1. 서 론
한강은 한반도의 중부에 위치한 강으로 대한민국의 국가 1급 하천으로 본류의 길이는 514 km, 유역면적은 26,219 km2로 대한민국 국토 면적 100,266 km2의 약 26%에 해당한다. 한강은 강원도 금강산 부근에서 발원한 북한강과 강원도 태백시에서 발원한 남한강이 양수리에서 합류하여 강화만을 통해 서해로 들어간다 (Suh et al. 2005). 한강의 여러 지류 중 팔당호를 포함한 한강 하류는 서울 및 수도권 지역의 상수원으로 중요한 역할을 하는 하천으로 수도권 시민들에게 쾌적한 휴식 및 레저공간을 제공할 뿐만 아니라 다양한 수변식물과 식물플랑크톤, 어류, 패류, 곤충류, 조류 등이 서식하는 공간으로 생태학적으로도 가치가 매우 높다 (Suh et al. 2005, 2007). 한강은 서울특별시, 인천광역시, 경기도의 상수원으로 매우 중요한 역할을 하기 때문에 한강 중류 지역인 북한강과 남한강 상류 일대는 개발이 금지되어 있고, 지속적으로 수질의 변화를 모니터링하고 있다 (Choi 2005;Cho et al. 2009).
한강은 과거 한강종합개발사업을 실시한 이후 수질오염은 감소하였지만, 각 지천에서 유입되는 영양염으로 수질의 상태가 매우 나빠지는 구간이 발생한다 (Lee and Chung 1990;Yoo 2002). 또한, 기후도 한강에 영향을 미치는데, 한강유역은 여름철에 집중되는 강우로 팔당댐의 방류에 따라 한강 수생태계가 변화하며 (Woo et al. 2019), 갈수기에는 하천의 유량과 유속이 감소와 여러 지천에서 유입되는 점오염원에 의해 수질이 나빠진다 (Chang 2005;Lee et al. 2019). 한강에서 유속이 느려지고 영양염이 일시적으로 증가하는 일부 구간에서는 식물플랑크톤의 대발생이 매 년 주기적으로 반복되고 있다 (Jung et al. 2003;Lee et al. 2020). 식물플랑크톤의 대발생은 시각적, 후각적으로 악영향을 미칠뿐만 아니라 독성물질도 생성되기 때문에 수생태계 상위소비자에게 유해한 요인으로 작용한다 (Harper 1992). 하지만 식물플랑크톤은 일차생산자로 하천생태계의 중요한 먹이원으로 작용하며, 빠르게 세포 증식을 하기 때문에 에너지 순환에서도 매우 중요한 역할을 한다. 식물플랑크톤은 환경변화에 민감하게 반응하는 생물로 질소, 인과 같은 환경오염물질이 증가하면 현존량이 급격하게 증가하는 특성을 가지고 있어 환경오염 지표생물로도 활용되고 있다 (Watanabe 1962;Brook 1965;Hellawell 1986).
기존 한강과 관련한 선행 연구는 식물플랑크톤 군집 분석 (Lee 1986;Kim et al. 1998;Jung et al. 2003;Lee and Jung 2004), 환경요인과 식물플랑크톤 간 관계 (Kwon et al. 2006), 비점오염원과 부영양화 관계 (Jung et al. 2004;Jung et al. 2012), 일차생산력 연구 (Namkung et al. 2001), 강수량 변화 (Suh et al. 2007)에 따라 식물플랑크톤에 미치는 영향 등에 대해 주로 수행되었다. 그러나 한강의 관리적 측면에서 환경 영향요인, 공간 및 계절적 특성에 따른 식물플랑크톤의 변화에 대한 연구는 아직까지 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 한강 구간에서 공간적 및 계절적 변화와 영양염 등 환경요인의 변화가 식물플랑크톤에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 구체적으로 조사 지점별 정점에서 계절적 변동에 따라 발생하는 환경요인의 차이를 반영하여 식물플랑크톤의 조사지역의 공간적 측면과 계절적 변동의 유사성을 규명함으로써, 분석 결과를 기초자료로써 한강의 공간적, 계절별 관리방안을 수립하는 데 필요한 시사점을 제공하는 데 목적이 있다.
2. 재료 및 방법
2.1. 조사기간 및 조사정점
식물플랑크톤은 팔당댐 이후의 왕숙천 합류부부터 서울을 통과하여 하류에 있는 신곡수중보 전까지의 구간에서 총 8개의 정점을 선정하여 조사를 실시하였다. 식물플랑크톤의 조사는 2021년에는 5월, 7월, 8월, 10월, 11월과 12월, 2022년에는 2월과 3월에 각 1회씩 총 8회에 걸쳐 조사를 실시하였다 (Fig. 1).
2.2. 식물플랑크톤과 환경요인 분석
식물플랑크톤은 정성 및 정량분석을 위해 각 지점에서 표층수 500 mL를 폴리에틸렌병에 채수하였고, 현장에서 Lugol 용액으로 최종 고정농도가 1%가 되도록 고정시킨 후 암상태로 보관하여 운반하였다. 시료는 암소에서 72시간 이상 정치한 후 상등액을 제거해 농축하였으며, 농축한 시료를 광학현미경 (Axioskop; Carl Zeiss, Jena, Germany)을 이용해 400~1,000배율에서 동정하였다. 식물플랑크톤의 현존량을 계수할 때에는 Sedgewick-Rafter counting chamber에 시료 1 mL를 취하여 저배율 (200배)에서 계수한 후 단위체적당 세포수 (cells mL-1)로 환산하였다. 식물 플랑크톤의 동정 시 Cleve-Euler (1953), Prescott (1962), Hendey (1964), Simonsen (1979), Round et al. (1990)과 국립생물자원관의 National List of Species of Korea (NIBR 2023)를 참고하였다.
