삼척 오십천에서 수질에 따른 저서생물상 출현 특성 = The characteristics on emergence of benthic organisms related to water quality of Osipcheon Stream in Samcheok.
국 문 초 록
삼척 오십천 수계에서 이화학적 환경에 따른 저서생물상의 출현 특성을 알아보기 위해 2013년 5월부터 10월까지 본류 11정점과 지류 7개 정점에 대해 각 조사지의 하상특성, 이화학적 조사 및 저서성대형무척추동물의 분포 및 현존량을 조사하였다.
각 조사지점의 평균 하상구성물은 cobble(큰 자갈)이 32%, pebble(잔자갈)이 31%, gravel(잔자갈)이 23%, 및 sand(모래)가 14% 이였다. 유속은 본류수계가 0.252∼0.541 m/sec로 정점 6에서 가장 낮았으며 정점 10에서 가장 컸다. 지류수계는 0.193∼0.464 m/sec로 정점 4-2에서 가장 컸다. 각 조사지점의 수심은 평균 34.7cm이였으며, 가장 얕은 곳은 St.2-1지점, 가장 깊은 곳은 St.6지점 이였다.
본류수계의 이화학적 조사 결과를 보면 수온은 평균 17.4∼21.6℃의 범위를 보였으며 상류에서 하류로 갈수록 점차 증가하는 경향을 보였다. pH는 평균 7.8∼8.6의 범위를 보였다. 전기전도도는 상류에서 하류로 갈수록 점차 낮아지는 경향을 보였으며 평균 344∼1,678 μS/cm의 범위로 정점 11에서 가장 높았다. 정점 11은 삼척 오십천 하류지역으로 해수의 영향을 받는 지역이다. 용존산소(DO)는 평균 7.6∼10.5 mgO2/L 의 범위로 정점간의 차이는 크지 않았으며 상류에서 하류로 갈수록 점차 증가하는 경향을 보였다. 정점 2는 9월과 10월에 각각 0.9 및 0.8 mgO2/L로 매우 낮았는데 이는 정점 1과 정점 2의 BOD 증가에 따른 영향으로 사료된다. 생물학적산소요구량(BOD)는 평균 1.7∼3.5 mgO2/L의 범위를 보였으며 조사기간동안 상·하류간에 큰 변이를 보이지는 않았지만 각 조시지점별 조사시기에 따른 차이는 큰 것으로 나타났다. 화학적산소요구량(COD)는 평균 1.6∼5.0 mgO2/L의 범위를 보였으며 정점 11에서 가장 높았다. 정점 11은 오십천 하류지역으로 물의 정체 및 해수의 역류 등으로 다소 복잡한 수계시스템을 보이기 때문이다. 일반적으로 COD는 수계를 따라 하류로 유하하면서 주변의 산림으로부터 유입되는 난분해성 유기물에 의해 증가되는 것이 사실이나 오십천의 경우 큰 변화를 보이지 않았다. 부유물질(SS)은 평균 0.9∼13.0 mg/L의 범위를 보였으며 하류로 유하하면서 크게 감소하는 경향을 보였다. 용존무기인(PO4-P)은 평균 0.000∼0.012 mgP/L의 범위를 보였으며 도계하수종말처리장(분뇨처리장 연계운영) 방류수가 유입된 직후인 정점 5에서 가장 높았다. 총인(TP)은 용존무기인과 유사하게 정점 5와 정점 11에서 높았으며 그 이외의 정점에서는 0.006 mgP/L 이하로 매우 양호한 수준 이였다. 질산성질소(NO3-N)는 평균 1.214∼1.982 mgN/L의 범위 이였으며 하류로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. 아질산성질소(NO2-N)는 평균 0.004∼0.019 mgN/L의 범위 이였으며 정점 11을 제외하면 하류로 갈수록 다소 감소하는 경향을 보였다. 암모니아성질소(NH3-N)는 아질산성질소와 마찬가지로 정점 11을 제외하고는 하류로 갈수록 점차 감소하는 경향을 보였다. 이와 같이 암모니아성질소와 아질산성질소가 하류로 갈수록 감소하고 질산성질소가 하류로 갈수록 증가하고 하는 것으로 보아 오십천 수계내에서 질산화가 진행되고 있음을 알 수 있다. 부착조류에 의한 엽록소 a 농도는 조사시기별로 다소 큰 변이를 보였으며 정점 10에서 평균 11.9 mg/m3로 가장 높았다.
