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문제 정의
- 따라서 본 연구는 장기 모니터링을 통해 만경강 본류의 이·화학적 수질 변화 및 담수 어류상의 변화를 파악하고 FAI모델을 적용하여 만경강 본류의 생태건강도를 진단하는데 목적이 있다.
- 본 연구에서는 만경강 본류에서 2009∼2016년 동안 어류의 트로픽 길드, 오염도, 내성도 및 어류평가지수(Fish Assessment Index; FAI)에 기반을 둔 다변수 생태건강도에 대한 화학적 수질 영향을 분석하였다.
제안 방법
- (1999)에 기반을 두었으며, 이를 기반으로 한국의 어종에 맞게 길드를 분석한 An et al.(2001a, b)에 의거하여 민감종(Sensitive species; SS), 중간종(Intermediate species; IS), 내성종(Tolerant species; TS)으로 구분하였다. 민감종은 수질의 오염에 의해 쉽게 사라지는 어종으로 환경의 질적 변화에 민감하게 반응하는 어종이다.
- 본 연구는 만경강 본류 5개 지점을 선정하여 2009∼2016년까지 8년 동안 매년 1회에 걸쳐 어류 현장조사 및 하천 생태건강도 평가를 실시하였다(Fig. 1).
- 생태건강도 등급은 매우 좋음(A, 100∼80), 좋음(B, 80∼60), 보통(C, 60∼40), 나쁨(D, 40∼20), 매우 나쁨(E, 20∼0)의 5개 등급으로 대별하여 평가하였다.
- 현재 환경부에서 측정하고 있는 여러 일반 수질 항목 중 하천의 수질특성을 가장 잘 반영할 수 있는 6개 항목을 선정하여 분석에 이용하였다. 선정한 6개 항목은 생물화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand; BOD), 전기전도도(conductivity), 총질소(total nitrogen; TN), 총인(total phosphorus; TP), 용존산소(dissolved oxygen; DO), 암모니아성-질소(ammonia nitrogen; NH4-N)로서 각각의 수질 값을 지점별로 변화양상을 분석하였다.
- 어류의 현장조사는 미국의 Wading method (Ohio EPA 1989)에 의거하여 한국에 맞게 개발한 An and Lee (2006)의 기법(우리나라 환경부 조사기법은 이 기법에 기초함)에 의거하였다. 어류 채집의 정량화를 위하여(Catch Per Unit of Effort; CPUE) 채집거리는 200 m, 조사 소요시간은 50분으로 한정하였고, 여울(Riffle), 소(Pool), 흐르는 곳(Run)을 포함하여 조사를 실시하였다. 채집도구는 조사지점의 특징에 따라 투망(망목: 5 × 5 mm)과 족대(망목: 4 × 4 mm)를 이용하였다.
- 채집도구는 조사지점의 특징에 따라 투망(망목: 5 × 5 mm)과 족대(망목: 4 × 4 mm)를 이용하였다.
대상 데이터
- 만경강 본류 수계의 화학적 수질상태를 분석하기 위하여 2009년에서 2016년까지 측정된 환경부의 수질자료를 물환경정보시스템(http://water.nier.go.kr)에서 획득하여 분석하였다. 현재 환경부에서 측정하고 있는 여러 일반 수질 항목 중 하천의 수질특성을 가장 잘 반영할 수 있는 6개 항목을 선정하여 분석에 이용하였다.
- 본 연구에서 이용한 메트릭의 속성 및 모델의 세부적 특성은 ME(2016a)에 자세히 기술되어 있다. 모델 분석에 이용된 메트릭은 M1 국내종의 총 종수(Total number of native fish species), M2 여울성 저서종수(Number of riffle benthic species), M3 민감종수(Number of sensitive species), M4 내성종의 개체수 비율(Proportion of individuals as tolerant species), M5 잡식종의 개체수 비율(Proportion of individuals as omnivores), M6 충식종의 개체수 비율(Proportion of individuals as native insectivores) M7 채집된 국내종의 총 개체수(Total number of individuals) M8 비정상종의 개체수 비율(Proportion of individuals with disease, tumors, fin damage and other anomalies)의 총 8개이다. 계급구간은 “12.
