만경강에서 하천정비에 의하여 격리된 구하도의 어류 군집 구조: 연결성 복원을 위한 제안 Fish Community Structure of the Former Channel Isolated by Channelization in the Mangyeong River, Korea: Implications for Connectivity Restoration원문보기
본 연구는 하천에서 격리된 구하도와 본류에서 어류 군집 구조의 차이를 비교하기 위하여, 만경강에서 2곳의 본류와 단절된 구하도를 선정하여 환경 요인과 어류 군집 구조를 조사하였다. 측정된 환경 자료를 이용하여 주요인분석을 실시한 결과, 구하도는 하상이 주로 진흙과 모래로 이루어졌고 식생 피도가 높은 반면 본류는 수로 폭이 넓고 하상이 왕자갈, 잔돌, 호박돌 등 다양한 하상구조를 보였고 용존산소 및 전기전도도가 높게 나타났다. 어류 자료를 사용하여 군집분석 결과, 구하도 군집과 본류 군집으로 뚜렷이 구분되었다. 구하도는 호소 및 소하천에 서식하는 어류 군집 구조가 나타났고, 본류는 강과 같은 대형하천에 서식하는 어류군집 구조를 나타냈다. 비모수다차원척도법 결과에 의하면 구하도에 분포하는 어류는 식생 피도와 높은 양의 상관관계를 가진 반면 본류에 분포한 어류는 용존산소, 전기전도도와 높은 상관관계를 보였다. 본 연구 결과, 구하도는 본류와의 연결성이 단절되면서 본류와 비교할 때 어류 서식 환경이 완전히 달라짐으로써 어류 군집 구조가 큰 차이를 보이고 어류의 산란처 및 은신처 기능도 상실한 것으로 판단되었다. 따라서 하천의 어류 생물다양성 증진을 위하여 구하도의 횡적 연결성을 복원하기 위한 노력이 필요하다.
본 연구는 하천에서 격리된 구하도와 본류에서 어류 군집 구조의 차이를 비교하기 위하여, 만경강에서 2곳의 본류와 단절된 구하도를 선정하여 환경 요인과 어류 군집 구조를 조사하였다. 측정된 환경 자료를 이용하여 주요인분석을 실시한 결과, 구하도는 하상이 주로 진흙과 모래로 이루어졌고 식생 피도가 높은 반면 본류는 수로 폭이 넓고 하상이 왕자갈, 잔돌, 호박돌 등 다양한 하상구조를 보였고 용존산소 및 전기전도도가 높게 나타났다. 어류 자료를 사용하여 군집분석 결과, 구하도 군집과 본류 군집으로 뚜렷이 구분되었다. 구하도는 호소 및 소하천에 서식하는 어류 군집 구조가 나타났고, 본류는 강과 같은 대형하천에 서식하는 어류군집 구조를 나타냈다. 비모수다차원척도법 결과에 의하면 구하도에 분포하는 어류는 식생 피도와 높은 양의 상관관계를 가진 반면 본류에 분포한 어류는 용존산소, 전기전도도와 높은 상관관계를 보였다. 본 연구 결과, 구하도는 본류와의 연결성이 단절되면서 본류와 비교할 때 어류 서식 환경이 완전히 달라짐으로써 어류 군집 구조가 큰 차이를 보이고 어류의 산란처 및 은신처 기능도 상실한 것으로 판단되었다. 따라서 하천의 어류 생물다양성 증진을 위하여 구하도의 횡적 연결성을 복원하기 위한 노력이 필요하다.
This study investigated the difference in fish community structures in a main channel and an isolated former channel, considering the environmental factors in the Mangyeong River, Korea. Principal component analysis (PCA) with environmental factors showed that former channels were composed of a fine...
This study investigated the difference in fish community structures in a main channel and an isolated former channel, considering the environmental factors in the Mangyeong River, Korea. Principal component analysis (PCA) with environmental factors showed that former channels were composed of a fine substrate covered by in-stream vegetation, whereas the main channel was covered by a wide range of substrates with a higher dissolved oxygen and conductivity. The result of the hierarchical cluster analysis with species abundance delineated to the four main groups; three abandoned channel groups and one main channel group. Non-metric multidimensional scaling (NMDS) showed that fish community structures of each study site differed from environmental factors: former channel fish communities were positively related to in-stream vegetation cover, whereas main channel fish communities were positively associated with dissolved oxygen and conductivity. The results indicated that channelization, where there was a separation between the former channel and the main channel, had detrimental effects on fish community structures of both the main channel and the abandoned channel in the Mangyeong River. In conclusion, this study suggested that the connectivity between the main channel and abandoned channel were required to enhance both habitat structural diversity and species diversity of the Mangyeong River.
