[논문]다중형 돌말지수를 이용한 국내 하천의 생물학적 온전성 평가

조인환; 이영원; 김하경; 김용재; 황순진; 원두희; 노성유; 이재관; 김백호

doi:10.11626/kjeb.2019.37.2.204

다중형 돌말지수를 이용한 국내 하천의 생물학적 온전성 평가
A multimetric diatom index for biological integrity assessment of Korean streams 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.37 no.2, 2019년, pp.204 - 216

조인환 (한양대학교 환경과학과) , 이영원 (한양대학교 생명과학과 및 자연과학연구소) , 김하경 (한양대학교 환경과학과) , 김용재 (대진대학교 생명과학과) , 황순진 (건국대학교 환경과학과) , 원두희 (두희생태조사단) , 노성유 (국립환경과학원) , 이재관 (국립환경과학원) , 김백호 (한양대학교 환경과학과)

초록
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수생태계 생물학적 온전성을 평가하기 위하여 국내 하천 및 하구 923개 지점의 자료를 근거로 한국형 다중형 돌말지수(KMDI)를 개발하고, 이를 금강수계 233개 지점을 대상으로 온전성평가를 실시하여 단일형 돌말지수들과 비교 검토하였다. KMDI의 개발은 1) 먼저 선행문헌들을 참고로 300개 이상의 메트릭을 추출하고, 2) 이 중 설명력이 높은 46개 후보 메트릭을 선택하며, 3) 각 메트릭 값들의 변이성, 중복성, 변별력, 환경에 대한 민감성 등을 검증하고, 최종적으로 5가지의 메트릭을 선정하였다. KMDI는 매트릭의 단순합으로 표현하고, 환경요인들에 대한 신뢰성 검토 결과, 토지이용, BOD, TN, 전기전도도 등에 대해 높은 민감성 및 설명력을 보였으나 단일형 돌말지수들 보다는 동일 지점의 생물학적 온전성은 다소 높게 평가되는 특성을 보였다. 추후 국내는 물론 지역에 상관없이 적용가능한 설명력 높은 매트릭의 발굴 및 정확한 돌말류 분석 연구가 뒷따라야 될 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To evaluate the biological integrity of aquatic ecosystems, we developed Korean multimetric diatom index (KMDI) using metrics that many researchers have been previously described, and compared to single-metric diatom index such as trophic diatom index (TDI) and diatom assemblage index to organic pollution (DAIpo). For the biological and environmental data, we investigated the epilithic diatoms, water quality and the land-use for 923 sites in Korean streams between 2013-2017, and estuaries between 2010-2017, respectively. Five appropriate metrics were selected according to the following steps; 1) extraction of 300 potential metrics (biological, chemical, physical, and geographical) based on previous references, of these, 2) 46 samples having high separation power were selected, 3) the selected metrics were each tested for variability, redundancy, and sensitivity to the environments, finally 4) construction of multi-metric diatom index comprising single type metrics such as TDI, DAIpo, % motile diatoms, % Achnanthes / (Achnanthes+Navicula), and % number of Gomphonema species. The biological integrity of the 233 sites from the Geum River basin were independently investigated using KMDI. Collectively, the new KMDI showed high sensitivity and explanatory power for environmental factors such as land-use, biochemical oxygen demand, total nitrogen, and electric conductivity. However, it had slightly higher biological integrity for the same sites as compared to single type diatom metrics. Finally, more data accumulation from all over Korea and the development of acceptable diatom metrics were required.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 국내 하천-하구 생태계의 생물학적 온전성 (biological integrity)을 평가하기 위해 기존에 개발된 다양한 돌말지수들의 장, 단점을 검토하고, 국내 388 하천 923개 지점에 대한 부착돌말, 수질과 토지이용도 등의 자료를 근거로 타당성 검증 과정을 거쳐 (Wang et al. 2005;Tan et al. 2015) 선정한 다양한 메트릭을 이용하여 한국형 다중형 돌말지수 (KMDI; Korean Multimetric diatom index)를 개발하였다. 또한 개발된 KMDI 지수는 독립적으로 조사가 이루어진 금강수계 (금강, 만경강, 동진강, 삽교천) 233개 지점을 대상으로 생물학적 온전성을 평가하고,단일형 돌말지수들과 비교 검토하였다.

