Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.47 No.6 pp.15-21
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2013.47.6.15

사방공작물의 설치에 따른 저서성 대형무척추동물의 군집구조 변화

마호섭1, 박재현2, 강원석1*
1경상대학교 산림환경자원학과(농업생명과학연구원), 2경남과학기술대학교 산림자원학과

Changes of Cluster Index of Benthic Macroinvertebrates by Construction of Erosion Control Structures in Mountain Stream

Won-Seok Kang1*, Ho-Seop Ma1, Jae-hyeon Park2
1Department of Forest Environment Resources, Gyeongsang National University(Institute of Agriculture and Life Science), Jinju 660-701, Korea
2Department of Forest Resources, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 660-758, Korea
Received: AUG. 9. 2013, Revised: OCT. 8. 2013, Accepted: NOV. 28. 2013

Abstract

The results of the cluster index change analysis following the changes pertaining to the speciesand entities of Benthic Macroinvertebrates, resulting from the installation of erosion controlstructure at mountain streams are as follows.Among the key classifications at the location that is close to the stone grade-stabilizationstructures, one type of specifies appeared at the upstream C(3.8m), three types appeared at theA(23.6m) location, and at least three types appeared at the downstream E(15.7m) and F(26.8m)location that are relatively distant from the structure, each, when it comes to non-insect species. Incase of EPT(Ephemeroptera, Plecoptera and Trichopter) and other insects(EPT excluded) too,numerous species appeared at the A location, E location and F location that are somewhat distantfrom the C and D locations that are close to the structure, which demonstrates that there is adifference in the number of species depending on the separation distance. As for the BenthicMacroinvertebrates species, the scope ranged from 16 to 40 types depending on the stonegrade-stabilization structures' separation distance. As for the entities, the range was from 683inds./m2 to 4,06 1inds./m2.In case of the C(3.8m) area that is close to the stone grade-stabilization structures and that haspond, proliferation of specific classifications such as Gammarus sp.), Nemouridae, Sweltsanikkoensis and others took place in an explosive manner. As such, Dominance index value isrelatively high with 0.658 while Diversity index, Evenness index and Richness index value wererelatively lower with 2.557, 0.639 and 2.298, respectively. Likewise, the study demonstrates thatthe species are simplified while entities are low in number. As such, inhabitation environmentworsened.Accordingly, installation of stone grade-stabilization structures obstructs stream continuity atMountain Streams. Pond is formed at the nearby location, changing the environment of the sitewhere plants habitate physically. Thus, to ensure the ecological stability of stream, it is necessaryto develop adequate measures such as securing inhabitation space near the place where controlstructure is to be installed.

0090-01-0047-0006-3.pdf249.8KB

Ⅰ. 서론

 산지계류는 집중호우에 의한 산사태 등 자연적인 재해와 비점오염원 및 점오염원을 포함하여 인위적인 수질오염에 많이 노출되어 있다(농림부. 2007). 특히, 집중호우로 인한 산사태 발생으로 계류 내 전석 및 토양이 많이 퇴적되어 있는 계류나 토사유실의 위험성이 높은 산지계류는 토사유실을 방지하기위해 사방댐, 바닥막이, 기슭막이 등의 사방공작물을 설치하고 있다. 산지계류의 중·하류에서는 호안을 석축 콘크리트 및 돌망태로 쌓고, 계류수를 하류로 빠르게 이송하여 범람을 방지하기 위해 하도내의 장애요소들을 제거한 후 직선화하기도 하였다. 이러한 가로·세로공작물이 설치된 산지계류는 계류내 물리적 구조와 기능을 잃어버려 계류의 자정능력 상실에 의한 수질악화, 서식처 파괴로 인한 생물 종 다양성 감소 등 계류생태계의 환경변화가 나타나게되었다(Allan, 1995).