This study investigated the difference in fish community structures in a main channel and an isolated former channel, considering the environmental factors in the Mangyeong River, Korea. Principal component analysis (PCA) with environmental factors showed that former channels were composed of a fine substrate covered by in-stream vegetation, whereas the main channel was covered by a wide range of substrates with a higher dissolved oxygen and conductivity. The result of the hierarchical cluster analysis with species abundance delineated to the four main groups; three abandoned channel groups and one main channel group. Non-metric multidimensional scaling (NMDS) showed that fish community structures of each study site differed from environmental factors: former channel fish communities were positively related to in-stream vegetation cover, whereas main channel fish communities were positively associated with dissolved oxygen and conductivity. The results indicated that channelization, where there was a separation between the former channel and the main channel, had detrimental effects on fish community structures of both the main channel and the abandoned channel in the Mangyeong River. In conclusion, this study suggested that the connectivity between the main channel and abandoned channel were required to enhance both habitat structural diversity and species diversity of the Mangyeong River.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 만경강에서 직강화 및 제방에 의하여 본류 하도와 단절된 대표적인 두 개의 구하 도를 선정하여 1) 본류 하도와 구하도에서 어류 군집 구조의 특성을 비교하고, 2) 물리적 및 이화학적 환경 요인을 조사하여 본류 하도와 구하도에서 환경 차이를 분석하고, 구하도 서식 환경이 어류 군집 구조에 미치는 영향을 파악하여, 3) 이 결과를 바탕으로 구하도의 하천 환경을 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
조사지점의 하상구조는 기록된 하상 입자의 상대빈도로 표시하였다. 각 지점에서 하도의 횡단 폭은 거리측정기를 사용하여 측정하여 평균을 구하였다. 조사지점 저수로의 식생 피도는 식생형을 구분하지 않고 육안으로 측정한 후 평균을 구하였다.
선정된 두 구하도에서 어류 서식 환경이 다를 것으로 예상되는 곳을 S1에서는 3개의 조사지점인 S1-F1 (35°54′15.6″N, 126°58′31.4″E), S1-F2 (35°54′14.4″N, 126°58′12.6″E), S1-F3 (35°54′11.7″N, 126°58′14.8″E)을 S2에서는 2개의 조사지점 S2-F1 (35°54′05.1″N, 127°01′02.9″ E) 과 S2-F2 (35°53′55.3″N, 127°00′24.2″E)을 선정 하였다.
선정된 조사지점에서 어류를 정량 채집하기 위하여 조사 시 투망 (망목 7 × 7 mm)을 15회 투척, 족대 (망목 4 × 4 mm) 30분 사용하여 채집하였다.
하천의 물리 환경은 각 조사지점에서 임의로 20개를 선정하여 유속, 수심, 하상구조, 하도 횡단 폭 및 식생 피도를 측정하였다. 유속은 유속계 (Flowatch, JDC, Electronic SA, Switzerland)로 수심의 60% 지점에서 측정하였고, 수심은 접자를 사용하여 측정하였다. 측정된 유속과 수심은 평균으로 나타내었다.
각 지점에서 하도의 횡단 폭은 거리측정기를 사용하여 측정하여 평균을 구하였다. 조사지점 저수로의 식생 피도는 식생형을 구분하지 않고 육안으로 측정한 후 평균을 구하였다. 하천수의 이화학적 특성은 휴대용 수질측정기 (YSI 556 MPS, YSI Inc.
하상구조는 Cummins (1962)의 방법을 참조하여 진흙 (mud, < 0.1 mm), 모래 (sand, 0.1 - 2 mm), 잔자갈 (gravel, 2 - 16 mm), 왕자갈 (pebble, 16 - 64 mm), 잔돌 (cobble, 64 - 256 mm), 호박돌 (boulder, > 256 mm)로 구분하였고 50× 50 cm 방형구를 설치해서 방형구 내에서 가장 우세한 하상 입자를 기록하였다.
하천 환경에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경 (R Development Core Team 2013) 에서 Vegan package (Oksanen 2013)의 ‘rda’ 함수를 사용하여 주요인분석 (principal component analysis, PCA)을 실시하였다.