가설 설정

2015)을 바탕으로 임의로 선정한 국내 참조/교란하천들의 환경요소 및 돌말자료를 이용하여 다중형 돌말지수를 개선한 바 있다. 하지만 아쉽게도 1) 자료 숫자가 적어서 국내 하천에 대한 대표성이 낮고, 2) 하구와 같은 기수역에 대한 조사가 포함되지 않았으며, 3) 개발된 지수를 아직까지 적용한 사례가 없다. 뿐만 아니라 지금까지 국내에서 사용하고 있는 단일형 또는 다중형 돌말지수들의 자료들이 국내 환경요인 (예, PO4-P, BOD)과 출현된 돌말류 (우점종, 지표종)가 큰 차이를 보이는 이른바 지역성 때문에 그대로 사용하는 것은 바람직하지 않다 (Kim et al.

제안 방법

수생태계 생물학적 온전성을 평가하기 위하여 국내 하천 및 하구 923개 지점의 자료를 근거로 한국형 다중형 돌말지수 (KMDI)를 개발하고, 이를 금강수계 233개 지점을 대상으로 온전성평가를 실시하여 단일형 돌말지수들과 비교 검토하였다. KMDI의 개발은 1) 먼저 선행문헌들을 참고로 300개 이상의 메트릭을 추출하고, 2) 이 중 설명력이 높은 46개 후보 메트릭을 선택하며, 3) 각 메트릭 값들의 변이성, 중복성, 변별력, 환경에 대한 민감성 등을 검증하고, 최종적으로 5가지의 메트릭을 선정하였다. KMDI는 매트릭의 단순합으로 표현하고, 환경요인들에 대한 신뢰성 검토 결과, 토지이용, BOD, TN, 전기전도도 등에 대해 높은 민감성 및 설명력을 보였으나 단일형 돌말지수들보다는 동일 지점의 생물학적 온전성은 다소 높게 평가되는 특성을 보였다.
새롭게 개발된 KMDI 지수의 설명력을 검정하기 위하여 환경요인과 Pearson’s 상관분석을 실시하였다. KMDI 지수의 현장 적용은 2017년 5월에 독립적으로 실시한 금강수계(금강, 만경강, 동진강, 삽교천) 233개 지점을 대상으로 생물학적 온전성을 평가하고 다른 지수들과 비교 및 검토하였다. 이상의 모든 통계적 분석은 IBM SPSS software (ver.
KMDI는 앞에서 최종적으로 선정한 5가지 메트릭 (TDI,DAIpo, % Motile individual, % Achnanthes / (Achnanthes+Navicula), % No. of Gomphonema species)을 산술적으로 합한 다중형 돌말지수를 개발하였으며 (Karr et al. 1986;Barbour et al. 1999; Hill et al. 2000; Jun et al. 2012), 각 매트릭의 점수는 0~10 체계를 적용하였다 (Table 3, Hill et al. 2003). 기존에 사용해왔던 단일형 돌말지수 TDI와 DAIpo는 0~100점으로 만들어져 있어, 이들과 비교하기 용이하게 새롭게 개발한 KMDI 역시 0~100 범위를 가지며 이를 5등급으로 구분하였다 (Table 5).
각 메트릭 간 산점도 (scatter plot)를 이용하여 선형적 상관성을 평가하고 r2>0.8으로 나타나는 메트릭은 중복된다고 판단하여 이들 중 한 개의 메트릭을 선정하였다 (Fig. 3; Wang et al. 2005; Kim 2016).
고정된 시료는 실험실에서 Permanganate method (Hendey 1974)에 따라 세척 및 건조과정을 거친 다음 봉입제 Naphrax®(Brunel Microscopes Ltd, England)를 이용하여 영구표본을 제작하고, 광학현미경 (Nikon E600, Japan)의 1,000배 이상에서 동정 및 분류하였다.
2003). 교란에 대해 값이 감소하는 메트릭의 경우, 각 메트릭 값을 90th percentile 값으로 나누고 10을 곱하여 계산하였고, 교란에 대해 값이 증가하는 메트릭의 경우, 각 메트릭 값을 90^th percentile 값으로 나누고 이 값을 1에서 뺀 후 10을 곱하여 계산하였다. 메트릭 값이 10이 넘는 경우는 ‘버림’하여 10점으로 계산하였다 (Table 3).
다중형 돌말지수를 개발하기 위하여 온전성평가의 기준이 되는 대조군을 선정하고자 현장조사를 수행하였던 지점들 중 교란정도가 가장 낮은 지점들을 비교란 또는 참조하천으로 선정하였다. 본 연구에서는 선행연구 (Wang etal.
2015) 선정한 다양한 메트릭을 이용하여 한국형 다중형 돌말지수 (KMDI; Korean Multimetric diatom index)를 개발하였다. 또한 개발된 KMDI 지수는 독립적으로 조사가 이루어진 금강수계 (금강, 만경강, 동진강, 삽교천) 233개 지점을 대상으로 생물학적 온전성을 평가하고,단일형 돌말지수들과 비교 검토하였다.
