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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 섬진강 본류를 대상으로 지역적 위치에 따른 자연적인 물리환경인 기온과 강수의 차이를 살펴보고, 이로 인한 저서성 대형무척추동물의 군집 분포를 파악해 보고자 한다. 그리고 저서성 대형무척추동물의 자연적 서식처를 구성하는 주요 요인인 하상 구성 그리고 수질과의 관계를 분석하여 지형적인 위치에 따른 분포의 차이점을 살펴보고자 한다.
- , 2004, 2008). 이에 본 연구에서는 섬진강 본류를 대상으로 지역적 위치에 따른 자연적인 물리환경인 기온과 강수의 차이를 살펴보고, 이로 인한 저서성 대형무척추동물의 군집 분포를 파악해 보고자 한다. 그리고 저서성 대형무척추동물의 자연적 서식처를 구성하는 주요 요인인 하상 구성 그리고 수질과의 관계를 분석하여 지형적인 위치에 따른 분포의 차이점을 살펴보고자 한다.
제안 방법
- 2013년과 2014년 평균기온(AMT: annual mean temperature)과 연중 누적강수량(ACP: annual cumulative precipitation)의 변화를 연도별로 살펴보았다(Fig. 2). 섬진강의 평균기온은 2013년에 비해 2014년 전 지역에서 평균 0.
- kr)의 일별 자료를 대상으로, 기온은 강우 전인 2월에서 5월까지의 평균값과 강우 후인 6월에서 9월까지의 평균값을 각각 5월의 평균기온과 9월의 평균기온으로 산정하였다. 강수량은 강우 전인 2월에서 5월까지의 일별 강수량을 합산하여 5월의 누적강수량 (CP: cumulative precipitation)을 산출하였고, 같은 방법으로 강우 후인 6월에서 9월까지의 일별 강수량을 합산하여 9월의 CP를 산정하였다.
- 기온과 CP 그리고 저서성 대형무척추동물의 우점종을 대상으로 각 조사지점 간의 유사성을 파악하고자 집괴분석을 하였다(Fig. 5). Ward’ method를 이용하여 집괴분석(Cluster analysis)을 실시한 결과 기온과 강수량에 차이가 많았던 강우 전인 5월(I)과 강우 후인 9월(II)로 크게 두 그룹으로 나뉘어졌다.
- 기온과 강수량의 변화에 따른 저서성 대형무척추동물 우점종의 변화를 알아보기 위하여, 섬진강 본류 20지점을 대상으로 2013년과 2014년 5월과 9월 년 2회씩 총 4회에 걸쳐 조사하였다. 서식환경에 중요한 요인으로 작용하는 기온, 강수량, 수질요인과 하상 구성을 수집하고 측정하였다.
- 다양도지수는 Margalef의 정보이론에서 유도된 Shannon-Weaner function(H′) (Shannon and Weaner, 1949)을 Lloyd & Gheraldi가 변형한 공식을 이용하였다.
- 기온과 강수량의 변화에 따른 저서성 대형무척추동물 우점종의 변화를 알아보기 위하여, 섬진강 본류 20지점을 대상으로 2013년과 2014년 5월과 9월 년 2회씩 총 4회에 걸쳐 조사하였다. 서식환경에 중요한 요인으로 작용하는 기온, 강수량, 수질요인과 하상 구성을 수집하고 측정하였다. 섬진강의 평균기온은 2013년에 비해 2014년 0.
- 섬진강에서 출현한 우점종을 대상으로 강우 전인 5월과 강우 후인 9월의 변화를 살펴보았다(Fig. 4). 9월에 비하여 기온이 낮고, 강수량이 적었던 5월은 깔따구류(Chironomidae sp.
- 1). 조사 시기는 2013년부터 2014년까지 여름철 집중 강우 전인 5월과 강우 후인 9월, 년 2회씩 2년에 걸쳐 총 4회 조사하였다.
- , 2013)을 참고하였다. 지역마다 조사지점의 숫자가 다르기 때문에 지역별 비교를 위해 개체수는 지역별 평균값을 계산하였고, 종 수는 총 출현한 종 수를 사용하였다. 수질 항목인 BOD, T-N, NO3-N은 지역별 평균값을 사용하였다.
- 하상 구성은 각 지점별로 현장 조사를 거쳐 점토(256mm)까지 7단계로 구분하여 측정하였다.