조사지점 저수로의 식생 피도는 식생형을 구분하지 않고 육안으로 측정한 후 평균을 구하였다. 하천수의 이화학적 특성은 휴대용 수질측정기 (YSI 556 MPS, YSI Inc., USA)를 사용 하여 수온, pH, 용존산소, 전기전도도를 측정하였다.
1999)을 참조 하여 총 9개의 환경 요인을 측정하였다. 하천의 물리 환경은 각 조사지점에서 임의로 20개를 선정하여 유속, 수심, 하상구조, 하도 횡단 폭 및 식생 피도를 측정하였다. 유속은 유속계 (Flowatch, JDC, Electronic SA, Switzerland)로 수심의 60% 지점에서 측정하였고, 수심은 접자를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
또한 두 구하도의 대조지로서 인근에 위치한 제외지 하도를 본류 조사지점 S1-M (35°53′58.7″N, 126°58′07.2″E)과 S2-M (35°53′38.3″N, 127°00′16. 2″E)으로 선정하였다.
두 조사지점 모두 주변은 주거지 및 농경지가 위치하였다. 본류 조사지점은 만경강의 본류로써 수로 폭이 넓고 하안에 식생이 발달하지 않았다. 물가에서 제방까지 주로 농경지가 발달한 상황이었다.
하천 환경에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경 (R Development Core Team 2013) 에서 Vegan package (Oksanen 2013)의 ‘rda’ 함수를 사용하여 주요인분석 (principal component analysis, PCA)을 실시하였다. 입력 자료는 조사지점별 9개의 환경요인으로 구성하였다.
제내지 구하도와 본류 하도에서 어류 군집 구조의 차이를 비교하기 위하여 어류 채집과 환경요인 조사를 전라북도 익산시 만경강에서 2013년 9월에 실시 하였다 (Fig. 1). 조사지점은 만경강에서 익산시 석탄동 S1 (35°54′N, 126°58′E)과 춘포면 용연리 S2 (35°53′N, 127°00′E)에 위치한 제내지의 격리된 구하도를 조사지로 선정하였다.
어류 군집 구조에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package (Oksanen 2013)에서 ‘hclust’ 함수를 사용하여 계층적 군집분석 (hierarchical cluster analysis)을 실시하였다.
이론/모형
채집된 어종별 총 개체수(S)를 log(S+1)로 전환하여 입력 자료로 사용하였으며, 거리의 산출은 Bray-Curtis (Bray and Curtis 1957)의 방식을 적용하였다. 군집분석에서 산출된 높이 수준 (height level)을 기준으로 각 조사 지점간 유사거리를 비가중산술결합 (unweighted pair group method using arithmetic algorithm, UPGMA) 방식 (Sneath and Sokal 1973)으로 분류하였다.
어류 군집 구조와 조사지점별 관계를 서열법 (ordination)으로 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package (Oksanen 2013)에서 ‘metaMDS’ 함수를 사용하여 비모수다차원척도법 (non-metric 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.
조사지 환경 요인과 2차원으로 도식화 된 NMDS결과의 상관관계를 분석하기 위하여 함수 Vegan package (Oksanen 2013)의 함수 ‘envfit’를 사용하여 상관계수와 유의 수준을 산출하였다.
분석용 입력 자료는 종별 개체수를 log(S+1)로 전환하여 사용하였다. 조사지점 사이 거리는 Bray-Curits (Bray and Curtis 1957) 방식으로 산출하였다. 조사지 환경 요인과 2차원으로 도식화 된 NMDS결과의 상관관계를 분석하기 위하여 함수 Vegan package (Oksanen 2013)의 함수 ‘envfit’를 사용하여 상관계수와 유의 수준을 산출하였다.
어류 군집 구조에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package (Oksanen 2013)에서 ‘hclust’ 함수를 사용하여 계층적 군집분석 (hierarchical cluster analysis)을 실시하였다. 채집된 어종별 총 개체수(S)를 log(S+1)로 전환하여 입력 자료로 사용하였으며, 거리의 산출은 Bray-Curtis (Bray and Curtis 1957)의 방식을 적용하였다. 군집분석에서 산출된 높이 수준 (height level)을 기준으로 각 조사 지점간 유사거리를 비가중산술결합 (unweighted pair group method using arithmetic algorithm, UPGMA) 방식 (Sneath and Sokal 1973)으로 분류하였다.