동정은 Krammer and Lange-Bertalot(2007) 등의 문헌을 참고하였고, Simonsen (1979) 체계에 따라 분류하였다. 또한 돌말류 군집 특성을 파악하기 위하여 각 지점의 출현 특성 (출현종수, 세포밀도)을 근거로 우점종 및 우점도 지수 (McNaughton 1967), 다양성 지수(Shannon and Weaver 1959), 풍부도 지수 (Margalef 1958) 및 균등도 지수 (Pielou 1975)를 각각 산출하였다.
본 연구에서 메트릭 (metric)이란 수서생태계의 물리적,화학적, 생물학적 상태를 설명할 수 있는 주요 돌말지표를 의미한다. 먼저, 한국형 다중형 돌말지수 (KMDI)를 개발하기 위해 후보 메트릭을 임의로 수집하고 (약 300개 metrics), 선행연구 또는 문헌을 참고하여 1차 후보 46개 메트릭을 선정하였다 (Barbour et al. 1999; Hill et al. 2000;Wang et al. 2005). 이어서 Wang et al.
본 연구에서 개발한 KMDI와 단일형 돌말지수 (TDI,DAIpo)를 동일한 조사 지점에 대하여 비교 검토하였다(Table 7). TDI의 경우, 등급을 각 A; 100-90, B; 89-70, C;69-50, D; 49-30, E; 29-0으로 DAIpo의 경우 A; 100-80,B; 79-60, C; 59-40, D; 39-20, E; 19-0 등으로 구분했다(MOE/NIER 2008~2018).
2019). 본 연구에서도 토지이용 (숲 비율) 이외에도 화학적(BOD, TN, TP), 생물학적 (TDI) 요인 등을 사용하였다. 본 연구자들은 다른 연구에서 Wang et al.
-P)에 대한 오염민감도, 지표종분석 (Indicator Species analysis)으로 나타난 지표값 (IndVal)을 고려하여 하천의 영양상태를 평가하는 지수이다 (Kelly and Whitton 1995). 본 지수 개발 시 사용한 TDI는 국내 실정에 맞게 변경하여 사용하였으며, 하천의 영양염 (PO₄-P)의 농도가 증가할수록 TDI는 반대로 감소한다 (MOE/NIER2009~2018).
수생태계 생물학적 온전성을 평가하기 위하여 국내 하천 및 하구 923개 지점의 자료를 근거로 한국형 다중형 돌말지수 (KMDI)를 개발하고, 이를 금강수계 233개 지점을 대상으로 온전성평가를 실시하여 단일형 돌말지수들과 비교 검토하였다. KMDI의 개발은 1) 먼저 선행문헌들을 참고로 300개 이상의 메트릭을 추출하고, 2) 이 중 설명력이 높은 46개 후보 메트릭을 선택하며, 3) 각 메트릭 값들의 변이성, 중복성, 변별력, 환경에 대한 민감성 등을 검증하고, 최종적으로 5가지의 메트릭을 선정하였다.
2005). 이어서 Wang et al. (2005)과 Kim (2016)의 방법에 따라, 이들 후보 메트릭 중 다항목지수에 포함될 최종 메트릭을 선정하기 위해 변이성, 중복성, 변별력 및 수질환경에 대한 부착돌말의 민감성 등 총 4단계 검증과정을 거쳐 최종적으로 KMDI에 적용할 메트릭을 선정하였다 (Fig. 2, Table 2).
2005). 출현된 종은 운동성에 따라 분류하고 (Passy 2007; Berthon et al. 2011), 각 지점에서 출현한 모든 부착돌말 개체수에 대한 motile diatoms 개체수의 비율로 계산하였다. 하천 내 퇴적이 증가함에 따라 MOT와 오염도가 증가한다.
조사는 하천 5년 (2013~2017), 하구 8년(2010~2017) 동안, 몬순을 제외한 시기에 각각 독립적으로 실시하였다. 한편 본 연구에서 개발된 지수의 현장 적용 및 기존 돌말지수들과 비교하기 위하여, 선행 조사와 독립적으로 2017년 5월에 금강수계 233개 지점에서 동일한 방법으로 부착돌말과 환경요인 조사를 실시하였다.
현장에서 직접 측정하거나 채집한 현장수를 분석한 환경요인들은 메트릭을 선정하는 과정에 사용되었다. 휴대용 수질 측정기 Horiba U-50 (HORIBA Ltd., Japan)을 이용하여 수온, 수심, 용존산소, pH, 전기전도도, 탁도 등은 현장에서 직접 측정하였다. 토지이용은 조사 지점을 중심으로 반경 1 km 범위의 농경지, 도시, 숲의 상대적 비율을 구하여 %로 나타냈다.