식물플랑크톤의 변동에 대한 환경요인의 영향을 분석하기 위하여 환경측정 자료는 환경부에서 운영하는 물환경정보시스템 (https://water.nier.go.kr)에서 제공하는 데이터를 사용하였다. 물환경정보시스템에서 제공하는 자료 중에서 본 연구 정점과 유사한 지점 (Table 1)에서 수온, 용존산소 (Dissolved oxygen, DO), 생물학적산소요구량 (Biochemical Oxygen Demand, BOD), 화학적산소요구량 (Chemical Oxygen Demand, COD), 엽록소-a, 총질소 (Total Nitrogen, TN), 총인 (Total Phosphorus, TP), 부유물질 (Suspended Solid, SS)의 자료를 사용하였으며, 식물 플랑크톤의 조사가 이루어진 시기와 유사한 시기의 측정 데이터를 사용하였다.
2.3. 군집유사성 및 통계분석
팔당댐 하류에 위치한 한강 중하류의 8개 정점에서 출현한 식물플랑크톤 군집의 정점 간 유사성 분석 (similarity analysis)은 정점별로 출현한 종수와 현존량 자료를 바탕으로 정점 간 유사도를 분석하여 백분율 (%)로 나타내었다. 유사도 분석 시에 현존량과 종수 사이의 편중을 피하기 위해 모든 자료는 fourth root로 변환하였으며 Bray-Curtis 지수 (Bray and Curtis 1957)를 사용하여 정점 간 유사도를 표현하였다. 정점 간 유사도를 바탕으로 하여 군집분석을 실시할 때 그룹 간의 연결 방식에는 group average를 사용하였으며, 그룹 간 유사도를 바탕으로 수지도 (Dendrogram)를 작성하여 집괴분석 (Cluster analysis)을 실시 하였다. 또한 정점 간 그룹 간의 공간적 분포 특성과 유사성 차이를 알아보기 위하여 다차원척도분석 (Multi- Dimensional Scaling, MDS)을 실시하여 2차원 공간에서의 군집구조의 차이를 파악하였다. 군집분석 결과 분리된 정점군과 정점군의 유사성을 높이는 종과 정점군 사이의 차이에 종별 기여도를 분석하기 위하여 SIMPER 분석을 실시하였으며, 군집의 분석과 SIMPER의 분석에는 통계프로그램 PRIMER ver.7을 사용하였다 (Clarke and Warwick 2001).
군집분석 결과 분리된 정점군의 환경요인 간 차이를 분석하기 위해서는 3개의 정점군의 환경데이터의 평균에 대한 차이를 분석하기 위하여 일원배치분산분석 (One-way ANOVA analysis)을 실시하였으며, 사후분석은 Tukey 방법을 사용하였고 분석에는 통계프로그램 SPSS version 16.0을 사용하였다.
3. 결 과
3.1. 환경요인의 변화
조사기간 동안 한강의 수온을 분석한 결과 평균 15.6± 8.5°C로 나타났으며, 정점별로 살펴보면 정점 St. 2에서 평균 14.8±9.2°C로 낮은 특징을 보였고, 정점 St. 8에서 16.3±9.1°C로 가장 높은 값을 나타냈다 (Fig. 2). 월별 수온의 변화를 보면 2022년 2월에 평균 3.2±0.7°C로 가장 낮았고 2021년 8월에 평균 27.7±0.6°C로 가장 높게 나타났다 (Fig. 3). DO는 평균 9.9±2.2 mg L-1로 나타났으며, 정점별 평균을 살펴보면 정점 St. 4에서 평균 9.2±2.2 mg L-1 로 가장 낮았고, 정점 St. 2에서 평균 10.7±2.2 mg L-1로 가장 높은 값을 나타냈다. DO의 월별 변화를 살펴보면 2021년 8월에 평균 6.8±1.1 mg L-1로 가장 낮았고, 2022년 2월에 평균 13.5±0.5 mg L-1로 가장 높은 값을 나타냈다. BOD는 평균 1.4±0.5 mg L-1로 나타났으며, 정점 St. 1에서 평균 0.9±0.2 mg L-1로 가장 낮았고, 정점 St. 8에서 평균 2.2±0.3 mg L-1로 가장 높은 값을 나타내어 상류지역에 비해 하류지역에서 BOD가 높은 특징을 보였다. BOD의 월별 변화를 살펴보면 2021년 10월에 평균 1.0±0.3 mg L-1로 가장 낮았고, 2021년 5월에 평균 1.7±0.5 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. COD는 평균 4.4±0.7 mg L-1로 나타났으며, 정점 St. 2에서 평균 3.6±0.4 mg L-1로 가장 낮았고, 정점 St. 7에서 평균 5.1±0.4 mg L-1로 가장 높은 값을 나타냈다. 월별 변화를 살펴보면 2021년 12월에 평균 3.9±0.8 mg L-1로 낮았고, 2021년 7월에 평균 4.9±0.6 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. 엽록소-a는 평균 15.9±13.5 mg m-3로 나타났으며, 정점 St. 4에서 평균 7.4±3.9 mg m-3로 가장 낮았고, 정점 St. 8에서 평균 38.4±25.0 mg m-3로 가장 높은 값을 나타냈다. 엽록소-a의 월별 변화를 살펴보면 2022년 2월에 평균 9.2±7.7 mg m-3로 낮았고, 2021년 8월에 25.0±28.9 mg m-3로 높은 값을 나타냈다.
