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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.54 No.1 pp.12-23
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2021.54.1.012

Characteristics of Fish Communities and Length-weight Relationships of Dominant Species (Zacco platypus) in Seomjin River

Sun Ho Lee1, Hyo Gyeom Kim2, Hyunbin Jo3, Ihn-Sil Kwak1,2*
1Department of Ocean Integrated Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Republic of Korea
2Fisheries Science Institute, Chonnam National University, Yeosu 59626, Republic of Korea
3Institute for Environment and Energy, Pusan National University, Busan 46241, Republic of Korea
*Corresponding author: Tel: +82-61-659-7148, Fax: +82-61-659-7149 E-mail: inkwak@hotmail.com, iskwak@chonnam.ac.kr
12/03/2021 24/03/2021 24/03/2021

Abstract


As fish communities are sensitive to natural environmental changes as well as anthropogenic pressures, their composition and characteristics help us to assess the aquatic ecosystem health. The fish fauna and the length-weight relationship of Zacco platypus in the Seomjin River system were investigated from July 2018 to May 2019. The collected species during the survey period were 49 species belong to 14 families including 19 Korean endemic and two endangered species. According to Bray-Curtis similarities, 14 sites were divided into four groups based on the fish community composition; two groups (group A, B) and two uncategorized sites (group C, D). There were significant differences between groups A and B (analysis of similarities, R=0.722, p=0.002). A similarity percentage analysis revealed that Z. koreanus (8.55%), Micropterus salmoides (6.90%), and Lepomis macrochirus (4.90%) contributed to these differences of fish assemblages between group A and B. Group A showed higher relative abundances of exotic species such as M. salmoides and L. macrochirus, while Z. platypus and Z. koreanus which are the common species in Korea, were the most dominant species in group B. Based on the length-weight relationship of Z. platypus, b values were varied from 2.82 to 3.80, indicating that growth patterns of the species were spatially different. This study could be served as baseline data for understanding fish fauna, assessing habitat characteristics based on the fauna, and identifying health conditions of Z. platypus in the Seomjin River system.



섬진강 수계 어류군집 특성과 우점종 피라미 (Zacco platypus)의 전장 - 체중 관계 분석

이 선호1, 김 효겸2, 조 현빈3, 곽 인실1,2*
1전남대학교 해양융합과학과
2전남대학교 수 산과학연구소
3부산대학교 환경·에너지연구소

초록


    National Research Foundation of Korea(NRF)
    NRF2018R1A6A1A03024314
    NRF-2020R1A2C1013936

    서 론

    어류군집은 자연적인 환경 변화뿐만 아니라 인위적 교란 에 민감하게 반응하기 때문에 어류상 및 군집 분석을 통해 수생태계의 서식처 건강성을 종합적으로 평가할 수 있다 (Lee et al., 2014). 특히 어류는 수환경에 따라 다양한 반응 을 보이며 오염원에 대해 단시간의 생리·화학적인 반응을 통해 발생된 조직 및 기관 내의 변화를 보이기 때문에 수환 경의 갑작스러운 변화는 어류군집 구조에 큰 영향을 미치 게 된다 (Adams, 2002;Seo, 2005). 또한, 담수 생태계의 고 차 소비자로서 이동성이 강하고, 환경 변화에 민감하게 반 응하므로 어류 개체군의 건강성을 통해 수생태계의 교란 정도를 파악할 수 있으며 (Jang et al., 2007), 다양한 종 수와 종별 서식 환경의 차이 등으로 수생태계 환경을 잘 반영하 여 담수 생태계의 교란과 정도를 파악할 수 있다.