대상 데이터

3e). Nitzschia 속은 교란 정도에 따라 일정한 반응을 예상하기 어려우므로 % Motile individuals을 선정하였다. 이 과정을 통해 4개 메트릭이 제거되었다.
다중형 돌말지수를 개발하기 위하여 국내의 하천 및 하구를 포함한 388개 하천 923개 지점을 대상으로 부착돌말 채집과 이화학적 수질환경요인 조사를 동시에 실시하였다 (Fig. 1). 조사는 하천 5년 (2013~2017), 하구 8년(2010~2017) 동안, 몬순을 제외한 시기에 각각 독립적으로 실시하였다.
이는 참조상태를 갖는 하천이라 할지라도 단일형 또는 다중형 돌말지수에 의한 온전성 평가는 교란하천으로 해석될 수도 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 대조군 또는 참조하천의 선정은 현장 조사를 먼저 실시하고 분석된 결과를 토대로 온전성 1단계에 속하는 상위 2.4%에 해당되는 지점만을 참조하천으로 선정하였다. 그러나 상위 1단계에 속하는 지점 중에는 인간의 간섭 (예, 도로) 현상이 있는 지점도 포함되어 있었다.
다중형 돌말지수를 개발하기 위하여 온전성평가의 기준이 되는 대조군을 선정하고자 현장조사를 수행하였던 지점들 중 교란정도가 가장 낮은 지점들을 비교란 또는 참조하천으로 선정하였다. 본 연구에서는 선행연구 (Wang etal. 2005; Tan et al. 2015; MOE/NIER 2016)를 토대로 전체 923개 지점의 토지이용 (숲 비율), 화학적 (BOD, TN, TP),생물학적요인 (TDI)들의 분포를 분석하여 생태학적 교란이나 수질이 우수한 평균 2.5% 미만 (23개 지점)을 참조하천으로 선정하였는데 (Table 1), 단일형 돌말지수 TDI를 이용한 평가에서 모두 B 등급 이상에 해당되었다.
부착돌말을 채집하기 위해 수중에 잠긴 상부가 편평한 자연석을 대상으로 기질을 선정하였다. 자연석 상부의 100 cm²를 정량 채집한 시료의 일부는 Lugol’s 용액으로 고정하였고, 다른 일부는 고정하지 않았다.
토지이용은 조사 지점을 중심으로 반경 1 km 범위의 농경지, 도시, 숲의 상대적 비율을 구하여 %로 나타냈다. 조사 지점에서 2 L 무균채수병에 채수 후 현장수를 냉암조건을 유지한 채 실험실로 운반하였다. BOD는 Winkler-azide법으로 측정하였고, NO₃-N은 Cadmium reduction법, NH₃-N은 Colorimetric 법, TN은 Cadmium reduction법, PO₄-P는 Ascorbic acid 법, TP는 persulfate 분해 후 Ascorbic acid법으로 각각 Spectrophotometer (SP2770i Youngwoo, Korea)를 이용하여 측정하였다 (APHA 2001).
1). 조사는 하천 5년 (2013~2017), 하구 8년(2010~2017) 동안, 몬순을 제외한 시기에 각각 독립적으로 실시하였다. 한편 본 연구에서 개발된 지수의 현장 적용 및 기존 돌말지수들과 비교하기 위하여, 선행 조사와 독립적으로 2017년 5월에 금강수계 233개 지점에서 동일한 방법으로 부착돌말과 환경요인 조사를 실시하였다.

