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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.53 No.1 pp.11-21
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2020.53.1.011

Comparison of Spatio-temporal Variations of Phytoplankton Communities in Lakes in the Boseong River Basin.

Hyeon Jin Cho, Jeong Eun Na, Hak Young Lee*
Department of Biology, Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea
*Corresponding author: Tel: +82-62-530-3401, Fax: +82-62-530-3409 E-mail: haklee@jnu.ac.kr
05/03/2020 17/03/2020 17/03/2020

Abstract


In this study, we compared the spatio-temporal differences of phytoplankton communities among 4 lakes in the Boseong River basin. Field research was conducted quarterly from 2014 to 2017 for this study. A total of 345 species of phytoplankton were identified including 107 Bacillariophyceae, 175 Chlorophyceae, 27 Cyanophyceae and 36 other phytoplankton taxa. Lake Boseong showed higher species numbers and density of phytoplankton than other lakes (Dunn’s test, P<0.01). Bacillariophyceae such as Asterionella formosa, Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis was dominated in most research periods, whereas Scenedesmus ecornis and Coelastrum cambricum belonging to Chlorophyceae were dominant species on August. The self-organizing map (SOM) classified 3 clusters with 10×7 grid and showed spatio-temporal variation of phytoplankton communities based on significant difference among each clusters. Total 31 species of phytoplankton were chosen as a indicator species using indicator species analysis (ISA) and reflected seasonal phytoplankton succession and diversity and density of phytoplankton according to nutrient concentration. Water temperature, Secchi depth, conductivity and DO were identified as important factors affecting the differences of phytoplankton communities in the studied lakes in Boseong River basin using non-metric multidimensional scaling (NMDS).



보성강 유역에 위치한 호수에서의 식물플랑크톤의 시공간적 군집 비교 분석

조 현진, 나 정은, 이 학영*
전남대학교 자연과학대학 생물학과

초록


    National Institute of Environmental Research

    서 론

    하천생태계는 다른 생태계와는 다르게 상류에서 하류 로 일방적으로 흐르는 물에 의해 지속적으로 변하는 특성 을 보이며 이로 인해 매우 복잡한 구조를 나타낸다 (Horne and Goldman, 1994;Allan, 1995). 하천의 연속성 개념 (River continuum concept)은 이러한 하천생태계에 존재하 는 물이라는 매개체의 흐름에 따라 나타나는 공간적인 변 화와 서식처의 특성에 맞춰서 나타나는 다양한 수생생물 의 연속적인 변화에 대한 개념이다 (Vannote et al., 1980;Allan, 1995). 하지만 하천 내 댐이나 보와 같은 인공구조 물을 포함한 많은 인위적인 간섭은 이러한 하천의 연속성 에 영향을 미치고 더 나아가 하천생태계를 교란하는 원인 이 되고 있는데, 이는 산업의 발전과 더불어 점차 가속화 되고 있다 (McNeill and Engelke, 2016).

    플랑크톤은 수중생태계에서 부유하여 생활하는 생물군 으로, 해양, 담수 그리고 기수역 등 다양한 환경에서 수많 은 종들이 서식하고 있다 (Thurman, 2004). 이 중 광합성을 통해 스스로 에너지를 합성하는 식물플랑크톤은 수계 내 에서 생산자로써 큰 비중을 차지하며 에너지 흐름에 매우 중요한 역할을 하고 있다 (Parmer, 1977;Wetzel, 1999). 이 러한 식물플랑크톤의 생장에는 수온 등을 포함한 다양한 이화학적 요인들과 포식자와 같은 생물학적 요인들이 영 향을 주며 수계의 미세한 환경변화에도 민감하게 반응이 나타난다 (Sommer et al., 1986).

