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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.48 No.3 pp.153-167
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2015.48.3.153

Distribution and Species Prediction of Epilithic Diatom in the Geum River Basin, South Korea

In-Hwan Cho, Ha-Kyung Kim, Man-Young Choi1, Yong-Su Kwon2, Soon-Jin Hwang3, Sang-Hoon Kim4, Baik-Ho Kim5*
Depament of Enviromental Science, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
1Nature and People, Gyeongnam 621-909, Korea
2National Institute of Ecology, Suhcheon 325-813,Korea
3Depament of Enviroment and publich health, Konkuk University, Seoul 143-701, Korea
4National Institute of Environmental Research, Incheon 404-170, Korea
5Depament of Life Science,Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
Corresponding author Tel: +82-2-2220-0960, Fax: +82-2-2220-0960, tigerk@hanyang.ac.kr
June 5, 2015 July 3, 2015 July 13, 2015

Abstract

In order to understand the relationship between the distribution of epilithic diatoms and the habitual environments, land-use, water qualities, and epilithic diatoms were studied at 141 sampling sites in the midwestern stream of Korean peninsula (Geum river, Mangyeong river, Dongjin river, and Sapgyo river). The total 183 diatom taxa was appeared in the study, while the dominant species were found to be Nitzschia palea (10.9%) and Achnanthes convergens (8.4%). Based on the abundance of epilithic diatoms, a cluster analysis results indicate that the sampling sites divided the sampling sites into 4 groups (G) at the 25% level. In term of geographic and aquatic environments, G-I and -II accounted for the upper and mid streams of the Geum river, and had large forest areas and good in water quality. G-III accounted for farmland and urban, and high concentration nutrient levels (TN and TP) and electric conductivity. G-IV accounted for mostly farmland, and high levels in turbidity, BOD, nutrient and electric conductivity. CCA results showed that the saproxenous taxa Meridion circulare was the indicator species of G-I, which strongly influenced by altitude and forests. In G-II, the indifferent taxa Navicula cryptocephala was influenced by Chl-a, AFDM, and DO. In G-III and -IV, the indifferent taxa Fragilaria elliptica and saprophilous taxa Aulacoseira ambigua were influenced by electric conductivity, turbidity, and nutrient counts. Meanwhile, random forest results showed that the predicting factor of indicator species appearance in G-I, -II, and -III was found to be electric conductivity whereas in G-IV it was found to be turbidity. Collectively, the distribution of diatoms in the midwestern of Korean peninsula was found to depend more on the land-use and its subsequent water qualities than the inherent characteristics of the aquatic environment.


금강권역 주요 하천의 돌 부착돌말류 분 포 및 출 현예측

조 인환, 김 하경, 최 만영1, 권 용수2, 황 순진3, 김 상훈4, 김 백호5*
한양대학교 환경과학과
1(주)자연과사람들
2국립생태원
3건국대학교 환경보건학과
4국립환경과학원
5한양대학교 생명과학과

초록


    서 론

    금강은 한반도 중서부에서 가장 큰 유로연장을 가지며 산간계류, 도시 및 농촌지역을 차례대로 거쳐 금강하구댐 에서 서해로 유입된다. 주변에 대전과 천안 등 대형도시와 논산, 강경, 함열을 경유하는 농업지대에서 유입되는 하폐 수로 인한 수질오염이 발생하고 있다. 금강의 주요 지류로 는 무주남대천, 봉황천, 초강천, 미호천, 갑천, 논산천 등이 있다. 만경강과 동진강은 유로연장이 100 km 이하인 하천 으로 주로 농경지와 전주, 익산, 정읍 등의 소형도시가 발 달되어 있으며, 주변에 왕궁축산단지, 원예 및 채소용 비닐 하우스, 온천 등이 분포한다 (Cho, 2007). 만경강의 지류로 는 고산천, 전주천 등이 있고, 동진강의 지류로는 정읍천, 고부천 등이 있다. 삽교천은 북쪽에 위치한 소형하천이지 만 주변에 중소도시, 공업단지, 과학단지 등에서 유입되는 하폐수로 인한 수질오염이 심하다. 삽교천의 지류로는 무 한천, 곡교천 등이 있다. 최근 충청남도 연기군, 공주시, 청 원군 일부 지역을 중심으로 하는 세종특별자치시가 건설 되어 주택, 상가, 학교 등 도시화가 활발하게 진행되고 있 어 수질오염이 예상되고 있다 (Yi, 2013).