데이터처리

2005; Kim 2016). Mann-Whitney U test를 사용하여 두 그룹 간 유의한 차이를 보이는 경우, Box-and-Whisker plot을 이용하여 분할력(SP; Separation Power)을 분석하였다. 분할력은 각 메트릭에 대한 4분위 범위 (25^th percentile과 75^th percentile)와 중간값을 이용하였다 (Barbour et al.
1999). 따라서 생태적 특성을 반영하고 환경요인과의 관계를 파악하기 위해 상관분석을 실시하였다.
새롭게 개발된 KMDI 지수의 설명력을 검정하기 위하여 환경요인과 Pearson’s 상관분석을 실시하였다.
참조하천과 교란하천의 차이를 구분하기 위해 Mann-Whitney U test, Box-and-Whisker plot을 이용하여 각 메트릭의 변별력을 평가하였다 (Wang et al. 2005; Kim 2016). Mann-Whitney U test를 사용하여 두 그룹 간 유의한 차이를 보이는 경우, Box-and-Whisker plot을 이용하여 분할력(SP; Separation Power)을 분석하였다.

이론/모형

조사 지점에서 2 L 무균채수병에 채수 후 현장수를 냉암조건을 유지한 채 실험실로 운반하였다. BOD는 Winkler-azide법으로 측정하였고, NO₃-N은 Cadmium reduction법, NH₃-N은 Colorimetric 법, TN은 Cadmium reduction법, PO₄-P는 Ascorbic acid 법, TP는 persulfate 분해 후 Ascorbic acid법으로 각각 Spectrophotometer (SP2770i Youngwoo, Korea)를 이용하여 측정하였다 (APHA 2001).
Relationship among metrics used in this study. Selection or rejection was made for the highly correlated metric and overlapping metrics in the development of Korean multi-metric diatom index. NOS; Number of species, NIT; % Nitzschia individuals in total abundance, % Motile; % motile diatom in total abundance.
고정된 시료는 실험실에서 Permanganate method (Hendey 1974)에 따라 세척 및 건조과정을 거친 다음 봉입제 Naphrax^®(Brunel Microscopes Ltd, England)를 이용하여 영구표본을 제작하고, 광학현미경 (Nikon E600, Japan)의 1,000배 이상에서 동정 및 분류하였다. 동정은 Krammer and Lange-Bertalot(2007) 등의 문헌을 참고하였고, Simonsen (1979) 체계에 따라 분류하였다. 또한 돌말류 군집 특성을 파악하기 위하여 각 지점의 출현 특성 (출현종수, 세포밀도)을 근거로 우점종 및 우점도 지수 (McNaughton 1967), 다양성 지수(Shannon and Weaver 1959), 풍부도 지수 (Margalef 1958) 및 균등도 지수 (Pielou 1975)를 각각 산출하였다.

