낙동강 상류 수계인 내성천의 부착돌말 군집과 부착돌말지수를 이용한 생물학적 수질평가 The Epilithic Diatom Community and Biological Water Quality Assessment of Naeseongcheon Located at the Upper Region of Nakdong River원문보기
본 연구는 낙동강 상류에 위치한 내성천과 지류들을 대상으로 총 15개의 지점에서 2016년 5월, 8월 및 10월의 총 3회에 걸쳐 이화학적 환경요인들과 부착돌말 군집의 특성을 분석하고, 생물학적 방법인 DAIpo와 TDI를 이용하여 수질을 평가하였다. 내성천 수계에서 출현한 부착돌말류는 2목 3아목 9과 35속 145종 16변종 2품종으로 구성된 총 163종이 출현하였다. Cocconeis placentula var. lineata는 모든 지점에서 출현하였으며, Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua와 Reimeria sinuate는 내성천의 보편적인 분류군들로 조사되었다. Nitzschia inconspicua와 Achnanthes minutissima가 주요 우점종으로 출현하였다. CCA 분석 결과, 부착돌말 종조성은 전기전도도와 총질소에 가장 많이 영향을 받는 것으로 나타났다. DAIpo를 이용한 생물학적 수질평가 결과, 내성천의 DAIpo는 평균 62.38로 B등급이나, TDI로 평가한 결과, 내성천의 TDI는 평균 66.12로 C등급으로 나타났다.
본 연구는 낙동강 상류에 위치한 내성천과 지류들을 대상으로 총 15개의 지점에서 2016년 5월, 8월 및 10월의 총 3회에 걸쳐 이화학적 환경요인들과 부착돌말 군집의 특성을 분석하고, 생물학적 방법인 DAIpo와 TDI를 이용하여 수질을 평가하였다. 내성천 수계에서 출현한 부착돌말류는 2목 3아목 9과 35속 145종 16변종 2품종으로 구성된 총 163종이 출현하였다. Cocconeis placentula var. lineata는 모든 지점에서 출현하였으며, Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua와 Reimeria sinuate는 내성천의 보편적인 분류군들로 조사되었다. Nitzschia inconspicua와 Achnanthes minutissima가 주요 우점종으로 출현하였다. CCA 분석 결과, 부착돌말 종조성은 전기전도도와 총질소에 가장 많이 영향을 받는 것으로 나타났다. DAIpo를 이용한 생물학적 수질평가 결과, 내성천의 DAIpo는 평균 62.38로 B등급이나, TDI로 평가한 결과, 내성천의 TDI는 평균 66.12로 C등급으로 나타났다.
The aims of this study were to analyze the physico-chemical factors and the characteristics of epilithic diatom community from 15 sites of the Naeseongcheon and tributaries located in the upper region of the Nakdong river from May to October 2016. The biological water quality was assessed using DAIp...
The aims of this study were to analyze the physico-chemical factors and the characteristics of epilithic diatom community from 15 sites of the Naeseongcheon and tributaries located in the upper region of the Nakdong river from May to October 2016. The biological water quality was assessed using DAIpo and TDI. A total of 163 diatom taxa were identified with 2 orders, 3 suborders, 9 families, 35 genera, 145 species, 16 varieties and 2 forms. Cocconeis placentula var. lineata appeared at every examined sites. Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua and Reimeria sinuata were common taxa of the Naeseongcheon. Nitzschia inconspicua and Achnanthes minutissima were major dominant species. As a result of the CCA, Electrical conductivity and total nitrogen concentration were important factors determining the diatom species composition. In the result of the biological assessment using DAIpo, the Naeseongcheon was rated at class B with an average of 62.38. In the result of assessment using TDI, the Naeseongcheon was rated at class C with an average of 66.12.
The aims of this study were to analyze the physico-chemical factors and the characteristics of epilithic diatom community from 15 sites of the Naeseongcheon and tributaries located in the upper region of the Nakdong river from May to October 2016. The biological water quality was assessed using DAIpo and TDI. A total of 163 diatom taxa were identified with 2 orders, 3 suborders, 9 families, 35 genera, 145 species, 16 varieties and 2 forms. Cocconeis placentula var. lineata appeared at every examined sites. Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua and Reimeria sinuata were common taxa of the Naeseongcheon. Nitzschia inconspicua and Achnanthes minutissima were major dominant species. As a result of the CCA, Electrical conductivity and total nitrogen concentration were important factors determining the diatom species composition. In the result of the biological assessment using DAIpo, the Naeseongcheon was rated at class B with an average of 62.38. In the result of assessment using TDI, the Naeseongcheon was rated at class C with an average of 66.12.
