The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.9
no.4
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pp.179-195
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2004
The trophic state of the coastal waters of the southern part of Korea was assessed using biogeochemical data obtained from the National Marine Environmental Monitoring Program conducted by the National Fisheries Research and Development Institute for six years. The trophic state of different areas, analyzed by non-metric multi-dimensional scaling (MDS) analysis, could divide the areas into three groups. Masan Bay, with suboxic water masses and/or the highest concentrations of dissolved inorganic nitrogen and phosphorus occurred, was assessed as being in a hypertrophic state. Ulsan Bay, Onsan Bay, Busan and Jinhae Bay, located near strong point sources, were in a eutrophic state. Other areas, including Tongyong, Yosu, Mokpo and Jeju island, were evaluated as being in a mesotrophic state. During 1997 to 2002, the average values of excess nitrogen, which is the difference between the measured dissolved inorganic nitrogen (DIN) and the corrected DIN using the Redfield ratio, were positive at Ulsan, Onsan, and Busan, where there were inflows from polluted rivers. In contrast, those were negative values in Haengam Bay, Gwangyang Bay and nearby Yosu. This suggests that the limiting element for phytoplankton growth differed among sites. The time series data of excess nitrogen showed gradual decrease over time in the hypertrophic waters, but the opposite trend in the mesotrophic waters. This indicated that the ratio of nitrogen to phosphate varied according to the trophic state of the coastal waters. The enrichment of organic matter in sediment in eutrophic waters would disturb the normal pattern of biogeochemical cycling of nitrogen and phosphate. In order to assess the condition of the coastal environment, the benthic boundary layer should be considered.
Wetlands can remove organic contaminants, metals and radionuclides from wastewater through various biogeochemical mechanisms. In this study, a mathematical model was developed for simulating the fate and transport of chemical species in marsh wetland sediments. The proposed model is a one-dimensional vertical saturated model which is incorporated advection, hydrodynamic dispersion, biodegradation, oxidative/reductive chemical reactions and the effects from external environments such as the growth of plants and the fluctuation of water level due to periodic tides. The tidal effects causes periodic changes of porewater flow in the sediments and the evapotranspiration and oxygen supply by plant roots affect the porewater flow and redox condition on in the rhizosphere along with seasonal variation. A series of numerical experiments under hypothetical conditions were performed for simulating the temporal and spatial distribution of chemical species of interests using the proposed model. The fate and transport of a trace metal pollutant, chromium, in marsh sediments were also simulated. Results of numerical simulations show that plant roots and tides significantly affect the chemical profiles of different electron acceptors, their reduced species and trace metals in marsh sediments.
As we are trying to in-situ treat (purify or immobilize) heavy metals or radionuclides in groundwater, one of the geochemical factors to be necessarily considered is the value of oxidation/reduction potential (ORP) of the groundwater. A biogeochemical impact on the characteristic ORP change of groundwater taken from the KAERI underground was observed as a function of time by adding electron-donor (lactate), electron-acceptor (sulfate), and indigenous bacteria in a laboratory condition. There was a slight increase of Eh (slow oxidation) of the pure groundwater with time under a $N_2$-filled glove-box. However, most of groundwaters that contained lactate, sulfate or bacteria showed Eh decrease (reduction) characteristics. In particular, when 'Baculatum', a local indigenous sulfate-reducing bacterium, was injected into the KAERI groundwater, it turned to become a highly-reduced one having a decreased Eh to around -500 mV. Although the sulfate-reducing bacterium thus has much greater ability to reduce groundwater than other metal-reducing bacteria, it surely necessitated some dissolved ferrous-sulfate and finally generated sulfide minerals (e.g., mackinawite), which made a prediction for subsequent reactions difficult. As a result, the ORP of groundwater was largely affected even by a slight injection of nutrient without bacteria, indicating that oxidation state, solubility and sorption characteristics of dissolved contaminants, which are affected by the ORP, could be changed and controlled through in-situ biostimulation method.