    돌말류는 지구 탄소고정량의 20%를 차지하며, 담수에서 미세조류 중 가장 다양한 분류군이다 (Leland and Porter, 2000). 또한 하천생태계의 1차 생산자로서 수서곤충, 어 류 등 상위포식자의 주요한 먹이원이다 (Stevenson et al., 1996; Ewe et al., 2006; Evelyn, 2009). 그중 돌부착돌말류 는 박테리아와 함께 기질표면에 군체화를 일으켜 생물막 을 형성하며 (Cushing and Allan, 2001), 이러한 생물막은 수중내 영양물질을 흡수하여 세포밀도를 증가시키고 일정 한 성장에 도달하면 탈리된다 (Khatoon et al., 2007). 또한 암석 또는 자갈과 같은 기질에 장기간 부착하며 수온, 영 양염, 유속, 유량 등 환경변화에 대해 민감하게 반응하여, 서식처의 오염 및 환경상태 변화에 대해 지표생물로 사용 되고 있다 (Watanabe and Asai, 1990; Kelly and Whitton, 1995).

    한반도 금강권역의 하천에 대한 연구들은 주로 수질 및 생물상 조사가 대부분이었으며 (Moon et al., 2001; Yun et al., 2002; Kim et al., 2004; Lee et al., 2008; Lee and Park, 2009; Park et al., 2011), 수환경 지표성이 높은 부착돌말 류에 대한 연구는 상대적으로 빈약하며 (Kim et al., 2000; Cho et al., 2014), 금강과 만경강에서만 집중적으로 이루 어졌다. 한편, 삽교천과 동진강은 물론 최근 만경강 하류에 형성된 새만금 방조재는 해수유입이 원할하지 않아 수질 오염은 물론 심각한 생물상 변화가 우려되고 있다 (Yang et al., 2008). 금강의 경우, 최근에 2개 인공보가 형성되어 유 속이 감소하였고 (Yang et al., 2015), 하구에 형성된 하구언 댐은 부여, 군산 등 인근도시의 상수원수로 이용되기 때문 에 수질환경은 물론 부착돌말과 같은 지표성이 높은 생물 들의 분포특성을 파악하는 연구는 매우 중요하다 하겠다.

    본 연구는 하천의 물리-화학적 환경이 하천의 지표생물 돌말류의 분포 및 발생에 어떠한 영향을 미치는지를 파악 하고자 금강권역의 주요하천 (금강, 만경강, 동진강, 삽교 천)의 산간계류에서 하구역까지 총 146개 지점을 대상으 로 부착돌말류와 환경요인 조사를 실시하였다.

    재료 및 방 법

    1.조사시기 및 지점선정

    금강권역의 주요하천은 금강, 만경강, 동진강, 삽교천을 포함해 여러 하천이 있으며, 본 연구에서는 4개 주요하천 을 대상으로 조사가 이루어졌다. 2013년 9월에 4개 주요 하천의 본류와 지류를 포함하여 총 146개 지점 (금강-100 sites, 만경강-18 sites, 동진강-14 sites, 삽교천-14 sites)을 선정한 후, 각 지점에서 돌부착돌말류 및 환경요인을 조사 하였다 (Fig. 1).

