서 론

습지는 면적당 생물다양성이 높은 생태계 중 하나이며 (Sutton-Grier and Megonigal, 2011;Zhu et al., 2011), 수생 식물이나 관목 등이 복잡하게 조성되어 서식처 복잡성이 높기 때문에 생물 서식에 유리하다. 수생식물은 미소갑각류나 어류 등의 수서생물에게 적절한 서식처로서 활용될 뿐만 아니라, 포 식자를 회피하기 위한 피난처를 제공한다(Muzzaffar and Ahmed, 2007). 수생식물의 종다양성이 높고, 생물량이 풍부 한 지역에서는 수중 내 공간이 복잡하게 구성되므로, 포식자를 회피하기 적당하다(Jones et al., 1999). 어류와 같은 포식자는 수생식물이 복잡하게 구성된 지역 내에서는 포식활동이 제한되 기 때문에, 미소갑각류 등의 피식자의 생존과 개체군 증식에 기여할 수 있다. 또한 습지의 이탄층은 토양 사이의 간격이 넓어 많은 물을 머금을 수 있어 홍수 등의 방지에 도움을 주며, 습지식물은 마을오폐수나 오염물질 정화에 큰 효과를 가진다. 이러한 습지의 중요성으로 인해, 현재 160개국이 국제습지협 약(Ramsar Convention on Wetlands)에 가입하여, 전 세계적 으로 산포된 2018개의 습지를 보호·관리하고 있다. 그러나 기 후변화로 인한 서식환경의 변화로 외래종의 침입이나 경제상황 의 변동 등 여전히 습지의 서식처와 생물다양성은 지속적으로 위협받고 있는 상황이다.

2008년부터 시작된 ‘4대강 살리기’ 사업의 일환으로, 낙동 강을 포함한 금강, 영산강, 한강 등에서 대대적인 하천정비가 진행되었으며, 이와 함께 둔치에 위치한 많은 습지가 훼손 또는 소멸되었다. 그러나 생물서식처로서 습지의 중요성이 인식되 면서, 기존의 습지를 정비하거나, 농경지였던 부분을 새로 조성 하여 둔치정비로 훼손 또는 소멸된 습지 면적만큼 대체습지를 조성하기에 이른다. 그러나 조성 이후 지금까지 이들 신규조성 습지에 대한 조사나 연구 등이 부족하여 자세한 정보 파악이 어려우며, 유지 또는 관리 주체가 모호하여 훼손 또는 교란에 지속적으로 위협받고 있다. 신규조성 습지에 관한 연구는 하중 도, 모래톱 등의 지형 변화에 대한 내용이나(Im et al., 2015), HGM을 이용한 대체습지의 기능 평가 등(Kim et al., 2017)의 연구가 수행되었지만, 생물 서식 현황이나 환경 변화에 대한 조사 및 평가가 전체적으로 미흡하여, 습지의 관리나 보전 방안 수립이 어려운 상황이다. 따라서, 이들 습지에 대한 생물상 및 수변환경에 대한 평가가 시급하며, 이를 기반으로 한 습지의 지속적인 유지 및 관리 체계 마련이 필요하다.

일반적으로, 한 지역 내 생물상의 분포나 서식 특성은 그 수계 전반의 서식 환경을 대표할 수 있기 때문에 생물종 서식에 대한 특이성을 활용하여 수생태계 환경의 대표성을 평가하고 있다(Kim et al., 2008;Park et al., 2014;Choi et al., 2015). 생물상 서식을 이용한 환경 평가는 서식환경 변화에 적응하여 서식하는 지표생물군의 분석에 근거하여 수환경에 대해 종합적 인 영향을 파악할 수 있다(NIER, 2011). 수환경 평가에 이용되 는 생물은 부착규조류부터 어류까지 범위가 매우 다양하며, 이 중 부착규조류의 경우 크기가 작고 풍부하기 때문에 수질 등 환경 변화에 민감한 반응 때문에 수환경의 변화를 평가하기에 적합한 것으로 알려져 있다(Watanabe et al., 1990;Peszek et al., 2015). 또한 부착규조류는 생활사가 상대적으로 짧고 많은 개체를 쉽게 얻을 수 있기 때문에 영국이나 일본 등에서도 생물학적 수질평가에 자주 이용되고 있는 분류군이다(NIER, 2006). 부착규조류는 종에 따라 총인(T-N)이나 총질소(T-P) 등의 영양염류가 풍부한 부영양화된 환경을 선호하는 종 (Cyclotella meneghiniana, Fragilaria construens f. venter, Navicula minima)도 있으며, 반대로 오염이 적은 빈영양 상태 를 선호하는 종(Achnanthes minutissima, Asterionella formosa, Cocconeis placentula)도 있다(Watanabe 1986). 이 들은 어류나 무척추동물처럼 서식처를 선택할 수 있는 분류군이 아니기 때문에 물의 특성 변화에 따라 개체뿐만 아니라 종다양 성의 변화가 뚜렷하므로 상대적으로 쉽게 수질 등 환경변화를 모니터링 할 수 있다(Watanabe et al., 1990;McCormick and Stevenson, 1998). 기존 연구들은 부착규조류의 이러한 서식특 성을 기반으로 수질 오염이나 부영양화를 감지할 수 있는 지표 종(indicater species)으로서 적용가능성을 연구하기도 하였다 (Munn et al. 2002).