Although rivers cover only 0.5% of the total land area on the Earth, they are windows that show the integrated effects of watershed biogeochemistry. Studies on the loads and properties of riverine carbon have been conducted because they are directly linked with drinking water quality, and because regional or global net ecosystem production (NEP) can be overestimated, unless riverine carbon loads are subtracted. Globally, ${\sim}0.8-1.5Pg\;yr^{-1}$ and ${\sim}0.62-2.1Pg\;yr^{-1}$ of carbon are transported from terrestrial ecosystems to the ocean via rivers and from inland waters to the atmosphere, respectively. Concentrations, ${\delta}^{13}C$, and fluorescence spectra of riverine carbon have been investigated in South Korea to understand the spatiotemporal changes in the sources. Precipitation as well as land use/land cover can strongly influence the composition of riverine carbon, thus shifting the ratios among DIC, DOC, and POC, which could affect the concentrations, loads, and the degradability of adsorbed organic and inorganic toxic materials. A variety of analyses including $^{14}C$ and high resolution mass spectroscopy need to be employed to precisely define the sources and to quantify the degradability of riverine carbon. Long-term data on concentrations of major ions including alkalinity and daily discharge have been used to show direct evidence of ecosystem changes in the US. The current database managed by the Korean government could be improved further by integrating the data collected by individual researchers, and by adding the major components ions including DIC, DOC, and POC into the database.
Kim, Dong-Hun;Moon, Sang-Ho;Ko, Kyung-Seok;Kim, Sunghyun
Economic and Environmental Geology
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v.53
no.6
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pp.655-666
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2020
This study evaluated the characteristics of arsenic production in groundwater through microbial community analysis of groundwater contaminated with high arsenic in Haman area. Groundwater in Haman area is contaminated with arsenic in the range of 0-757.2 ㎍/L, which represents the highest arsenic contamination concentration reported in Korea as natural groundwater pollution source. Of the total 200 samples, 29 samples (14.5%) showed higher arsenic concentration than that of 10 ㎍/L, which is the standard for drinking water quality, and 8 samples (4%) found in wells with 80-100 m depth were above 50 ㎍/L. In addition, seven wells with arsenic concentration more than 100 ㎍/L located in the northern part of Haman. As a result of microbial community analysis for high arsenic-contaminated groundwater, the microbial community compositions were significantly different between each sample, and Proteobacteria was the most dominant phyla with an average of 61.5%. At the genus level, the Gallinonella genus was predominant with about 12.8% proportion, followed by the Acinetobacter and Methermicoccus genus with about 7.8 and 7.3%, respectively. It is expected that high arsenic groundwater in the study area was caused by a complex reaction of geochemical characteristics and biogeochemical processes. Therefore, it is expected that the constructed information on geochemical characteristics and microbial communities through this study could be used to identify the origin of high arsenic groundwater and the development of its controlling technology.
The groundwater dependent ecosystem associated with a natural stream is the area where mixing and exchange of surface water and groundwater occurs due to large chemical and hydraulic gradients. Surface-groundwater interactions play an important role in biogeochemical processes in groundwater dependent ecosystems and make this area a hydro-ecological hot spot. The objective of this study is to characterize the groundwater dependent ecosystem in a natural stream where nitrate contamination of stream water is observed by means of hydrogeological, chemical, and biological methods. In this study, vertical flow exchange(hyporheic flow) rates between stream and groundwater were estimated based on vertical hydraulic gradients measured at mini-piezometers of various depths. To investigate the biological natural attenuation potential, biological analyses using polymerase chain reaction(PCR)-cloning methods were performed in this study. Results show that the veritical hyporheic water fluxes affect nitrate concentrations and bacterial densities in groundwater dependent ecosystems to some degree. Also, denitrifying bacteria were identified in hyporheic soils, which may support the biodegradation potential of the groundwater dependent ecosystems under certain conditions.
The objective of this study is to investigate biogeochemical processes to sequester $CO_2$and metals utilizing metal-rich fly ash (MRFA). Microbial conversion of $CO_2$into sparingly soluble carbonate minerals has been studied using MRFA under different $pCO_2$and different bicarbonate concentrations. Scaling from test tube to fermentation vessels (up to 4-L) using metal-reducing bacteria and MRFA has proved successful at sequestering carbon dioxide and metals. $CO_2$sequestration via precipitation processes using MRFA may complement the process of $CO_2$capture from fossil fuel plants while potentially stabilizing fly ash wastes.