    하천생태계는 유속에 의해 많은 이화학적 요인들이 결 정되며, 식물플랑크톤의 생장은 유속에 큰 영향을 받는 다 (Kim et al., 2009). 하지만 하천 내 인공구조물은 이러 한 흐름을 제한하고 정수역을 형성하여 식물플랑크톤의 체류시간을 급격히 증가시키며 (Wetzel, 1999), 이때 주어 진 환경에 맞춰 식물플랑크톤은 생장하거나 사멸하게 된 다 (Reynolds and Descy, 1996). 하나의 하천 내에 존재하는 수많은 정수역에 의해 식물플랑크톤 생물상은 매우 단편 적으로 변모하여 일부종의 우점이 매우 높아지거나 기존 과는 전혀 다른 생물상으로 바뀌기도 한다 (Wetzel, 1999). 또한 하나의 정수역에서 나타나는 식물플랑크톤 생물상의 변화는 물의 흐름에 의해 하류부까지 지속적으로 영향을 끼칠 수 있기 때문에 (Vannote et al., 1980), 호수 내 식물플 랑크톤 군집의 변화에 영향을 미치는 요인을 확인하는 데 있어 수계 연속성을 기반으로 상류지역에 위치하는 호수 들과의 식물플랑크톤 군집의 변화를 확인하는 것은 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다 (Bolgovics et al., 2017).

    현재 보성강에는 보성강댐, 동복댐, 주암다목적댐 (본댐 및 조절지댐)이 건설됨으로써 각각 보성호, 동복호, 주암 호, 상사호가 생성되었다 (KNCOLD, http://www.kncold. or.kr). 이들은 광주광역시 및 전라남도 일대의 생활용수와 농업 및 공업용수 공급원으로 중요한 역할을 하고 있으나, 이를 위해 보성강 유량의 약 50%가 인접한 유역으로 취수 되고 있어 유량 부족으로 인한 생태계 교란 등의 문제점 이 제기되고 있다 (MOE, 2013). 이러한 환경 교란에 의해 보성강 유역 내 호수의 식물플랑크톤 군집은 시공간적으 로 차이를 나타낼 수 있고, 이를 확인하기 위해 호소별 식 물플랑크톤 군집에 관한 일부 연구가 진행되었으나 (Choi et al., 1994;Lee and Song, 1995;Lee et al., 2005;Jung et al., 2008;Song et al., 2013) 아직까지 보성강 유역 내 호수 들의 식물플랑크톤 군집을 비교한 연구는 없다. 따라서 본 연구는 보성강에 위치한 호수들에서 식물플랑크톤 군집이 시공간적으로 어떠한 차이를 나타내는지 비교하고 이러한 군집을 형성하는 데 관계가 있는 요인들을 확인하고자 하 였다.

    재료 및 방 법

    1. 조사정점 및 조사기간

    본 연구는 전라남도 보성군 일림산에서 발원하여 전라 남도 곡성군에서 섬진강으로 합류하는 보성강 유역 내에 위치하고 있는 호소 4곳 (동복호, 보성호, 주암호, 상사호) 을 대상으로 2014년 3월부터 2017년 11월까지 연 4회에 걸쳐 분기조사를 시행하였다. 상사호의 경우 보성강과 떨 어진 이사천 수계에 위치하고 있으나 주암호와 연결된 도 수터널에 의해 많은 양의 유지수량을 공급받고 있어 본 조 사지에 포함하였다. 호소 내 조사지점은 유역 면적이 큰 주암호는 상류, 중류, 하류로 구분하였고 (n=48), 동복호, 보성호, 상사호는 상류, 하류로 구분하여 조사를 진행하였 다 (n=32). 대상 호소 및 호소별 조사정점은 Fig. 1에 제시 하였다 (n=144).

    2. 이화학적 요인 및 식물플랑크톤 조사

    이화학적 요인 중 수온, 수소이온농도 (pH), 용존산소 (DO), 전기전도도, Secchi depth는 다항목 현장측정기 (Hydrolab DS5, USA)와 Secchi disk를 이용하여 현장에 서 측정하였고, 생물학적산소요구량 (BOD), 총 부유물질 (SS), 총 질소 (TN), 암모니아성 질소 (NH3-N), 질산성 질소 (NO3-N), 총 인 (TP), 인산염인 (PO4-P)은 수면 아래 50 cm 의 현장수를 Van Dorn water sampler (alpha water sampler- horizonal, Wildco®, USA)를 이용하여 2 L 채수한 후 무균 채수병에 담아 냉장 보관하여 실험실로 운반한 뒤 공정시 험법 (APHA, 1999)에 따라 분석하였다.

