서 론
방조제는 일반적으로 조석에 의한 해수면 상승을 방어하 기 위한 시설로서 2003년 6월 새만금 4호 방조제가 연결되 면서 내측에 위치한 북측해역의 조류세기는 그 전에 비해 큰 폭으로 감소되었고, 이는 갯벌을 포함하는 주변 해역의 퇴적환경을 변화시키는 것으로 연구된 바 있다(Koo et al., 2008). 또한, 외해와 차단된 방조제 내부는 해수의 유동이 급속히 감소할 것이며, 이에 따라 수직 성층이 강화되어, 대기로부터 수층 깊숙이 공급되는 산소의 양이 감소된 상태 에서 퇴적물 내 산소요구량이 증가하면, 저층은 저산소 혹 은 무산소 환경에 이를 수도 있다(Wu 2002; Diaz et al., 1992). 방조제 공사가 저서 생태계에 미치는 영향은 다양한 측면에서 살펴 볼 수 있는데, 방조제와 같은 대형 구조물은 해수유동을 바꾸며, 표층 퇴적상을 변화시킬 뿐만 아니라, 수층의 성층 정도를 바꾸고, 오염물질 유입과 희석률에 영 향을 미쳐 직접적으로 혹은 간접적으로 저서동물 군집에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Sanders, 1968; Lianso, 1992). 일반적으로 저서생물들은 이동성이 적어, 환경변화 를 피할 수 없고, 비교적 오래 살며, 같은 장소에 계속해서 나타나는 경향이 있으므로, 환경변화가 왔을 때 군집 변화 를 일으킬 가능성이 크며, 이러한 군집 변화를 살펴봄으로 서 환경 변화의 방향과 세기를 가늠해 볼 수 있다(Boesch et al., 1976; Simboura et al., 1995). 따라서, 저서동물 군집 연구의 경우는 플랑크톤이나 어류 군집과 비교하여 해역의 환경을 모니터링하는데 활용되었으며, 군집의 개체수 변동 에 따른 다양도 변화는 생태계 건강도를 측정하는 요소로서 활용되고 있다(Koh et al., 1997). 또한, 최근 유럽에서는 그 동안의 생물군집 조사자료를 이용하여 각 저서생물의 환경교란에 반응하는 정도를 파악하고 구분하여 정량적인 환경지수를 산출하는데 사용하고 있다(Borja et al., 2003). 새만금을 대상으로 한 조하대 저서동물 연구는 Choi and Koh(1992, 1994)에 의하여 다모류와 대형저서동물의 군집 구조에 관한 연구, An et al.(2006)의 새만금 방조제공사로 인하여 조하대 환경과 저서동물 군집 변화에 관한 연구와 Park(2009)에 의하여 저서생태지수를 이용한 새만금 조하 대 대형저서동물군집의 변화 평가에 관한 연구 등이 수행되 었다. 최근에는 KIOST(2011)의 새만금 해양환경 보전 대 책을 위한 조사연구와 새만금방조제 건설이후 방조제 외해 역 저서 다모류 군집의 시공간적 변동에 관한 연구가 수행 되었다(Lee, 2012). 본 연구 지역인 새만금 해역은 방조제 건설로 인하여 생태적인 변화가 지속적으로 발생하고 있을 것으로 판단되어 환경적으로 매우 중요한 특성을 나타내고 있는 곳이다. 따라서, 새만금 방조제를 기준으로 내측과 외 측 조하대 대형저서동물 군집의 종수, 개체수 및 우점종, 생태학적 제지수, 군집구조, 섭식형태에 따른 저서오염지수 등을 분석하여 방조제 건설 이후 내측과 외측의 저서동물 분포양상 및 군집의 변동을 파악하고자 하였다.
연구방법
1조사정점의 설정 및 조사
본 연구는 2013년 3월, 6월, 9월, 11월에 새만금 방조제 를 기준으로 외측 2개 정점, 내측 4개 정점으로 총 6개 정점 을 선정하여 채집면적 0.1m2 의 Petersen grab sampler 이용 하여 정점별 2회씩 정량 채집하였다(Figure 1). 채집된 퇴적 물은 현장에서 1㎜ 망목의 체(sieve)로 걸러내어 남은 잔존 물을 10%의 중성 포르말린으로 고정하였고, 실험실로 운반 하여 분류군별로 선별한 후 가능한 한 종 수준까지 동정하 였다.
