[논문]한국의 저서동물 하천하상지수(BMSI) 개선을 위한 수질요인 분석

김동희; 공동수

doi:10.15681/kswe.2019.35.6.539

[국내논문] 한국의 저서동물 하천하상지수(BMSI) 개선을 위한 수질요인 분석
Analysis of Water Quality Factors for Benthic Macroinvertebrates Streambed Index (BMSI) Improvement in Korea 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.35 no.6, 2019년, pp.539 - 549

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In 2016, Benthic Macroinvertebrates Streambed Index (BMSI) was proposed as an index to evaluate streams as benthic macroinvertebrate depending on the substrate type of streambed. However, orignal BMSI were selected without consideration of water quality. Analyzes without water quality do not constitute biological indices based solely on the substrate type of streambed. Therefore, in this study, the indicator value was improvement in consideration of water quality, and the distribution characteristics of benthic macroinvertebrates according to the substrate type of streambed were analyzed under relatively equal water quality conditions. We surveyed 20,155 sampling units in Korea from 2008 to 2018, and we re-estimated each lithophility of 191 taxa. As a result of estimating the streambed of each newly lithophilic value classification group considering the water quality, it was different from the original lithophilic value. Representative integer lithophilic values were newly calculated from 126 taxa among the 191 index taxa used in the analysis. The correlation between new constructed BMSI and community structure was compared and analyzed. It showed extreamely significance (p<0.001) in the dominance index, diversity index, abundance index, and evenness index of the community structure. Diversity index, abundance index, and evenness index showed positive correlation, and dominance index showed negative correlation. The correlation coefficient (r) was the highest in the richness index of about 0.664.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Class of life environment of stream of Biological Oxygen Demand (BOD) and Total Phosphorus (T-P)
그림 Fig. 1. Original lithophilic valency and new lithophilic valency of Hydropsyche valvata and Lepidostoma according to combined relative abundance lithophilic value.
그림 Fig. 2. Correlation of original benthic macroinvertebrates streambed index (BMSI) and new benthic macroinvertebrates strembed index (BMSI) according to benthic macroinvertebrates index (BMI).
그림 Fig. 3. Relationship between Benthic macroinvertebrates streambed index (BMSI) and Community analysis (Dominance index; DI, Diversity index; H´, Richness index; R, Evenness index; J´).
표 Table 2. Class of Benthic macroinvertebrates streambed index (BMSI) for evaluation of streambed substrate status
표 Table 3. Classification of Benthic macroinvertebrates streambed index (BMSI) for evaluation of streambed substrate status from Kong and Kim (2016)

AI 본문요약
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문제 정의

국내에서도 Kong and Kim (2016)에 의해 하상 기질의 조성에 따른 저서성 대형무척추동물 군집을 대변 할 수 있는 저서동물 하천하상지수(Benthic Macroinvertebrates Streambed Index, BMSI)가 개발됨으로써 이를 수생태계 변화의 원인 분석에 활용하기 위한 목적으로 수행되었다. BMSI의 구성은 개체수 출현도와 지표가중치의 곱으로 가중평균한 하상지수 값을 0∼100점으로 계량화한 형태로 구성되어있고, 점수의 구간별로 등급을 나누고 있다(Kong and Kim, 2016).
본 연구에서는 수질 요인과는 독립적으로 하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 분석하고자, 비교적 양호한 수질 상태를 가진 6,571개 표본단위를 기반으로 기존의 저서동물 하천하상지수(BMSI)를 개선하였다. 그 결과 총 191개 분류군 중 126개 분류군의 대표하상지수가 새로이 산정되었다.
수질 또한 물리적 요인과 함께 생물 군집에 영향을 미치는 주요한 요인이기 때문에 수질에 독립적이지 않은 자료를 바탕으로 분석된 결과가 온전히 하상 기질에 의한 영향만을 대변한다고 할 수 없다. 이에 따라 본 연구는 비교적 양호한 수질 조건에서 하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 분석하여 BMSI를 보다 정확한 생물학적 하상지수로 개선하는데 목적이 있다.