 계류생태계의 변화는 궁극적으로 그 서식처에 생존하는 생물상의 변화를 초래하기 때문에 생물군집에 대한 시공간적 분석을 통하여 환경변화에 대한 영향을 감지할 수 있다. 산지계류에 있어서 저서성 대형무척추동물은 생물학적 조사방법의 대표적인 생물종의 하나이며 계류생태계의 약 95%를 차지한다(Bae et al., 2003) 또한 영양단계의 저차소비자이며, 서식처 및 기능이 고도로 분화되어 있어 수환경에 따른 특정 종의 유무, 종수와 개체수의 분포 등 군집구조의 차이가 뚜렷하므로 인위적인 교란에 따른 산지계류의 생태환경의 변화를 판단하기 위한 생물학적 지표로서 적합하다(Hynes, 1963; Minshall and Peterson, 1985; Hellawell, 1986).

 특히, 저서성 대형무척추동물은 종류가 다양하고, 이동성이 적어 정량채집이 용이하여 군집구조 등 생물 다양성 분석을 통한 계류의 서식생태계 변화의 연구에 많이 이용된다. 또한 저서성 대형무척추동물은 서식환경조건과 수질에 따라 출현하는 종류가 서로 다르므로 이들 군집과 지표종의 조사를 통하여 계류의 수질환경 변화를 경가하는 생태학적 모니터링에 유용하게 이용되고 있다(Rosenberg and Resh 1993). 현재 산지계류 내 사방공작물의 설치에 따라 계류 내 생태계 교란 및 생물상의 변화 등 사방공작물이 자연생태계에 미치는 영향에 대한 조사·분석이 필요한 실정이다(농림부. 2007).

 따라서 본 연구는 저서성 대형무척추동물을 통한 군집구조 및 서식특성 등 생태학적 모니터링을 통하여 계류생태계에 사방공작물이 미치는 영향을 조사·분석하여 앞으로 친환경적 사방공작물의 설치 및 관리방안을 위한 기초적 자료를 제공하고자 하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

2.1 조사 대상지

본 조사는 산지계류에서 사방구조물의 설치에 따른 계류생태계에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시하였다. 조사지점은 북한산 국립공원내 우이동 계류에 시공된 돌바닥막이 지점을 대상으로 하였다. 우이천 수계는 유역면적 26.25㎢, 유로연장 10.59㎞로서 상류는 중류 및 하류에 비하여 계류의 폭이 좁고, 구배가 급하여 강우 시 유량이 많으나, 평상시 유량이 매우 적다. 특히, 하상구조상 상류부는 큰돌과 호박돌 및 자갈로 구성되어 있으나, 돌바닥막이 구조물이 시공된 지점은 계류의 흐름을 더욱 차단하므로 상·하류에서 소가 많이 형성되어 있고 하상에는 주로 자갈과 모래로 구성되어 있다.

 우이동계류의 돌바닥막이는 Photo 1에서 보는 바와 같이 높이가 약 1.8m, 폭 13.0m로 설치되어 있으며, 상류부와 하류부에 소가 형성되어 있으며, 하류부에는 큰 낙차로 인하여 수심이 깊었다.

Photo 1.View of stone grade-stabilization structures.

2.2 조사방법

 계상구조물 설치에 따른 저서성 대형무척추동물의 변화를 분석하기 위해 오랜 시간이 경과한 우이동계곡 내에 설치된 계상구조물 중 돌바닥막이를 중심으로 상류부 및 하류부에 조사지점(point)을 선정하여 분석하였다.

 저서성 무척추동물의 채집은 봄, 여름 및 가을 3회에 걸쳐 계류형 정량채집망인 Surber net (30×30cm, 망목 1.0mm)을 이용하였으며, 채집된 시료는 현장에서 Kahle's solution에 고정하여 실험실로 운반한 후 70% ethanol에 보존하였다. 저서성 무척추동물은 매우 다양하므로 비곤충류(곤충강 제외), EPT(하루살이목, 강도래목 및 날도래목) 및 기타곤충류(EPT 제외)로 분류군을 구분하고 조사지점별로 정량적으로 채집된 자료로부터 출현한 출현종수를 분석하였다, 개체수는 분류군의 수를 단위면적(㎡)으로 환산하여 분석하였다. 또한, 군집구조의 분석은 군집지수인 우점도지수(Mcnaughton,1967), 종다양도지수(Shannon-Weaver, 1949), 풍부도지수(Margalef, 1958) 및 균등도지수(Pielou, 1975)를 이용하여 분석하였다. 그리고 출현종의 학명 및 국명은 한국곤충명집(한국곤충학회, 1994)과 한국동물명집(한국동물분류학회, 1997)에 의거하여 작성하였다.

