온대지역 강을 통해 유출되는 용존유기탄소(DOC)의 미생물 분해에 의한 농도와 분광 특성의 변화

Abstract

강을 통해 바다로 유출되는 용존유기탄소(dissolved organic carbon, DOC)는 육상생태계와 바다생태계를 연결하는 지구 탄소순환의 중요한 요소이다. 한국의 5대강을 통해 바다로 유출되는 DOC의 농도가 가장 높을 때, 강물의 DOC가 미생물에 의해 어떤 변화 과정을 거치는지 알아보기 위해, 2013년 8월 강우 직후, 한강, 금강, 낙동강, 섬진강, 영산강의 강 하류 지점에서 채취한 강물을 대상으로 배양 실험을 진행하였다. 배양 기간 동안 DOC의 농도와 자외-가시선 흡광도, 형광 세기를 포함한 분광 특성을 측정하여, 미생물의 활동에 사용된 DOC의 농도(BDOC)를 정량하고 DOC의 기원과 화학적 특성의 변화를 살펴보았다. 이를 위해 미생물에 의한 DOC의 소모가 일어나기 전, 강물 시료의 형광성 용존유기탄소(FDOC)의 형광 세기를 측정한 후 PARAFAC 모델을 통해 FDOC의 기원을 세가지로 구분하였고(C1, C2, C3), 이를 통해 DOC의 기원을 추정하였다. 한국에서 바다로 유출되는 DOC 중에서는 육상에서 기원하는 휴믹 계열의 탄소(C1)가 가장 많았고, 단위 탄소 당 육상 기원의 DOC는 5개의 강에서 차이가 없이 나타났다. 다음으로 많이 유출되는 탄소는 미생물에서 기원하는 탄소(C2), 그리고 농업과 도시화와 같은 인간 활동의 개입에 기인하는 타이로신 계열(C3)의 탄소였다. 금강과 낙동강은 형광 지수(FI)가 1.52 이상이었으며 C2의 형광 세기가 높았고, 특히 낙동강에서는 C3가 다른 강들에 비해 높게 나타났다. 이를 통해, 낙동강과 금강에서는 인간 활동의 개입으로 인한 탄소의 유출이 일어나고 있음이 보여졌다. 22±2 ℃의 배양 조건에서 평균 25.3%의 DOC가 분해되는 동안, 육상 기원의 FDOC는 증가하면서 방향성(aromaticity) 탄소의 비율을 나타내는 specific ultraviolet absorbance(SUVA254)와 휴믹화된 탄소의 비율을 나타내는 휴믹 지수(HIX)는 상대적으로 증가하였고, 타이로신 계열의 FDOC는 미생물이 이용하여 상대적으로 더 감소하였다. DOC가 분해되는 기간의 BDOC의 농도와 FDOC 형광 세기의 변화 사이에서 통계학적으로 의미 있는 상관성은 없었고, BDOC의 농도에 영향을 주는 분광 특성은 탄소의 기원이나 FDOC의 조성이 아닌 spectral slope(S275-295)이었다. 육상에서 기원하여 강 하류까지 도달한 DOC는 미생물과 햇빛에 의한 분해를 겪고 남은 유기물질이라는 점을 고려할 때, 분해가 쉽지 않은 고분자 화합물일 수 있다는 예상과는 달리, 이 연구의 결과는 여름철의 경우 분자량이 큰 유기물질도 미생물에 의해 여전히 분해가 될 수 있다는 것을 말해 준다.