기후 및 수환경 요인에 따른 의암호 식물플랑크톤 군집 변화 = Responses of Phytoplankton Communities to Climatic and Water Environmental Factors in Lake Uiam

국문 초록 (Abstract)

식물플랑크톤은 수생태계의 주요 1차 생산자로서 환경변화에 민감하게 반응하는 핵심 생물지표이다. 최근 기후변동과 수리·수질 요인의 가변성 증가는 하천형 호소의 군집 구조와 계절적 천이에 영향을 미치고 있다. 본 연구는 북한강 수계 의암호를 대상으로 2024년 식물플랑크톤 군집 특성을 분석하고, 이를 2014·2015년의 선행연구와 비교하여 군집의 구조적 변화와 기능적 생태 전략 변화를 평가하였다. 2024년 6∼11월 동안 세 정점(UM1, UM2, UM3)에서 수질 항목(수온, BOD, Chl-a, T-N, T-P, TOC)과 식물플랑크톤 군집을 조사하였다. 수질 특성과 OECD 영양단계 지표를 종합한 결과, 2024년 의암호는 중영양에서 부영양 상태로 평가되었으며, 특히 UM3는 T-N, T-P, BOD, Chl-a가 가장 높아 국지적 부영양화가 두드러졌고 9월에는 과영양 수준을 보였다. 식물플랑크톤은 총 4문 39속이 확인되었으며, 현존량은 남조류 27.7%, 규조류 27.6%, 은편모조류 25.8%, 황갈조류 13.5%, 녹조류 5.2%로 나타났다. 여름철에는 Phormidium, Aphanizomenon, Microcystis가 우점하여 9월에 최대 개체수(26,116 cells·mL⁻¹)를 보였으며, 특히 UM3의 유해남조류는 조류경보제 ‘경계단계’ 수준을 보였다. 2014·2015년과의 비교에서는 과거 규조류 중심의 안정적인 천이가 약화되고, 2024년에는 황갈조류의 초기 우점과 남조류의 장기 우점이 나타나는 방향으로 군집 조성이 전환된 것으로 나타났다. CSR 생태 전략 분석 결과, 과거(2014·2015년)의 안정적인 자원 경쟁형(C) 및 정체기 교란형(R) 중심 구조는 2024년에 이르러 환경변화에 민감하게 반응하는 혼합 적응형(CS)과 스트레스 내성형(S) 중심으로 천이된 것으로 나타났다. 2015년에는 장기 체류시간과 영양염 축적에 따라 R형인 Cyclotella 등이 우점하였으나, 2024년에는 빈번한 수체 혼합과 고수온 스트레스의 복합 작용으로 구조적 유연성을 갖춘 Cryptomonas(CS)와 내성이 강한 남조류(S)가 군집을 주도한 것으로 판단된다. 이러한 기능군은 영양염 농도보다 수온 및 체류시간과 같은 물리적 요인의 영향이 더 지배적이라는 점을 확인하였다. 따라서 향후 기후 변동성 심화에 대응하기 위해서는 인(P) 농도 저감뿐만 아니라 질소(N) 부하 관리, 상류 댐 운영을 통한 수리적 체류 제어 등 수리·수질 특성을 통합적으로 고려한 관리 전략이 요구된다. 본 연구 결과는 기후변화 대응형 호소 생태계 관리 방향을 설정하는 데 중요한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Phytoplankton are major primary producers in aquatic ecosystems and respond sensitively to environmental change, making them valuable biological indicators. Increasing climatic variability and fluctuations in hydrological and water-quality regimes are altering community structure and seasonal succession in river-type reservoirs. In this study, we examined the phytoplankton community in Lake Uiam, located in the North Han River system, in 2024 and compared the results with previous surveys from 2014 and 2015 to assess structural changes and shifts in functional ecological strategies. From June to November 2024, water quality (water temperature, Chl-a, T-N, T-P, TOC) and phytoplankton communities were monitored at three sites (UM1, UM2, UM3). Integrated assessment of water-quality characteristics and trophic indices indicated that Lake Uiam was generally meso- to eutrophic, whereas UM3 exhibited the highest T-N, T-P and Chl-a concentrations, reflecting pronounced local eutrophication and a hypertrophic status according to OECD criteria. A total of 39 genera belonging to four