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문제 정의
- 본 연구에서는 수심이 얕고 연안대가 발달한 팔당호에서 주요 1차생산자인 대형수생식물의 서식현황을 조사하고 수생식물에 의한 연간 탄소 및 인, 질소의 흡수량을 측정하여 팔당호의 물질 수지에서 수생식물의 역할을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 선정된 각 대형수생식물의 서식면적의 측량은 호안으로의 접근이 가능하고 수심이 얕은 수역은 줄자를 이용하여 직접 측정하였고, 수심이 깊고 접근이 어려운 수역은 선박을 이용하여 대형수생식물서식지로 접근한 후 거리측정기 (YardagePro 1000, BUSHNELL, USA)와 자체제작한 반사판(1m x 1m)을 이용하여 측량하였다.
- 각 대형수생식물 종별 물질생산량을 조사하기 위하여 방형구(1m x1m, 3회)를 이용하여 대형수생식물 종별로 지상부를 채취한 후 실험실로 옮겨와 건조기에서 80℃ 로 5일간 건조시킨 후 건중량을 측정하였다. 건조된 대형 수생식물체를 분쇄기를 이용하여 미세분말화 한 후 원소분석기 (Elemental, vario EL)로 종별 탄소, 질소 함량을 조사하였으며, 인의 함량은 대형수생식물 분말을 일정량증류수에 현탁시킨 다음 현탁액에 K2S2O4를 첨가하여 가압분해하고 여과 한 후 아스코르빈산을 첨가, 발색 시켜 흡광도를 측정하여 (환경부, 1997) 나온 결과를 건중량당 인 함량으로 계산하였다.
- 5일간 건조시킨 후 건중량을 측정하였다. 건조된 대형 수생식물체를 분쇄기를 이용하여 미세분말화 한 후 원소분석기 (Elemental, vario EL)로 종별 탄소, 질소 함량을 조사하였으며, 인의 함량은 대형수생식물 분말을 일정량증류수에 현탁시킨 다음 현탁액에 K2S2O4를 첨가하여 가압분해하고 여과 한 후 아스코르빈산을 첨가, 발색 시켜 흡광도를 측정하여 (환경부, 1997) 나온 결과를 건중량당 인 함량으로 계산하였다. 결과는 3회 이상 측정한 값을 평균하였다.
- 팔당호 전체에서 대형수생식물에 의한 물질생산량은 1 x 1m의 방형구 내의 대형수생식물의 지상부 건중량을 종별 서식면적으로 곱하여 각 종별로 팔당호 내 전체 건중량을 구한 후 여기에 위에서 측정한 대형수생식물 군별 건중량당 물질 함량을 곱하여 지상부의 물질생산량을 구하였다. Wetzel (2001)과 오(1987)에 따르면 대형수생식물의 지하부 순생산량은 총 순생산량의 약 30%에 해당한다.
- Wetzel (2001)과 오(1987)에 따르면 대형수생식물의 지하부 순생산량은 총 순생산량의 약 30%에 해당한다. 이를 근거로 팔당호에서 대형수생식물에 의한 지하부 순생산량을 구하고 지상부와 합하여 이를 팔당호의 대형수생식물에 의한 연간 순생산량으로 하였다. 조사대상 대형수생식물의 분류는 최 (2000)를 기준으로 하였다.
- 또한 다른 수역에서는 거의 발생하지 않은 부유식물인 생이가래가 7%의 서식면적을 차지하는 것으로 나타났다. 팔당호 수면관리기관에서는 물의 흐름과 바람의 영향에 의하여 경안천의 생이가래가 팔당호의 전 수면에 확산되는 것을 방지하기 위하여 경안천의 일부 만입부 수역에 오일펜스를 이용하여 가두어 놓았다. 합류수역에서는 하류방향으로 왼쪽 호안은 대형수생식물 지대가 발달되지 않고 오른쪽 호안도 거리가 짧아서 서식면적이 넓지 않아 0.
대상 데이터
- 대형수생식물의 서식면적 조사를 위하여 수생식물이 충분히 생장한 상태인 2004년 8월부터 11월까지 조사하였으며 대상 수역은 팔당호 전체를 대상으로 하였고 4개수 역인 남한강, 북한강, 경안천 및 본류 수역으로 구분하여 조사하였다. 남한강 수역은 여주부터 팔당댐 방향으로 우안(右岸)은 경기도 양평군 양서면 양수리의 두물머리 끝까지, 좌안(左岸)은 경기도 광주시 남종면 분원리까지로 하였다 (Fig.