- 본 연구에서 조사지점은 상류에서 최하류역까지 5개 지점을 선정하였다. 조사지점 중 최상류에 위치한 S1지점은 Strahler (1957)에 의거할 때 3차 하천으로, 대아저수지 수문 하류에 위치해 있는 지점으로서 하류구간이 인공제방으로 이루어져 있으나 수변식생이 매우 발달해있어 주변 오염원으로부터 완충작용이 잘 이루어지고 있어 맑고 깨끗한 상태를 유지하고 있다.
- kr)에서 획득하여 분석하였다. 현재 환경부에서 측정하고 있는 여러 일반 수질 항목 중 하천의 수질특성을 가장 잘 반영할 수 있는 6개 항목을 선정하여 분석에 이용하였다. 선정한 6개 항목은 생물화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand; BOD), 전기전도도(conductivity), 총질소(total nitrogen; TN), 총인(total phosphorus; TP), 용존산소(dissolved oxygen; DO), 암모니아성-질소(ammonia nitrogen; NH4-N)로서 각각의 수질 값을 지점별로 변화양상을 분석하였다.
이론/모형
- 어류의 과(family)의 분류체계는 Nelson(1994)에 따라 분류하였으며, 비정상어종의 외형적 감별은 Sanders et al.(1999)의 방법에 따라 기형(Deformity; DE), 지느러미 손상(Erosion; EF), 피부손상(Lesions; LE) 및 종양(Tumors; TU) 등으로 구분하여 분석하였다.
- 각 지점에서 채집된 어류는 현장에서 Kim and Park(2002)에 의거해 동정하였고 일부 현장에서의 분류가 어려운 경우 10% 포르말린 용액에 고정하여 실험실로 운반 후 동정을 수행하였다.
- 본 연구에서는 Karr and Dudlry (1981)의 어류를 이용한 생물통합지수(Index of Biological Integrity; IBI)를 기반으로 개발된 환경부의 국가 수생태계 건강성 평가 프로그램의 어류평가지수(Fish Assessment Index; FAI)에 의거하여 하천 생태건강도를 평가하였다. 본 연구에서 이용한 메트릭의 속성 및 모델의 세부적 특성은 ME(2016a)에 자세히 기술되어 있다.
- 섭식특성 길드 분석은 Ohio EPA(1989)의 기본 분류체계를 이용하였고, 이를 기반으로 한국의 어종에 맞게 섭식길드를 분석한 An et al. (2001a, b)에 의거하여 잡식종(Omnivores; O), 충식종(Insectivores; I), 육식종(Carnivores; C) 및 초식종(Herbivores; H)으로 구분하였다. 잡식종은 동·식물 모두를 지속적으로 섭취하며, 충식종은 주로 수서무척추곤충을 섭취한다.
- 어류의 현장조사는 미국의 Wading method (Ohio EPA 1989)에 의거하여 한국에 맞게 개발한 An and Lee (2006)의 기법(우리나라 환경부 조사기법은 이 기법에 기초함)에 의거하였다.
성능/효과
- 각 조사 지점별 외래종(Exotic species), 여울성저서종(Riffle-Benthic species), 비정상종(Abnomalities) 및 멸종위기종(Endangered species)의 상대빈도를 분석한 결과에 따르면, 상류에서 하류로 갈수록 비정상어종의 비율이 증가하고 여울성저서종의 비율이 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(Fig. 3). S1과 S2지점은 외래종 및 비정상어종의 상대빈도가 아주 낮게 나타고 여울성저서종의 상대빈도가 높게 나타나 수생태계 교란이 아주 적은 안정된 수생태계에 해당하는 것으로 사료된다.
- 각 지점별 FAI 값을 비교한 결과, S1과 S2지점이 각각 “좋음상태(B)”, “매우좋음상태(A)”에 해당하는 것으로 나타나 생태건강도가 우수한 것으로 나타났다.