 조사된 저서성대형무척추동물은 섭식기능군(Functional Feeding Group; FFG)의 분석은 Merritt and Cummiuns(1996)의 체계를 중심으로 연구한 노태호(2002)의 한국산 수서곤충류 섭식기능군의 분류체계에 따라 행동 및 섭식특성으로 구분하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

3.1 돌바닥막이 주변 출현종 및 개체수의 변화

 돌바닥막이 설치지점은 계류의 흐름을 횡적으로 차단하여 상류부 C 지점과 하류부 D지점에 소(沼)가 폭넓게 형성되어 있기 때문에 구조물의 영향을 받는 지점과 그렇지 않은 지점의 물리적인 서식환경이 뚜렷이 구별이 되고 있다. 돌바닥막이 주변 저서성 대형무척추동물의 출현종 및 개체수 변화에 따른 군집구조의 영향을 분석하기 위하여 생물서식공간을 파악하여 구조물을 기준으로 거리에 따른 상류부와 하류부에 각각 3개씩 총 6개 조사지점을 Fig. 1과 같이 선정하였다. 계상구조물의 높이는 약 1.8m, 폭이 약 13.0m의 규모이다.

 돌바닥막이 주변의 거리에 따른 주요 분류군의 출현종수는 Table. 1과 같다. 비곤충류는 구조물과 인접한 상류부 C(3.8m)지점은 1종, A(23.6m) 지점은 3종, 또한 구조물과 다소 떨어진 하류부 E(15.7m) 및 F(26.8m) 지점은 3종 이상 출현하였다. 하루살이목, 강도래목 및 날도래목 및 기타곤충류들도 구조물 인접 C D지점보다 다소 떨어진 A지점, E지점 및 F지점에서 출현종이 많게 나타나 이격거리에 따라 출현종수가 차이가 남을 알 수 있었다.

Table 1. The number of species by survey point of stone grade-stabilization structures(inds./m2)

 돌바닥막이 주변의 거리에 따른 주요 분류군의 전체 출현종수는 Fig. 2와 같다. Fig. 2 를 보면 구조물과 인접한 C지점의 출현종은 총 16종으로서 가장 적게 나타났으나, 구조물과 다소 떨어진 A 지점과 F지점의 출현종수는 각각 25.0종과 40.0종으로 C지점 보다 다소 많게 나타나고 있다. 그러나 돌바닥막이 구조물의 높이가 약 1.8m 이지만 돌바닥막이와 인접한 상류 C(3.8m)지점 및 하류부 D(3.5m) 지점은 소가 형성되어 있어 출현 종수가 적게 나타난 것으로 판단된다.

Fig. 2. The changes of number of species by survey point.

 돌바닥막이 주변의 거리에 따른 주요 분류군의 개체수 현존량은 Fig. 3과 같다. 각 지점에서의 주요 분류군별 개체수 현존량은 구조물과 다소 거리가 떨어진 A와 F지점에서는 각각 평균 3,800.0inds./㎡와 4,061.8 inds./㎡로 가장 높게 나타났지만, 구조물과 인접한 두 지점인 C와 D지점에서는 각각 683.4 inds./㎡와 1,768.5inds./㎡로서 구조물과 떨어진 지점보다 적음을 알 수 있다.

Fig. 3. The changes of number of individual by survey point.