- 하상 구성을 이루는 입자 중 연도별로 차이가 많았던 모래, 자갈, 호박돌을 대상으로 지역별 분포 차이를 살펴보았다(Table 1). 섬진강의 하상 구성 중 호박돌의 비율은 5월이 9월보다 높게 나타났다.
- 환경요인과 생물지수와의 상관성을 파악하기 위해, 수질 항목(BOD, T-N, NO3-N)과 하상 구성(모래, 자갈, 호박돌)을 환경요인으로 사용하였고, 생물지수로는 우점도지수(DI), 다양도지수(H′), 종풍부도지수(RI), 균등도지수(J)를 사용하여 상관분석을 실시하였다(Table 4).
대상 데이터
- 기온과 강수 자료는 기상청(www.kma.go.kr)의 일별 자료를 대상으로, 기온은 강우 전인 2월에서 5월까지의 평균값과 강우 후인 6월에서 9월까지의 평균값을 각각 5월의 평균기온과 9월의 평균기온으로 산정하였다. 강수량은 강우 전인 2월에서 5월까지의 일별 강수량을 합산하여 5월의 누적강수량 (CP: cumulative precipitation)을 산출하였고, 같은 방법으로 강우 후인 6월에서 9월까지의 일별 강수량을 합산하여 9월의 CP를 산정하였다.
- 본 연구의 조사 지역인 섬진강은 길이 212 km, 유역면적 4,896.5 km2로 전라북도 진안군 백운면과 장수군 장수읍의 경계인 팔공산에서 발원하여 전라도의 동쪽 지리산 기슭을 지나 남해의 광양만으로 흘러간다. 섬진강 유역은 생태경관이 뛰어나고 하구둑이 없는 강으로 지형지리적 위치와 계절에 따른 기온과 강수에 차이가 뚜렷하게 나타나 저서성 대형무척추동물의 군집분포를 연구하기에 좋은 하천이다.
- 섬진강은 주변에 인구가 밀집되어 있지 않아, 수질 상태가 비교적 양호한 상태이다(Yang and Choi, 2003). 연구 대상 지점은 섬진강 본류 20지점으로, 상류인 진안(J1, J2, J3, J4), 임실(I1, I2, I3, I4, I5, I6), 순창(S1, S2, S3), 남원 (N1, N2), 곡성 (G1, G2, G3), 하류인 하동(H1, H2)까지 조사하였다(Fig. 1). 조사 시기는 2013년부터 2014년까지 여름철 집중 강우 전인 5월과 강우 후인 9월, 년 2회씩 2년에 걸쳐 총 4회 조사하였다.
- 현장 조사는 여울 지점(riffle)에서 Surber net (30×30, 1mm mesh size)을 사용하여 총 3회 정량 채집하였다. 채집된 시료는 플라스틱 병에 담아 현장에서 포름알데하이드용액으로 10%로 희석 고정한 후 실험실로 운반하여 생물 시료를 골라낸 다음 70% Ethyl alcohol에 보관하였다. 동정과 분류는 국내에서 발표된 검색도설(Yoon, 1995; Merritt and Cummins, 1996; Won et al.
- 현장 조사는 여울 지점(riffle)에서 Surber net (30×30, 1mm mesh size)을 사용하여 총 3회 정량 채집하였다.
데이터처리
- Pearson’s correlation coefficient between average community indices and measured parameters.
- 생물지수와 환경 요인들 간의 상관성을 파악하기 위하여 IMB SPSS Statistic (ver. 21.0) 프로그램을 이용하여 Pearson’s 상관분석(Correlation analysis)을 실시하였고, 유의수준 (p-value)은 p<0.05로 하였다.
- 섬진강 지역별 기온과 강수량 그리고 우점종 간의 유사성을 평가하기 위해 Paleontological Statistics (ver. 3.10) 프로그램을 이용하여 유클리디안 제곱거리(squared euclidean distance)로 측정하였고, Ward’s method를 이용하여 집괴분석 (Cluster Analysis)을 하였다.