부착규조류를 이용한 평가 방법 중, 부착돌말영양지수(TDI, Trophic Diatom Index)는 오염도에 따라 종 분류가 세분화되 어 있어서 신뢰도가 높고 수질 등급을 구분하는데 유리하다 (Kelly and Whitton, 1995). 이는 DAIpo 보다 넓은 영양염 구배를 가진 환경에서의 적용이 용이하기 때문에, 최근에는 부 착돌말영양지수(TDI, Trophic Diatom Index, Kelly and Whitton, 1995)를 적극 활용하고 있다(Wu, 1999;Delgado et al., 2010). 또한, 국내에서도 환경부의 ‘수생태계 건강성 조사 및 평가’에서 부착규조류를 활용한 TDI로 하천건강성을 평가하고 있으며(NIER, 2010;NIER, 2011), 그 외에 강 본류 (Lee, 1998;Park et al., 2004) 및 지천(Park et al., 2014;Choi et al., 2015;Choi et al., 2017) 등에서도 적용하고 있다. 그러나 대부분 하천이나 강과 같은 유수환경에서 적용하 고 있으며(Kelly and Whitton, 1995;Kelly, 1988, Atazadeh et al., 2007), 습지와 같은 정수환경에서의 적용은 매우 제한적 이다. 특히, 신규조성 습지는 조성 이후 습지 현황이나 제원에 대한 정보가 거의 없으며, 어떠한 가치를 가지는지 전무한 상황 에서 TDI를 활용한 수질이나 서식환경에 대한 평가는 향후 습지의 보전이나 가치 등을 평가하기 위한 기초자료로서 그 의미가 크다.

본 연구에서는 습지의 현황 파악 및 관리 방안 마련을 위한 기초자료 확보로서, 낙동강의 신규조성 습지에서 부착규조류 의 군집 현황을 파악하고, TDI의 적용을 통해 습지의 환경 특성을 평가하였다. 낙동강 둔치에 위치한 신규조성 습지는 조 성 이후 지속적인 토사 퇴적이나 습지 내 또는 주변에 미약한 식생 정착으로 나대지 발생 및 이로 인한 침식 발생 등으로 점차 변화하고 있는 실정이다. 따라서 환경변화에 민감하고 습 지의 건강성을 평가하는 지표생물인 부착규조류의 분포나 종다 양성 파악은 향후 신규조성 습지의 보전 및 관리방안 마련에 기여할 것으로 보인다.

연구방법

1. 조사지점 현황

낙동강은 한반도의 남동부에 위치하고 있으며, 태백에서 부 산까지 유로 구간으로 약 526km의 길이를 가진다. 국내에서 가장 큰 유역면적을 가진 강이지만(유역면적, 23,817km²), 본 류와 지류에 설치한 다목적댐(안동, 임하, 합천, 남강, 영천, 밀양, 운문댐 등)과 하구둑으로 물의 흐름이 인위적으로 조절되 는 특성을 가진다(Ha et al., 1998). 또한 2012년에 완공된 8개의 보(상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보)로 인해 수심 및 하폭이 증가하면서 조절강의 성격이 더욱 강해져, 거의 정체된 수역을 가진다. 상 류지역부터 집약적인 토지이용과 수자원의 적극적인 이용에 의해 낙동강 중·하류부는 상당히 부영양화된 상태를 가지며, 여름철 남조류와 겨울철 규조류의 대번성이 매년 관찰되고 있 다(Ha et al., 1999;Byun et al., 2015).

2008년부터 2012년까지 진행된 하천정비 사업으로 낙동강 둔치는 재정비되었으며, 이 과정에서 다양한 형태의 습지가 사 라지거나 훼손되었지만, 소실된 면적 대비 대체습지가 조성되 었다. 낙동강 유역에 신규 조성된 습지는 총 49개로, 이는 한강 (22개), 금강(32개), 영산강(44개)보다 많은 수이다. 본 연구에 서는 총 49개 습지 중 건천화되거나 수량이 부족한 지점을 제 외한 33개 습지를 대상으로 환경요인의 측정 및 부착규조류 채집을 수행하였다(Figure 1.).

2. 조사방법 및 분석

1) 환경요인 분석

낙동강 유역에 위치한 33개의 습지에서 봄과 가을철에 환경 요인의 측정과 부착규조류 채집을 수행하였다. 우리나라를 포 함한 동아시아 지역은 몬순기후의 영향으로 여름철에 강우가 집중되는 경향을 보이기 때문에(Jeong et al., 2007;Choi et al., 2011;Park et al., 2002), 여름은 생물상 조사를 위한 시기로 적절하지 않다. 습지는 수심과 저질 유형이 다양하고, 봄부터 성장하기 시작한 수생식물의 천이에 따라 서식처 구조 나 이질성이 지역에 따라 상이한 특징을 가진다(Van Donk and van de Bund, 2002;Choi et al., 2014;Choi et al., 2016). 따라서 본 연구에서는 습지의 서식처 이질성을 고려하 여 1~3지점을 선정하여 조사를 수행하였다. 각 습지에서 조사 지점의 선정은 습지 면적에 따라 결정하였다.