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문제 정의
본 연구에서는 낙동강의 상류 수역인 내성천과 그 지류들의 이화학적 환경요인을 조사하고, 부착돌말류의 종 분포 및 군집 특성을 분석하였다. 또한 이들을 이용한 생물학적 수질평가 방법인 DAIpo와 TDI로 내성천의 수질을 생물학적으로 평가하여 낙동강 수계의 주요 서식지 내 부착돌말류 다양성 조사를 통한 담수환경 정보 축적 및 담수 서식지 보전과 관리전략 수립을 위한 기초자료로 제공하고자 한다.
본 연구에서는 낙동강의 상류 수역인 내성천과 그 지류들의 이화학적 환경요인을 조사하고, 부착돌말류의 종 분포 및 군집 특성을 분석하였다. 또한 이들을 이용한 생물학적 수질평가 방법인 DAIpo와 TDI로 내성천의 수질을 생물학적으로 평가하여 낙동강 수계의 주요 서식지 내 부착돌말류 다양성 조사를 통한 담수환경 정보 축적 및 담수 서식지 보전과 관리전략 수립을 위한 기초자료로 제공하고자 한다.
제안 방법
2. Canonical correspondence-analysis (CCA) ordination of the two axes showing the scores for the species and the environmental variables (○: saproxenous taxa, △: indifferent taxa, ●: saprophilous taxa, Ac: Achnanthes convergens, Ad: Achnanthes delicatula, Ae: Achnanthes exigua, Al:Achnanthes linearis, Am: Achnanthes minutissima, As:Achnanthes subhudsonis, Ap: Amphora pediculus, Co:Cocconeis placentula var. euglypta, Cs: Cymbella silesiaca, Ct: Cymbella turgidula, Ga: Gomphonema angustum, Gc:Gomphonema clevei, Gm: Gomphonema minutum, Gp:Gomphonema parvulum, Ha: Hannaea arcus var. subarcus, Mv: Melosira varians, Na: Navicula atomus, Ng: Navicula gregaria, Nm: Navicula minima, Np: Navicula perminuta, Nu: Navicula pupula, Ns: Navicula seminulum, Rs: Reimeria sinuate, Ra: Rhoicosphenia abbreviata, Nif: Nitzschia fonticola, Nii: Nitzschia inconspicua, Nip: Nitzschia palea, Nipl: Nitzschia paleacea).
본 연구는 낙동강 상류에 위치한 내성천과 지류들을 대상으로 총 15개의 지점에서 2016년 5월, 8월 및 10월의 총 3회에 걸쳐 이화학적 환경요인들과 부착돌말 군집의 특성을 분석하고, 생물학적 방법인 DAIpo와 TDI를 이용하여 수질을 평가하였다. 내성천 수계에서 출현한 부착돌말 류는 2목 3아목 9과 35속 145종 16변종 2품종으로 구성된 총 163종이 출현하였다.
대상 데이터
본 연구는 낙동강 상류에 위치한 내성천과 지류들을 대상으로 총 15개의 지점을 선정하여 2016년 5월, 8월과 10월에 조사를 실시하였다. 내성천은 봉화군 물야면에서 발원하여 봉화 시내를 가로질러 106.
29 km를 흘러 낙동강과 합류하는 낙동강의 제1지류이다. 본 연구에서는 내성천 본류에 6개 지점 (N)과 지류에 9개 지점 (T)을 선정하였다(Fig. 1).
부착돌말 시료는 유속 20~30 cm sec-1 정도의 수심 10~30 cm에 있는 편평한 돌을 선택하여 솔로 상면을 긁어서 채집하였다. 종의 동정과 계수를 위한 영구표본은 KMnO4법 (Hendey, 1974)으로 시료를 세정한 후, Pleurax로 봉입하여 제작하였다.
데이터처리
부착돌말지수들과의 상호관계는 Pearson’s 계수를 이용하였고, 분석은 SPSS (ver. 23)를 사용하였다.
이화학적 수질 항목이 부착돌말의 종조성에 미치는 영향을 파악하기 위한 정준상관분석 (Canonical Correspondence Analysis)은 CANOCO (Canonical Community Ordination) 프로그램 (ver. 5; Ter Braak and Šmilauer, 2013)을 사용하였다.
