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문제 정의
- 물리적인 교란(강우 발생)에 대한 동물플랑크톤의 피난처로서 수생식물의 역할을 평가하기 위해, 경상남도에 위치한 17개 습지의 수변부와 개방수역에서 환경 요인, 수생식물, 동물플랑크톤 등에 대해 조사하였다. 조사기간 동안, 총 51종의 동물플랑크톤이 출현하였으며, Polyarthra sp.
- 본 연구 결과는 국내외로 다양하게 제시되었던 ‘수생식물의 역할’ 규명에서 생물 간 상호작용뿐만이 아닌 물리적인 교란 요인(강우량)에 대한 영향을 분석하여 추가적인 정보를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 습지의 수변에 발달된 식생대가 강우 발생에 대한 동물플랑크톤의 피난처로서 종다양성과 밀도 유지에 미치는 영향을 조사하였다. 우리나라에서는 여름철에 강우가 집중되며 다양한 생물 군집 (특히 플랑크톤)의 계절천이에 주요 교란 요인으로 작용한다는 점을 감안할 때 수생식물의 피난처 효과에 대한 연구는 여름 이후(주로 가을) 생물의 종다양성과 분포 파악에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
- 강우량에 대한 동물플랑크톤의 영향을 살펴보기 위해 조사지역의 일별 강우량을 분석하였다(Fig. 2). 본 연구에서는 조사된 시기(2011년)의 일별 강우량 패턴을 파악하였으며, 이에 대한 정보는 기상청(http://www.
- 동물플랑크톤의 채집 후 각 습지에서 수생식물의 생체량을 측정하기 위해 수변부에서 0.5×0.5 (m) 방형구를 이용하여 방형구 안에 수생식물을 모두 채집하였다.
- 동물플랑크톤의 채집을 위해 각 조사지점에서 원수 10 L를 채수하였으며, 이를 68 μm 망목의 네트에 여과하여 70 mL로 농축한 후 포르말린 용액으로 고정하였다.
- 동물플랑크톤의 밀도 관점에서 ‘여름 강우의 영향’과 ‘수생식물의 서식처로서의 역할’을 분석하기 위해 One-Way ANOVA를 활용하여 통계분석을 수행하였다. 또한 수생식물의 종류 및 생체량에 따라 여름 강우 전과 후의 동물플랑크톤 밀도의 영향을 면밀히 분석하기 위해 각 습지의 수변식생대에서 수생식물의 생활사(정수식물, 부유식물, 부엽식물, 침수식물)에 따라 동물플랑크톤 밀도를 비교 분석하였다.
- 본 연구에서 조사된 동물플랑크톤 군집 밀도는 조사 시기별(5월과 8월) 또는 조사된 지점(수변부와 개방수면)에 따라 상이하였다(Fig. 3). 대부분의 습지에서 동물플랑크톤군집은 부착성(Epiphytic) 종보다 부유성(Pelagic) 종의 밀도가 더 높았으며, 특히 개방수면에서는 부착성 종이 거의 출현하지 않았다.
- 환경 요인의 측정 및 플랑크톤과 수생식물 조사는 각 습지의 수변식생대와 개방수역에서 진행되었다. 본 연구의 목적인 강우량에 대한 영향을 살펴보기 위해 각 습지에서의 조사는 여름 강우 시기 전(5월 말)과 후(8월 말)로 비교하여 수행하였다. 환경 요인 중 수심, 수온, 용존산소, 전기 전도도, pH 등은 현장에서 측정하였으며, 엽록소 a (Chlorophyll a)는 원수 취수 후 실험실에서 Wetzel and Likens (2000)의 방법에 준하여 분석하였다.
- 고정된 동물플랑크톤 시료는 현미경을 이용하여 종 또는 속 수준까지 구분한 후 리터(L) 당 개체수로 환산하였다(Mizuno and Takahashi, 1999). 산출된 동물플랑크톤 종 정보는 밀도와 종 현황으로 구분하였으며, 생활사형태에 따라 부유성과 부착 종으로 구분하여 분석하였다.
- 창녕은 강우량 측정소가 없으므로 인근에 함안에서 측정한 강우량을 분석에 활용하였다. 수생식물과 동물플랑크톤 조사를 수행하기 앞서 기상청의 강우량 정보를 참고하여, 여름 집중 강우 전에 강우가 거의 없이 안정되어 있는 5월 말에 1차 조사를 수행하였으며, 여름 강우 후(8월 말) 2차 조사를 수행하였다.