환경요인 중 이화학적 요인의 측정 항목은 수온, 용존산소, 전기전도도, pH, 탁도, 총질소, 총인, BOD(Biochemical oxygen demand) 및 엽록소a(Chlorophyll a) 등 9개로, 수온 과 용존산소, 전기전도도, pH는 현장에서 즉시 측정하였으며, 다른 항목은 원수를 실험실로 운반하여 측정하였다. 수온과 용 존산소는 DO meter(YSI DO; Meodl 58)를 이용하여 측정하 였으며, pH와 전기전도도는 각각 pH 측정기(Orion pH Meter; Model 58)와 전기전도도 측정기(Fisher Conductivity meter; Medel 152)를 이용하였다. 탁도는 탁도측정기(Model 1000IR, EUTECH)를 이용하여 측정하였으며, 총질소, 총인, BOD (Biochemical oxygen demand) 및 엽록소a(Chlorophyll a) 항목은 수질오염공정시험기준(NIER, 2010)에 따라 진행하였 다. 이 외에 낙동강 유역의 강우량은 국가수자원관리종합정보 시스템(WAMIS)의 자료를 이용하였다.

2) 서식생물상 조사 방법

부착규조류 채집을 위해 각 조사지점의 수심 50 cm 이하에 서 부착규조류가 안정적으로 착생할만한 기질 유형(자갈, 식물, 인공기질 등)을 선정하였다. 기질 선정 시 빛이 상대적으로 적 은 그늘이나, 오염된 구간은 제외하였다. 최대한 다양한 유형의 기질을 대상으로 하였으며, 조사지점 당 100 cm²의 기질 면적 을 증류수와 함께 nylon 재질의 솔로 긁어 조심스럽게 채집하 였다. 채집된 부착규조류는 메스실린더에 모은 후, 증류수로 희석하여 100mL로 맞춘 후 채집병에 담고 루골용액 5%로 고정하였다. 고정한 시료는 실험실로 가져와 산처리 후 SR(Sedgwick-rafter) counting chamber를 이용하여 현미경 으로 200 ~ 400배로 확대하여 동정 및 계수하였다. 구해진 값을 이용하여 부착돌말영양지수인 TDI(Trophic Diatom Index)는 Kelly and Whitton (1995)에 나오는 계수한 결과로 나타나는 각 종에 대한 현존량과 각각의 종에 대해 주어진 민감 도와 지표가중치를 주어진 계산식을 이용하여 산출하였다. 단, Kelly and Whitton (1995)이 제시한 민감도(Sensitivity)와 지표가중치(Indicator value)는 국내 실정에 맞게 수정한 값을 이용하였다(NIER, 2010). TDI의 범위는 0 ~ 100까지 나타나 며 0이 가장 청정한 상태이고 100이 가장 오염된 상태를 의미 한다. 산출된 값은 4등급(A: 최적, B: 양호, C: 보통, D: 악화) 으로 나누었으며, 등급을 나누는 기준은 환경부의 기준을 따랐 다(Table1). 값을 구하는 식은 다음과 같다.

3) 자기조직화지도(Self-Organizing Map) 분석

부착규조류의 개체수 및 종수와 조사 대상 습지의 환경적 특성 간의 관계는 비선형 생태모형 기법 중 하나인 자기조직화 지도(Self-Organizing Map, SOM) 알고리즘을 이용하여 패턴 분석을 실시하였다. 본 연구에서 SOM 모형의 입력 변수로 현장조사를 통해 확보된 조사지점의 환경 요인(용존산소, BOD, 전기전도도, 탁도, 엽록소a, 총질소, 총인, 하상(자갈, 모래, 식물)과 부착규조류의 개체수와 종수, TDI 값을 분석에 활용하였다. 최적의 SOM 구조는 다양한 구조의 SOM 모형을 구축한 뒤 두 에러(quantization error, topographic error)항이 가장 낮은 구조를 선택하였다. 조사지점을 클러스터링하기 위 해서 U-matrix를 이용하였으며, SOM 모형을 구성하는 각각의 node들 간의 유사도를 확인하여 가장 적합한 클러스터를 추출 하였다. SOM모형 구축과 데이터 분석은 Matlab 6.1을 기반으 로 이루어졌으며, SOM 모형 구축에 관련된 여러 가지 함수와 기능들은 Matlab 환경에서 구동되는 SOM_PAK(Kohonen et al., 1996) 툴박스를 활용하였다. 구분된 클러스터내의 항목을 평균하여 클러스터간의 차이를 확인하기 위해 SPSS(ver. 18) 의 One-way ANONA를 이용하였다.

