, and has increased significantly in some sub-watersheds over the last two decades. The results presented here demonstrate that water temperature changes are expected to be slightly higher in river system than reservoir systems and more significant during winter than summer for both river and reservoir system. Projected change of surface water temperature will likely increase $1.06^{\circ}C$ for rivers and $0.95^{\circ}C$ for reservoirs during the period 2008 to 2050. Given the potential climatic changes, every $1^{\circ}C$ increase in water temperature could cause dissolved oxygen levels to fall every 0.206 ppm.

• 한국해양학회지:바다
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• 제9권4호
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• pp.179-195
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• 2004

국립수산과학원에서 수행한 국가해양환경측정망 운영 결과 중 생지화학적 자료를 이용하여 (1997∼2002, 6년간) 한국 남해 연안의 영양상태를 평가하였다. 비행열 다차원 척도법 분석결과로 남해연안은 3개의 영양 상태로 구분되었다. 빈산소 수괴가 형성되며 용존성 무기질소와 인농도가 매우 높은 마산만은 과영양 상태였으며, 강한 점원 오염원이 있는 울산만, 온산만, 부산 연안, 진해만은 부영양 상태로 추정되었다. 그리고 그 외 여수, 통영 , 목포 주변 연안과 제주도 연안은 중영양 상태로 나타났다. 실측 용존무기질소와 Redfield 비로 보정된 이론적 용존무기질소의 차이인 과잉 질소의 6년간 평균은 오염된 하천이 유입되는 울산, 온산, 부산 연안에서 큰 양의 값을 보였고 행암, 광양, 여수 연안이 음의 값을 나타내어 기초생산자의 성장 제한 물질이 서로 다르게 작용할 수 있음을 시사하고 있다. 또한 과잉 용존무기질소는 시계열 분석 결과 과-부영양화된 해역에서 점차 감소하였으나 중영양 해역은 점차 증가하고 있어 해역의 영양상태에 따라 질소 대 인의 비가 변화하고 있었다. 과-부영양화의 진행에 따른 저층 퇴적물의 유기물 오염은 질소와 인의 생지화학적 순환을 교란시킬 것으로 예상되며, 향후 더욱 정확한 연안 환경영향을 파악하기 위해서는 저층 경계면의 연구가 반드시 포함되어야 할 것으로 판단된다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제41권9호
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• pp.271-280
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• 2017

Background: Soil microorganisms play key roles in nutrient cycling and are distributed throughout the soil profile. Currently, there is little information about the characteristics of the microbial communities along the soil depth because most studies focus on microorganisms inhabiting the soil surface. To better understand the functions and composition of microbial communities and the biogeochemical factors that shape them at different soil depths, we analyzed microbial activities and bacterial and fungal community composition in soils up to a 120 cm depth at a fallow field located in central Korea. To examine the vertical difference of microbial activities and community composition, ${\beta}$-1,4-glucosidase, cellobiohydrolase, ${\beta}$-1,4-xylosidase, ${\beta}$-1,4-N-acetylglucosaminidase, and acid phosphatase activities were analyzed and barcoded pyrosequencing of 16S rRNA genes (bacteria) and internal transcribed spacer region (fungi) was conducted. Results: The activity of all the soil enzymes analyzed, along with soil C concentration, declined with soil depth. For example, acid phosphatase activity was $125.9({\pm}5.7({\pm}1SE))$, $30.9({\pm}0.9)$, $15.7({\pm}0.6)$, $6.7({\pm}0.9)$, and $3.3({\pm}0.3)nmol\;g^{-1}\;h^{-1}$ at 0-15, 15-30, 30-60, 60-90, and 90-120 cm soil depths, respectively. Among the bacterial groups, the abundance of Proteobacteria (38.5, 23.2, 23.3, 26.1, and 17.5% at 0-15, 15-30, 30-60, 60-90, and 90-120 cm soil depths, respectively) and Firmicutes (12.8, 11.3, 8.6, 4.3, and 0.4% at 0-15, 15-30, 30-60, 60-90, and 90-120 cm soil depths, respectively) decreased with soil depth. On the other hand, the abundance of Ascomycota (51.2, 48.6, 65.7, 46.1, and 45.7% at 15, 30, 60, 90, and 120 cm depths, respectively), a dominant fungal group at this site, showed no clear trend along the soil profile. Conclusions: Our results show that soil C availability can determine soil enzyme activity at different soil depths and that bacterial communities have a clear trend along the soil depth at this study site. These metagenomics studies, along with other studies on microbial functions, are expected to enhance our understanding on the complexity of soil microbial communities and their relationship with biogeochemical factors.

