상을 차지하는 갈대의 침수줄기에 형성된 부착규조 군집 빛 수질특성을 파악하고자, 결빙기를 제외한 2005년 3월부터 10월까지 유입수, 습지(고습지, 저습지), 배출구를 각각 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 습지에 상관없이 높은 유기물 및 영양염 지수를 나타냈으며, 습지를 통과하면서 질소계열은 감소한 반면, 인계열은 오히려 증가하였다. 2) 부착규조는 저온기에 보다 다양하고 높은 생물량을 나타냈으며, 우점종은 습지에 관계없이 Nitzschia palea, Nitzschia amphibia 였으며, 조사 시기(강우)에 따라 다양한 범위를 나타냈다 3) 저습지 보다 고습지에서 높은 현존량은 영양염과 광투과율, 그리고 낮은 canopy와 관계가 있는 것으로 판단되었다. 따라서 동화습지는 풍부한 퇴적물과 갈대 쇄설물로부터 유출된 영양물질(특히 인)이 특정 규조류의 성장을 촉진하였으며, 특히 갈대식물 밀도가 적어 낮은 canopy를 보였던 고습지에서 높은 현존량을 나타났다.
상을 차지하는 갈대의 침수줄기에 형성된 부착규조 군집 빛 수질특성을 파악하고자, 결빙기를 제외한 2005년 3월부터 10월까지 유입수, 습지(고습지, 저습지), 배출구를 각각 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 습지에 상관없이 높은 유기물 및 영양염 지수를 나타냈으며, 습지를 통과하면서 질소계열은 감소한 반면, 인계열은 오히려 증가하였다. 2) 부착규조는 저온기에 보다 다양하고 높은 생물량을 나타냈으며, 우점종은 습지에 관계없이 Nitzschia palea, Nitzschia amphibia 였으며, 조사 시기(강우)에 따라 다양한 범위를 나타냈다 3) 저습지 보다 고습지에서 높은 현존량은 영양염과 광투과율, 그리고 낮은 canopy와 관계가 있는 것으로 판단되었다. 따라서 동화습지는 풍부한 퇴적물과 갈대 쇄설물로부터 유출된 영양물질(특히 인)이 특정 규조류의 성장을 촉진하였으며, 특히 갈대식물 밀도가 적어 낮은 canopy를 보였던 고습지에서 높은 현존량을 나타났다.
Water quality and epiphytic diatom on the submerged stems of reed (Phragmites communis), which occupy 90% of the Donghwa wetland macrophytes were monthly monitored at three points such as inflow stream, high- and low-level wetlands, and outflow stream between March and October, 2005. 1) A diverse an...
Water quality and epiphytic diatom on the submerged stems of reed (Phragmites communis), which occupy 90% of the Donghwa wetland macrophytes were monthly monitored at three points such as inflow stream, high- and low-level wetlands, and outflow stream between March and October, 2005. 1) A diverse and high density of diatom species observed in the cold-season, especially Nitzschia palea and Nitzschia amphibia dominated the diatom community without wetlands. 2) High DAIpo and TDI indices were measured over the sampling periods and stations, regardless of nitrogen increase and phosphorus increase through the wetlands. 3) Higher density of diatom species in high wetland than low wetlands was attributed in the enough nutrients and light penetration by low growth of reed. Therefore, epiphytic diatom of reed stem in Donghwa wetland, where high nutrients released from the sediment and reed debris after the death of macrophytes, flourished with low canopy of low reed vegetation.
Water quality and epiphytic diatom on the submerged stems of reed (Phragmites communis), which occupy 90% of the Donghwa wetland macrophytes were monthly monitored at three points such as inflow stream, high- and low-level wetlands, and outflow stream between March and October, 2005. 1) A diverse and high density of diatom species observed in the cold-season, especially Nitzschia palea and Nitzschia amphibia dominated the diatom community without wetlands. 2) High DAIpo and TDI indices were measured over the sampling periods and stations, regardless of nitrogen increase and phosphorus increase through the wetlands. 3) Higher density of diatom species in high wetland than low wetlands was attributed in the enough nutrients and light penetration by low growth of reed. Therefore, epiphytic diatom of reed stem in Donghwa wetland, where high nutrients released from the sediment and reed debris after the death of macrophytes, flourished with low canopy of low reed vegetation.