    2.환경요인 분석

    조사지점의 해발고도는 Digital Elevation Map (DEM)으 로 측정하였으며, 토지이용 (Land-use, %)은 조사지점을 중 심으로 반경 1km 범위를 농경지 (agriculture), 도시 (urban), 숲 (forest) 등으로 구분하고 각 항목별 상대적 비율 (%)을 계산하였다. 하폭은 교량의 폭에 기준하여 측정하였고, 수 심은 대자로 측정하였다. 수온, 용존산소, pH, 전기전도도, 탁도 등은 휴대용 수질측정기 Horiba U-50 (HORIBA Ltd. Japan)를 이용하여 현장에서 측정하였다. 수질분석에 필요 한 현장수는 각 지점에서 2L 무균채수병에 채수후 냉조건 에 보관하여 실험실로 운반하였다. BOD는 Winkler-azide 법에 따라 현장에서 직접 채수한 시료를 300 mL-BOD병 에 넣고 냉암조건을 유지하면서 실험실로 운반한 후, 20°C incubator에서 5일 동안 암조건 하에 배양하여 채수 당일 고정한 시료의 용존산소를 비교하여 계산하였다 (APHA, 2001). 영양염의 경우 Standard method에 의거하여 NO3-N 은 Cadmium reduction법, NH3-N은 Colorimetric법, TN 은 Cadmium reduction법, PO4-P는 Ascorbic acid법, TP는 persulfate 분해 후 Ascorbic acid법으로 각각 Spectrophotometer (SP2770i Youngwoo, Korea)를 이용하여 측정하였다 (APHA, 2001). 현장에서 채집한 고정하지 않은 시료는 냉 암조건을 유지하여 실험실로 운반한 후 엽록소와 유기물 함량 (Ash-free dry-matter, AFDM)을 APHA(2001)에 따라 분석하였다.

    3.돌말류 채집 및 군집분석

    조사지점에서 1주일 이상 수중에 잠겨있었고, 상부가 넓 은 자연석을 대상으로 기질을 선정하였다. 25 cm2 넓이에 서 채집한 시료의 일부는 Lugol’s solution으로 고정하고, 다른 일부는 고정하지 않았다. 고정된 시료는 실험실로 운 반하여 Permanganate method (Hendey, 1974)에 따라 세 정후 봉입제 Naphrax® (Brunel Microscopes Ltd, England) 를 이용하여 영구표본을 제작한 후 광학현미경을 이용하 여 1000배 하에서 동정 및 분류하였다. 돌부착돌말류 군 집 분석을 위한 출현종의 상대빈도를 위한 계수는 임의 로 선정된 현미경 하의 시야에서 돌부착돌말류 피각 수가 200개 이상이 되도록 하였다. 동정은 Krammer and Lange- Bertalot (2007)을 이용하였고, Simonsen (1979) 체계에 따 라 분류하였다. 또한 돌부착돌말류 군집 특성을 파악하기 위하여 각 지점의 출현특성 (출현종수, 세포밀도)을 근거로 우점종 및 우점도 지수 (McNaughton, 1967), 다양성 지수 (Shannon and Weaver, 1959), 풍부도 지수 (Margalef, 1958), 및 균등도 지수 (Pielou, 1975)를 각각 산출하였다. 산출한 돌부착돌말류 자료는 전체 조사지점의 3% 미만 지점에서 나타난 종은 rare taxa로 구분하여 분석에서 제외하였다. 각 개체수의 변이를 줄이기 위하여 로그 (log10)변환을 하였으 며, 0이 되는 것을 방지하기 위하여 각 변수에 1을 더해 계 산하였다. 로그변환한 자료를 근거로 유클리디언 거리 (Euclidean distance)를 이용하여 집괴분석 (Cluster analysis) 을 실시하였다. 집괴분석 결과에 따라 나누어진 각 그룹을 대표하는 돌부착돌말류를 선정하기 위해 Indicator species analysis (ISA)를 실시하였다 (Dufrene and Legendre, 1997).

    4.환경과 돌말류

    돌말류를 이용한 수질평가를 위하여 돌부착돌말류의 유 기오염에 대한 내성도를 기준으로 출현종을 호오탁성종 (Saproxenous taxa), 광적응성종 (Indifferent taxa), 호청수 성종 (Saprophilous taxa)으로 분류하여 각 지점의 DAIpo (Diatom Assemblage Index to Organic Water Pollution)지 수를 계산하였다 (Watanabe and Asai, 1990).