이론/모형
부착돌말군집의 특성 분석을 위해 광학현미경 (Zeiss Axioskop 2) 1,000배 하에서 검경하고, 현미경사진을 촬영하여 Patrick and Reimer (1966), Krammer and Lange-Bertalot (1986, 1988, 1991), Watanabe et al.(2005) 및 Cho (2011, 2012) 등을 이용하여 종을 동정하였으며 Simonsen (1979)의 체계에 따라 분류하였다. 또 출현종의 상대빈도는 임의로 선정된 현미경 시야에서 피각의 수를 500개 이상 계수하였고, 각 지점에서 출현한 종들 중에서 상대빈도가 가장 높은 종을 우점종으로 하였다.
생물학적 수질평가를 위해 유기물지수인 DAIpo (Diatom Assemblage Index to Organic Pollution)는 Watanabe et al.(2005)의 방법에 따라 구하였는데, DAIpo는 조사기간 동안 출현한 청수성종과 오염성종의 상대빈도에 근거하여 산출하였다. DAIpo의 범위는 0~100이며 0은 가장 오염된 상태이며 100은 가장 청청한 상태를 의미한다.
수온, pH, DO, 전기전도도, 탁도는 휴대용측정기 (Horiba U-50series)를 이용하여 현장에서 측정하였으며, 영양염(TN, TP) 분석을 위한 시료는 1 L 플라스틱병에 채수하고 냉암소에서 보관하여 가능한 한 빨리 실험실로 옮긴 후, 수질오염공정시험기준 (KME, 2014)에 준하여 분석하였다.
DAIpo의 범위는 0~100이며 0은 가장 오염된 상태이며 100은 가장 청청한 상태를 의미한다. 영양염지수인 TDI(Trophic Diatom Index)는 Kelly and Whitton (1995)의 방법에 따라 구하였는데, TDI는 조사기간 동안 출현한 모든 부착돌말을 대상으로 각 종의 오염에 대한 민감도를 평가하여 일정한 가중치와 오염지표값을 각각 부여하여 계산하여 산출하였다. 또한 산출된 지수는 4등급 (A: 최적, B: 양호, C: 보통, D: 불량)으로 평가하였다 (KME, 2007).
우리나라에서는 유기물에 대한 내성 정도에 따른 생태군별 상대빈도로 수질을 평가하는 DAIpo (Watanabe et al., 2005)를 주로 이용하였다. 이는 DAIpo가 우리나라의 수환경과 분류학적 유사성이 높고, 생태군별 종의 동정이 세분되어 있어서 종 분류에 더 신뢰도가 높고 수질 등급을 구분하는 데 유리하기 때문이다(KME, 2007).
정도의 수심 10~30 cm에 있는 편평한 돌을 선택하여 솔로 상면을 긁어서 채집하였다. 종의 동정과 계수를 위한 영구표본은 KMnO4법 (Hendey, 1974)으로 시료를 세정한 후, Pleurax로 봉입하여 제작하였다. 부착돌말군집의 특성 분석을 위해 광학현미경 (Zeiss Axioskop 2) 1,000배 하에서 검경하고, 현미경사진을 촬영하여 Patrick and Reimer (1966), Krammer and Lange-Bertalot (1986, 1988, 1991), Watanabe et al.
성능/효과
Nitzschia inconspicua와 Achnanthes minutissima가 주요 우점종으로 출현하였다. CCA 분석 결과, 부착돌말 종조성은 전기전도도와 총질소에 가장 많이 영향을 받는 것으로 나타났다. DAIpo를 이용한 생물학적 수질평가 결과, 내성천의 DAIpo는 평균 62.
CCA 분석 결과, 부착돌말 종조성은 전기전도도와 총질소에 가장 많이 영향을 받는 것으로 나타났다. DAIpo를 이용한 생물학적 수질평가 결과, 내성천의 DAIpo는 평균 62.38로 B등급이나, TDI로 평가한 결과, 내성천의 TDI는 평균 66.12로 C등급으로 나타났다.
lineata 는 모든 지점에서 출현하였으며, Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua와 Reimeria sinuate는 내성천의 보편적인 분류군들로 조사되었다. Nitzschia inconspicua와 Achnanthes minutissima가 주요 우점종으로 출현하였다. CCA 분석 결과, 부착돌말 종조성은 전기전도도와 총질소에 가장 많이 영향을 받는 것으로 나타났다.
13으로 가장 낮았다. TDI는 30.30~94.70의 범위를 보였으며, N1에서 평균 TDI가 33.16으로 가장 낮게 나타났으며 N6에서 91.43으로 가장 높게 나타났다 (Table 3).
