한강수계 저서성 대형무척추동물의 물리적 서식처 적합성 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to estimate the habitat suitability of 33 benthic macroinvertebrate taxa in the Han river basin. Habitat Suitability Index (HSI) of benthic macroinvertebrates from the Han river basin was developed based on three physical habitat factors, such as current velocity, water depth, and the substrate. The Weibull model was used as a probability density function to analyze the distribution of individual abundance by physical factors. The number of species and the total individual abundance increased along with current velocity and mean diameter of substrate, and decreased along with increasing water depth. By means of Canonical Correspondence Analysis (CCA), the relative importance of each factor was determined as follows in order: current velocity, water depth, and the mean diameter. As a result, the most influential factor in the growth of benthic macroinvertebrates was the current velocity in the Han river basin. Most taxa showed a clear preference for a fast current velocity, shallow water depth and coarse substrate except Procloeon, Cincticostella (mayfly), and Caenis (mayfly) which were rheophobic, potamophilic and lithophobious.

국문 초록 (Abstract)

1990년대부터 하천의 건강성 개념을 넘어서 하천의 온전성을 유지하기 위한 노력으로 하천복원사업이 활발하게 시행됨에 따라 생태하천에 대한 국민적 관심과 요구가 증대하였다. 성공적인 하천 복원을 위해서는 하천에 서식하는 생물에 기반을 둔 환경유량 산정과 물리적 서식처 복원이 시행되어야 한다. 하천에 적합한 환경유량을 산정하기 위해서는 하천에 서식하는 생물군의 물리적 환경요인에 따른 서식처 적합도 연구가 먼저 수행되어야 한다.
한강수계에서 물리적 환경요인이 다양하고 교란이 최소화된 9개의 하천을 선정하였으며, 현장 조사는 2014년 5월부터 2017년 4월에 걸쳐 실시하였다. 연구의 대상은 거의 모든 담수 환경에서 서식하며 물리적 환경요인에 따른 적응 방식이 다양한 저서성 대형무척추동물을 선정하였다. 전체 분류군의 출현빈도와 상대출현개체수를 고려하여 33속의 주요 분류군을 선정하였다. 다양한 물리적 환경요인 중 하천의 유량을 산정하는 유속과 수심, 저서성 대형무척추동물의 공간적 서식처인 하상의 기질의 평균입경을 분석 대상 요인으로 선정하였다. 채집 전에 각 방형구 설치 장소의 유속, 수심, 하상의 평균입경을 조사하여 방형구에 대한 물리적·생물적 정보를 도출하였다.
물리적 환경요인과 각 방형구에서 출현한 저서성 대형무척추동물의 종수와 총 개체수와의 관계를 분석한 결과 유속이 빠르고 수심이 얕으며 하상기질의 평균입경 값이 작을수록 즉, 조립질의 하상일수록 종수와 총 개체수가 증가하였다.
정준대응분석(Canonical Correspondence Analysis, CCA)을 통하여 한강수계에서 선정된 저서성 대형무척추동물 33속에 대한 분포의 분산도를 결정하는 세 가지 물리적 환경요인 중 유속이 가장 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
본 연구에서 선정한 33개 속 중 서식특성이 상이한 Baetis, Ephemera, Lepidostoma를 대표로 선정하였다. 분석 결과 Baetis가 가장 빠른 유속을 선호하였으며 Ephemera는 특정 유속에 대한 선호도가 낮게 나타났다. Lepidostoma는 느린 유속을 선호하지만 빠른 유속에서도 적응하였음을 확인하였다. 수심에 대해서는 Baetis와 Lepidostoma가 유사한 분포를 보이며 얕은 수심을 선호하였으며 Ephemera는 특정 수심에 대한 선호도가 없이 다양한 수심 범위에서 출현하였다. 하상기질의 평균입경은 Baetis가 가장 조립질의 하상을 선호하였고 Ephemera는 모래질의 하상에 대한 선호도가 높게 나타났다.
변형된 와이블 모형으로 도출한 생물군의 서식특성을 상자그림으로 도식화하여 각 환경요인에 따른 측정값의 중심치와 분포경향을 확인하였다. 전체 분류군에 대하여 물리적 환경요인에 따른 저서성 대형무척추동물의 출현양상은 뚜렷하게 구분되었다. Baetiella는 빠른 유속범위에서 집중적으로 출현하였으며 Semisulcospira, Procloeon, Caenis는 느린 유속에서 한정적으로 출현하였다. 전체 분류군 중 Paraleptophlebia는 가장 넓은 유속범위에서 출현하였다. Limnodrilus, Baetiella, Caenis는 깊은 수심 범위에서 한정적으로 출현하였다. Cincticostella, Amphinemura, Kamimuria는 수심이 얕은 곳에 집중적으로 분포하였다. 특히 Choroterpes는 가장 넓은 수심 범위에서 출현한 것으로 보아 다양한 수심에 적응해 있는 것으로 보인다. Limnodrilus, Caenis는 하상의 평균입경 값이 큰 즉, 하상기질의 입자가 고운 모래하상에서 주로 출현하였다. Amphinemura, Simulium은 하상의 평균입경 값이 작은 즉, 하상기질 입자의 크기가 큰 자갈 하상에서 주로 출현하였다.
