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서 론

 플랑크톤은 수생생태계의 중요한 구성원으로 1차 및 2차 생산자로서 먹이연쇄의 기반을 형성하여 생태계 내 에너지 순환에서 매우 중요한 역할을 한다. 플랑크톤 군집의 생체량과 종조성은 생태계 내 경쟁과 포식과 같은 생물학적 상호작용 외에도 서식처의 다양한 물리, 화학적 요인에 의한 영향을 반영한다(Lee et al. 2000; Kim et al. 2005; Jeppesen et al. 2011). 특히 유수생태계에 존재하는 하천플랑크톤 (potamoplankton) 군집의 경우 유량 및 유속과 같은 수문학적 요인이 중요한 환경인자로 작용하며 이러한 물리적 수문 요인의 영향은 체류시간이 짧은 국내의 주요 하천형 호수에서도 나타나는 현상이다(Ha et al. 2002; You et al. 2012).

 국내 하천 생태계에서 발생하는 주요 인위적 환경변화 요인이라 할 수 있는 댐과 보의 건설은 일정 구간의 유수생태계를 정수생태계로 변화시킴으로써 하천 생태계의 단절을 유도하여 이에 따른 생물상의 변화를 유도하고, 정수생태계의 발달로 인한 일차생산의 증가는 하천 생태계 먹이망의 구조와 기능을 크게 변화시키는 요인이 된다(Chang et al. 2008; Doi et al. 2008). 특히, 댐 상류로부터 유입되는 영양염류에 의한 정체구간의 부영양화는 일차생산의 양적, 질적 변화를 초래하여 댐 상류와 하류 지역의 수질에도 영향을 미친다(Lee et al. 2008).

 낙동강은 길이 525 km, 유역면적 23,384 km²에 이르는 국내에서 가장 긴 강으로 32개 시, 군을 통과하며 이들 도시들의 상수원 및 농, 공업용수로 이용되고 있다. 낙동강에는 4대강 사업으로 인해 총 8개의 보가 본류에 건설되었다. 이러한 보 건설은 하천 생태계의 유수생태계와 정수생태계로의 단절을 유도하고 본류 전체의 유량변화를 발생시켜 플랑크톤 군집의 구조와 기능에 큰 변화를 가져오리라 예상된다.

 본 연구에서는 보 건설로 인한 향후 낙동강 플랑크톤의 군집 변화를 파악하기 위한 기초자료를 축적하고, 낙동강 보 구간의 수질 항목과 플랑크톤 군집과의 상관관계를 분석하기 위해 낙동강 8개 보 구간(상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보)에서 식물플랑크톤과 동물플랑크톤을 채집하여 군집 분석을 실시하였고, 기초 수질을 측정, 이들의 상관관계를 분석하였다. 특히, 보 건설로 인한 낙동강 본류의 물리적 환경변화가 플랑크톤 군집에 미치는 영향을 파악하고자 기초수질환경은 유사하나 유량이 서로 다른 시기에 조사를 실시하였다.

재료 및 방법

 분석을 위한 시료채취는 9월 26일에서 27일, 10월 17일에서 18일 총 2회에 걸쳐 전 보를 대상으로 실시하였다. 동식물 플랑크톤 시료와 수질측정을 위한 하천 원수는 각 보의 상류에 위치한 관리용 선착장에서 채취하였다. 식물플랑크톤은 원수 250 mL을 채취하여 루골용액으로 고정한 후 침전, 농축 과정을 거친 후 현미경 하에서 동정 계수하였다. 동물플랑크톤의 경우 채취된 원수 10리터를 플랑크톤 네트 (망목 크기 60 μm)로 여과하여 포르말린으로 고정하였다. 고정된 시료는 침전 농축을 거쳐 현미경하에서 동정 계수하였다.

 기초수질 항목 중 수온, pH, 용존산소농도와 전기전도도는 현장에서 YSI Professional Plus (YSI, Ohio, USA)를 이용하여 측정하였고, 화학적산소요구량 (COD) 총질소 (TN) 및 총인(TP) 농도와 클로로필 (Chl. a)농도는 수질오염 공정시험법에 의거하여 분석하였다. 각 보의 유량자료는 수자원공사에서 제공하는 실시간 댐/보별 자료 제공 서비스를 이용하여 조사 당일부터 일주일 이전의 평균 총방류량의 평균값을 사용하였다.

