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문제 정의
- 이에 본 논문은 논 생태계의 건강성 또는 여러 농법에 의한, 특히 논에 이용할 수 있다고 기보고된 자연분해비닐을 논에 피복함으로써 논의 수서환경의 변화가 예측됨에 따라 논에 서식하고 있는 수서무척추동물의 군집구조를 조사하여 논 수서생물에 대한 자연분해비닐피복의 영향에 대해 보고하고자 한다.
제안 방법
- 각 지점별 처리된 5개 조사지점에 대해 정성 및 정량적인 방법을 병행하였으며, Core net(50×50×50cm)을 이용하여 정량채집을, hand net을 이용하여 정성채집을 실시하였다.
- 군집분석은 우선 채집된 표본을 우선 소팅한 후, 검색도설을 참조하여 종류별로 동정하고 단위면적당 출현개체수(Individuals/m2)를 산출하여 각 종이 출현한 총 조사단위에서 개체수를 나타냈다. 동정된 표본을 대상으로 각 조사지점별 군집분석 및 생물학적 수질평가는 다음 식에 준하여 실시하였다.
- 본 조사는 수서곤충류의 우화시기 및 이외 수서생물종의 생태적 특성에 따라 이앙 전, 후로 나누어 2009년 5월부터 9월까지 총 4회 조사를 실시하였으며, 조사 시기는 다음과 같다.
대상 데이터
- 조사지점은 경기도 수원시 당수동 유기농업과 시험포장에서 실시하였으며 총 5개 각 지점별 상이하게 처리한 처리구를 대상으로 조사를 수행하였으며, 각 조사구 처리 내용은 다음과 같다. NF(No Fertilization)는 무처리구로 이앙 전 처리구 공통적으로 처리한 규산질 비료, 논 퇴비 살포 이후 어떠한 처리도 하지 않은 처리구.
이론/모형
- 다양도지수는 Margalef(1958)의 정보이론에 의하여 도출된 Shannon-Wiener function(H')을 Llyod and Ghelardi(1964)가 변형한 공식을 이용하였다(Pielou, 1969).
- 종풍부도지수는 총 개체수와 총 종수만을 가지고 군집의 상태를 표현하는 지수로서 지수 값이 높을수록 종의 구성이 풍부하게 되므로 환경의 정도가 양호하다는 것을 나타낸다. 여기서는 대표적인 지수인 Margalef(1958)의 지수를 이용하여 산출하였다.
- 우점도는 각 지점의 군집의 단순도를 측정하는 방법으로, 각조사지점의 개체수 현존량에 의거하여 우점종과 아우점종을 선정하였으며, 우점도지수는 McNaughtonʼs dominance index(DI)를 이용하여 산출하였다(McNaughton, 1967).
- 종균등도지수는 각 지수의 최대치에 대한 실재치의 비로서 표현되며, 군집 내 종 구성의 균일한 정도를 나타내는 것으로 Pielou(1975)의 식을 이용하여 산출하였다.
- 환경질 및 오수생물계열에 대한 ESB의 평가구간 분석 및 개별분류군 환경질점수(Qi) 분석은 전국자연환경조사지침(MERK, 2001)에서 제시한 분류 기준표를 참조하였다.
- 환경질의 평가와 생태환경 관리기준의 판정은 전국자연환경 조사지침(MERK, 2001)에서 제안한 저서성대형무척추동물 생태점수인 ESB지수를 적용하였다.
성능/효과
- 5). 3차 조사 시기부터 논에 피복한 비닐이 분해되어 가는 것을 관찰 할 수 있었으며(Fig. 6), 그러한 영향 때문인지 4차 조사 때는 저서생물이 회복되는 것을 일부 관찰 할 수 있었다(Table 3, 4). 우점종은 1, 2차 조사에서 깔따구류 sp.
- CF를 실시한 처리구에서는 종수 및 개체수가 4차로 갈수록 종수에는 큰 변동이 없었으나 개체수 밀도가 떨어지는 것을 알 수 있었다(Table 3, 4, Fig. 2, 3). 이는 관행농법에서 제초제 사용이나 농약사용에 의한 영향으로 판단된다.