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문제 정의
본 연구는 동화천에 조성된 인공습지를 대상으로 수생식물 군락의 95% 이상을 차지하는 갈대 (*eFs 7iragnzi commu-nis Trinius)의 침수줄기에 형성된 부착규조 군집과 수질 특성을 파악하고자, 결빙기를 제외한 2005년 3월부터 10월까지 유입수, 습지, 배줄구를 대상으로 조사를 실시하였다.
제안 방법
,USA)를 이용하여 현장에서 측정하였고, ChLa, 부유물질 (SS) 및 영양염은 채수 후 실험실로 운반하여 분석하였다. 광투과율은 Li-250 light meter를 이용하여 표면과 수심 30 cm의 광도를 각각 측정하여 상대적 투과율 (relative penetration, %)을 계산하였다. ChRze acetone법, 부유물질은 GF/C-filter를 이용하였으며, BOD는 Winkler-Azide 법, COD는 acid KMnQ법, NO2, NH3는 phenate, colorimetric 법, NO3과 TNe cadmium reduction법, PQe ascorbic acid 법, TP는 persulfate 분해 후 용존무기 인 측정법으로 각각 측정하였다(APHA, 1995).
수온, pH, 염분도, 전기전도도, 용존산소(DO), 탁도 등은 Portable multi-parameter (YSI 600QS-O-M, YSI inc.,USA)를 이용하여 현장에서 측정하였고, ChLa, 부유물질 (SS) 및 영양염은 채수 후 실험실로 운반하여 분석하였다. 광투과율은 Li-250 light meter를 이용하여 표면과 수심 30 cm의 광도를 각각 측정하여 상대적 투과율 (relative penetration, %)을 계산하였다.
조사는 갈수기와 결빙기를 제외한 10개월 동안(2005년 3월부터 10월까지)매월 1회씩 실시하였다. 조사지점은 유입부(유입하천), 습지 (고습지, 저습지), 배출구 등으로 구분하여 생물조사는 고습지 (Hl, H2, H3), 저습지 (LI, L2, H3)등 6개 지점에서, 수질조사는 유입수(IN), 습지 (Hl, H2, H3, LI, L2, L3), 배출구(HOUT, LOUT) 등 총 9개 지점에서 실시하였다(Fig.
운반된 줄기는 길이와 두께를 고려하여 100 cm2 표면적을 부드러운 brush로 긁어 PE병에 넣고 증류수를 이용하여 100 mL로 정량 채집하였다. 채집 한 시료를 KMnQ법으로 세정하고(Hendey, 1979) 영구표 본을 제 작하여 광학현미 경 (Axioscop 20, X 1,000-2,000) 하에서 동정, 분류하였다. 부착규조 현존량은 100 mL씩 정 량 채집한 시료를 잘 혼합한 후 ImL를 취해 SedgwickRafter chambe * 로 500 cells 이상을 계수하여 이를 근거로 각 분류군의 상대빈도로 환산하였다.
대상 데이터
ChRze acetone법, 부유물질은 GF/C-filter를 이용하였으며, BOD는 Winkler-Azide 법, COD는 acid KMnQ법, NO2, NH3는 phenate, colorimetric 법, NO3과 TNe cadmium reduction법, PQe ascorbic acid 법, TP는 persulfate 분해 후 용존무기 인 측정법으로 각각 측정하였다(APHA, 1995). 조사기간 동안 동 화습지 주변의 강수량, 일조시간, 기온은 조사기간의 수원 기상대 (http://www.kma.go.kr/sfc/sfc_03_02.jsp)의 자료를 이용하였다.
10월까지)매월 1회씩 실시하였다. 조사지점은 유입부(유입하천), 습지 (고습지, 저습지), 배출구 등으로 구분하여 생물조사는 고습지 (Hl, H2, H3), 저습지 (LI, L2, H3)등 6개 지점에서, 수질조사는 유입수(IN), 습지 (Hl, H2, H3, LI, L2, L3), 배출구(HOUT, LOUT) 등 총 9개 지점에서 실시하였다(Fig. 1).
