서 론

안동호와 임하호는 상류에 위치한 축산분뇨 및 생활오수, 농업폐수 등 각종 점오염원 및 비점오염원이 증가하여 최근 수질오염에 대한 위험성이 점차 증대되고 있는 실정이다. 특 히 축산분뇨 및 농업폐수는 질소 및 인 등 각종 영양염류를 다량 함유하고 있어, 각 오염원의 하류에 위치한 안동호 및 임하호의 부영양화가 심각화 될 수 있다 (Kim et al. 2008). 이와 같은 요인에 의한 안동호 및 임하호의 부영양화는 낙 동강 최상류에 위치한 지리적 요건에 의해 낙동강 전체 유 역의 수질에 직접적 영향을 미칠 수 있으며, 어류와 저서성 대형무척추동물 등 수생태계에 심각한 교란을 초래할 수 있 다.

수생태계의 주요 구성원인 저서성 대형무척추동물은 어 류 및 동식물플랑크톤의 먹이사슬 연결에 중요한 중간자적 역할을 하는 분류군으로, 물리·화학적 서식처 교란에 매우 민감하게 반응하기 때문에 중요한 생물학적 지표로 이용된 다 (Hynes 1963; Kehde and Wilhm 1972). 저서성 대형무척 추동물을 이용한 생물학적 수질평가는 이화학적 평가 방법 에 비해 수환경에 대하여 교란된 환경의 상태와 과거 수환 경 변화 이력을 파악하기에 용이하며, 수질뿐만 아니라 물리 적 서식처 특성 또한 종합적으로 반영하고 장기적인 영향을 파악할 수 있는 이점이 있어 국내외적으로 많은 연구자에 의해 지속적인 연구가 진행되고 있다 (Edmunds et al. 1976; Forsyth 1978; Bass 1992; Nalepa et al. 1998; Nalepa et al. 2000; Weatherhead and James 2001; Morene and Callisto 2006; Baugartner et al. 2008). 이와 같은 안동·임하호 수질 관리의 중요성 및 각종 오염원의 증가, 이와 관련한 저서성 대형무척추동물 연계 연구에 대한 중요성에도 불구하고, 현 재까지 안동·임하호 유입지천의 각종 오염원 현황에 따른 생물학적 수질 평가에 대한 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 안동시의 주요 관심사항으로 대두된 안동· 임하호 유입 지천에 대한 이화학적 및 생물학적 수질평가를 실시하여, 향후 안동시의 안동호와 임하호 상류의 주요 점· 비점오염원 관리 및 효과적인 수환경 관리방안 수립에 중요 한 기초 정보를 제공하고자 한다.

재료 및 방 법

1.조사지점 및 조사시기

조사지점은 안동시에 위치하는 안동호 (AD1∼AD4) 및 임 하호 (IH1∼IH4)의 유입 지천 내 각각 4개 지점씩을 선정하 였다. 강우 및 장마의 영향을 고려하여 2015년 지점별 (AD1, AD2, IH1, IH2) 4회 (5월, 6월, 7월, 9월), 2016년 지점별 (AD3, AD4, IH3, IH4) 4회 (5월, 6월, 8월, 9월), 총 8회에 걸 쳐 조사를 실시하였다 (Fig. 1).

2.현장조사 및 분석

1)채집방법

채집은 정량적인 방법과 정성적인 방법을 병행하여 실시 하였다. 정량적인 방법은 유수역 (riffle)에서 surber sampler (30 cm×30 cm, mesh 1 mm)로 하상의 구조와 유속 등을 고 려하여 3회씩 채집을 하였으며, 정성적인 방법은 주로 Hand net과 핀셋을 이용하여 수변부의 돌이나 수초에 부착하는 서식형과 저질이나 부유물 등 퇴적층에 서식하는 저서성 대 형무척추동물의 습성에 유의하여 채집을 실시하였다. 채집 된 표본은 현장에서 94% Ethyl alcohol에 고정 후 실험실로 운반하였다.

