Rates and Pathways of Anaerobic Mineralization of Organic Matter at Highly Stagnant Freshwater Wetland and Its Comparison to Frequently Flushed Coastal Wetland

정체된 시화 인공습지와 해수유통이 활발한 강화 갯벌에서의 혐기성 유기물 분해능 및 분해경로 비교

The objectives of this study are: (1) to compare the rates and pathways of organic matter minerlaization at stagnant freshwater wetland in Shiwha to highly irrigated coastal wetland in Ganghwa; and (2) to discuss the significance of irrigation into the sediment in controlling the organic carbon oxidation in Shiwha wetland. Concentrations of $CO_2$, $NH_4{^+}$ and $H_2S$ in the pore water of the Shiwha wetland were 3 times, 30 times, and 3 times higher than that in the pore water of the Ganghwa wetland, respectively. The ratio of Fe(III) to total reduced sulfur at the Ganghwa wetland was 12 times higher than at the Shiwha wetland. The results indicated that the Ganghwa wetland with frequent tidal inundation were relatively oxidized than highly stagnant Shiwha wetland. Rates of organic matter oxidation at the Ganghwa wetland ($0.039mM\;C\;h{-1}$) was 390 times higher than that at the Shiwha wetland ($0.0001mM\;C\;h{-1}$). Rates of sulfate reduction at the Shiwha wetland ($314{\sim}580nmol\;cm^{-3}\;d{-1}$) were comparable to the sulfate reduction at Ganghwa wetland ($2{\sim}769nmol\;cm^{-3}\; d{-1}$), whereas Fe(III) reduction rates were 1.7 times higher at the Ganghwa wetland ($0.1368{\mu}mol\;cm^{-3}\;d{-1}$) than at the Shiwha wetland ($0.087{\mu}mol\;cm^{-3}\;d{-1}$). The results implied that the water flow system of the Shiwha wetland was too stagnant to flush out the reduced pore water from the sediment, and thus anaerobic microbial respiration was limited by the availability of electron acceptors.

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.