서 론
연구방법
저수지 퇴적물 채취 및 분석
TN 및 TP 용출에 미치는 pH, TDS, 온도 영향
결과 및 해석
저수지 퇴적물의 특성
TN 및 TP 용출에 미치는 pH 영향
TN 및 TP 용출에 미치는 TDS 영향
TN 및 TP 용출에 미치는 온도 영향
결 론
서 론
조류대발생(HABs, harmful algal blooms)은 전 세계적으로 수생태계 및 식수 공급 체계에 큰 위협이 되고 있다. HABs는 하절기에 기온 및 일조량 상승, 영양물질 공급 등에 의해 촉발되어 주로 호수나 저수지 등 폐쇄수역에서 자주 발생한다. 특히 상수원으로 이용되는 대규모 저수지에서 발생하는 HABs는 상수설비의 기능 저하뿐만 아니라 이취와 독소를 생성하여 상수원에 의존하는 인근 주민들에게 심각한 피해를 끼친다(He et al., 2024; Lv et al., 2024; Yang et al., 2024a). 한국에서는 1998년부터 주요 상수원에 대한 조류경보제가 시행되고 있으며 엽록소 농도와 남조류 세포수를 기준으로 관심-경계-대발생의 단계로 구분하여 경보를 발령하고 있다.
저수지에서 발생하는 HABs는 주로 수역의 외부에서 유입되는 질소(N) 및 인(P) 등의 영양물질에 의해 발생한다(Wang et al., 2024a; Woodward et al., 2024). 그러나 저수지의 바닥 퇴적물은 이들 영양물질의 다른 주요 공급원이 될 수 있다. 즉 외부에서 저수지로 유입된 영양물질이 장기간에 걸쳐 바닥으로 침강 또는 흡착된 후 다양한 물리, 화학, 생물학적 조건 변화에 따라 수체 내로 확산 또는 재부유할 수 있다. 그 결과 질소 및 인 등의 영양물질이 수체 내로 용출되는 내부 부하(internal loading)를 유발한다(Tammeorg et al., 2024; Wang et al., 2024b).
최근 수행된 많은 연구결과에 의하면 퇴적물에 저장되어 있는 영양물질은 정체 수역 내 HABs 형성에 지대한 영향을 미친다(Mermillod-Blondin et al., 2024; Yang et al., 2024b). 더욱이 강화된 환경 관리로 인해 외부에서 저수지로 유입되는 영양물질은 감소하는 경향임에도 불구하고 HABs는 지속적으로 발생하고 있으므로 부영양화(eutrophication)를 유발하는 영양물질의 퇴적물 내부 부하의 영향에 대한 관심이 더욱 커지고 있다(Wang et al., 2019; Song et al., 2024). 따라서 매년 발생하는 국내 HABs의 피해를 저감하기 위해 영양물질의 외부 유입뿐만 아니라 저수지 퇴적물로부터 비롯되는 내부 부하를 조절하는 메커니즘에 대한 심도있는 연구가 필요하다(Wu et al., 2017; Xu et al., 2021).
저수지에서 부영양화를 유발하는 일차 영양물질은 총질소(TN)와 총인(TP)이다. 흔히 부영양화의 지표로 사용되는 TN은 생활하수, 산업폐수, 축산 분뇨 등에 의한 인위적 원인에 의해 유입되므로, 인구 밀집지역 부근의 하천이나 호수에서 높은 농도로 관찰된다. TN은 유기질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소를 포함하는 질소화합물의 총량을 말하며, HABs 발생을 촉진하는 것은 질소의 화학종별 함량이 아니라 TN 함량인 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2017).
