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문제 정의
- 그러나 현재, 금강 수계에서 4대강 건설 이전의 과거 10년 전의 어류분포 자료 및 군집분석에 대한 자료는 극히 미비하다. 본 연구에서는 과거 2004~2005년에 걸쳐 조사를 실시한 어류자료를 문헌에 실려, 향후 4대강 사업 및 그 밖의 다양한 환경 변화로 인한 영향에 대한 어류변화특성에 대한 과거자료를 기록하기 위해 1차적으로 어류특성, 생태종의 군집구조분석 및 분포특성을 기술(descriptive)하는 1차적 단순 작업을 실시하였다.
제안 방법
- 군집분석은 출현 개체수, 우점종 및 군집지수 등을 이용하여 환경의 변화가 악화될수록 특정종의 우세를 나타내는 지표인 군집 우점도 지수(Dominance Index=λ; Simpson1949), 군집분석 시 가장 많이 쓰이고 있으며, 풍부성을 지닌 종뿐만 아니라 보다 희귀성을 지닌 종까지 가치를 부여하는 지표인 종다양도 지수(Diversity Index=H′; Shannon-Weaver 1949), 군집 내 모든 종의 개체 수가 동일할 때가 값이 최대가 되며 군집 내종 구성의 정도를 나타내는 지표인 종균등도 지수(Evenness Index=J′; Pielou 1975) 및 군집 내에 존재하는 종의 수에 근거한 종의 밀도 지표인 종풍부도 지수(Richness Index=d; Margalef 1958)를 산출하였다.
- 금강 수계를 구성하는 하천들의 하천환경 및 서식어류에 대한 현지조사는 2004년 7월 29일, 2005년 4월 2일에 총 2회에 걸쳐 진행되었으며, 금강 본류를 중심으로 중∙하류부 6 구간을 선정하여 어류 조사를 수행하였다. 각 조사 구간의 상세 위치는 다음과 같다(Fig.
- 영양단계 구조는 생태계 내에서 먹이그물(food web)을 통해 에너지 흐름을 간단하게 표현하는 항목으로 잡식종(Omnivore, O), 충식종(Insectivore, I), 육식종(Carnivore, C), 초식종(Herbivore, H)으로 구분하였다. 내성의 정도는 수질 오염도에 따라 쉽게 사라지는 민감종(Sensitive species, SS)과 수질오염도에 따라 상대적인 비율이 증가하는 내성종(Tolerant species, TS), 그리고 두 범주의 중간에 해당하는 중간종(Intermediate species, IS)으로 구분하였다. 각 어종별 영양단계 및 내성도 구분에 대한 기준은 수생태계 건강성 조사계획 수립 및 지침(MOE/NIER 2008)의 분류기준에 의거하여 분석하였다.
- 넓은 여울 및 수심이 깊은 구간에서 투망 조사(망목: 5×5 mm)를 실시하였다.
- 본 연구에서는 2004~2005년에 금강 중∙하류부의 이∙화학적 수질 특성을 분석하였고, 또한 어종 분포 및 길드분석을 통해 어류 군집특성을 비교 평가하였다. 대부분 수질 변수들은 몬순 장마기(7~8월)의 집중강우로 인해 계절적인 수질변이가 나타났다.
- 본 연구에서는 Klemm et al. (1993)의 기준에 의거하여 어류의 영양단계(trophic level) 및 내성도(tolerance)에 대한 범주를 다음과 같이 구분하였다. 영양단계 구조는 생태계 내에서 먹이그물(food web)을 통해 에너지 흐름을 간단하게 표현하는 항목으로 잡식종(Omnivore, O), 충식종(Insectivore, I), 육식종(Carnivore, C), 초식종(Herbivore, H)으로 구분하였다.
- 수소이온농도(pH)는 수소이온측정계(pH meter: HANNA HI 9023C)를 이용하여 검출부를 증류수로 잘 씻고 현장수를 100 mL 수소이온농도 측정 비이커에 넣은 후 측정하였다. 생물화학적 산소요구량(BOD)은 300 mL BOD병에 현장수를 담은 후 냉장 보관하여 실험실로 옮겨 20oC의 부란기(incubator)에서 5일간 부란시킨 후 Winkler-Azaid 변형측정법으로 시험수의 용존산소량을 측정하였다.