Cocconeis placentula var. lineata 는 모든 지점에서 출현하였으며, Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia inconspicua와 Reimeria sinuate는 내성천의 보편적인 분류군들로 조사되었다. Nitzschia inconspicua와 Achnanthes minutissima가 주요 우점종으로 출현하였다.
lineata는 모든 지점에서 출현하였으며, Achnanthes lanceolata, Nitzschia fonticola, Nitzschia in conspicua와 Reimeria sinuata는 몇 지점을 제외한 대부분의 지점에서 출현하여 내성천의 보편적인 분류군들로 조사되었다.
lineata, Cymbella turgidula, Fragilaria pinnata, Gomphonema clevei, Gomphonema minutum, Navicula atomus, Navicula minima, Navicula subminuscula, Nitz schia fonticola, Nitzschia inconspicua, Nitzschia palea와 Reimeria sinuate로 15종이었다. 가장 빈번하게 나타난 우점종은 Nitzschia inconspicua로 13개 지점에서 우점종으로 출현하였으며, Achnanthes linearis와 Achnanthes minutissima가 5개 지점에서 각각 우점종으로 출현하여 내성천의 주요 우점종으로 조사되었다. 그중 Nitzschia inconspicua는 알칼리성 수역에 대표적으로 출현하는 보편종 (Watanabe et al.
본 연구는 낙동강 상류에 위치한 내성천과 지류들을 대상으로 총 15개의 지점에서 2016년 5월, 8월 및 10월의 총 3회에 걸쳐 이화학적 환경요인들과 부착돌말 군집의 특성을 분석하고, 생물학적 방법인 DAIpo와 TDI를 이용하여 수질을 평가하였다. 내성천 수계에서 출현한 부착돌말 류는 2목 3아목 9과 35속 145종 16변종 2품종으로 구성된 총 163종이 출현하였다. Cocconeis placentula var.
N5와 N6는 조사기간 동안 DAIpo는 C등급을, TDI는 D등급을 나타내었다. 또 내성천으로 유입되는 지류의 상류인 T1과 T3에서 DAIpo는 A등급을, TDI는 A~B등급으로 나타났으며 계절적인 변화는 없었으나 본류로 유입되는 지점인 T2, T5, T6와 T7에서 DAIpo는 C~D등급을, TDI는 D등급으로 낮아졌다. 대부분의 지류 지점들이 8월에 등급이 낮아졌는데, 특히 T2의 유입 후 N3에서 등급이 급격히 낮아졌다.
(2005) 및 Cho (2011, 2012) 등을 이용하여 종을 동정하였으며 Simonsen (1979)의 체계에 따라 분류하였다. 또 출현종의 상대빈도는 임의로 선정된 현미경 시야에서 피각의 수를 500개 이상 계수하였고, 각 지점에서 출현한 종들 중에서 상대빈도가 가장 높은 종을 우점종으로 하였다.
11로 C등급을 나타내었다. 또 평균 TDI는 66.12로 C등급이나, 본류로 유입되는 하류들의 평균 TDI는 78.73으로 D등급을 나타내어 내성천은 본류가 지류보다 등급이 높았다. 또 내성천의 최상류 지점은 조사시기에 관계없이 A등급을 유지하고 있으나, C~D등급을 나타내는 지류들 (T2, T5와 T7)의 유입 후 본류의 등급이 낮아졌다.
T2의 유입 후 N3의 부착돌말지수 (DAIpo와 TDI)들의 변화는 심하였으며 등급도 급격히 낮아졌다. 또한 총질소는 대체로 본류보다 지류에서 높게 나타났으며 부착돌말지수들을 이용한 생물학적 수질평가의 결과와 같았다. 이는 영양염에 의한 유기물량 증가와 수질 악화로, 지류의 유입 시 본류의 수질에 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
, 2005)이고, Achnanthes linearis와 Achnanthes minutissima는 중성수역에서 동시에 발생하거나 우점하는 종들로 이들은 낙동강 수계에서 흔히 보고되는 종들이다(Cho, 2012). 본류와 지류들의 대부분 지점들에서 우점종의 변화가 있었으나, N5와 N6은 전 조사기간 동안 Nitzschia inconspicua가 43.73%~87.57%의 상대빈도로 우점하여 안정된 군집을 나타내었다(Table 2). Wata nabe et al.
부착돌말을 이용한 수질평가 결과, 내성천의 DAIpo는 38.05~96.75의 범위를 보였으며, 5월의 N1에서 95.72로 가장 높았고 8월의 N3에서 30.64로 가장 낮았다. 지류들의 DAIpo는 5월의 T1에서 96.
