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문제 정의
- 이에 본 연구는 한반도 동부에 위치한 강원도, 경상북도, 경상남도의 3개 행정권역 내에 분포하는 논, 밭, 과수원을 대상으로 지표배회성 무척추동물의 군집 특성을 알아보고자 조사지역의 무척추동물에 대한 목별 개체수의 분포, 종 다양성을 조사하여 분석하였으며, 기상정보 및 조사지의 환경요인을 조사하여 환경이 군집에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 조사기간의 조사지점에 대한 기상자료는 조사지 인접 기상대의 기상일보와 농업기상관측자료 중에서 추출하고 그 산술 평균값을 환경요인 분석에 사용하였다. 각 조사지점에 대한 현지조사는 지점내 5 부분에서 이동식 전자측정장치(Professional Portable HP3010, HP3040, Trans; DM18, Takemura, JAPAN)를 이용하여 측정한 결과와 토양샘플을 취하여 냉장보관이 되는 아이스박스에 담아 실험실로 운반하여 분석한 결과를 종합하여 토양의 산성도(pH), 전기전도도(Electricconductivity; EC), 토양온도(0.5 M Soil Temperature), 토양함수율(0.5 M Soil moisture content) 분석에 사용하였다.
- 곤충의 발생특성에 대해 환경과 유형과의 관계에 대한 정량적 분석 및 군집조성에 대한 형태분석은 canonical correspondence analysis (CCA; Ter Braak, 1986)와 agglomerative hierarchical clustering (AHC; Day and Edelsbrunner, 1984)의 방법을 이용하였고 분석을 위한 프로그램으로는 ECOM II (Pisces, UK)와 XLSTAT 2016 (Addinsoft, UK)을 사용하였다. 각각의 유연관계에 대해 CCA 분석을 수행한 결과를 토대로 이차원 공간에서 주요요인을 표현하였다.
- trap의 설치시간은 야간을 포함하여 12시간이상 18시간이하로 하였으며, 채집확보한 곤충은 현장에서 Ziploc bag에 담아 냉장이 유지되는 아이스박스에 넣어 연구실로 운반하여 동정하였다. 운반된 곤충은 육안과 광학현미경(DE/MZ 7.5; Leica Microsystems, Wetzlar, Germany)하에서 성충의 외부형태에 의한 관찰을 통해 한국응용곤충학회에서 발간한 한국곤충명집(1994)와 한국곤충생태도감(1998)을 근거로 동정하였다.
- 조사지 환경에 대한 조사는 우선적으로 농업생태계와 무척추동물의 군집에 영향을 미칠 수 있는 제초제의 사용유무에 대한 비율을 각 조사지점별로 조사하였다. 조사기간의 조사지점에 대한 기상자료는 조사지 인접 기상대의 기상일보와 농업기상관측자료 중에서 추출하고 그 산술 평균값을 환경요인 분석에 사용하였다. 각 조사지점에 대한 현지조사는 지점내 5 부분에서 이동식 전자측정장치(Professional Portable HP3010, HP3040, Trans; DM18, Takemura, JAPAN)를 이용하여 측정한 결과와 토양샘플을 취하여 냉장보관이 되는 아이스박스에 담아 실험실로 운반하여 분석한 결과를 종합하여 토양의 산성도(pH), 전기전도도(Electricconductivity; EC), 토양온도(0.
- 선정된 지점은 동일 경계로 구분된 5개 이상의 경작지가 인접해 있는 공간을 대상으로 조사하였다(Table 1). 조사시기는 지표배회성 무척추동물이 다량 출현하는 것으로 예상되는 5월과 9월로 하고 2013년부터 2015년까지 매년 2회에 걸쳐 수행하였다(Choi, et al., 2004).