- 5 (m) 방형구를 이용하여 방형구 안에 수생식물을 모두 채집하였다. 수생식물의 채집 시 꽃이나 잎 등 물 밖에 있는 부분이나 저질 속에 있는 뿌리 등의 부분은 가위로 잘라 제거하고, 오직 물속에 있는 부분만 채집하여 생체량 분석에 활용하였다. 채집된 수생식물은 60℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 건중량(Gram dry weight)을 산출하여 습지별로 비교하였다.
- 수심은 수심 측정기를 사용하여 측정하되, 강우 전후 동일한 지점에서 측정을 위해 1차 조사가 수행된 지점에 PVC 플라스틱 바로 표시하였다. 수온과 용존산소는 DO meter를 이용하여 측정하였으며(YSI DO Meter; Model 58), pH와 전기전도도는 각각 pH 측정기(Orion pH Meter; Model 58)와 전기전도도 측정기 (Fisher Conductivity meter; Model 152)를 이용하여 측정되었다. 탁도는 각 습지에서 원수 100 mL를 채수한 후, 실험실로 운반하여 탁도측정기(Model 100B)를 이용하여 측정되었다.
- kr)의 자료를 활용하였다. 창녕은 강우량 측정소가 없으므로 인근에 함안에서 측정한 강우량을 분석에 활용하였다. 수생식물과 동물플랑크톤 조사를 수행하기 앞서 기상청의 강우량 정보를 참고하여, 여름 집중 강우 전에 강우가 거의 없이 안정되어 있는 5월 말에 1차 조사를 수행하였으며, 여름 강우 후(8월 말) 2차 조사를 수행하였다.
- 수생식물의 채집 시 꽃이나 잎 등 물 밖에 있는 부분이나 저질 속에 있는 뿌리 등의 부분은 가위로 잘라 제거하고, 오직 물속에 있는 부분만 채집하여 생체량 분석에 활용하였다. 채집된 수생식물은 60℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 건중량(Gram dry weight)을 산출하여 습지별로 비교하였다.
- 수온과 용존산소는 DO meter를 이용하여 측정하였으며(YSI DO Meter; Model 58), pH와 전기전도도는 각각 pH 측정기(Orion pH Meter; Model 58)와 전기전도도 측정기 (Fisher Conductivity meter; Model 152)를 이용하여 측정되었다. 탁도는 각 습지에서 원수 100 mL를 채수한 후, 실험실로 운반하여 탁도측정기(Model 100B)를 이용하여 측정되었다.
- 동물플랑크톤의 채집을 위해 각 조사지점에서 원수 10 L를 채수하였으며, 이를 68 μm 망목의 네트에 여과하여 70 mL로 농축한 후 포르말린 용액으로 고정하였다. 특히 수변부의 동물플랑크톤 채집 시 수생식물에 부착된 종의 채집을 위해 수생식물과 함께 원수를 채수한 후 채수된 원수안에 털어줌으로써, 부유 및 부착 군집이 함께 채집될 수 있게 하였다. 고정된 동물플랑크톤 시료는 현미경을 이용하여 종 또는 속 수준까지 구분한 후 리터(L) 당 개체수로 환산하였다(Mizuno and Takahashi, 1999).
- 환경 요인의 측정 및 플랑크톤과 수생식물 조사는 각 습지의 수변식생대와 개방수역에서 진행되었다. 본 연구의 목적인 강우량에 대한 영향을 살펴보기 위해 각 습지에서의 조사는 여름 강우 시기 전(5월 말)과 후(8월 말)로 비교하여 수행하였다.
대상 데이터
- 2). 본 연구에서는 조사된 시기(2011년)의 일별 강우량 패턴을 파악하였으며, 이에 대한 정보는 기상청(http://www.kma.go.kr)의 자료를 활용하였다. 창녕은 강우량 측정소가 없으므로 인근에 함안에서 측정한 강우량을 분석에 활용하였다.
- 이러한 탓에 수변부에서는 수생식물이 발달하기 쉽지만, 개방수역에서는 거의 관찰되지 않는 특징을 가진다. 본 연구의 목적을 수행하기 위해 수변식생대를 구성하는 수생식물의 종류 및 구조를 기반으로 17개의 습지를 선정하였다(Fig. 1).
데이터처리
- 동물플랑크톤의 밀도 관점에서 ‘여름 강우의 영향’과 ‘수생식물의 서식처로서의 역할’을 분석하기 위해 One-Way ANOVA를 활용하여 통계분석을 수행하였다.
