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문제 정의
- 따라서 본 연구는 보령댐 도수 전과 도수 후의 연구 자료를 이용하여 군집분석, 기능군 분석, 군집안정성 분석 등을 비교·분석하여 일시적인 도수 시 하천환경 변화에 민감한 저서성 대형무척추동물을 대상으로 인위적인 교란에 대한 영향을 파악하고자 실시하였다.
제안 방법
- 군집분석은 정량적으로 채집된 저서성 대형무척추동물을 대상으로 출현한 분류군의 수를 비교하여 출현종수, 출현개체수, 우점종, 우점도지수(McNaughton, 1967), 다양도 지수(Shannon and Weaver, 1949), 균등도지수(Pielou, 1975), 풍부도지수(Margalef, 1958)를 회귀분석 방법으로 산출하였다. 하천생태계에 서식하고 있는 생물군들의 섭식 및 서식기능군은 수환경을 평가하는 지표로 알려져 있으며 (Barnes and Minshall, 1983), 조사지점별 도수가 수서곤충에 미치는 영향을 분석하기 위해 채집된 수서곤충을 섭식기 능군(Functional Feeding Groups, FFGs)과 서식기능군 (Habitat Orientation Groups, HOGs)에 따라 구분하였다 (Ro and Chun, 2004; Merritt et al.
- , 2008). 도수의 영향에 대한 군집 변화를 파악하기 위해 분류군들 간의 상대적인 저항력(Resistance)과 회복력(Resilience)을 이용하여 군집 안정성을 분석하였다(Ro and Chun, 2004). 저항력과 회복력은 수환경의 오염에 대한 생물군의 반응을 의미하며, 상대적 저항력과 회복력을 각각 5.
- 서식처 내 물리적 특성분석은 도수 전과 도수 후에 각각 조사를 실시하였으며, 1차조사 및 5차조사 시 측정한 값을 이용하여 분석하였다. Digital water velocity meter(DaeSung Sciences, FP111)를 이용하여 유속을 측정하였으며, 하상구 조물의 계측 및 분류는 Cummins(1962)의 방법을 적용하여 Boulder, Cobble, Pebble, Gravel, Silt/Sand의 5단계로 구분하여 상대적인 구성 비율을 측정하였다.
- 저서성 대형무척추동물의 채집은 유량 및 환경 특성을 고려하여 Surber sampler(30㎝ × 30㎝, 망목 0.2㎜)를 이용하여 조사지점별 riffle 1회, run과 pool에서 각 1회씩 3회정량채집을 실시하였다.
- 저항력과 회복력은 수환경의 오염에 대한 생물군의 반응을 의미하며, 상대적 저항력과 회복력을 각각 5.5를 기준점으로 하여 4분면 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ특성군) 위에 도식화하였다.
- 조사시기는 도수에 따른 변화를 파악하기 위하여 2016년 4월부터 2017년 9월까지 조사지점별 도수가 시작되기 전과 후를 각각 4회씩, 총 8회에 걸쳐 조사를 실시하였다. 연구기간 동안 조사시기별 우기를 피하여 조사를 수행하였으며, 도수의 경우 비가 내리는 기간에는 도수를 멈추어 유속 및 유량이 증가하는 것을 방지하였다.
대상 데이터
- 이러한 우리나라의 기후특성에 따른 문제를 해결하기 위해 다목적 댐을 건설하여 수자원을 관리하고 있으나 다목적 댐은 갈수 시 급격한 유량변 화를 초래할 수 있으며, 최근에는 지구온난화 등으로 인하여 가뭄의 빈도 및 피해가 점차 증가하고 있는 추세이다(Park, 2008; Choi, 2017). 본 연구 대상지역인 보령댐은 1992년 6월부터 1996년 10월까지 충청남도 서북부지역의 생활용수와 공업용수 등을 공급하기 위하여 건설된 다목적 댐이다. 총 저수량은 1억 1,700만톤으로 현재까지도 댐의 주요 역할을 수행하고 있지만 최근 가뭄에 따른 강수량이 감소하고, 가뭄 빈도가 증가함에 따라 댐의 저수율이 감소하고 있다.
- 본 연구에서는 도수 전·후에 출현한 수서곤충을 대상으로 분석하였다.
- 36%까지 감소하여 이로 인한 용수공급의 문제가 제기되었다(Geum river water system management commission, 2017). 이에 저수율 감소 문제를 해결하기 위해 2015년 10월부터 2016년 2월까지 백제보 하류 6.7km 부터 보령댐 상류 지역인 반교천으로 댐 내 취수를 위한 취수관로인 도수로를 건설하였다. 보령댐 도수로 건설 이후 대표적인 가뭄 지역이었던 충청남도 서북부지역은 이례적인 가뭄에도 안정적으로 대처할 수 있는 구조적 대책이 마련되었으며 (Lee, 2016), 2017년 3월부터 도수를 시작한 후 현재까지 보령댐의 저수율이 증가하고 있는 추세이다.