- 용존산소(DO)는 용존산소측정계(YSI model 51B)로 현장수의 용존 산소를 측정함과 동시에 현장수를 채수하여 Winkler-Azaid 변형측정법을 병행하여 보정하였다. 수소이온농도(pH)는 수소이온측정계(pH meter: HANNA HI 9023C)를 이용하여 검출부를 증류수로 잘 씻고 현장수를 100 mL 수소이온농도 측정 비이커에 넣은 후 측정하였다. 생물화학적 산소요구량(BOD)은 300 mL BOD병에 현장수를 담은 후 냉장 보관하여 실험실로 옮겨 20oC의 부란기(incubator)에서 5일간 부란시킨 후 Winkler-Azaid 변형측정법으로 시험수의 용존산소량을 측정하였다.
- 수심이 얕은 수초 근처 및 물살이 빠른 여울지역에서 족대 조사(망목: 4×4 mm)를 실시하였고, 좁은 여울 및 유수지에서는 전기충격기 (12V, 18A)를 이용하였다.
- 채집은 정량화된 Catch Per Unit of Effort (CPUE)를 위해 조사거리는 200 m로서, 각 조사 구간 내 어류 채집소구역은 여울(riffle), 소(pool) 및 유수지(run)와 같은 다양한 서식지가 존재할 경우 채집구역에 포함하여 조사를 실시하였다. 채집개체수의 정량화를 위해 50분 조사를 원칙으로 하였다. 현장에서 어류채집은 3인으로 구성하였으며, 이 중 1인은 반드시 현장어류조사에서 경험이 5년 이상인 전문가를 포함하였다.
- 어류의 현장조사는 수체 내 생태계의 정량적인 조사 기법으로서 Ohio EPA (1989)에서 제시한 Wading method를 이용하였다. 채집은 정량화된 Catch Per Unit of Effort (CPUE)를 위해 조사거리는 200 m로서, 각 조사 구간 내 어류 채집소구역은 여울(riffle), 소(pool) 및 유수지(run)와 같은 다양한 서식지가 존재할 경우 채집구역에 포함하여 조사를 실시하였다. 채집개체수의 정량화를 위해 50분 조사를 원칙으로 하였다.
- 1999). 채집한 어류는 현장에서 Kim and Park (2002) 및 Son and Song (2006)에 의거해 동정 및 계수 후 바로 풀어주는 것을 원칙으로 하되 현장에서 동정이 모호한 종은 10% 포르말린 용액으로 고정하여 실험실로 옮긴 후 동정하였다.
대상 데이터
- 본 연구기간동안 채집된 어류는 1차 조사에서 23종, 683개체, 2차 조사에서 18종, 454개체의 어류가 채집되어 총 34종 1,137개체가 채집되었다(Table 1). 금강 하류 부의 유사 지점(S5, S6 지점과 동일지점)에서 이전 담수어류에 관한 조사된 Choi (1987)에서 52종, Hwang et al.
- 채집개체수의 정량화를 위해 50분 조사를 원칙으로 하였다. 현장에서 어류채집은 3인으로 구성하였으며, 이 중 1인은 반드시 현장어류조사에서 경험이 5년 이상인 전문가를 포함하였다. 수심이 얕은 수초 근처 및 물살이 빠른 여울지역에서 족대 조사(망목: 4×4 mm)를 실시하였고, 좁은 여울 및 유수지에서는 전기충격기 (12V, 18A)를 이용하였다.
이론/모형
- 내성의 정도는 수질 오염도에 따라 쉽게 사라지는 민감종(Sensitive species, SS)과 수질오염도에 따라 상대적인 비율이 증가하는 내성종(Tolerant species, TS), 그리고 두 범주의 중간에 해당하는 중간종(Intermediate species, IS)으로 구분하였다. 각 어종별 영양단계 및 내성도 구분에 대한 기준은 수생태계 건강성 조사계획 수립 및 지침(MOE/NIER 2008)의 분류기준에 의거하여 분석하였다.