2군집분석
대형저서동물의 군집구조를 파악하기 위하여 종 다양도 지수(Shannon and Weaver, 1949), 균등도 지수(Pielou, 1975), 풍부도 지수(Marglef, 1958)를 구하였다. 또한, 각 정점별 우점종은 서식밀도를 근거로 하여 선정하였다. 출현 종과 개체수의 자료를 이용하여 Bray-Curtis(1957)의 유사 도 지수(similarity index)를 나타냈으며, 유사도 지수 행렬 로부터 각 조사 정점과 출현 종을 연결하는 방법으로 group-average를 이용하였다. 군집분석은 PRIMER 6.0 (Plymouth Routines Multivariate Ecological Research) computer package를 이용하여 집괴분석(cluster analysis) 에 의한 수지도(dendromgram)와 nMDS (Non-metric multidimenional scaling) 배열법으로 표현하였다. 군집분 석의 결과로 구분되어지는 채집시기별 그룹간의 유의성을 파악하기 위해 ANOSIM 평가를 실시하였다. 그리고 각 그 룹 간 군집 차이를 나타나게 하는 대형저서동물 분류군을 파악하기 위해 SIMPER (Similarity-Percentages procedure) test를 수행하였다.
3저서오염지수(BPI)
유기물 오염에 반응하는 정도는 섭식유형에 따른다는 가 정 하에 우점종을 중심으로 저서동물을 4개군으로 나누고 BPI(Benthic Pollution Index) 지수비교를 용이하게 하기 위해 1~100까지의 수치를 임의의 5단계로 나누고, 구해진 BPI 평균값을 1등급(61~100점), 2등급(51~60점), 3등급 (41~50점), 4등급(31~40점), 5등급(0~30점)의 5단계의 BPI-level로 나타냈다(Table 1). 선택된 종들의 섭식 유형은 KORDI(1993, 1994, 1995), Lee et al.(2003)의 기준을 적 용하였으며, 종 수준까지 동정이 불가능한 것은 속이나 과 수준의 상위 범위의 생태학적 자료를 사용하였고, 저서오염 지수에 사용되는 종은 각 정점별 개체수를 근거로 하여 상 위 5종의 우점종을 대상으로 하였다. 제1군에는 여과식자 (FF or SF, filter or suspension feeder)와 대형 육식자 (CAR-1, carnivores 1), 제2군에는 표층퇴적물식자(SDF, surface deposit feeder), 소형 육식자(CAR-2, carnivores 2) 와 여과식자 및 표층퇴적물식을 동시에 하는 동물(filter feeder + surface deposit feeder), 제3군에는 내서퇴적물식 자(sSDF, sub-surface deposit feeder), 제4군에는 오염지시 종(PI, pollution indicator)을 할당하였다. 지수식은 다음과 같다.
N1: 제1군의 개체수, N2: 제2군의 개체수, N3: 제3군의 개 체수, N4: 제4군의 개체수
결 과
1출현 종수 및 개체수, 우점종
1)종수의 변화
조사 기간 동안 분류군별 종 수의 변동패턴을 보면 총 64종으로 이 중 환형동물(Annelida)이 34종 출현하여 전체 의 53.0%를 차지하였으며, 절지동물(Arthropoda)과 연체동 물(Mollusca)이 각각 12종 출현하여 18.8%을 점유하였고, 기타동물(Other)이 6종으로 9.4%를 나타내었다. 기타동물은 극피동물(Echinodermata)과 유형동물(Nemertina)이 각각 2 종, 자포동물(Sipunculida)과 편형동물(Platyhelminthes) 각 각 1종 등을 보였다. 방조제를 기준으로는 외측에 위치한 정점들의 종수 평균값은 33(±7)종이었으며, 내측의 경우는 21(±2)종으로 확인되었다. 각 정점 중 외측에 위치한 정점 2에서 40종으로 분류군별 출현빈도를 살펴보면, 환형동물 28종, 절지동물 7종, 기타동물 5종이 나타나 가장 많이 출현 하였고, 내측에 위치한 정점 5에서 16종(환형동물 9종, 절지 동물 2종, 연체동물 5종)으로 가장 적게 출현하여 전반적으 로 분류군마다 종 수의 차이를 나타냈다. 조사 시기별 출현 종수는 3월, 6월, 9월에 분류군별 차이는 발생하지만 각각 24종으로 동일하였으며, 11월 조사시는 36종이 채집되어 상대적으로 가장 많은 종수를 나타났다(Figure 2).