TN은 평균 3.5±1.3 mg L-1로 나타났으며, 정점 St. 2에서 평균 2.3±0.3 mg L-1로 낮았고, 정점 St. 8에서 평균 5.0±1.4 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. 월별 변화를 살펴 보면 2021년 7월에 평균 2.7±0.4 mg L-1로 낮았고, 2022년 2월에 평균 4.8±1.7 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. TP는 평균 0.060±0.034 mg L-1로 나타났으며, 정점 St. 2에서 평균 0.027±0.010 mg L-1로 낮았고, 정점 St. 8에서 평균 0.082±0.030 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. 월별 변화를 살펴보면 2022년 2월에 평균 0.032±0.014 mg L-1로 낮았고, 2021년 7월에 평균 0.101±0.024 mg L-1로 높은 값을 나타냈다. SS는 평균 7.2±4.5 mg L-1로 나타났으며, 정점 St. 3에서 평균 5.0±3.0 mg L-1로 가장 낮았고, 정점 St. 8에서 평균 13.8±5.9 mg L-1로 가장 높은 값을 나타냈다 (Fig. 2). 월별 변화를 살펴보면 2021년 12월에 평균 3.9±2.7 mg L-1로 가장 낮았고, 2021년 7월에 평균 11.7±3.0 mg L-1로 가장 높은 값을 나타냈다 (Fig. 3).
3.2. 식물플랑크톤의 변화
한강의 8개 정점에서 출현한 식물플랑크톤은 총 71종으로 돌말류가 36종 (50.7%)으로 가장 많았고, 다음으로 녹조류가 24종 (33.8%), 남조류 5종 (7.0%)의 순으로 우점하였다. 정점별 출현 종수를 보면 평균 38종으로 정점 St. 4에서 44종으로 가장 많은 종이 출현하였고, 정점 St. 2에서 32종으로 가장 적었다 (Fig. 4). 월별 출현 종수의 변화를 살펴보면 평균 36종이었으며, 2022년 2월에 24종으로 가장 적었고 2021년 11월, 12월에 44종으로 가장 많았다 (Fig. 5).
식물플랑크톤 현존량은 전체 평균 3,560 cells mL-1로 계수되었으며, 돌말류가 2,809 cells mL-1 (78.9%)로 가장 우점하였고, 다음으로 남조류가 394 cells mL-1 (11.1%), 녹조류는 212 cells mL-1 (6.0%)로 3개 분류군의 합은 전체의 96.0%를 차지할 정도로 우점하는 것으로 분석되었다. 정점별 식물플랑크톤의 현존량의 변화를 살펴보면 St. 5에서 2,723 cells mL-1로 가장 적었고, St. 1에서 4,900 cells mL-1 로 가장 높은 현존량을 보였다 (Fig. 4). 월별 현존량의 변화를 살펴보면 2022년 2월에 1,717 cells mL-1로 가장 적었고, 2022년 3월에 5,650 cells mL-1로 가장 많은 현존량이 출현하였다 (Fig. 5).
3.3. 식물플랑크톤 우점종의 시공간적 변동 특성
한강의 8개 정점에서 8회에 걸쳐 조사를 실시한 결과 전체 식물플랑크톤의 출현 현존량의 5% 이상을 차지하는 종을 우점종으로 선정하고 이들의 시공간 분포 특성을 분석 하였다. 전체 현존량의 5% 이상을 차지하는 종은 5종으로 돌말류에서 4종, 남조류에서 1종이 출현하였다. 돌말류인 Aulacoseira granulata는 평균 1,616 cells mL-1로 전체 출현 현존량의 45.4%를 차지하며 가장 우점하는 것으로 나타났다. A. granulata의 정점별 분포를 살펴보면 정점 St. 7과 St. 8의 하류 지역에서는 각각 1,052 cells mL-1 와 685 cells mL-1로 적은 현존량이 출현한 반면, 가장 상류에 위치한 정점 St. 1에서는 2,958 cells mL-1로 현존량이 가장 높은 특징을 보였다 (Fig. 6). A. granulata의 월별 변동을 살펴보면 2022년 2월에 361 cells mL-1로 가장 적었고, 2021년 11월에 2,700 cells mL-1로 가장 많았다. 다음으로 Stephanodiscus hantzschii는 평균 420 cells mL-1로 전체의 11.8%를 차지하며 아우점하는 것으로 분석되었다. S. hantzschii의 정점별 분포 특성을 살펴보면 상류에 위치한 정점 St. 1과 정점 St. 2에서는 각각 95 cells mL-1와 161 cells mL-1로 적은 현존량을 보였지만, 하류에 위치한 정점 St. 7과 St. 8에서는 각각 877 cells mL-1와 848 cells mL-1로 많은 현존량을 나타냈다. S. hantzschii는 2021년의 7월, 8월과 10월에는 전혀 출현하지 않았고, 2021년 5월과 11월에는 각각 6 cells mL-1와 2 cells mL-1로 매우 낮은 현존량을 보였지만 2022년 3월에는 2,066 cells mL-1로 현존량이 매우 높은 경향을 보였다. 남조류인 Phormidium tenue는 평균 383 cells mL-1로 전체의 10.8%를 차지하였으며, 정점 St. 5~8의 구간에서는 평균 106 cells mL-1로 현존량이 적었던 반면, 상류에 위치한 정점 St. 1에서는 1,093 cells mL-1, 정점 St. 3에서는 647 cells mL-1로 높은 현존량을 나타냈다. Asterionella formosa는 평균 223 cells mL-1로 전체의 6.3%를 차지하였으며, 정점 St. 1에서 86 cells mL-1로 가장 적은 현존량이 출현하였고, 정점 St. 3에서 321 cells mL-1 로 많은 현존량을 나타냈다. 월별 현존량의 변동을 살펴보면 2021년 7월과 11월에는 각각 63 cells mL-1와 71 cells mL-1로 현존량이 적었던 반면, 2022년 2월과 3월에는 각각 399 cells mL-1와 454 cells mL-1로 높은 현존량을 보였다. Fragilaria crotonensis는 평균 221 cells mL-1로 6.2%를 차지하였으며, 정점 St. 1과 St. 8에서 각각 24 cells mL-1와 82 cells mL-1로 적은 현존량이 출현하였고, 정점 St. 3과 St. 4에서 각각 393 cells mL-1와 345 cells mL-1로 현존량이 높은 경향을 보였다. 월별 현존량의 변동을 살펴보면 2022년 2월과 3월에 각각 22 cells mL-1와 61 cells mL-1로 현존량이 적었던 반면, 2021년 5월과 7월에는 각각 342 cells mL-1 와 452 cells mL-1로 현존량이 높은 특징을 보였다 (Fig. 6).