- 0 (Esri, Redlands, CA, USA)를 이용하여 2009년 환경부에서 제작된 중분류 토지 피복도를 기초로 공간유형별 면적과 가중치의 곱들에 대한 총합을 전체대상지 면적으로 나누어 계산하였다. 조사지 환경에 대한 조사는 우선적으로 농업생태계와 무척추동물의 군집에 영향을 미칠 수 있는 제초제의 사용유무에 대한 비율을 각 조사지점별로 조사하였다. 조사기간의 조사지점에 대한 기상자료는 조사지 인접 기상대의 기상일보와 농업기상관측자료 중에서 추출하고 그 산술 평균값을 환경요인 분석에 사용하였다.
- 조사지역 무척추동물상에 대한 조사방법은 pit-fall trap법으로 각각의 플라스틱 통(114×76 mm, BioQuip)에 유인제(95% ethanol : ethylene : wine = 2 : 1 :1)를 50 ml씩 충진하여 조사지점마다 총 3필지이상의 면적에 필지당 5 m 간격으로 5개의 trap을 흙바닥과 동일선 상에 설치하였다.
- 조사지역의 평균기온, 평균 월강수량, 최저초상온도, 평균상대습도의 기후자료와 조사지역에서 측정한 토양 pH, 토양온도,토양함수율, 전기전도도의 환경인자를 환경변수로 하고 논, 밭, 과수원에 출현한 곤충의 목 수준의 개체수를 생물변수로 하여 CCA분석을 수행하였다(Fig. 4). 분석결과 제 1축과 제 2축의 변수의 설명률은 44.
-
조사지역의 입지분석 및 환경조사
조사지점의 입지조사는 조사지점을 중심으로 반경 0.5 km이내의 범위에 대해 생태면적을 계산하였으며, 생태면적율(BAR, Biotops Area Ratio)은 ArcGIS tools v10.0 (Esri, Redlands, CA, USA)를 이용하여 2009년 환경부에서 제작된 중분류 토지 피복도를 기초로 공간유형별 면적과 가중치의 곱들에 대한 총합을 전체대상지 면적으로 나누어 계산하였다. 조사지 환경에 대한 조사는 우선적으로 농업생태계와 무척추동물의 군집에 영향을 미칠 수 있는 제초제의 사용유무에 대한 비율을 각 조사지점별로 조사하였다.
대상 데이터
- 2013년부터 2015년까지 3년간 매년 2회에 걸쳐 강원도, 경상남북도 지역의 지표배회성 무척추동물에 대해 조사하였다. 채집된 지표배회성 무척추동물은 전체 13목 58과 172종 6,420개체이며, 강원도에서 9목 37과 113종 1,636개체가, 경상북도에서 12목 42과 117종 1,801개체가, 경상남도에서 10목 40과 107종 2,983개체가 출현하였다.
- 1). 선정된 지점은 동일 경계로 구분된 5개 이상의 경작지가 인접해 있는 공간을 대상으로 조사하였다(Table 1). 조사시기는 지표배회성 무척추동물이 다량 출현하는 것으로 예상되는 5월과 9월로 하고 2013년부터 2015년까지 매년 2회에 걸쳐 수행하였다(Choi, et al.
- 한반도 동부에 위치한 강원도, 경상북도, 경상남도의 3개 행정권역 내의 조사지역은 농업생태계 유형, 재배작물의 지역 특색, 조사지의 접근우수성을 고려하여 각각 4개씩 선정하였다. 조사지역내 조사지점은 논의 경우 각 지역별 3개 지점씩 총 36지점을, 밭의 경우 각 지역별 5~8개 지점씩 총 73지점을, 과수원의 경우 각 조사지역별 3개 지점씩 총 36지점을 선정하였다(Fig. 1). 선정된 지점은 동일 경계로 구분된 5개 이상의 경작지가 인접해 있는 공간을 대상으로 조사하였다(Table 1).