하천 환경 조사는 미국 환경청의 하천 표준 조사법 (Lazorchak et al. 1998, Barbour et al. 1999)을 참조 하여 총 9개의 환경 요인을 측정하였다. 하천의 물리 환경은 각 조사지점에서 임의로 20개를 선정하여 유속, 수심, 하상구조, 하도 횡단 폭 및 식생 피도를 측정하였다.
성능/효과
만경강 본류 조사지점인 집단 A는 오른쪽에 배열되었다. NMDS 결과에서 종의 배열을 보면 버들붕어 (Mo)와 미꾸리 (Ma)는 수질이 좋지 못한 조사지점 S2-F1에 가까이 배열되었고, 왜몰개 (Ac), 대륙송사리 (Os), 얼록동사리 (Oi)는 조사지점 S1-F3 주변에 배열되었다. 구하도에 주로 서식하는 붕어 (Ca), 떡붕어 (Cc), 참붕어 Pseudorasbora parva (Pp), 잉어 Cyprinus carpio (Cr)는 조사지점 S1-F1, S1-F2및 S2-F2에 주변으로 배열되었다.
만경강 전체 조사지점에서 채집된 어류는 총 258개체이며 10과 18종이었다 (Table 2). 과별로는 잉어과 Cyprinidae가 8종 (44%)으로 가장 많았으며, 그다음은 망둥어과 Gobiidae가 2종 (11%)을 차지하였다. 만경강에서 우점종은 대륙송사리 Oryzias sinensis (26%) 였으나 주로 조사지점 S1-F3에 집중적으로 서식하고 있었다.
떡붕어 Carassius cuvieri (24%)는 아우점종이었으며 주로 구하도에 넓게 분포하였다. 다음으로는 붕어 C. auratus, 끄리 Opsariichthys uncirostris amurensis, 밀어 Rhinogobius brunneus, 좀구굴치 Micropercops swinhonis 순이었다.
실제로 만경강에서는 제내지 구하도에서는 퇴적으로 하도 수심이 얕아지고 정체수역이 형성됨에 따라서 식생이 번무하여 개방수면이 좁아지고 수질이 악화되는 환경변화가 나타났다. 또한 본류에서는 복단면으로 정비된 저수로 하상이 점차 저하하여 제내지 구하도의 하상보다 크게 낮아지는 것으로 나타났다. 본류 하상 저하는 구하도와 단차를 더욱 크게하여 구하도와 본류의 수리적 연결성을 더욱 악화시킬 것으로 예상된다.
만경강 본류 조사지점은 구하도 조사 지점에 비해 수로 폭이 평균 82 – 88 m로 넓었으며 식생의 피도가 낮게 나타났다.
만경강 전체 조사지점에서 채집된 어류는 총 258개체이며 10과 18종이었다 (Table 2). 과별로는 잉어과 Cyprinidae가 8종 (44%)으로 가장 많았으며, 그다음은 망둥어과 Gobiidae가 2종 (11%)을 차지하였다.
만경강에서 직강화에 의하여 단절된 두 개의 구하도와 본류에서 어류 군집 구조를 비교하였는데, 구하도와 본류 하도의 환경이 큰 차이를 보이고, 이에 따라서 두 곳의 어류의 생물상과 군집 구조가 큰 차이가 있음을 확인하였다. 구하도의 조사지점 S1-F1, S1-F2, S2-F2는 물이 정체되어 있고 물가에 식생이 발달하였으며 하상 재질이 진흙과 모래로 구성되어 있었다 (Table 1).
5 %로 가장 높았고 개방수면이 드물었다. 반면 조사지점 S2-F2는 S2-F1에 비해 수질이 양호하였으며 수심 평균 74 cm로 얕았고 식생 피도 평균 42%로 낮게 나타났다. 만경강 본류 조사지점은 구하도 조사 지점에 비해 수로 폭이 평균 82 – 88 m로 넓었으며 식생의 피도가 낮게 나타났다.
본 연구에서 만경강에서 구하도와 본류는 뚜렷한 환경 차이에 따라 어류 군집 구조의 특성이 달랐으며 구하도 내에서도 환경 차이에 의해 어류 군집 또한 차이가 있음을 알 수 있었다. 수심이 깊고 하상이 진흙으로 이루어 졌으며 식생 피도가 높은 구하도에서는 호소에 서식하는 어류가 출현하였고 수심이 얕고 환경과 하상이 왕자갈로 이루어진 구하도에서는 농수로에 서식하는 어류가 주로 출현하였다.