지류수계의 이화학적 조사 결과를 보면 수온은 평균 17.4∼21.7℃의 범위를 보였다. pH는 상류쪽 지류보다는 하류쪽 지류에서 다소 높아지는 경향을 보였다. 전기전도도는 수계내의 이온의 물질의 양을 간접적으로 나타내는 지표로 평균 234∼1,068 μS/cm의 범위 이였다. 용존산소(DO)는 평균 4.8∼11.1 mgO2/L로 정점 3-1에서 낮았으며 7-1에서 가장 높았다. 생물학적산소요구량(BOD)은 평균 2.3∼3.4 mgO2/L 이였으며 각 지류별 큰 변이를 보이지 않았다. 화학적산소요구량(COD)은 평균 1.6∼2.9 mgO2/L의 범위를 보였으며 상류지역의 지류보다는 하류지역의 지류에서 다소 높았다. 부유물질(SS)은 평균 1.1∼11.1 mg/L의 범위를 보였다. 용존무기인(PO4-P)은 평균 0.001∼0.017 mgP/L의 범위로 비교적 낮은 수준이였다. 총인(TP)은 용존무기인과 마찬가지로 정점 4-2에서 평균 0.026 mgP/L로 높았으나 그 이외의 지류에서는 평균 0.004∼0.019 mgP/L로 낮았다. 질산성질소(NO3-N)는 평균 0.550∼2.744 mgN/L 이였으며 상류쪽 지류보다는 하류쪽 지류에서 다소 높은 값을 보였다. 아질산성질소(NO2-N)은 정점 2-1과 3-1에서 평균이 각각 0.014 및 0.018 mgN/L로 다소 높았다. 암모니아성질소(NH3-N)는 정점 1-1과 4-1은 평균이 각각 0.234 및 0.443 mgN/L로 다소 높았으며 그 이외의 지류에서는 평균 0.020∼0.048 mgN/L의 범위를 보였다. 총질소(TN)는 평균 0.906∼2.992 mgN/L로 정점 5-1에 가장 높았다. 부착조류에 의한 엽록소 a 농도는 정점 1-1에서 11.1∼18.5 mg/m3의 범위를 보였으며 평균 12.8 mg/m3로 가장 높았다.
조사기간 동안 전 지점에서 출현한 저서성 대형무척추동물은 총 1문 7목 28과 54종 3,958 개체 이였다. 분류군별로는 하루살이목이 6과 22종, 강도래목 3과 4종, 뱀잠자리목 1과 1종, 딱정벌레목 3과 3종, 파리목 4과 8종 및 날도래목 10과 15종 이였다. 이들의 개체수는 하루살이목 1,722개체, 강도래목 7, 뱀잠자리목 17, 딱정벌레목 31, 잠자리목 8, 날도래목 1,280체, 파리목 893개체이며 총 개체수는 3,958개체수로 나타났다.
조사시기별 출현종수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 33, 22, 28, 23, 23 및 8 이였으며, 개체수의 변화는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 793, 1,125, 877, 557, 579 및 37 이였다.
본류수계의 군집구조는 시기별 출현종과 개체수는 5월에는 정점 6과 7에서 종수가 각각 12 및 10종으로 많았으며, 개체수도 각각 164 및 102 이였다. 2007년부터 2012년까지 환경부(국립환경과학원)에서 조사한 수생태계 건강성조사 자료에 따르면 삼척오십천의 정점 2, 3, 5 및 8번 정점이 본 연구에서 수행한 조사지점의 10, 11, 5 및 7번과 일치하고 있어 이들 자료에 대해 비교 검토하였다. 비교 검토결과 수생태계 건강성조사 지점 2번은 우점종이 2007, 2008, 2009 및 2012년에 각각 Chironomus sp., Uracanthella rufa, Chironomidae spp., Chironomidae spp., Chironomidae spp. 이였으며, 종수는 17, 6, 41, 36 이였는데 본 조사의 정점 10지점과 유사한 것으로 사료된다.
본류 수계의 총 출현종수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 56, 65, 60, 52, 55 및 18 종 이였으며, 개체수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 552, 760, 487, 338, 378 및 26 개체 이였다.
지류 수계의 총출현 종수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 32, 32, 36, 32, 45 및 6 종 이였으며, 개체수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 241, 365, 380, 219, 201 및 11 개체 이였다.
우점종 및 아우점종 변화는 5월과 6월에 출현한 우점종과 아우점종은 깔따구류 Chironomidae spp.와 부채하루살이 Epeorus pellucidus(Brodsky) 이였으며, 7월에는 우점종과 아우점종이 각각 줄날도래 Hydropsyche kozhantschikovi Martynov와 수염치레각날도레 Stenopsyche marmorata Navas 이였다.