결과

1. 낙동강 신규조성 습지의 환경요인

조사기간 동안, 각 습지에서 측정된 환경요인의 값은 지점과 시기에 따라 상이하였다(Table 2). 용존산소(DO)의 경우, 봄철 에는 3.9~12.1 mg/L, 가을철에는 2.1~11 mg/L의 범위를 보였 으며, 봄에는 하중도복원 습지(5번), 양산지구 습지(28번), 가을 에는 서재지구 습지(1번), 딴섬 대체습지(21번) 등의 습지에서 가장 높았다. 생물학적 산소요구량(BOD)은 봄철 1.0~9.6 mg/L, 가을철 1.2~9.5 mg/L의 범위로 두 계절간 비슷했다. 본 연구에서 생물학적 산소요구량이 높은 습지는 달성구하도복원 습지(5번), 서재지구 습지(1번), 현풍수달 습지(8번)이며, 이들 습지에서는 영양염류인 총인이나 총질소 등의 값이 다소 높았다. 전기전도도 값은 봄철에 69~1,332 μS/cm의 범위였으나, 가을철에 44~898 μS/cm로, 가을철이 봄철보다 감소되었다. 일반적으로, 전기전 도도 값은 강 중·하류부에서 300~1,000 μS/cm의 범위를 가지 는 점을 감안하면, 본 연구에서의 봄철 전기전도도 값은 일반적인 수준인 것으로 파악된다. 탁도는 봄에 1.1~19.0 NTU, 가을에 1.0~21.2 NTU의 범위를 보여 봄철과 가을철의 차이는 적은 것으로 나타났다. 봄철에는 김해지구II-2 습지(26번), 밀양1-1 습지(18번) 등이 높은 값을 보였으며, 가을철에는 김해지구II-1 습지(25번), 달성구하도복원 습지(5번) 등이 높은 값을 보였다. 엽록소a는 봄철에 0.0 ~ 2.9 μg/L의 범위를 보였으며, 가을철에 0.0 ~ 23.5 μg/L의 범위를 보였다. 봄철에는 달성구하도복원 습지(5번)와 삼락대체 습지(33번) 등이 높은 값을 보였으며, 가을철에는 달성구하도복원 습지(5번)와 딴섬대체 습지(21번) 등이 높은 값을 보였다. 총질소는 봄철에 1.132~8.069 mg/L의 범위를 가지며 가을철에는 0.640~5.934 mg/L로 봄철과 가을철 모두 높은 편으로 나타났다. 봄철에는 서재지구 습지(1번), 운정 천 습지(11번) 등이 높은 값을 보였으며, 가을철에는 달성구하도 복원 습지(5번), 차천 습지(7번) 등이 높은 값을 보였다. 총인은 봄철에는 0.016~0.680 mg/L, 가을철에는 0.027~1.019 mg/L 으로 봄철에 낮은 경향을 보인다. 봄철에는 서재지구습지(1번), 하빈습지(2번) 등이 높게 측정되었으며, 가을철에는 수달의 숲(3 번)과 달성구하도복원 습지(5번) 등이 높은 값을 보였다.

2. 부착규조류 군집 분포 및 부착돌말영양지수(TDI)

조사기간 동안, 낙동강 신규조성 습지에서 조사된 부착규조 류는 총 38과 173종, 평균 319,479 cells/cm²이 출현하였다. Navicula속은 조사대상 습지에서 가장 높은 비율(약 20%)로 출현하였으며, 그 다음으로 Aulacoseira속(약 19%), Fragilaria 속(약 16%) 등이 높은 빈도로 관찰되었다. Navicula속에 속하 는 종은 Navicula confervacea, Navicula confervacea 등 이 였으며, 이들은 낙동강 신규조성습지에서 풍부한 것으로 나타 났다. 부착규조류는 Aulacoseira ambigua로 총 2,538,781 cells/cm²이 가장 우점하였으며, 그 다음으로는 Navicula confervacea가 2,101,782 cells/cm², Fragilaria elliptica가 1,682,609 cells/cm²의 순으로 높았다.

부착규조류의 우점종 및 개체수 현황은 계절별로 상이하였다. 봄에는 총 35과 156종, 평균 281,845 cells/cm²이 출현하였으며, 가을에는 35과 154종, 평균 357,113 cells/cm²로 종수는 비슷하 지만, 개체수는 봄보다 가을이 더 높았다(Figure 2.). 가을철에 가장 종다양성이 높은 습지는 양산지구 습지(28번, 61종), 차천 습지(7번, 58종), 밀양1 습지(17번, 55종) 등이었으며, 대조적으 로 신덕1-3습지(32번, 13종)는 가장 낮은 종수가 관찰되었다. 봄철에는 Melosira varians가 800,345 cells/cm²로 가장 우점하 였으며, 그 다음으로는 Eunotia bilunaris (568,650 cells/cm²), Achnanthes minutissima (538,886 cells/cm²)등이었다. 이 중 Eunotia bilunaris는 호오탁성 종(Saprophilous taxa)이며, 한 림1 습지(19번), 한림2 습지(20번), 삼락대체 습지(33번) 등의 습지에서 풍부하였으며, Achnanthes minutissima 는 호청수 종(Saproxenous taxa)으로 청화원 습지(13번), 도요 습지(22 번), 양산지구 습지(28번))에서 100,000 cells/cm² 이상으로 높았다. 가을에는 Aulacoseira ambigua가 2,376,450 cells/cm² 로 가장 우점하였으며, Navicula confervacea 1,703,550 cells/cm², Fragilaria elliptica가 1,311,075 cells/cm²의 출현 을 보여 봄의 부착규조류 분포와 차이를 가졌다. Aulacoseira ambigua와 Navicula confervacea는 호오탁성 종으로 하중도 복원 습지(12번), 청유도 습지(14번), 현풍수달 습지(8번) 등에 서 높게 출현하였다. 부착규조류 개체수는 5,717~4,131,540 cells/cm²의 범위를 보였으며, 한림1 습지(19번), 신덕1-1 습지 (30번) 등은 봄철에 가을철보다 높은 개체수를 보였으며, 서재지 구 습지(1번), 하중도복원 습지(12번) 등은 가을철 개체수가 봄철 개체수 보다 높았다.