- 본 연구에서 수질조사는 환경부에서 고시한 수질오염 공정 시험방법을 구체화한 수질오염 공정시험방법주해와 미국의 Standard Method (APHA 1995)의 방식을 이용 하여 측정하였다. 수온과 전기전도도는 YSI의 전기전도도 측정계(YSI model 85)를 이용하여 측정하였고, 전기전도도 값은 25oC에서 보정된 값을 이용하였다.
- 본 연구에서 수질조사는 환경부에서 고시한 수질오염 공정 시험방법을 구체화한 수질오염 공정시험방법주해와 미국의 Standard Method (APHA 1995)의 방식을 이용 하여 측정하였다. 수온과 전기전도도는 YSI의 전기전도도 측정계(YSI model 85)를 이용하여 측정하였고, 전기전도도 값은 25oC에서 보정된 값을 이용하였다. 용존산소(DO)는 용존산소측정계(YSI model 51B)로 현장수의 용존 산소를 측정함과 동시에 현장수를 채수하여 Winkler-Azaid 변형측정법을 병행하여 보정하였다.
- 어류의 현장조사는 수체 내 생태계의 정량적인 조사 기법으로서 Ohio EPA (1989)에서 제시한 Wading method를 이용하였다. 채집은 정량화된 Catch Per Unit of Effort (CPUE)를 위해 조사거리는 200 m로서, 각 조사 구간 내 어류 채집소구역은 여울(riffle), 소(pool) 및 유수지(run)와 같은 다양한 서식지가 존재할 경우 채집구역에 포함하여 조사를 실시하였다.
- 수온과 전기전도도는 YSI의 전기전도도 측정계(YSI model 85)를 이용하여 측정하였고, 전기전도도 값은 25oC에서 보정된 값을 이용하였다. 용존산소(DO)는 용존산소측정계(YSI model 51B)로 현장수의 용존 산소를 측정함과 동시에 현장수를 채수하여 Winkler-Azaid 변형측정법을 병행하여 보정하였다. 수소이온농도(pH)는 수소이온측정계(pH meter: HANNA HI 9023C)를 이용하여 검출부를 증류수로 잘 씻고 현장수를 100 mL 수소이온농도 측정 비이커에 넣은 후 측정하였다.
성능/효과
- 대부분 수질 변수들은 몬순 장마기(7~8월)의 집중강우로 인해 계절적인 수질변이가 나타났다. BOD의 평균 농도는 각각 평균 1.6 mg L-1 (1차 조사), 4.0 mg L-1 (2차 조사)으로 중류 지점에 비하여 하류지점에서 더 높은 것으로 나타났으며, 계절별로 BOD 농도에서도 하류지점의 변이가 더 큰 것으로 나타났다. 채집된 어류는 총 11과 34종이었으며, 이중 한국고유종에 속하는 종은 7종(30.
- 각 지점의 조사결과 자료를 정리하여 어류상 및 우점도는 채집어류의 출현 개체수에 따라 상대풍부도를 산정하였으며, 이를 근거로 하여 우점종(dominant species)을 확인하였다. 군집분석은 출현 개체수, 우점종 및 군집지수 등을 이용하여 환경의 변화가 악화될수록 특정종의 우세를 나타내는 지표인 군집 우점도 지수(Dominance Index=λ; Simpson1949), 군집분석 시 가장 많이 쓰이고 있으며, 풍부성을 지닌 종뿐만 아니라 보다 희귀성을 지닌 종까지 가치를 부여하는 지표인 종다양도 지수(Diversity Index=H′; Shannon-Weaver 1949), 군집 내 모든 종의 개체 수가 동일할 때가 값이 최대가 되며 군집 내종 구성의 정도를 나타내는 지표인 종균등도 지수(Evenness Index=J′; Pielou 1975) 및 군집 내에 존재하는 종의 수에 근거한 종의 밀도 지표인 종풍부도 지수(Richness Index=d; Margalef 1958)를 산출하였다.
- 3b). 개체수비율에서는 잡식종이 49% (562개체)로 충식종 46.8% (537개체)에 비해 큰 차이를 보이지 않았다. Barbour et al.