    섬진강 수계는 회유성 어종인 은어 (Plecoglossus altivelis) 가 대규모로 회유하고, 참게 (Eriocheir sinensis), 재 첩 (Corbicula fluminea) 등 다양한 경제성 생물들이 풍부 하여 경제적으로도 매우 중요하다 (Baek et al., 2013). 최근 들어 섬진강 본류와 지류 주변의 인구 밀집 지역, 농경지, 목장 등에서 생활하수 및 농·축산 오수 유입량이 증가하 면서 부영양화 현상이 가속화되고 있고, 광양만 지역 공단 에서 공장 폐수 및 생활하수가 대량으로 유입되어 하류부 의 수질오염이 가속화되고 있다 (Lee et al., 2007). 과도한 부영양화는 수환경의 오염을 초래하여 어류 개체군의 성 장과 건강성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고되었 으며 (Ko et al., 2012), 오염된 수역에 서식하는 어류의 경 우 비만도 지수나 전장-체중 관계에 기반한 성장도가 낮은 경향을 보인다 (Munkittrick and Dixon, 1988;Miller et al., 1992). 또한, 오염물질 배출로 인한 수질 오염과 부영양화, 인공 구조물의 건설, 매립 등의 인위적인 환경 변화는 수 체 내에 서식하는 고유종과 멸종위기종 같이 생물다양성 측면에서 주요한 종의 감소와 절멸을 야기할 수 있다 (Poff et al., 1997;An et al., 2001;Lee et al., 2013;Pierce et al., 2014). 따라서, 인위적인 영향이 어류군집에 미치는 영향 을 평가하기 위해 섬진강 수계 내 어류상의 분포를 확인할 필요성이 있다.

    피라미 (Zacco platypus)는 잉어과 (Cyprinidae)에 속하 는 1차 담수어로, 정체성 수역부터 여울성 수역에 이르기 까지 광범위하게 분포하며 (Choi and Kim, 2004), 부영양호 부터 빈영양호까지 우점하고 있다 (Kim, 1997). 주요 먹이 는 자갈이나 모래에 부착하여 서식하는 수서곤충 및 부착 조류를 섭식하며, 환경이 악화된 곳에서는 하상의 유기물 을 섭식하는 잡식성으로 알려져 있고 (Kim, 1997;Kim et al., 2010), 서식지 교란, 수질 오염 및 인위적인 환경 변화 에 대한 내성이 매우 강한 종이다 (Kim and Kim, 1975). 이 러한 종을 이용한 Length-weight relationships (LWRs) 분 석은 주어진 환경에서 어류 개체군 및 서식처의 건강성, 생식 능력 및 수질 등 다양한 수환경의 정보에 대한 지표 를 제공한다 (Anderson and Gutreuter, 1983;Busacker et al., 1990). 따라서 본 연구에서는 섬진강의 본·지류 14개 지점을 대상으로 섬진강 수계의 어류상 분포를 파악하고 자 하였으며, 수계 내 광범위하게 분포하는 피라미 개체군 의 LWRs 분석을 통해 섬진강 수계 어류의 성장도를 파악 하여 향후 효율적이고 안정적인 담수생태계 및 어족자원 조성 관리에 기초적인 자료를 확보하고자 하였다.

    재료 및 방 법

    1. 조사 지점 및 조사 기간

    섬진강은 국내 5대강 수계 중의 하나로, 길이 212.3 km, 유역면적 4,896.5 km2로 남한에서 네 번째로 긴 강이다. 전 라북도 진안군과 장수군의 경계인 팔공산에서 발원하여 전라북도 진안군, 정읍군, 임실군 및 남원시의 상류를 통과 하여 중류인 전라남도 구례군과 곡성군을 지나, 광양만으 로 흘러간다. 섬진강 본류 및 지류 일대에 대한 어류상을 파악하기 위하여 총 14개 지점 (본류 4개지점 (ISM~HSM) 및 지류 10개 지점 (SCuT~GST))을 선정하였다 (Fig. 1). 또한, 다양한 시기를 고려하여 수계 내 분포하는 어류상 파악을 위해, 여름, 가을, 봄의 3회에 걸쳐 현장 조사를 수 행하였다. 조사 시기는 2018년 7월~9월 (여름), 2018년 10 월~11월 (가을), 2019년 3월~5월 (봄)으로 선정하였다.

    2. 어류 조사

    어류 채집은 투망 (망목, 7×7 mm)과 족대 (망목, 4×4 mm)를 이용하여, 정량적인 조사를 위해 지점별로 투망은 20회, 족대는 30분을 기준으로 조사하였고, 현장에서 동정 하여 전장, 체장, 무게를 측정하고 즉시 방류하였으며 현 장에서 동정이 어려운 개체의 경우 10% 포르말린 용액으 로 고정 후 실험실로 운반하여 계측 및 동정하였다. 전장 및 체장은 1 mm까지, 무게는 0.1 g까지 측정하였다. 어류의 동정은 국내에서 발표된 문헌 (Kim and Park, 2002;Kim et al., 2005)을 이용하였고 모든 종의 학명 (scientific name) 및 과명 (family name)은 2019 국가생물종목록 (NIBR, 2019)을 기준으로 하였으며 분류체계는 Nelson (2006)의 분류체계를 따랐다.