• 인간식물환경학회지
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• 제23권4호
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• pp.399-410
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• 2020

The United Nations project the world population to reach 10 billion by the year 2057. To increase the food of the ever-increasing world population, agrochemicals are indispensable tools to the boon in agriculture production. These agrochemicals are a serious threat to the health of humans, plants, and animals. Agrochemicals are ultimately reached to the main reservoir/sink such as soil and contaminating the groundwater, disturb the soil health and in turn a serious threat to biogeochemical cycling and the entire biosphere. Among agrochemicals, quinalphosis one of the most repeatedly and widely used insecticides in the control of a wide range of pests that attack various crops. Quinalphos is shown to be primarily toxic in organisms by acetylcholinesterase enzyme action. Hydrolysis of quinalphos produces amajor metabolite 2-hydroxyquinoxaline (2-HQ), which has shown secondary toxicity in organisms. 2-HQ is reported to be mutagenic, carcinogenic, growth inhibition and induce oxidative stress in organisms. Quinoline is a heterocyclic compound and structural resemblance of 2-HQ with minor changes, but its degradation studies are enormous compared to the 2-HQ compound. Biotic factors in fate and behavior of 2-HQ in the environment are least studied. 2-HQ interactions with soil enzymes are vary from soil to soil. Based on the toxicity of 2-HQ in our stockpile we need to isolate a handful of microorganisms to treat this persistent metabolite and also other metabolites/compounds.This brief review will be significant from the point of biological and environmental safety.

• 한국광물학회지
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• 제20권4호
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• pp.357-366
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• 2007

갯벌 퇴적물에서 분리한 미생물(Haejae-1)을 이용하여 혐기성 및 호기성 조건 하에서 신예미 자철광으로부터 철 침출 및 침출된 철의 생광화작용에 따른 2차 광물의 형성을 연구하였다. 침출에 사용한 미생물은 Haejae-1 (Shewanella sp.)을 이용하였으며 자철광(자철광 : 미생물 성장 배지 = 100 : 1)과 글루코스(10 mM)를 주입한 후 호기성과 혐기성 조건하에서 1개월간 상온에서 실험을 실시하였다. 미생물의 성장 동안 자철광으로부터 침출된 철과 망간의 농도를 ICP-AES를 이용하여 분석하였다. 미생물의 성장과 철의 침출기간 동안 미생물 성장 배지의 열역학적 조건 변화를 알아보기 위하여 미생물 성장 배지의 Eh와 pH를 혐기성 조건하에서 측정하였다. 자철광으로부터 미생물의 성장과 철의 침출, 그리고 자철광의 광물조성 변화 및 2차 광물의 형성을 알아보기 위하여 핀-선 회절분석(XRD), 그리고 SEM-EDX 분석을 실시하였다. XRD 분석결과에 따르면 신예미 자철광의 주 구성광물은 자철석으로 이루어져 있었다. 자철석이 주 구성광물인 신예미 자철광을 이용하여 1개월 동안 미생물에 의한 금속이온의 침출 실험을 실시한 후 호기성에서 15 mg/L의 철(total Fe)과 3.41 mg/L의 망간이 침출 되었으며, 혐기성에서는 32.8 mg/L의 철(total Fe)과 5.23 mg/L의 망간이 침출되었다. 이는 철 환원 미생물이 활동하였기 때문으로 사료된다. 호기성과 혐기성에서의 미생물의 활동에 따른 pH와 Eh의 변화를 측정한 결과, 호기성 조건 하에서는 Eh는 +144.9 mV에서 -331.7 mV로 변화되었으며 pH는 8.3 에서 7.2로 감소하였다. 혐기성 조건하에서 Eh는 -2.3 mV에서 -494.6 mV로 변화되었으며 pH는 8.2에서 7.0으로 감소하였다. Eh의 변화는 미생물에 위한 글루코스의 산화에 따른 전자의 방출에 따른 결과로 사료되며, pH의 감소는 글루코스의 산화에 따른 유기산의 생성에 기인한 것으로 사료된다.