2)개체수의 변화
개체수는 총 24,885개체로 단위 면적당 개체수는 4147.5개 체/m2였으며, 이중 환형동물이 19,805개체로 79.6%를 나타냈 고, 연체동물이 4,620개체로 18.5%, 기타 295개체 1.2%, 절지 동물 165개체 0.7%를 나타냈다. 방조제를 기준으로는 외측에 위치한 정점들의 개체수 평균값은 4607.5 (±897.5)개체/m2었 으며, 내측의 경우는 3917.5(±525.3)개체/m2로 확인되었다. 정 점별 개체수는 정점 1과 5에서 각각 5,000개체 이상으로 많은 개체가 채집되었고, 정점 6에서 3,055개체로 가정 적은 양이 채집되었다. 많은 개체수를 나타낸 정점 1의 경우는 연체동물 이매패류에 속하는 아기반투명조개(Theora fragilis), 정점 5는 환형동물 다모류에 속하는 두토막눈썹참갯지렁이(Perinereis vancaurica tetradentata)가 다량 출현한 결과로 나타났다. 조사 시기별 출현 개체수는 3월에 8,440개체, 6월 3,035개체, 9월 3,935개체, 11월 조사시는 9,475개체가 채집되어 조사 시기별 로 차이가 발생하였다(Figure 3).
3)우점종
전체 출현 개체수를 고려하여 상위 5위의 우점종을 선별 하였다. 환형동물이 4종으로 가장 많았고, 다음으로 절지동 물이 1종으로 확인되었다(Table 2). 이들을 순위별로 나열해 보면, 다모류인 두토막눈썹참갯지렁이가 총 6,590개체 출현 하여 전체 개체수의 26.5%를 차지하였다. 다음으로는 이매 패류인 아기반투명조개, 다모류인 짧은다리송곳갯지렁이 (Lumbrineris nipponica)와 대나무갯지렁이류(Maldanidae sp.), 매끈예쁜얼굴갯지렁이(Prionospio japonicus)이었다. 상위 5위의 우점종이 차지하는 개체수는 16,935개체로 전 체 개체수 점유율의 68.0%를 점유하였다. 또한, 방조제를 기준으로 외측에 위치한 정점들의 전체 우점종은 두토막눈 썹참갯지렁이로 나타났으며, 내측의 경우는 아기반투명조 개로 확인되었다.
2생태학적 제지수
본 분석에서 종의 출현이 확인되지 않은 정점 4의 9월은 제외하였으며, 각 정점별 군집의 계절적 생태학적 제지수를 알아보기 위하여 종 풍부도 지수 (D), 종 다양도 지수 (H'), 균등도 지수 (J')를 구하였다(Figure 4). 방조제를 기준으로 는 외측에 위치한 정점들의 각 지수별 평균값은 다양도 1.94(±0.29), 균등도 0.56(±0.05), 풍부도 3.82(±0.92)였으 며, 내측의 경우는 다양도 1.78(±0.17), 균등도 0.59(±0.05), 풍부도 2.44(±0.28)로 확인되었다. 조사시기별 지수값은 다 양도에서 최소 1.02(정점 3)에서 최대 2.67(정점 2)의 범위 를 나타내었며, 평균값은 1.70으로 나타났다. 균등도는 0.29(정점 5) ~ 0.96(정점 5)의 범위로 평균값은 0.75이었으 며, 종 풍부도는 최소 0.47(정점 5)에서 최대 3.92(정점 2)의 범위를 보였고, 평균값은 1.72로 나타났다. 방조제를 기준 으로는 내측에 위치한 정점들의 개체수 평균값은 4607.5개 체/m2었으며, 외측의 경우는 3917.5개체/m2로 확인되었다.
