Spatial variations of organic carbon-nitrogen origins within the river-estuary-marine continuum

정은지; 김승희; 정진영; 김태진; 이동헌

doi:10.14770/jgsk.2024.049

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자료유형: 학술저널

저자정보: 정은지 (국립부경대학교) 김승희 (국립부경대학교) 정진영 김태진 (극지연구소) 이동헌 (국립부경대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제60권 제4호

발행연도: 2024.12

수록면: 361 - 374 (14page)

DOI: 10.14770/jgsk.2024.049

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본 연구는 최근 인위적 활동이 증가되고 있는 육상환경(포항 형산강)을 포함하여 인접한 해양환경(영일만, 동해)에서 물리화학적 공간 분포 변동을 파악하고 입자성 유기물 내 안정동위원소비 분석을 통하여 각 권역별 유기물 기원을 파악하고자 하였다. 형산강 내 상대적으로 높은 농도의 영양염(DIN; 1.6±1.0 mg/L, DIP; <0.1 mg/L, SiO₂; 5.6±2.5 mg/L), 입자성(POC; 0.6±0.2 mg/L, PN; 0.2±0.1 mg/L) 및 용존성 유기원소(DOC; 2.7±1.3 mg/L, DTN; 1.9±1.1 mg/L) 경향과 함께, 정점간 차별적인 안정동위원소비는 주변 농지, 산업지, 도심지 내 기인한 인위적 기원의 유·무기 원소들이 지표수 유출을 통해 유입된 것이라 판단된다. 영일만-동해 내 이들 요소는 상대적으로 낮으며 서로 다른 안정동위원소 비를 보임에 따라 자생기원(식생, 식물플랑크톤)과 인위적 기원 유기물(비료, 오폐수 및 연료 연소, 대기 침적) 유입 및 생성 영향을 차별적으로 나타냈다. 입자성 유기물의 탄소·질소 안정동위원 소비를 적용한 베이지안 혼합 모델 결과, 각 권역별 자연적(C₃ 식물, 해양 식물플랑크톤) 및 인위적(비료, 오폐수 및 연료 연소) 기원 유기물 기여도는 서로 다른 범위를 보였으며, 다량의 인위적 기원(비료; 16±7%, 오폐수 및 연소; 34±18%)들의 유출로 인해 해양환경 내 영양염-유기물 순환 변동 가능성을 파악할 수 있었다. 추후 지속적인 모니터링을 통해 대기 및 수층으로 유입될 수 있는 유·무기 유입원의 정밀한 동위원소 데이터베이스 구축이 요구되며, 이를 통해 육상-연안-해양 연결성(수생태계 물질순환 변동성 진단 및 예측)을 파악할 중요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이라 판단된다.

We investigated spatial variations of physicochemical components from terrestrial to marine environments (Hyeong-san River, Young-il Bay, East Sea) where recent anthropogenic activities were increasing. Based on these results, we additionally determined discriminative origins of organic matter (OM) by analyzing stable isotopic compositions of particulate OM. Together with the relatively high concentration of nutrients (DIN; 1.6±1.0 mg/L, DIP; <0.1 mg/L, SiO₂; 5.6±2.5 mg/L), particulate and dissolved organic elements showed discriminative variations (POC; 0.6±0.2 mg/L, PN; 0.2±0.1 mg/L, DOC; 2.7±1.3 mg/L, DTN; 1.9±1.1 mg/L) within the Hyeong-san River. In addition, different isotopic patterns of particulate OMs indicate that anthropogenic sources within agricultural, industrial, and urban boundaries may be substantially transported through surface runoff. Meanwhile, hydrochemical properties at marine systems (Young-il Bay and East Sea) were relatively lower ranges than those of river systems. The discriminative isotopic signatures within water columns may reflect mixed source contributions between autochthonous (algae) and anthropogenic OMs (fertilizers, sewage and combustion, atmospheric deposition). Based on these results, the contributions of natural (C₃ plants, marine phytoplankton) and anthropogenic (fertilizers, sewage and combustion) OMs showed significant differences between each boundary, causing that predominant anthropogenic sources (fertilizers: 16±7%, sewage and combustion: 34±18%) transported from river systems may potentially influence nutrient-organic matter cycling within the marine environment. In near future, further study via periodic monitoring is required for establishing systematical strategy (i.e., isotope database) related to the precise tracing of anthropogenic origins into the atmosphere-aquatic boundaries. Finally, these approaches provide important information for tracing biogeochemical interactions between river-estuary-ocean boundaries.

#안정동위원소 #영양염 #유기물 #토지이용형태 #베이시안 혼합 모델 #stable isotope #nutrient #organic matter #land-use type #Bayesian mixing model

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