    돌말류 분포에 미치는 환경영향을 파악하기 위하여 CCA (Cannonical Correspondence Analysis)를 실시하였다 (ter Braak, 1987). CCA 축의 유의성은 Monte Carlo permutation를 이용하여 평가하였다.

    돌부착돌말류 출현에 미치는 환경요인을 예측하기 위하 여 Random Forest Model (Breiman, 2001)을 사용하였다. 이 모델에서 사용되는 환경변수들의 상대적 중요도를 비 교하기 위해 Minimum Description Length (MDL)를 이용 하여 평가하고 (Robnik-Sikonja and Sacicky, 2012), MDL 의 값을 0에서 100까지 변환하였다. 이 모델의 예측력을 평가하기 위해 정확도 (accuracy rate), AUC (area under the curve)를 이용하였다. accuracy는 이분법 (출현, 비출현)에 의해 측정되며 범위는 0부터 1까지이다. AUC는 결과값 의 신뢰성을 측정하기 위해서 사용된다. 범위는 주로 0.5 (random)~1.0 (perfect discrimination or accuracy)에서 나 타난다.

    5.통계분석

    금강권역 161개 지점에서 출현된 부착돌말류 (출현종수 및 개체수)를 근거로 집괴분석을 실시한 다음, 각 그룹 간 의 환경 및 생물군집의 특성을 비교하기 위하여 ANOVA 를 실시하였다. 분석은 PC-Ord Package (ver 4.25 Mjm Soft, USA), SPSS software (ver. 21. SPSS Inc. Korea), R 프로그 램 (http://cran.r-project.org/)을 이용하였다.

    결과 및 고 찰

    1.돌부착돌말류의 출현 특성

    금강권역 4개 주요하천의 146개 지점에서 출현한 돌부 착돌말류는 총 183분류군으로 1강 2목 3아목 9과 35속 162종 18변종 2품종 1아종 등으로 이루어졌다. 선행연구 (Hwang et al., 2011)에 의하면, 한반도 전체에서 돌부착돌 말류 531분류군이 출현하였고, 본 연구는 이에 27.5%에 해당한다. 이는 선행연구에 비해 제한된 지점으로 인한 결 과로 사료된다.

    각 조사지점의 출현특성 (출현 종수, 현존량)을 이용하여 집괴분석 (cluster analysis)을 실시한 결과, 약 25% 수준에 서 크게 4개 그룹으로 구분하였다. 그룹 I은 주로 금강의 상 류 (36개 지점), 그룹 II는 주로 금강 중류 (49개), 그룹 III은 주로 만경강, 동진강의 중류와 곡교천 (20개), 그룹 IV는 금 강, 만경강, 동진강 하류와 삽교천 (41개)에 각각 구성되어 있다 (Fig. 1).

    조사에서 출현된 총 10개의 family 중 Navicuaceae (> 40%)가 가장 높은 종 구성비를 보였으며, Fragilariaceae, Achnanthaceae, Bacillariaceae (>10%) 등은 서로 비슷하 였고 이러한 패턴은 그룹 간에 차이를 보이지 않았다. 현존 량은 그룹 간 큰 차이를 보였는데 그룹 I, II, III에서 Navicuaceae (36.6~43.3%), 그룹 IV에서 Bacillariaceae (41.0%) 가 높은 현존량을 보였다. 또한 그룹 I, II에서는 Achnanthaceae (>25%), Fragilariaceae (>10%) 등이 높은 밀도를 보인 반면 그룹 III, IV에서는 Bacillariaceae (>30%)으로 높았다 (Table 1).

    전체 지점에서 돌부착돌말류 중 가장 높은 현존량을 보 인 종은 Nitzschia palea (총 현존량의 10.9%), Achnanthes convergen (8.4%)이었다 (Fig. 2). 다음으로 비교적 높은 현 존량을 보였던 주요종은 Navicula contenta (II), Melosira varians (III), Cymbella minuta (I) 등으로 그룹 간 현존량의 차이를 나타냈다. 한반도의 주요종들은 주로 Achnanthes convergens, Achnanthes minutissima, Nitzschia inconspicua 등이 출현하였는데 이는 본 연구의 주요종과 비슷한 결 과로 나타났다 (Hwang et al., 2011). 또한 Nitzschia palea, Melosira varians, Cymbella affinis 등은 미국, 아프리카, 아 르헨티나, 중국 등과 같은 다른 지역에서도 흔히 출현하고 있다 (Gasse et al., 1995; Potapova and Charles, 2002; Tang et al., 2002; Martínez de Fabricius et al., 2003).

