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1. 서 론
지난 수십 년 동안 과도한 농약과 비료 사용, 무분별한 토지이용 등과 같은 인간활동으로 인해 논생태계의 생물 다양성이 위협받고 있다 (Lockwood 1999;Feng 2002). 논은 다양한 생물들과 무생물이 상호작용하는 습지생태계이며, 농업생태계에서 생물다양성을 유지시켜 주는 중요한 서식공간이다 (Imanishi et al. 2021). 또한 논은 홍수조절, 수질정화, 미기후 조절 등 다양한 생태계 서비스를 제공하고 있다 (Natuhara 2013;Chen et al. 2022). 최근 논 생물다양성 보전에 대해 발표한 연구에 따르면 논생태계의 생물 다양성이 증가하면 작물 생산성도 증가할 뿐만 아니라 해충을 효과적으로 제어하고 생태계 안정성과 지속가능성을 유지하여 다양한 생태계 서비스를 제공할 수 있다고 보고 하였다 (Luo et al. 2014). 이러한 논생태계 생물다양성 보전의 중요성은 나날이 강조되고 있기 때문에 지속가능한 농업 생산을 유도하기 위해서는 친환경 농업의 확대가 필요하다 (Li et al. 2019;Rasheed et al. 2021).
과거에는 벼의 생산성을 높이기 위해 과도하게 화학물질을 사용해 왔으며, 이로 인해 논생태계의 생물다양성 감소, 작물의 안정성 감소, 수질오염 등과 같은 환경문제가 나타나고 있다 (Shin et al. 2022a). 최근에는 안전한 먹거리 생산과 함께 농업생태계 보전을 고려해야 한다는 인식의 변화로 많은 국가와 지역에서 유기농업을 시행하고 있으 며 이러한 벼 재배 방식의 변화는 환경 및 생물다양성 문제를 해결하기 위한 방안으로 고려되고 있다 (Chappell and LaValle 2011;Han et al. 2013;Rasche and Steinhauser 2022). 우리나라 정부에서도 환경농업육성법 (1997), 친환 경농업육성법 (2001), 친환경농어업법 (2021)을 제정 및 개정하여 농업생태계를 보전하면서 안전한 농산물을 생산하기 위한 기반을 마련하였다 (Shin et al. 2021). 소비자들은 경제 성장과 함께 자연환경보전을 고려한 소비 형태의 변화를 가져왔고 (Selfa et al. 2008;Lee and Yang 2021), 농업생태계에서 생물다양성의 의미와 중요성에 대한 인식이 개선되고 있다.
논은 벼 재배를 위해 주기적으로 물 관리를 하고 있으며 계절에 따라 육상생태계와 수생태계가 반복적으로 나타나면서, 많은 생물들에게 중요한 서식지를 제공한다 (Fasola and Ruiz 1996;FAO 2004). 수서생물은 논에서 가장 풍부하고 다양한 생물이다 (Curcó et al. 2001). 그중에서 대형 무척추동물 (macroinvertebrates)은 습지생태계의 먹이사슬 영양단계에서 중요한 역할을 하고 있으며, 논 수질의 지표로도 사용되고 있다 (Monge et al. 2005;Castillo et al. 2006;Rizo-Patrón Viale et al. 2013;Han et al. 2022). 또한 양서류, 조류, 어류의 먹이원으로서 담수생태계 생물다양 성을 유지하는 데 중요한 생태적 지위를 차지한다 (Han et al. 2007;Wood et al. 2010).