제안 방법

수질 요인에 독립적인 자료를 얻기 위해서 전체 조사지점 중 비교적 동등한 수질 조건을 충족시키는 지점들을 선정하고자 “물환경정보시스템(www.nier.go.kr)”의 하천의 생활환경기준에서 ‘좋음’에 해당하는 수질을 기준 조건으로 하였다(Table 1). 고려한 수질 항목으로는 BOD₅(5-day biochemical oxygen demand)와 T-P (total phosphorus)가 있으며, BOD₅의 농도가 2.
하상기질의 조성과 저서성 대형무척추동물 군집구조 간의 관계를 분석하기 위해서 새로이 구성된 저서동물 하천하상지수와 군집지수를 비교하였다. 분석에 이용된 군집지수는 McNaughton (1967)의 우점도지수(Dominant index; DI), Shannon-Weaver (1949)의 다양도지수(Diversity index; H´), Margalef (1958)의 풍부도지수(Richness index; R), Pielou (1975)의 균등도지수(Evenness index; J´)였다.

대상 데이터

저서성 대형무척추동물 하천하상지수의 개선에 사용된 자료는 환경부·국립환경과학원의 “수생태계 건강성 조사 및 평가(´08∼´13년)”와 “하천 수생태계 현황 조사 및 건강성 평가(´14∼´18년)”의 저서성 대형무척추동물과 하상 및 수질 조사결과를 이용하였다. 3,035개 지점의 연 2회(봄, 가을) 조사결과 중 수질과 저서성 대형무척추동물자료를 사용 할 수 있는 표본단위(sampling unit)는 20,155개였다.

데이터처리

예시로 전체 표본단위에서 출현도가 높은 흰점줄날도래(Hydropsyche valvata)의 하상계급치를 비교하였다(Fig. 1a, 1b).

이론/모형

=입경(mm)), 하상기질의 유형화, 하상계열치(lithophililic series value)의 설정 및 저서성 대형무척추동물의 합상대출현도(combined relative abundance)의 산출과정은 Kong and Kim (2016)의 분석방법을 따랐다. Kong and Kim (2016)의 방법에 따라 수질을 고려하여 새롭게 선정된 6,571개의 지점을 대상으로 하상계급치(Lithophilic valency)와 하상지수(Lithophilic value), 지표 가중치(Indicator weight value)를 새로이 산정하였다.
Kong and Kim (2016)의 분석 방법에 따라 새로이 구성된 저서동물 하천하상지수(BMSI)의 최종 평가 등급을 재설정하였다. 평가 등급은 복합상대출현도를 기준으로 산정된 BMSI 값의 회귀식을 기초로 하여 설정되었고, 가독성을 위해 5 단위를 기준으로 반올림 하였다(Table 2).
하상기질의 조성과 저서성 대형무척추동물 군집구조 간의 관계를 분석하기 위해서 새로이 구성된 저서동물 하천하상지수와 군집지수를 비교하였다. 분석에 이용된 군집지수는 McNaughton (1967)의 우점도지수(Dominant index; DI), Shannon-Weaver (1949)의 다양도지수(Diversity index; H´), Margalef (1958)의 풍부도지수(Richness index; R), Pielou (1975)의 균등도지수(Evenness index; J´)였다.
하상의 평균입경(Ø_m: Ø=\(-Log ^{Dm}_2\), \(D_m\)=입경(mm)), 하상기질의 유형화, 하상계열치(lithophililic series value)의 설정 및 저서성 대형무척추동물의 합상대출현도(combined relative abundance)의 산출과정은 Kong and Kim (2016)의 분석방법을 따랐다. Kong and Kim (2016)의 방법에 따라 수질을 고려하여 새롭게 선정된 6,571개의 지점을 대상으로 하상계급치(Lithophilic valency)와 하상지수(Lithophilic value), 지표 가중치(Indicator weight value)를 새로이 산정하였다.

성능/효과

3). BMSI는 우점도지수와 음의 상관성을 보였으며(r=-0.588), 다양도지수 및 풍부도지수, 균등도지수와 양의 상관성을 보였다(각각 r=0.631, r=0.664, r=0.229). 세립질 하상은 조립질 하상에 비해 교란에 더 민감하여 생물 다양성이 감소하며(Duan et al.
새로이 구성된 BMSI는 군집지수(우점도지수, 다양도지수, 풍부도지수, 균등도지수)와 고도로 유의한(p <0.001) 상관성을 보였다(Fig. 3).
수질을 고려하여 재선정한 전체 지점의 저서동물지수(BMI)와 기존 BMSI, 새로이 구성된 BMSI를 비교한 결과 두 가지 BMSI 모두 BMI와 높은 상관성을 보였으며 고도의 유의성(p<0.001)을 보였다(Fig. 2).