    식물플랑크톤 채집은 각 지점별로 수면 아래 50 cm의 현장수를 Van Dorn water sampler (alpha water samplerhorizonal, Wildco®, USA)를 이용하여 1 L를 단순채수한 뒤 무균채수병에 담아 현장에서 Lugol’s solution을 최종농 도의 2%가 되게 첨가하여 고정한 후 냉장 보관하여 실험 실로 운반하였다. 고정한 시료는 외부의 충격으로 인한 시 료의 교반을 예방하고자 1 L 폴리에틸렌병으로 옮긴 후 24 시간 이상 암소에 정치하여 침전시킨 뒤 사이폰을 이용하 여 상등액을 제거하는 방법으로 농축시료를 제작하였다. 제거된 상등액과 남은 농축시료는 mass cylinder를 이용하 여 각각의 양을 측정한 뒤 농축계수를 산정하였고, 농축시 료를 잘 교반하여 Sedgewick-Rafter Chamber를 이용하여 검경한 후 mL당 세포수로 환산하였다. 시료검경은 광학현 미경 (Leica DM2500, Leica microsystems, Germany)을 이 용하여 200~1,000배의 배율로 종 수준까지 동정하였다. 출현종의 동정 및 분류는 규조류는 Krammer and Lange- Bertalot (1986, 1988, 1991a, 1991b), 남조류는 Komárek and Anagnostidis (2005)McGregor (2007), 녹조류는 Hirose et al. (1977), 그 외 기타조류 등은 Wehr and Sheath (2003) 등의 분류를 참고하였다.

    3. 통계분석

    조사 지점 및 조사 시기에 따른 식물플랑크톤의 분 포 특성을 유형화하고 군집화하기 위해 Self-Organizing Map (SOM) 분석 및 군집 분석을 진행하였다. 최적화 된 SOM 모형을 구축하기 위해 경험식 (5 n )을 바탕으 로 격자를 구축한 후 (Vesanto and Alhoniemi, 2000), 그 중 topographic error (TE)와 quantization error (QE)가 최소인 모형을 선택하였다 (Kohonen, 2001;Park et al., 2003). 또한 Euclidean distance를 이용한 Ward linkage 방법에 따라 유 사한 노드들 간 적합한 클러스터를 형성하도록 계층적 군 집분석을 시행하였고, 각 클러스터간의 유의성을 확인하기 위하여 multi-response permutation procedure (MRPP) 및 Kruskal-Wallis test (K-W test)를 진행하였으며 사후분석으 로 Dunn’s test를 진행하였다.

    산출된 각 그룹별 지표종을 확인하기 위하여 Indicator species analysis (ISA)를 실시하였다. ISA는 각 종들의 상 대밀도와 빈도수를 이용하여 지표값 (IndVal)을 계산한 후 그룹별 지표종을 산출하는데 (Dufrene and Legendre, 1997), 오차를 최소화하기 위하여 누적우점종 90% 이상을 나타내는 종을 선별한 후 그 중 전체 조사기간 동안 5번 이상 검경된 종만을 선별하여 분석에 이용하였다.

    식물플랑크톤 개체수를 이용하여 non-metric multidimentional scaling (NMDS)을 수행하였고 (McCune and Grace, 2002), SOM 및 군집분석을 통해 확인된 각 그룹별 분포 양상을 비교하였다. 또한 산출된 각 종별 NMDS 좌 표값과 식물플랑크톤 군집지수 및 환경요인과의 비모수 상관분석인 Spearman correlation analysis를 진행하였다.

    모든 분석에 사용된 식물플랑크톤 개체수는 자연로그로 변환하여 이용하였으며, 로그 0의 계산불가를 해결하기 위 해 개체수에 1을 더한 후 변환하였다. SOM 분석은 Matlab (Ver. 6.1) 환경에서 SOM toolbox (Helsinki University of Technology, Helsinki)를 이용하였고, 군집분석, MRPP, ISA 및 NMDS는 PC-ORD (ver. 6)를 이용하여 분석하 였다 (McCune and Mefford, 1999). Spearman correlation analysis, K-W test와 Dunn’s test는 Statistica (ver. 10, StatSoft Inc., USA)을 이용하여 분석하였다.