TP는 입자성 인, 유기인, 다인산염(polyphosphates), 인산이온 등을 포함하는데 역시 저수지 부영양화를 유발하는 중요 성분이다. 퇴적물 내 다양한 인의 존재 형태 중 Fe 광물과 결합되어 있는 인이 특히 중요하며 이는 인의 용출이 산화환원전위 조건에 따라 조절되기 때문이다. 호기성 조건에서 인산이온은 Fe(III) (수)산화물에 용이하게 결합하여 존재하므로 수체 내로 용출되기 어렵다. 그러나 혐기성 조건에서는 Fe(III)가 Fe(II)로 환원되므로 Fe (수)산화물의 용해가 발생하여 이에 결합되어 있던 인이 용출된다. 이러한 과정이 저수지 내 인의 내부 부하를 유도하여 부영양화를 촉진하는 주요 반응인 것으로 알려져 있다(Parsons et al., 2017; Lv et al., 2024). 심도가 깊은 상수원 저수지를 포함하여 하천이나 저수지 내에는 수온약층(thermocline)이 존재하여 수면으로부터 퇴적물로의 산소 공급을 저해하므로 퇴적물은 혐기성 환경이 조성되기 쉽다(Zhou et al., 2017; Lee et al., 2019).
이 연구는 상수원으로 사용되는 경남 진양호를 대상으로 하여 진양호 퇴적물로부터의 TN과 TP 용출을 실험적으로 연구하였다. 2005년부터 조류경보제의 대상이 된 진양호는 잦은 HABs 현상이 발생하여 이 물을 상수원으로 사용하는 인근 많은 주민들의 우려를 자아내고 있다. 이 연구에서는 특히 퇴적물로부터의 영양물질 내부 부하에 미치는 환경적 요인인 pH, 총용존물질(TDS, total dissolved solids), 온도의 영향을 조사하였다. pH, 용존산소, 온도는 퇴적물로부터 용출되는 P의 함량을 조절하는 요소인 것으로 알려져 있다(Smith et al., 2011; Chen et al., 2016). 최근 인의 용출을 촉진하는 퇴적물의 혐기화를 방지하기 위한 목적으로 CaO2 등 산소발생제를 퇴적물에 적용하는 것에 대한 연구가 수행되고 있다(Li et al., 2020; Wang et al., 2022). 그러나 CaO2의 적용은 OH–를 발생시켜 물의 pH를 상승시키므로 자연적인 조건을 벗어난 범위의 pH 조건에서의 질소와 인의 내부 부하 거동을 살펴볼 필요가 있다. 이를 위해 퇴적물에서 용출되는 영양물질과 용존 Fe 및 Mn 함량을 파악하기 위해 진양호 퇴적물에 pH, TDS, 온도를 변화시킨 물을 주입하여 3주간 반응시키며 관찰하였다. 이 연구 결과를 통하여 영양물질의 퇴적물 내부 부하 메커니즘에 대한 학문적 배경을 제공하고 매년 지속적으로 발생하는 국내 수계의 조류대발생을 저감하는 실용적 기술개발을 위한 정보를 제공할 것으로 기대하였다.
연구방법
저수지 퇴적물 채취 및 분석
연구 대상 저수지인 진양호는 경상남도 진주시와 사천시에 걸쳐 있다. 이 저수지는 길이 977 m, 높이 21 m의 다목적댐인 남강댐에 의해 저수되며, 만수 면적 23.55 km2, 만수위 37.5 m, 총 저수량 1억 800만 톤을 갖는다. 남강댐 유역의 면적은 2,293 km2로서 진주와 사천을 포함한 인근 시군에 거주하는 약 450만 명 주민들의 상수원으로 사용된다.
실험을 위하여 진양호의 퇴적물과 물 시료를 채취하였다. 퇴적물은 grab sampler를 사용하여 채취한 후 감압 밀봉팩에 저장하였으며, 물 시료는 20 L의 고밀도 폴리에틸렌 채수통에 채취하였다. YSI 556 multiprobe system(MPS, USA)으로 현장에서 측정한 물 시료의 pH는 7.8, 현장 TDS는 79 mg/L이었다.
퇴적물의 pH를 측정하기 위하여, 퇴적물 시료 5 g을 증류수 25 mL과 혼합하였다. 1시간 동안 교반한 후 pH 미터(Orion 230A, Thermo, USA)를 이용하여 60초 이내에 상등액의 pH를 측정하였다. 퇴적물의 수분함량은 105~110 °C에서 4시간 이상 항량이 될 때까지 건조한 후 감량을 측정하여 계산하였다. 퇴적물 내 유기물 함량은 작열감량(loss-on-ignition)을 측정하여 계산하였다(Boyle, 2004). 즉 퇴적물 시료를 105°C에서 1 시간, 550°C에서 6시간 동안 가열한 후 감량을 측정하여 계산하였다.