3군집분석
총 6개 조사정점을 대상으로 Bray-Curtis의 유사도 (Similarity)를 구하였다. 분석결과는 크게 2개의 그룹으로 구분되었다(Figure 5). 이들 두 그룹간에 나타나는 유의성 을 파악하기 위해 ANOSIM 분석을 실시한 결과, 군집의 구분은 유의한 것으로 나타났다(Global R = 0.964). 그룹별 로는 A 그룹에는 6개 정점 중 외측에 위치하고 있는 2개 정점이 포함되었으며, 유사도는 65.96%로 SIMPER 분석결 과 짧은다리송곳갯지렁이, 버들갯지렁이류(Capitellidae sp.)가 A 그룹의 유사도에 영향을 주는 종이었다. 그룹 B는 내측에 위치하고 있는 4개 정점이 포함되었으며, 정점 4와 5에서 최대 60.13%의 유사도 지수를 나타내었다. 평균 유 사도는 50.27%로 SIMPER 분석결과 두토막눈썹참갯지렁 이, 매끈예쁜얼굴갯지렁이가 그룹 B의 유사도에 영향을 주 는 종이었다(Figure 6). 두 그룹간에 유사성을 높이는 주요 종들의 분포 양상을 보면 두토막눈썹참갯지렁이, 짧은다리 송곳갯지렁이, 아기반투명조개, 버들갯지렁이류가 각각 10.73%, 10.26%, 8.09%, 6.05%로 높게 기여하였다(Table 3).
4저서오염지수(BPI)
저서오염지수(BPI)를 이용한 저서동물 군집의 환경평가 결과, 3월 조사시 새만금방조제 내측에 위치하고 있는 정점 4과와 정점 6에서 각각 1등급으로 나타났으며, 정점 2을 제외한 이외의 정점에서도 2등급으로 산출되어 비교적 안 정적인 상태로 나타났다. 6월 조사시는 새만금방조제 내측 에 위치하고 있는 정점 1과 3를 제외한 모든 정점에서도 4등급 이하로 나타났으며, 3월 조사시와 비교하여도 전체 조사 정점에서 저서오염지수가 낮은 것으로 확인되었다. 9 월 조사시는 내측의 정점 4에서 저서동물의 출현이 확인되 지 않아 저서오염지수 값이 0을 나타냈고, 외측에 위치하고 있는 정점 1에서는 제 4군에 속하는 아기반투명조개가 최상 위 극우점종으로 나타나 저서오염지수에 의한 등급이 낮게 산출되었다. 11월 조사시는 내측의 정점 3과 6에서 3등급으 로 나타났고, 이외의 정점은 4등급으로 산출되었다(Table 4).
고찰
일반적인 자연환경에서 저서동물군집의 시간적인 변화 는 한 방향으로 변하는 천이(succession)가 아닌 계절에 따 른 순환변동(oscillation)을 보이는 것이 보통이며, 이러한 변동은 저서동물 군집의 성숙도를 잘 반영하는 것으로 알려 져 있다(Arntz and Rumohr, 1982). 본 조사시 계절별로는 3월과 비교하여 6월과 9월에 종수에서는 각각 24종이 출현 하여 동일하였지만, 서식밀도에 있어서는 감소하는 양상을 나타내었으며, 이후 11월 조사시 종수와 서식밀도에서 모두 증가하였다. 또한 전체적으로는 방조제를 기준으로 내측보 다 외측에서 종수와 서식밀도가 높은 것으로 나타났다.
우점종의 시․공간적 변동 양상은 대상 군집의 구조와 천 이과정을 파악하는데 필요한 정보를 제공한다(Dobbs and Scholly, 1986). 따라서 군집 연구에 있어 우점종의 비중은 대상 해역 생태계의 안정도를 평가하고(Borja et al., 2003), 환경을 해석하는데 매우 중요한 역할을 하기 때문에(Pearson and Rosenberg, 1978; Fried et al., 2000), 우점종을 대상으 로 생태적 지위 파악하기 위한 연구(Taghon, 1992)와 개체군 동태에 대한 연구가 수행되고 있다(Bagheri and McLusky, 1982; Wilhelm and Hilbish, 1998). 일반적로 연안역이나 내만역에서는 제 3군에 포함되는 내서퇴적물식자(sSDF) 비중이 가장 많으며(Choi et al., 2003), 본 조사결과에서도 제 3군에 속한는 두토막눈썹갯지렁이가 최우점하는 유사한 양상을 나타내었다. 또한, 기존 생물의 사망과 함께 교란된 퇴적물에는 유기물 농도에 적응할 수 있으며 생활사 주기가 짧은 오염지시종의 번무가 수반되는 것으로 연구된 바 있다 (Pearsonand and Rosenberg, 1978). 본 조사시에도 3월 조 사시 전체 정점에서 우점종으로 출현하지 않았던 오염지시 종이 6월과 9월 조사시 최우점종으로 출현하는 양상을 나타 내어 수온 상승과 유기물에 의한 퇴적환경 변화가 저서동물 군집 구조에 영향을 주었을 것으로 판단된다.