왕우렁이 (Pomacea canaliculata)는 남미 아열대 원산지로 국내에서는 주로 친환경 벼 재배를 위해 제초제를 대신하여 생물학적으로 잡초를 방제하기 위해 이용되어 왔고 제초 효과도 상당히 높게 나타났다 (Moon et al. 1997). 논 생태계 보전과 경제적 이점으로 왕우렁이를 이용한 벼 재배 농가는 해마다 증가하고 있으며 (Shin et al. 2021), 왕우렁이 개체군과 서식환경에 대한 지속적인 모니터링이 필요한 시점이다. 따라서 본 연구는 친환경 인증 논을 대상으로 지역별 저서성 대형무척추동물 군집 특성과 왕우렁이 분포에 영향을 미치는 주요 환경요인을 분석하였다. 이를 통해 농업생태계 생물다양성 보전과 가치 평가를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
2. 재료 및 방법
2.1. 연구 대상지와 조사 시기
연구 대상지는 친환경 인증 논 (친환경 논)이 많은 한국 의 남부 지방을 중심으로 4개의 도, 12개의 시군 지역 중에 서 20개 지점을 선정하였다 (Fig. 1). 조사 지점은 선행 연 구 결과를 바탕으로 왕우렁이의 월동 가능성이 높은 지역을 선정하였고 (Shin et al. 2021), 전라북도 (익산, 군산, 순 창), 전라남도 (영암, 해남, 고흥) 그리고 경상북도 (상주, 의 성, 경주), 경상남도 (산청, 김해, 고성) 지역 중 20개 지점을 랜덤으로 선정하여 현장조사를 수행하였다 (Table 1). 조사 시기는 논에 서식하는 수서생물들의 밀도가 높은 시기를 고려하여 2021년 7월과 8월 중에 현장조사를 실시하였다.
2.2. 조사 방법 및 조사 내용
친환경 논의 수질 환경요인을 조사하기 위해 현장에서 휴대용 수질분석기 (Multi-Parameter PCSTestr TM 35; Oakion, Singapore)를 이용하여 pH, WT (Water temperature), EC (Electrical conductivity), TDS (Total dissolved solids), Salinity를 측정하였다. 저서성 대형무척추동물의 채집은 다양한 서식지를 대상으로 방형구 (1×1 m) 조사를 3회 반복하여 수행하였고, 방형구 내에서는 뜰채 (30×30 cm, 망목크기 1 mm)를 이용하여 정량 채집을 하였다. 채집된 샘플들은 현장에서 90% 에틸알코올로 고정하고 실험 실로 운반하여 샘플 골라내기 (Sorting) 작업을 수행한 후 해부현미경 (Leica DE/MZ 7.5; Leica, Germany)을 사용하여 동정하였다 (Yoon 1995;Kawai and Tanida 2005;NAIST 2008;Jung 2011, 2012;Kwon et al. 2013;NIBR 2018;Shin et al. 2022b).
채집한 저서성 대형무척추동물 군집은 20개 조사 지점 에서 생물학적 지수를 산출하였고, 각 지수 중에서 우점도 (Dominance Index, DI)=(n1+n2)/N (N: 총 개체수, n1, n2: 제1, 2우점종의 개체수), 다양도 (Diversity Index, H′)= (S: 전체 종수, Pi: i번째에 속하는 개체수 의 비율 (ni/N)로 계산, N: 군집 내의 전체 개체수, ni: 각 종 의 개체수), 균등도 (Evenness Index, E)=H′/ln(S) (H′: 다 양도, S: 전체 종수), 풍부도 (Richness Index, RI)=(S- 1)/ ln(N) (S: 전체 종수, N: 총 개체수)를 산정하였다.
방형구 조사에서 채집된 왕우렁이는 단위 면적당 개체수 현존율 (Ind. m-2)로 표기하였고, 왕우렁이의 각고와 각장을 측정하여 다음과 같은 크기 등급으로 구분하였다: small (<3.0 cm), medium (3.0~5.0 cm), and large (>5 cm). 왕우렁이 난괴 조사는 난괴가 발견된 곳에서 도보로 10 m 이동하면서 난괴 수를 파악하였고, 지역별 왕우렁 이 분포에 영향을 미치는 주요 환경요인을 파악하기 위해 Canonical Correspondence Analysis (CCA)를 사용하였다 (Ter Braak and Verdonschot 1995).