    3. 자료 분석

    1) 군집 분석 및 통계분석

    다양한 계절을 고려하여 종의 출현과 군집 구조를 분 석하기 위해서 총 3회의 조사 결과를 지점별로 합산하여 (i) 군집 지수를 계산하고, (ii) 비계량 다차원 척도법 (nonmetric multidimensional scaling, NMDS)을 적용하였다. 군집 지수는 우점도 지수 (McNaughton, 1967), 종다양 도 지수 (Shannon and Weaver, 1963), 균등도 지수 (Pielou, 1966), 풍부도 지수 (Margalef, 1958)를 산출하였다. 각 정 점에서 조사된 어류군집의 특성을 파악하기 위해서, 자 연로그로 변환한 출현 개체수를 이용하여 계산된 Bray- Curtis similarity에 기반하여 NMDS 분석을 수행하였다. 이때, 최종 stress 값 (적합도 측정치)의 유의성을 결정하기 위해 Monte Carlo randomization test (n=999)를 수행하였 다. NMDS ordination으로 구분된 그룹 간의 차이에 대한 유의성을 파악하기 위해 ANOSIM (Analysis of similarity) 분석을 999번의 순열 검정을 통해 실시하였으며, SIMPER (Similarity percentage) 분석을 통해 각 그룹별 어류군집 차이에 기여하는 분류군을 파악하였다. NMDS ordination, ANOSIM, SIMPER 분석 및 시각화는 R program (ver. 3.6.3, RS Team, Inc., Boston, MA, USA) 내 ‘vegan’ (Oksanen et al., 2019) 및 ‘ggplot2’ (Wickham et al., 2011) 패키지를 사용하였다.

    2) 전장-체중 관계 (Length-weight relationships, LWRs)

    섬진강 수계 내 정점별 어류 성장도 평가를 위해, 모든 조사 지점에서 출현이 확인된 피라미를 선정하여 Keys (1928)의 방법에 따라 회귀 분석을 통해 LWRs를 산출하 였다 (Eqn 1). 분석에 앞서 전장-무게 데이터는 자연 로그 로 변환하여 선형 회귀 분석을 통해 이상치 (Outlier)를 제 거하였다 (Froese, 2006).

    TW = a L b
    (Eqn 1)

    ( TW, total weight (g); TL, total length (mm); a, constant; b, regression coefficient)

    결과 및 고 찰

    1. 섬진강 수계의 어류상 및 군집 지수

    본 연구를 통하여 섬진강 본류 및 지류 일대의 어류 조 사를 진행한 결과, 총 14과 49종 1,787개체가 출현하였다 (Table 1). 이 중 가장 종의 서식이 많이 확인된 분류군은 상대 풍부도 (relative abundance, RA) 61.2%로 나타난 잉 어과로 30종이 나타났으며, 다음으로 미꾸리과 (Cobitidae) 4종 (8.2%), 동자개과 (Bagridae), 꺽지과 (Centropomidae), 검정우럭과 (Centrarchidae)가 각각 2종 (4.1%) 순으로 나 타났다. 출현 개체수가 가장 많이 확인된 분류군은 잉어 과로 1,415개체 (79.2%)가 출현하였으며, 다음으로 검정 우럭과가 117개체 (6.5%), 꺽지과 58개체 (3.2%), 동자개 과 53개체 (3.0%) 순으로 나타났다. 전체 지점의 우점종으 로 출현한 종은 피라미로 626개체 (35.0%)가 확인되었고, 모든 조사 지점에서 출현하였으며, 참갈겨니 (Z. koreanus) 가 102개체 (5.7%)로 아우점 하는 것으로 확인되었다 (Fig. 2A). 이는 국내 수계의 대표적인 우점종과 아우점종으 로 보고된 피라미와 참갈겨니가 섬진강 수계에서 각각 우 점종과 아우점종으로 나타나는 것과 일치하였다 (Yoon et al., 2018). 본류 지점에선 피라미가 91개체 (16.5%), 치리 (Hemiculter eigenmanni)와 은어가 49개체 (8.9%)로 (Fig. 2C), 지류 지점에선 피라미가 535개체 (43.3%), 참갈겨니 가 99개체 (8.0%)로 각각 지점 유형별 우점종 및 아우점종 으로 나타났다 (Fig. 2E). 그 중 회유성 어종인 은어는 우리 나라 전역에 분포하는 것으로 알려져 있으나 개발 및 수질 오염 등으로 서식 지역이 줄어들고 있는 실정이다. 은어의 성장에 있어 하천 규모는 매우 밀접한 관련이 있는데 (Lee et al., 2008), 남해로 유입되는 섬진강은 은어 서식처 중 상 대적으로 큰 하천 규모를 가지고 있어 남해안 은어의 서식 및 산란처로 매우 중요한 역할을 한다.