이론/모형
- 본 연구의 목적인 강우량에 대한 영향을 살펴보기 위해 각 습지에서의 조사는 여름 강우 시기 전(5월 말)과 후(8월 말)로 비교하여 수행하였다. 환경 요인 중 수심, 수온, 용존산소, 전기 전도도, pH 등은 현장에서 측정하였으며, 엽록소 a (Chlorophyll a)는 원수 취수 후 실험실에서 Wetzel and Likens (2000)의 방법에 준하여 분석하였다. 수심은 수심 측정기를 사용하여 측정하되, 강우 전후 동일한 지점에서 측정을 위해 1차 조사가 수행된 지점에 PVC 플라스틱 바로 표시하였다.
성능/효과
- Ono-way ANOVA 분석 결과, 동물플랑크톤 군집은 개방수역보다 수변부에서 밀도가 더 높은 것으로 분석되었으며, 두 지점 간에 밀도는 뚜렷한 차이를 나타냈다(df=2, F=27.1, P<0.05).
- 그러나 침수식물은 상대적으로 적은 출현빈도를 보였다. 가장 많은 수생식물 종이 출현한 습지는 10번으로 총 건중량이 171.9 g으로 가장 높았다. 그 밖에도 8번, 9번, 11번 습지에서도 7~8종의 수생식물이 출현하였으며, 100 g 이상의 건 중량이 측정되었다.
- 또한 수생식물의 건 중량이 높을수록 1보다 큰 동물플랑크톤 비가 분석되었다. 결과적으로, 정수식물, 부유식물, 부엽식물, 침수식물 등 수생식물의 4가지 생활 형태에 의해 구성된 식생대가 강우와 같은 교란 발생에 동물플랑크톤의 피난처로서 효율성이 가장 뛰어난 것으로 나타났다. Choi et al.
- 이와 대조적으로, 개방수역에서는 수생식물이 거의 관찰되지 않았다. 대부분의 습지에서 개방수역보다 수변부에서 더 높은 동물플랑크톤 밀도가 관찰되었으며, 특히 1번, 8번, 9번, 10번, 11번, 16번 습지의 수변부에 서식하는 동물플랑크톤 군집은 강우 발생에 거의 영향을 받지 않거나 증가된 밀도를 보였다. 이들 습지의 수변식생대는 침수식물이 공통적으로 나타났으며, 다른 습지보다 상대적으로 다양한 수생식물 종에 의해 구성된 특징을 가졌다.
- 3). 대부분의 습지에서 동물플랑크톤군집은 부착성(Epiphytic) 종보다 부유성(Pelagic) 종의 밀도가 더 높았으며, 특히 개방수면에서는 부착성 종이 거의 출현하지 않았다. 수생식물이 우점하는 얕은 습지의 경우, 수생식물의 잎이나 줄기와 같이 부착할 수 있는 기질체가 풍부하기 때문에 부착성 종이 부유성 종보다 더 높은 밀도를 가지게 되는 것이 일반적이지만(Choi et al.
- 높은 동물플랑크톤 밀도를 나타낸 습지에서는 수변부에 수생식물이 다양하게 구성되어 있는 공통된 특징을 가지며, 다양한 수생식물의 구성은 상대적으로 복잡한 구조를 야기하기 때문에, 높은 밀도를 유지할 수 있는 것으로 사료된다. 대조적으로, 개방수역에서 5월의 동물플랑크톤 군집은 대부분의 습지에서 리터 당 750 개체가 넘지 않는 밀도가 관찰되었으며, 이와 같은 양상은 8월에도 비슷하여 10번과 13번 습지를 제외한 대부분의 습지에서는 500 개체 L-1 이하의 밀도를 보였다. 10번과 13번 습지에서의 동물플랑크톤 군집은 1,435와 1,281 개체 L-1로 다른 습지와 비교할 때 상대적으로 높은 밀도가 관찰되었다.
- 4). 또한 수생식물의 건 중량이 높을수록 1보다 큰 동물플랑크톤 비가 분석되었다. 결과적으로, 정수식물, 부유식물, 부엽식물, 침수식물 등 수생식물의 4가지 생활 형태에 의해 구성된 식생대가 강우와 같은 교란 발생에 동물플랑크톤의 피난처로서 효율성이 가장 뛰어난 것으로 나타났다.
- , 1981). 또한 엽록소 a는 수변부보다 개방수역에서 더 높은 농도를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 엽록소 a가 산소 증가에 관여한다는 점을 감안한다면 개방수역과 수변부 간에 용존산소의 농도 차이에 기여하는 것을 알 수 있다. 전기전도도는 5월에 91~627 μS cm-1의 범위로 다소 넓었으며, 8월에는 24.