부착규조류 출현종 중, 호청수성 종과 호오탁성 종의 개체수 및 종수를 봄/가을로 계산하여 출현 비율 정도를 확인한 결과, 습지별로 계절간 차이가 확인되었다(Figure 3.). 호청수성 종 은 개체수의 봄/가을 비율이 0.4~95.2이며 1이 넘는 지점은 25지점으로 나타나 대부분의 습지는 가을철보다 봄철에 종수 가 높은 것으로 나타났다(Figure 3a.). 삼락대체 습지(33번)가 호청수성 종 개체수의 봄/가을 비율이 95.2로 봄과 가을의 개체 수 차이가 가장 크며, 밀양1-1 습지(18번)가 66.4로 그 다음으 로 큰 차이를 보였다. 이들 종의 봄/가을 비율이 1보다 작은 습지는 서재지구 습지(1번), 하빈 습지원(4번), 달성구하도복 원 습지(5번), 구지 습지원(9번)이 0.4로 나타났으며, 총 6지점 으로 확인되었다. 호청수성 종의 수 또한, 봄/가을 비율이 0.3~5.3이며 1이 넘는 지점이 21지점으로 나타나 대부분의 지 점에서 가을철보다 봄철에 종수가 높았다. 밀양1-1 습지(18번) 가 호청수성 종 종수의 봄/가을 비율이 5.3으로 가장 큰 차이를 보였으며, 한림2 습지(20번)가 2.5로 그 다음으로 큰 차이를 보였다. 이들 종의 봄/가을 비율이 1보다 작은 지점은 벽소원 습지(10번)가 0.3, 밀양1 습지(17번)가 0.6으로 나타났으며, 총 6지점으로 확인되었다.

이와 다르게, 호오탁성 종은 봄보다 가을철에 높은 개체수가 관찰되었다(Figure 3c.). 호오탁성 종의 개체수는 봄/가을 비율 이 0.1~19.8로, 1이 넘는 지점은 33개 중 11지점에 불과하였 다. 신덕1-1 습지(30번)가 19.8로 봄과 가을간의 호오탁성 개 체수의 가장 차이가 크며, 삼락대체 습지(33번)가 13.7로 그 다음으로 나타났다. 이들 종의 봄/가을 비율이 1보다 낮은 지점 은 하중도복원 습지(12번)가 0.1, 도요 습지(22번)가 0.1로 나 타났으며, 총 21지점으로 나타났다. 호오탁성 종의 종수는 봄/ 가을 비율이 0.4~2.1이며 1이 넘는 지점이 11지점으로 나타나 종수 또한 봄철보다 가을철에 종수가 높은 지점이 많은 것으로 확인되었다. 이들 종의 봄/가을의 비율은 한림2 습지(20번)가 2.1, 갈대정화 습지(6번)가 2.0으로 큰 차이를 보였다. 호오탁 성 종 종수의 봄/가을의 비율이 1보다 작은 지점은 신덕1-2 습지(31번)가 0.4, 밀양1 습지(17번)와 양산지구 습지(28번)가 0.5로 나타났으며, 총 20지점으로 확인되었다.

각 습지에서 조사된 부착규조류의 출현종을 기반으로 TDI 를 산출한 결과, 대부분의 습지는 C와 D 등급으로 나타났다 (Table 3). 가장 높은 TDI 등급은 청화원 습지(13번)와 양산지 구 습지(28번)의 봄이었으며(A등급), 서재지구 습지(1번)의 가 을, 달성구하도복원 습지(5번)의 가을, 도래 습지(15번)의 봄, 도요 습지(22번)의 봄, 화명2지구 습지(29번)의 봄은 B등급으 로 분석되었다.

3. 클러스터 분석 결과

각 습지들의 환경요인(수질 항목 및 기질풍부도)과 부착규조 류 분포 양상을 유형화하기 위해 SOM 분석을 시행한 결과, 5x8구조에서 최적화되었으며, 총 4개의 Cluster로 구분되었다 (Quantization error, 0.506; Topographic error, 0.00; n=63, Figure 4.). 4개의 클러스터는 계층적 군집 분석의 계통수의 차이성에 기반하여 구분되었으며, 이들 클러스터간에서는 통계 적으로 유의한 차이가 있었다(MANOVA, p<0.05; Table 4).