- 조사하였다. 남한강 수역은 여주부터 팔당댐 방향으로 우안(右岸)은 경기도 양평군 양서면 양수리의 두물머리 끝까지, 좌안(左岸)은 경기도 광주시 남종면 분원리까지로 하였다 (Fig. 1). 북한강 수역은 청평댐 하류에서 팔당호 방향으로 우안은 경기도 남양주시 능내리까지, 좌안은 경기도 양평군 양서면 두물머리 끝까지를 조사대 상수역으로 하였다.
- 1). 북한강 수역은 청평댐 하류에서 팔당호 방향으로 우안은 경기도 남양주시 능내리까지, 좌안은 경기도 양평군 양서면 두물머리 끝까지를 조사대 상수역으로 하였다. 경안천 수역은 경기도 퇴촌면 정지리보(堡)를 시작점으로 오른쪽은 경기도 남종면 분원리까지, 왼쪽은 경기도 광주시 삼성리 소재 상수원관리사무소 선착장까지를 대상으로 조사하였고 본류수역은 경기도 남양주시 능내리부터 댐까지의 양안(兩岸)의 대형수생식물 서식지역을 조사하였다.
- 북한강 수역은 청평댐 하류에서 팔당호 방향으로 우안은 경기도 남양주시 능내리까지, 좌안은 경기도 양평군 양서면 두물머리 끝까지를 조사대 상수역으로 하였다. 경안천 수역은 경기도 퇴촌면 정지리보(堡)를 시작점으로 오른쪽은 경기도 남종면 분원리까지, 왼쪽은 경기도 광주시 삼성리 소재 상수원관리사무소 선착장까지를 대상으로 조사하였고 본류수역은 경기도 남양주시 능내리부터 댐까지의 양안(兩岸)의 대형수생식물 서식지역을 조사하였다. 조사 대상 수역 중 인위적으로 연밭을 조성하여 대량으로 연을 재배하는 생태학습장 등은 배제하였다.
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2. 조사대상 대형수생식물의 선정 및 대형수생식물 서식면적 조사
조사대상 대형수생식물은 팔당호에 서식하고 있는 대형수생식물 중에서 예비조사를 통하여 서식면적이 가장 넓은 애기부들, 줄, 갈대, 연, 마름 및 생이가래 등 6종을 선정하였다.
성능/효과
- 대형수생식물 중에서 팔당호에 가장 넓은 면적에서 서식하는 6종의 우점 수초 즉, 애기부들 (Typha angus- tifolia), 갈대 (Phramites australis), 줄 (Zizania latifolia), 마름 (Trapa japonica), 연 (Nelumbo nucifera) 및 생 이가래 (Sal.,inia natans)를 대상으로 분포면적을 실측 조사한 결과, 팔당호 만수면적의 약 3.8%인 1.37 km2로 나타났다 (Table 1). 이러한 조사결과는 1988년에 조사된 정수식물과 부엽식물의 서식면적과 비교해 볼 때 48%의 서식면적 이 감소한 것으로 나타났다(김 등, 1988).
- 수역별 대형수생식물의 서식면적은 남한강, 북한강, 경안천 그리고 합류수역의 순서로 나타났다. 남한강의 대형수생식물 서식면적은 0.
- 그리고 합류수역의 순서로 나타났다. 남한강의 대형수생식물 서식면적은 0.458km2이었고 양수리 용늪 수역과 경기도 광주시 남종면 일대의 연안대를 따라 애기부들이 절대 우점하는 현상을 보였으며 줄과 연이 국지적으로 밀집하여 서식하고 있었다.
- 북한강의 대형수생식물 서식면적은 0.383 km2이었고 남한강과 마찬가지로 양쪽 호안에 대형수생식물이 서식하고 있었으며 특징적인 점은 서식면적 기준으로 볼 때 남한강보다는 갈대의 서식면적이 월등히 높았다. 경안천은 0.
- 217 km2로 나타났다. 4개의 조사대상 수역에서 연과 마름의 분포는 물의 흐름이 빠르지 않은 만입부에서 주로 서식하는 것으로 나타나 남한강의 양수리 용늪, 양수대교 하부의 만입부, 북한강의 서종리 만입부, 남양주시 조안면의 만입부, 남종면 귀여리 만입부, 조안면 능내리의 만입부 등에서 주로 서식하였다.
