This paper describes the influence of nutrient salts eluted from the bottom of a closed water area where polluted sediment has been deposited by inflowing river water. The elution pattern was monitored at our experimental facility. Both the sediment pore water and water above the bottom were sampled using a dialyzer sampler (peeper). The pore water of the eutrophicated sediment contained a large amount of nutrient salts, and the effect of elution was confined to a limited area of the bottom surface. The nutrient concentration of the sediment pore water was closely related to both the water temperature and dissolved oxygen (DO) concentration. The eluted nutrients from the sediment provided a source for phytoplankton and algae growth. This experimental data indicated that the water quality of the surface was not directly connected to the eluted nutrient salts, while it was indirectly affected by the total ecosystem, including all the organisms within an area and their environment.
Sediment microcosm experiments were conducted for 14 and 28 days using Zn spiked sediment to examine the changing distribution of bioavailab1e sediment-bound Zn at different SEM (simultaneously extracted metal)-Zn/ AVS (acid volatile sulfide) mole ratios as a function of time and amphipod density. In surficial sediments (0-1cm), AVS concentrations significantly decreased due to bioturbation and oxidation, while SEM-Zn concentrations remained unchanged. As a result, SEM-Zn/AVS ratios in the surface sediment were greater one although the ratios were designed as less than one initially. With increasing SEM-Zn/AVS ratios in surficial sediments, concentrations of potentially bioavailable $MgCl_2$extractable-Zn, NaOAc extractable-Zn and pore water-Zn significantly increased, while concentrations of SEM-Zn were not significantly varied. Results suggested that as AVS concentrations decreased, AVS bound Zn was partitioned to other sediment fractions (i.e. $MgCl_2$ and NaOAc extractable) and the pore water, resulting in changes in Zn bioavailability in surficial sediments. Concentrations of AVS, SEM-Zn and pore water-Zn remained unchanged in the deeper layers (>1 cm) of the sediment.
A comparison of Daphnia magna, Ceriodaphnia dubia and Simocephalus mixtus toxicity test was performed to study the relative sensitivities and discrimination abilities with both pore and elutriate water of Woopo wetland sediments. Sediment risk assessment has been done by standardized preparation method of pore and elutriate water described in the joint US EPA-US Army Crops of Engineers manual. Simocephalus mixtus which was obtained from Woopo wetlands in Korea was cultured and applied to sediment toxicity test. Water quality in Woopo wetland had great site and seasonal variations. S. mixtus was more sensitive than D. magna in heavy metal toxicity test. The toxicity results with S. mixtus reflected the water quality of elutriate and pore water. The results also suggested that S. mixtus could be used as a test organism in estimating potential risk of contaminated sediments.
In this study, toxicity monitoring of sediments collected from 25 stations in the Geum river basin was conducted using Daphnia magna and Moina macrocopa. According to the results of acute toxicity tests (immobilization and mortality) of organic extracts of semdiments, Miho stream showed much less toxicity than Gap and Nonsan streams. In particular, significant toxicity was observed in both species for St.15 and St.16 sediment samples that passed through Deajeon city as a branch of Gap stream. For Nonsan stream, St.23 sediment showed high toxicity toward M. macrocopa. This site seemed to be affected by upper agricultural industrial complex. Additionally, M. macrocopa showed a higher sensitivity than D. magna for organic extracts of sediments. In the case of toxicity tests using sediment pore water and aqueous extracts, only pore water of St.27 sediment was toxic against D. magna. Toxicity identification evaluation showed that hydrogen sulfide was likely a major toxicant in the pore water.
Wetlands are generally thought to be among the most fertile and productive ecosystems of the world. They provide a variety of ecological functions to the landscape. In recent years there has been considerable research activity to generate more scientific documentation on the ecological functions of wetlands. Many pollutants released to the environment settle and accumulate in the silt and mud called sediment on the bottoms of wetlands. Contaminated sediment can cause adverse effects to aquatic organism and eventually to ecological system. Sediment toxicity test with water fleas has been done by standardized preparation method of pore and elutriate water methods described in the literature for the need to protect Woopo wetlands. The results of Daphnia magna, Ceridaphnia dubla and Simocephalus sp. toxicity test were compared and discussed in terms of the relative sensitivity and discrimination abilities with both pore and elutriate water obtained from the sediments of Woopo wetlands.
To examine temporal and spatial variation in salinity and nutrients in the shallow pore water of intertidal sandflats, we measured salinity and nutrient concentrations (dissolved inorganic nitrogen [DIN], phosphorus [DIP], and silicate [DSi]) in pore water of the intertidal zone along the coastline of Jeju Island at two and/or three month intervals from May 2009 to December 2010. Geochemical parameters (grain size, ignition loss [IL], chemical oxygen demand [COD], and acid volatile sulfur [AVS]) in sediment were also investigated. The surface sediments in intertidal sandflats of Jeju Island were mainly composed of sand, slightly gravelly sand and gravelly sand, with a range of mean grain size from 0.5 to 2.5 ${\O}$. Concentrations of IL and COD in sediment were higher along the eastern coast, as compared to the western coast, due to differences in biogenic sediment composition. Salinity and nutrient concentrations in pore water were markedly different across time and space during rainy seasons, whereas concentrations were temporally and spatially more stable during dry seasons. These results suggest that salinity and nutrient concentrations in pore water depend on the advective flow of fresh groundwater. We also observed an imbalance of the DIN/DIP ratio in pore water due to the influence of contaminated sources of DIN. In particular, nutrient concentrations during rainy and dry seasons were characterized by high DIN/DIP ratios (mean-127) and low DIN/DIP ratios (mean-10), respectively, relative to the Redfield ratio (16) in offshore seawater. Such an imbalance of DIN/DIP ratios in pore water can affect the coastal ecosystem and appears to cause outbreaks of benthic seaweed along the coastline of Jeju Island.