- NCF를 실시한 처리구에서는 NOF보다 수서곤충류가 적게 조사되었으며, 비교적 내성이 있는 파리목 곤충들도 2차에 기하 급수적으로 증가한 이후 줄어들었으며, 다른 분류군과 달리 수서곤충류는 마지막 4차 조사에는 초기 조사 시 발견된 종이 사라 지거나 비교적 내성이 강한 파리목 곤충들도 개체수가 급격히 줄어들었다(Table 3, 4, Fig. 2, 3). 이는 병·해충 방제를 위해 사용한 화학농약에 의한 것으로 판단된다.
- NF에서는 1차 조사시 9종 560개체에서 2차 16종 1,860개체 3차 9종 236개체, 4차 7종 184개체로 2차에 종수가 급격히 증가한 이후 계속 감소되는 경향이었으며(Table 3, Fig. 2), 연체동물 문에 속하는 종 및 절지동물문의 곤충강, 파리목의 깔따구류의 개체수 증가하였으며(Table 4, Fig. 3), 후반기로 갈수록 NF 지점의 특성상 논의 물이 지속적으로 빠져 나가고 있어 수서생물 서식환경이 나빠져 종수 및 개체수가 줄어든 것으로 판단된다. 우점종은 1, 2차에는 깔따구류 sp.
- NOF2 지점은 비닐과 비닐이 피복된 사이의 공간으로 3, 4차 조사 결과를 보면 NOF1와 종수는 동일하게 조사되었으며, 개체수는 NOF1에 비해 3차에는 증가하였고 4차에는 감소하였다 (Table 3, 4, Fig. 2, 3). 이는 서식처가 비닐이 피복된 공간에 있을 때는 사멸하거나 일부 종이 NOF2로 이동하였으나 시간이 지남에 따라 비닐이 분해되어 넓어진 NOF1의 서식공간으로 확대되었기 때문으로 판단된다(Fig.
- 각 조사구별 출현한 총 종수는 NOF 26종으로 가장 높았으며, GF 24종, NF 23종, NCF 20종, CF가 18종 순으로 나타났으며 (Table 1), 개체수는 NOF에서 6,440, NCF 4,476, CF 2,868, NF 2,840, GF 2,584개체 순으로 나타났다(Table 2).
- 그러나 2차 조사시 비닐이 피복된 NOF1, NCF1에서는 깔따구류 개체수가 기하급수적으로 증가하여 우점도 각 0.97, 0.95로 매우 높았으며, 다양도는 이에 비해 0.49, 0.98로 매우 낮게 조사되었다(Table 6).
- 특히 삼각산골조개의 경우 1차 이후 나타나지 않다가 일부 회복 되었을 경우 개체수가 매우 적거나 전혀 회복되지 않은 것을 관찰 할 수 있었다(Table 7). 또한 비닐 피복과 화학농법이 같이 이용될 때 NCF의 결과 뿐만 아니라 전 조사지점의 환형동물문에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 이것은 유수생태계가 아닌 정수생태계에 가까운 논의 환경에서 논 토양의 호흡을 도와주고 논에 서식하는 수중생물의 1차 먹이원이 되어 주는 중요한 생물인 파리목 깔따구류와 환형동물문에 영향을 미치기 때문에 비닐 피복과 화학농법을 병행할 때는 수서생물상을 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구결과 자연분해비닐 피복시 문제가 되는 것은 비닐이 분해 전 단계에 비닐 하층에 외부와 통기가 제대로 되지 않아 냄새가 나고 논 토양이 검게 나타났는데 이러한 환경은 본 연구 결과 연체동물문, 환형동물문의 개체수에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 만약 자연분해비닐을 넓은 면적을 다량으로 피복시 분해되기 전까지 냄새나 하부 논 토양의 영향을 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 본 조사 기간별 군집지수는 2차 조사를 제외하고 큰 차이를 보이지 않았으며 (Fig. 8), 평균 우점도지수(DI)는 GF>NCF>NF=CF>NOF 순으로 각각 나타났다.