또 하나의 구하도 조사지점인 S1-F3은 구하도와 연결된 배수 갑문 사이의 수로로서 수심이 얕고 수로 폭이 가장 좁아서 농수로와 비슷한 환경이었다. 본 조사지점은 조사지점 중 가장 다양한 어류가 출현하였고, 대륙송사리가 가장 우세하게 출현하였고 농수로에 주로 서식하는 왜몰개, 좀구굴치가 출현하였다. 반면 조사지점 S2-F1은 매립공사가 진행되었고 식생으로 인하여 개방수면이 줄어들었기 때문에 교란이 가장 심각하여 가장 낮은 어류 종다양성을 보였고 수질에 대한 내성이 강한 버들붕어가 본 조사지점에서만 출현하였다.
4a). 전기전도도와 용존산소는 집단 A 주변에 배열된 모래무지 (Pe), 피라미 (Zp), 끄리 (Ou), 메기 (Sa), 쏘가리 (Ss), 갈문망둑 (Rg), 밀어 (Rb)가 위치한 방향으로 갈수록 그 값이 높았다. 식생 피도는 구하도 조사지점이 배열된 왼쪽으로 갈수록 그 값이 높았고 그 끝 방향으로 붕어 (Ca), 떡붕어 (Cc), 잉어 (Cr), 참붕어 (Pp), 미꾸리 (Ma), 배스 (Ms), 좀구굴치 (Mw), 버들붕어 (Mo)가 위치하였다.
특히 조사지점 S2-F2는 좀구굴치가 집중적으로 분포하고 있었다. 조사지점 S2-F1은 구하도 중에서 서식 환경이 가장 좋지 못한 곳으로 3종이 출현하였으며 특히 버들 붕어Macropodus ocellatus는 본 조사지점에서만 출현하였다. 구하도의 작은 연결수로인 조사지점 S1-F3에서는 8종이 출현하였다.
하상재료는 대부분 진흙과 모래 (sand)로 구성되어있었다. 조사지점 S2-F1은 조사 당시 매립이 진행 되고 있어서 교란 정도가 심했으며 수질이 조사지점중 가장 좋지 않았는데, 특히 용존산소가 6.92 mg L-1로 가장 낮게 나타났다. 이곳에서 식생 피도가 평균 75.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하천의 횡적 연결성이란?
하천 생태계에서 연속성이란 수문적 경관을 가로질러 물이 매개하는 에너지, 물질 및 생물의 이동을 의미한다 (Pringle 2003). 특히 하천의 횡적 연결성 (lateral connectivity)은 하천 하도와 이와 연결된 홍수터 (floodplain) 사이의 관계를 개념화한 것이다. 즉 하도-홍수터 공간은 역동적인 공간 모자이크로서 횡적 물 흐름이 다양한 경관 조각 (patch) 사이의 연결에 중요하다 (Thoms 2003).
하천 생태계에서 연속성이란 무엇을 뜻하나요?
하천 경관의 공간적 규모에서 3 차원을 따라서 종적, 횡적 및 수직적 연결성이 생성되고 변형된다 (Ward 1989). 하천 생태계에서 연속성이란 수문적 경관을 가로질러 물이 매개하는 에너지, 물질 및 생물의 이동을 의미한다 (Pringle 2003). 특히 하천의 횡적 연결성 (lateral connectivity)은 하천 하도와 이와 연결된 홍수터 (floodplain) 사이의 관계를 개념화한 것이다.
범람 파동 개념에 따르면, 하천 생물의 생활사는 무엇의 영향을 받는가?
하도와 홍수터에서 범람 파동 개념 (flood pulse concept)은 횡적 연결성의 생태적 중요성을 강조한다 (Sparks 1995). 이 개념에 따르면 하천 생물의 생활사는 하도와 홍수터에서 주기적인 수위 변동과 연관되어 있으며 (Kwak 1988, Miranda 2005), 특히 특정한 어류의 생활사는 본류와 홍수터의 연결성에 의하여 큰 영향을 받는다 (Kingsford 2000). 이들 어류는 하도의 수위가 높아짐에 따라서 범람된 홍수터로 이동하고 이곳에서 산란, 치어 성장 및 피난 은신하고 다시 수위가 낮아지면 본류로 돌아가서 생활사를 잇는다 (Rose and Baker 1983, Turner et al.
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