- 생활형에 따른 서식면적을 보면 정수식물이 1.08 km2, 부엽식물이 0.27 km2, 부유식물은 0.02 km2를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
- 6종의 우점 대형수생식물의 팔당호 서식면적 점유 비를 보면 애기부들이 전체 대형수생식물 서식면적의 약 47%를 차지하여 가장 넓게 분포하는 것으로 조사되었고 다음으로 줄, 갈대, 마름, 연과 생이가래 순으로 분포하였다 (Fig. 2).
- 각 수역별 우점 대형수생식물의 서식면적을 보면 수역에 따라 서로 다른 분포 비를 보였는데, 남한강 수역에서 가장 많은 면적을 차지하는 대형수생식물은 정수 식물인 애기부들로 전체 대형수생식물 서식면적의 62%를 차지하고 있는 것으로 나타나 북한강 수역의 50%, 경안천 수역의 20%보다 높게 나타났다. 특히 양수대교 및 용담대교 하단부, 복포천과 광주시 남종면 일대에 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다.
- 20%보다 높게 나타났다. 특히 양수대교 및 용담대교 하단부, 복포천과 광주시 남종면 일대에 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 줄은 남한강 양안(兩岸)에 골고루 분포하고 있었으며 갈대의 서식범위는 전체 서식면적의 0.
- 6%를 차지하였는데 양평군 서종면 일대와 남양주시 진중리 수변, 송촌리 호안 등에 집중적으로 서식하고 있었으며 북한강 양쪽 호안을 따라 소규모 군집을 이루고 있었다. 갈대도 전체 서식지의 28.8%를 차지하는 점유율을 나타내어 남한강 수역이나 경안천 수역보다 서식면적이 넓게 나타났다. 남양주시 조안면 호안의 섬에 집중 서식하고 있었으며 남양주시 진중리에서 상류 방향으로 진행하는 호안에 서식하고 있었다.
- 경안천의 대형수생식물 종 구성은 다른 수역에 비하여 상대적으로 균등한 분포를 보였다. 경안천 수역에서는 정수식물인 애기부들은 전체 대형수생식물 서식면적의 약 20%만 차지하였고 부엽식물인 마름이 31%로 나타났다. 또한 다른 수역에 비하여 생이가래가 많은 면적을 차지하고 있었는데 부유식물인 이 대형수생식물은 다른 수역에서는 거의 발생하지 않거나 아주 적은 개체수 만이 발생한데 비하여 경안천 수역에서는 매년 9~10월부터 집중 발생하는 특성을 가지고 있으며 예년의 경우에도 경안천 전 수역과 본류 수역이 생이가래에 뒤덮이는 현상이 발생하기도 하였다.
- 본류 수역의 대형수생식물분포는 북한강과 유사한 양상을 보여 애기부들의 분포면적이 전체 대형수생식물 서식 면적의 53%를 차지하는 것으로 나타났다. 갈대가 24%의 점유율을 보였으며 마름과 줄이 약 10%의 서식 범위를 나타내었다.
- 팔당호에서 대형수생식물에 의한 물질 생산량을 측정하기 위해서 6종의 우점 대형수생식물의 탄소, 질소 및인 함량을 조사한 결과, 탄소의 함량은 정수 식물군에서 비교적 높게 나타났으며 질소와 인은 부엽식물, 부유 식물군에서 정수식물보다 높은 함량을 보였다 (Table 2).
- 각 대형수생식물별 탄소 함량을 보면 정수식물인 줄, 애기부들 및 갈대에서 다른 생활형에 비해 높게 나타났으며 그 중 특히 줄이 476.1 mg C · g-1 DW로 가장 높은 함량을 나타내었다. 연은 439.
- 대형수생식물 종별 연간 1차생산량을 보면 전체 대형 수생식물에 의한 1차생산량은 758.4 ton C · yr-1 로 나타났고 그 중 애기부들에 의한 1차생산량이 가장 많아 연간 573.8톤의 탄소를 합성하는 것으로 나타났으며 이는 전체 대형수생식물에 의한 유기물 생산량의 76%를 차지하는 것이다. 다음으로는 줄, 갈대, 연 및 마름의 순으로 줄은 67.
- 팔당호 수역별로 대형수생식물의 연간 1차생산량을 보면 대형수생식물 분포면적이 가장 넓었던 남한 강수역에서 가장 많은 1차생산량을 보였으며 경안천 수역이 가장 적었다. 특히 전체 대형수생식물 분포면적으로는 경안천 수역이 합류수역보다 더 넓었으나 탄소함량이 높은 애기부들의 분포면적 이 합류수역에서 약 2배 정도 넓어 합류 수역의 탄소생산량이 더 많은 것으로 나타났다 (Fig.