    섬진강 수계에서 조사된 어류 총 1,787개체의 생체 량은 약 44,708.37 g으로 확인되었다 (Fig. 2B). 이 중 잉 어과가 28,710.95 g (64.2%)으로 가장 높고, 검정우럭과 6,173.48 g (13.8%), 꺽지과 3,292.68 g (7.4%), 바다빙어 과 (Osmeridae)가 3,184.46 g (7.1%) 순으로 나타났다. 출 현한 49종 중에선 누치 (Hemibarbus labeo)가 6,971.77 g (15.6%)으로 가장 풍부한 생체량을 보였으며, 피라미 5,611.35 g (12.6%), 배스 (Micropterus salmoides) 5,022.57 g (11.2%), 은어 3,184.46 g (7.1%) 순으로 나타났다 (Fig. 2B). 선행 연구 보고와 같이 생체량에서 잉어과 어류의 우 세함이 나타나고, 지류에서 본류와 달리 피라미의 생체 량 상대풍부도가 높게 나타났는데 (Fig. 2D, F), 이는 유 량이 풍부하고 저수량이 많은 곳을 선호하는 누치, 붕어 (Carassius auratus), 쏘가리 (Siniperca scherzeri) 등의 영향 으로 판단된다 (Jang et al., 2009).

    본 조사에서 출현한 49종 중 한국고유종은 6과 19종 636개체로 확인되어 고유종 출현 비율은 35.6%로 나타났 으며, 이는 Kim (1995)에 의해 제시된 한국 고유 담수어 류의 고유화 빈도인 22.5%~25.9%보다 높은 것으로 확인 되었다. 고유종 중 참갈겨니가 102개체 (16.0%)로 가장 풍 부한 개체수를 보였으며, 치리 88개체 (13.0%), 참중고기 (Sarcocheilichthys variegatus) 55개체 (8.6%) 등으로 나타 났다. 출현한 고유어종 중 SCuT 지점에서 현재 환경부 지 정 멸종위기 야생생물 I급으로 지정되어 있는 임실납자루 (Acheilognathus somjinensis)가 출현하였으며, GMT, HSM 지점에서 멸종위기 야생생물 II급으로 지정되어 있는 큰줄 납자루 (A. majusculus)가 출현하였는데 이 종들은 개체수 유지와 서식지 보호를 위해 집중적인 관리가 필요하다. 본 연구 수계에서 수 생태계 교란 및 한반도 고유종에 치명적 인 영향을 끼치는 외래종은 2과 3종 122개체의 서식이 확 인되었다. 전체 49종 중 외래종의 상대 풍부도는 6.8%이 며, 블루길 (Lepomis macrochirus) 60개체 (49.1%), 배스 57 개체 (46.7%), 떡붕어 (C. cuvieri) 5개체 (4.2%) 순으로 나타 났다.

    지점별 군집 지수를 산출한 결과, 지류 지점이 본류 지 점에 비해 상대적으로 높은 다양도 지수와 풍부도 지수가 나타났다. 그 중 JBT 지점에서 피라미와 참갈겨니의 높은 상대풍부도로 인해 우점도 지수가 0.88의 값으로 전체 지 점 중 가장 높게 나타났으며, 이 영향으로 다양도 지수, 균 등도 지수, 풍부도 지수가 반대로 가장 낮게 나타났다. 우 점도 지수가 가장 낮게 나타난 HSM의 경우 다양도 지수 와 풍부도 지수가 전체 지점 중 가장 높은 값을 보였는데 이는 기수역의 지점 특성으로 다양한 종 수가 출현하여 영 향을 준 것으로 판단된다. 균등도 지수는 SCiT 지점에서 전체 지점 중 가장 높게 나타났다 (Table 2).