클러스터 1의 경우, 대부분 가을철의 조사지점들로 구성되 었으며, 총인과 총질소 등의 영양염류와 부착규조류의 종수 및 풍부도가 낮음에도 불구하고, 부착돌말영양지수(TDI) 값이 높 은 지점들로 나타났다. 이와 반대로, 클러스터 4는 봄철의 지점 들이 대부분이며, 총질소가 높음에도 불구하고 TDI 값이 낮은 특징을 보였다. 클러스터 4에 속한 습지들의 총인 값은 0.059 mg/L로 다른 클러스터 내 습지보다 낮지만, 용존산소는 8.6 mg/L로 다른 클러스터보다 높았다. 클러스터 3의 경우, 시기에 상관없이 총인과 총질소의 평균값이 각각 2.579 mg/L, 0.201 mg/L로 가장 높았으며, 부착규조류의 종수와 풍부도 또한 높 은 습지들로 구성되었다. 클러스터 2의 경우 대부분의 항목이 평균값에 가까운 값이 나타난 습지들로 구성되었다. 이것으로 보아 클러스터 2는 클러스터 1, 3, 4로 구분되지 못한 지점들이 모인 것으로 보인다. 특징적으로, 클러스터 2에서는 하상 내 모래비율이 평균 61.3으로 높은 값으로 나타나 다른 클러스터 와 차이를 보였다. 그 외 서식환경의 경우, 클러스터 4와 매우 유사하였으며, 대부분 가을 시기에 조사된 값으로 구성되어 부 착규조류의 종수와 풍부도가 낮은 경향을 보였으나, TDI 값은 높았다. Table 5

고찰

낙동강 신규조성 습지에서 조사된 부착규조류의 계절성은 동아시아 지역에서 나타나는 일반적인 천이 과정과 비슷하다 (Kim, 2001). 우리나라는 몬순 기후의 영향으로 강우량이 여 름철에 집중되며, 이는 생물군집의 천이에 강하게 영향을 미친 다. 여름 강우는 봄철에 높은 밀도로 성장한 개체군을 급감시키 며, 가을철에 새로운 천이 과정을 유도한다(Choi et al., 2011). 이러한 ‘여름 강우 효과’는 수생태계의 수리수문 형태나 구조 등에 따라 차이를 가진다. 강의 경우, 흐름이 지속적으로 발생 하는 생태계이며, 강우에 의한 유량 증가라는 연속적인 교란으 로 하류에 서식하는 생물군집을 크게 감소시킨다(Saunders and Lewis, 1988). 이와 반대로 물 흐름이 거의 없는 둠벙이나 연못 등에서는 풍부한 수생식물이 강우에 의한 교란을 감소시 키며, 생물군집의 생존률을 높이고 개체군 성장을 증가시킨다. 본 연구에서 부착규조류의 계절간 차이 또한 습지의 수리수문 형태나 구조적인 특성 등의 영향으로 판단된다. 일부 습지에서 부착규조류의 종수는 감소하고 개체수는 봄에서 가을로 갈수록 크게 증가하였다. 여름 강우와 같은 교란에 취약한 종은 감소한 것으로 판단되며, 여름에 교란으로부터 살아남은 종은 가을철 에 높은 개체수로 성장하기에 충분한 개체수를 가졌을 것이다. 특히, 새나래 습지(16번), 한림2 습지(20번), 화명2지구 습지 (29번) 등은 수심이 깊고 수량이 많아 물리적인 교란(강우 및 수체 파동 등)으로부터 취약한 조건을 가지며, 이로 인해 종수 가 뚜렷하게 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한 이들 습지들은 수생식물이 성장하기 어려운 환경이기 때문에, 강우에 의한 교 란 효과가 확대된 것으로 판단된다. Choi et al. (2015)는 동아 시아 지역에서 여름에 집중된 강우에 의한 물리적인 교란은 수생식물에 의해 감소될 수 있으며, 플랑크톤 군집의 종수와 풍부를 증가시킨다고 보고하였다. 이와 관련하여, 수생식물이 풍부한 일부 습지(달성구하도 복원습지(5번) 등)는 가을에 종 수와 개체수가 증가된 것을 확인할 수 있다. 더욱이, 수생식물 의 잎과 줄기는 부착규조류의 서식을 위한 부착기질체를 제공 하기 때문에 종다양성과 개체수 증가에 크게 기여할 수 있다. 이러한 수생식물의 서식처 효과와 관련하여, 한림2 습지(20번) 나 화명2지구 습지(29번) 등은 수생식물이나 자갈 등이 풍부하 여 높은 종다양성을 나타내기도 했다.