퇴적물의 양이온교환능력(cation exchange capacity)을 측정하기 위해, 자연 건조한 퇴적물 시료 0.5 g에 1 M sodium acetate 용액 3 mL을 넣고 퇴적물 내 치환성 양이온을 Na로 포화시켰다. 이에 에탄올 3 mL을 넣어 4회 세척한 후 1 M ammonium acetate 용액 3 mL을 넣어 암모늄으로 치환하였다. 암모늄으로 치환된 Na 농도를 ICP-OES(Spectro Genesis, Spectro, Germany)를 이용하여 측정한 뒤 퇴적물 100 g 당 Na의 당량을 계산하였다(Busenberg and Clemency, 1973).
퇴적물 내 Fe 및 Mn은 자연 건조한 –100 mesh 퇴적물 1 g에 왕수(염산 3 mL, 질산 1 mL)를 넣고 70°C에서 2시간 가열하여 추출하였다. 추출한 용액은 ICP-OES를 이용하여 정량하였다. 퇴적물 내 TN 측정을 위하여 250 mL 유리 용기에 퇴적물 100 mg을 정량한 후 탈이온수 50 mL을 넣어 혼합하였다. 이에 과황산칼륨 용액(4%, w/v) 50 mL을 혼합하였으며, 고압증기멸균기를 이용하여 120°C에서 45분간 가열하였다. 이후 상등액 50 mL을 취하여 유리섬유 여과지(GF/C)로 여과한 후, 1~2% 염산을 이용하여 용액의 pH를 2~3으로 조정하고 UV-vis(Optizen POP, Mecasys, Korea)를 이용하여 220 nm 파장에서 흡광도를 측정한 후 계산하였다. 퇴적물 내 TP는 따로 측정하지 않았다.
TN 및 TP 용출에 미치는 pH, TDS, 온도 영향
퇴적물에서 용출되는 영양물질에 대한 환경조건의 영향을 파악하기 위해 진양호 퇴적물에 pH, TDS, 온도를 변화시킨 물을 주입하여 반응시킨 후 결과를 비교하였다.
pH의 경우, pH 6, 8, 9, 10 조건을 조성하여 실험을 수행하였다. pH는 CH3COOH와 NaOH를 이용하여 실험 초기의 pH만 조정하여 투입하였다. TDS 조건은 우수기에 예상되는 강수에 의한 희석 및 갈수기의 증발에 의한 농축 효과를 보기 위하여 수행하였다. 이를 위하여 TDS는 탈이온수 첨가에 의한 희석 및 NaCl 용해를 통한 농축을 이용하여 0.1배, 1배, 10배 조건(초기 pH = 7.8)을 조성하였다. 온도는 하절기 및 동절기의 온도를 감안하여 25°C 및 4°C 조건(초기 pH = 7.8)으로 설정하여 항온 상태에서 실험을 수행하였다.
젖은 상태의 퇴적물 시료(100 g)를 500 mL 용량의 세럼병에 넣은 후 퇴적물이 부유하지 않도록 현장에서 채수한 진양호 물 300 mL을 주입하여 실험을 구성하였다. 퇴적물 시료와 물을 주입한 후에는 1~2시간 정도 N2 가스를 주입하여 혐기성 환경을 조성하였다. 미생물의 광합성에 의한 산소 발생을 차단하기 위하여 알루미늄 호일로 세럼병을 감싸 차광하였다. 시료 채취는 21일 동안 7일 간격으로 4회 진행하였으며, 채취한 시료를 대상으로 pH, 산화환원전위(ORP), Fe, Mn, TN, TP의 분석을 실시하였다. Fe와 Mn 함량을 제외한 모든 분석은 중복실험으로 진행하였으며, 중복실험은 두 개의 별도의 세럼병으로 구성하였다.