    결 과

    1. 이화학적 요인 및 식물플랑크톤 군집

    조사기간 동안 측정된 보성강 유역 내에 위치한 호수들 의 이화학적 요인은 Table 1과 같이, 수온, 암모니아성 질 소를 제외한 대부분의 요인에서 호수별 차이를 나타냈다 (Dunn’s test, P<0.01). 보성호의 경우 이화학적 요인들의 평균값이 다른 호수들에 비해 높게 나타나, 다른 호수들과 이화학적 요인의 차이가 두드러지게 나타났다. 특히 DO, BOD, SS와 전기전도도에서 동복호, 주암호와 상사호는 이 들 호수들 간 유의성이 나타나지 않았지만 보성호와는 유 의성을 나타내었다 (Dunn’s test, P<0.01). Secchi depth의 경우 다른 요인들에 비해 각 호수별 특성이 명확하게 구분 되었는데 보성호에서 가장 낮았고 (평균 0.9 m) 주암호에서 가장 높았다 (평균 4.5 m). 총 질소, 총 인을 포함한 질소와 인 성분은 지점별, 시기별 변화의 폭이 다소 높아 다른 요 인에 비해 명확한 구분은 되지 않았으나 보성호와 주암호 두 호수 간의 차이는 뚜렷하였고, 동복호와 상사호의 경우 PO4-P에서만 유의한 차이를 나타냈다.

    조사기간 동안 출현한 식물플랑크톤의 출현종수는 규조 류 107종, 녹조류 175종, 남조류 27종, 와편모조류를 포함 한 기타조류 36종으로 총 345종이 분석되었다 (Table 2). 호수별 식물플랑크톤 총 출현종수는 보성호에서 247종으 로 가장 높았고 상사호에서 139종으로 가장 낮은 다양성 을 보였으며 평균 출현종수 역시 보성강에서 45종으로 가 장 많았고, 상사호에서 19종으로 가장 적었다 (Fig. 2). 동복 호와 주암호의 평균 출현종수는 각각 23종, 29종으로 비슷 하였는데, 동복호의 경우 보성호의 출현종수와 유의한 차 이를 보였지만 다른 호수와는 차이를 보이지 않았고 주암 호의 경우 동복호를 제외한 두 호수와 유의한 차이가 있는 것으로 확인되었다 (Dunn’s test, P<0.01). 호수별 식물플 랑크톤의 평균 개체수는 보성호에서 10,691 cells mL-1로 가장 높았고, 상사호에서 3,195 cells mL-1로 가장 낮았다 (Fig. 2). 보성호의 경우 다른 호수들과 평균 개체수에서 유 의한 차이를 보였고, 동복호의 경우 보성호와는 유의한 차 이가 있었지만 상사호와 주암호의 평균 개체수와는 유의 한 차이를 보이지 않았다 (Dunn’s test, P<0.01). 네 호수의 평균 출현종수와 평균 개체수는 매우 유사한 양상을 나타 냈고, Dunn’s test에 의한 호소별 평균 식물플랑크톤 종수 와 개체수의 유의성은 동일하게 분석되었다.

    식물플랑크톤의 시기별, 지점별 우점종을 조사한 결과, Asterionella formosa, Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis와 같은 규조류의 우점이 높은 것으로 확인되 었다 (Table 3). 특히 Asterionella formosa의 경우 보성호 를 제외한 동복호, 상사호와 주암호의 우점종 혹은 아우 점종으로 출현하였고, 상사호의 경우 전체 출현개체수의 48.7%로 높은 우점을 보였다. 녹조류의 경우 종 다양성이 가장 높은 분류군임에도 불구하고 동복호의 8월 조사에서 Volvox sp.와 Scenedesmus ecornis, 주암호의 8월 조사에서 Coelastrum cambricum만이 우점종 혹은 아우점종으로 조 사되었고, OscillatoriaAphanocapsa와 같은 남조류의 경우 다양성은 가장 낮음에도 불구하고 6월과 8월 조사시 기에 우점종 혹은 아우점종으로 분석되었다.

    2. 식물플랑크톤 군집의 시공간적 분포 특성

    식물플랑크톤 군집을 이용한 SOM 분석 결과 10×7 격 자에서 최적화되었고 (QE: 6.158, TE: 0.000), 계층적 군집 분석을 통해 3개의 그룹으로 구분하였다 (Fig. 3), MRPP 분석 결과 이들 그룹들 간에는 유의한 차이가 있는 것으로 나타냈다 (A=0.062, P<0.01).