데이터처리
습지의 수질 및 생물요인의 특성을 비교하기 위하여 분산분석 (ANOVA) 및 Turkey's THD test를 실시 하였고, 유의수준은 0.05로 하였다. 분석은 SPSS package(V.
이론/모형
광투과율은 Li-250 light meter를 이용하여 표면과 수심 30 cm의 광도를 각각 측정하여 상대적 투과율 (relative penetration, %)을 계산하였다. ChRze acetone법, 부유물질은 GF/C-filter를 이용하였으며, BOD는 Winkler-Azide 법, COD는 acid KMnQ법, NO2, NH3는 phenate, colorimetric 법, NO3과 TNe cadmium reduction법, PQe ascorbic acid 법, TP는 persulfate 분해 후 용존무기 인 측정법으로 각각 측정하였다(APHA, 1995). 조사기간 동안 동 화습지 주변의 강수량, 일조시간, 기온은 조사기간의 수원 기상대 (http://www.
부착규조 현존량은 100 mL씩 정 량 채집한 시료를 잘 혼합한 후 ImL를 취해 SedgwickRafter chambe * 로 500 cells 이상을 계수하여 이를 근거로 각 분류군의 상대빈도로 환산하였다. 또한 각 분류군의 현 존량을 근거로 하여 우점종 및 우점도 지수 (Shimpson, 1949), 종다양성 지수(Shannon and Weaver, 1963)를 산출 하였고, 습지의 유기물 및 영양염 오염상태를 파악하기 위하여 DAIpo 지수(diatom assemblage index of organic pollution, Watanabe and Asai, 1999)와 TDI 지수(Trophic diatom index, Kelly and Whitton, 1998)를 계산하였다.
성능/효과
전자는 본 연구에서는 조사되지 않아 이들이 부착규조 군집에 미치는 영향에 대해서는 알 수 없으며 추후 연구가 절대적으로 필요하다 하겠다. 후자의 경우, 먼저 유기물이 풍부하고 부유물질이 포함된 하천수가 습지로 유입 될 경우, 1) 영 양물질 (N, P 또는 비율^ 의하여 특정 조류의 과도한 성장 유도, 2) 부유물질이 침수줄기에 부착됨으로써 조류성장 억제, 2) 고온기 (여름) 동안 갈대의 왕성한 성장으로 인한 canopy의 증가로 인하여 조류의 광합성 저해 (Patrick, 1948; Sudhakar et al., 1994), 갈대 식물의 Allelopathy에 의하여 조류의 선택적 성장 등 다양한 영향을 예상할 수 있다.
5%의 다양한 우점율을 나타냈다. 가장 높은 우점빈도를 보였던 분류군은 저습지와 비슷하게 Nitzschia palea (20^|), Nitzschia amphibia (18회), Achnanthes minutissima (6회) 순이 었다. 특히, 두 습지에서 가장 높은 상대 밀도를 보였던 종은 Nitzschia palea, Nitzschia amphibia 2종으로 오탁된 수역에서 우점으로 출현하는 종(Watanabe, 2005)으로 전자는 L1에서 55.
9%의 범위로 다양한 우점율을 나타냈다. 가장 높은 우점빈도를 보인 분류군들은 Nitzschia palea (183]), Nitzschia amphibia (15회), Achnanthes minutissima (11S]) 순이었다. 고습지에서는 Nitzschia palea, Achnanthes minutissima, Navicula goeppertiana, Nitzschia amphibia, Nitzschia palea 등 5분류군이 우점 하여 4.
특히 고습지의 H2, H3는 조사시기와 지점에 상관 없이 가장 낮은 수치를 보여 질소보다 상대적으로 높은 인이 함유됨을 알 수 있었다. 결국 용존인의 농도가 높은 H3에서의 높은 생물량은 앞에서 언급한 두 종이 높은 인 농도에서 활발하게 성장하는 종들임을 알 수 있었고, 이두 지점을 제외한 대부분의 조사지점은 부영양 상태(Rratios>16)로 나타났다. 특히 하천수 유입 지점 (LI, H1)은가장 높은 N/P 비를 나타내 습지를 통과하면서 질소는 높은 흡수를 보인 반면 인은 오히려 증가하는 현상을 나타냈다.
