Journal of Wetlands Research (한국습지학회지)

Korean Wetlands Society (한국습지학회)
권호 표지

Biogeochemical Reactions in Hyporheic Zone as an Ecological Hotspot in Natural Streams

자연 하천의 생태학적 중요 지점으로서 지표수-지하수 혼합대의 생지화학적 기작

  • 김영주 (연세대학교 사회환경시스템 공학부 토목환경공학과) ;
  • 강호정 (연세대학교 사회환경시스템 공학부 토목환경공학과)
  • Published : 2009.04.30
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Abstract

Hyporheic zone is an area where hydraulic exchanges occur between surface water and ground water. Such transient area is anticipated to facilitate diverse biogeochemical reactions by providing habitats for various microorganism. However, only a few data are available about microbial properties in hyporheic zone, which would be important in better understanding of biogeochemical reactions in whole streams. The study site is Naesung stream, located in the north Kyoung-Sang Province, of which sediment is sandy with little anthropogenic impacts. Soil samples were collected from a transect placed perpendicular to stream flow. The transect includes upland fringe area dominated by Phragmites japonica, bare soil, and soil adjacent to water. In addition, soil samples were also collected from downwelling and upwelling areas in hyporheic zone within the main channel. Soils were collected from 3 depth in each area, and water content, pH, and DOC were measured. Various microbial properties including extracellular enzyme activities ($\beta$-glucosidase, N-acetylglucosaminidase, phosphatase and arylsulfatase), and microbial community structure using T-RFLP were also determined. The results exhibited a positive correlation between water content and DOC, and between extracellular enzyme activities and DOC. Distinctive patterns were observed in soils adjacent to water and hyporheic zone compared with other soils. Overall results of study provided basic information about microbial properties of hyporheic zone, which appeared to be discernable from other locations in the stream corridor.

지표수-지하수 혼합대는 지표수와 지하수의 수리적 교환이 일어나는 하상의 간극수 지역으로 모든 자연하천에 존재한다. 이 지역은 그동안 다른 특성으로 분리되었던 지표수와 지하수의 전이대로 다양한 미생물이 서식하고 있으며, 하변과는 또 다른 생지화학적인 기작이 일어날 것으로 추정된다. 지금까지의 연구는 미미하지만, 지표수-지하수 혼합대를 고려한 하천 생태 연구는 하천 전체의 생지화학적 기작을 이해하는데 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 본 연구 대상 지역은 내성천(경상북도 예천군 고평교 하류 구간)으로 이 하천은 사질 하상이며, 자연이 그대로 보존되어있다고 평가 받는 자연 직할 하천이다. 토양시료는 하변 달뿌리풀(Phragmites japonica) 식생지, 나지, 수변 혼합대와 사주 혼합대 하강류(downwelling), 상승류(upwelling) 지역에서 깊이 별로 채취하여 수분함량, pH 및 용존유기탄소와 같은 토양 이화학적인 분석과 체외 미생물 효소($\beta$-glucosidase, N-acetylglucosaminidase, phosphatase and arylsulfatase) 활성도, 미생물 군집구조(eubacteria, denitrifying bacteria)의 특성을 알아보았다. 실험 결과 수변 및 사주 지표수-지하수 혼합대 토양이 많은 수분을 함유하고 있었고, 수분함량과 용존 유기탄소는 양의 상관관계를 보였으며, 체외 미생물 효소 활성도는 용존유기탄소와 양의 상관관계를 보였다. 진정세균 군집구조 또한 수변 및 사주의 지표수-지하수 혼합대에서 독특한 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 지표수-지하수 혼합대를 통해 일어나는 하천의 생지화학적인 순환 전체를 이해하기 위한 기반을 제공한다.

Keywords

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