3.4. 군집분석
팔당댐 하류에 위치한 한강 중하류에서 출현하는 식물 플랑크톤의 종수 및 현존량의 시공간적 분포의 유사성을 분석하기 위하여 정점과 조사시기별 종조성의 유사성을 분석한 결과 정점별 유사성에서는 상류에 위치한 St. 1~4의 4개의 정점이 Group A, 중류에 위치한 St. 5~7의 3개의 정점이 Group B, 가장 하류에 위치한 St. 8이 Group C로 구분되었다 (Fig. 7). 한강 중하류의 정점들의 정점별 유사성에 기여도가 높은 종들의 군집별 분포특성을 분석한 결과 상류지역이 Grpup A에서 높은 현존량을 보였던 종들은 A. granulata, C. meneghiniana, P. tenue로 나타났고, 상류와 중류인 Group A와 B에서 모두 높은 현존량을 보였던 종은 A. formosa, F. crotonensis로 나타났다. S. hantzschii 은 중류와 하류에 해당하는 Group B와 C에서 모두 높은 현존량을 보였으며, C. ovata도 상대적으로 중류와 하류에서 높은 현존량을 보이는 것으로 분석되었다 (Table 2).
월별로 출현한 식물플랑크톤의 유사성을 분석한 결과 2021년 5월, 7월, 8월과 10월이 Group A, 2021년 11월과 12월이 Group B, 2022년 2월과 3월이 Group C로 구분되었다 (Fig. 8). Group A에서 높은 현존량을 보였던 종들은 A. granulata, F. crotonensis로 나타났고, 상류와 중류인 Group A와 B에서 모두 높은 현존량을 보였던 종은 A. formosa, F. crotonensis로 나타났다. S. hantzschii는 중류와 하류에 해당하는 Group B와 C에서 모두 높은 현존량을 보였으며, C. ovata도 상대적으로 중류와 하류에서 높은 현존량을 보이는 것으로 분석되었다. 상대적으로 수온이 높았던 Group A에서는 F. crotonensis가 우점하는 것으로 분석되었고, Group A와 B에서 모두 높은 현존량을 보였던 종은 A. granulata로 분석되었다. 반면 P. tenue는 Group B에서 높은 현존량을 보였고, A. formosa, S. hantzschii와 S. acus는 수온이 가장 낮았던 2월과 3월에 가장 많은 현존량을 보이는 종으로 분석되었다 (Table 3).
식물플랑크톤의 군집분석에 따른 환경요인의 차이를 분석하기 위하여 정점별, 월별로 환경요인의 차이를 분석한 결과 수온과 용존산소는 정점에 따른 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 분석되었다 (Table 4; ANOVA, p>0.05). 반면 생물학적산소요구량, 엽록소-a, 총질소와 부유물질은 각각의 군집이 모두 차이가 있는 것으로 분석되었고, 화학적산소요구량과 총인은 Group A는 차이를 보였지만 Group B와 Group C에서는 유의한 차이가 없는 것으로 분석되었다 (ANOVA, p<0.05). 월별로 환경요인의 차이를 분석한 결과에서는 생물학적산소요구량과 엽록소-a는 계절에 따른 유의한 차이가 없는 것으로 분석되었다 (Table 5; ANOVA, p>0.05). 반면 수온과 용존산소는 Group별로 모두 차이가 있는 것으로 분석되었고, 총질소와 총인은 Group A가 다른 그룹과 차이가 있는 것으로 분석되었다 (ANOVA, p<0.05).
4. 고 찰
4.1. 환경요인의 영향
한강의 팔당댐 이후의 왕숙천 합류부부터 서울을 통과하여 하류에 있는 신곡수중보까지의 구간에서 환경요인을 측정하여 환경정책기본법 시행령의 하천수 수질환경 기준으로 한강의 수질상태를 분석한 결과 용존산소는 평균 9.9±2.2 mg L-1로 매우좋음 (Ia) 등급을 보였다. 용존산소는 정점에 따라 유의한 차이를 보이지 않았고, 계절에 따른 용존산소의 변화는 있었지만 수온이 높은 시기인 Group A (5, 7, 8, 10월)에도 평균 8.1±1.1 mg L-1로 매우좋음 (Ia) 등급의 상태를 나타내어 조사유역에서의 용존산소는 매우 좋은 상태를 유지하고 있었다. Suh et al. (2005)이 한강에서 2000~2003년의 연구에서 용존산소가 가장 낮았을 때 인 2001년 9월에 5.0 mg L-1를 보였고, Kwon et al. (2006) 의 2004~2005년 동안의 연구에서는 하류 정점들에서 수온이 높은 시기에는 5.0 mg L-1 이하를 보이는 시기가 많았던 것과 비교하면 본 연구에서는 한강수계의 용존산소의 농도가 전체적으로 증가된 경향을 보였다.