이화학적 환경요인들과 출현종 (상대빈도 5% 이상)들과의 상관관계를 나타내는 정준상관분석 (Canonical Corres pondence Analysis) 결과, 종조성에 영향을 미치는 가장 큰 환경요인은 전기전도도로 나타났다 (Fig. 2). Achnanthes delicatula, Achnanthes subhudsonis, Amphora pediculus, Cocconeis placentula var.
조사기간 동안 내성천과 지류들에서 출현한 부착돌말류는 총 163종이었으며, 이들은 2목 3아목 9과 35속 145종 16변종 2품종으로 분류되었다. 2016년 10월의 N1에서 17분류군으로 가장 적게 출현하였고, 5월의 T9에서 60분류군으로 가장 많이 출현하였다.
2016년 10월의 N1에서 17분류군으로 가장 적게 출현하였고, 5월의 T9에서 60분류군으로 가장 많이 출현하였다. 조사시기별 평균 출현 종수는 39종으로, 5월에 42종, 8월과 10월에 각각 38종이 출현하였다. 지점별 평균 출현 종수는 N4에서 50종으로 가장 많은 종이 출현하였으며, N1에서 29종으로 가장 적은 종이 출현하였다(Table 3).
조사시기별 평균 출현 종수는 39종으로, 5월에 42종, 8월과 10월에 각각 38종이 출현하였다. 지점별 평균 출현 종수는 N4에서 50종으로 가장 많은 종이 출현하였으며, N1에서 29종으로 가장 적은 종이 출현하였다(Table 3).
28 mg L–1의 범위로 10월에 높고 8월이 낮게 나타나 수온에 의존적인 경향을 보였다. 탁도는 0~10.98 NTU의 범위로 지류보다 본류가 더 높았으며, 특히 8월에 높은 값을 나타내어 여름에 집중된 강우의 영향을 받은 것으로 판단된다. 전기전도도는 51~426 μS cm-1의 범위를 나타내었다.
후속연구
이는 수질의 경향성이 뚜렷한 상, 하류에 조사지점이 선정되었기 때문으로 사료된다. 이처럼 부착돌말지수들에 의한 생물학적 수질평가는 수질의 차이가 뚜렷한 수역에서는 상관성이 높으나 경향성이 뚜렷하지 않는 수역에서는 상관성이 낮아질 수 있어서 이화학적인 수질요인들의 분석을 통해 더 세밀하게 평가를 할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
영양염 이외에 수서생물의 생육에 중요한 요인이 되는 것은 무엇인가?
인간 활동에 의해 자연계에 방출되는 유해오염물질의 대부분은 최종적으로 수생태계로 유입되며, 영양염류를 포함한 이들 오염물질은 특정 수서생물의 먹이사슬을 통해 수생태계 전반에 걸쳐 영향을 미치게 된다. 영양염뿐만 아니라 서식처의 물리적 특성 또한 수서생물의 생육에 중요한 요인이 된다. 따라서 어떤 지역의 생물상의 특성은 그수계 전반의 환경을 대표하기 때문에 선진국뿐 아니라 최근 우리나라에서도 생물학적인 평가기법을 이용하여 수생 태계의 환경을 평가하고 있다 (Kim et al.
우리나라에서 DAIpo를 이용하여 수질을 평가한 이유는 무엇인가?
, 2005)를 주로 이용하였다. 이는 DAIpo가 우리나라의 수환경과 분류학적 유사성이 높고, 생태군별 종의 동정이 세분되어 있어서 종 분류에 더 신뢰도가 높고 수질 등급을 구분하는 데 유리하기 때문이다(KME, 2007). 그러나 우리나라의 수생태계는 넓은 영양염 구배를 가질 뿐 아니라 돌말의 성장과 수질 악화에 영양염이 주원인이므로, 영양염을 기준으로 하는 TDI (Kelly and Whitton, 1995)도 최근에는 같이 이용하여 평가하고 있다 (Hwang et al.
수질 오염의 지표생물로 이용된 부착돌말의 특성은 무엇인가?
지표생물을 이용한 수질평가는 일차생산자인 조류로부터 저서 대형무척추동물 및 어류에 이르기까지 다양한 생물을 이용해 왔다. 특히 부착돌말은 다양한 수계에서 생육하며, 환경 변화에 대한 반응이 빠르고, 다양한 환경요인들에 대해 생태적으로 민감한 많은 종들이 존재할 뿐 아니라, 기질에 부착하여 성장하므로 장기간의 수환경 변화를 반영할 수 있는 특성을 가지기 때문에 이들을 수질 오염의 지표생물로 이용하여 왔다 (Watanabe et al., 1986, 1990;Van dam et al.
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