3. 결과 및 고찰
3.1. 저서성 대형무척추동물 군집 특성
전체 20개 조사 지점에서 채집한 저서성 대형무척추동물 중 우점종은 10종으로 실지렁이 (Limnodrilus gotoi), 꼬마물방개 (Hydroglyphus japonicus), 방물벌레 (Sigara substriata), 왕우렁이 (Pomacea canaliculata), 새뱅이 (Neocaridina denticulata), 깔따구류 (Chironomidae spp.), 아시아실잠자리 (Ischnura asiatica), 왼돌이물달팽이 (Physa acuta), 수정또아리물달팽이 (Hippeutis cantori), 알물방개 (Hyphydrus japonicus)가 나타났고, 아우점종은 13종으로 나타났다 (Table 2). 우점도 지수 (DI)는 고흥 (St. 11) 지점 에서 0.47로 가장 낮게 나타났고, 반면에 산청 (St. 18) 지 점에서 0.95로 가장 높게 나타났으며, 이 지점의 우점종은 깔따구류 (Chironomidae spp.)이다. 본 연구 결과에서 상 주 지점과 익산 지점의 다양도 지수가 가장 높게 나타났다 (Table 3). 이 지점의 우점종은 각각 알물방개 (Hyphydrus japonicus) 33.3%와 꼬마물방개 (Hydroglyphus japonicus) 32.6%로 상대적으로 낮은 우점도를 보였다. 그러나 산청 지점에서는 균등도와 다양도 지수가 가장 낮게 나타났고 이러한 결과는 깔따구류 (Chironomidae spp.)가 약 90% 정도 우점한 결과로 보인다. 일반적으로 국내에서는 담수무 척추동물을 이용한 수질을 평가하고 있으며 깔따구는 수질오염 지표종으로 이용되고 있다 (Kim et al. 2013). 깔따 구가 우점하는 수질은 식수로 사용할 수 없는 4급수의 오염된 수질환경이라는 것을 추측할 수 있다. 선행 연구에 서는 깔따구류가 오염된 수역에서 유기물을 섭식하거나 교란된 하상에서 대발생할 수 있다고 보고하였다 (Jung et al. 2022). 본 연구 결과에서도 산청지점에서 깔따구류 (Chironomidae spp.)가 대발생하여 다양한 저서성 대형무척추동물이 출현하지 못한 것으로 보인다.
친환경 논의 수질 환경요인을 분석한 결과 각 조사 지점 마다 다양한 값의 범위를 보였다 (Table 4). 특히 고흥 지 점의 EC, TDS, Salinity 값이 상대적으로 낮은 값을 보였고 (높은 다양도 지수), 해남, 경주 그리고 영암 지점의 EC, TDS, Salinity 값은 높게 나타났다 (낮은 다양도 지수). 일반적으로 온도가 증가하면 증발이 촉진되어 염도가 증가 하는 경향을 보이며, EC와 염도도 양의 상관관계를 보인 다. 선행 연구에서는 담수 서식지의 수서곤충들은 염도에 제한된 내성 범위를 보이므로 염도의 증가는 다양도 지수 에 부정적인 영향을 주었고 (Muresan et al. 2020), 또한 높은 염도는 하천에 서식하는 대형무척추동물 군집에도 악영향을 주었다 (Metzeling 1993). 그리고 높은 TDS 값은 아마도 교란된 논의 토사로 인하여 대형무척추동물 다양성에 부정적인 영향을 준 것으로 판단된다 (Lubanga et al. 2021).
본 연구 결과에서 친환경 논 20개 지점의 평균 다양도 지수는 1.41이며, 균등도 지수는 0.69이다. 선행 연구에서는 전국 284개 지역의 논에 서식하는 수서무척추동물의 다양도 지수 (1.09)와 균등도 지수 (0.42)를 각각 산출하였고 (Kim et al. 2012), 본 연구 결과보다 낮은 다양도 값을 보였다. 이러한 결과는 관행 논과 친환경 논의 벼 재배 방식에 따른 차이로 보인다. 호주에서는 농약을 사용하지 않은 친환경 논이 관행 논보다 저서성 대형무척추동물의 다 양성이 높게 나타났다 (Wilson et al. 2008). 