세럼병에서 채취한 물 시료의 pH와 ORP는 각각 pH-ORP 미터(Orion 230A, Thermo, USA)를 이용하여 측정하였다. 용존 Fe 및 Mn은 0.45 μm로 여과하고 농염산을 적정량 투입하여 보관한 후 ICP-MS(Agilent, USA)를 이용하여 정량하였다. 물 시료 내 TN 함량은 시료 50 mL에 과황산칼륨용액 10 mL을 넣어 흔들어 섞은 후 고압증기멸균기에 넣고 120°C에서 30분간 가열 분해하였다. 이후 시료의 상등액을 취하여 유리섬유 여지(GF/C)로 여과하여 여액 25 mL에 염산(1–2 %) 5 mL을 넣어 pH를 2–3으로 조정하였으며 220 nm 파장에서 흡광도를 분석한 후 계산하였다(Korea National Institute of Environmental Research, 2024). TP는 시료 중의 유기물을 산화·분해하여 모든 인 화합물을 PO42– 형태로 변화시킨 후 이를 아스코르빈산 환원 흡광도법으로 정량하여 계산하였다. 시료 50 mL을 분해병에 넣고 과황산칼륨 용액 10 mL을 넣어 고압증기멸균기에서 120°C, 30분 조건으로 가열 분해하였다. 이후 시료의 상등액 25 mL에 몰리브덴산 암모늄-아스코르빈산 혼합액 2 mL을 혼합하였으며, 반응 15분 후 880 nm 파장에서 흡광도를 분석하여 계산하였다(Korea National Institute of Environmental Research, 2024).
결과 및 해석
저수지 퇴적물의 특성
진양호 퇴적물의 물리·화학적 특성을 분석한 결과, pH 5.8, 유기물 함량 7.0%, 수분함량 64.2%, CEC 35.0 cmolc/kg, TN 6,038 mg/kg, Fe 1,907 mg/kg, Mn 26 mg/kg으로 나타났다. 진양호 퇴적물의 TN 함량은 중국 Yuecheng Reservoir 7,000~8,200 mg/kg(Dang et al., 2019)보다는 다소 낮은 함량이었으나, 중국 Shuikou Reservoir 1,860 mg/kg(Wang et al., 2024b), Chaohu Lake 1,836 mg/kg(Huo et al., 2024), Jinpen Reservoir 520~1,670 mg/kg(Zhou et al., 2017) 등 여러 문헌에 보고된 다른 저수지에 비하면 매우 높은 함량이었다. 이는 진양호 퇴적물이 상대적으로 높은 영양 수준을 함유하고 있어 영양물질 부하를 통한 수체 내 부영양화를 촉발할 가능성이 있음을 의미한다.
TN 및 TP 용출에 미치는 pH 영향
진양호 퇴적물과 반응하는 물의 초기 pH를 각각 6, 8, 9, 10으로 조정하여 21일간 배양한 결과, pH가 두 값으로 수렴하는 경향을 보였다(Fig. 1(a)). 실험을 종료한 21일차에 초기 pH 6과 8은 7.3~7.4, pH 9와 10은 8.3~8.6으로 점차 수렴하였으며, 진양호 물의 현장 pH가 7.8임을 감안할 때 이는 아마도 퇴적물의 pH 완충작용 때문인 것으로 보였다. 실험은 혐기성 조건에서 수행하였으므로 ORP는 7일차 이후에 모두 음의 값을 보였으며 21일 경과하였을 때, ‒99 ~ ‒19 mV에 수렴하였다(Fig. 1(b)).
용액으로 용출된 Fe 및 Mn의 함량은 시간에 따라 점차 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 1(c), (d)). 이는 혐기성 조건에서 Fe 및 Mn (수)산화물이 화학적 또는 미생물학적 환원성 용해작용을 받고 또한 퇴적물 내 부식물질(humic substances)에 의해 환원되기 때문인 것으로 보인다(Piepenbrock et al., 2014).