    2. 섬진강 수계 내 어류군집의 공간적 분포

    조사 지점별 어류군집 NMDS ordination을 실시한 결과, 크게 그룹 A, B 두 개의 그룹으로 구분되고 그룹 내 속하 지 않는 2개의 지점 (기타 그룹)으로 나뉘었는데 (Fig. 3A), 그룹 A에는 HSM 지점을 제외한 모든 본류 지점이 포함되 었고, 그룹 B에는 기타 그룹 지점을 제외한 모든 지류 지 점만으로 구성되었다. 특히, 그룹 A와 B 간에 유의한 차이 가 존재하였으며 (ANOSIM R=0.722, p=0.002), 참갈겨 니 (8.55%), 배스 (6.90%), 블루길 (4.90%)이 두 그룹의 차이 를 나타내었다. 그룹 A는 외래종인 배스 (그룹 평균 상대 풍 부도, RA=2.23), 블루길 (RA=1.51)의 출현이 높게 나타 났으며, 이는 본류 지점들을 비롯하여 유량이 풍부하고 상 대적으로 유속이 느린 서식처의 영향을 반영한 것으로 판 단된다. 그룹 B는 국내 하천 생태계 최 우점종인 피라미 (RA=4.06), 한국 고유종인 참갈겨니 (RA=2.36)와 돌고기 (Pungtungia herzi) (RA=1.31)의 출현이 주요하였는데, 그 룹 A에 비해 상대적으로 유수성 환경의 영향을 반영하는 지류의 특징으로 판단된다. 그룹 A는 HSM 지점을 제외한 섬진강 본류의 세 지점과 옥과천 및 동복천을 포함하여, 대 부분 지천으로 구성된 그룹 B에 비해 외래종의 출현이 많 았다. 따라서, 그룹 B는 그룹 A에 비하여 어류군집이 비교 적 외래종의 비율이 높게 유지되고 있음을 확인할 수 있었 다. 옥과천과 동복천의 경우에는 지류임에도 불구하고 배스 가 아우점종으로 출현하여, 외래종 퇴치나 지점의 자연성을 회복하기 위한 관리가 필요한 것으로 보인다.

    기타 그룹 중 SCiT 지점은 다른 지점에서는 잘 관찰되 지 않던 왕종개 (Iksookimia longicorpa)가 우점종 (RA= 2.39)으로 나타나고, 갈겨니 (Z. temminckii)가 아우점종 (RA=2.19)으로 나타난 것을 비롯하여 버들치 (Rhynchocypris oxycephalus)와 송사리 (Oryzias latipes) 등 다른 지점들과 독립적인 군집 구성을 보여 유사도가 낮게 나타 났다. 기수역으로 추정되는 HSM 지점은 여러 회유성 어종 의 분포로 다른 지점들과 유사도가 낮게 나타나 기타 그룹 으로 분류되었다. 그 중 은어의 출현이 높게 나타나, 다른 지점들과 유의하게 구분되는 기수역의 특징을 보였다 (Fig. 3B).

    이러한 차이에 기여하는 분류군을 확인하기 위해 SIMPER 분석을 실시한 결과 각 비교 그룹별 average dissimilarity는 67.45~88.31%의 범위로 나타났으며, 그룹 A와 B의 차이가 가장 낮게 나타났고, 그룹 C와 D의 차이 가 가장 높게 나타났다 (Appendix 1). 각 그룹별 비 유사성 에 기여하는 주요종은 그룹 A는 배스와 블루길, 그룹 B는 피라미와 참갈겨니, 그룹 C는 왕종개와 갈겨니, 그룹 D는 은어, 큰줄납자루와 눈동자개 (Pseudobagrus koreanus)로 나타났다.