생물학적산소요구량은 평균 1.4±0.5 mg L-1로 매우좋음 (Ia)과 좋음 (Ib) 사이의 값을 보이고 있었는데 계절에 따른 차이를 보이지는 않았다. 반면 상류에 위치한 정점 St. 1~4 에서는 평균 1.2±0.5 mg L-1로 매우좋음 (Ia) 등급에 가까운 농도를 보였지만 중류인 정점 St. 5~7에서는 평균 1.5± 0.3 mg L-1, 가장 하류에 위치한 정점 St. 8에서는 2.2±0.3 mg L-1로 수질등급이 약간좋음 (II)의 등급까지 낮아지는 경향을 보였다. Kwon et al. (2006)의 2004~2005년 동안의 연구에서 정점별 평균 생물학적산소요구량과 비교하면 하류정점에서 2.6~3.4 mg L-1로 약간좋음 (II)~좋음 (III)의 상태를 보여 본 연구에 비해 수질이 좋지 않은 것으로 보고되었다. Suh et al. (2007)의 연구에서는 생물학적산소요구량이 여름철에 15.6 mg L-1까지 증가한다고 하였지만 본 연구에서의 최대값은 3.6 mg L-1로 최근의 한강의 오염도가 많이 낮아진 것으로 판단된다. 특히 Suh et al. (2007)의 연구에서는 보광지역에서 중랑천에서 유입되는 수질의 영향으로 생물학적산소요구량이 평균 5.3 mg L-1로 가장 높은 농도를 보인다고 하였지만 본 연구에서 보광지역 (St. 4)은 평균 1.6±0.8 mg L-1로 수질이 크게 개선된 것으로 나타났다. Jung et al. (2004)과 Yoo (2002)의 연구에서는 한강 상류지역에 비해 하류에 있는 정점들로 이동할수록 생물학적산소요구량이 증가하는 경향을 보였는데, 본 연구의 생물학적산소요구량의 변동과 유사한 특성을 보였다.
화학적산소요구량은 평균 4.4±0.7 mg L-1로 좋음 (Ib)과 약간좋음 (II) 사이의 값을 보이고 있었는데 계절에 따른 차이를 보이지는 않았으며, 상류 정점 St. 1~4에서 평균 4.0±0.7 mg L-1로 좋음 등급을 보였으나, 중류 정점 St. 5~7에서는 평균 4.7±0.5 mg L-1로 좋음 등급, 하류 정점 St. 8에서는 5.0±0.3 mg L-1로 약간좋음 (II)의 등급까지 수질등급이 낮아지는 경향을 보였다. Kwon et al. (2006) 연구에서 정점별 평균 화학적산소요구량과 비교하면 하류 정점에서 5.7~7.4 mg L-1를 보여 본 연구의 하류 정점 화학적산소요구량이 상대적으로 낮은 농도를 보이며 수질이 개선된 경향을 보였으며, Jung et al. (2004)의 연구에서 화학적산소요구량의 농도가 하류로 이동할수록 증가하는 경향을 보여 본 연구에서의 변동과 유사한 경향을 나타냈다.
총인은 평균 0.060±0.034 mg L-1로 좋음 (Ib)과 약간좋음 (II) 사이의 값을 보였으며, 정점별 변화로는 상류에 위치한 정점 St. 1~4에서는 0.045±0.033 mg L-1, 중류인 정점 St. 5~7에서는 평균 0.072±0.030 mg L-1, 하류 정점 St. 8에서는 0.082±0.030 mg L-1로 약간좋음 (II) 등급을 보였으며, 하류 정점으로 갈수록 총인 농도가 다소 높아지는 경향을 보였고 여름철에도 다른 계절에 비해 농도가 높아지는 특징을 보였다. Lee et al. (2020)의 연구에서 하류 총인 농도가 최대 0.182 mg L-1의 농도를 보여 본 연구의 정점별 총인 농도 변화 경향이 유사하였다. 월별 변화로 Group A (5월, 7월, 8월과 10월)에서 평균 0.077±0.036 mg L-1, Group B (11월과 12월)에서 평균 0.048±0.028 mg L-1로 약간좋음 (II) 등급을 보였으며, Group C (2월과 3월)에서 평균 0.038±0.016 mg L-1로 좋음 (Ib) 등급을 보였다. Jung et al. (2004) 및 Suh et al. (2007)의 연구에서 12월에 각각 1.17 mg L-1, 1.24 mg L-1 값을 보였던 반면 본 연구에서는 평균 0.038 mg L-1로 좋음 (Ib) 등급을 나타내어 수질이 많이 개선된 것으로 나타났다.
부유물질은 평균 7.9±4.5 mg L-1로 하천수 수질환경 기준 중 부유물질 농도 25 mg L-1 이하로 나타나 매우 양호한 수질상태를 보이고 있었다. 상류에 위치한 정점에 비해 하류에 위치한 정점 St. 8에서 평균 13.8±5.9 mg L-1로 부유 물질의 농도가 가장 높은 경향을 보였으며, 수온이 상대적으로 높고 강수량이 많은 Group A (5월, 7월, 8월과 10월)에서 평균 9.8±5.0 mg L-1로 부유물질 농도가 증가하는 경향을 보였다. Kwon et al. (2006)의 연구에서 부유물질 농도가 하류에서 31.8 mg L-1로 나타나 하류로 갈수록 부유 물질 농도가 높게 나타나며, 강수량이 적은 12월에는 각각 3.0 mg L-1로 낮은 것으로 나타나 본 연구와 유사한 변동 특성을 보였다.