- 한반도 동부에 위치한 강원도, 경상북도, 경상남도의 3개 행정권역 내의 조사지역은 농업생태계 유형, 재배작물의 지역 특색, 조사지의 접근우수성을 고려하여 각각 4개씩 선정하였다. 조사지역내 조사지점은 논의 경우 각 지역별 3개 지점씩 총 36지점을, 밭의 경우 각 지역별 5~8개 지점씩 총 73지점을, 과수원의 경우 각 조사지역별 3개 지점씩 총 36지점을 선정하였다(Fig.
이론/모형
- 군집의 종구성에 대한 풍부도지수는 Margalef (1958)의 지수를, 균등도지수는 Pielou (1975)의 지수를 이용하여 산출하였다. 곤충의 발생특성에 대해 환경과 유형과의 관계에 대한 정량적 분석 및 군집조성에 대한 형태분석은 canonical correspondence analysis (CCA; Ter Braak, 1986)와 agglomerative hierarchical clustering (AHC; Day and Edelsbrunner, 1984)의 방법을 이용하였고 분석을 위한 프로그램으로는 ECOM II (Pisces, UK)와 XLSTAT 2016 (Addinsoft, UK)을 사용하였다. 각각의 유연관계에 대해 CCA 분석을 수행한 결과를 토대로 이차원 공간에서 주요요인을 표현하였다.
- 군집분석은 정량으로 조사한 자료를 사용하였으며, 각 조사지점의 개체수를 바탕으로 제1, 제2 우점종을 선정하였고, 우점도지수는 McNaughton’s dominant index (DI)의 공식을 적용하여 산출하였다(McNaughton, 1967).
- 다양도지수는 Margalef의 정보이론에 의하여 유도된 Shannon-Weaver function을 Lloyd & Gheraldi가 변형한 공식을 활용하였다(Pielou, 1969). 군집의 종구성에 대한 풍부도지수는 Margalef (1958)의 지수를, 균등도지수는 Pielou (1975)의 지수를 이용하여 산출하였다. 곤충의 발생특성에 대해 환경과 유형과의 관계에 대한 정량적 분석 및 군집조성에 대한 형태분석은 canonical correspondence analysis (CCA; Ter Braak, 1986)와 agglomerative hierarchical clustering (AHC; Day and Edelsbrunner, 1984)의 방법을 이용하였고 분석을 위한 프로그램으로는 ECOM II (Pisces, UK)와 XLSTAT 2016 (Addinsoft, UK)을 사용하였다.
- 다양도지수는 Margalef의 정보이론에 의하여 유도된 Shannon-Weaver function을 Lloyd & Gheraldi가 변형한 공식을 활용하였다(Pielou, 1969).
성능/효과
- 조사지역의 생산성 관리를 위해 제초제 사용에 대한 비율을 조사한 결과 Table 1에 제시한 바와 같다. 강원도의 춘천과 홍천지역의 논과 경상남도의 진주지역의 논은 무농약 재배를 시행하고 있어 종 풍부도는 증가하나 제초제를 사용하는 기타지역에 비해 다양도가 높지 않은 것으로 조사되었다. 그러나 거미목, 톡토기목, 딱정벌레목의 다양도는 제초제 처리지역에 비해 다소 높게 나타났다(Table 2, 3).
- 강원도의 춘천과 홍천지역의 논과 경상남도의 진주지역의 논은 무농약 재배를 시행하고 있어 종 풍부도는 증가하나 제초제를 사용하는 기타지역에 비해 다양도가 높지 않은 것으로 조사되었다. 그러나 거미목, 톡토기목, 딱정벌레목의 다양도는 제초제 처리지역에 비해 다소 높게 나타났다(Table 2, 3). 이러한 결과는 무척추동물의 분류학적 특성은 농경지의 관리방법에 따른 서식지의 변화, 각 분류군의 행동특성, 생물의 생활사와 관련되어 있으며, 논 생태계는 짧은 기간의 작업, 비료와 농약의 과다사용 등 오염문제와 농산물의 안정성문제 등 다양한 문제를 야기시켜 자연생태계와 달리 서식하는 종 다양성이 낮고 영속성이 없다는 부분과 일치하는 것으로 확인되었다(Wolfgang et al.