후속연구

그러나 이 연구에서는 하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 출현 특성을 분석 시, 수질을 고려하지 않았다는 한계점이 있다. 수질 또한 물리적 요인과 함께 생물 군집에 영향을 미치는 주요한 요인이기 때문에 수질에 독립적이지 않은 자료를 바탕으로 분석된 결과가 온전히 하상 기질에 의한 영향만을 대변한다고 할 수 없다.
그 결과 총 191개 분류군 중 126개 분류군의 대표하상지수가 새로이 산정되었다. 비교적 수질 요인에 독립적이면서 더 큰 표본단위를 기반으로 지표 분류군들의 대표하상지수가 개선됨에 따라 향후 하상 교란에 따른 생물학적 반응을 보다 더 정확하게 해석할 수 있을 것으로 기대되고, 또한 수질 요인 외에도 유속이나 다른 물리적 환경요소도 고려하여 보완한다면 독립적인 하상으로만 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 나타낼 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 분석에서 보완할 점은?	그 결과 총 191개 분류군 중 126개 분류군의 대표하상 지수가 새로이 산정되었다. 비교적 수질 요인에 독립적이면서 더 큰 표본단위를 기반으로 지표 분류군들의 대표하상지 수가 개선됨에 따라 향후 하상 교란에 따른 생물학적 반응을 보다 더 정확하게 해석할 수 있을 것으로 기대되고, 또한 수질 요인 외에도 유속이나 다른 물리적 환경요소도 고려하여 보완한다면 독립적인 하상으로만 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 나타낼 것으로 기대된다.
	하상 기질의 조성이 저서생물에 어떤 영향을 미치는가?	, 2008; Minshall, 1984). 또한 하상 기질의 조성은 저서성 대형무척추동물의 종수 및 개체수에 영향을 미치는 주된 요인으로 알려져 있으며(Beisel et al., 1998; Erman and Erman, 1984), 유속과 더불어 저서성 대형무척추동물 군집 구조를 예측하는 가장 좋은 인자로 평가받고 있다(Corkum, 1989; Yoon et al, 1992b).
	저서성 대형무척추동물의 출현 특성 분석 시 수질을 고려해야 하는 이유는?	그러나 이 연구에서는 하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 출현 특성을 분석 시, 수질을 고려하지 않았다는 한계점이 있다. 수질 또한 물리적 요인과 함께 생물 군집에 영향을 미치는 주요한 요인이기 때문에 수질에 독립적이지 않은 자료를 바탕으로 분석된 결과가 온전히 하상 기질에 의한 영향만을 대변한다고 할 수 없다. 이에 따라본 연구는 비교적 양호한 수질 조건에서 하상 기질의 유형에 따른 저서성 대형무척추동물의 분포 특성을 분석하여 BMSI를 보다 정확한 생물학적 하상지수로 개선하는데 목적이 있다.

참고문헌 (30)

Beisel, J. N., Usseglio-Polatera, P., Thomas, S., and Moreteau, J. C. (1998). Stream community structure in relation to spatial variation: The influence of mesohabitat characteristics, Hydrobiologia, 389, 73-88.
Corkum, L. D. (1989). Patterns of benthic invertebrate assemblages in rivers of northwestern North America, Freshwater Biology, 21, 191-205.

상세보기
Culp, J. M., Walde, S. J., and Davies, R. W. (1983). Relative importance of substrate particle size and detritus to stream benthic macroinvertebrate distribution, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 40, 1568-1574.

상세보기
Death, R. G. (2000). Invertebrate-substratum relationships, In New Zealand Stream Invertebrates and Ecology and Implications for Management, Collier, K. J., Winterbourn, M. J. (eds.), New Zealand Limnological Society, Hamilton, 157-178.
Duan, X., Wang, Z., and Tian, S. (2008). Effect of streambed substrate on macroinvertebrate biodiversity, Frontiers of Environmental Science & Engineering in China, 2(1), 122-128.

상세보기
Duan, X., Wang, Z., Xu, M., and Zhang, K.. (2009). Effect of streambed sediment on benthic ecology, International Jounal of Sediment Research, 24, 325-338.

상세보기
Erman, D. C. and Erman, N. A. (1984). The response of stream macroinvertebrates to substrate size and heterogeneity, Hydrobiologia, 108(1), 75-82.

상세보기
Finlay, J. C., Khandwala, S., and Power, M. E. (2002). Spatial scales of carbon flow in a river food web, Ecology, 83, 1845-1859.

상세보기
Gore, J. A., Layzer, J. B., and Mead, J. (2001). Macroinvertebrate instream flow studies after 20 years: a role in stream management and restoration, Regulated Rivers: Research and Management, 17, 527-542.