성능/효과

결국 제한된 지점의 자료를 근거로 개발한 돌말지수들은 특정 지역을 대표할 뿐 다른 수계에 그대로 적용하는 것은 무리가 있다. 본 연구에서 개발된 KMDI는 1) 국내 다양한 하천 및 하구역 923개 지점을 독립적으로 조사하여 자료의 범위나 대표성에서 지금까지 연구들보다 다양한 지점에 대한 조사가 이루어졌으며, 2) 다른 조사에서 시행한 적이 없는 하구에 대한 자료가 추가됨으로 기존 지수들보다 자료의 대표성이 상대적으로 높다.
각 메트릭은 0~10점을 가지게 되고, 5개 메트릭의 합계에 2를 곱한 값이 지수의 점수가 된다. KMDI 지수의 점수는 각 메트릭의 최대값과 최소값을 기준으로 5등분하였으며, 참조상태에 가까울수록 A, 교란정도가 심할수록 E등급으로 구분하였다. 새롭게 개발된 KMDI 지수의 설명력을 검정하기 위하여 환경요인과 Pearson’s 상관분석을 실시하였다.
KMDI의 개발은 1) 먼저 선행문헌들을 참고로 300개 이상의 메트릭을 추출하고, 2) 이 중 설명력이 높은 46개 후보 메트릭을 선택하며, 3) 각 메트릭 값들의 변이성, 중복성, 변별력, 환경에 대한 민감성 등을 검증하고, 최종적으로 5가지의 메트릭을 선정하였다. KMDI는 매트릭의 단순합으로 표현하고, 환경요인들에 대한 신뢰성 검토 결과, 토지이용, BOD, TN, 전기전도도 등에 대해 높은 민감성 및 설명력을 보였으나 단일형 돌말지수들보다는 동일 지점의 생물학적 온전성은 다소 높게 평가되는 특성을 보였다. 추후 국내는 물론 지역에 상관없이 적용가능한 설명력 높은 매트릭의 발굴 및 정확한 돌말류 분석 연구가 뒷따라야 될 것으로 판단되었다.
KMDI의 신뢰성을 검토하기 위하여 독립적으로 조사한 금강수계 233개 지점의 환경요인과 다중형 돌말지수와의 상관관계를 분석한 결과, KMDI는 도시 토지이용을 제외하면 모든 물리적, 화학적인 수질환경과 높은 상관성을 보였다 (Table 6). 특히 토지이용 중 숲의 비율 (r=0.
본 연구에서 % Achnanthes /(Achnanthes+Navicula), % No. of Gomphonema species은 영양염 (TN, TP), 토지이용 (% Forest)과 매우 높은 상관을 보였다 (Table 4).
TDI의 경우 E 등급이 76개 지점으로 가장 높았다. 결과적으로 KMDI는 두 단일형 돌말지수보다 생물학적 온전성이 상대적으로 높게 평가되었다.
본 연구에서 참조하천을 선정하기 위해 각 매트릭의 기준값을 설정하였다 (Table 1). 그 중 단일형 돌말지수 (TDI)의 기준은 57.6 이상으로 설정하였으나,선정된 참조하천 중 TDI의 최소값은 67.1로 나타났다 (not shown). 참조하천에 해당되는 각 매트릭의 기준값은 조사지점의 온전성에 대한 평가에 영향을 미치는 주요인자가 될 수 있다.
2005), 다른 생물군과 비교하여 차별성은 크지 않을 것으로 판단된다. 다만 본 연구가 다른 연구들에 비해 조사 지점의 범위 (하구, 하천)나 지점수 (923 지점) 등에서 대표성이 높고 넓은 점수체제로 인하여 다소 생물학적 온전성 평가 범위가 넓을 것으로 판단되었다. 이는 추후 자료가 더욱 축적이 될 경우 점수체제를 단순화 (1,3,5) 하는 것보다 유리할 것이다.
KMDI는 A, B, C 등급에 집중되었으며, E 등급은 나타나지 않았다. 대체적으로 DAIpo의 경우 KMDI와 비슷한 경향을 보였으나, D등급이 상대적으로 많이 나타났다. TDI의 경우 E 등급이 76개 지점으로 가장 높았다.
또한 선정된 메트릭의 90^th percentile 값은 TDI; 91.5,DAIpo; 90.7, % ratio motile individuals in total diatoms; 69.5,% Achnanthes / (Achnanthes+Navicula); 99.0, % number of Gomphonema species; 16.7로 나타났다. 각 메트릭은 0~10점을 가지게 되고, 5개 메트릭의 합계에 2를 곱한 값이 지수의 점수가 된다.
다중형 돌말지수를 개발하기 위하여 후보 메트릭 선정 과정을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 변이성(Variability) 검증에서는 (Fig. 2, Table 2), 후보 중 중간값이 0인 메트릭은 % Erect individuals, Eutraphentic diatom ratio 등으로 나타나 총 16개를 제거하고, 평균값, 사분범위 사이에 변이가 크고, CV값 (표준편차/평균)이 큰 메트릭은 % Stalked individuals, % Unattached individuals 등으로 나타나 추가적으로 15개 메트릭을 제거하여 총 31개 메트릭이 제거되었다. 한편, 중복성 (Redundancy) 검증에서는 (Fig.
1999)교란에 대해 값 (score)이 증가하는 메트릭은 각각 5점: 참조하천의 75%>, 3점: 75% >참조하천>50%, 1점: 참조하천의 50%< 으로 구분하고, 교란에 대해 값 (score)이 감소하는 메트릭은 5점: 참조하천의 75%<, 3점: 75%<참조하천<50%, 1점: 참조하천의 50%> 등으로 구분하였다. 본연구에 적용된 0~10 점수체계는 1-3-5 점수체계보다 다소 세밀한 표현이 가능하고, 세포 동정이 비교적 용이한 돌말류를 이용한다는 점에서 장점을 가지고 있으나 (Wang et al. 2005), 다른 생물군과 비교하여 차별성은 크지 않을 것으로 판단된다. 다만 본 연구가 다른 연구들에 비해 조사 지점의 범위 (하구, 하천)나 지점수 (923 지점) 등에서 대표성이 높고 넓은 점수체제로 인하여 다소 생물학적 온전성 평가 범위가 넓을 것으로 판단되었다.
KMDI의 신뢰성을 검토하기 위하여 독립적으로 조사한 금강수계 233개 지점의 환경요인과 다중형 돌말지수와의 상관관계를 분석한 결과, KMDI는 도시 토지이용을 제외하면 모든 물리적, 화학적인 수질환경과 높은 상관성을 보였다 (Table 6). 특히 토지이용 중 숲의 비율 (r=0.497)과 높은 상관성을 보였고, 그 외 농경지 비율 (r= -0.318), BOD(r= -0.300), TN (r= - 0.274), 전기전도도 (r= -0.272) 등 나머지 수질환경과도 비교적 높은 상관성을 보였다.
환경에 대한 부착돌말의 민감도 (Sensitivity) 검증을 위해 상관분석을 실시한 결과는 Table 4과 같이 DAIpo와 전기전도도 간의 상관성을 제외한 5개의 메트릭이 모두 환경요인과의 유의미한 상관성 (p<0.01)을 보여 최종 메트릭으로 선정되었다 (Fig. 2, Table 2).