이론/모형
- 채집된 시료는 플라스틱 병에 담아 현장에서 포름알데하이드용액으로 10%로 희석 고정한 후 실험실로 운반하여 생물 시료를 골라낸 다음 70% Ethyl alcohol에 보관하였다. 동정과 분류는 국내에서 발표된 검색도설(Yoon, 1995; Merritt and Cummins, 1996; Won et al., 2008; Kwon et al., 2013)을 참고하였다. 지역마다 조사지점의 숫자가 다르기 때문에 지역별 비교를 위해 개체수는 지역별 평균값을 계산하였고, 종 수는 총 출현한 종 수를 사용하였다.
- 10) 프로그램을 이용하여 유클리디안 제곱거리(squared euclidean distance)로 측정하였고, Ward’s method를 이용하여 집괴분석 (Cluster Analysis)을 하였다. 분석 전, 각 조사지점의 모든 데이터는 아래 식에 따라 Min-Max range normalization을 이용하여 전처리 하였다.
- 생물지수는 정량채집으로 조사된 저서성 대형무척추동물을 대상으로 우점도지수(Dominant index)는 McNaughton’s dominant index (DI)를 이용하여 산출하였다.
- 섬진강의 이화학적 수질 특성은 “수생태계 건강성 조사 및 평가(MOE/NIER, 2013, 2014)”의 측정 항목 중 생물학적 산소요구량(Biological oxygen demand, BOD), 총 질소(Total Nitrogen), 질산성질소(NO3-N)를 사용하였다.
- 다양도지수는 Margalef의 정보이론에서 유도된 Shannon-Weaner function(H′) (Shannon and Weaner, 1949)을 Lloyd & Gheraldi가 변형한 공식을 이용하였다. 종풍부도지수 (Species richness index: RI)는 Margalef (1958)의 지수를, 균등도지수(Evenness index: J)는 Pielou (1975)의 지수를 적용하였다.
성능/효과
- 0%로 제1우점을 차지하였다. 2013년과 2014년 5월에 제2우점종이었던 세갈래하루살이 (Choroterpesaltioculus)는 강우 후인 2013년 9월에 제3우점종으로, 2014년 9월에는 제4우점종으로 조사되어 계절적인 온도 영향을 크게 받지 않고 다수 출현하는 섬진강의 대표적인 지표생물종으로 나타났다 (Fig. 4). 지리적인 위치에 따른 우점종의 분포를 살펴보면, 5월은 상류인 진안에서 하류인 하동으로 갈수록 깔따구류(Chironomidae sp.
- 4). 9월에 비하여 기온이 낮고, 강수량이 적었던 5월은 깔따구류(Chironomidae sp.)가 가장 우점하여 40.2%~53.8%를, 제2우점종은 세갈래하루살이(Choroterpes altioculus)가 28.7%~30.2%를 차지하였다. 그리고 제3우점종은 2013년 애호랑하루살이(Baetiella tuberculata)가 15.
- )가 다수 출현한 순창, 그리고 그룹 D는 다른 지역보다 기온이 높고 강수가 많았던 하동이 묶여져 구분되었다. 강수량과 기온이 높았던 9월의 그룹 II는 우점종의 출현에 영향을 받아 3그룹으로 나누어졌다: E는 네점하루살이(Ecdyonurus levis)와 두점하루살이(Ecdyonurus kibunensis)가 다수 출현한 2014년 남원과 곡성, 그룹 F는 넓은물삿갓벌레 KUa (Mataeopsephus KUa)가 다수 출현한 2013년 남원, 진안과 순창이, 그룹 G는 넓은물삿갓벌레 KUa가 적게 출현하였던 곡성, 임실, 순창, 하동이 묶여져 나타났다.
- 2%를 차지하였다. 그리고 제3우점종은 2013년 애호랑하루살이(Baetiella tuberculata)가 15.9%, 2014년 작은강하루살이(Potamanthus formosus)가 9.0%를, 제4우점종은 2013년 개똥하루살이(Baetis fuscatus)가 15.2%, 2014년 넓은물삿갓벌레 KUa (Mataeopsephus KUa)가 6.9%로 나타났다.
- 5월 개체수와 종 수의 급격한 증가는 저서성 대형무척추동물의 많은 종이 수서곤충에 속하며 온도에 매우 민감하게 반응하고 빠르게 성장함을 보여주었다. 또한 수서곤충의 성장에 중요한 기온이 9월에는 20℃ 이상 유지되어 성장에 대한 제한요인으로 작용하지 않았으나, 5월에 비해 3배 이상 늘어난 물리적인 강수량의 증가로 개체수와 종 수의 감소가 매우 크게 나타났다(Fig. 3C, D).