 돌바닥막이 구조물의 인접지와 다소 떨어진 지점에서 저서성 대형무척추동물의 출현종수의 차이는 크게 다르지 않았으나, 개체수 현존량은 현저히 감소한 것으로 확인되었다. 이는 돌바닥막이 구조물 인접지점은 낙차에 의해 소가 폭넓게 형성되어 저서성 대형무척추동물의 서식처에 물리적 영향을 준 것으로 판단된다.

 산지계류에 서식하는 저서성 대형무척추동물의 섭식기능군과 서식기능군의 경향은 주어진 먹이자원과 서식처의 환경요인을 반영한다. 돌바닥막이 구조물의 인접지와 다소 떨어진 지점에서 저서성 대형무척추동물의 츨현종에 따른 섭식기능군과 서식기능군의 특성은 Table 2외 같다. Table 2에서 보면 돌바닥막이 구조물과 다소 떨어져 있는 지점은 청정한 계류의 지표종일 뿐만 아니라 유속이 빠른 여울에서 서식하는 하루살이·강도래·날도래(EPT; Ephemeroptera ·Plecoptera·Trichoptera) 같은 분류군의 출현종 및 개체수 현존량이 구조물 인접지점 보다 다소 높게 나타났다. 특히, 하상에 고착하여 부착조류를 섭식하거나 떠내려가는 유기물을 긁어먹거나 걸러먹는 섭식특성과 달라붙는 행동특성을 보이는 종의 출현이 높고, 개체수 현존량도 매우 높았다. 반면 구조물 인접지점에서는 하상에 굴을 파고 퇴적된 유기물을 주워 먹거나 낙엽과 같이 계곡내로 유입된 유기물을 분쇄하는(썰어먹는) 특성과 굴을 파거나 기는 행동특성을 보이는 종의 비율이 높게 나타나 구조물의 영향에 의한 서식환경에 따라 저서성 대형무척추동물의 출현 양상도 다른 것으로 확인되었다.

Table 2. The characteristics of appearance species by survey point

3.2 돌바닥막이 주변 출현종의 군집구조 변화

 돌바닥막이 설치지점을 기준으로 상류와 하류 각 조사지점에서의 평균 군집지수는 Table 3과 같다. Table 3을 보면 우이동계곡의 상류는 하천의 구배가 큰 반면 평상시 유량이 매우 적다. 이러한 지역에 설치되어 있는 돌바닥막이의 구조물은 높이가 높지는 않지만 하천의 흐름을 차단하기 때문에 상·하류에 소를 형성하게 된다.

Table 3. The cluster index by survey point of stone grade-stabilization structures

 돌바닥막이 구조물과 인접하고 소가 있는 C(3.8m) 구간에서는 옆새우류(Gammarus sp.)와 민강도래류(Nemouridae), 녹색강도래(Sweltsa nikkoensis) 등과 같은 특정 분류군의 증식이 폭발적으로 이루어져 우점도지수 값은 0.658로서 비교적 높고, 다양도지수, 균등도지수 및 풍부도지수 값은 각각 2.557, 0.639 및 2.298로서 낮게 나타나고 있어 종이 단순화되고 있음을 알 수 있다. 반면, 바닥막이 구조물과 따소 떨어져 있는 계류구간 상류부 A(23.6m) 및 B(13m) 지점과 하류부 F(26.8m) 및 E(15.7m) 지점은 다양도지수, 균등도지수 및 풍부도지수 값이 높게 나타나 이격거리에 따라 서식환경이 안정화되어있음을 알 수 있다. 가는 입자로 구성된 단순한 하상구조와 미소서식처의 부족은 저서성 대형무척추동물의 종다양성을 감소시키는 원인으로 작용한다(Allan, 1995). 본 연구에서도 사방구조물 설치로 소가 형성되거나 이격거리에 따라 새로운 서식환경이 형성되기 때문에 저서성 대형무척추동물의 출현종수와 개체수 현존량 뿐만 아니라 군집을 이루고있는 무리들의 종류도 차이가 있음을 알 수 있다.