조사기간동안 오십천 수계의 대형 무척추동물의 우점도지수, 다양도지수, 풍부도지 및 균등도 지수의 평균은 각각 0.266, 0.805, 0.737, 및 0.122 이였다. 조사시기별 우점도 지수는 5, 6, 7, 8, 9 및 10월에 각각 0.296, 0.216, 0.265, 0.448, 0.346 및 0.025으로 타나났다.
본 연구기간 동안 삼척 오십천에서 관찰된 대형무척추동물의 종수 및 총 개체수와 수질과의 상과관계를 분석하였다. 통계분석은 XLSTAT(Addinsoft) for Microsoft Excel을 사용하여 α=0.05(95% 신뢰수준)에서 실시하였다(Table 16).
종수는 질소와 통계학적으로 유의한 상관관계를 보였는데, 총질소와 질산성질소와는 양의 상관관계를 보였지만, 아질산성질소와 암모니아와는 음의 상관관계를 보였다. 일반적인 하천의 경우 암모니아와 아질산성질소는 오염물질이 유입된 부근에서 높고, 총질소와 질산성질소는 그 하류에서 높았다. 저서성대형무척추동물은 오염물질이 유입된 부근보다는 그 하류의 수질이 안정된 곳에서 더 많은 종이 관찰되는 것으로 나타났다. 저서성대형무척추동물의 총 개체수는 총인 및 인산염인이 통계학적으로 유의한은 양의 상관관계를 보였다. BOD는 종수와 총 개체수 모두 통계학적으로 유의한 음의 상관관계를 보였다. 부유물질(SS)과 휘발성부유물질(VSS)은 총 개체수와 통계학적으로 유의한 양의 상관관계를 보였다. 저서성대형무척동물은 유기성 부유물질이 많지만 오염은 안정화된 지역에서 그렇지 않은 지역에 비해 종수와 개체수가 더 많이 관찰된 것으로 사료된다.
Abstract
This study was conducted to know the influence of physico-chemical water environment on presence of benthic macro-invertebrate from May to October of 2013 with river bed characteristics, physico-chemical water quality, and distribution and population of benthic macro-invertebrate at 11 main stream and 7 tributary sites of Samcheok Osipcheon.
Average river bed composition of observed sites contain cobble 32%, pebble 31%, gravel 23%, sand 14%. Main stream site 6 had the lowest flow velocity 0.252∼0.541 m/sec and site 10 had the highest. The highest flow velocity in tributaries was 0.193∼0.464 m/sec at site 4-2. Average water depth of sites was 34.7cm, whereas St. 2-1 had lowest and St.6 had the highest depth.
The water temperature result of main stream sites was in the range of 17.4∼21.6℃ with increasing trend from upper to lower stream sites. Electric conductivity showed decreasing trend from upper to lower stream and averages in range of 344∼1,678 μS/cm and the highest wat at St.11. Lower stream site 11 had the influence of sea water. Dissolved oxygen averages also showed increasing trend from upper to lower stream sites but not large differences, was in range 7.6∼10.5 mgO2/L. In September and October site 2 DO were very low, 0.9 and 0.8 mgO2/L, respectively, which was the result of high BOD of sites 1 and 2. Average BOD range was 1.7∼3.5 mgO2/L which did not show large difference among sites, but each site had large fluctuations. COD average range was 1.6∼5.0 mgO2/L where the highest was observed at site 11. Lower stream site 11 receives the sea water and has the complicate water system. Generally, COD increases in lower stream water due to the inflow of non-biodegradable organic materials from forested area but there was not much difference in Samcheok Osipcheon. Average SS showed decreasing values in lower stream sites and range was 0.9∼13.0 mg/L. Dissolved inorganic phosphorus(DIP PO4-P) average range was 0.000∼0.012 mgP/L and site 5 showed the highest value which receives discharged water from Dogye sewage treatment plant. Similar like DIP, TP was high at sites 5 and 11, but others had values lower than 0.006 mgP/L. Average nitric nitrogen (NO3-N) range was 1.214∼1.982 mgN/L showed increasing values in the lower stream. Nitrate nitrogen (NO2-N) had decreasing trend in the lower stream sites except site 11, and was in the range of 0.004∼0.019 mgN/L. Like NO2-N, ammonia nitrogen (NH3-N) also had the similar trend. From the result of nitrogen composition trends, it showed the nitrification process was active in Samcheok Osipcheon. Attached algae varied with sites, and the highest concentration of Chlorophyll a was 11.9 mg/m3 at site 10.