습지의 유입·유출부의 기능과 관련된 지속적인 수원유입이 나 통수 확보 등은 수질 특성과 관련된 부착규조류의 서식을 유도했다. 호청수종의 종수와 개체수는 봄에 높은 편이었으며, 호오탁성 종은 가을에 상대적으로 높았다. 이는 봄과 가을 간에 수질 환경의 차이를 의미한다. 여름에 집중된 강우는 유입 지류 와 주변 토지로부터 많은 양의 영양염류와 오염물질을 유입을 촉진시키며, 높은 탁도 발생과 부영양화를 유도한다(Reynolds, 1993;Sommer, 1995). 대부분의 습지에서 호오탁성 종이 가 을철에 높다는 것은 여름 강우에 의해 증가된 영양염류와 오염 물질의 축적을 의미한다. 이 습지들은 유입·유출부의 기능이 불량하여 통수가 원활하지 못하며, 높은 탁도 발생과 부영영화 를 유도하였으며 이와 함께 호청수성 종의 감소를 이끈 것으로 판단된다. 그러나, 상대적으로 탁도나 오염물질의 증가에 민감 하지 않은 호오탁성 종은 봄보다 증가하거나 비슷한 수준이었 다. Stevenson et al.(1991)은 영양염이 충분할 때 천이 초기에 적응한 호오탁성 종이 강우와 같은 물리적 교란 발생에도 지속 적으로 유지될 가능성이 높다고 하였다. 유입·유출부의 기능이 우수하고, 통수가 원활한 일부 습지(서재지구 습지, 1번; 달성 구하도복원 습지, 5번; 청유도 습지, 14번; 딴섬대체 습지, 21 번; 김해지구II-1 습지, 25번)는 봄과 가을간에 호청수성 종의 종수와 개체수가 높거나 비슷한 수준이었다. 이 습지들은 낙동 강 본류를 분기한 샛강형의 습지 형태이며, 유입·유출부의 폭이 넓어 본류수의 유입·유출부의 기능이 원활하여 오염물질 부하 량이 비교적 적었다. 또한 수변부에 갈대나 물억새 등 상대적으 로 다양한 수생식물이 정착하여 있으며, 그 외에도 자갈 등의 기질 표면이 풍부하였다. 이러한 환경기반은 상대적으로 호오 탁성 종보다는 호청수성 종의 출현 빈도 증가에 기여했을 것으 로 사료된다.

청화원 습지(13번)와 양산지구 습지(28번)의 경우, 봄에 Achnanthes minutissima, Achnanthes lanceolata 등의 호청 수성 종이 높은 밀도로 출현하여 TDI 등급에서 A로 평가되었 으나, 이 종들은 가을에는 현저히 감소되었으며 C등급으로 하 락하였다. 이 습지들은 유입·유출부의 기능이 우수하였으나, 낙동강 하구둑에 의한 본류 정체로 통수가 원활하지 못한 것으 로 판단되었다. 이로 인해 호오탁성 종의 비율이 높으며, 결과 적으로 낮은 TDI 등급을 야기했을 것으로 판단된다. 기존 연구 를 살펴보면, TDI로 산출된 C와 D 등급의 서식환경은 일반적 으로 하천의 중·상류에 해당되는 서식환경과 비슷한 수준이었 다(Choi et al., 2017).

SOM 분석에 의해 구분된 4개의 Cluster는 부착규조류의 서식처 특성을 반영했다. 클러스터 1은 대부분 높은 TDI 값을 가지는 가을 시기의 습지들로 구성되었으나, 영양염류(총인, 총질소)의 값은 상대적으로 낮았다. 이를 볼 때, 상대적으로 탁도나 오염물질의 증가에 민감하지 않은 호오탁성 종은 여름 강우로 인한 교란에도 불구하고 큰 영향은 받지 않는 것으로 보인다. 오히려 여름철에 집중된 강우 시에 내려오는 지표수에 포함된 과도한 영양염류 유입으로 강우의 교란에 적응된 호오 탁성 종의 정착 및 발달을 촉진시켰다. 그래서 가을 시기에는 호오탁성 종의 우점현상이 발생하며, 영양염류 농도가 적음에 도 불구하고 TDI 값이 높을 수 있다. 이와 반대로, 클러스터 4는 봄 시기의 습지들이 대부분이며, 총질소가 높음에도 불구 하고 TDI 값이 낮았다. 봄 시기는 가을과는 다르게, 강우량이 낮아 유지수량이 낮게 유지되기 때문에 물에 녹아든 영양염류 값이 높게 측정될 수 있다(Al-Kenzawi, 2009). 또한 수생식물 의 성장과 발달이 아직 미약하여 잎과 줄기와 같은 기질 면적이 적어, 호오탁성 종이 적어 TDI 값이 낮을 수 있다. 또한 부착규 조류의 성장에 크게 기여하는 총인의 비중이 적고, 초기 천이과 정에서 광적응성 종의 증가도 상대적으로 호오탁성 종의 비율 이 낮아졌을 가능성도 있다. 호오탁성 종의 경우 총인 농도와 밀접한 상관관계를 가지며(Bare and Tundisi, 2010), 이는 주 로 생활하수 등을 통해 유입되기 때문에, 상대적으로 강우량이 적은 봄철은 총인의 유입가능성이 낮고, 결과적으로 호오탁성 종의 성장에도 영향을 미친다(Greenaway and Gordon-Smith, 2006). 클러스터 3으로 구성된 습지들은 영양염류 농도와 엽록 소a가 높은 것으로 보아 상대적으로 식물플랑크톤의 풍부도가 높은 환경으로 판단된다. 수표면에 식물플랑크톤의 우점은 수 중 내 빛의 유입을 차단할 수 있으며, 상대적으로 수중 내 아래 공간에 서식하는 부착규조류의 성장에 영향을 미칠 수 있다 (Brown and Austin, 1973). 그래서 클러스터 3에 속한 습지들 은 상대적으로 낮은 TDI 값을 가졌다.

