Chemical Mass Balance of Materials in the Keum River Estuary: 1. Seasonal Distribution of Nutrients

금강하구의 물질수지: 1. 영양염의 계절적 분포

As part of an on-going project investigating flux of materials in the Keum River Estuary, we have monitored seasonal variations of nutrients, suspended particulate matter (SPM), chlorophyll, and salinity since 1997. Meteorological data and freshwater discharge from the Keum River Dike were also used, Our goal was to answers for (1) what is the main factor for the seasonal fluctuation of nutrients in the Keum River Estuary? and (2) are there any differences in nutrient distributions before and after the Keum River Dike construction? Nitrate concentrations in the Keum River water were kept constant through the year. Whereas other nutrients varied with evident seasonality: high phosphate and ammonium concentrations during the dry season and enhanced silicate contents during the rainy season. SPM was found similar trend with silicate. During the rainy season, the freshwater discharged from the Keum River Dike seemed to dilute the phosphate and ammonium, but to elevate SPM concentration in the Keum Estuary. In addition, the corresponding variations of SPM contents in the estuarine water affected the seasonal fluctuations of nutrients in the Estuary. The most important source of the nutrients in the estuarine water is the fluvial water. Therefore, the distribution patterns of nutrients in the Estuary are conservative against salinity. Nitrate, nitrite and silicate are conservative through the year. The distribution of phosphate and ammonium on the other hand, display two distinct seasonal patterns: conservative behavior during the dry season and some additive processes during the rainy days. Mass destruction of freshwater phytoplankton in the riverine water is believed to be a major additive source of phosphate in the upper Estuary. Desorption processes of phosphate and ammonium from SPM and organic matter probably contribute extra source of addition. Benthic flux of phosphate and ammonium from the sediment into overlying estuarine water can not be excluded as another source. After the Keum River Dike construction, the concentrations of SPM decreased markedly and their role in controlling of nutrient concentrations in the Estuary has probably diminished. We found low salinity (5~15 psu) within 1 km away from the Dike during the dry season. Therefore we conclude that the only limited area of inner estuary function as a real estuary and the rest part rather be like a bay during the dry season. However, during the rainy season, the entire estuary as the mixing place of freshwater and seawater. Compared to the environmental conditions of the Estuary before the Dike construction, tidal current velocity and turbidity are decreased, but nutrient concentrations and chance of massive algal bloom such as red tide outbreak markedly increased.

금강에서 외해역으로 전달되는 물질의 수지를 이해하기 위한 연구의 일환으로 금강하구의 영양염의 계절적인 분포를 조사하였다. 1997년에서 1998년간 금강하구의 6개 정점에서 13~24시간동안 연속관측을 통하여 영양염, 부유현탁물질(SPM; Suspended Particulate Matter), 엽록소와 염분을 분석하였으며, 조석자료, 기상자료와 금강 하구언의 담수 방출량 자료도 보조자료로서 사용하였다. 이 연구를 통하여 하구내 영양염의 계절적인 분포의 차이와 이런 현상을 주도하는 요인을 밝히는데 주목적이 있고, 부차적으로 금강하구언 조성 이전과 이후 영양염 분포의 차이를 조사하였다. 금강 배출수내 영양염들의 농도는 계절에 따라 확연히 구별된다. 인산염과 암모니움염은 갈수기에 농도가 높게 나타나는 반면, 풍수기에는 규산염이 높게 나타났고 이때 SPM의 농도도 높게 출현하였다. 그러나 질산염은 연중 일정한 농도를 유지하였다. 이러한 계절적인 차이를 결정하는 주원인은 일차적으로 담수의 유입량이다. 강우에 의한 담수의 희석효과가 이러한 영양염과 SPM의 계절적인 변화를 야기하는 것으로 생각된다. 이러한 과정을 통하여 증가하는 SPM의 농도가 2차적으로 영양염의 분포에 영향을 주는 것으로 생각된다. 조사된 모든 영양염의 주 공급원은 금강에서 유입하는 담수이며 조사된 영양염의 기본적인 분포는 이들이 보존적임을 보인다. 조사를 총괄하여 보면 질산염, 아질산염 그리고 규산염은 계절에 상관없이 거의 보존적인 성격을 나타냈다. 그러나 다른 영양염(인산염, 암모니움염)과 SPM은 계절에 따른 차이가 나타났다. 인산염과 암모니움염은 6월과 10월의 갈수기동안에는 거의 보존적인 성향을 보인 반면, 풍수기와 5월의 조사에서 첨가현상을 보였다. 이러한 첨가현상에 영향을 주는 주 요인은 봄철 대량 번식된 담수성 플랑크톤이 해수와 접촉함에 따라 사멸하고, 이와 동시에 유입된 유기물의 분해와 SPM에 흡착되어잇던 인산염이 용출되는 것으로 생각되며, 저층 플럭스(benthic flux)도 기여하는 것으로 보인다. 하구언 조성 이전과의 비교에서 SPM의 농도가 감소함에 따라 SPM이 하구내 영양염의 재생과정에 미치는 중요성은 현저히 약화되었다. 또한 하구내 영양염의 분포를 결정하는 염분의 분포가 갈수기에는 하구언에서 1~2 km 정도로 근접한 곳에서 염분의 구성이 5~15 psu로 나타나 영양염의 첨가현상등 화학적 변화가 이곳에 집중되고, 풍수기 동안에는 하구 전역에서 이러한 염분분포가 나타난다. 따라서 하구언 조성 이후에 갈수기 동안 하구언에 근접한 일부만이 진정한 하구의 역할을 하고 나머지는 만과 같은 특성을 보이고 있다. 하구언 갑문 폐쇄 이전과 이후의 비교 결과 조석의 차단으로 인한 조류속도의 감소로 인하여 부유현탁물질의 농도가 감소하였으며 영양염류의 농도가 증가하였고, 따라서 식물플랑크톤의 대량번식이 발생할 가능성이 있다.