- (2015)에 의해 조사된 낙동강 유역권 내 호소 및 습지의 동물플랑크톤 종조성과 비교할 때 상대적으로 적은 종수였다. 본 연구는 여름에 집중적으로 조사가 수행되었기 때문에 여름을 포함한 모든 계절을 조사한 연구보다 상대적으로 적은 종수가 기록된 것으로 사료된다. 기존 연구를 살펴볼 때, 동물플랑크톤 군집은 포식자-피식자 또는 먹이 경쟁 등의 형태로 다양한 생물 군집과 밀접한 관계를 가지며(Lynch, 1979; Riisgård et al.
- 본 연구에서 동물플랑크톤은 총 51종이 출현하는 것으로 확인되었으며, 분류군별로는 윤충류가 30종, 미소갑각류가 21종으로 윤충류가 가장 우점하였다. 윤충류 중에서는 주로 Polyarthra sp.
- , 1998). 본 연구에서 침수식물은 4번, 8번, 9번, 10번, 11번 습지에서 출현하고 있으며, 이들 중 4번 습지를 제외한 습지들에서 채집된 동물플랑크톤 군집은 강우 발생 후 밀도가 증가하였다. 이들 습지에서는 강우 전후 간에 동물플랑크톤 밀도 차이가 매우 뚜렷하였다 (One-Way ANOVA, df=2, F=30.
- 수생식물의 구성에 따라 여름 강우 전·후 간 동물플랑크톤 밀도를 분석한 결과, ‘정수식물’, ‘정수식물+부엽식물’, ‘정수식물+부유식물+부엽식물’에 의해 구성된 습지에서 동물플랑크톤(8월) /동물플랑크톤(5월)의 밀도 비율은 1보다 낮았으며, ‘정수식물+부유식물’, ‘정수식물+부유식물+부엽식물+침수식물’에 의해 구성된 습지에서는 1보다 높은 비율로 나타났다(Fig. 4).
- 대부분의 습지에서 동물플랑크톤군집은 부착성(Epiphytic) 종보다 부유성(Pelagic) 종의 밀도가 더 높았으며, 특히 개방수면에서는 부착성 종이 거의 출현하지 않았다. 수생식물이 우점하는 얕은 습지의 경우, 수생식물의 잎이나 줄기와 같이 부착할 수 있는 기질체가 풍부하기 때문에 부착성 종이 부유성 종보다 더 높은 밀도를 가지게 되는 것이 일반적이지만(Choi et al., 2014a), 본 연구 지역의 경우 대부분의 수변부 식생이 갈대와 같은 정수식물로 구성된 점을 감안하면, 부착성 종이 다양하게 서식하기에 적당하지 않음을 알 수 있다. 정수식물은 줄기만이 물에 침수되어 있으며, 형태가 단조롭기 때문에 다른 수생식물(부유식물, 부엽식물, 침수식물 등)보다 상대적으로 단순한 구조를 가진다.
- 채집된 동물플랑크톤 군집 중, 부착성 종과 부유성 종은 각각 25, 26종으로 비슷하였으며, 부착성 종은 주로 수변부에서 관찰되었다. 이를 볼 때 조사기간 동안에 출현한 동물플랑크톤 종들은 강우라는 교란 하에 종 특이적인 성향을 보이지 않고, 비슷한 분포를 보이는 것으로 나타났다. 강우 발생 후 대부분 부착성의 성향을 가진 종들의 생존율이 높았으며, 이는 수변부에서 두드러지게 나타났다.
- 조사된 습지 중 1번, 8번, 9번, 10번, 11번, 16번 등의 습지 수변부에서 채집된 동물 플랑크톤 군집은 여름 강우 발생 전과 비교할 때 후에 더 높은 밀도가 관찰되었다. 전술된 습지의 수변부에서는 다른 습지보다 다양한 수생식물 종이 분포하였으며, 높은 건 중량이 산출되었다. 수생식물은 종에 따라 형태나 특징이 다르기 때문에 식생대 내에 다양한 수생식물이 구성될수록 복잡한 구조를 가질 수 있다(Meerhoff et al.
- 수변부에 주로 발달된 식생대는 습지에 따라 다양한 수생식물 종에 의해 구성되는 것으로 나타났다(Table 4). 조사 지점에서 수생식물은 총 10종이 출현하였으며, 갈대, 털물참새피, 줄 (Zizania latifolia Turc.), 개구리밥 (Spirodela polyrhiza (L.) Schleid), 생이가래(Salvinia natans (L.) All), 자라풀(Hydrocharis dubia (Blume)), 마름, 말즘(Potamogeton crispus L.), 붕어마름, 나사말(Vallisneria natans(Lour.) H. Hara) 등이 출현하였다. 털물참새피는 17개 습지 중 13개 습지에서 관찰될 정도로 가장 많이 관찰되었으며, 그다음으로는 마름이나 갈대 등의 출현빈도가 높았다.