Fe와 Mn의 용출량은 초기 pH 조건에 따라 변화하는 것으로 나타났다. 초기 pH 6 시료에서 대체로 가장 많은 양의 Fe 및 Mn이 용출되는 양상이 보였다(Fig. 1(c), (d)). 이는 상대적으로 산성 조건에서 이들 금속의 용해가 촉진되었기 때문인 것으로 생각하나(Kim et al., 2016), 더욱 정확한 원인은 Fe의 산화상태, 공존 음이온의 존재, Fe의 거동에 영향을 미치는 미생물의 역할 등이 규명되어야 할 것이다. Fe의 경우, 초기 pH 9와 10으로 조정한 시료에서 실험 14일차까지 증가하다 21일째 감소하는 것이 관찰되었다. 이는 아마도 시간이 경과하며 pH가 8 내외로 점차 감소하여 Fe(OH)4– 등의 음이온 성분이 침전하였기 때문으로 생각한다(Kim et al., 2016). Mn의 경우, 가장 낮은 초기 pH 6 시료에서 가장 많은 용출량이 확인되었으며, 가장 높은 pH 10에서 가장 적은 양의 Mn이 용출되었다. 이는 Mn이 낮은 pH 조건에서 더욱 민감하게 반응하여 수체 내로의 용해를 촉진할 수 있음을 나타낸다.
진양호 퇴적물로부터 용액으로 용출된 TN 함량 변화를 관찰한 결과, 초기 pH의 증가에 따라 용출된 TN 함량이 대체적으로 증가하는 양상을 확인하였다(Fig. 1(e)). 혐기성 조건에서 무기 질소는 대부분 NH4+‒N의 형태로 존재하며(Reddy et al., 1984), pH가 증가할수록 NH4+는 NH3(g)로 변하며 농도가 감소한다(Eq. 1).
pKa = 9.24 at 25°C (Emerson et al., 1975)
이 실험 결과 Fig. 1(e)에서 나타나듯이 pH가 증가할수록 TN 함량이 증가한 것은 진양호 퇴적물 내 유기질소의 존재 등에 의한 것으로 보이는데, 이에 관해서는 추가적인 연구가 필요하다. Su et al.(2024)은 하천 퇴적물에서 용출되는 질소를 조사한 결과, NH4+‒N 용출량이 알칼리성 pH에서 증가한다고 보고한 바 있다.
한편, 혐기성 환경에서의 TP 역시 pH에 따른 용출량 변화가 뚜렷하게 나타나는데 pH 9 및 10 시료에서 높은 함량의 TP가 용출된 것을 볼 수 있었다(Fig. 1(f)). 이는 혐기성 환경 내 TP의 용출을 조절하는 가장 중요한 인자 중 하나가 pH임을 나타내는 것으로서, 알칼리 조건에서 인 화합물의 용해도가 증가하기 때문일 것이다. Wu et al.(2014)에 의하면 TP의 용해도는 중성 조건에서 가장 낮고 알칼리성 및 산성조건에서 증가한다.
많은 연구가 혐기성 조건에서의 TP 거동은 Fe 및 Mn (수)산화물의 환원성 용해에 의해 조절된다고 하였다(Parsons et al., 2017; Lv et al., 2024; Wang et al., 2024b). 인은 이들 광물의 표면에 흡착하는 경향이 강하므로 이 광물들이 환원되어 용해되면 흡착되어 있던 인이 동시에 수체 내로 용출될 것이다. Yang et al.(2024a)은 용출된 TP와 Fe 간에 R2 = 0.91의 높은 상관관계를 관찰한 바 있다. 그러나 이 연구에서는 용출된 Fe 및 Mn 함량과 TP 함량 간의 높은 상관관계는 나타나지 않았다. 그 원인으로는 아마도 진양호 퇴적물 내 토착균 중 Fe 및 Mn 환원균이 극히 적게 서식하여 혐기성 조건에서의 Fe 및 Mn (수)산화물의 환원성 용해를 활발하게 촉진하지 못 하였기 때문일 수 있다.
최근 CaO2 등 산화제를 사용하여 퇴적물 조건을 산화상태로 조성함으로써 Fe 산화물을 형성하여 TP의 용출을 방지하려는 연구가 수행되고 있다(Eq. 2). 그러나 이 연구에 의하면, CaO2의 사용은 OH–를 방출하여 물의 pH를 급격히 상승시키므로(Eq. 3) 오히려 질소 및 인의 수체 내 용출을 촉진할 수도 있는 위험이 있는 것으로 보인다.