4.2. 식물플랑크톤의 분포
본 연구에서 환경정책기본법 시행령의 하천수 수질환경 기준을 근거로 한강수계의 수질상태를 분석한 결과에서는 매우좋음 (Ia)~약간좋음 (II) 등급의 수질상태를 보이며 과거에 비해 한강의 수질이 많이 개선된 경향을 보였다. 특히 이전의 연구에서 나타난 환경요인 중에서 용존산소, 생물학적산소요구량, 화학적산소요구량, 총인, 부유물질 등 대부분의 항목들에서 수질의 상태가 전반적으로 개선된 것으로 나타났다. 이는 한강 전체에 대한 장기간에 걸친 한강유역의 관리를 통해 점오염원과 비점오염원의 한강으로 유입이 차단되고 한강 수변지역의 관리 등으로 흐름의 개선이 이루어지면서 한강의 수질이 개선된 것으로 판단된다.
수생태계에서 식물플랑크톤의 현존량은 물리화학적 환경요인에 따라 크게 변동하는 특성을 가지고 있어, 이들 식물플랑크톤 군집의 변동은 수질의 상태를 파악하는 유용한 지표로 활용할 수 있다 (Watanabe 1962;Harper 1992). 본 연구에서 식물플랑크톤은 8개 정점에서 71종이 출현하였는데 돌말류가 36종, 녹조류가 24종, 남조류가 5종이 출현하였다. 이들의 현존량은 전체 평균 3,560 cells mL-1였고, 돌말류가 2,809 cells mL-1, 남조류가 394 cells mL-1, 녹조류가 212 cells mL-1로 3개 분류군의 합은 전체의 96.0% 를 차지하였다. 정점별 식물플랑크톤의 현존량의 변화를 살펴보면 상류에 위치한 St. 1에서 4,900 cells mL-1로 가장 높은 현존량을 보였고, 중류에 위치한 St. 5에서 2,723 cells mL-1로 가장 적은 현존량을 나타냈다. 월별 변화를 살펴보면 2월에 1,717 cells mL-1로 가장 적었고, 3월에 5,650 cells mL-1로 현존량이 증가하였고 수화 현상발생 기준 5,000 cells mL-1에 근사한 현존량을 보였다 (Horne and Goldman 1994). Suh et al. (2007)의 한강유역의 연구에서는 5개의 정점에서 총 88종이 출현하였으며, 녹조류가 46 종, 돌말류가 31종, 남조류가 6종으로 우점하면서 출현하였다. 본 연구에 비해 출현 종수가 높았던 것은 상대적으로 녹조류의 종수가 높은 경향을 보였기 때문으로 판단되는데, 이는 1년 동안 월별로 1~4회로 본 연구에 비해 조사 횟수가 높았고, 또한 조사정점이 본 연구에 비해 한강의 하 류쪽에 집중되어 상대적으로 녹조류의 종수가 높았던 것으로 판단된다. Kwon et al. (2006)의 연구에서는 식물플랑크톤은 평균 5,140 cells mL-1로 본 연구에 비해 매우 높은 것으로 나타났으며, 강우량이 많은 여름철에는 21,400 cells mL-1로 감소하였다가 겨울철과 봄철이 되면서 각각 8,490 cells mL-1와 5,580 cells mL-1로 증가하는 경향을 보여 식물플랑크톤의 현존량의 변동은 유사한 경향을 보였지만 전체적으로 본 연구에 비해 식물플랑크톤의 현존량이 높은 경향을 보였다. Jung et al. (2003)의 연구에서는 식물플랑크톤의 현존량이 정점 1에서 평균 2,910 cells mL-1, 정점 6에서 평균 9,000 cells mL-1로 하류로 갈수록 높은 현존량을 보였고, 봄철에 10,120 cells mL-1, 겨울철에 7,760 cells mL-1로 높은 현존량을 보여 본 연구의 3월에서 현존량이 많았던 것과 유사하였다. Lee et al. (2020)은 한강에서 총 95종이 출현하였고, 이 중에서 돌말류가 37종, 녹조류가 29종으로 우점하며 본 연구에 비해 녹조류와 남조류의 종수가 높은 특징을 보였다. 이는 본 연구에 비해 수온이 높은 5~9월 사이에 조사 횟수가 많고 수온이 20°C 이상을 보이는 시기가 많아 상대적으로 녹조류와 남조류의 종 수가 높았던 것으로 판단된다. Lee et al. (2020)의 연구에서 정점 1과 2에서 최대 1.4×104 cells mL-1, 정점 3에서 최대 2.9×104 cells mL-1를 보여 본 연구와 유사하게 하류로 갈수록 식물플랑크톤의 현존량이 증가하는 경향을 보였고, 조사기간 동안 3월에 모든 정점에서 가장 높은 밀도를 보이다가 4월에 급격히 감소하여 본 연구와 시공간변동 특성이 유사한 경향을 보였다.