- 일반적으로 하천에서 유기물 오염 및 서식지 파괴 등에 의해 서식지의 질이 하강하게 되면 민감종의 종 수 및 개체수는 감소하고 내성종의 종 수 및 개체수는 증가하게 된다(Karr 1981; US EPA 1991). 각 지점별 내성종(Tolerant species)과 민감종(Sensitive species)의 상대빈도 분석 결과, 상류에서 하류로 갈수록 내성종이 증가하고, 민감종이 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다(Fig. 4) 특히, S3지점부터 내성종의 상대빈도가 급증하는 동시에 민감종이 거의 채집되지 않았을 뿐 아니라, S4와 S5지점에서는 민감종이 단 한 종도 채집되지 않았다. 이러한 경향은 S4∼S5지점으로 갈수록 수질이 저하되고 있는 것으로 분석된 이·화학적 수질 결과와 일치하므로, 공단폐수 및 하수처리수와 가축분뇨처리수로 인한 수질 악화로 인하여 S4와 S5지점에서 내성종이 급증하고 민감종이 채집되지 않은 것으로 사료된다.
- 각 지점별 평균 생물화학적 산소요구량(BOD)은 S1에서 0.9 mg L-1, S2에서 0.8 mg L-1, S3에서 1.9 mg L-1, S4에서 3.8 mg L-1, S5가 5.9 mg L-1으로 나타나, 환경정책기본법 하천생활환경 기준상 S1과 S2지점은 Ia등급(매우 좋음), S3지점은 Ib등급(좋음), S4지점은 III등급(보통), S5지점은 IV 등급(약간나쁨)상태에 해당하는 것으로 나타나 수질 구배현상이 지점별로 뚜렷하게 나타났다.
- 그에 반해 내성종은 수질오염에도 불구하고 종수 및 분포범위가 증가하는 종이며, 중간종은 민감종과 내성종 사이에 포함되지 않는 종으로 구분하였다.
- 또한, 각 지점별 잡식어종(Omnivore species)과 충식어종(Insectivore species)의 상대빈도 분석 결과, 상류에서 하류로 갈수록 잡식종의 비율이 증가하는 경향이 뚜렷하게 나타났으며, 충식종의 경우는 하류로 갈수록 감소하는 경향이 나타났다(Fig. 4).
- 만경강 본류 유역에서의 지난 8년간 수질 자료를 분석한 결과, 생물화학적 산소요구량(BOD), 전기전도도(Conductivity), 총질소(TN), 총인(TP), 암모니아성 질소(NH4-N) 모두 상류에서 하류로 갈수록 뚜렷하게 악화되는 경향을 보였다. 특히, 전기전도도와 총인, 그리고 암모니아성 질소의 값은 하류역(S4, S5)에서 급격하게 증가하는 경향을 보였다(Fig.
- 반면, S4지점은 외래종의 상대빈도가 조사 지점 중 가장 높게 나타나 외래종에 인한 수생태계 교란이 아주 심한 것으로 사료되며, S5지점은 외래종의 상대빈도는 낮지만 조사지점 중 비정상어종의 상대빈도가 가장 높게 나타나 수생태계 교란이 아주 심각한 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 만경강 본류에서 2009∼2016년 동안 어류의 트로픽 길드, 오염도, 내성도 및 어류평가지수(Fish Assessment Index; FAI)에 기반을 둔 다변수 생태건강도에 대한 화학적 수질 영향을 분석하였다. 수질 지표로서 전기전도도, 총인(TP) 및 암모니아성 질소(NH4-N) 농도는 최하류지점에서 가장 악화되는 것으로 나타났다. 어류 현장 조사 결과, 8년간 만경강 본류에서는 총 14과 50종이 채집되었으며, 우점종은 내성종으로 잘 알려진 피라미(Zacco platypus)로서 22.
- 어류 다변수 모델(FAI)을 이용한 생태건강도로서 평가된 FAI 모델 값은 평균 47(n=40)로서 건강도는 “보통상태(C)”로서 나타났고, 하류역(S3∼S5) 지역에서 모델값은 모두 “나쁜상태(D)”로 나타나 수질악화에 의한 영향으로 평가되었다.
- 어류 다변수 모델을 이용하여 만경강 본류의 생태건강도를 평가한 결과, 어류평가지수(FAI)는 평균 47(n=40)로 “보통상태(C)”에 해당하는 것으로 나타났다(Fig. 5).