- 회유성 어종으로는 웅어, 뱀장어, 황복 3종이 출현하였다. 군집분석 결과에 따르면, 종 풍부도 지수는 다른 지점에 비해 많은 종이 출현한 최하류 구간(S6)에서 3.714로 높게 나타났으며, 중류구간(S4)에서 1.961로 가장 낮게 나타났다. 종 다양도 지수는 중류구간(S2) 1.
- (1999)의 연구에 따르면, 하천차수가 증가되면서 수생태계의 유기물 오염 및 독성물질의 유입 증가가 일반적이며, 잡식종의 경우 섭식특이성으로 인하여 오염이 증가할수록 높은 우점현상을 보인다. 그러나 본 연구에서 금강 하류부는 내성종 비율이 높긴 하지만 충식종의 비율도 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 육식종의 경우, 끄리(Opsariichthys uncirostris amurensis)의 높은 비율이 영향을 주고 있었다.
- 본 연구기간동안 채집된 어류는 1차 조사에서 23종, 683개체, 2차 조사에서 18종, 454개체의 어류가 채집되어 총 34종 1,137개체가 채집되었다(Table 1). 금강 하류 부의 유사 지점(S5, S6 지점과 동일지점)에서 이전 담수어류에 관한 조사된 Choi (1987)에서 52종, Hwang et al. (1992)에서 32종으로 보고되었으나 본 조사에서는 27종이 확인되어 과거에 보고된 자료보다 종이 감소된 것으로 나타났다. Choi et al.
- 금강의 중∙하류 구간에서 채집된 어류의 군집분석 결과에 따르면, 전 지점 중 구간에서 최하류 지점(S6)에서 3.714로 가장 높은 종 풍부도 값을 보였으며, S4에서 1.961로 가장 낮은 지수 값을 보였다. 종 균등도 지수는 S1에서 0.
- 2d). 생물학적 산소요구량(BOD)은 정점별로 수질의 변화를 분명하게 보이고 있었는데, 상류에서 하류로 갈수록 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2e). 1차 시기에 BOD 농도가 1.
- 507로 나타났다. 어류의 내성도 길드분석에 따르면, 내성종이 전체 중 49%를 차지하였고, 반면 민감종은 4.4%로 나타나 단연 내성종이 우세하게 나타났다. 섭식 길드분석에서는 잡식종은 49%, 충식종은 46.
- 오염도 내성특성(tolerance guild) 분석에 따르면, 전 지점에서 내성종 14종, 민감종 2종이 출현하고 있어 내성종 우세현상을 보이고 있으며, 개체수 측면에서도 49% (562개체)로 민감종 4.4% (50개체)에 비해 단연 뚜렷하게 나타나고 있었다 (Fig. 3a). Karr (1981)와 US EPA(1991)의 보고에 의하면, 내성종의 개체수 및 종수는 유기물 오염, 서식지 파괴 등과 같은 서식지의 물리∙화학적인 질적 하강에 따라 증가하는 경향을 보이기 때문에 금강 중∙하류 구간의 내성종 우점현상은 정체수역 증가와 이에 따른 저질(substrate) 오염 등과 같은 서식지의 질적 하강을 잘 반영하고 있었다.
- 3oC 사이에서 변동하였으며, 1차 조사시기와는 다르게 상∙하류간 종적 구배는 나타나지 않았다. 전기전도도 (electric conductivity)는 1, 2차 모두 하류로 갈수록 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2b). 1차 조사시기에 평균 120 μS cm-1 , 2차 조사 시기에서는 평균 285 μS cm-1로 나타나 1차시기에 비하여 2.
- 3%)이었다. 전체 어종 중 20% 이상의 비율을 보이는 종으로는 피라미가 25.9%, 됭경모치가 21.5%로 우점하여 나타났다. 국외에서 도입된 외래어종은 떡붕어 한 종만 출현하였고, 개체수 비교풍부도가 1.
- 487로 가장 낮은 값이 나타났다. 종 다양도 지수는 비교적 다양한 서식환경이 존재하는 S2에서 1.01로 가장 높은 지수값을 보였으며, S5에서 0.507로 가장 낮은 지수값을 보이는 것으로 나타났다. 군집 우점도 지수는 피라미가 단연 우점하는 S5에서 0.