    3. 피라미 (Zacco platypus)의 전장-체중 관계 분석

    본 조사에서 우점한 피라미를 대상으로 전장과 체중의 관계를 분석한 결과, 지점별로 다양한 성장도를 보이고 있 음을 확인하였다 (Appendix 2). 일반적으로 회귀계수 (b) 값 은 3.0을 기준으로 높으면 개체가 비만함을 보이고 반대 로 낮으면 왜소해짐을 보이는 것으로 알려져 있다 (Froese, 2006). 특히, IOT, GOT, JBT, GST 지점에서 3 이하의 b값 을 보여 상대적으로 낮은 성장도를 보였으며, SCiT 지점에 서 3.80로 가장 양호한 성장도를 나타냈다. 섬진강 수계 전 체 지점을 대상으로 하였을 때 회귀계수 b값은 3.08로 나 타났다 (Fig. 4). Baek et al. (2020)은 국내의 다양한 환경에 서 통용될 수 있는 표준 LWRs를 한강, 낙동강, 금강권역에 서 제시하였는데, 이때 피라미의 b값은 3.248로 본 결과보 다 높은 값을 보였다. 보다 표준화된 LWRs의 산출을 위해 서 본 연구 결과인 섬진강 수계 내 어류의 길이-무게 데이 터를 포함할 필요성이 있다고 판단된다.

    적 요

    어류군집은 자연적인 환경 변화뿐만 아니라 인위적 교 란에 민감하게 반응하기 때문에, 어류상 및 군집 분석을 통해 수생태계의 서식처 건강성을 종합적으로 평가할 수 있다. 본 연구는 섬진강 수계 본·지류 총 14개 지점을 대 상으로 어류상 및 피라미의 전장-체중 관계를 파악하기 위 해 2018년 7월부터 2019년 5월까지 어류 조사를 실시하였 다. 그 결과 채집된 어류는 한국고유종 19종과 법적보호종 2종을 포함하여 14과 49종으로 확인되었다. Bray-Curtis 유사도에 따르면, 14개 지점은 어류군집 구성에 따라 크게 A, B 두 개의 그룹과 그룹 내 속하지 않는 2개의 지점 (그 룹 C, D)으로 나뉘었다. 특히, 그룹 A와 B 간에 유의한 차 이가 존재하였으며 (ANOSIM R=0.722, p=0.002), 참갈겨 니 (8.55%), 배스 (6.90%), 블루길 (4.90%)이 두 그룹의 차 이에 기여한 것으로 나타났다. 그룹 A는 외래종인 배스, 블 루길의 출현이 높게 나타났으며, 그룹 B는 국내 하천 생태 계 최 우점종인 피라미와 참갈겨니의 출현이 주요하였다. 본 조사에서 우점한 피라미를 대상으로 전장-체중 관계식 에 의한 지점별 회귀계수 b값은 2.82~3.80까지 나타나 지 점별로 다양한 성장도를 나타냈다. 따라서 본 연구는 섬진 강 수계의 전반적인 어류상과 피라미를 바탕으로 어류의 성장도를 파악할 수 있는 기초자료로서 활용될 수 있을 것 이다.

    연구비

    본 연구는 한국연구재단 대학중점연구사업 [NRF- 2018R1A6A1A03024314]과 [NRF-2020R1A2C1013936] 의 지원을 받아 수행된 연구입니다.

    Figure

    KSL-54-1-12_F1.gif

    Map of the sampling sites in the Seomjin River, Korea (●: Main stream; ▲: Tributary).

    KSL-54-1-12_F2.gif

    Relative abundance of fish collected in Seomjin River (A, B: Total site C, D: Main stream E, F: Tributary) (A, C, E: Individual B, D, F: Biomass).

    KSL-54-1-12_F3.gif

    Non-metric multidimensional scaling ordination of fish communities displaying (A) sampling sites and (B) species in the Seomjin River basin.

    KSL-54-1-12_F4.gif

    Length-weight relationships for Zacco platypus collected in the study site (TW: Total Weight, TL: Total Length).

    Table

    The list and individual number of collected fishes in Seomjin River.

    Summary of the community indices in Seomjin River.

    Dissimilarity of fish assemblage by each groups as determined using similarity percentage analysis (SIMPER).

    Descriptive statistics and estimated parameters of Length-weight relationships for Zacco platypus in Seomjin River.

    Reference

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