TN 및 TP 용출에 미치는 TDS 영향
강수량의 증감에 따른 TN 및 TP 용출량을 확인하기 위하여 다양한 TDS 변화에 따른 용출실험을 수행하였다. TDS 변화에 따른 수층 내 pH 측정 결과, 초기 pH 7.9에서 7일 경과 후 원액 및 10배 희석한 시료의 pH는 7.5, 10배 농축한 시료의 pH는 6.9로 변화하였으며, 이 값은 21일 경과 시까지 크게 변하지 않았다(Fig. 2(a)). ORP 측정 결과, pH 변화 실험과 유사하게 모두 신속히 음의 값을 보였으며 21일 경과 시에는 모든 시료가 ‒83 ~ ‒55 mV의 값을 보였다(Fig. 2(b)).
Fig. 2.
Variation in pH, ORP, Fe, Mn, TN, and TP in water over time during anaerobic incubation to assess the effects of TDS. ×0.1: 10-fold dilution with deionized water; ×1: original water; ×10: 10-fold concentration with NaCl. The red horizontal lines in (e) and (f) represent the Level VI (“very poor”) criteria in the living environmental water standards for reservoirs and lakes in Korea.
Fe와 Mn의 경우 TDS를 10배 농축한 경우 가장 높은 용출량을 나타내었다(Fig. 2(c), (d)). 열역학적으로는 보다 희석되어 이온세기(ionic strength)가 더 낮은 용액에서 광물의 용해가 촉진될 것이나, 이 경우에는 공급한 Na에 의해 퇴적물 표면의 무기원소가 이온교환되어 수체 내로 용출된 결과 Fe와 Mn 대사작용을 하는 토착균에게 충분히 공급되어 활성도를 높인 것으로 보인다(Baldwin et al., 2006; Kim and Koretsky, 2011). 또한 고농도의 Na에 의한 퇴적물 내 점토광물 표면의 Fe와 Mn의 직접적인 이온교환이 원인이 될 수도 있으며(van Dijk et al., 2015), 10배 농축한 시료의 pH(6.9)가 원액이나 10배 희석한 시료의 pH(7.5)에 비하여 다소 낮은 값을 보인 것도 원인이 될 것으로 생각한다.
TN의 경우에는 희석 및 농축에 따른 차이가 크게 나타나지 않아 Fe 및 Mn에 비하여 이온세기 변화에 민감하지 않은 것으로 나타났으나(Fig. 2(e)), Fe와 밀접한 거동을 보이는 TP의 경우에는 10배 농축한 경우의 용출량이 뚜렷이 증가하였다(Fig. 2(f)).
높은 TDS 조건에서 나타나는 Fe와 TP 간의 양호한 상관관계는 Fe (수)산화물의 환원성 용해로 인해 결합되어 있던 인이 수체로 용출되었기 때문일 것이다. 아울러 농축된 물 내의 필수원소 공급이 미생물학적 활성도를 증진시켜 TP 용출을 촉진하였을 수도 있다. 이러한 결과는 강수량이 감소하고 저수지 물의 증발이 활발해지는 갈수기에 퇴적물로부터의 Fe 및 TP 용출이 증가할 수 있음을 지시하며, 부영양화를 촉진하는 영양물질, 특히 인이 퇴적물로부터 공급될 때 저수지 물의 이온세기가 중요할 수 있음을 나타낸다.
TN 및 TP 용출에 미치는 온도 영향
하절기(25°C)와 동절기(4°C)의 물 온도 차이에 따른 영양염류의 용출 양상을 확인하고자 실험을 진행하였다. pH는 초기 pH 7.9에서 7일 경과 후 25°C 조건에서는 7.5, 4°C 조건에서는 7.0으로 낮아진 후 21일 경과 시까지 유사하게 유지되어 저온 조건에서 다소 낮은 값을 보였다(Fig. 3(a)). 21일 경과 시 ORP는 상온 시료(‒83 mV)에 비하여 저온 시료(‒35 mV)에서 높은 값으로 나타났는데 이는 저온에서의 더 높은 산소 용해도에 의한 결과이다(Fig. 3(b)).