    식물플랑크톤 군집은 SOM 지도에서 상하로 구분지어 나뉘어졌으며, 시공간적 특성을 잘 반영하여 구분되었다 (Fig. 3(A)). 우선적으로 보성호의 지점들과 나머지 호수들 의 지점들이 지도 상하단부로 나뉘었고, 3번 클러스터가 위치한 지도 하단부에는 주로 보성호의 지점들이 위치하 였다. 보성호를 제외한 나머지 호수의 경우 1번 클러스터 와 2번 클러스터가 위치한 지도 상단부와 중단부에 주로 위치하고 있었고, 지도 상단부인 1번 클러스터에는 주로 상사호와 주암호의 지점들이 위치하였으며, 지도 중단부인 2번 클러스터에는 동복호의 지점들이 가장 많았으나 동복 호는 1번 클러스터와 2번 클러스터에 동일하게 분포하는 것으로 확인되었다. 또한 조사 시기적으로 1번 클러스터의 경우 6월, 8월과 11월 조사가 주로 분포한 반면, 2번과 3번 클러스터의 경우 3월 조사가 다른 시기에 비해 많이 분포 하고 있었다. 그룹화된 각각의 클러스터 내 식물플랑크톤 분류군별 종수와 개체수를 비교한 결과, 와편모조류를 포 함한 기타조류의 개체수를 제외한 나머지 요인에서 모두 유의한 차이를 나타냈다 (Dunn’s test, P<0.01; Fig. 4). 3번 클러스터의 경우 거의 모든 분류군에서 종수 및 개체수가 다른 클러스터에 비해 높은 수준을 나타냈고, 1번과 2번 클러스터의 경우 분류군별로 상이한 결과를 보이긴 하였 으나 차이는 크지 않은 것으로 확인되었다.

    ISA를 통한 각 그룹별 지표종을 분석한 결과 총 31종이 선정되었다 (P<0.05; Table 4). 1번 클러스터의 경우 3종, 2번 클러스터의 경우 2종으로 분석되었고, 3번 클러스터 의 경우 26종으로 지표종의 수가 가장 많았다. 1번 클러스 터의 경우 지표종 모두가 녹조류로 확인되었으나, 2번 클 러스터의 경우 지표종은 기타조류 (황색조류)인 Kephyrion rubri-claustri, 남조류인 Oscillatoria quasiperforata var. crassa로 두 클러스터 간 차이가 있었다. 3번 클러스터의 경우 남조류와 기타조류는 각각 3종, 1종으로 적었지만 규 조류, 녹조류는 각각 11종으로 지표종의 수가 많았다.

    3. 식물플랑크톤 군집과 환경요인과의 관계

    조사기간 동안 출현한 식물플랑크톤의 개체수를 이용하 여 NMDS를 분석한 결과, 3개의 클러스터가 명확하게 구 분되었다 (Stress value: 0.2; Fig. 5(A)). 2번 축을 기준으로 1번 클러스터는 왼쪽, 2번과 3번 클러스터는 오른쪽에 위 치하였고, 2번 클러스터와 3번 클러스터는 1번 축을 기준 으로 위, 아래로 서로 구분되었다.

    식물플랑크톤 군집지수와 NMDS 각 축과의 상관분석 결과, 종수, 개체수, 우점도 지수, 다양도 지수와 풍부도 지 수에서 1번 축과 2번 축에서 모두 유의성을 나타냈다 (Fig. 5(B)). 특히 군집지수의 경우 1번 축과의 상관성이 큰 것 으로 확인되었는데, 종수 (R=0.700, P<0.01), 종풍부도 (R=0.682, P<0.01)와 높은 양의 상관성을 나타낸 반면, 우점도 (R= - 0.281, P<0.01)와는 음의 상관성을 보였다. 환경요인의 경우 수온, pH, SS, Secchi depth, DO, BOD, SS, TP와 전기전도도는 NMDS의 1번 축과 2번 축 모두 유의한 상관성을 보인 반면, TN (R=0.247, P<0.01)의 경 우 1번 축과 유의한 양의 상관성을 보였고, NH3-N (R= - 0.205, P<0.05)과 PO4-P (R= - 0.352, P<0.05)의 경 우 2번 축과 유의한 음의 상관성을 보였다 (Fig. 5(C)). 특 히 DO (R=0.748, P<0.01)와 1번 축과의 상관성이 높게 나타났고, 수온, 전기전도도와 Secchi depth 역시 각 축과의 관계성이 다른 요인에 비해 높은 것으로 분석되었다.