 따라서, 돌바닥막이 구조물의 설치는 산지계류에서 하천연속성을 단절시키고 생물서식처의 환경을 물리적으로 변화시키므로 계류의 생태적 안정을 위하여 사방구조물이 설치될 주변에 서식공간의 확보 등 적절한 대책이 필요할 것으로 생각된다.

IV. 감사의 글

 본 연구는 산림청 ‘산림과학기술개발사업(과제번호:S211213L020110 및 S120911L040110)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

Reference

1.Allan. D. J. 1995. Stream Ecology.: Structure and Finction of Running Waters. Chamoman & Hall,London. PP. 388.
2.Bae. Y. J, Won D. H, Lee. W. J, Seung. H. W. 2003. Development of Environment Assessment Technique and Biodiversity Management System and Their Application to Stream Ecosystems in Korea. Korean J. Environ. Biol. 21(3) : 223-233.
3.Hellawell, J. M. 1986. Biological Indicators of Freshwa ter Pollution and Environ mental Management. Elsevi er, London. p.546.
4.Hynes, H. B. N., 1970. The ecology of running water. Liverpool Univ. Press, Liverpool, U. K.
5.Hynes,H. B. N. 1963. The biology of polluted waters. University of Liverpool press p. 202.
6.Joo. G. J, Kim. H. W, Ha. K. 1997. The Development of Stream Ecology and Current Status in Korea. Korean J. Ecol. 20(1) : 69-78.
7.K.I.P.E. 2006. Lotic Community Prediction Model responding Environmental Changes. Korea Institute of Policy Evaluations pp. 282.
8.Margalef, R. 1958. Information theory in ecology. General Systematics 3, 36-71.
9.Mcnaughton, S. J. 1967. Relationship among functional pr operties of California Grassland. Nature, 213, 168-169.
10.Merritt, R.W. and K.W. Cummins. 1996. An Introduction to the Aquatic Insects of North America. 3rd ed. Kendall/Hunt Publishing Company.
11.Ministry of Agricultural and forestry. 2007. Development of Environment-Friendly Erosion Control Techniques for Ecosystem Conservation in Torrent. pp.147-187.
12.Minshall, G. W. and R. C. Peterson. 1985. Towards a t heory of mecroinvertebrate community structure in stre am ecosystems. Archiv fur Hydrobiologie. 104: 49-76.
13.Morse, J. C., Y. J. Bae, G. Munkhjargal, N. Sangpradub, K. Tanida, T.S. shivkova, B.X. Wang, L.F. Yang and C.M. Yules. 2007. Freshwater biomonitoring with macroinvertebrates in East Asia. Frontiers in Ecology and the Environment. 5:33-42.
14.Pielou, E. C. 1975. Ecological diversity. Wiley. New York. P.165.
15.Ro. T. H. 2002. Categorization and Ecological Importance of Functional Feeding Groups as Essential Units in Lotic Ecosystems. 2002. Bulletin of the KACN ser. 21. 67-93.
16.Rosenburg, D. N. and V. H. Resh. 1993. Freshwater b iomonitoring and benthic macroinvertebrates. Chapma n and Hall. New York, NY.
17.Shannon, C. E. and W. Weaver, 1949. The Matehemati cal theory of communication of illinois press, Urbana.
18.Ward, J. V. 1992. Aquatic Insect Ecology. 1. Biology and habitat. john Wiley & sons, Inc., N. Y., N. Y. 438 pp.
19.Won. D. H, Jun. Y. C, Kwon. S. J, Hwang. S. J, Ahn. K. G, Lee. J. K. Development of Korean Saprobic Index using Benthic Macroinvertebrate and Its Application to Biological Stream Environment Assessment. 2006. Journal of Korean Society on water quality, 22(5) : 768-783.
20.한국곤충학회. 1994. 한국곤충명집 p.744.
21.한국동물분류학회. 1997. 한국동물명집 : 곤충제외 p.489.
오늘하루 팝업창 안보기 닫기