• 생태와환경
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• 제56권4호
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• pp.339-347
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• 2023

본 연구는 TOC/TN-IRMS를 이용하여 총 유기탄소 및 총 질소 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 수환경 중저농도 시료에서도 분석이 가능하게 시스템을 구축하였다. 수생태계로 유입되는 다양한 유기탄소 기원을 파악하기 위하여 형광지표와 δ¹³C-DOC 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이며, 추후 유역 오염원의 대표값(end member)의 지속적인 조사를 통하여 자료구축이 이루어져야 할 것이다.

• 미생물학회지
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• 제51권2호
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• pp.97-107
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• 2015

육상과 수계의 전이지대에 위치한 습지는 빈번한 침수, 육상생태계로부터의 영양염류의 유입, 수계와 토양에 적절하게 적응된 식생의 존재 및 토양 내 산소 결핍과 같은 독특한 특징을 가지고 있다. 이러한 생지화학적 특성과 독특한 식생의 존재는 유기물의 분해과정에 물리적 화학적 영향을 미치고 있는데, 특히 미생물에서 생산되는 체외효소 활성도는 유기물의 분해 과정과 관련을 맺고 있다. 체외효소는 고분자 유기물을 간단한 형태의 유기탄소, 무기 질소, 인, 황으로 분해하여 미생물과 식물이 용이하게 이들 영양물질을 흡수할 수 있도록 도움을 주기 때문에, 체외효소에 대한 연구는 습지 토양 내에서의 유기물 분해와 물질순환의 기작을 이해하는 데 필수적인 요소이다. 본 연구는 습지 토양 내 ${\beta}$-glucosidase, ${\beta}$-N-acetylglucosaminidase, phosphatase, arylsulfatase, phenol oxidase와 같은 체외 효소활성도에 영향을 미치는 물리적 생지화학적 요소가 무엇인지 문헌연구를 통하여 고찰하였다. 물리적 요소로써, pH와 유기물의 입자 크기는 체외효소 활성도에 크게 영향을 미치지 않았으나, 온도에 대한 영향은 미생물의 극한 온도에서의 적응성 정도에 따라 다양하게 나타났다. 화학적 요소로써, 탄소, 질소, 인의 첨가는 습지 토양의 영양상태, C:N 비율과 제한 요소, 및 체외효소의 종류에 따라 그 영향이 다양하게 발현되었다. 특히, 유기물의 기질 특성(Substrate quality)은 다른 어떤 요소보다도 체외효소 활성도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 연구 과제로써는 기후 변화와 질소 침적의 증가에 따른 효소 활성도의 변화 및 분자생물학적 접근을 통한 미생물 군집과 체외효소 기능간의 관계를 규명하는 연구가 필요하다. 또한, 습지 토양내 체외효소 활성도를 극대화 할 수 있는 환경을 조성함으로써, 앞으로 습지 토양이 오염물질을 제거하고 습지의 생태학적 기능을 최대화 할 수 있는 연구가 요구된다.