참조습지 특성을 활용한 수질관리용 인공습지의 모니터링 인자 평가

Abstract

본 연구에서는 참조습지 특성을 활용하여 조성한 인공습지를 평가하기 위해서 모니터링 인자를 선정한 후, 선정된 모니터링 인자에 따라 참조습지토양과 인공습지토양을 서로 비교·분석함으로써 조성된 인공습지의 현 상태를 파악하고자 하였다. 1. 선행연구를 통해 습지토양특성의 경우 토성, 함수율, 유기물함량, pH, CEC, 총질소, 유효인산이 인자로 선정되고 미생물활성의 경우 DHA와 DEA가 선정되었다. 2. 참조습지와 인공습지의 습지토양특성을 비교한 결과 토성의 경우 참조습지는 주로 silt(37%)와 clay(63%)성분으로 이루어진 미사질양토(silty clay loam)로 습지토양특성을 나타내었고 인공습지는 sand(40∼45%)함량이 많은 점질양토(loamy sand)로 일반육상토양의 특성을 나타내었다. 또한 pH를 제외한 함수율, 유기물함량, CEC, 총질소, 유효인산의 경우 참조습지가 인공습지보다 높은 값을 나타냈다. 이는 참조습지가 인공습지에 비해 silt와 clay함량이 많고, 혐기상태에서 분해가 느려져 유기물 집적으로 인해 유기물함량이 많아진 것으로 질소공급원으로도 작용하는 것으로 파악된다. 반면 pH의 경우 참조습지는 높은 유기물함량에 따른 유기산 증가로 인해 산성을 띄고 인공습지는 알칼리성을 나타내는 것으로 판단된다. 3. 인공습지 조성 후 시간경과에 따른 습지토양특성 변화를 본 결과 인공습지 1의 경우 토성은 조성 후 식생 도입을 위해 주변 서낙동강의 Seedbank를 뿌려줌에 따라 silt와 clay 함량이 증가한 것으로 판단된다. pH를 제외한 함수율, 유기물함량, CEC, 총질소, 유효인산은 시간이 경과함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 조성 후 Seedbank를 뿌려줌에 따라 silt와 clay증가와 유기물질 여과에 따른 함수율 및 유기물 함량 증가로 인한 것으로 판단된다. 반면 인공습지 2의 경우 토성은 silt함량은 줄어들고 상대적으로 clay함량은 증가하는 것을 보여주었으나 sand함량은 변함없어 다른 인자들은 인공습지 1에 비해 큰 변화는 나타나지 않았다. 이는 조성 이 후 토양이 안정화되는 시간이 충분히 경과되지 않았기 때문으로 판단된다. pH의 경우 인공습지 1, 2 모두 원골재인 육상토양이 물과 접하면서 중성으로 변했다가 유기물함량 증가에 따른 유기산 증가로 인해 산성으로 변해가는 것으로 판단된다. 4. 참조습지와 인공습지의 미생물활성을 비교한 결과 참조습지의 경우 DHA와 DEA의 값이 인공습지에 비해 더 높은 것으로 나타났다. 이는 참조습지가 인공습지 보다 silt 및 clay 함량이 높고 습지로 유입되는 유기물에 대한 흡착능력이 높아 유기물함량이 충분한 것으로 미생물에 필요한 탄소원이 충분히 존재함을 나타낸다. 5. 인공습지 조성 후 시간경과에 따른 미생물활성 변화를 본 결과 시간이 경과함에 따라 DHA와 DEA값이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 토양특성과 마찬가지로 토양 내 유기물 함량과 함수율 증가로 토양 내 미생물 활성도가 큰 폭으로 증가된 것으로 판단된다. 또한 인공습지 내 탄소원과 같은 영양분이 충분히 공급된다면 보다 더 좋은 탈질율을 예상할 수 있다. 6. 통계분석 결과 DEA와 토양특성 인자간 상관관계가 높은 것으로 나타나 습지 모니터링 시 토양특성과 미생물활성도를 같이 평가하는 것이 필요하다고 판단된다. 또한 시간이 경과함에 따라 인공습지 2(연구습지)에 비해 인공습지 1(시범습지)이 참조습지의 특성으로 유사해지는 것을 알 수 있다. 본 연구를 통해 인공습지는 시간이 경과함에 따라 토양특성과 미생물 활성이 변화되며 조성 초기의 인공습지의 경우 생지화학적 반응보다 물리적 기작에 의해 오염물질이 저감된다는 것을 알 수 있다. 따라서 인공습지의 토양이 안정화되어 제 기능을 하기까지는 일정시간이 필요한 것으로 판단된다. 앞으로도 지속적이고 장기적인 모니터링이 이루어져야 할 것이며 이를 통해 기초적 연구가 확립되면 국내 인공습지의 연구 및 관리에 중요한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 추 후 수질정화용 인공습지의 모니터링 평가에도 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Although the construction of artificial constructed wetlands has been active recently, the study on the constructed wetland is still in the initial stage and a little work on the interaction of microorganisms, plants and soil, which is considered as an water purification mechanism, has been done. Based on the characteristics of reference wetland, two constructed wetlands were constructed. After construction of the wetlands, the changes of the characteristics of constructed wetlands such as the soil properties and microbial activity were monitored. To evaluate the change of soil properties, soil texture, water content, organic matter(IL, COD), pH, CEC, TN, and available P₂O_(5) were monitored. To evaluate the microbial properties of the constructed wetlands, dehydrogenase activity(DHA) and denitirfication enzyme activity(DEA) were measured. The soil properties and microbial activity of the reference wetland were also monitored to compare those of constructed wetlands. The results of this study shows the water content, organic matter and CEC increased with time while pH. It indicates the soil properties of the constructed wetlands have been gradually(progressively) similar with those of the reference wetland. The results showed that DHA of the constructed wetlands increased with time, which indicated the microbial degradation on the organic matter became active because of the increased organic matter. According the results of DEA measurement, the denitrifiaction rate of the constructed wetland, which plays an important role for nitrogen removal in the wetland, can be similar to that of the reference wetland if the organic matter is provided sufficiently to the constructed wetlands. Statistic analysis such as multiple comparison, correlation analysis, multidimensional preference analysis, cluster analysis on the monitoring results in this study shows that the soil properties and microbial activity of the constructed wetlands have been similar to those of the reference wetland.(shows that the constructed wetlands tend to shift into the reference wetland)