2)동정 및 분류

채집된 종의 동정에는 Yoon (1995), Won et al. (2005), Kwon et al. (1993), Song (1995), Jung (2011) 등을 참고하였 으며, 동정된 표본은 안동대학교 생명과학과 동물분류학연 구실에 액침보관 하였다.

3.자료분석

1)군집분석

군집분석은 조사구간별로 정량적으로 채집된 자료로부 터 출현한 분류군의 수를 비교하여 출현개체수 및 우점종을 분석하였다. 모든 개체수는 지점별 단위면적당 개체수 (ind. m^-2)를 산출하여 분석하였다. 우점도지수 (DI, Dominance Index)는 McNaughton (1967), 다양도지수 (H′, Diversity Index)는 Shannon and Weaver (1949), 균등도지수 (E′, Evenness Index)는 Pielou (1975), 풍부도지수 (RI, Richness Index)는 Margalef (1958)의 방법으로 산출하였다.

2)기능군분석

저서성 대형무척추동물 출현종을 기준으로 조사구간별 섭 식기능군 (FFGs, Functional Feeding Groups) 및 서식기능군 (FHGs, Functional Habitat Groups)을 분석하였다 (Ro and Chun 2004; Merritt and Cummins 2008).

3)군집안정성

하천생태계의 안정성은 생물군집의 동적평형을 통하여 유 지되며, 이는 항상성 기작과 밀접한 연관성을 지니고 있다. 이러한 일련의 기작은 계량화가 가능한 군집의 저항력과 회 복력으로 설명될 수 있다. 군집안정성 분석은 한국산 수서곤 충류를 총 34개의 수서곤충 분류군들 간의 상대적인 저항력 과 회복력을 각각 10개 등급으로 정리한 자료 (Ro and chun 2004)를 바탕으로 실시하였다.

4)생물학적 수질평가

환경질의 평가와 생태환경 관리기준의 판정은 전국자연 환경조사지침 (Ministry of Environment 2006)에서 제안한 ESB지수를 적용하였다.

5)이화학적 수질분석

이화학적 수질은 수질오염공정시험기준 (Ministry of Environment 2013)에 준하여 분석하였다.

6)상관관계 분석

본 실험의 결과는 SPSS 통계프로그램 (Ver. 18.0)을 사용하 여 검사항목의 평균값 (M)과 표준편차 (S.D.)를 산출하였고, 저서성 대형무척추동물 군집과 이화학적 수질의 상관관계를 알아보기 위해 상관관계를 분석하였다. 상관분석은 Pearson’s rank의 방식을 따라 상관계수 (R)를 산정하고, p값으로 유의 수준을 조사하여 상관관계의 적합도를 분석하였다.

결과 및 고 찰

1.저서성 대형무척추동물 군집구조 분석

조사기간 동안 안동호 및 임하호에서 저서성 대형무척추 동물은 총 5문 8강 18목 65과 142종 98,952.1개체가 출현하 였다. 출현분류군 중 편형동물문과 유선형동물문은 각각 1 종 (0.7%)이 출현하였고, 환형동물문 7종 (5.0%), 연체동물 문 11종 (7.8%), 절지동물문 122종 (86.5%)이 조사되어, 곤충 강이 포함되는 절지동물문에서 가장 많은 종수 및 개체수를 나타내었다. 하천생태계는 일반적으로 계곡천보다는 평지천 에서 더욱 다양하고 많은 종이 서식하는 것으로 알려져 있 는데 (Strayer 1983; Bronmark et al. 1984), 본 조사지점인 안 동호와 임하호는 하상구조 및 종풍부성으로 인하여, 계곡천 과 평지천의 두 가지 특성을 모두 가지고 있는 것으로 판단 된다.

안동호의 저서성 대형무척추동물은 총 4문 6강 15목 55 과 114종 59,913.7개체, 임하호는 5문 7강 17목 57과 112종 39,038.4개체로, 안동호 주변의 점 및 비점오염원의 영향으 로 다량의 유기물이 유입되어 깔따구류 (Chironomidae spp.) 와 같은 특정 종의 개체수가 증가하여 안동호에서 더욱 많 은 개체수가 확인되었다 (Fig. 2).