-
2.조사시점
조사지역은 충청남도 보령시 미산면에 위치한 보령댐 일대를 대상으로 선정하였다(Figure 1). 조사지점은 도수 방류지점부터 보령댐으로 합류되기 전까지 총 4지점을 선정하여 조사를 실시하였다(Table 1).
- 조사지역은 충청남도 보령시 미산면에 위치한 보령댐 일대를 대상으로 선정하였다(Figure 1). 조사지점은 도수 방류지점부터 보령댐으로 합류되기 전까지 총 4지점을 선정하여 조사를 실시하였다(Table 1). St.
- 2㎜)를 이용하여 조사지점별 riffle 1회, run과 pool에서 각 1회씩 3회정량채집을 실시하였다. 채집된 저서성 대형무척추동물은 현장에서 500㎖ 바이알에 담아 99% Ethanol로 고정하여 실험실로 운반하였다. 운반된 채집물은 유기물로부터 저서성 대형무척추동물을 골라내어 바이알(10~25㎖)에 옮긴 후 80% Ethanol로 보존하였다.
데이터처리
- 도수 전과 후의 조사지점별 저서성 대형무척추동물 군집의 변화를 파악하기 위해 SPSS(Version No. 18.0 for windows) 를 이용하여 다차원척도법(Multidimensional scaling, MDS) 분석을 실시하였다. 다차원척도법은 여러 대상 간의 관계에 대한 수치적 자료를 이용하여 유사도 값을 상대적 거리로 나타내는 방법으로 지점 사이의 유사성을 거리로 나타내 보다 명확하게 지점 간의 차이를 나타낼 수 있다.
이론/모형
- (2008), Won et al.(2005) 등을 참고하여 동정하였으며, 연체동물과 거머리류는 각각 Kwon(1990), Song(1995)을 참고하였다. 깔따구류(Chironomidae spp.
- 서식처 내 물리적 특성분석은 도수 전과 도수 후에 각각 조사를 실시하였으며, 1차조사 및 5차조사 시 측정한 값을 이용하여 분석하였다. Digital water velocity meter(DaeSung Sciences, FP111)를 이용하여 유속을 측정하였으며, 하상구 조물의 계측 및 분류는 Cummins(1962)의 방법을 적용하여 Boulder, Cobble, Pebble, Gravel, Silt/Sand의 5단계로 구분하여 상대적인 구성 비율을 측정하였다.
성능/효과
- , 2017), 본 연구에서는 도수로 인한 유기물질의 유입으로 미세입상유기물질 및 유속이 증가하여 동양줄날 도래(Hydropsyche orientalis) 등의 Filtering-Collectors가 증가한 것으로 판단된다. Gathering-Collectors의 종수는 감소하였으나 도수 전에 서식하던 정수환경을 선호하는 연못 하루살이(Cloeon dipterum), 알락하루살이(Ephemerella dentata) 등 8종이 도수 후에 사라지고, 유수환경을 선호하는 콩알하루살이(Acentrella sibirica), 갈고리하루살이(Procloeon pennulatum) 등 5종이 새로 출현하여 도수 이후 종조성의 변화가 가장 높은 것으로 나타났다. 우리나라 하천의 경우 대부분 연중 햇빛에 노출되어 있거나 1차생산력이 높아 Scrapers의 비율은 비교적 일정하게 나타나는 것으로 알려져 있으며(Shin et al.
- 조사지점별 도수 전후의 군집안정성을 분석한 결과는 다음과 같다(Figure 6). St. 1과 St. 2는 도수 전 저항력과 회복력이 높은 Ⅰ특성군에 대부분의 종이 분포하고 있었으나 도수 이후 저항력과 회복력이 낮은 Ⅲ특성군에서 종수가 증가한 것으로 분석되었으며, 이는 물삿갓벌레 KUa(Psephenoides KUa), 입술날도래 KUa, 물날도래 KUa(Rhyacophila KUa), 먹파리류 등의 새로운 종이 유입된 결과이다. Ⅲ특성군은 상대적인 저항력과 회복력이 낮은 집단으로 인위적인 교란 및 환경변화에 민감하게 반응하여 감소하는 것이 일반적이나(Ro and Chun, 2004) 본 연구결과 도수시 유속 및 유량의 증가에 따른 물리적인 환경변화에도 불구하고 Ⅲ특성군의 민감종들이 증가하였으며, 도수 전에 비하여 양호한 군집안성을 유지하는 것으로 분석되었다.