- 특히 전체 대형수생식물 분포면적으로는 경안천 수역이 합류수역보다 더 넓었으나 탄소함량이 높은 애기부들의 분포면적 이 합류수역에서 약 2배 정도 넓어 합류 수역의 탄소생산량이 더 많은 것으로 나타났다 (Fig. 3b).
- 1 ton C · day-1 로 나타났고 외부 유입유기물과 저질에서 재부상된 유기물량을 합한 팔당호 유입유기물 총량은 약 364 ton C · day-1 으로 조사되었다 (한강수계관리위원회, 2004). 본 연구에서 조사된 대형수생식물에 의한 1차 생산량인 746 ton C · yr-1 를 가지고 대형수생식물 생장 기간을 4월부터 10월까지로 보고 팔당호에서 2004년 3월부터 11월까지의 대형수생식물에 의한 평균 1일당 1차 생산량을 계산한 결과 약 2.8ton C · day-1 로 나타났다. 따라서 2004년 팔당호 내에서 생산된 1차생산량에서 대형수생식물이 차지하는 비율은 전체 1차생산량의 약 6.
- 8ton C · day-1 로 나타났다. 따라서 2004년 팔당호 내에서 생산된 1차생산량에서 대형수생식물이 차지하는 비율은 전체 1차생산량의 약 6.6%이었고 전체 유입유기물량에서는 약 0.8%를 차지하였다. 이상의 결과로 볼 때 팔당호는 수심이 얕고 수위 변동이 적어 수변대가 발달하여 대형수생식물에 의한 물질 생산이 상당한 비중을 차지할 것으로 예상되었으나 실제 조사 결과 팔당호 전체 수표면적에서 대형수생식물이 점하고 있는 서식면적은 약 3.
- 8%를 차지하였다. 이상의 결과로 볼 때 팔당호는 수심이 얕고 수위 변동이 적어 수변대가 발달하여 대형수생식물에 의한 물질 생산이 상당한 비중을 차지할 것으로 예상되었으나 실제 조사 결과 팔당호 전체 수표면적에서 대형수생식물이 점하고 있는 서식면적은 약 3.8%에 불과하였고 또한 1 차생산량은 총 1차생산량의 약 6.6%를 차지하여 팔당호의 내부생산에 큰 기여를 하지 않는 것으로 나타났다. 이런 결과는 하천형 호수인 팔당호가 수리학적 체류 시간이 짧아 외부로부터 유입되는 유기물량이 내부에서 생산되는 1차생산량에 비해 월등히 많고, 또한 수체내 인, 질소 농도가 매우 높은 부영양 상태로 시기별로 식물플랑크톤의 대량발생 이 빈번하게 일어나는 등 수체 내 식물플랑크톤의 증식이 매우 활발하여 식물플랑크톤에 의한 1차 생산량이 절대적으로 많기 때문으로 판단된다.
- 본 연구에서 조사된 대형수생식물의 질소 함량은 부유식물인 생이가래에서 22.7 mg N·g-1 DW로 가장 높게 나타났고 부엽식물이 17.6~21.1 mg N · g-1 DW로 나타 났으며 정수식물이 다른 생활형보다 낮게 나타났다. 특히 애기부들에서는 6.
- 1 mg N · g-1 DW로 나타 났으며 정수식물이 다른 생활형보다 낮게 나타났다. 특히 애기부들에서는 6.4mg N · g-1 DW로 조사대상 대형수생식물 중에서 가장 낮아 부유식물인 생이가래의 28% 수준을 보였다 (Table 2).
- 각 대형수생식물별 질소함량에 건중량을 곱하여 팔당호에서 조사대상 대형수생식물에 의한 질소의 순 흡수량을 산정한 결과 지상부와 지하부를 합쳐 16,921 kg N · yr-1 로 나타났다 (Fig. 4). 대형수생식물 종별 질소의 흡수량은 식물체내 함량은 제일 낮았으나 서식면적이 가장 넓었던 애기부들이 8, 773 kg N·yr-1 로 가장 많은 질소를 흡수하는 것으로 나타났다.
- 4). 대형수생식물 종별 질소의 흡수량은 식물체내 함량은 제일 낮았으나 서식면적이 가장 넓었던 애기부들이 8, 773 kg N·yr-1 로 가장 많은 질소를 흡수하는 것으로 나타났다. 생이가래는 질소의 함량 자체는 많지만 서식면적이 좁아 전체 질소 흡수량에서는 적은 부분만을 차지하였다.
