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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 자갈하천에서 하천의 물리적 환경과 교란에 따른 어류 군집구조의 변화를 밝히기 위하여, 가평천에서 (1) 어류를 채집하여 어류 군집구조의 특성을 밝히고 (2) 물리적 하천환경 평가법을 적용하여 서식지 환경을 평가하여 (3) 어류 군집구조와 서식지 환경 및 교란과의 관계를 밝히는데 그 목적이 있다.
- 본 연구에서는 전형적인 자갈하천인 가평천에서 상류부터 하류까지 총 13개 조사지점을 선정하여 하 천환경과 인위적 교란이 어류 군집에 미치는 영향을 조사하였는데, 다양한 하천환경 평가항목이 어류 군 집구조의 특성과 관계가 있었다. 전석과 호박돌 등의 하상 입자 크기가 큰 상류인 조사지점 St.
제안 방법
- 환경 요인 중에서 하상경사는 ‘ordisurf’ 함수를 사용하여 주요인분석 결과 그림에 등치선 (isocline)으로 나타내었다. 각 조사지점별 어류 군집의 종다양성을 분석하기 위하여, 종별 개체수를 사용하여 다양도 지수 (Shannon and Weaver, 1949), 균등도 지수 (Pielou, 1975) 및 풍부도 지수 (Margalef, 1958)를 산출하였다.
- 2″E)에 위치하였다. 각 조사지점에서 수로를 따라서 100 m 또는 200 m의 하천 구간에서 어류를 채집하고 하천 환경을 평가하였다.
- 선정된 조사지점에서 어류를 정량 채집하기 위하여 1회 조사 시 투망 (망목 7×7 mm)을 15회 투척, 족대 (망목 5×5 mm) 30분 사용하여 채집하였다.
- 어류 군집구조와 하천환경 사이의 관계는 Vegan package의 함수 ‘envfit’로 분석하여 유의한 관계에 있는 평가항목을 나타내었고, ‘ordisurf’ 함수를 사용하여 하상경사를 등치선으로 나타내었다.
- , 1999)을 이용하여 실시하였다. 이 조사법에서 급경사 (high gradient) 하천의 평가기준을 사용하여 10개 평가 항목을 적용하였다. 각 조사지점의 하상경사는 어류 채집 지점을 중심으로 상하류 1 km에서 RIMGIS (2013)에서 제공하는 가평천 수계 하천기본계획을 참고하여 계산하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 조사지인 가평천은 경기도 가평군 가평읍과 북면에 위치한 지방하천이다. 가평천은 경기도 가평군 북면 적목리 도마치 고개에서 발원하며 해발 1,000m가 넘는 산에서 흘러드는 지류하천이 모여서 형성되는 하천이다.
- 어류 채집과 하천교란 평가를 위한 현장 조사는 경기도 가평군 가평천 수계에서 2010년 2월, 3월, 5월, 7월 및 8월에 총 5회 실시하였다. 가평천은 한강수계에 속하는 지방하천으로서 유로연장 39.
- 0) (R Development Core Team, 2011)에서 Vegan package (Oksanen, 2011)의 ‘rda’ 함수를 사용하여 주요인분석 (principal component analysis, PCA)을 실시하였다. 입력 자료는 조사지점별 하상경사와 하천환경 평가항목의 점수로 구성하였다. 환경 요인 중에서 하상경사는 ‘ordisurf’ 함수를 사용하여 주요인분석 결과 그림에 등치선 (isocline)으로 나타내었다.
- 4보다 낮았다. 조사지점 St. 5과 St. 6는 가평천의 지류 하천인 승안천과 개곡천으로서 주변이 제방 공사, 토지 개발 등으로 인하여 교란이 심한 곳이었다. 따라서 하도 개수에서 평가 점수가 낮았고 제방 공사에 의하여 식생이 파괴되어 식생 보호와 하안림 폭에서 점수가 낮았다.
- 조사지점 St. 9 – St. 13은 가평천의 중·하류에 위치한 조사지점으로서 보에 의한 정수 구간과 규모가 큰 여울 구간이 연속적으로 형성된 곳이었다.
- 현장 조사지점로서 가평천의 본류와 지류에서 총 13개 조사지점 (St. 1 – St. 13)을 선정하였다 (Fig. 1).
데이터처리
- 어류 군집구조에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package에서 ‘hclust’ 함수를 사용하여 계층적 군집분석 (hierarchical cluster analysis)을 실시하였다.