    고 찰

    본 연구를 통해 확인된 보성강 유역에 위치한 호수들 의 식물플랑크톤의 다양성 및 밀도는 시공간적으로 구분 되었다. 특히 보성호는 공간적으로 다른 세 호수로 구분되 었는데 이는 영양염류의 차이에 의한 영향이 반영된 것으 로 보인다. Kwon et al. (2014)은 국내 주요 호소들의 지형 지리학적 특성과 수질자료를 이용하여 경향성을 분석하였 고 이를 통해 호소들의 사용목적에 따른 수질의 차이가 있 음을 보고하였다. 보성호의 경우 발전용수, 생활용수 및 농 업용수로 주로 이용되고 있으며 동복호, 주암호와 상사호 는 상수원 보호구역으로 지정되어 상수원관리규칙에 따라 지속적으로 관리되고 있다 (MOE, 2013). 이로 인해 영양염 은 다른 호수에 비해 보성호에서 다소 높은 수준을 보였고 이는 식물플랑크톤 군집에 큰 차이를 가져온 것으로 보여 진다. 1번과 2번 클러스터는 3월과 나머지 조사시기 (6월, 8월, 11월)로 구분되었는데, 이를 통해 주로 1번과 2번 클 러스터에 속하는 동복호, 상사호와 주암호의 식물플랑크 톤 군집이 시기적으로 구분됨을 알 수 있다. 세 호수에서 3 월의 식물플랑크톤 우점종은 Asterionella formosa로 우점 율 50% 이상을 차지하고 있고, 상대적으로 규조류의 종 다 양성 및 밀도가 높으며 1번과 2번 클러스터의 규조류 종수 와 개체수에서 유의성이 확인된 것으로 보아 (Dunn’s test, P<0.01) 봄철인 3월의 식물플랑크톤 군집이 다른 시기의 식물플랑크톤 군집과 구분되는 것으로 사료된다.

    식물플랑크톤 군집의 차이는 ISA를 통해서도 확인이 가능하였다. ISA의 경우 각 종의 밀도와 출현한 빈도수 가 복합적으로 작용하여 산출되며, 즉 지표종의 수가 낮 을수록 군집 간의 유사도는 높은 것으로 해석이 가능하 다 (Nam et al., 2018). 따라서 보성호의 지점이 대부분 포 함된 3번 클러스터의 지표종의 수가 다른 클러스터에 비 해 월등히 높은 26종으로 확인된 것으로 보아 다른 호수 와의 식물플랑크톤 군집 구성 차이가 있음을 나타낸다. 또 한 1번 클러스터의 지표종과 2번 클러스터의 지표종은 분 류군이 서로 다르게 확인되었는데 이로 인해 1번과 2번 클 러스터가 시기적으로 구분되고 있음을 알 수 있다. 녹조류 의 경우 수온이 증가하는 시기의 주요 출현종으로 잘 알 려져 있고 (Horne and Goldman, 1994), 특히 Coelastrum, Scenedesmus를 포함한 많은 무편모성 녹조류의 경우 수온 이 높고 영양염류가 풍부한 곳을 선호한다고 알려져 있는 데 (Reynolds et al., 2002), 1번 클러스터의 지표종이 이들 종으로 산출된 결과를 뒷받침해준다. 또한 황색조류는 수 온이 낮은 시기에 빈영양호수에서 주로 발견되는 특성을 보이는데 (Hutchinson, 1967), 이는 3월 조사가 주로 포함 된 2번 클러스터의 지표종이 Kephyrion rubri-claustri로 선 정된 이유로 해석된다. 특이하게도 Oscillatoria와 같은 남 조류의 경우 수온이 낮은 시기보다 수온이 높은 시기를 선 호하는데 반해, 3월 조사의 지표종으로 확인되었는데 이는 2014년 겨울철에 동복호에서 비특이적으로 출현한 결과를 반영한 것으로 생각된다.

    Cho et al. (2017)은 전라남도 호소의 식물플랑크톤 군집 은 상대적으로 영양염류와의 관련성이 낮고 수온, 부유물 질 및 DO 등과 관련성이 높다고 분석하면서 이러한 영양 염의 경우 외부의 수리수문학적 특성 및 오염원 유입 등에 의해 영향이 크게 나타나 (Carmack et al., 1979) 주기성을 갖는 수온과 수온의 영향을 크게 받는 다른 인자들이 식물 플랑크톤 군집과의 관계성이 높게 나온 것으로 설명하였 다. 본 연구에서도 NMDS 분석을 통해 식물플랑크톤 군집 의 시공간적 변화와 환경요인은 서로 관련성이 있으며 특 히 영양염에 비해 수온, DO, 전기전도도, Secchi depth의 영향이 큰 것으로 확인되어 이와 유사한 결과를 나타냈다. 추가적으로 앞서 설명한 바와 같이 본 대상 호수 중 보성 호를 제외한 나머지 호수의 인위적 관리로 인한 낮은 영양 염으로 인해 NMDS의 각 축과 영양염들 간의 관계적 유의 성이 낮게 나온 것으로 보인다.