    각 군집의 특성을 파악하기 위해 군집지수 (우점도, 다 양도, 풍부도, 균등도)를 분석하였다. 우점도와 풍부도는 각 그룹 간 구분되지 않은 반면, 다양도와 균등도 지수 는 그룹 I, II가 가장 높았고, 그룹 IV가 상대적으로 낮았 다 (Table 2, Fig. 3). 전체 조사 지점의 3% 이상에서 출현 한 돌부착돌말류 111분류군을 대상으로 각 그룹의 지표종 분석을 실시한 결과 (Dufrene and Legendre, 1997), 지표값 25% 이상을 보인 지표종 (good indicator species)은 모두 8 분류군 - I (3종), II (2종), III (2종), IV (1종)이었다 (Table 3). 그룹 I은 Meridion circulare (50%), Cymbella leptoceros (48%), Cyclotella stelligera (27%), 그룹 II는 Navicula cryptocephala (62%), Fragilaria pinnata (27%), 그룹 III의 Fragilaria elliptica (80%), Fragilaria construens f. venter (25%), 그룹 IV는 Aulacoseira ambigua (37%)으로 각각 출 현하였다 (Table 3). 그룹 I의 지표종인 Meridion circulare 는 금강 상류의 지표종으로 출현한 적이 있었으며, 그룹 II 지표종 Fragilaria pinnata는 금강 중류의 지표종으로 출현 한 적이 있었다 (Cho et al., 2014).

    2.토지이용 및 수질환경

    각 그룹의 이화학적 환경을 서로 비교한 결과, 유의한 차 이를 보인 요인들은 다음과 같다 (Table 2; ANOVA, P< 0.05). 해발고도는 그룹 I에서 (199.6 m) 유의하게 높았다. 토지이용 (land-use)의 경우 도시 비율은 그룹 III에서 (53.5 %) 가장 높았으며, 숲의 비율은 그룹 I에서 (60.8%) 가장 높았다. 한편 농경지 비율의 경우 모든 그룹에서 25% 이상 으로 나타나 유의한 차이를 보이지 않았다. 용존산소는 그 룹 I, II가 높았으며, 전기전도도는 그룹 III, IV (>600 μS cm-1)가 높았다. 또한 탁도와 BOD는 그룹 IV가 가장 높았 으며, NH3-N, TN, PO4-P, TP는 그룹 IV가 가장 높았다. 엽 록소 (Chl-a)는 그룹 II가 다른 그룹에 비해 뚜렷하게 높았 으며, 유기물함량 (AFDM)은 그룹 III, IV가 가장 높았다.

    Cho et al. (2014)에 의하면 금강의 상류는 숲의 비율 이 높고 수질이 매우 깨끗하게 나타났으며, Hwang et al. (2011)에 의하면 한국의 해발고도가 높은 지역에 위치하 는 하천들은 주로 토지이용 중 숲의 비율이 높고, 낮은 전 기전도도, 낮은 농도의 영양염류 등의 특성을 보였다. Cho et al. (2014)에 의하면 금강의 중류는 주요 지류인 갑천 과 미호천에 오염물질이 유입되어 불량한 수질을 보인다 고 하여 본 연구결과와는 차이를 보였다. 이는 오염물질이 계절적 몬순강우에 의해 희석된 결과라 사료된다 (An and Jones, 2000; Kim and Kim, 2004). 도시의 비율이 높은 하 천은 전기전도도와 양의 상관성을 보이며 (Walsh, 2001), 전기전도도가 증가함에 따라 유기물 또는 영양염류의 증 가가 함께 동반된다 (Leland and Poter, 2000; Potapova and Chales, 2002). 하천의 하류에 조사지점이 집중된 그룹 IV 는 영양염류가 높고, 오탁한 수질을 보였는데, 지리학적인 특징이라 사료된다.