- 5월은 깔따구류와 세갈래하루살이, 9월은 네점하루살이, 큰줄날도래, 세갈래하루살이가 우점을 차지하였다. 생물지수와 환경요인 간의 상관성 분석 결과, 하상 구성 중 호박돌 및 모래와 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 섬진강의 기온과 CP, 우점종 출현과의 집괴분석한 결과 강수량과 기온에 따라 2그룹으로 크게 나뉘었으며, 우점종과 지리적인 위치가 반영되어 세부적인 그룹으로 나뉘어짐을 파악하였다.
- , 2017). 섬진강도 집중 강우의 효과가 반영되어 강우 전인 5월이 강우 후인 9월보다 개체수와 종 수가 많았다 (Fig. 3).
- 생물지수와 환경요인 간의 상관성 분석 결과, 하상 구성 중 호박돌 및 모래와 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 섬진강의 기온과 CP, 우점종 출현과의 집괴분석한 결과 강수량과 기온에 따라 2그룹으로 크게 나뉘었으며, 우점종과 지리적인 위치가 반영되어 세부적인 그룹으로 나뉘어짐을 파악하였다.
- 수질 항목인 BOD, T-N과 NO3-N은 하류인 하동을 제외한 지역에서 강우 전인 5월이 강우 후인 9월보다 전체적으로 높았다(Table 2). 여름철 집중 강우의 영향으로 인해 토사가 유입되어 수질이 악화된다고 보고되었으며(Ogawa et al.
- 여름 집중 강우가 있는 기후적인 특성이 반영되어 강수량은 강우 전에 비해 강우 후에 대략 3배가 증가하는 것으로 나타났다. 강우 전 CP는 263 mm~287.
- 73)는 9월이 근소하게 높았다 (Table 3). 우점도지수는 2013년보다 2014년이 높았으나, 다양도지수, 종풍부도지수 그리고 균등도지수는 2013년이 높았다. 우점도지수는 순창, 다양도지수는 곡성, 종풍부도지수는 남원 그리고 균등도지수는 하동에서 가장 높게 나타났다(Table 3).
- 우점도지수는 2013년보다 2014년이 높았으나, 다양도지수, 종풍부도지수 그리고 균등도지수는 2013년이 높았다. 우점도지수는 순창, 다양도지수는 곡성, 종풍부도지수는 남원 그리고 균등도지수는 하동에서 가장 높게 나타났다(Table 3).
- 위도가 반영된 지리적인 위치에 따른 상류와 하류지역의 군집 구성의 차이를 살펴보면, 5월의 기온이 하류로 갈수록 꾸준히 증가(Fig. 2A, B)하는 것과 유사하게 개체수도 하류로 갈수록 증가되는 양상을 보였다(Fig. 3A, B). 반면에 기온이 20℃ 이상을 유지한 9월은 강우로 인한 유실효과와 겹쳐 하류로 갈수록 개체수와 종 수의 감소가 매우 뚜렷하였다.
- 섬진강의 하상 구성 중 호박돌의 비율은 5월이 9월보다 높게 나타났다. 전체적으로 모래비율(5월 14.9%,9월 15.3%)은 자갈(5월 26.5%, 9월 26.3%)과 호박돌(5월 23.4%, 9월 21.6%)에 비하여 낮았다. 2013년에 비해 2014년 모래비율(5월: 13.
- 전체적으로 우점도지수(DI) (2013년 0.46, 2014년 0.43)와 종풍부도지수(RI) (2013년 3.24, 2014년 3.03)는 5월이 높았지만, 다양도지수(H′)(2013년 3.39, 2014년 2.97)와 균등도지수 (J) (2013년 0.79, 2014년 0.73)는 9월이 근소하게 높았다 (Table 3).
- -N)과 하상 구성(모래, 자갈, 호박돌)을 환경요인으로 사용하였고, 생물지수로는 우점도지수(DI), 다양도지수(H′), 종풍부도지수(RI), 균등도지수(J)를 사용하여 상관분석을 실시하였다(Table 4). 전체적으로 저서 무척추동물을 대상으로 한 생물지수는 하상을 구성하는 모래와 자갈의 함량과 유의적인 상관성이 있는 것으로 나타났다.
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