EPT 분류군에 속하는 하루살이목 (Ephemeroptera), 강도 래목 (Plecoptera), 날도래목 (Trichoptera)은 오염에 비교적 민감하게 반응하기 때문에 청정한 하천에서 출현도가 높으 며, 이들 종의 출현은 그 지역의 환경상태를 반영할 수 있다 (Lenat, 1988). 일반적으로 EPT 분류군이 차지하는 비율이 높을수록 수환경이 양호한 것으로 보고되어 있다 (Davis et al. 2003; Peitz 2003; Sin et al. 2008). 안동호의 EPT 분류군 은 45종 (39.5%)으로 임하호의 48종 (42.9%)보다 낮게 나타 났으나, 유의할만한 차이는 보이지 않았다 (Figs. 3, 4).

안동호 및 임하호의 우점종과 아우점종을 분석한 결과 AD2의 꼬마줄날도래 (Cheumatopsyche brevilineata)와 IH1 의 먹파리류 (Simulium sp.)를 제외한 모든 구간에서 깔따구 류 (Chironomidae spp.)가 우점종으로 분석되었으며, 구간별 아우점종으로는 AD2는 여울벌레류 (Elmidae sp.), AD4는 범 꼬리하루살이 (Serratella setigera), IH2는 먹파리류 (Simulium sp.), IH4는 개똥하루살이 (Baetis fuscatus)로 분석되었 고 이를 제외한 구간에서는 깔따구류가 아우점종으로 분석 되었다. 지점별 평균 우점도지수는 0.47 (AD2, IH2)∼0.69 (AD4), 다양도지수는 2.28 (AD1)∼4.46 (IH1), 종풍부도지수 는 3.02 (AD1)∼4.46 (IH1), 균등도지수는 0.45 (AD4)∼0.66 (IH2)를 나타냈다 (Table 1). 군집지수의 분석 결과 AD2와 IH2는 우점도가 낮고 다양도, 풍부도, 균등도가 높게 나타나 상대적으로 안정적인 군집구조를 유지하는 것으로 분석되었 다. 이는 다른 구간에 비해 화학적 또는 물리적인 서식처교 란의 영향이 적기 때문인 것으로 판단된다.

2.기능군 분석

하천생태계에서 수서곤충의 섭식기능군 및 서식기능군의 분포 변화는 하천 유역에서 나타나는 서식처의 환경적 요 인 및 먹이자원의 특성을 반영하고 있다 (Kil et al. 2010). 안 동호와 임하호에서 출현한 수서곤충을 대상으로 섭식기능 군 (FFGs) 및 서식기능군 (FHGs)을 분석하였다. 섭식기능군 분석 결과 유기물을 주요 섭식원으로 이용하는 주워먹는무 리 (GC, Gathering Collector)는 대부분의 지점에서 높은 종 수 비율을 차지하였으며, 가장 높은 개체수 비율을 나타냈다 (Fig. 5). 썰어먹는무리 (SH, Shredder)는 나뭇잎이나 나뭇가 지처럼 큰 고형물질 (>1 mm)인 소립유기물 (CPOM: Coares Particulate Organic Matter)을 썰어먹는무리로서, 3차 조사 시 AD1, AD4, IH1에서 종수가 없는 것으로 나타났다. 이 는 많은 강우 등에 의하여 유속이 증가하여 퇴적되어 있던 CPOM이 제거되어 나타난 결과로 사료된다. 안동호와 임하 호의 서식기능군 분석 결과 붙는무리 (CL, Clinger)의 종수 및 개체수 비율이 모든 지점에서 가장 높게 나타났고, 기는 무리 (SP, Sprawler)와 기어오르는무리 (CB, Climbers)의 종 수 및 개체수 비율이 가장 낮게 나타났다 (Fig. 5). 굴파는무 리 (BU, Burrower), SP, CB 개체수 비율은 안동호가 더 높 게 나타났는데, 이는 안동호가 임하호보다 유속이 느리고 단 순한 하상구조를 가지는 구간이 많고, 점오염원이나 비점오 염원에 상대적으로 내성을 갖는 네점하루살이 (Ecdyonurus levis), 꼬마줄날도래 (Cheumatopsyche brevilineata), 깔따구 류 (Chironomidae spp.) 등의 개체수가 높게 나타났기 때문 이다.