    주암호와 상사호의 식물플랑크톤 군집은 하나의 동일한 그룹에 속하였는데 이것으로 보아 두 호수 간 연결된 도수 터널에 의해 상사호의 식물플랑크톤 군집이 주암호의 식 물플랑크톤 군집에 영향을 받았을 가능성이 높다. 특히 상 사호의 경우 평균 종수 및 개체수가 주암호보다 낮게 나타 나 주암호의 식물플랑크톤 군집이 상사호의 식물플랑크톤 군집을 포함하고 있을 것으로 생각된다. 또한 주암호의 경 우 우점종을 통해 계절에 따른 식물플랑크톤의 천이가 이 루어짐을 확인할 수 있는 반면, 상사호의 경우 계절의 진 행과는 관계없이 규조류의 우점이 높게 나타남을 볼 수 있 다. 온대지방에서 규조류는 수온이 낮은 시기에 우점종으 로 잘 알려져 있는데 이는 다른 분류군에 비해 온도 변화 에 대한 내성이 강해 경쟁에서 우위를 차지하기 쉽고, 상 대적으로 무거운 피각을 갖기 때문에 밀도가 무거운 낮은 수온에서 가라앉는 정도가 낮기 때문이다 (Werner, 1977). 주암호 도수터널의 유입부는 고정형으로 주암호의 저수위 가 EL. 85.0 m임을 감안하여 바닥표고 EL. 80.0 m에 위치 하고 있다 (NIER/YRERC, 2010). 이로 인해 상사호로 유입 되는 호소수는 표층수와 최소 5 m 이상의 수심차이가 나 는 곳에서 상대적으로 저층수가 이동하며, 특히 수위변동 이 심하고, 표층과 저층의 수온차이가 높게 나타나는 여름 철의 경우 상대적으로 낮은 온도의 호소수가 상사호로 유 입되고 이로 인해 여름철의 상사호는 규조류의 우점이 높 게 나타나는 것으로 볼 수 있다. 다만 두 호수 간 식물플랑 크톤 군집의 유사성이 주암호 식물플랑크톤 군집의 직접 적 유입으로 인해 이루어진 것인지 주암호에서 유입되는 수질에 의해 상사호의 식물플랑크톤 군집이 변화된 것인 지는 더 많은 연구가 필요할 것으로 보인다.

    현재까지 보성강 유역에 위치하는 호수들의 식물플랑크 톤 군집에 대한 연구는 많이 진행되었으나 대부분 상수원 인 동복호나 주암호에 국한되어 진행되었고, 각 식물플랑 크톤 군집과 수질 및 지형지질학적 특성과의 관계 분석이 주를 이루고 있다 (Choi et al., 1994;Lee and Song, 1995;Lee et al., 2005;Jung et al., 2008;Song et al., 2013). 하지 만 대도시나 산업시설이 거의 없고 토지피복이 주로 산지 (72.3%)로 구성되어 있는 보성강 유역의 특성상 (WAMIS, http://www.wamis.go.kr), 호수 내 식물플랑크톤 군집의 변 화는 오염원의 유입에 따른 내부적인 변화보다 외부에서 유입되는 식물플랑크톤의 군집의 영향이 클 수 있다. 본 연구는 보성강 유역에 위치한 호수들에서 확인된 식물플 랑크톤 군집을 처음으로 비교 분석한 연구로써 그 의의가 크다. 특히 본 연구 결과, 보성강 유역 내 호소들에서 식물 플랑크톤 군집의 시공간적 분포는 호수들의 특징들에 의 해 군집의 유사성을 나타내었으며, 이를 통해 앞으로의 식 물플랑크톤 군집 변화를 분석하는 데 있어서 다양한 환경 요인과의 관계성과 함께 수계 연결성에 따른 식물플랑크 톤 분포 양상을 포괄적으로 분석할 경우 더욱 효과적일 것 으로 사료된다. 또한 아직까지 도수터널에 의해 연결된 호 수들 간의 생물상 변화에 관한 연구는 미비한 실정이나, 본 연구를 통해 식물플랑크톤 군집 변화에 있어 도수터널 의 구조가 중요한 요인으로 작용하고 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 호소 내 식물플랑크톤 관리 등을 위한 기초 자료로써 활용할 수 있을 것으로 예상되며 차후 방사성 동 위원소 혹은 유전자 분석 등으로 더욱 정밀한 연구가 진행 될 경우 이러한 생물 군집의 연속성이 보다 더 명확히 확 인될 것으로 기대된다.