본 연구에서 현존량이 가장 높았던 A. granulata는 부영양화의 지표종으로 알려져 있는데 (Hutchinson 1967;Stoermer et al. 1978), A. granulata는 수온에 큰 영향을 받지는 않지만 일반적으로 늦봄~가을철까지 주로 우점하며 수온이 낮아지면 현존량이 감소하는 것으로 알려져 있다 (Yoo and Lim 1990;Wang et al. 2009). 본 연구에서는 평균 1,616 cells mL-1로 전체 출현 현존량의 45.4%를 차지 하였으며, 하류지역인 St. 7과 St. 8에서는 각각 1,052 cells mL-1와 685 cells mL-1로 적었던 반면 상류인 정점 St. 1에 서는 2,958 cells mL-1로 현존량이 높은 특징을 보였다. 월별 변동을 살펴보면 수온이 가장 낮았던 2월에는 평균 361 cells mL-1로 현존량이 매우 적었던 반면 10월과 11월에는 각각 2,168 cells mL-1와 2,700 cells mL-1로 현존량이 가장 많았다. 한강수계에서 연구한 Lee and Yoon (1996) 의 연구에서도 A. granulata는 주요 우점종으로 높은 현존량을 보였고, Lee and Chang (1997)의 연구에서도 6~10월 사이에 높은 현존량을 보이며 우점하였으며, Kim et al. (1998)의 연구에서는 봄철부터 가을철까지 우점한다고 하여 본 연구와 유사한 경향을 보였다. 다음으로 우점했던 S. hantzschii는 수온이 낮은 겨울철과 봄철에 우점하였다가 여름철이면 현존량이 급격하게 감소하고 가을철이 되면서 현존량이 증가하는 특성을 가지고 있으며 (Kim et al. 2002;Jung et al. 2003;Jeong et al. 2014), 규산염의 농도가 높을 때에 대량 번식하는 것으로 알려져 있다 (Tilman 1977;Sell et al. 1984). S. hantzschii는 본 연구에서 평균 420 cells mL-1 (전체의 11.8%)로 아우점하였는데, 상류에 위치한 St. 1과 St. 2에서는 각각 95 cells mL-1와 161 cells mL-1로 매우 적은 현존량을 보였지만 하류에 위치한 St. 7과 St. 8에서는 각각 877 cells mL-1와 848 cells mL-1로 현존량이 매우 높은 특징을 보였다. 또한 수온이 높았던 7월, 8월과 10월에는 전혀 출현하지 않았지만, 3월에는 2,066 cells mL-1 로 현존량이 매우 높은 특징을 보였다. 한강 하류에서 S. hantzschii의 변화에 대한 연구 (Kwon et al. 2006)에서도 가을철에서 봄철까지 지속적으로 우점하는 특징을 보여 본 연구와 유사한 경향을 보였고, S. hantzschii가 대량 번식 할 때에 규산염의 농도가 감소하여 돌말류의 성장에 규산염이 큰 영향을 미친다고 하였다. 본 연구와 유사한 지역인 한강 하류에서 연구한 Jung et al. (2003)은 S. hantzschii가 한강에서 겨울철에 지속적으로 대발생을 일으키는 종이라고 하였고, Lee et al. (2020)도 S. hantzschii는 3월에 가장 높은 현존량을 보이다가 8월까지는 감소한 뒤에 9월 이후부터 현존량이 증가한다고 하였다. 또한 Reynolds (1984) 는 S. hantzschii는 담수생태계에서 유기물의 양이 많은 지역에서 대량 번식하는 오염지표종이라고 하였는데, 본 연구에서도 S. hantzschii는 수온이 낮은 시기에 총질소와 총인의 농도가 높은 하류에 위치한 정점들에서 높은 현존량을 보여 한강에서 겨울철의 유기물오염 지표종으로 판단된다. A. formosa는 평균 223 cells mL-1 (전체의 6.3%)로 우점하였던 종으로 S. hantzschii와 유사하게 7월과 11월에는 각각 63 cells mL-1와 71 cells mL-1로 현존량이 매우 낮았지만 2월과 3월에는 각각 399 cells mL-1와 454 cells mL-1로 증가하며 수온이 낮은 시기에 대량 번식하는 특징을 보였다. Kwon et al. (2006)의 한강유역의 연구에서도 3~5월 사이에 전체 현존량의 37.9%를 차지하며 우점하였고, Suh et al. (2007)은 1~6월에 우점한다고 하여 본 연구와 유사한 경향을 보였다. 반면 F. crotonensis는 평균 221 cells mL-1 (전체의 6.2%)로 우점하였지만, 2월과 3월에는 각각 22 cells mL-1와 61 cells mL-1로 현존량이 적었던 반면, 5월과 7월에 각각 342 cells mL-1와 452 cells mL-1로 현존량이 증가하는 경향을 보여 상대적으로 수온이 높은 시기에 대발생하는 것으로 나타났다. Yu et al. (2014)의 낙동강 식물플랑크톤 군집 연구에서 F. crotonensis는 수온이 높았던 2011년 6월과 2013년 5월에 전체의 24.0%, 39.3%를 차지하여 우점한다고 하였고, Byun et al. (2015)은 북한강 수계에서 수온이 높았던 5~8월 사이에 우점한다고 하여 본 연구와 유사한 경향을 보였다.
