KIGAM 한국지질자원연구원

습지는 지구 전체 지표면의 약 6%에 해당하는 지역으로 지구상의 생물 2%가 생존하고, 해양생물의 약 60%가 서식한다.

특히, 육지 환경과 수환경의 중간단계를 보여주는 생태환경특성 때문에 생물 종다양성이 매우 높은 지역으로 그 가치가 높다.

습지의 많은 식물들은 주변에서 유입되어 들어오는 질소, 인과 같은 영양물질을 흡수하여 물을 정화하는 기능을 갖는다.

습지의 독특한 퇴적환경으로 인해 수분보유능력이 뛰어나 저수지와 같은 역할을 하여, 

홍수 및 가뭄을 완화 시키며, 빗물을 습지 내에 저장하여 지하수로 전환해 보유하기도 한다.

또한 습지 내에서 일어나는 탄소 순환은 온실효과를 가중시키는 이산화탄소의 저장소가 되어 기후를 조절하는 기능을 한다.

이처럼 습지는 매우 복잡한 생태계이다.

이러한 복잡한 습지를 잘 이해하고 그 생태적 가치를 보호하기 위해서는

지하수의존생태계(Groundwater Dependent Ecosystem, GDE)는 생태계를 유지하는 데 필요한 수자원 공급의 일부, 상당 부분 혹은 전부를 지하수에 의존하는 생태계를 말한다. 즉, 지하수의존생태계에는 지하수 즉 대수층(aquifer)도 당연히 포함되지만, 모든 지하수의존생태계가 전적으로 지하수에만 의존하거나 직접적으로 지하수를 공급하는 것은 아니다. 가깝게는 주변의 하천이나 강도 지하수에 부분적으로 의존 혹은 종속되어 있는 지하수의존생태계이며, 습지도 아주 대표적인 지하수의 존생태계 중 하나다.

특히, 이러한 지하수의존생태계는 그 생태계가 지하수에 의존하고 있는 정도에 따라 다르게 나타날 수 있지만, 지하수의 수량과 질이 생태계에 큰 영향을 끼친다. 수자원이 부족하고 자연생태계가 지하수에 대한 의존도가 매우 높은 호주의 경우, 수자원의 효율적인 이용 및 생태계 보전에 대한 정책 일환으로, 지하수의존생태계의 보호와 지하수에 직/간접적으로 의존하고 있는 생태계의 위치와 현황 파악을 위해 지하수의 존생태계 지도를 구축하고 있다. 지하수의존생태계로서의 습지는 진흙 등과 같은 토지 피복의 특성으로 수분 보유기능과 흐름에 영향을 주어 결과적으로 지표수와 지하수의 유동과 수질변화에 영향을 줄 수 있다. 습지 식물의 증산 작용은 강수 패턴에 영향을 미치기도 하며, 습지 내의 생물 다양성은 질소와 같은 영양물질 순환과 탄소순환에 중요한 역할을 한다. 다시 말해, 습지가 파괴되거나 제 기능을 하지 못할 때는 지역적 또는 세계적인 물순환, 탄소순환, 질소 순환의 변화, 그리고 궁극적으로는 기후변화에도 영향을 미칠 수도 있다.

따라서 습지의 물순환 연구, 습지의 영양물질 및 탄소 순환 연구는 습지가 가지고 있는 기능과 특성을 이해하게 함으로써, 지하수의존생태계 중의 하나인 습지를 보호하고 관리할 수 있어 생물의 다양성을 보존하는데 기여할 뿐만 아니라 기후변화에도 적극적으로 대응할 수 있게 한다. 습지 내에서의 물 순환이 지하수에 매우 의존적일 경우, 습지의 수위는 강우의 특성이나 주변 지표수의 유입 특성보다 지하수의 수위 변동에 큰 영향을 받는다. 즉, 습지의 수위보다 주변 지하수의 수위가 높을 때는 주변의 지하수가 습지 내로 함양(recharge)되며, 반대로 습지의 수위보다 주변 지하수의 수위가 낮을 때는 지하수가 유출 (discharge)되기도 한다. 또한 이러한 습지 내의 지하수는 습지의 토양 특성에 따라 유입되었다가 유출되기도 하고, 습지 내에 고여 있기도 한다. 습지 내의 지하수 유동 특성을 연구하는 것은 습지를 이해하기 위한 첫걸음이다.