- 2는 도수 전 저항력과 회복력이 높은 Ⅰ특성군에 대부분의 종이 분포하고 있었으나 도수 이후 저항력과 회복력이 낮은 Ⅲ특성군에서 종수가 증가한 것으로 분석되었으며, 이는 물삿갓벌레 KUa(Psephenoides KUa), 입술날도래 KUa, 물날도래 KUa(Rhyacophila KUa), 먹파리류 등의 새로운 종이 유입된 결과이다. Ⅲ특성군은 상대적인 저항력과 회복력이 낮은 집단으로 인위적인 교란 및 환경변화에 민감하게 반응하여 감소하는 것이 일반적이나(Ro and Chun, 2004) 본 연구결과 도수시 유속 및 유량의 증가에 따른 물리적인 환경변화에도 불구하고 Ⅲ특성군의 민감종들이 증가하였으며, 도수 전에 비하여 양호한 군집안성을 유지하는 것으로 분석되었다. 이는 유속의 영향으로 물리·화학적인 변화가 일어남에 따라 주변의 기회종들이 유입되어 일시적으로 정착한 결과로 판단된다.
- 군집분석 결과 우점도지수는 평균 0.55(±0.07)에서 0.47 (±0.08)로 도수 이후 감소하였으며, 다양도지수는 평균 2.06 (±0.26)에서 2.23(±0.28), 균등도지수는 평균 0.69(±0.05)에서 0.70(±0.04), 풍부도지수는 평균 3.43(±0.72)에서 4.03 (±0.91)으로 도수 이후 증가하였으나(Figure 4), 회귀분석 결과 도수 전·후의 유의한 차이를 나타내지는 않았다.
- 조사기간 동안 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 4문 7강 19목 70과 125종 13,447개체였으며, 도수 전 4문 7강 17목 48과 84종 5,262개체, 도수 후 3문 6강 15목 48과 83종 8,182개체로 출현 종수는 유사하였으나 개체수는 증가한 것으로 조사되었다. 도수 전 분류군별 출현비율은 비곤충류(Non-Insects)에서 18과 25종(29.76%)으로 가장 높게 나타났으며, 하루살이목(Ephemeroptera)이 8과 20종 (23.81%)으로 다음을 차지하였다. 도수 후 역시 비곤충류가 15과 20종(24.
- 도수 전·후의 종조성을 비교한 결과 공통적으로 출현한 종은 65종이었으며, 도수 전에만 출현한 종은 19종, 도수 후 추가된 종은 18종으로 도수 이후 유속 및 수환경의 변화에 따라 종조성의 차이가 나타난 것으로 판단된다.
- 도수 전과 도수 후의 조사지점별 우점종 분석 결과(Table 2), St. 1은 도수 전 다슬기(Semisulcospira libertina)가 우점하였으나, 도수 후에는 먹파리류가 우점한 것으로 나타났다. 먹파리류의 경우 유수환경을 선호하는 것으로 알려져 있어 도수에 따른 유속 증가로 먹파리류의 서식처가 제공되었기 때문으로 판단된다.
- 81%)으로 다음을 차지하였다. 도수 후 역시 비곤충류가 15과 20종(24.10%)으로 가장 높게 나타났으며, 날도래 목이 12과 19종(22.89%)을 차지하였다. 대부분 하루살이목의 헤엄치는무리(Swimmers)에서 도수 이후 종수와 개체수가 감소하고 유수환경을 선호하는 날도래목의 종수와 개체 수가 증가한 결과로 판단된다.
- 2의 유사도가 높은 것으로 분석되었으나, 도수 후에는 조사지점별 유사도의 변화가 있는 것으로 분석되었다 (Figure 7). 도수 후 조사지점별 분석 결과 St. 1에서 도수 전에 비하여 상대적으로 유사도의 변화가 크게 나타났으며, St. 4의 종조성 변화는 적은 것으로 분석되었다. 도수 후유사도의 변화는 방류지점과의 거리에 따라 결정되었으며, 거리가 가까울수록 유사도의 변화가 높은 것으로 분석되었다.
- 4의 종조성 변화는 적은 것으로 분석되었다. 도수 후유사도의 변화는 방류지점과의 거리에 따라 결정되었으며, 거리가 가까울수록 유사도의 변화가 높은 것으로 분석되었다. 즉, 도수는 방류지점 인근의 수생태계 내 저서성 대형무척추동물 군집을 교란시킬 가능성이 높은 것으로 판단되며, 향후 장기적인 모니터링을 통해 군집의 변화를 추적할 필요가 있다.
- 3의 경우 큰돌(Boulder)과 작은돌(Cobble) 의 비율은 감소하고, 자갈(Gravel)과 모래(Silt/Sand)의 비율은 일부 증가한 것으로 나타났는데 이는 4차조사 시부터 진행된 하천정비 공사에 따른 영향으로 물리적인 하상구조가 변화한 결과이다. 물리적 수환경은 도수의 영향이 높을 것으로 예상되는 St. 1에서 유속의 증가에도 불구하고 하상 재질의 씻김현상이 적어 전체적으로 하상구조의 변화는 낮은 것으로 조사되었다.