Fig. 3.
Variation in pH, ORP, Fe, Mn, TN, and TP in water over time during anaerobic incubation to assess the effects of temperature; 4C: 4 oC and 25C: 25 oC. The red horizontal lines in (e) and (f) represent the Level VI (“very poor”) criteria in the living environmental water standards for reservoirs and lakes in Korea.
Fe, Mn, TN, TP 함량의 분석 결과, 모두 상온에서 저온에 비하여 월등히 많은 양이 용출되었다(Fig. 3(c)~(f)). 온도가 높아지면 유기물 분해, 무기물 산화 및 미생물 호흡 등의 반응이 촉진되며 이는 용존산소의 소모를 유발하므로 저수지 바닥 퇴적물의 혐기적 조건이 강화되고(Tomaso and Najjar, 2015), 또한 고온에서는 퇴적물로부터 질소와 인의 용출량, 특히 NH4+‒N, NO3–‒N, 용해성 인의 용출이 증가된다(Su et al., 2024). 이러한 결과는 퇴적물의 영양물질 용출에 미치는 온도의 강한 영향력을 보여 준다. 높은 온도는 혐기적 조건을 강화하여 영양물질의 이동도를 증가시키며 이는 하절기에 부영양화와 HABs 발생을 촉진하는 것으로 나타났다.
그간 국내 수계의 HABs 발생에 미치는 부영양화 및 퇴적물 오염 실태에 관한 연구 결과가 다수 보고되었으나(National Institute of Environmental Research, 2007; Korea Water Resources Corporation, 2017; Korea Rural Community Corporation, 2020), 퇴적물 내 Fe 및 Mn의 거동과 영양물질 용출 간의 관계, 그리고 pH, TDS, 온도 등의 환경 조건 변화가 TN 및 TP 용출에 미치는 영향 등에 관한 연구는 수행된 예가 없었다. 이 연구 결과, pH, TDS, 온도의 증가가 퇴적물로부터 TN 및 TP의 수체 내 용출을 유도하여 결과적으로 HABs의 발생을 촉진할 수 있다는 결론을 얻었다(Fig. 4). 이 연구 결과를 통하여 국내 하천 및 저수지의 부영양화 발생 및 제어에 관한 이론적 배경을 제공하므로써 실용적인 HABs 제어 기술을 개발, 적용하는데 유용한 정보를 줄 것으로 기대한다.
결 론
이 연구에서는 국내 상수원 중 하나인 진양호 퇴적물로부터의 TN과 TP 용출 현상을 실험적으로 조사하였다. 진양호 퇴적물 내의 TN 함량은 6,038 mg/kg에 달해 매우 높은 값을 나타내었다. 혐기성 조건에서 21일에 걸쳐 pH, TDS, 온도 등 환경조건에 따른 TN과 TP 용출 양상을 관찰하였다. 높은 pH(>9)와 온도(25°C) 조건에서 TN과 TP의 이동도가 증가하였으므로 pH와 온도는 이들 영양물질의 수체 내 용출을 조절하는 중요한 요인인 것으로 나타났다. 또한 높은 TDS 조건은 TP의 용출을 촉진하여 저수지 물의 증발량이 많은 갈수기에 HABs가 더욱 용이하게 발생할 것으로 보였다. TDS 및 온도 조건 실험에서 퇴적물로부터의 TN과 TP 용출량 변화는 Fe와 Mn 용출량 변화와 유사한 거동을 보였다. 이는 퇴적물로부터의 영양물질 용출에 pH와 아울러 퇴적물 내 Fe 및 Mn 광물의 환원성 용해가 중요한 조절 요인으로 작용함을 나타낸다. 따라서 추후 저수지 퇴적물로부터 내부적으로 부하되는 TN 및 TP 거동을 정확히 예측하기 위해서는 퇴적물 내 광물학적 조사 및 미생물 집단구조에 관한 규명이 수행되어야 할 것으로 생각한다.