- 1 kg N · day-1 가 된다. 따라서 체류시간이 긴 시기에는 팔당호로 유입되는 총 무기질소의 약 0.1~0.3%가 대형수생식물에 의해 흡수 되며, 체류시간이 짧은 시기에는 약 0.01%의 유입 무기질 소가 대형수생식물에 의해 흡수되는 것으로 산정되어 팔당호에서 대형수생식물이 수중 무기질소를 흡수하는 양은 미미하여 대형수생식물에 의한 수질정화 효과를 기대하기는 어려울 것으로 나타났다.
- 257mg P . g-1 DW의 인함량을 보여 조사대상 대형수생식물종 중 가장 높은 인 함량을 보였고 정수식물인 줄과 갈대는 0.595, 0.823 mg P . g-1 DW로 다른 대형수생식물군보다 적은 인 함량을 보였다.
- 마름은 수중에서 줄기와 잔뿌리의 발달에 의한 표면적 확장으로 입자성 부유물질의 흡착, 미생물막의 형성 등에 의하여 인의 양이 증가한 것으로 판단된다. 6종의 우점 대형수생식물에 의한 인의 흡수량은 1, 841.0 kg P ・yr-1 로 나타났으며 이 중 애기부들에 의한 흡수량이 1, 431.2kg P .yr-1로 월등히 높아 전체 대형수생식물에 의한 인 흡수량의 77.
- 766 ton P·day-1 로 나타났다 (한강수계관리위원회, 2004). 본 연구에서 조사된 대형수생식물에 의한 인 흡수량으로 볼 때 체류시간이 긴 4월과 6월에 팔당호로 유입되는 무기인산염의 약 1.4~5.7%가 대형수생식물에 의 해 흡수되었고 체류시간이 짧은 7월에는 총 유입 무기 인산염의 약 0.05%가 대형수생식물에 의해 흡수되는 것으로 나타났다. 팔당호는 수리학적 체류시간이 짧아 대부분의 유입 물질이 호 내에서 순환되지 못하고 바로 하류로방류된다.
- 2004년 팔당호 인 수지 조사에서도 4월, 6월, 7 월에 유입된 무기인산염의 76~85%가 그대로 방류된 것 으로 나타났다 (한강수계관리위원회, 2004). 따라서 호 내에 잔류하는 유입 무기인산염에 대한 대형수생식물의 순 흡수량 비는 체류시간이 긴 경우 6~39%, 체류시간이 짧은 경우 약 0.3%로 나타나 체류시간이 긴 갈수기 동안에는 유입된 무기인산염의 상당량이 대형수생식물에 의해 흡수되는 것으로 나타났다. 이런 결과로 볼 때 팔당호에서 실제 식물플랑크톤의 대량발생을 유발하는 원인 물질인 무기인산염의 제거에 대형수생식물이 어느 정도 역할을 담당하고 있는 것으로 추정되며, 향후 인 흡수량이 높고 서식면적이 넓은 애기부들을 고사기에 적절히 제거하는 방법이 팔당호 수질개선을 위한 인의 저감 대책으로 이용 될 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 팔당호를 비롯한 대규모 호수가 대도시의 상수원수로서 역할을 수행하기 위해서는 충분한 수량과 함께 양호한 수질을 유지하는 것이 필수적이며 이러한 수질을 유지하기 위해서는 호수 내 유기물 및 부영양화 물질인 인, 질소의 관리가 반드시 필요하며 이를 위해서는 우선 수중 생태계에서 유기물 및 부영양화 물질의 거동과 거기에 작용하는 생태계 구성 인자의 역할에 대한 규명 연구가 필수적이다.
- 3%로 나타나 체류시간이 긴 갈수기 동안에는 유입된 무기인산염의 상당량이 대형수생식물에 의해 흡수되는 것으로 나타났다. 이런 결과로 볼 때 팔당호에서 실제 식물플랑크톤의 대량발생을 유발하는 원인 물질인 무기인산염의 제거에 대형수생식물이 어느 정도 역할을 담당하고 있는 것으로 추정되며, 향후 인 흡수량이 높고 서식면적이 넓은 애기부들을 고사기에 적절히 제거하는 방법이 팔당호 수질개선을 위한 인의 저감 대책으로 이용 될 수 있을 것으로 판단된다.
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