 동식물플랑크톤 군집조성과 수질과의 상관관계 분석을 위한 CCA분석 (Canonical Correspondaence Analysis)은 CANOCO(CANOnical Community Ordination) 프로그램 (version 4.5; ter Braak and ˇSmilauer 2002)을 사용하였다. 수질 항목 중 플랑크톤군집에 영향을 미칠 수 있는 항목으로 수온, COD, TN, TP, TN/TP, 총방류량, 클로로필 농도(동물플랑크톤군집 분석) 및 수온, COD, TN, TP, TN/TP, 총방류량, 동물플랑크톤 개체군 밀도 (식물플랑크톤 군집 분석)를 각각 선별하여 분석하였다. 플랑크톤 종조성의 분포와 각 환경변수의 상관관계의 유의성은 Generalized Linear Models (GLM) 을 이용하여 평가하였다(ter Braak and ˇSmilauer 2002). 결과에는 CCA 분석에서 제1축과 제2축에 대한 지점별 플랑크톤 군집의 공간분포를 나타내고, 유의한 상관관계를 가지는 것으로 분석된 환경요인의 양적 분포를 함께 제시하였다. 플랑크톤 개체수와 환경요인 측정치는 정규분포 가정을 만족하기 위해 각각 로그(log (X+1)), 제곱근으로 변환하였다.

결과 및 고찰

 9월과 10월 2회에 걸쳐 조사된 수질항목에서 시기 별로 모든 지점에서 뚜렷한 차이를 나타낸 항목은 수온과 유량을 나타내는 총방류량이었다 (Table 1). 수온의 경우 9월 조사에서 평균 25.1 (±0.42)℃인 반면 10월 조사지점 평균 수온은 20.1 (±0.79)℃로 5℃의 차이를 나타내었다. 유량의 경우 9월 평균 102.9 (±27.1)m³ sec^-1, 10월 평균 206.7 (±104.5)m³ sec^-1로 모든 보 구간에서 10월에 높은 유량을 나타내었다.

Table 1. Summary of measured water quality parameters and dominant and subdominant phytoplankton species

 각 보 구간의 식물플랑크톤 군집의 조성은 대체로 규조강이 우점하였으나 시기별, 지점별로 상이한 종조성을 나타냈다(Fig. 1). 9월의 경우 가장 하류에 위치한 함안보에서 가장 높은 식물플랑크톤 생체량을 나타내었고 Microcystis속과 Oscilatoria속의 남조세균이 우점하였다. 반면, 구미보에서 가장 낮은 식물플랑크톤 생체량을 보였다. 함안보 외 상류의 상주보, 낙단보와 구미보에서 남조세균이 우점 또는 아우점종으로 나타났다 (Table 1). 10월의 경우 9월과 달리 가장 상류에 위치한 상주보에서 가장 높은 식물플랑크톤 생체량을 보였고 우점종은 규조강인 Stephanodiscus속으로 나타났다. 10월의 경우 대부분의 보 구간에서 사상체 규조류인 Auracoseira ambigua가 우점종으로 조사되었다.

Fig. 1. Compositions and abundances of phytoplankon and zooplankton community in 8 weir sites during September and October.

 동물플랑크톤의 경우 모든 지점에서 윤충류가 우점하였으며, 특히 Polyarthra속과 Keratella속을 포함한 소형윤충류가 모든 지점에서 높은 개체군 밀도를 이루고 있었다 (Appendix 1). 지각류의 경우 하천에서 우점하는 Bosmina속의 소형 지각류가 우점하였고, 유량이 낮았던 9월에 상대적으로 높은 개체군 밀도를 보인 반면 유량이 높았던 10월의 경우 매우 낮은 출현 빈도를 나타냈다(Fig. 1).

 윤충류의 우점종의 경우 지점에 따라 다른 것으로 나타났고, 조사 시기에 따라서도 상이한 것으로 나타났다. 9월의 경우 상주보와 구미보를 제외하고 Keratell속이 우점하는 경향을 보였고, 상주보와 구미보에서는 각각 Ascomorpha속과 Polyarthra속이 높은 개체군 밀도를 보였다. 10월의 경우 9월과 달리 대부분의 지점에서 Ascomorpha속이 우점하는 경향을 보였고, 고령보에서는 Polyathra속이 우점하였다 (Fig. 2). 지각류 및 요각류의 경우도 지점과 조사 시기에 따라 우점종이 서로 다른 것으로 나타났다. 9월의 경우 상주보에서는 지각류 및 요각류가 출현하지 않았고, 구미보와 칠곡보에서는 Bosmina속이 우점하였다. 고령보와 달성보에서는 Ceriodaphnia속이 출현하였지만 개체군 밀도는 높지 않았다. 10월에는 대부분의 지점에서 요각류가 높은 개체군 밀도를 보였고, 구미보와 칠곡보에서는 각각 Diaphanosoma속과 Bosmina속이 우점하는 것으로 나타났다(Fig. 3).

Fig. 2. Relative abundances of major rotifer species in 8 weir sites during September and October.