본 연구에서 출현한 주요 생물군의 출현개체수를 통합하여 유속의 최빈수 및 표준편차를 기준으로 적응유형을 구분하였다. Paraleptophlebia는 광호류성(Euryrheophilic)으로 빠른 유속을 선호하지만 유속에 따른 분포의 범위가 넓어 변이가 큰 것으로 볼 수 있다. Limnodrilus, Davidius, Lepidostoma는 광혐류성(Euryrheophobic)으로 느린 유속을 선호하지만 분포 범위가 넓어 변이가 큰 것으로 나타났다. 수심에 대한 유형은 Limnodrilus, Baetiella, Caenis, Psilotreta는 협호심성(Stenopotamophilic)으로 깊은 수심에서 한정적으로 출현하였다. Cincticostella, Amphinemura는 협혐심성(Stenopotamophobic)으로 얕은 수심에서 한정적으로 출현하였다. 하상기질의 평균입경에 대한 유형은 Procloeon, Potamanthus, Hexatoma는 광혐조성(Euryphobic)으로 하상기질의 평균입경 값이 큰 세립질의 모래하상을 선호하지만 평균입경 크기에 대한 변이가 큰 생물군으로 볼 수 있다. Choroterpes는 광호조성(Eurylithophilic)으로 하상기질의 평균입경 값이 작은 조립질의 자갈하상을 선호하지만, 하상의 평균입경 크기에 대한 변이가 큰 생물군으로 볼 수 있다
본 연구에서는 한강수계 9개 하천에 서식하는 주요 33속의 저서성 대형무척추동물의 서식에 가장 중요한 영향을 미치는 물리적 요인은 유속임을 확인하였다. 유속, 수심, 하상기질의 평균입경에 따른 주요 33속의 서식처 적합도 지수를 변형된 와이블 모형을 적용하여 통계학적인 방법으로 산정하였다. 본 연구 결과 물리적 환경요인에 따른 생물군의 서식특성은 상이하며 각 분류군마다 특성에 맞게 생물학적 지위를 달리하여 적응하며 서식하는 것을 확인하였다. 본 연구결과로 도출된 저서성 대형무척추동물군의 HSI는 향후 하천 복원사업에 따른 환경유량 산정에 대한 생물학적 기초자료로서 활용가치가 있을 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 하천복원과 환경유량 4
• 제 1절 수생태계 온전성과 생태하천 복원 4
• 제 1 항 생태계 온전성 개념 4
• 제 2 항 생태하천 복원 4
• 제 3 항 하천복원과 참조하천의 개념 5
• 제 2 절 환경유량 산정 6
• 제 1 항 환경유량의 정의 6
• 제 2 항 환경유량 산정방법 6
• 제 3 항 하도 유량 증분법(IFIM) 7
• 제 4 항 서식처 적합도 지수 산정 7
• 제 3 장 연구 내용 및 방법 8
• 제 1 절 저서성 대형무척추동물 조사 8
• 제 1 항 조사 지점 및 시기 8
• 제 2 항 현장조사 및 동정 12
• 제 3 항 물리적 환경요인 측정 15
• 제 4 항 대상종의 선정 16
• 제 5 항 군집분석 18
• 제 2 절 수학적 모형을 이용한 생물의 서식처 적합도 평가 19
• 제 1 항 서식처 적합도 분석대상 요인선정 19
• 제 2 항 생물의 서식처 적합도 계산 20
• 제 4 장 연구 결과 26
• 제 1 절 물리적 요인과 저서성 대형무척추동물의 종수와 총 개체수의 관계 26
• 제 2 절 정준대응분석 (Canonical correspondence Analysis, CCA) 30
• 제 3 절 대표 분류군의 서식처 적합도 평가 33
• 제 1 항 와이블 함수의 적용 33
• 제 4 절 주요 분류군의 서식처 적합도 비교 및 평가 40
• 제 1 항 유속 40
• 제 2 항 수심 47
• 제 3 항 하상의 평균입경 52
• 제 5 절 적응유형 분석 56
• 제 1 항 유속 56
• 제 2 항 수심 59
• 제 3 항 하상의 평균입경 61
• 제 5 장 결론 63
• 참고문헌 64
• 부 록 73
• Abstract 96