    한반도 대부분 하천의 상류지역은 수질이 비교적 청정 하지만 도심지, 농경지, 산업지역을 통과하면서 수질이 악 화되고 있는 실정이다 (Moon et al., 2001). 금강은 다른 권 역에 비해 농경지의 비율이 높으며 (Rho and Lee, 2014), 금강 하류는 주변의 중소도시와 농경지로부터 유입되는 각종 오염물질의 영향을 받고 있다 (Shin and Cho, 2000). 또한 만경강과 동진강은 상류보다 하류에서 수질이 오탁 하였다 (Yun et al., 2002).

    3.유기물오염지수

    DAIpo지수와 관련되는 환경지표종의 종수와 현존량은 다음과 같다 (Fig. 4). 종수는 그룹 I, II에서 광적응성종 (> 65%)이 가장 많이 출현하였으며, 그룹 III, IV에서 호오탁 성종 (>55%)이 가장 많이 출현하였다. 한편, 현존량은 그 룹 I에서 호청수성종 (56.9%)이, 그룹 II, III에서 광적응성 종 (>45%)이, 그룹 IV에서 호오탁성종 (62.2%)이 각각 많 이 출현하였다. 그러나 그룹 II에서는 호오탁성종 (43.7%) 이 호청수성종보다 많이 출현하였고, 그룹 III에서는 호청 수성종 (31.8%)이 호오탁성종보다 많이 출현하였다.

    4.돌부착돌말류에 대한 환경의 영향

    각 그룹의 환경요인이 돌부착돌말류 군집에 미치는 영 향을 파악하기 위해 CCA를 실시하였다 (Fig. 5). Axis 1과 Axis 2의 고유값 (Eigenvalue)은 0.413, 0.095로 환경영향 의 설명력은 51% 수준으로 나타났다. Axis 1을 기준으로 해발고도, 도시비율, 숲의 비율 등 대부분의 환경요인과 유 의한 상관성을 보였으며, 특히 전기전도도 (r=0.85), DO (r= - 0.72) 등과 높은 상관성을 보였다. Axis 2를 기준으 로 해발고도, 도시비율, 숲의 비율 등 대부분의 환경요인 과 유의한 상관성을 보였으며, 특히 BOD (r=0.59), Chl-a (r=0.58)과 높은 상관성을 보였다. 돌부착돌말류 군집은 axis 2를 경계로 그룹 I, II은 좌측에, 그룹 III, IV은 우측에 위치하였다. 좌측에 위치한 그룹 I, II는 축1을 경계로 구분 되는 양상을 보였고, 그룹 III, IV는 혼재되어 나타났다. 그 룹 I에는 Chl-a, AFDM, DO가 영향을 미쳤으며, 그룹 II에 는 해발고도, 숲비율이 영향을 미쳤다. 한편, 그룹 III, IV에 는 EC, 탁도, BOD, 도심의 비율 등 많은 환경요인들이 영 향을 미쳤다.

    청정한 유수역에서 출현하는 Meridion circulare (Patrick and Reimer, 1966), 평균정도의 전해질을 선호하며 중영양 수역에서 생육하는 Cymbella leptoceros (Krammer, 2002) 등이 그룹 I의 지표종으로 출현했으며, 해발고도, 숲의 비 율의 영향을 받았다. 호청수성종으로 알려진 Fragilaria pinnata (Kobayasi et al., 2006) 등이 그룹 II의 지표종으로 출현했으며, Chlorophyll-a, AFDM, DO의 영향을 받았다. 또한 기수역이나 높은 전기전도도를 선호하는 Fragilaria elliptica (Taylor et al., 2007), 중영양 수역을 선호하는 Fragilaria construens f. venter (Van Dam et al., 1994)는 그룹 III의 지표종으로 출현했으며, 유기오염에 넓은 적응성을 가진 Aulacoseira ambigua (Krammer and Lange-Bertalot, 1991)는 그룹 IV의 지표종으로 출현했다. 이들은 EC, 탁 도, TN, TP 등 많은 환경요인들의 영향을 받았다.