Fig. 3. Relative abundances of major crustacean species in 8 weir sites during September and October.

 환경요인과의 상관관계를 나타내는 CCA 분석결과, 식물플랑크톤 종조성의 분포는 제1축과 제2축에 의해 57.1 %가 설명되었으며, 종조성에 미치는 가장 큰 환경요인은 유량으로 나타났다(Fig. 4). 유량 외 총질소 농도와 총인농도 역시 보 구간의 식물플랑크톤 종조성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 보 구간에 있어 유량의 변화는 전체 식물플랑크톤 생체량(chl. a 농도)과도 유의한 상관관계를 나타내 (correlation coefficient, 0.657; p⁄0.01), 영양염류 농도와 함께 낙동강 식물플랑크톤 군집의 종조성과 생체량에 영향을 미치는 주요 요인으로 사료된다. 반면, 일반적으로 남조세균의 경우 정체구간에서 증가하는 경향을 나타내는 것으로 알려져 있으나, 본 조사 기간 중 9월 가장 하류에 위치한 함안보에서 남조세균이 우점하였으나, 타 보 구간에서 유량과 남조세균 Microcystis속 및 Oscillatoria속과의 뚜렷한 상관관계는 나타나지 않았다. 동물플랑크톤의 경우 종조성의 분포는 제1축과 제2축에 의해 61.1%가 설명되었으며, 종조성에 미치는 가장 큰 환경요인은 식물플랑크톤 생체량 (클로로필 농도)인 것으로 나타났다. 식물플랑크톤과는 달리 유량에 의한 영향은 적은 것으로 나타났고 수질항목 중 COD, 총질소 농도와 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 또한 동물플랑크톤 군집의 경우 유량이 낮았던 9월에는 구미보, 칠곡보에서는 지각류가 우점하는 등 지점별 군집조성이 상이하게 나타났으나, 유량이 높았던 10월에는 모든 지점에서 윤충류가 우점하는 경향을 나타냈다. 식물플랑크톤과 동물플랑크톤 모두 수온차가 존재하는 시기에 채집하였고 종조성도 9월과 10월 CCA 분석에서 차이를 나타내었지만, 종조성에 영향을 미치는 요인으로써 수온의 영향은 크지 않은 것으로 분석되었다.

Fig. 4. Canonical Correspondence Analysis (CCA) ordination diagrams of weir section stations in relation to environmental variables for phytoplankton and zooplankton abundance data sampled from September (open circles) and October (filled circles). Bubble plots are indicating the standardized abundance of environmental variables that estimated as fitted Generalized Linear Model (GLM) with the significance of p⁄0.05.

 하천의 댐으로 인한 직접적인 영향 외에 영양염류의 유입 등에 의해 크게 영향을 받는 식물플랑크톤 군집과는 달리(Shin et al. 2002; Jeon et al. 2012), 증식을 위해 일정시간 이상의 체류시간을 필요로 하는 동물플랑크톤의 경우, 하류로 갈수록 체류시간의 증가로 인해 생체량이 증가하는 경향을 나타낸다. 이러한 경향은 하구둑에 의해 흐름이 조절되는 낙동강에서 특히 두드러지게 나타나는 것으로 알려져 있다 (Kim and Joo 2000). 반면 본 연구에서는 이와 같은 뚜렷한 이송 (advection)에 의한 하류에서의 생체량 증가 현상보다는 구미보, 칠곡보와 같은 중류에서의 국지적인 동물플랑크톤 생체량 증가현상이 관찰되어, 보 건설로 인한 물리적 환경의 이질성이 낙동강 동물플랑크톤 군집의 공간분포에 변화를 가져올 가능성이 제시되었다. 특히, 보 구간의 동물플랑크톤 종조성은 유량보다 식물플랑크톤의 생체량 및 수질에 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타나, 저수지화 성향이 강하게 나타나고 있는 것으로 판단된다.

 본 연구는 제한된 연구기간 중 유량과 기초수질항목만을 고려하여 플랑크톤 군집조성과의 상관성을 분석하였기 때문에 연구결과의 해석에 제한이 따르지만, 낙동강 보 건설 이후 플랑크톤 군집에 대한 기초정보를 제공하고, 지속적인 모니터링과 관련한 주요 환경요인에 대한 기초적인 단서를 제공해 주리라 생각된다. 향후 보건설로 인한 수생생태계의 구조와 기능 변화에 대한 자세한 평가를 위해서는 유속, 체류시간과 같은 서식처의 물리적 환경과 함께 수질 및 생물학적 상호작용의 영향 등에 관한 연구가 종합적으로 반영되어야 할 것으로 생각된다.

사 사

 본 연구는 한국과학기술연구원 Open Research Program(2E24280)에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.