상세보기
Hansell, M. H. (1976). A progress report on some approaches to the study of larval house building with particular reference to Lepidostoma hirtum, Proceedings of the First International Symposium on Trichoptera, 181-184.
Hawkes, H. A. (1979). Invertebrates as indicators of river water quality, Biological Indicators of Water Quality, James, A., Evison, L. (eds.), Chichester, 2-45.
Hellawell, J. M. (1986). Biological indicators of freshwater pollution and environmental management, Pollution Monitoring Series, Elsevier Applied Science, London, 546.
Kim, Y. J. and Kong, D. (2018). Estimation on physical habitat suitability of benthic macroinvertebrates in the Hwayang stream, Jounal of Korean Society on Water Environment, 34(1), 10-25.
Kong, D. and Kim, J. Y. (2016). Development of benthic macroinvertebrates streambed index (BMSI) for bioassessment of stream physical habitat, Journal of Korean Society on Water Environment, 32(1), 1-14. [Korean Literature]

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Kong, D., Son, S. H., Hwang S. J., Won, D. H., Kim, M. C., Park, J. H., Jeon, T. S., Lee, J. E., Kim, J. H., Kim, J. S., Park J., Kwak, I. S., Jun, Y. C., Park, Y. S., Ham, S. A., Lee, J. K., Lee, S. W., Park, C. H., Moon, J. S., Kim, J. Y., Park, H. K., Park, S. J., Kwon Y., Kim P., and Kim, A. R. (2018a). Development of benthic macroinvertebrates index (BMI) for biological assessment on stream environment, Journal of Korean Society on Water Environment, 34(2), 183-201. [Korean Literature]
Kong, D., Park, Y., and Jeon, Y. R. (2018b). Revision of exological score of benthic macroinvertebrates community in Korea, Jounal of Korean Society on Water Environment, 34(3), 251-269. [Korean Literature]
Malmqvist, B. and Rundle, S. (2002). Threats to the running water ecosystems of the world, Environmental Conservation, 29, 134-153.

상세보기
Margalef, R. (1958). Information Theory in Ecology, General Systems, 3, 36-71.
McNaughton, S. J. (1967). Relationship among functional properties of California grassland, Nature, 216, 168-169.
Minshall, G. W. (1984). Aquatic insect-substratum relationships, In The Ecology of Aquatic Insects, Resh, V. H., Rosenberg, D. M. (eds.), Praeger Publishers, New York, 358-400.
Nilsson, C., Reidy, C. A., Dynesius, M., and Revenga, C. (2005). Fragmentation and flow regulation of the world's large river systems, Science, 308, 405-408.

상세보기
Pielou, E. C. (1975). Ecological Diversity, Wiely, 165.
Shannon, C. E. and Weaver, W. (1949). The mathematical theory of communication, University of Illinois Press, Urbana.
Thomas, W. A. (1972). Indicators of environmental quality: An overview, Thomas, W. A. editor, Indicators of Environmental Quality, Plenum Publishers, New York, 1-5.
Townsend, C. R., Scarsbrook, M. R., and Doledec, S. (1997a). Quantifying disturbance in streams: alternative measures of disturbance in relation to macroinvertebrate species traits and species richness, Journal of the North American Benthological Society, 16, 531-544.

상세보기
Townsend, C. R., Doledec, S., and Scarsbrook, M. R. (1997b). Species traits in relation to temporal and spatial heterogeneity in streams: a test of habitat templet theory, Freshwater Biology, 37, 367-387.

상세보기
Won, D. H., Jun, Y. C., Kwon, S. J., Hwang, S. J., Ahn. K. G., and Lee, J. K. (2006). Development of Korean saprobic index using benthic macroinvertebrates and its application to biological stream environment assessment, Journal of Korean Society on Water Environment, 22(5), 768-783. [Korean Literature]
Yoon, I. B., Kong, D. S. and Ryu, J. K. (1992a). Studies on the biological evaluation of water quality by benthic macro-invertebrates (1) saprobic valency and indicative value, Korean Society of Environmental Biology, 10(1), 24-49. [Korean Literature]
Yoon, I. B., Kong, D. S., and Ryu, J. K. (1992b). Studies on the biological evaluation of water quality by benthic macroinver-tebrates (2) - effects of environmental factors to community -, Korean Society of Environmental Biology, 10(1), 40-55. [Korean Literature]
Yoon, I. B., Kong, D. S., and Ryu, J. K. (1992c). Studies on the biological evaluation of water quality by benthic macroinver-tebrates (3) macroscopic simple water quality eEvaluation, Korean Society of Environmental Biology, 10(2), 77-84. [Korean Literature]

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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