    5.돌부착돌말류의 출현예측

    일반적으로 하천의 돌부착돌말류의 분포를 결정하는 환 경요인으로서 전기전도도 (Potapova and Charles, 2003; Soininen et al., 2004), 탁도 (Kirk, 1994; Wetzel, 2001), 해 발고도 (Hwang et al., 2011) 등은 잘 알려져 왔다. 본 연구 에서는 Random forest (Robnik-Sikonja and Sacicky, 2012) 를 이용하여 미동정 종을 제외한 102분류군의 발생에 가 장 많은 영향을 미친 환경요인을 예측하였다 (Table 4). 금 강권역 주요하천에서 출현한 부착 돌말류의 출현 (발생)에 가장 높은 영향을 주는 예측요인은 전기전도도 (32종, 31 %), 해발고도 (15종, 15%), NH3-N (14종, 14%) 순으로 나 타났다. 한편, 그룹 I의 지표종 Meridion circulare, 그룹 II 의 지표종 Navicula cryptocephala, 그룹 III의 지표종 Fragilaira elliptica 등은 모두 전기전도도가 주된 결정요인 으로 나타났다. 반면에 그룹 IV의 지표종인 Aulacoseira ambigua는 탁도가 주된 결정요인으로 나타났다. 전체 지 점에서 높은 현존량을 보였던 우점종 Nitzschia palea는 BOD, Achnanthes convergens 등은 해발고도가 결정요인 으로 나타났다. 유기물오염지수 환경지표종 (Watanabe and Asai, 1990)의 결정요인은 다음과 같다. 호청수성종은 전기 전도도, BOD, 탁도, 광적응성종은 전기전도도, 탁도, DO, 호오탁성종은 전기전도도, 탁도 등으로 나타났다. 한편 각 그룹의 돌부착돌말류의 출현을 결정하는 주된 요인은 그 룹 I의 해발고도, 그룹 II, III의 전기전도도, 그룹 IV의 탁 도 등으로 나타났다 (Fig. 6). 본 연구의 대상수역인 금강권 역의 돌부착돌말류의 군집에는 전기전도도, 탁도 및 해발 고도가 가장 중요한 환경요인으로 밝혀졌다.

    적 요

    금강권역 (금강, 만경강, 동진강, 삽교천)의 돌부착돌말류 분포와 환경과의 관계를 파악하기 위하여 총 146개 지점의 토지이용, 수질 및 돌말류 조사를 실시하였다. 조사에서 출 현한 돌말류는 총 183분류군으로 1강 2목 3아목 9과 35속 162종 18변종 2품종 1아종이었으며, 우점종은 Nitzschia palea (10.9%), Achnanthes convergens (8.4%)로 밝혀졌다. 돌말류의 현존량을 근거로 집괴분석을 실시한 결과, 25% 수준에서 4개 그룹으로 구분되었다. 지리적 특성 및 수질환 경은 그룹 I, II는 각각 금강의 상류와 중류 지점으로 주변 에 숲 구성비가 높고 수질이 양호하였다. 그룹 III은 도시를 관통하고 농경지였으며 수질은 영양염 (TN, TP), 전기전도 도 등이 높았다. 그룹 IV는 대부분 평야지대로서 농경지로 구성되었으며 수질은 탁도, BOD, 영양염, 전기전도도 등이 상대적으로 높았다. CCA 결과는 그룹 I은 호청수성종 Meridion circulare가 지표종으로 해발고도와 숲의 영향을, 그 룹 II는 광적응성종 Navicula cryptocephala가 Chlorophylla, AFDM, DO의 영향을 각각 받은 것으로 나타났다. 그룹 III, IV는 각각 광적응성종 Fragilaria elliptica와 호오탁성 종 Aulacoseira ambigua 등이 전기전도도, 탁도, 영양염의 영향을 받았다. 한편 그룹 I, II, III의 지표종들의 발생을 결 정하는 예측요인으로는 공히 전기전도도였으며 그룹 IV 는 탁도로 나타났다. 이상을 종합하면, 금강권역의 돌말류 의 분포는 수계의 고유성 보다는 주변의 토지이용도와 그 로 인한 수질에 의해 결정되는 것으로 판단되며, 미소서식 처에 대한 제밀한 연구가 이루어진다면 보다 정확한 돌말 류 분포특성을 이해할 수 있을 것으로 사려되었다.