phytoplankton phyla were recorded, with mean biomass composition of Cyanophyta (27.7%), Bacillariophyta (27.6%), Cryptophyta (25.8%), Gyrista (13.5%) and Chlorophyta (5.2%). During summer, prolonged dominance of the cyanobacterial genera Phormidium, Aphanizomenon and Microcystis led to a maximum density of 26,116 cells·mL⁻¹ in September, and harmful cyanobacteria at UM3 reached the “Alert” level of the Korean algal alert system. The CSR (Competitor, Stress tolerant, Ruderal) ecological strategy analysis revealed that the stable C- and R-strategy-oriented structure of 2014–2015 has shifted toward a dominance of CS (C-S strategists) and S (Stress tolerant) groups in 2024. While the R-strategist Cyclotella dominated in 2015 due to extended hydraulic retention time (HRT) and nutrient accumulation, the 2024 community was led by Cryptomonas(CS), which possesses structural flexibility, and various Cyanobacteria(S) adapted to high-temperature stress and frequent water column mixing.
These functional group transitions were found to be more directly controlled by physical factors such as water temperature (WT) and HRT rather than nutrient concentrations alone. Therefore, to address intensifying climate variability, integrated management strategies are required that simultaneously consider nitrogen (N) load reduction, mitigation of localized eutrophication, and hydraulic control via upstream dam operations. The results of this study are expected to serve as fundamental data for understanding the dynamic shifts in phytoplankton communities and establishing climate-resilient management policies for lake ecosystems.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 1
• 2. 연구 목적 4
• II. 이론적 배경 5
• 1. 식물플랑크톤의 생태적 특성 5
• 2. 생존 전략 기반의 기능적 분석 8
• 3. 의암호 연구 동향 11
• III. 재료 및 방법 13
• 1. 연구 지역 및 데이터 수집 13
• 2. 모니터링 방법 17
• 2.1. 현장조사 17
• 2.2. 수질 분석 18
• 2.3. 식물플랑크톤 정량 분석 19
• 3. 식물플랑크톤 전략형(CSR) 기반 기능적 분석 20
• 4. 통계분석 21
• 4.1. Mann-Kendall 검정 21
• 4.2. 군집 분포 양상 분석(PCoA) 21
• 4.3. 군집 유의성 검정(ANOSIM) 21
• 4.4. CCA 분석 22
• 4.5. Spearman 순위 상관분석 22
• IV. 결과 및 고찰 23
• 1. 2024년 수환경 및 식물플랑크톤 군집 특성 23
• 1.1. 기후 및 수리·수문학적 특성과 수질 변동 23
• 1.2. 식물플랑크톤 군집 분석 결과 28
• 1.2.1. 식물플랑크톤 출현 속 수 28
• 1.2.2. 식물플랑크톤 현존량 31
• 1.2.3. 분류군의 월별 조성 35
• 1.2.4. 우점속 38
• 2. 선행연구와의 수환경 및 식물플랑크톤 군집 특성 비교 48
• 2.1. 기후 및 수리·수환경 변동 특성 48
• 2.2. 식물플랑크톤 구조적 군집 특성 비교 54
• 2.2.1. 식물플랑크톤 현존량 및 분류군 조성 변화 54
• 2.2.2. 식물플랑크톤 우점속 변화 57
• 2.2.3. 연도별 군집 분포 양상 특성 61
• 2.3. 식물플랑크톤 기능적 군집 비교 분석 63
• 2.3.1. 기능군별 대표 속 및 주요 분류군 조성 63
• 2.3.2. 기후 및 수환경 요인에 따른 기능적 군집 특성 67
• V. 결론 71
• VI. 참고문헌 73
• 영문초록 88