- 본 연구에서는 도수 전·후 군집구조에 있어 유의한 차이를 나타내지는 않았으나 회귀분석에서 우점도지수는 감소하고, 다양도지수, 균등도지수, 풍부 도지수는 상대적으로 증가하는 경향을 나타내어 도수에 의한 영향으로 새로운 종들이 정착함에 따라 종조성의 변화 및 군집구조의 안정성에 영향을 미친 것으로 판단된다.
- , 2016).본 연구에서도 도수에 따른 유속의 증가로 정수환경을 선호하는 나비날도래류(Ceraclea sp.) 등 5종이 도수 이후 사라지고, 동양줄날도래, 입술날도래 KUa(Wormaldia KUa) 등 10종이 새로 출현하여 종조성의 변화가 가장 높은 것으로 나타났으며, 이는 빠른 유속에도 돌 등의 기질에 붙어 씻김 현상에 저항하도록 발달된 Clingers에서 종수가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 서식기능군 분석 결과 Climbers는 5종에서 6종, Clingers는 32종에서 37종으로 증가하고, Burrowers는 13종에서 11종, Sprawlers는 19종에서 15종으로 감소하였으며, Swimmers 는 11종을 유지하였다(Figure 5). 미소서식처의 다양성이 상대적으로 높은 유수역의 경우 Climbers나 Clingers 등의 기능군이 다양하게 분포하고(Ward, 1992; Williams and Feltmate, 1992), 유속의 증가에 따라 Clingers는 증가하고, Burrowers와 Sprawlers는 감소하는 것으로 알려져 있다 (Yoon et al.
- 본 연구에서는 도수 전·후에 출현한 수서곤충을 대상으로 분석하였다. 섭식기능군 분석 결과 Scrapers는 20종에서 22종, Filtering-Collectors는 9종에서 10종으로 증가하고, Shredders는 5종에서 4종, GatheringCollectors는 29종에서 26종으로 감소하였으며, Predators 는 17종으로 유지하였다(Figure 5). 미세입상유기물질(Fine Particulate Organic Matter, FPOM: 0.
- 조사시기는 도수에 따른 변화를 파악하기 위하여 2016년 4월부터 2017년 9월까지 조사지점별 도수가 시작되기 전과 후를 각각 4회씩, 총 8회에 걸쳐 조사를 실시하였다. 연구기간 동안 조사시기별 우기를 피하여 조사를 수행하였으며, 도수의 경우 비가 내리는 기간에는 도수를 멈추어 유속 및 유량이 증가하는 것을 방지하였다.
- 조사기간 동안 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 4문 7강 19목 70과 125종 13,447개체였으며, 도수 전 4문 7강 17목 48과 84종 5,262개체, 도수 후 3문 6강 15목 48과 83종 8,182개체로 출현 종수는 유사하였으나 개체수는 증가한 것으로 조사되었다. 도수 전 분류군별 출현비율은 비곤충류(Non-Insects)에서 18과 25종(29.
- 조사지점별 도수 전·후의 출현종을 비교한 결과, St. 1은 38종에서 41종, St. 2는 35종에서 46종, St. 3은 50종에서 48종, St. 4는 53종에서 59종으로 대부분의 지점에서 종수가 증가하는 경향을 보였다(Figure 2).
- 조사지점별 도수 전과 후의 군집변화에 대한 다차원척도법(MDS) 분석 결과 도수 전에는 방류지점과 가까운 St. 1과 St. 2의 유사도가 높은 것으로 분석되었으나, 도수 후에는 조사지점별 유사도의 변화가 있는 것으로 분석되었다 (Figure 7). 도수 후 조사지점별 분석 결과 St.
후속연구
- 이는 유속의 영향으로 물리·화학적인 변화가 일어남에 따라 주변의 기회종들이 유입되어 일시적으로 정착한 결과로 판단된다. 이러한 민감종의 증가는 도수에 따른 저서성 대형무척추동물의 분포에 있어 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있으나 이는 도수시 발생하는 일시적인 영향으로 생각되며, 추후 지속적인 모니터링에 의한 정밀한 분석이 필요할 것으로 판단 된다. St.
- 도수 후유사도의 변화는 방류지점과의 거리에 따라 결정되었으며, 거리가 가까울수록 유사도의 변화가 높은 것으로 분석되었다. 즉, 도수는 방류지점 인근의 수생태계 내 저서성 대형무척추동물 군집을 교란시킬 가능성이 높은 것으로 판단되며, 향후 장기적인 모니터링을 통해 군집의 변화를 추적할 필요가 있다. 한편, St.
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