    적 요

    본 연구는 보성강 유역에 위치한 호수들에서 식물플랑 크톤 군집의 시공간적 차이를 비교하고 이러한 군집 구조 의 차이에 영향을 미치는 요인들을 확인하고자 2014년 3 월부터 2017년 11월까지 분기별 조사를 시행하였다. 조 사 결과, 보성호는 다른 호수들에 비해 식물플랑크톤의 다 양성이 풍부하고 밀도 역시 높은 수준으로 확인되어 시공 간적으로 큰 차이를 보였다. 또한 3월 조사에서 확인된 식 물플랑크톤 군집은 다른 조사시기와 우점종을 포함한 규 조류와 녹조류의 군집에서 구분되는 특성을 나타냈다. Indicator species analysis를 통해 확인된 각 그룹 간 지표 종을 확인한 결과, 계절에 따른 식물플랑크톤 천이와 영양 농도에 따른 다양성 및 밀도 변화를 반영한 것으로 산출되 어 호수들의 식물플랑크톤 군집이 시공간적으로 구분되었 음을 나타냈다. Non-metric multidimensional scaling을 통 해 보성강 유역 내 호수들의 식물플랑크톤 군집 구조에 있 어 Secchi depth, 수온, 전기전도도, DO 등이 중요한 요인 임을 확인하였고, 영양염을 포함한 다양한 환경요인과 함 께 식물플랑크톤 군집 차이에 영향을 끼친 것으로 분석되 었다.

    저자정보

    조현진 (전남대학교 생물학과 연구원), 나정은 (전 남대학교 생물학과 연구원), 이학영 (전남대학교 생물학과 교수)

    저자기여도

    개념설정: 조현진, 자료수집: 조현진, 나정은, 자료분석: 조현진, 원고 초안작성: 조현진, 원고 검토 및 교 정: 조현진, 나정은, 이학영

    이해관계

    본 연구는 이해관계의 충돌 여지가 없습니다.

    연구비

    본 연구는 영산강 수계관리위원회 국립환경과학원 영산강물환경연구소에서 시행한 영산강섬진강 수계 환경 기초조사사업의 연구비로 수행되었습니다.

    Figure

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    A map showing the sampled lakes in this study.

    KSL-53-1-11_F2.gif

    Differences of phytoplankton indices among study lakes. Bar graphs mean average value and error bars indicate standard deviation. Different alphabets indicate significant difference among cluster groups based on Dunn’s multiple comparison test (P<0.05).

    KSL-53-1-11_F3.gif

    The results of self-organizing map. (A) clusters in SOM, and (B) dendrogram of SOM units using the Ward linkage with Euclidean distance. Small numbers in SOM map mean number of sites. DB: Dongbok, BS: Boseong, SS: Sangsa, JA: Juam.

    KSL-53-1-11_F4.gif

    Differences of number of phytoplankton species (A) and cell density (B) according to the SOM. The mean (‘+’), median (horizontal solid line), range from the 10th to the 90th percentile (error bar) are shown in each box. Letters on the bars indicate significant difference among cluster groups based on Dunn’s multiple comparison test (P<0.05).

    KSL-53-1-11_F5.gif

    The results of non-metric multidimensional scaling (NMDS) ordination based on phytoplankton communities of 4 study lakes. (A) NMDS scatter plot, (B) NMDS plot with phytoplankton indices, (C) and with environmental variables. Only significant variables (P<0.05) were represented on NMDS plot. PO4: PO4-P, NH3: NH3-N.

    Table

    Environmental characteristics of 4 lakes. Values represented mean (standard deviation). Different alphabets indicate significant difference among cluster groups based on Dunn’s multiple comparison test (P<0.05).

    Total number of phytoplankton species at each lake during study period.

    Dominant species at each lake during study period.

    Result of indicator species analysis in each group (P<0.05).

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