- 생물학적 수질판정의 기준이 되는 ESB 지수는 전 조사지점에서 후반기로 갈수록 대체적으로 높아졌고 ESB 지수에 의한 수질등급은 NF은 1-3차는 Ⅲ급수였으나 4차에는 Ⅳ-Ⅴ으로 나타났고, GF, NCF, CF지점은 Ⅲ급수로 나타났으나 비닐 피복된 NOF에서는 1-3차에는 Ⅲ급수였으나 4차 조사에는 Ⅱ급수를 나타내었다.
- 6), 그러한 영향 때문인지 4차 조사 때는 저서생물이 회복되는 것을 일부 관찰 할 수 있었다(Table 3, 4). 우점종은 1, 2차 조사에서 깔따구류 sp.1, 5차 조사에서 적색 깔따구류 sp.6으로 조사되었고, 3차 조사에는 아가미실지렁이로 대부분 혐기적 조건과 비교적 오염에 내성이 강한 종이 우점 하였다(Table 5).
- 이는 관행농법에서 제초제 사용이나 농약사용에 의한 영향으로 판단된다. 우점종은 1, 2차에는 깔따구류 sp.1, 3차에는 수정또아리물달팽이, 4차에는 또아리물달팽이로 조사되었다(Table 5).
- 3), 후반기로 갈수록 NF 지점의 특성상 논의 물이 지속적으로 빠져 나가고 있어 수서생물 서식환경이 나빠져 종수 및 개체수가 줄어든 것으로 판단된다. 우점종은 1, 2차에는 깔따구류 sp.1로 조사되었고, 3차에는 염주쇠우렁이가 4차에는 파리목이 전혀 조사되지 않았고, 우점종은 또아리물달팽이로 조사되었다(Table 5).
- NCF1 지점 역시 NOF1 지점과 같이 비닐이 3차 조사시기부터 분해가 되어 가는 것을 관찰 할 수 있었으나 화학농법으로 인한 영향 때문인지 저서생물의 종수 및 개체수의 회복율은 증가되지 않았다. 우점종은 1, 4차 조사에서 아가미실지렁이가 조사되었으며, 2차에서 깔따구류 sp.1이, 3차에서 적색 깔따구류 sp.6이 조사되었다(Table 5, Fig. 7).
- 3), 일부 왕우렁이를 외래종으로 규정하여 문제시하고 있는데 왕우렁이의 섭식습성이 잡식으로 식물 뿐 아니라 일부 동물사체를 먹기도 하여(Bang and Cho, 2008; Kehde and Wilhm, 1972) 이러한 섭식습성의 영향으로 소형 수서곤충류의 개체수가 줄어든 것으로 일부 파악할 수 있다. 우점종은 1차에는 삼각산산골조개로 조사되었으나, 이 종은 이후 점점 줄어들어 4차 조사에는 전혀 발견되지 않았으며, 2차 조사에는 깔따구류 sp.1, 3, 4차 조사에는 비교적 오염내성이 강한 또아리물달팽이로 조사되었다(Table 5).
- 자연분해비닐 피복 후 시간이 경과함에 따라 저서생물은 조금씩 회복이 되어가는 경향이 있었으나, 거머리류와 수서딱정벌레류가 증가하는 경향이 있었고, 비닐피복에 의해 민감하게 반응한 분류군은 환형동물문과 연체동물문이었으며, 피복 후종수와 특히 개체수가 매우 떨어졌으며, 이후 회복되는 경향이 있었으나 개체수는 줄어들었다. 특히 삼각산골조개의 경우 1차 이후 나타나지 않다가 일부 회복 되었을 경우 개체수가 매우 적거나 전혀 회복되지 않은 것을 관찰 할 수 있었다(Table 7).
- 전체 조사구에서 채집, 동정된 저서성대형무척추동물은 2009년 이앙 전 1차 조사 결과, 총 3문 5강 8목 13과 15종 2,864 개체가 출현하였으며, 이앙 후 2차 조사 결과 총 3문 5강 9목 14과 19종 8,812개체, 병·해충 방제 및 이삭거름 등 각 처리구별 처리 내용이 끝난 이후 3차 조사 결과 3문 5강 11목 18과 24종 3,996개체, 이후 4차 조사 결과 3문 5강 11목 19과 26종 3,544개체가 출현한 것으로 조사되었다(Table 3, 4, 7).