- 하천 환경에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경 (ver. 2.14.0) (R Development Core Team, 2011)에서 Vegan package (Oksanen, 2011)의 ‘rda’ 함수를 사용하여 주요인분석 (principal component analysis, PCA)을 실시하였다.
이론/모형
- 이 조사법에서 급경사 (high gradient) 하천의 평가기준을 사용하여 10개 평가 항목을 적용하였다. 각 조사지점의 하상경사는 어류 채집 지점을 중심으로 상하류 1 km에서 RIMGIS (2013)에서 제공하는 가평천 수계 하천기본계획을 참고하여 계산하였다.
- 전체 조사기간에서 채집된 어종별 총 개체수 (S)를 log(S+1)로 전환하여 입력 자료로 사용하였으며, 거리의 산출은 Bray-Curtis (Bray and Curtis, 1957) 방식을 적용하였다. 군집분석에서 산출된 높이 수준 (height level)을 기준으로 각 조사 지점간 유사거리를 Ward (Ward, 1963) 방식으로 분류하였다. 또한 조사지점별 관계를 서열법(ordination)으로 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package에 서 ‘metaMDS’ 함수를 사용하여 비모수다차원척도법 (non-etric multidimensional scaling, NMDS) (Kruscal, 1964)을 적용하였다.
- 또한 조사지점별 관계를 서열법(ordination)으로 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package에 서 ‘metaMDS’ 함수를 사용하여 비모수다차원척도법 (non-etric multidimensional scaling, NMDS) (Kruscal, 1964)을 적용하였다.
- 채집된 어류는 현장에서 동정하고 계수한 후에 방류하였다. 어류의 동정은 Kim and Park (2002)과 Kim et al. (2005)을 사용하였고 분류체계는 Nelson (2006)을 참조하였다.
- 어류 군집구조에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package에서 ‘hclust’ 함수를 사용하여 계층적 군집분석 (hierarchical cluster analysis)을 실시하였다. 전체 조사기간에서 채집된 어종별 총 개체수 (S)를 log(S+1)로 전환하여 입력 자료로 사용하였으며, 거리의 산출은 Bray-Curtis (Bray and Curtis, 1957) 방식을 적용하였다. 군집분석에서 산출된 높이 수준 (height level)을 기준으로 각 조사 지점간 유사거리를 Ward (Ward, 1963) 방식으로 분류하였다.
- 분석용 입력 자료는 한 조사지에서만 출현한 종은 제외하고 종별 개체수 (S)를 log(S+1)로 전환하여 사용하였다. 조사지점 사이 거 리는 Bray-Curits 방식으로 산출하였다. 비모수다차 원척도법의 결과에서 상대수도가 0.
- 하천환경 평가는 어류를 채집한 조사지점에서 미국 환경청의 하천 표준 조사법 (Barbour et al., 1999)을 이용하여 실시하였다. 이 조사법에서 급경사 (high gradient) 하천의 평가기준을 사용하여 10개 평가 항목을 적용하였다.
성능/효과
- 가평천에서 비모수다차원척도법 결과와 유의한 상관관계를 가지는 하천환경 평가항목은 하상 서식환경 (ES) (r2 =0.790, P=0.0006, 1,000번 치환에 기초), 하상 매몰 (EB) (r2 =0.843, P=0.0002), 유속/수심 체제 (VD) (r2 =0.933, P=0.0002), 유사 퇴적 (SD) (r2 =0.763, P=0.0009), 하도 개수 (CA) (r2 =0.497, P= 0.0317)와 여울빈도 (RF) (r2 =0.697, P=0.0026)이었다 (Table 3). 이들 중에서 하상 매몰과 유사 퇴적 항목은 비모수다차원척도법의 2차원 배열에서 좌측으로 양의 상관관계를 보였고 A 집단 조사지점과 금강 모치 (Rk)와 버들치 (Ro)와 가까이 위치하였다 (Fig.
- 가평천에서 어류의 종다양도 지수는 상류에서 하류로 갈수록 높아지는 경향을 보였는데, 조사지점 St. 2에서 1.48로서 가장 낮았으며 St. 13에서 2.48로서 가장 높았다 (Table 2). 이러한 경향은 하천의 종적 변화를 나타내는 하상 경사와 종다양성 관계에서 두 변수 사이에 역의 관계에서도 확인할 수 있었다 (Fig.