- 동부 3개 지역에서 채집, 동정한 곤충의 우점도지수를 보면, 자료 표에는 제시되지 않았지만 지역별로는 경상남도 0.75, 강원도 0.71, 경상북도 0.66 순으로 나타났고, 농업생태계 유형별로는 밭 0.72, 과수원 0.71, 논 0.69 로 확인되었다. 이는 특정 종에 대한 의존도가 높아 나타나는 결과로 논에서는 북방호리가슴개미(545개체), 스미스개미(341개체)가 높게 분포하였고, 밭과 과수원에서는 곰개미(665개체, 228개체)가 다수 출현하였다.
- 무척추동물의 분류군 수준에서의 목별 개체수를 보면 전체 조사지역에서 우점종인 개미과를 포함하는 벌목은 2,456개체(38.26%)으로 가장 많았으며, 다음으로 메뚜기목 1,045개체(16.28%), 톡토기목 986개체(15.36%), 딱정벌레목 756개체(11.78%)가 확인되었다. 강원도에서는 벌목 519개체(8.
- , 2009). 벼를 재배하는 논의 경우와는 달리 조사지역 내 밭의 경우는 밭내부보다는 제초제를 사용하는 경우 밭둑의 식생에 대한 다양도, 교란지수가 증가하였고, 강원도 원주지역, 경상북도 안동지역, 경상남도 함안지역은 밭사면의 식생도 다양한 것으로 조사되었다. 이러한 이유로 밭에서의 지역간 무척추동물상의 비교는 다소 어려우나 시기별로 보면, 밭 전체 조사지역에서 5월보다 9월에 풍부도는 2~5배, 다양도는 2~3배 정도 증가하는 추세를 나타났다.
- 4). 분석결과 제 1축과 제 2축의 변수의 설명률은 44.2%, 22.3%, 총 66.6%로 두 축의 총 변이를 설명하였다. 제 1축에서는 토양 pH, 토양온도와 토양함수율의 영향에 의해 거미목, 메뚜기목, 띠노래기목, 그리마목이 음의 상관관계, 매미목, 바퀴목, 흰개미목, 딱정벌레목과는 양의 상관관계로 구분되었다.
- 32%)이 비슷한 수준으로 조사되었다. 생태계 유형별 목별 개체수는 논에서 벌목 1,283개체(19.98%), 톡토기목 986개체(15.36%), 파리목 363개체(5.65%), 거미목 336개체(5.23%)로 조사되었으며, 밭에서는 메뚜기목 845개체(13.16%), 벌목 747개체(11.64%), 딱정벌레목 373개체(5.81%) 순으로 높게 분포하였다. 또한 과수원에서는 벌목 426개체(6.
- 제 2축에서는 평균기온, 강수량, 상대습도, 최저초상온도와 전기전도도의 영향에 의해 메뚜기목, 집게벌레목, 바퀴목, 파리목, 벌목, 딱정벌레목이 음의 상관관계, 흰개미목, 파리목이 양의 상관관계로 나타났다. 이상의 결과는 몽고의 초지에서 강수량과 온도 등 기후요인과 공간과의 상관관계가 딱정벌레의 종풍부도에 상관이 있다고 보고한 결과와 비교할 때, 조사지역의 공간이 환경요인과 형성하는 상관관계에 다소 영향을 받은 것으로 판단되었다(Yu et al., 2016).
- 제 1축에서는 토양 pH, 토양온도와 토양함수율의 영향에 의해 거미목, 메뚜기목, 띠노래기목, 그리마목이 음의 상관관계, 매미목, 바퀴목, 흰개미목, 딱정벌레목과는 양의 상관관계로 구분되었다. 제 2축에서는 평균기온, 강수량, 상대습도, 최저초상온도와 전기전도도의 영향에 의해 메뚜기목, 집게벌레목, 바퀴목, 파리목, 벌목, 딱정벌레목이 음의 상관관계, 흰개미목, 파리목이 양의 상관관계로 나타났다. 이상의 결과는 몽고의 초지에서 강수량과 온도 등 기후요인과 공간과의 상관관계가 딱정벌레의 종풍부도에 상관이 있다고 보고한 결과와 비교할 때, 조사지역의 공간이 환경요인과 형성하는 상관관계에 다소 영향을 받은 것으로 판단되었다(Yu et al.