습지 내 지하수의 유동과 물질순환

한국지질자원연구원에서는 군산에 위치한 ‘백석제습지’의 물/물질 순환을 연구하기 위해 습지의 지하수 유동 및 기여 특성에 대한 연구와 함께 습지에서 일어나는 질소의 생지화학적 순환에 관한 연구를 진행 중이다. 습지는 질소와 같은 영양물질의 순환에 큰 기능을 한다. 습지에서 일어나는 질소 순환에 대한 연구는 부영양화 등을 일으키는 오염물질 중의 하나인 질소가 습지의 미생물 및 식물들에 의해 어떻게 변화되고, 어떠한 미생물이 주로 질소 순환에 관여하는지를 살피며, 계절적으로 어떠한 차이가 있는지, 강우 및 지하수 유동과 같은 습지의 수리적 변화에 대해서도 어떻게 달라지는지 검토한다.

습지는 매우 복잡한 생태계이다. 습지를 구성하는 요소로는 습지수문, 습지토양, 수생식물, 습지동물이 있다. 습지의 수문특성은 강우 특성에 따라 주기적으로 물로 덮이거나 영구적으로 덮여 있기도 하고, 수문과 지형 특성에 따라 정체되어 있거나 흐름이 있다. 습지토양은 배수가 잘 안 되는 퇴적토로 습지가 침수되어 있을 때는 공기 중의 산소가 퇴적토층까지 전달되지 못해 무산소 환경이 되기도 하며, 식물의 뿌리 주변에는 국지적으로 산소가 있는 산화적인 환경이 형성되기도 한다. 또한, 습지식물사체로 인해 유기물함량이 높은 것이 특징이다. 습지의 수생식물은 물속에 잠긴 채로 서식할 수 있도록 독특한 식물 조직을 가지는 식물로, 이러한 수생식물은 수변지역의 침식을 억제하거나 어류와 조류 등의 서식처를 제공한다.

따라서 복잡한 생태계를 가지는 습지를 이해하기 위한 첫걸음으로, 습지의 수리수문학적 특성을 이해하는 것은 매우 중요하다. 한국지질자원연구원에서는 다학제적 연구접근법을 통해 백석제습지 내 습지수체와 지하수가 서로 어떻게 상호작용하며, 지하수가 계절적으로 습지에 어느 정도 기여하는지 정량화하였다. 습지 부근의 지하수위와 습지 지표수위를 연속적으로 모니터링하여 습지 지하공간에서 일어나는 지하수 유동 방향에 대해 알아내고, 지하수와 지표수 속에 있는 환경 추적자 중 하나인 라돈 농도를 포함해 다양한 화학성분 분석, 전기비저항탐사, 양수 시험 등 자료를 이용하여 습지 내로 들어오는 지하수 함양특성을 정량적으로 산정하였다. 이 결과 지하수의 습지로의 함양량은 계절적 변화뿐만 아니라 습지 내 위치에 따라서도 다르다는 것을 알 수 있었다.

이러한 습지의 수리수문특성변화에 따라 습지의 질소 순환 특성도 다르다는 것을 알 수 있었다. 습지의 식물 분해로부터 유래하는 암모늄이온의 농도는 계절적 영향이 두드러지게 나타났다. 습지의 높은 유기물 함량 특성과 상대적으로 낮은 pH로 인해, 습지의 질산염은 일반적으로 알려진 미생물에 의한 질소가스로의 전환 기작보다 암모늄이온으로 전환되는 기작이 더 활발하다는 것을 관련 미생물의 유전자 정량화를 통해 알 수 있었다.

이런 복합적인 연구를 통해 지하수의존생태계 중 하나인 습지에서 일어나는 지하수와 지표수 상호작용의 시공간적 변화에 대한 이해가 가능할 것이다. 이러한 연구를 통해 얻은 정보는 습지의 영양염류 및 중금속 거동에 대한 이해와 정화 기술개발에도 응용할 수 있다. 또한, 기후변화에 대응하기 위한 습지 생태계의 보호와 관리 그리고 지속가능성에 대한 통합관리정책 마련에 기여함으로써 습지의 생태계 서비스 가치를 최대화할 수 있을 것으로 기대한다.

호주를 포함하여 미국, 독일 등에서는 지하수-지표수-생태계를 연계한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 지하수의존생태계의 지하수-지표수 상호작용 연구의 중요성과 필요성은 인식하고 있으나 실제적인 연구는 매우 미흡한 상태이다. 따라서 습지를 포함한 하천, 호수, 연안 기수역 등 지하수의 영향을 받는 지하수의존생태계의 수문학적, 수리지질학적, 생지화학적 특성을 연구하고, 지하수가 이러한 생태계에 기여하는 정도, 지하수 및 지표수 수질에 미치는 영향, 더 나아가 생태 환경에 미치는 영향을 파악하는 연구를 수행할 계획이다.