4.3. 식물플랑크톤의 공간적 특성
한강수계에서 출현하는 식물플랑크톤의 공간적 특성을 분석하기 위하여 정점별로 출현하는 식물플랑크톤의 정점별 유사성을 분석한 결과에서 각각의 정점들은 가장 상류에 위치한 정점들이 Group A (St. 1~4)로 분리되었고, 중류에 위치한 정점들은 Group B (St. 5~7), 가장 하류에 위치한 정점은 Group C (St. 8)로 크게 3개의 구간으로 구분되었다. 본 연구의 한강수계에서 가장 상류에 위치한 Group A의 구간은 팔당호 하류로부터 한남대교까지의 구간으로 왕숙천, 탄천, 중랑천이 합류하는 특징을 가지고 있다. 중류에 해당하는 Group B의 구간은 동작대교부터 가양대교까지의 구간으로 안양천, 홍재천이 합류하며, 가장 하류에 위치한 Group C 구간은 행주대교부터 김포대교로 신곡 수중보가 있어 한강이 서해로 월류하는 특징을 가지고 있다. 군집분석 결과 분리된 구간별로 환경요인의 차이를 분석한 결과에서 상류구간에서 하류구간으로 갈수록 환경 요인 중 화학적산소요구량과 총인은 상류의 지역에서만 낮은 농도를 보이며 차이를 보였지만, 생물학적산소요구량, 엽록소-a, 총질소와 부유물질의 농도는 상류에서 중류를 거쳐 하류로 갈수록 지속적으로 농도가 증가하며 수질의 상태가 나빠지는 경향을 보였다. 환경요인의 차이에 따라 상류구간인 Group A에서는 A. granulata, A. formosa, F. crotonensis 등이 우점하였고, 중류구간인 Group B에서 우점했던 종은 A. granulata, A. formosa, F. crotonensis, S. hantzschii, 하류구간인 Group C에서 우점했던종은 A. granulata, S. hantzschii였다. A. granulata는 조사구간 전체에 걸쳐 우점하는 특징을 보였고, A. formosa는 상대적으로 수질의 상태가 좋은 상류와 중류에서 우점했던 반면 F. crotonensis와 S. hantzschii는 상대적으로 수질의 상태가 좋지 않은 중류와 하류에서 우점하는 특징을 보였다.
4.4. 식물플랑크톤의 시간적 변화
한강수계에서 출현하는 식물플랑크톤의 시간적 변화에 따른 식물플랑크톤 군집의 유사성을 분석한 결과에서 수온이 가장 높았던 시기가 Group A (5, 7, 8, 10월)로 분리되었고, 수온이 낮아지기 시작하는 시기인 가을철이 Group B (11, 12월)로, 수온이 가장 낮은 겨울철이 Group C (2, 3월)로 구분되었다. 계절의 변화에 따라 환경요인 중에서 수온과 용존산소는 뚜렷한 차이를 보였던 반면, 생물학적산 소요구량, 엽록소-a는 유의한 차이를 보이지 않았다. 또한, 총질소, 총인과 부유물질의 농도는 수온이 높았던 Group A에서 상대적으로 높게 나타으나 가을철과 겨울철 사이에는 유의한 농도의 차이를 보이지 않았다. 식물플랑크톤 중에서 수온이 높았던 Group A에서는 A. granulata가 가장 우점하는 지표종으로 나타났고 다음으로는 F. crotonensis 로 나타났다. 가을철인 Group B에서도 A. granulata가 가장 우점하는 지표종으로 나타나 봄철부터 가을철까지 한강수계에서는 A. granulata가 현존량이 가장 높은 지표 종으로 분석되었다. 또한 가을철에는 Phormidium tenue 와 S. hantzschii도 우점하는 것으로 나타났고, 수온이 가장 낮은 Group C에서는 S. hantzschii가 가장 우점하는 것으로 나타나 가을철부터 봄철까지 한강수계의 지표종은 S. hantzschii로 판단된다.
적 요
본 연구에서는 팔당댐 하류로부터 서울을 관통하는 한강수계에서 8개의 정점에서 2021년에는 5월, 7월, 8월, 10월, 11월과 12월, 2022년에는 2월과 3월에 각 1회씩 총 8회에 걸쳐 식물플랑크톤 군집에 대한 조사를 실시하였다. 한강수계에서는 식물플랑크톤이 총 71종이 출현하였는데, 돌말류는 36종, 녹조류 24종, 남조류 5종, 와편모조류 3종, 은편모조류 2종, 황조류 1종이었다. 식물플랑크톤의 평균 현존량은 3,560 cells mL-1였으며, 돌말류는 2,809 cells mL-1 (78.9%)로 가장 우점하였고 남조류 394 cells mL-1 (11.1%), 녹조류 212 cells mL-1 (6.0%)의 순으로 이 3개의 분류군의 합은 96.0%로 최우점하였다. 식물플랑크톤 중에서 현존량에서 가장 우점하였던 종은 돌말류인 Aulacoseira granulata로 평균 1,616 cells mL-1 (45.4%)가 출현하였으며, 다음으로 Stephanodiscus hantzschii가 420 cells mL-1 (11.8%), Asterionella formosa가 223 cells mL-1 (6.3%), Fragilaria crotonensis가 221 cells mL-1 (6.2%), 남조류인 Phormidium tenue가 383 cells mL-1 (10.8%)의 순으로 우점하였다.
한강수계에 서식하는 식물플랑크톤의 공간분포 특성을 분석한 결과 가장 상류에 위치한 Group A (St. 1~4), 중류에 위치한 Group B (St. 5~7), 가장 하류에 위치한 Group C (St. 8)로 구분되었다. 또한 계절적 변화에 따른 유사성을 분석한 결과에서 수온이 상대적으로 높은 봄철과 여름철인 Group A (5, 7, 8, 10월), 가을철인 Group B (11, 12월), 겨울철인 Group C (2, 3월)로 구분되었다. 한강의 상류와 중류 구간에서는 A. granulata, A. formosa, F. crotonensis 가 우점하였고 하류로 갈수록 오염지표종인 S. hantzschii 가 우점하였다. 계절의 변화에 가장 큰 영향을 미치는 환경 요인은 수온과 용존산소로 비교적 수온이 높은 시기에는 A. granulata와 F. crotonensis가 우점하고 가을철에는 A. granulata, P. tenue와 S. hantzschii가 우점하는 것으로 나타나 A. granulata는 한강수계에서 봄철부터 가을철까지 현존량이 가장 높은 지표종으로 분석되었다. 반면 수온이 가장 낮은 겨울철에는 S. hantzschii가 가장 우점한 것으로 나타나 가을철부터 봄철까지 S. hantzschii가 한강수계에서 현존량이 높은 지표종으로 분석되었다.