3.군집안정성 및 생물학적 수질평가

군집안정성 분석 결과, 두 수계 모두 상대적 저항력과 회 복력이 뛰어난 특성군 I 그룹에 속하는 종들의 출현율이 안 동호 61.3%로 임하호 59.1%로 가장 높게 나타났다. 이는 전 체 조사지점이 공통적으로 갖는 pebble, cobble 및 sand 등 으로 균형 있게 이루어진 하상구조와 이로 인한 다양한 미 소서식처의 영향으로 판단된다. 상대적 저항력과 회복력이 약하고 비교적 수환경이 안정적인 곳에서 서식하는 특성군 III 그룹에 속하는 종들의 출현율은 안동호 15.1%로 임하호 20.5%에 비해 낮게 나타났으며 (Fig. 6), 임하호에 비해 안 동호가 점오염원 및 비점오염원의 영향을 많이 받아 나타난 결과로 판단된다. 여울부를 형성하고 있고, pebble과 cobble 등 하상이 비교적 다양하게 조성되어 있는 안동호와 임하호 는 개별분류군 점수 (Qi)가 높은 종들의 출현율이 높아 평균 ESB 점수가 각각 61점, 70점으로 ‘I’등급의 ‘양호’한 환경상 태로 나타났다 (Fig. 7). 2차 조사시 IH1에서 ESB 108점으로 가장 높은 값을 나타내었고, IH4에서 ESB 28점으로 가장 낮 은 값을 나타내었다. IH4는 점 및 비점오염원, 강우량 부족 으로 인한 건천화 등의 영향으로 2차 및 3차 조사시 ESB 점 수가 각각 28점, 37점으로 ‘II’등급의 ‘다소불량’한 환경상태 를 나타내었으나, 일정수준 이상의 유량이 확보된 1차 및 4 차 조사시에는 ESB 79점, 50점으로 ‘II’등급의 양호, 다소양 호의 환경상태를 나타내었다.

4.이화학적 수질평가

본 조사기간 중 수온은 전 지점에서 15.2℃~28.3℃의 범 위를 보였다. 안동호 수계의 경우, 조사시기별 평균 수온은 18.0℃~23.7℃의 범위로 임하호의 19.5℃~25.8℃에 비해 더 낮은 것으로 나타났다 (Table 2).

전기전도도 (EC, Electric conductivity)는 173~448 μS cm^-1의 범위를 보였으며, 안동호 평균 276.8 μS cm^-1, 임하호 평균 273.2 μS cm^-1로 큰 차이를 나타내지 않은 것으로 나타 났다. AD1, IH2는 조사시기가 진행됨에 따라 전기전도도가 증가하는 경향을 보였는데 이는 축산폐수와 비점오염원 등 에 의한 결과로 사료된다.

용존산소량 (DO, Dissolved Oxygen)은 기온이 가장 낮은 1차 조사 시 용존산소량은 최대치를 나타내었다. 여울이 많 은 환경특성으로 인하여 공기 중의 산소공급이 원활히 잘 일어나고 있는 임하호의 경우, 평균 용존산소량은 10.3 mg L^-1로 안동호의 9.8 mg L^-1에 비해 더 높게 나타났다. 생화 학적 산소요구량 (BOD, Biochemical Oxygen Demand) 분석 결과, 안동호의 평균 생화학적 산소요구량은 2.3 mg L^-1로 임하호의 2.2 mg L^-1와 크게 차이가 나지 않았다. 화학적 산 소요구량 (COD, Chemical Oxygen Demand)은 안동호 평균 3.0 mg L^-1, 임하호 평균 3.5 mg L^-1의 값을 나타내었다.