6). 고 습지의 H3 지점은 다른 지점에 비해 넓은 갈대 군락과 낮은 체류 시간이 특징 이며, 조사기간 동안 가장 낮은 출현 종수와 가장 높은 밀도를 보였는데 특히 전체 우점종인 Nitzschiapalea, Nitzschia amphibia의 밀도가 다른 지점에 비해 상대적으로 매우 높은 것으로 보아 두 오탁 종이 서식하기 위한 적합한 환경으로 판단되었다.
동화습지의 광투과율은 전체적으로 저습지보다 고습지에서 뚜렷하게 높게 나타났으며, 특히 H2, H3 지점은 강우에 상관없이 조사기간 동안 평균 40% 이상의 높은 투과율을 보여 조류 성장에 적합한 광조건을 유지하였다(Fig. 7). 한편 저습지의 경우, 특히 L2, L3는 봄부터 초 가을까지지속적으로 매우 낮은 광투과율을 나타내 부착규조의 서식환경으로 적합하지 않은 것으로 나타났다.
이상의 결과를 종합하면, 동화습지의 총인과 총질소 농도는 모든 조사에서 부영 양 상태로서 (Vollesweider, 1979; Forsberg and Ryding, 1982), 호오탁성 생물들의 출현이 예상되었다. 또한 두 고습지와 저습지로 유입된 하천수는 습지 내 질소는 감소하였으나 인은 오히려 증가하였으며 배출부의 부유물질과 탁도는 증가하였다. 이와 같이 인의 농도가 습지를 통과하면서 증가하는 것은 인이 습지 내에 유입되어 퇴적물에 의한 흡착 및 침전, 수초에 의한 흡수, 미생물에 의한 흡수 및 분해 등의 다양한 방법으로 처리 되지만(Corbitt and Bowen, 1994; 서 등, 2009) 대부분의 인은 주로 흡착 및 침전된 후에 용존산소농도의 감소로 혐기성 환경으로 되면서 이들로부터 수체로 용출되기 때문이다(최 등, 2008).
2). 수온은 8.2~29.1℃의 범위로서 계절성이 뚜렷하였으며 유입수의 pH는 습지를 통과하면서 감소하였고 특히 두 배출부 HOUT, LOUT에서 동일한 경향으로 감소하였다(Table 1, Fig. 3). 용존산소(DO)는 pH와 비슷한 패턴을 보였으며, 염분도는 전체적으로 0.
4). 습지의 부유물질(SS)은 유입수와 비슷하거나 오히려 높은 값을 보였는데, 특히 LOUT에서 유입수보다 약 2.5배 이상 높았다. Chl-a는 전체적으로 고습지에서 유입수의 50% 정도로 낮았으나 저습지에서는 증가(5월), 감소(6~8월), 다시 증가(9월) 등으로 심한 변이를 나타냈다.
이상의 결과를 종합하면 동화습지의 수질은 모든 지점에서 심하게 오염되었으며, 유기물 오염지수가 다소 양호하였던 고습지 H3에서 영양염 지수는 9L8로서 매우 높았으며, 저습지에서 유기물 지수가 가장 높았던 L3(34.3)에서 영양염 지수는 77.6으로 가장 낮게 나타내 돌부착규조를이용한 수질평가에서 두 지수간의 높은 상관성을 보인다는 선행 연구들(환경부, 2007, 2008)과는 차이를 나타냈다.
이상의 결과를 종합하면, 동화습지의 총인과 총질소 농도는 모든 조사에서 부영 양 상태로서 (Vollesweider, 1979; Forsberg and Ryding, 1982), 호오탁성 생물들의 출현이 예상되었다. 또한 두 고습지와 저습지로 유입된 하천수는 습지 내 질소는 감소하였으나 인은 오히려 증가하였으며 배출부의 부유물질과 탁도는 증가하였다.