- 4%)는 매우 미미한 것으로 나타났다. 지점간 비교 분석에서도 하류로 갈수록 여울성 저서종의 비율은 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 다른 지점에 비하여 S2에서 여울성 저서종의 개체수 비율이 31.
- Karr (1981)와 US EPA(1991)의 보고에 의하면, 내성종의 개체수 및 종수는 유기물 오염, 서식지 파괴 등과 같은 서식지의 물리∙화학적인 질적 하강에 따라 증가하는 경향을 보이기 때문에 금강 중∙하류 구간의 내성종 우점현상은 정체수역 증가와 이에 따른 저질(substrate) 오염 등과 같은 서식지의 질적 하강을 잘 반영하고 있었다. 지점별 내성도 특성을 분석한 결과, 본류구간 중 내성종 비율은 S5에서 79.4%로 가장 높게 나타났으며, S4에서 12.2로 가장 낮은 비율을 보였다. 반면 민감종 비율은 S2에서 14.
- 육식종의 경우, 끄리(Opsariichthys uncirostris amurensis)의 높은 비율이 영향을 주고 있었다. 지점별 섭식구조 특성을 살펴보면, 잡식종의 비율은 S5에서 80.2%로 가장 높은 비율을 보이는 것으로 나타났다. 반면, S5에서 잡식종 비율이 15.
- 0 mg L-1 (2차 조사)으로 중류 지점에 비하여 하류지점에서 더 높은 것으로 나타났으며, 계절별로 BOD 농도에서도 하류지점의 변이가 더 큰 것으로 나타났다. 채집된 어류는 총 11과 34종이었으며, 이중 한국고유종에 속하는 종은 7종(30.3%)이었다. 전체 어종 중 20% 이상의 비율을 보이는 종으로는 피라미가 25.
- (1987)에 의하여 조사된 종수 보다 급격하게 감소된 것을 볼 수 있는데, 이는 금강하구둑이 건설된 후 해산어종이 크게 감소하였음을 추측하여 볼 수 있다. 채집된 주요 우점종은 피라미(Zacco platypus), 됭경모치(Microphysogobio jeoni), 붕어(Carassius auratus), 참마자(Hemibarbus longirostris), 모래무지(Pseudogobio esocinus)로서, 전체 어종 중 상대풍부도가 각각 최대 26%, 22%, 8%, 7%, 5%를 차지하였다. 이는 금강 하구둑이 건설되기 20년 전에 금강 중∙하류 유역에서 조사한 Choi (1987)의 52종의 어류와 비교해 볼 때, 종수가 1/2배 이상으로 감소한 것으로 확인되었다.
- 515로 가장 높은 지수 값을 보였고, 그 외 지점에서는 낮은 값을 보이는 것으로 나타났다. 최하류 지점인 S6은 전 지점 중 가장 많은 어종 (23)이 출현하였고, 비교적 많은 개체가 채집되어종 풍부도가 높게 나타났을 뿐만 아니라 종 다양도가 가장 높게 나타나 비교적 안정된 군집구조를 유지하고 있는 반면에, 부여군의 관통하는 S5 지점은 종 균등도와 종 다양도가 가장 낮게 나타나 불안정한 군집구조를 갖고 있는 것으로 사료되었다(Table 2). 이는 도심지(부여군)에서 유입되는 오∙폐수 및 물리적 서식환경의 단순화가 어류군집에 직접적인 교란요인으로 작용한 것으로 분석되었다.
- 이는 내성도 특성과 유사한 결과로 S3과 S4에서 유입되는 도심하천의 영향으로 판단되었다. 충식종의 비율은 S4에서 82.3%로 가장 높은 비율을 보였고, S5에서 19.1%로 가장 낮은 비율을 보였다. S4에서의 높은 충식종 비율은 아우점종인 가 다수 출현한 결과로, 이 구간의 하상이 대부분 모래로 구성되어 광범위하게 분포하고 있으며, 또한 하중도(alluvial island)가 존재하고 있어, 이로 인해 생성되는 다양한 서식환경이 이러한 결과를 나타낸 것으로 판단되었다.