- 이는 비닐에 의해 수중 산소가 모자라 다른 저서생물들이 적응하지 못하고 사멸하였고, 비교적 내성이 강한 아기미실지렁이나 깔따구류가 우점하였기 때문으로 판단된다. 조사시 비닐이 피복된 지점의 채집물에서는 냄새가났으며, NF에서 조사된 채집물의 탁도도 육안으로 확인 가능 할 만큼 차이가 났다(Fig. 5). 3차 조사 시기부터 논에 피복한 비닐이 분해되어 가는 것을 관찰 할 수 있었으며(Fig.
- 종다양도지수(H')는 0.49~2.93로 나타났으며, 평균 종다양도지수는 NOF>NF>GF >CF>NCF 순으로 각각 나타났다.
- 종풍부도지수(RI)는 2차 조사시 비닐이 피복된 NOF1에서 0.87로 나타나 환경이 매우 나빠졌다가 이후 점점 증가하여 4차 조사 시 2.14로 환경의 정도가 가장 양호해 진 것으로 판단되며 NCF1에서는 2, 3차 큰 차이를 보이지 않았으며 4차 조사 시 1.68로 나타났다. 평균 종풍부도지수는 NOF>GF>CF>NF>NCF 순으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구는 1년 조사 결과이며, 이후 논 수서생태계에서 많은 부분을 차지하는 연체동물문을 비롯하여 저서성대형무척추동물상의 월별 지속적인 모니터링이 실시하여 자연분해비닐이 논 수서생태계에 서식하는 저서성대형무척추동물에 미치는 영향 및 최근 증가되고 있는 유기농법에 의한 논 생태계의 변화에 대해 생물군집에 대한 장기적인 조사 및 연구결과의 축적이 요구된다. 또한 이러한 연구결과의 축적으로 생물을 이용한 논 생태계의 건강성을 파악할 수 있는 방법을 모색할 수 있도록 해야 할 것이다.
- 본 연구는 1년 조사 결과이며, 이후 논 수서생태계에서 많은 부분을 차지하는 연체동물문을 비롯하여 저서성대형무척추동물상의 월별 지속적인 모니터링이 실시하여 자연분해비닐이 논 수서생태계에 서식하는 저서성대형무척추동물에 미치는 영향 및 최근 증가되고 있는 유기농법에 의한 논 생태계의 변화에 대해 생물군집에 대한 장기적인 조사 및 연구결과의 축적이 요구된다. 또한 이러한 연구결과의 축적으로 생물을 이용한 논 생태계의 건강성을 파악할 수 있는 방법을 모색할 수 있도록 해야 할 것이다.
- 또한 비닐 피복과 화학농법이 같이 이용될 때 NCF의 결과 뿐만 아니라 전 조사지점의 환형동물문에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 이것은 유수생태계가 아닌 정수생태계에 가까운 논의 환경에서 논 토양의 호흡을 도와주고 논에 서식하는 수중생물의 1차 먹이원이 되어 주는 중요한 생물인 파리목 깔따구류와 환형동물문에 영향을 미치기 때문에 비닐 피복과 화학농법을 병행할 때는 수서생물상을 고려해야 할 것으로 판단된다.
- NCF 지점에서는 2차 조사 시 비교적 혐기적 조건 및 내성이 강한 아가미실지렁이가 조사 되지 않았다. 이는 비닐 피복과 화학농법의 상호작용에 의한 것인지 논 미소서식처의 문제가 발생하여 일어난 것인지 추후 조사가 필요한 것으로 판단된다.
- 왜냐하면 논은 일부분 농민에 의해 수량이 조절되기 때문에 다른 수서생태계와 차이가 있다. 현재까지 이용되는 군집분석은 하천 위주의 군집분석으로 본 연구결과 제시한 군집지수가 특수한 논 생태계를 대변해주기에는 일부 부족할 것으로 판단되나, 지속적인 자료가 축적된다면 이후 논 생태계의 생물군집 최적의 분석방법을 도출하는데 있어 기초자료가 될 것으로 판단된다.
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