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일본 나고야 대학 연구진에 따르면, 강 근처 토양에 축적된 질산염은 강우 시 강물의 질산염 농도를 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 생물지구과학(Biogeoscience) 저널에 발표된 이번 연구 결과는 질소 오염을 줄이고 호수나 연안 해역과 같은 하류 수역의 수질을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
질산염은 식물과 식물성 플랑크톤에게 중요한 영양소이지만, 강물의 질산염 농도가 높아지면 수질이 악화되고 부영양화(물에 영양분이 과다하게 축적되는 현상)가 발생하며 동물과 인간의 건강에 위험을 초래할 수 있습니다. 강우 시 하천의 질산염 농도가 증가하는 것으로 알려져 있지만, 그 원인은 명확히 밝혀지지 않았습니다.
비가 내릴 때 질산염이 증가하는 기전에 대해서는 크게 두 가지 이론이 있습니다. 첫 번째 이론에 따르면 대기 중의 질산염이 빗물에 녹아 직접 하천으로 유입된다는 것입니다. 두 번째 이론은 비가 내릴 때 강변 지역의 토양에 있는 질산염이 강물로 들어간다는 것입니다.
질산염의 근원을 더 자세히 조사하기 위해, 환경학대학원 츠노가이 우루무 교수 연구팀은 아시아 대기오염연구센터와 공동으로 질산염의 질소 및 산소 동위원소 구성 변화와 집중호우 시 강물의 질산염 농도 증가를 분석하는 연구를 수행했습니다.
이전 연구에서는 일본 북서부 니가타현의 가지강 상류 하천에서 폭풍우 기간 동안 질산염 농도가 크게 증가하는 것으로 보고되었습니다. 연구진은 가지강 유역, 특히 가지강 상류의 하천에서 수질 샘플을 채취했습니다. 세 차례의 폭풍우 기간 동안 자동 샘플러를 사용하여 24시간 동안 매시간 유역 하천의 샘플을 채취했습니다.
연구팀은 하천수의 질산염 농도와 동위원소 조성을 측정하고, 그 결과를 하천 연안 지역 토양의 질산염 농도 및 동위원소 조성과 비교했습니다. 그 결과, 질산염의 대부분이 빗물이 아닌 토양에서 유래한다는 사실을 밝혀냈습니다.
"우리는 폭풍우 시 하천의 질산염 농도 증가의 주요 원인이 하천 수위와 지하수 상승으로 인해 해안 토양의 질산염이 하천으로 흘러들어가는 현상이라는 결론을 내렸습니다."라고 연구 저자인 나고야 대학의 딩웨이톈 박사는 말했다.
연구팀은 또한 폭풍우 동안 질산염 유입량 증가에 미치는 대기 질산염의 영향을 분석했습니다. 강수량 증가에도 불구하고 하천수의 대기 질산염 함량은 변화가 없었는데, 이는 대기 질산염의 영향이 미미함을 나타냅니다.
연구진은 또한 해안 토양의 질산염이 토양 미생물에 의해 생성된다는 사실을 발견했습니다. 쓰노가이 교수는 "미생물에서 유래한 질산염은 일본에서 여름과 가을에만 해안 토양에 축적되는 것으로 알려져 있다"며, "따라서 강우로 인한 하천의 질산염 증가는 이 시기에만 발생할 것으로 예측할 수 있다"고 설명했습니다.
참고문헌: Dean W, Tsunogai W, Nakagawa F, et al. Tracking the source of nitrates in forest streams showed elevated concentrations during storm events. Biogeoscience. 2022;19(13):3247-3261. doi: 10.5194/bg-19-3247-2022
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