Kim, Duck-Gil;Shin, Han-Kyu;Kim, Hung-Soo;Kim, Jae-Geun
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2010.05a
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pp.1006-1010
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2010
기존의 댐에 대한 연구는 이 치수 및 전력생산, 환경문제와 같은 댐의 전통적인 기능과 그 파급효과에 대한 연구가 주로 진행되어 왔으나 댐의 친환경적 활용방안 및 댐에 서식하고 있는 동 식물 및 생태계에 대한 연구는 상당히 미흡한 실정이다. 특히, 댐 상류지역 및 주변지역에 위치하고 있는 습지는 댐의 수질개선, 희귀 동 식물의 서식처 확보 등과 같은 생태보존, 위락 경관 생태공원 등의 기능을 제공할 수 있다. 이로 인해 댐유역에 위치하고 있는 자연습지의 보전뿐만 아니라 훼손에 따른 대체습지(인공습지)의 필요성이 점증되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재 운영되고 있는 댐을 대상으로 댐이 지니고 있는 습지의 역할을 검토하고자 수문지형학적 방법인 HGM 방법을 이용하여 댐습지의 기능을 평가하였다. HGM 방법을 이용하여 댐습지의 기능평가를 수행하기 위해서는 대상습지와 기준습지가 필요하며, 본 연구에서의 대상지역은 댐 유역내 습지지역이 조성되어 있는 보령댐으로 선정하였으며, 기준지역은 보전이 잘 되어 있고 람사르 협약에 등록된 우포늪으로 선정하였다. HGM 방법에서의 기능 평가는 수문학적, 생지화학적, 식물 서식처 그리고 동물 서식처 측면으로 구분하여 대상지역과 기준지역을 비교하는 방식으로 이루어진다. 그 결과, 댐습지가 지니고 있는 습지의 기능이 자연습지에 비해 평균적으로 약 50%정도의 역할을 하는 것으로 나타났다. 이는 댐습지가 습지로서의 역할을 기능적으로 100% 수행을 못하고 있지만, 댐이 습지의 기능을 어느 정도의 수준까지는 수행을 하고 있음을 알 수 있다.
Kim, Min-Seob;Hwang, Jong-Yeon;Kwon, Oh-Sang;Lee, Won-Seok
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.46
no.4
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pp.471-487
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2013
This review paper was written to provide background information as well as future application for aquatic ecologists interested in using stable isotope. Stable isotope techniques has proved to be an extremely useful to elucidate a lot of environmental and ecological problems. Stable isotopes have been used as possible tracers to identify sources, to quantify relative inputs in a system. When utilized carefully, stable isotope tools provides apparent advantages for the scientists to find out the processes of material cycles in various environments and energy flows in natural ecosystems.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.223-223
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2023
토양수분은 지표면과 지하 영역 사이에 존재하는 수분 및 열에너지의 분배를 제어하거나, 토양 영양분, 식물 성장 및 미생물 활동과 같은 다양한 환경 과정에 영향을 미치는 핵심 구성요소이다. 토양수분은 생태수문학 및 생지화학적 역학, 저수지 관리, 가뭄 및 홍수의 경고, 토양 수분 변화에 따른 작물 수확량 등을 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, 토양 수분의 정확한 측정은 필수적이며, 이러한 필요성에 따라 중력 측정법, 장력 측정법, 전기 저항법 및 시간-주파수 영역반사측정법 등의 다양한 측정 방법들이 다년간 개발되어 사용되었다. 다만, 앞선 방법들은 철저한 실험을 통해 높은 정확성을 확보하였지만, 토양 교란이 발생하는 단점이 존재하며 실험 현장 토양의 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성의 보존은 매우 어려운 한계점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 레일리파를 이용한 비접촉식 비교란 토양수분 센서 개발을 목표로 한다. 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 특징적인 토양 유형에 따른 파동을 측정하고, 측정된 파동으로부터 토양 수분을 추정하기 위해 기존에 개발된 시간-주파수 방법을 활용하여 토양수분을 함께 측정하였다. 비접촉 파동신호를 토양수분으로 변환하기 위하여, fully convolutional network을 개발하였다. 개발한 모델의 결과 검증은 RMSE(Root Mean Square Error)를 활용하여 검증하였으며, 모래, 실트, 점토에서 각각 0.0131, 0.0021, 0.0034 m3 m-3으로 상대적으로 높은 정확성을 보였다. 즉, 본 연구에서 제시한 누출 레일리파를 사용한 비교란-비접촉 토양수분 측정 방법으로, 토양을 교란하지 않고 토양수분을 측정 할 수 있는 높은 가능성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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