Water temperature range of tributary stream average ranged 17.4∼21.7℃. Tributaries of lower stream sites had higher pH values than the upper stream tributary sites. Indirect ion indicator of stream system, electric conductivity average range was 234∼1,068 μS/cm. DO average ranged 4.8∼11.1 mgO2/L, whereas site 3-1 had the lowest and 7-1 had the highest concentration. Average BOD range was 2.3∼3.4 mgO2/L and showed not large differences among sites. COD concentration of lower stream tributary sites showed higher values than the upper stream tributary sites in the range of 1.6∼2.9 mgO2/L. DIP level was low averaged 0.001∼0.017 mgP/L. Average TP was similar to DIP in low level in of range 0.004∼0.019 mgP/L, excluding site 4-2 which had 0.026 mgP/L. NO3-N average ranged 0.550∼2.744 mgN/L and showed higher value in the lower stream tributary sites. NO2-N in sites 2-1 and 3-1 had higher average values of 0.014 and 0.018 mgN/L, respectively. NH3-N in sites 1-1 and 4-1 were 0.234 and 0.443, respectively, higher than the average range of 0.020∼0.048 mgN/L other sites. Average TN was ranged 0.906∼2.992 mgN/L, the highest was at site 5-1. Attached algae Chl-a at site 1-1 was in the range of 11.1∼18.5 mg/m3 average was 12.8 mg/m3.
During the study, 3,958 numbers of individuals belonging to 1 phylum, 7 orders, 28 families, 54 species of benthic macro-invertebrates were observed. Ephemeroptera order had 6 families and 22 species, Plecoptera order had 3 families and 4 species, Megaloptera 1 family 1 specie, Coleoptera 3 families and 3 species, Diptera 4 families and 8 species and Trichoptera 10 families and 15 speices. The population of these orders Ephemeroptera, Plecoptera, Megaloptera, Coleoptera, Diptera and Trichoptera and Diptera were 1,722, 7, 17, 31, 1,280 and 893, respectively. The observed species in May, June, July, Aug., Sept. and October were 33, 22, 28, 23, 23 and 8 and populations were 793, 1,125, 877, 557, 579 and 37, respectively.
Main stream community structure showed in May at sites 6 and 7 had higher number of species 12 and 10 and population 164 and 102, respectively. Study conducted by Ministry of environment(National institute of environmental research) ecological health research of Samcheok Osipcheon from 2007 to 2012 showed sites 2, 3, 5 and 8 had similar data with sites 10, 11, 5 and 7 of this study. Since, monitoring time and conditions were not same, it was better not to compare the data.
Main stream sites' total number of species in May, June, July, August, Sept. and Oct were 56, 65, 60, 52, 55 and 18 and population of species were 552, 760, 487, 338, 378 and 26, respectively.
Tributary stream sites' total number of species in May, June, July, August, Sept. and Oct. were 32, 32, 36, 32, 45 and 6 and population of species were 241, 365, 380, 219, 201 and 11, respectively.
First and second dominant species in May and June were Chironomidae spp. and Epeorus pellucidus(Brodsky) and in July Hydropsyche kozhantschikovi Martynov and Stenopsyche marmorata Navas.
During the study period of Samcheok Osipcheon, index of dominance, diversity index, index of richness and evenness index were averaged 0.266, 0.805, 0.737 and 0.122, respectively. Index of dominance in May, June, July, August, Sept. and Oct. were 0.296, 0.216, 0.265, 0.448, 0.346 and 0.025, respectively.
The correlation coefficient of benthic macro-invertebrate was calculated using statistical tool XLSTAT(Addinsoft) for Microsoft Excel α=0.05(95% standard) between species, population and water quality parameters.
Statistically, species showed notable correlation to nitrogen, whereas positive correlations toward total nitrogen and nitrate and negative correlations toward nitrite and ammonia nitrogens. In general, stream ammonia and nitrite nitrogen are higher in the polluted area and total nitrogen and nitrate nitrogen are higher in the lower stream. Benthic macro-invertebrate showed higher species in the safe water of lower stream. The correlation between macro-invertebrate and TP and phosphate-phosphorus were positive. BOD had negative correlations with species and total population. Total population had positive correlations with SS and VSS. Though benthic macro-invertebrates have high organic SS, species and population grow higher in the safe water compared to polluted water.
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