결과적으로, 부착규조류의 종조성과 분포, 이를 기반으로 한 부착돌말영양지수(TDI)는 습지의 수리수문 특성이나 구조, 이 로 인해 야기되는 서식환경 변화에 강하게 영향 받는 것으로 사료된다. 낙동강에 위치한 신규조성 습지는 기존하천이나 수 로합류부가 존치된 형태부터 낙동강 본류를 분기한 샛강형, 지 하수나 강우에 유지수원을 의지하는 것까지 다양한 유형을 가 진다. 대부분의 습지는 내부통수의 원할한 기능 확보를 위해 유입·유출부를 조성하였으나, 조성 이후 오랜 시간이 흐르면서 지속적인 흐름으로 인한 토사 퇴적이나 수생식물의 잠식 등으 로 기능이 원활하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 유입·유출부 의 기능 저하는 호안사면의 빈번한 침식으로 인한 수중 내 토사 유출이나 과도한 마을오폐수의 유입 등으로 인한 수생식물의 발달 등을 원인으로 볼 수 있다. 습지 내 통수의 기능 저하는 내부재생산에 의한 오염을 증가시키며, 이는 수중 내 빛 유입을 방해하고, 수생식물 등의 생물기질 다양성을 낮춘다. 여름에 집중된 강우량은 습지 주변 지표면을 흐르면서 토사 내 영양염 류들을 습지로 이끌며, 이는 유입하천이 존재하는 경우 더욱 많은 양의 영양염류 유입을 촉진시킨다. 이는 상대적으로 호오 탁성 부착규조류 종의 정착과 발달을 유도하며, 높은 TDI 값을 나타나게 한다. TDI와 관련성이 높은 총인의 경우, 각 습지 내 TDI 값 변동과 비슷한 성향을 보이나 총질소의 경우 경향이 보이지 않는다. 기존 연구에서는 대체로 총인과 총질소 모두 TDI와 양의 상관성을 가는 것으로 연구되고 있지만(Atazadeh et al., 2007;Bellinger et al., 2006), 본 연구결과에서 총질소 의 경우 대부분 1.0 mg/L을 넘어 이미 과도한 상태이기 때문에 총질소의 농도 변화가 TDI에 적은 영향을 미친다.

여러 기존 연구에서, 부착규조류를 활용한 TDI를 서식환경 및 수질 평가지표로 활용하고 있으며(Atazadeh et al., 2007;Choi et al., 2017), 다양한 범위의 수질 측정값(특히 영양염류) 에 따라 차이 있는 TDI가 산출되어 서식환경 파악에 용이한 것으로 나타났다. 그러나 습지에서의 적용가능성은 매우 낮은 것으로 나타났다. 하천이나 강 등의 흐름을 가진 수환경은 상류 부터 하류까지의 구간에 따라 비교적 뚜렷한 서식환경을 가지 므로 축사나 생활오폐수와 같은 비점오염원 유입 구간이 특징 적으로 발굴될 수 있지만(Munafo et al., 2005;Shen et al., 2008), 습지는 흐름이 적고 정체수역에 가깝기 때문에 대부분 영양염류 농도가 높다. 그래서 흐름이 지속적으로 유지되어 호 청수성 종(Saproxenous taxa)이 출현하는 서식환경이 아니라 면, 대부분 높은 TDI 값과 낮은 등급이 산출될 수밖에 없다 (Della Bella et al., 2007). 이와 같은 양상은 본 연구 결과에서 도 비슷하게 나타나 대부분의 습지가 C와 D등급으로 평가되었 다. TDI 등급이 다소 양호한 청화원 습지와 양산지구 습지는 습지이기보다는 샛강형 하천에 가까운 형태를 가지기 때문에 특이적인 결과라 할 수 있다. 따라서 습지의 오염원 제거와 통수확보는 부착규조류의 호청수성 종에게 중요한 요소임을 알 수 있다.

그러나 대부분의 습지는 닫힌 환경이며, 강우나 지표수의 유입에 따라 수위나 수질 항목 등이 변동 폭이 극심하여 부착규 조류와 같은 생물상을 조사·평가 하기에 어려움이 있다. 이와 같은 환경의 경우, 지속적이고 주기적인 조사가 필요하다. 부착 규조류 군집은 다른 생물상보다 짧은 기간에 성장·사멸하여 상대적으로 긴 조사주기와 횟수는 단편적인 정보만을 취하게 된다. 본 조사 또한 강우 전·후 1회씩 조사하여 나온 결과로 이를 기반으로 하여 TDI 값 산출 및 환경요인과의 분석이 이루 어졌기 때문에 기존 결과와 상충되거나 조사시기만의 정보가 분석될 수도 있다. 그러나 전체적으로 여름강우나 유입·유출부 의 기능이 부착규조류의 종다양성과 분포에 영향을 미쳤기 때 문에, 이를 기반으로 한 지속적이고 주기적인 조사가 추가적으 로 수행되어야 할 것으로 보인다.