- 조사권역별 생태계 유형별로 출현 개체수를 보면, 강원도 논에서 745개체(11.60%), 밭에서 640개체(9.97%), 과수원에서 251개체(3.91%)가, 경상북도 논에서 1,171개체(18.24%), 밭에서 412개체(6.42%), 과수원에서 218개체(3.40%)가, 경상남도 논에서 1,382개체(21.53%), 밭에서 1,050개체(16.36%), 과수원에서 551개체(8.58%)가 각각 채집되었다. 위도상 남쪽에 위치하는 경상남도의 창원, 김해, 함안, 진주지역에서는 조사시기와 생태계 유형에 관계없이 대체로 많은 개체가 확인되었고,경상북도 안동 영천, 영주지역의 논에서는 5월에, 포항지역의 논, 안동, 문경지역의 밭, 예천, 문경지역의 과수원에서는 9월에 비교적 많은 개체가 출현하였다.
- 조사지역별 조사시기별 기타환경요인인 토양온도, 토양함수율, 산성도, 전기전도도를 보면, 토양온도는 경상남도가 5월과 9월에 기온과 마찬가지로 높게 나타났으나 지역별로 두드러진 차이는 나타내지 않았다. 그러나 농업생태계 유형별로는 과수원의 토양온도가 논, 밭보다는 1.
- 이는 특정 종에 대한 의존도가 높아 나타나는 결과로 논에서는 북방호리가슴개미(545개체), 스미스개미(341개체)가 높게 분포하였고, 밭과 과수원에서는 곰개미(665개체, 228개체)가 다수 출현하였다. 종 다양성 지수를 보면, 경상북도에서 5월에 논에서 종다양도 1.85, 종풍부도 2.39, 균등도 0.72, 9월에 밭에서 종다양도 2.00, 종 풍부도 3.17, 균등도 0.78로 가장 높게 조사되었고, 경상남도에서는 5월의 밭에서 종다양도 0.47, 종 풍부도 0.72, 균등도 0.40으로 가장 낮게 확인되었다(Table 3).
- 2013년부터 2015년까지 3년간 매년 2회에 걸쳐 강원도, 경상남북도 지역의 지표배회성 무척추동물에 대해 조사하였다. 채집된 지표배회성 무척추동물은 전체 13목 58과 172종 6,420개체이며, 강원도에서 9목 37과 113종 1,636개체가, 경상북도에서 12목 42과 117종 1,801개체가, 경상남도에서 10목 40과 107종 2,983개체가 출현하였다. 농업생태계별로는 논에서 10목 32과 69종 3,298개체가, 밭에서 8목 29과 74종 2,102개체가, 과수원에서 9목 27과 59종 1,020개체가 각각 채집되었다.
- 한편, 가장 높은 빈도를 차지하는 개미과를 제외한 종 다양성지수를 보면 지역별로는 경상남도의 우점도가 0.76로 강원도(0.71), 경상북도(0.68)보다 높게 나타났다. 농업생태계 유형별로 보면, 논 전체 우점도가 0.
후속연구
- 최근 한반도에 나타나는 기후 이상현상의 주기가 짧아지고, 사계절의 경계가 변화되고 있는 기후여건과 사회적 요구에 의해 무농약 친환경 경작을 지향하는 환경변화가 경작지 내에 서식하는 지표배회성 무척추동물에 미치는 영향이 증가할 것으로 판단된다. 이에 지속적인 모니터링과 다중 융합적 연구를 통한 다양한 분석이 계속되어야 할 것으로 사료된다.
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