Chronic outbreaks of green tide in the Nakdong estuary toll a heavy socioeconomic cost. The paper investigates the influence of sediments on the nitrogen eutrophication, being claimed as the primary cause of green tide. To measure the flux of nitrate at the sediments-water interface, sediment cores were taken in Jan., Mar., May and Sep., 2000 at Noksan located in the West-Nakdong river estuary. The dissolved oxygen was profiled and then the pore water was extracted in situ. Core samples were analyzed for their textural characteristics. Cores were incubated by a novel technique to measure the fluxes of nitrate $(NO_3^-)$ and ammonia $(NH_4^+)$ at the sediment-water interface. The dissolved oxygen was depleted usually within several millimeters in the top sediments. Nitrate started to decrease drastically at the layer where dissolved oxygen was nearly depleted. Nitrate was also exhausted within several centimeters, followed by ammonia build up rapidly. The flux at the sediments-water interface calculated from the pore water concentrations revealed that nitrate was removed from the water column into the sediments. The sediment incubation experiment confirmed the above result. On the other hand ammonia were released from the sediment to the water column. As the incubation went on, however, the nitrate concentration in the overlying water was dropped below that of a top sediment. Then the flux is reversed, i.e., nitrate was released from the sediments to the water column. The implication is that the sediment can supply nitrate to the water column if it falls below a certain level. Thus it is likely that sediments in the eutrophicated river buffers the nitrate concentration in the water column, which leads to a prolonged green tide.
We surveyed physico-chemical properties of bottom water and sediment to evaluate the influence of sediment on the eutrophication in the downstream of Nagdong River from 1998 to 2000. From May to August, DO concentration of bottom waters dropped below 5 mg $O_2/l$ and $NH_4\;^+$ and $PO_4\;^{3-}$ concentrations significantly increased in the bottom waters, resulting in the great differences between surface and bottom waters. Fluxes across water-sediment interface would be substantially active in this period. The serial orders of the water fertility or eutrophication were Joman River > Sonagdong River > Nagdong River. The organic nutrient contents of sediment increased toward the lower parts of the river system. Organic contents of the sediment would be under the influence of water pollution and exhibited a negative correlation with sediment bulk-density or particle size. The concentrations of exchangeable inorganic nutrients of sediment were greater than those of pore waters, and $PO_4\;^{3-}$, $NH_4\;^+$ and $SiO_2$ increased along the sediment depth. $PO_4\;^{3-}$ and $NO_3\;^-$ concentrations of the pore water were less than the overlying waters, while NH4+ and $SiO_2$ concentrations showed opposite trends. Exchangeable nutrients of sediment could be the repository for t]me nutrient exchange in the water-sediment interface.
Coastal and offshore structures such as ports and offshore wind farms will often need to be built on fine-grained sediments. Geotechnical properties associated with sediment compressibility are key parameters for marine construction designs especially on soft grounds, which involve clay-mineral dominated fines that can consolidate and settle significantly in response to engineered and environmental loads. We conduct liquid limit tests and 1D consolidation tests with fine-grained soils (silica silt, mica, kaolin and bentonite) and biogenic soils (diatom). The pore fluids for the liquid limit tests include deionized water and a series of brines with NaCl salt concentrations of 0.001 m, 0.01 m, 0.1 m, 0.6 m and 2.0 m, and the pore fluids for the consolidation tests deionized water, 0.01 m, 0.6 m, 2 m. The salt concentrations help the liquid limits of kaolin and bentonite decrease, but those of diatom slightly increase. The silica silt and mica show minimal changes in liquid limit due to salt concentrations. Accordingly, compression indices of soils follow the trend of the liquid limit as the liquid limit determined the initial void ratio of the consolidation test. Diatoms are more likely to be broken than clastic sediments during to loading, and diatom-rich sediment is therefore generally more compressible than clastic-rich sediment.
Kim, PilJae;Kim, Ah Reum;Kwon, Yongju;Min, Jeong Ki;Huh, In Ae;Kong, Dongsoo
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.34
no.1
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pp.84-95
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2018
The community structure of benthic macroinvertebrates in the fine sediments of freshwater was analyzed according to various sampling tools and methods. The sediment core with the inner diameter of 7.5 cm was more effective in cost and labor in comparison to that of ${\Phi}5cm$ or ${\Phi}10cm$. The number of species increased with the increase in sample size (replicates). When it was collected five times with the ${\Phi}7.5cm$ sediment core, Shannon-Weaver's diversity and McNaughton's dominance of the sample reached about the 80 % level of the community estimates. Most species appeared in the sediment layer of 0-4 cm, and there were no newly recruited species below the depth of 4 cm. Individual abundance of benthic macroinvertebrates decreased exponentially along with the increase in sediment depth. Compared with the individual abundance of the 0-15 cm sediment layer, the abundance was 60 % in the 0-2 cm layer, 25 % in the 2-4 cm layer, 10 % in the 4-6 cm layer and 95 % in the 0-6 cm layer. Compared with organisms collected with the sieve of 0.2 mm pore, the number of species and the individual abundance sifted through the sieve with pore of 1 mm were 36 % and 88 %, and those with pore of 0.5 mm were 5 % and 55 %, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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