또한 유기 재 배 논에서는 잡초 방제를 위해 논에서 물 관리를 하기 때문에 물 순환에 따라 서식하는 대형무척추동물의 생존에 영향을 줄 수 있다고 한다 (Suhling et al. 2000;Bazzanti et al. 2003). 따라서 저서성 대형무척추동물의 개체수는 벼 재배 방식이나 수환경 요인에 따라 달라질 수 있으며 수질 환경요인이 서로 다른 논들과 비교가 필요하다. 우리나라에서도 관행 논보다 친환경 논에서 저서성 대형무척추동 물의 개체수가 높게 나타났고 (Kim et al. 2009), 깔따구류 (Chironomidae spp.)가 유기 재배 논에서 많이 서식하고 있다는 것은 본 연구 결과와 유사한 경향으로 보인다
3.2. 왕우렁이 개체군 분포
친환경 논에 우점하는 왕우렁이는 개체 크기에 따라 다른 분포를 보였다 (Table 5). 채집된 전체 왕우렁이 중 개체 크기가 작은 small (<3 cm) 그룹에서 499개체 (94.7%) 가 채집되어 왕우렁이 개체군의 대부분을 차지하였다. 조사 지점별 분포에서는, 경주 지역인 St. 17에서 141개체 (26.8%), 그리고 St. 16은 130개체 (24.7%)가 채집되어 가장 많은 비율을 보였다. 친환경 논에서 관측된 왕우렁이 난괴의 밀도는 조사 지점마다 다른 분포를 보였다 (Table 6). 왕우렁이 난괴는 주로 상대적으로 따뜻한 경남과 전남 지 역에 많이 분포하였다. 경남 지역인 김해 (St. 19) 지점에 서 71개 (39.2%)로 가장 많이 관측되었고, 산청 (St. 18) 지 점은 22개 (12.2%)의 난괴가 출현했다. 그리고 전남 지역 인 해남 (St. 10) 지점에서 21개 (11.6%)의 난괴가 나타났 다. 왕우렁이는 열대지방이 원산지로 추위에 취약한 특징 이 있다 (Lee et al. 2019). 선행 연구에서는 난괴의 밀도가 여름철에 많이 출현하였고 (Lee et al. 2002), 본 연구 결과에서도 따뜻한 남부 지방에서 난괴 밀도가 높게 나타났다 (Table 6). 또한 여름철 강우로 인하여 왕우렁이 개체와 난괴가 이동하여 조사 지역별 밀도에 영향을 주었을 가능성도 있으며 (Lee et al. 2002), 서식지의 잠재 먹이원은 왕우렁이의 난괴 수와 개체 밀도에 영향을 줄 수 있다 (Estoy et al. 2002).
CCA 분석은 친환경 논에 서식하는 왕우렁이 개체와 수질 환경요인들과 상관관계를 보여준다 (Fig. 2). TDS, Salinity, EC는 CCA 1축과 음의 상관관계이며, 김해와 영 암에서는 높은 값을 보이는 반면, 해남과 상주에서는 낮은 값을 보였다. 수온 (WT)의 경우, CCA 2축과 음의 상관관 계를 보였고, 군산, 익산에서는 높게 나타났다. 그리고 단 위 면적당 왕우렁이 개체수는 CCA 2축과 양의 상관관계 를 보였고, 경주에서 높게 나타났다. 왕우렁이의 분포는 지역에 따라 서로 다른 수질 환경요인에 의해 제한될 수 있다. 일반적으로 생물의 분포는 온도에 영향을 받기 때문에 동물들의 서식 형태는 온도 조건에 따라 달라질 수 있다 (Bae and Park 2015). 본 연구 결과에서도 온도에 따라 왕우렁이 개체 분포에 영향을 준 것을 볼 수 있다 (Fig. 2). 특히 익산은 온도가 높은 반면 왕우렁이 개체수가 적게 나타났고 경주 지역은 온도가 낮지만 개체수가 많이 나타났다. 지역에 따른 왕우렁이 분포 차이는 영농활동이나 논물 관리를 통해 왕우렁이 서식지가 변화하여 개체군이 이동하거나, 사망으로 인해 개체군 크기가 감소한 영향인 것으로 보인다 (Holomuzki and Biggs 2006;Lysne and Koetsier 2006;Seuffert and Martín 2012). 또한 여름철 집중호우 기간의 지역별 강수량의 차이는 왕우렁이 서식환경의 변화를 가져올 수 있으며 왕우렁이가 다른 곳으로 유출되거나 이동했을 가능성도 있다 (Lee et al. 2002).