- 이는 부착성 및 부유성 종 또한 비슷한 공간 분포를 보였다. 조사기간 동안 출현한 동물플랑크톤 종 또한 수변부에서 출현한 종이 개방수역에서 채집된 종보다 다양성이 높았으며(Table 3), 이는 부유성 종보다 부착성 종이 수변부에 수생식물에 주로 부착되어 있기 때문인 것으로 사료된다.
- 각 습지에서 여름 강우 발생에 따라 동물플랑크톤 군집 밀도는 습지에 따라 상이하였다. 조사된 습지 중 1번, 8번, 9번, 10번, 11번, 16번 등의 습지 수변부에서 채집된 동물 플랑크톤 군집은 여름 강우 발생 전과 비교할 때 후에 더 높은 밀도가 관찰되었다. 전술된 습지의 수변부에서는 다른 습지보다 다양한 수생식물 종이 분포하였으며, 높은 건 중량이 산출되었다.
- 개방수역 또한 5월에는 18종이 관찰되었으나, 8월에는 9종으로 감소하였다. 채집된 동물플랑크톤 군집 중, 부착성 종과 부유성 종은 각각 25, 26종으로 비슷하였으며, 부착성 종은 주로 수변부에서 관찰되었다. 이를 볼 때 조사기간 동안에 출현한 동물플랑크톤 종들은 강우라는 교란 하에 종 특이적인 성향을 보이지 않고, 비슷한 분포를 보이는 것으로 나타났다.
- Hara) 등이 출현하였다. 털물참새피는 17개 습지 중 13개 습지에서 관찰될 정도로 가장 많이 관찰되었으며, 그다음으로는 마름이나 갈대 등의 출현빈도가 높았다. 그러나 침수식물은 상대적으로 적은 출현빈도를 보였다.
후속연구
- 습지에서 또한 강우 발생에 따라 저층 입자의 부유, 유거수 발생으로 인해 습지 주변 토사 유입 등으로 탁도가 증가되는 현상이 발생하지만, 습지 주변 토지 이용이나 기타 환경 특성에 의해 달라질 수 있다. 그래서 습지는 강과 달리 지점에 따른 차이가 발생할 수 있으며, 다양한 요인을 기반으로 한 해석을 통해 원인을 밝히는 면밀한 조사가 필요하다.
- 본 연구에서는 습지의 수변에 발달된 식생대가 강우 발생에 대한 동물플랑크톤의 피난처로서 종다양성과 밀도 유지에 미치는 영향을 조사하였다. 우리나라에서는 여름철에 강우가 집중되며 다양한 생물 군집 (특히 플랑크톤)의 계절천이에 주요 교란 요인으로 작용한다는 점을 감안할 때 수생식물의 피난처 효과에 대한 연구는 여름 이후(주로 가을) 생물의 종다양성과 분포 파악에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 수생식물의 종별 특성과 풍부도가 동물플랑크톤에게 미치는 영향에 대한 연구는 주로 어류 포식에 대한 피난처 효과를 중심으로 수행되었지만 (Lauridsen and Lodge, 1996; Lodge, 2001; Sass et al.
- 또한 침수식물은 서식 특성상 다양한 식물과 공존이 가능하며, 식생대 내 수생식물의 생체량을 증가 시켜 더욱 복잡하게 만든다. 이러한 관점에서, 수생식물은 강우와 같은 교란 발생에 대한 생물다양성의 유지 및 증가에 크게 영향을 미치며, 우리나라와 같이 여름철에 강우가 집중되는 지역의 경우 플랑크톤 등 생물상에 대한 천이에 중요하게 고려되어야 할 것으로 사료된다.
- 이와 같은 상황에서 수생식물은 좋은 서식처와 피난처를 제공할 수 있으며, 플랑크톤과 같이 수체의 흐름에 민감한 종을 보호하고, 개체수의 증가에 기여하여 고차소비자까지 에너지 전달에 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 전술한 내용에 기반하여 살펴볼 때, 본 연구는 담수생태계를 복원하거나 새로 조성할 시 생물다양성 확보를 위한 전략 마련에 중요한 정보를 제공할 것으로 보인다.
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