총 질소 (T-N, Total Nitrogen)와 총 인 (T-P, Total Phosphorus) 은 생태계 유지와 조류증식의 제한요인으로 작용 한다. 본 연구 결과, 총 질소는 1.1 mg L^-1 (‘Ia’등급, AD2)∼ 3.7 mg L^-1 (‘III’ 등급, AD4)의 범위를 보였으며, 총 인은 0.1 mg L^-1 (‘II’ 등급, IH2)∼1.0 mg L^-1 (‘VI’ 등급, AD3)의 범위 를 보였다. 수소이온농도 (pH)는 전 조사지점에서 6.9∼9.3 의 범위를 보였으며, ‘I’∼‘II’의 등급으로 나타나 안동호와 임하호 간의 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 부유물질 (SS, Suspended solids)은 0.3 mg L^-1 (AD1)∼6.5 mg L^-1 (IH4)의 범위를 보였으며, IH1을 제외한 전 조사지점에서 3차 조사 시 부유물질이 증가하고 4차 조사시 감소하는 경향을 나타 냈다.

5.상관관계 분석

조사기간 동안 안동호 및 임하호 각 조사지점에서 확인 된 저서성 대형무척추동물의 종수, 개체수, ESB 및 기능군 별 개체수 등 생물학적 요인과 수온, pH, 전기전도도 등 이 화학적 수질요인과의 상관관계를 파악하기 위해 상관분석 (Pearson’s correlation analysis)을 실시하였다. 전기전도도는 종수, 다양도지수와 음의 상관관계를 나타냈고, BU의 개체 수와 양의 상관관계를 나타냈다. DO는 ESB와 양의 상관관 계를 나타냈고, T-N은 ESB와 다양도지수, SP의 개체수와 음 의 상관관계를 나타냈다. 점오염원 및 비점오염원의 영향을 받은 이화학적 수질요인은 저서성 대형무척추동물의 생물학 적 요인에 부정적인 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

적 요

안동호와 임하호 주요 유입수계의 저서성 대형무척추동물 군집구조 및 군집안정성을 파악하고자, 2015년부터 2016년 까지 총 8회 조사를 실시하였다. 안동호 유입수계는 다양한 미소서식처가 조성되어 있고, 하상구조 또한 상대적으로 임 하호 유입수계보다 다양하게 조성되어 있어 유수성 및 정수 성 환경을 선호하는 분류군이 다수 출현하였다. 안동호는 깔 따구류, 꼬마줄날도래 등 특정 종의 개체수 증가로 인해, 임 하호에 비해 높은 우점도 및 낮은 다양도를 보였으며, 섭식 기능군은 비교적 주워먹는무리의 종수 및 개체수 비율이 가 장 높게 나타났고, 강우 등 환경요인에 의해 썰어먹는무리 의 종수가 및 개체수가 감소한 것으로 나타났다. 서식기능 군은 모든 지점에서 붙는무리의 종수 및 개체수 비율이 높 게 나타났다. 군집안정성 분석 결과 안동호는 상대적 저항력 과 회복력이 뛰어난 특성군 I 그룹에 속하는 종들의 출현율 이 61.3%로 임하호 59.1%보다 높게 나타났고, 상대적 저항 력과 회복력이 약하고 비교적 수환경이 안정적인 곳에서 서 식하는 특성군 III 그룹에 속하는 종들의 출현율은 안동호에 서 15.1%로, 임하호 (20.5%)에 비해 낮게 나타났다. 이화학 적 수질 분석 결과, 수온이 낮을수록 용존산소량은 높게 나 타났고, pH와 전기전도도는 토양수분의 염류이온농도가 높 아져 전반적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 3차 조사시 강 우에 의해 유입된 점 및 비점오염원의 영향으로 BOD와 SS 는 감소, COD, T-P는 일시적으로 증가하는 경향을 보였다.

상관관계 분석 결과 전기전도도 및 T-N이 종수 및 개체수 와 음의 상관관계를 나타내어, 하천 인근 유역의 점오염원과 비점오염원이 저서성 대형무척추동물의 군집과 수질에 부정 적인 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 따라서 수생생물에 직 접적인 영향을 미치는 생활하수와 유기물의 유입을 차단하 는 등 지속적인 관리 및 모니터링이 요구된다.