- 가평천에서 우점종은 참갈 겨니 (Zacco koreanus)로서 상류부터 하류까지 모든 조사지점에서 발견되었고, 아우점종은 피라미 (Z. platypus)로서 주로 중·하류에 집중적으로 출현하였다(Fig. 3).
- 8은 가평천의 중류에 위치한 곳으로서 여울 구간과 보에 의해 형성된 정수 구간이 반복적으로 나타나는 곳이었다. 두 조사지점의 주변에는 유원지가 많았고 콘크리트 호안이 축조되어 있어서 하도 개수, 식생 보호 및 하안림 폭에서 평가점수가 낮았다 (Table 1).
- 6). 반면 하류 수역은 어류의 종다양도가 높았으며 정수 구간에서는 묵납자루, 긴몰개, 모래무지 등이, 규모가 큰 여울 구간에서는 돌고기, 참마자, 돌마자, 배가사리, 피라미 등이 본 조사구간에서 우세하였다.
- 13에서는 36종이 출현하여 어류상이 가장 다양하였다. 이곳에서는 피라미가 우점종이었고 참갈겨니가 아우점종이었으며 줄납자루 (Acheilognathus yamatsutae), 배가사리, 쉬리, 돌고기 순으로 우세하였다.
- 이상의 결과를 종합하면, 전형적인 자갈하천인 가평천에서 어류 군집구조는 일차적으로 하천의 종적 환경변화에 의하여 영향을 받았다. 특히 하류로 갈수 록 유사 퇴적이 심해지고 하상의 매몰도가 증가하였다.
- 하상 서식환경 (ES), 하도 개수 (CA)와 여울 빈도 (FR)는 하단으로 배열되었으며, 이들과 음의 상관관계를 갖 는 어종은 대륙종개 (On), 미꾸리 (Ma) 등이었다. 이상의 결과를 종합하면, 하상 경사가 급한 가평천 상류에서 하상 매몰도가 낮고 유사 퇴적이 적으나 흐름의 다양성이 떨어지는 하천 환경에서 금강모치, 버들치 등이 출현하였으며, 이와는 반대로 하상이 매몰되고 유사 퇴적이 심하나 흐름의 다양성이 큰 하류에서는 다양한 어종이 출현하였다. 가평천의 중류에서는 상류와 하류의 물리적 하천환경의 중간적인 특성을 보이고 있었으며 특히 이곳에서는 하천의 개수에 따라서 조사지점이 배열되었다.
- 전석과 호박돌 등의 하상 입자 크기가 큰 상류인 조사지점 St. 1 – St. 4는 평가항목 중 하상 서식환경, 하상 매몰, 유사 퇴적과 여울 빈도에서 우수한 평가를 받아서 유속이 빠른 여 울과 수심이 얕은 소가 연속적으로 이루어진 전형적 인 자갈 하천 상류구간의 특징이 나타났다 (Table 1).
- 조사지점 St. 6 – 9 주변에 위치한 어류는 쉬리 (Cs), 참갈겨니 (Zk), 참종개 (Iksookimia koreensis, Ik), 새코미꾸리 (Koreocobitis rotundicaudata, kr), 퉁가리 (La), 꺽지 (Coreoperca herzi, Ch) 등 이었는데, 이들 어종은 대부분의 조사지점에 출현하는 흔한 어류이었다.
- 조사지점과 하천환경 평가항목의 관계를 살펴보면, 하상 경사가 급한 상류의 조사지점 St. 1 – St. 4에서 하상 서식환경, 여울 빈도, 하상 매몰 및 유사 퇴적의 점수가 높았고 유속/수심 체제 (VD)의 평가가 나쁘게 나타났다 (Fig. 2).
- 중·하류에 위치한 조시지점 St. 10 – St. 12에서는 21 ~ 23종이 출현하였고, St. 10에서는 참갈겨니가 우점종이고 피라미가 아우점종이었으나 St. 11과 St. 12에서는 피라미가 우점종이었고 참갈겨니가 아우점종이었다.
- 4). 한편 종다양도의 구성요소인 종풍부도와 종균등 도중에서 종풍부도는 상류에서 하류로 갈수록 높아지는 경향을 보였으며 종균등도는 큰 변화가 없었다. 그러므로 가평천에서 어류의 종다양성은 대체로 하상경사에 의하여 결정되는 것으로 판단되었다.
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