- 어류 종 조성 분석은 2009∼2016년의 8년간 분석되었고, 이 기간 동안 채집된 어류는 총 14개과 50종 총 3,200개체로서, 잉어과(Cyprinidae)가 30종 60%로 가장 많이 채집되었고, 미꾸리과(Cobitidae)가 3종, 검정우럭과(Centrarchidae), 동사리과(Odontobutidae), 동자개과(Bagridae), 메기과(Siluridae), 퉁가리과(Amblycipitidae)가 각각 2종, 망둑어과(Gobiidae), 숭어과(Mugilidae), 꺽지과(Centropomidae), 연어과(Salmonidae), 뱀장어과(Anguilidae), 송사리과(Adrianichthyidae), 드렁허리과(Flutidae)가 각각 1종이 나타났다(Table 1).
- 어류 현장 조사 결과, 8년간 만경강 본류에서는 총 14과 50종이 채집되었으며, 우점종은 내성종으로 잘 알려진 피라미(Zacco platypus)로서 22.9%를 차지하여 트로픽 특성의 악화현상을 보였고, 최류역에서는 비정상어종의 상대빈도가 가장 높게 나타나 생태교란이 아주 심각한 것으로 나타났다.
- 이·화학적 수질변수와 내성·섭식길드 간의 Pearson 상관도 분석에 따르면, 전기전도도 및 NH4-N은 내성종 및 잡식종의 상대빈도와 통계적으로 유의한 양의 상관관계(r>0.30, p<0.05)나타낸 반면, 민감종 및 충식종의 상대빈도와는 통계적으로 유의한 음의 상관관계(r<-0.30, p<0.01)를 나타냈다(Table 2).
- 2010). 조사 결과, S4지점에서의 충식종의 상대빈도가 가장 낮게 나타나 S4지점에서 하천의 자연성 및 서식환경에의 교란이 가장 심한 것으로 사료된다.
- 하천의 부영양화 정도를 파악할 수 있는 TN과 TP 역시 내성종의 상대빈도와는 통계적으로 유의한 양의 상관관계를 나타낸 반면, 민감종의 상대빈도와는 음의 상관관계를 나타냈다. 특히, TP의 경우 TN과 달리 충식종의 상대빈도와 통계적으로 유의한 뚜렷한 음의 상관관계를 나타냈다.
- N) 모두 상류에서 하류로 갈수록 뚜렷하게 악화되는 경향을 보였다. 특히, 전기전도도와 총인, 그리고 암모니아성 질소의 값은 하류역(S4, S5)에서 급격하게 증가하는 경향을 보였다(Fig. 2). 각 지점별 평균 생물화학적 산소요구량(BOD)은 S1에서 0.
후속연구
- 암모니아성 질소농도는 pH가 과도하게 높을 때(특히, 녹조의 과도한 번성 시기) 강한 어독성을 나타내기 때문에, 수층 내에 암모니아성 질소의 농도가 높아지게 되면 어류는 지느러미와 아가미가 손상될 수 있고, 병원균에 대한 저항성이 감소하게 되어 집단폐사의 가능성을 가진 것으로 알려져 있다(ME 2016b). 또한 S5지점은 2011년에 어류의 집단폐사가 나타났는데, 이는 가축분뇨 처리수의 유입에 의한 것으로 사료되므로 향후 축산폐수의 유입 방지를 위한 방안 마련이 필요할 것으로 사료된다.
- 특히 S2지점의 경우, 외래종의 서식이 확인되지 않고(Table 1), 여울성저서종의 상대빈도가 조사 지점 중 가장 높게 나타나 수생태계 건강성이 아주 우수한 것으로 사료된다. 뿐만 아니라, 멸종위기종에 해당하는 퉁사리(Liobagrus obesus) 및 감돌고기(Pseudopungtungia nigra)의 서식이 확인되어, 향후 이들의 보존을 위한 대책이 필요할 것으로 사료된다. 반면, S4지점은 외래종의 상대빈도가 조사 지점 중 가장 높게 나타나 외래종에 인한 수생태계 교란이 아주 심한 것으로 사료되며, S5지점은 외래종의 상대빈도는 낮지만 조사지점 중 비정상어종의 상대빈도가 가장 높게 나타나 수생태계 교란이 아주 심각한 것으로 나타났다.
- 특히 암모니아성 질소의 경우, 주로 가축분뇨 및 하수처리 폐수에 의해 유입되므로, 향후 전주천 및 익산천에서 유입되는 하수처리수 및 가축분뇨처리수 관리 대책이 필요할 것으로 사료된다.
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