- 트로픽 특성 (trophic guild) 분석에서는 잡식종 14종, 충식종 12종, 육식종 7종, 초식종 1종이 채집되어 잡식종의 출현비율이 높은 것으로 나타났다 (Fig. 3b). 개체수비율에서는 잡식종이 49% (562개체)로 충식종 46.
- 5% (Nam 1996)보다 높은 것으로 나타났다. 하구둑이 건설되고 수환경 상태가 좋지 않아졌음에도 불구하고 고유종 빈도는 높게 나타난 것은 고유종 중 됭경모치 71.2%의 높은 비율을 차지하고 있어 나타난 결과로 생각되며, 이를 제외한 한국 고유종의 비율은 8.7%로 낮은 비율을 보이고 있었다.
- 이는 금강 하구둑이 건설되기 20년 전에 금강 중∙하류 유역에서 조사한 Choi (1987)의 52종의 어류와 비교해 볼 때, 종수가 1/2배 이상으로 감소한 것으로 확인되었다. 한국 고유종(Korean endemic species)은 됭경모치, 긴몰개(Squalidus gracilis majimae), 돌마자(Microphysogobio yaluensis), 치리(Hemiculter eigenmanni), 참종개(Iksookimia koreensis), 동사리(Odontobutis platycephala), 얼룩동사리(Odontobutis interrupta)로 총 3과 7종 347개체가 채집되어 전체 채집어류의 30.3%를 차지하고 있었다. 고유종은 서식지의 수환경 상태가 악화되면 급격히 감소하는 경향을 보이는데(Choi et al.
- 한편, 여울성 저서종(Riffle-benthic species)은 전 지점에서 밀어(Rhinogobius brunneus), 돌마자, 민물검정망둑(Tridentiger brevispinis), 참종개 4종이 확인되었는데, 그 풍부도(8.4%)는 매우 미미한 것으로 나타났다. 지점간 비교 분석에서도 하류로 갈수록 여울성 저서종의 비율은 급격히 감소하는 것으로 나타났다.
- 환경부에서 지정한 법정 보호종은 본 조사구간에서는 출현하지 않았으며, 외래어종(Exotics species)은 떡붕어(Carassius cuvieri) 1종만이 출현하였으며 그 비율은 2%이하로 높지 않았다. 그러나 현재 금강 중∙하류 구간에는 세종보, 공주보, 백제보가 완공되어 금강 중류부까지 정수역이 확대되어 있어 이에 따른 수리∙수문학적 특성 변화에 따라 정체된 수체를 선호하는 블루길과 배스의 밀도 또한 계속 증가할 것으로 사료되며 이에 따른 생물다양성 측면에서의 어류상 변화가 계속될 것으로 사료된다.
후속연구
- 환경부에서 지정한 법정 보호종은 본 조사구간에서는 출현하지 않았으며, 외래어종(Exotics species)은 떡붕어(Carassius cuvieri) 1종만이 출현하였으며 그 비율은 2%이하로 높지 않았다. 그러나 현재 금강 중∙하류 구간에는 세종보, 공주보, 백제보가 완공되어 금강 중류부까지 정수역이 확대되어 있어 이에 따른 수리∙수문학적 특성 변화에 따라 정체된 수체를 선호하는 블루길과 배스의 밀도 또한 계속 증가할 것으로 사료되며 이에 따른 생물다양성 측면에서의 어류상 변화가 계속될 것으로 사료된다. 강하성 어종인 뱀장어(Anguilla japonica), 소하성 어종인 황복(Takifugu obscurus), 주연성 어종인 웅어(Coilia nasus) 등은 각각 한 개체씩 출현하였다.
- 특히, 중∙하류부 수역의 어류에 대한 조사 문헌은 극히 부족하여 과거 상태의 어류 종 조성, 우점종 및 희귀종 분포상태가 파악되지 않고 있는 실정이다. 또한, 기존 수질환경 평가에 이용된 어류 분석은 주로 어류 분포 분포도 및 풍부도 같은 분석에 한정되어 있으나, 좀 더 내수면 이용 어족 자원량의 측면에서 고찰이 필요하다.
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