본 연구는 왕우렁이 농법을 하는 친환경 논을 대상으로 하였고 봄철 친환경 논에는 정부에서 지원하는 왕우렁이를 0.12 kg a-1 투입한 것으로 조사되었다. 친환경 벼 재배 농가에서는 왕우렁이 개체수 증가로 인한 벼 피해와 경제 적 비용 문제로 인해 추가적으로 왕우렁이를 투입하지 않는다. 따라서 본 연구에서 조사 지역별 왕우렁이의 초기 밀도는 비슷하다고 가정하였다. “왕우렁이의 농업적 활용과 관리 요령 (NIAS 2013)”에 따르면 논 가장자리에 왕우렁이를 투입하면 몇 시간 이내에 논 전체로 퍼져 나가며, 왕우렁이는 산란에서 번식 성체까지 약 60일 이내의 생활사를 가지고 있으며 1회에 약 157~1,300개의 알을 산란하는 것으로 알려져 있다. 따라서 봄철에 투입된 왕우렁이 개체는 짧은 생활사 주기를 통해 개체군의 밀도가 증가할 수 있으며 수질 환경요인과 종내·종간 경쟁 그리고 상호작용으로 인해 개체군의 밀도가 조절될 수 있다. 또한, 농가마다 벼를 재배하는 관리 기술이 다를 수 있기 때문에, 본 연구 결과의 일반화를 위해서는 향후 추가적인 연구가 필요하다.
지난 수십 년 동안 농업에서 지속적으로 사용하고 있는 농약과 화학비료는 생물다양성 감소와 온실가스 배출 등 을 포함한 심각한 환경문제를 야기하였고 친환경 농업이 확대됨에 따라 왕우렁이를 이용하는 농가도 증가하였다 (Shin et al. 2021). 왕우렁이를 활용한 벼농사는 제초제를 사용하지 않고 효과적으로 잡초를 제거할 수 있지만, 무분별한 사용은 자연생태계에 영향을 줄 수 있다. 최근 왕우렁이의 자연생태계 유출 등 환경에 미치는 부정적 영향을 최 소화하기 위해 정부에서는 부처 간 협의를 통해 관리지침을 마련하였다. 친환경농어업법을 근거로 왕우렁이 운영 및 기본 원칙을 수립하여 왕우렁이를 활용하는 사람들에게 관리 지침을 준수할 수 있도록 홍보 및 교육 그리고 지자체에서 관리 실태 여부를 매년 점검하고 있다. 또한 연구 기관에서는 예찰 및 방제 기술에 대한 연구를 수행하고 있 으며 왕우렁이를 보다 효율적으로 활용하고 관리할 수 있도록 노력을 하고 있다. 따라서 농업생태계의 지속가능성과 건전성을 유지하기 위해서는 장기 모니터링을 통한 생태계 구성원들의 분포와 환경요인과의 관계를 지속적으로 모니터링할 필요가 있으며 이러한 현장 데이터를 근거로 농업생태계 관리 방안을 수립해야 한다. 따라서 본 연구 결과는 농업생태계 생물다양성 보전을 위한 기초자료로 활용될 수 있으며 많은 생물들이 공존하는 논습지는 안전한 먹거리를 제공할 뿐만 아니라 다양한 생태계 서비스를 제공할 것이다.
적 요
논은 농업생태계 생물다양성을 보전하는 중요한 서식공간으로 최근 생태학적 가치가 주목을 받으면서 중요성이 점점 커지고 있다. 저서성 대형무척추동물은 논에 우점하고 있으며 논생태계 생물다양성을 유지하는 중요한 역할을 하고 있다. 따라서 본 연구에서는 한국 남부 지방의 친 환경 논을 대상으로 저서성 대형무척추동물 군집의 특성과 왕우렁이 분포에 영향을 미치는 주요 환경요인을 분석 하였다. 연구 결과 저서성 대형무척추동물 군집의 다양도 지수 (H′)는 상주 지점 (St. 12)에서 가장 높게 나타났고, 산 청 지점 (St. 18)에서 가장 낮게 나타났다. CCA 분석 결과, 김해와 영암에서 TDS, Salinity, EC의 값이 높게 나타났다. 그리고 군산, 익산에서는 수온 (WT)이 높고 단위 면적당 왕우렁이 개체 수는 상대적으로 낮게 나타났다. 따라서 지리적인 특성과 수질 환경요인의 변화는 왕우렁이의 분포와 저서성 대형무척추동물 군집의 특성을 변화시킬 수 있다. 본 연구 결과는 농업생태계 생물다양성 보전과 생태계 서비스 평가를 위한 기초자료로 활용될 수 있다.