생태학적 제지수 중 종 다양도 평균값은 방조제를 기준으 로 내측보다는 외측에서 더 높게 나타났으며, 조사시기별로 도 외측에 위치하고 있는 정점 1과 2에서 대부분 높은 값이 산출되었다. 이는 외측이 내측보다 종풍부도와 종수 및 개 체수의 상태적 균형이 양호한 것을 의미한다.
저서동물 군집은 방조제를 기준으로 외측과 내측 두 그룹 으로 구분되어졌고 이는 서식지의 특성에 따른 저서동물의 종조성 변화로 일부 차이가 발생하고 있는 것으로 판단된 다. 이러한 현상은 새만금방조제 건설과 함께 방조제에 의 한 차단으로 저서동물의 국지적인 이동성 감소, 내측의 담 수 및 기수역의 확대, 지질 및 저염분 현상에 의한 생태적 변화 현상 등의 요인들이 복합적으로 작용한 결과로 해석되 어 지며, 추후 환경변화에 의한 외측과 내측의 종조성 변화 양상은 더욱 확대될 것으로 여겨진다. 본 조사해역이 포함되 어진 지역에서 연구된 An et al.(2006)의 연구결과에서도 향 후 전반적으로는 방조제 내부와 외부의 조하대 환경조건이 분리되어, 저서군집의 차이가 더 커질 것으로 예상하였다.
저서동물을 대상으로 하는 저서오염지수(BPI)를 실시한 결과, 새만금 해역과 환경이 유사할 것으로 판단되는 시화 방조제가 위치한 시화호는 연도별, 계절별 및 만(Bay)의 입 구에서부터 육지 깊숙한 지역까지의 지리적 위치에 따라 저서오염지수가 뚜렷하게 변화하는 양상을 나타냈으나 (Lee et al., 2003), 본 조사 지역의 경우는 지리적 위치로 구분될 수 있는 내측 및 외측에 있어 뚜렷한 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나, 계절별로는 3월에 3등급인 정점 2를 제외한 모든 정점에서 2등급 이상으로 나타나 저서환경 에 교란을 받지 않고 비교적 안정한 상태에 놓인 생태계를 반영하는 결과로 나타났다. 이는, 종 다양성 증가와 함께 일부 특정종의 극우점하는 현상이 개선되는 환경 특성이 반영된 결과와 무관하지 않을 것으로 판단된다. 수온이 상 승하는 6월 이후 유기물 함량이 높은 지역에서 주로 출현하 며, 오염지시종으로 알려진 다모류의 짧은다리송곳갯지렁 이와 이매패류인 아기반투명조개, 제 3군에 해당하는 두토 막눈썹갯지렁이가 대부분의 정점에서 극우점하는 양상을 나타나 이들에 의한 영향으로 저서오염지수가 낮게 산출되 었다. 결론적으로 새만금 조하대의 저서동물군집은 자연적 현상과 함께 인위적인 환경변화에 의하여 지속적으로 영향 을 받고 있는 것으로 예상되며, 추후 이들 환경변화가 저서 생물에 미치는 영향에 대한 세밀하고 장기적인 연구가 필요 할 것으로 판단된다. 따라서, 효율적인 환경평가 방법의 도 입과 함께 장기적인 모니터링 검증을 실시하여 환경변화에 따른 새만금 조하대 저서동물의 변화양상을 파악할 필요성 이 매우 중요할 것으로 여겨진다.