    Figure

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    The map showing the sampling sites (totally 146 sampling sites belonged to 4 river systems) of water and diatoms of the Korean peninsula in 2013. (a) a dendrogram of cluster analysis and (b) the map showing four groups based on diatom abundance. (I; brown-, II; green-, III; blue-, IV; red-colored circle).

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    Relative abundances (%) of major epilithic diatom species observed in four groups in the western part of the Korean peninsula in 2013. The diatom community was divided into four groups (G) by cluster analysis based on diatom abundance. The major species is the comprising species over the 1% of total abundance in each group.

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    Biological index and environmental variables in four diatom groups in the western part of the Korean peninsula in 2013. Small alphabets (a, b and c) were Tukey’s post hoc test with Bonferroni test. WT: Water temperature (°C), DO: Dissolve oxygen (mg L-1), BOD: Biochemical oxygen demand (mg L-1), TN: Total nitrogen (mg L-1), TP: Total phosphorus (mg L-1), Conductivity: elelctgric conductivity (103 μS cm-1), AFDM: Ash-free dry-matter (mg cm-2), DAIpo: Diatom Assemblage Index to Organic water Pollution, DI: Dominance index, H′: Diversity index, R: Richness index, E: Eveness index.

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    Relative species composition (a) and abundance (b) of epilithic diatom based on the DAIpo system (Watanabe, 2005) in the western part of the Korean peninsula in 2013.

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    (a) CCA ordination showing the distributions of four diatom groups in the western part of the Korea peninsula in 2013. (b) Environmental variables affecting epilithic diatom distribution. (c) Distributions of epilithic diatoms included indicator species. (d) Correlation coefficients between environmental variables and the CCA axes 1 and 2. *P<0.05, **P<0.01. WT: Water temperature, DO: Dissolved oxygen, BOD: Biochemical oxygen demand, EC: Electric conductivity, TN: Total nitrogen, TP: Total phosphorus, Chl-a: Chlorophyll-a, AFDM: Ash-free dry-matter, CELL: diatom density.

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    Relative importance (%) of environmental variables to four epilithic diatom communities of west of the Korean peninsula from September 2013 using a random forest model.

    Table

    Relative species numbers and cell density of epilithic diatom community at family in the western part of the Korean peninsula in 2013. The diatom community was divided into four groups by cluster analysis based on diatom abundance. Classification of diatoms was followed to Simonsen (1979).

    Biological and physicochemical variables in four group divided by diatom community of the western part of the Korean peninsula in 2013. The diatom community was divided into four groups (G) by cluster analysis based on diatom abundance. Small alphabets (a and b) were Tukey s post hoc test with Bonferroni test.

    DAIpo; Diatom Assemblage Index to Organic water Pollution

    Good indicator species and their important values (IndVal; %) in four groups of the western part of the Korean peninsula in 2013. The diatom community was divided into four groups (G) by cluster analysis based on diatom abundance. Good indicator is selected by values were five times higher to any other groups. Monte Carlo simulations (999 permutation) were used to assess the significance of species as an indicator of each sampling site.

    Epilithic diatom list observed from the western part of the Korea peninsula in 2013, and the important variables (1st and 2nd variables) predicting species appearance using the random forest model. Ar: Accuracy rate, AUC: Area Under the Curve.

    SI; Saprobic indicator species, IS; Indicator species, DO; dissolved oxygen, EC; electric conductivity, BOD; biochemical oxygen demand, TN and TP; total nitrogen and phosphorus, IND; Indifferent taxa, SX; Saproxenous taxa, SP; Saprophilous taxa

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