후속연구

1986)는 출현 종수와 상관없이 특정종의 출현밀도에 따라 해당 수체의 건강성을 평가하였다. 결국 돌말류를 이용한 생물학적 온전성의 평가는 출현된 속들의 지표성과 특정 종의 현존량 특히 상대적인 밀도가 정확하게 분석되어야 할 필요가 있다.
이러한 결과들은 출현하는 돌말류가 속 또는 종 수준에서 환경을 지표하는 성질이 다르다는 것을 의미한다. 결국 돌말류의 생리-생태적인 연구가 더욱 진행된다면 환경지표성에 대한 정확도가 증가할 것으로 판단된다. 기존에 사용하는 단일형 돌말 지수인 TDI (Kelly and Whitton 1995)와 DAIpo(Watanabe et al.
KMDI는 매트릭의 단순합으로 표현하고, 환경요인들에 대한 신뢰성 검토 결과, 토지이용, BOD, TN, 전기전도도 등에 대해 높은 민감성 및 설명력을 보였으나 단일형 돌말지수들보다는 동일 지점의 생물학적 온전성은 다소 높게 평가되는 특성을 보였다. 추후 국내는 물론 지역에 상관없이 적용가능한 설명력 높은 매트릭의 발굴 및 정확한 돌말류 분석 연구가 뒷따라야 될 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부착돌말의 특성은 무엇인가?	부착돌말은 세포 형태의 다양성은 물론 서식처나 수질오염에 대한 내성의 범위가 넓고 (Leira and Sabater 2005;Watanabe 2005; Janech et al. 2006), 이동성이 낮아 특정 환경에 대한 지표성이 매우 높다 (Allen 1995; McCormick and Stevenson 1998). 특히 이들은 하천의 물리, 화학적 요인 - 기후, 토지, 영양염, 이온이나 포식자와 같은 생물적 요인들의 변화에 대하여 뚜렷한 종 출현 및 생물량 변화를 나타낸다 (Leland and Porter 2000; Weckstrom and Korhola2001; Kim et al. 2019).
	단일형 돌말지수의 개발 근거는 무엇인가?	1986)를 혼용하여 왔으나 2000년대 후반부터는 하천 및 하구에 서식하는 부착돌말의 성장에 직접적으로 영향을 주는 인산염을 기본으로 하는 TDI 지수만을 사용하고 있다 (MOE/NIER2009~2018). 이러한 단일형 돌말지수는 영양염, 유기물 등과 같은 단일 환경요인과 돌말의 출현 특성 간의 상호관련성을 근거로 개발되었는데 (Kim et al. 2019), 환경에 대한 저서동물의 출현과 민감도를 이용하여 수질 및 수환경의 상태를 평가하는 Zelinka-Marvan (1961)의 방법을 응용한 것으로 (Hwang et al.
	단일형 돌말지수의 한계는 무엇인가?	단일형 지수는 특정 환경요소에 대응되는 돌말류의 출현 특성을 반영하기 때문에 보다 다양한 환경요소들에 대한 종합적인 영향을 포괄적으로 설명하기 위해서는 다중형 돌말지수 (MDI; Multimetric Diatom Index)의 개발이 필요하다 (Hill et al. 2003; Kim et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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