9%를 차지하다가 여름에는 Navicula와 Nitzschia가 새롭게 우점하였고 가을에 Achmmthes minutissima가 다시 우점하는 등 뚜렷한 계절성을 나타냈다(김, 2009). 이에 반해 동화 습지의 경우, 전체 우점종은 Mtzsc/iZapaZea로서 봄에 일시적으로 71%의 높은 우점율을 보였으나 여름에는 Nitzs-chia palea, Nitzschia amphibiane Achnanthes minutissima 등이 고르게 우점하였고, 가을에는 Nitzschia palea 가 다시 우점하는 등 두 인접한 습지들의 생물군집이 비슷한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
3). 저습지에서는 Achnanthes minutissima, Cyclotella meneghiniana, Navicula cryptocephala, Navicula goeppertiana, Nitzschia amphibia, Nitzschia fonticola, Nitzschia palea 등 7분류군이 우점하였고 조사시기 및지점에 따라 5.5~57.9%의 범위로 다양한 우점율을 나타냈다. 가장 높은 우점빈도를 보인 분류군들은 Nitzschia palea (183]), Nitzschia amphibia (15회), Achnanthes minutissima (11S]) 순이었다.
4%。이하 수준이었다. 전기전도도는 습지를 거치면서 대부분 증가하였으며, 조사지점 간 차이는 조사시기에 따라 증감을 반복하는 불규칙한 경향을 나타내었다. 탁도는 습지내보다 LOUT에서는 높아지는 경향을 나타냈다(Table 1, Fig.
조사기간 동안 동화습지에서 출현된 갈대 부착규조는총 120종이었으며, 고온기(여름)에 비해 저온기(봄, 가을) 에 보다 다양한 종과 높은 생물량을 나타냈다 (Fig. 6). 종 출현과 현존량은 비슷한 패턴을 보였는데, 종 출현은 L3 에서 42분류군으로 가장 많았고 H2 에서 16 분류군으로 가장 적었다.
조사기간 동안 질소계열 영양염은 습지를 통과하면서 감소한 반면 인계 열은 반대로 증가하였다(Fig. 4). NO?와 NQj는 지점간에 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 Nt%는 LOUT에서 유입수의 약 25%까지 감소하였고, TNe 고습지에서 뚜렷하게 감소하였다.
7). 특히 고습지의 H2, H3는 조사시기와 지점에 상관 없이 가장 낮은 수치를 보여 질소보다 상대적으로 높은 인이 함유됨을 알 수 있었다. 결국 용존인의 농도가 높은 H3에서의 높은 생물량은 앞에서 언급한 두 종이 높은 인 농도에서 활발하게 성장하는 종들임을 알 수 있었고, 이두 지점을 제외한 대부분의 조사지점은 부영양 상태(Rratios>16)로 나타났다.
특히 고습지 H3를 제외한 모든 지점에서 40 이하의 낮은 DAIpo 지수를 나타내 동화습지의 유기물 오염 이 매우 심한 것으로 평가되었다 (Watanabe and Asai, 1999). 한편, 영양염 오염지수(TDI)는 저습지의 경우 77.6~83.8였으며고습지는 9L7~94.7로서 고습지의 영양지수가 매우 높은 것으로 나타났다. 결국 동화습지의 영양지수는 모든 지점에서 70 이상으로 극히 불량한 것으로 평가되었으며, DAIpo 지수가 상대적으로 낮았던 H3 역시 매우 높은 영양지수를 나타내 동화습지의 영양염 오염 이 매우 심한 것으로 나타났다 (Kelly and Whitton, 1998).
후속연구
특히 갈대의 침수줄기에 서식하는 부착규조의 생장은 크게 수중생물(박테리아, 원생생물, 저서생물, 어류 등)과 환경조건 (빛, 탁도, 영양물질 등)으로 구분할 수 있다. 전자는 본 연구에서는 조사되지 않아 이들이 부착규조 군집에 미치는 영향에 대해서는 알 수 없으며 추후 연구가 절대적으로 필요하다 하겠다. 후자의 경우, 먼저 유기물이 풍부하고 부유물질이 포함된 하천수가 습지로 유입 될 경우, 1) 영 양물질 (N, P 또는 비율^ 의하여 특정 조류의 과도한 성장 유도, 2) 부유물질이 침수줄기에 부착됨으로써 조류성장 억제, 2) 고온기 (여름) 동안 갈대의 왕성한 성장으로 인한 canopy의 증가로 인하여 조류의 광합성 저해 (Patrick, 1948; Sudhakar et al.
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