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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.47 No.4 pp.247-257
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2014.47.4.247

Relationship between Distribution of the Dominant Phytoplankton Species and Water Temperature in the Nakdong River, Korea

Jae Jeong Yu*, Hye Jin Lee, Kyung Lak Lee, Heuy Seong Lyu, Jeong Wha Whang, La Young Shin, Se Uk Chen
Nakdong River Water Environmental Research Center, National Institute of Environmenl Research
Corresponding Author : Tel: +82-54-950-9730, Fax: +82-54-956-9707, youjj@korea.kr
June 27, 2014 November 17, 2014 November 25, 2014

Abstract

The construction of eight large weirs in the Nakdong River, Korea, caused a decrease in the water flow velocity and several physical changes to the water environment. Here, changes in phyto- and zooplankton communities and water quality in the areas near the eight weirs were investigated from 2011 to 2013, and relationships between phytoplankton abundances and environmental factors were analyzed. Special emphasis was given to the succession patterns in algal abundance based on temperature fluctuations. At the eight weirs, 24 dominant species were found. The most abundant phytoplankton species was Stephanodiscus sp. (39.4% of dominant frequency). Cyanobacteria of the genus Microcystis dominated during the summer, with an dominant frequency of 8.5% and cell abundance ratio of 36.6%. Significant correlations were observed between temperature and abundance of eight of the main dominant species; seven species showed positive correlations with temperature. Stephanodiscus sp., however, showed a negative correlation with temperature (r=-0.26, p<0.01). In addition, this species showed a significant negative correlation with the dominant algal species-Aulacoseira granulata and Aphanizomenon flos-aquae, with the zooplankton Copepoda and with Cladocera. On the contrary, seven other dominant species of algae showed significant positive correlations with zooplankton. Thus, we showed that the seasonal succession of plankton communities in the Nakdong River was related to the water temperature changes.


낙동강의 식물플랑크톤 우점종의 분포특성 및 수온과의 상관성

유 재정*, 이 혜진, 이 경락, 류 희성, 황 정화, 신 라영, 천 세억
국립환경과학원 낙동강물환경연구소

초록


    Ministry of Environment

    서 론

    낙동강은 산업화와 도시화의 과정을 거치면서 인위적 인 압력에 의한 시간적, 공간적 환경조건이 자주 변해왔 다. 특히 2012년에 8개의 보가 설치되면서 식물플랑크톤 증가에 의한 상수원 수질악화에 대한 우려가 높다. 식물 플랑크톤이 대량증식 하면 용존산소 고갈, 투명도 감소, 생물다양성 파괴, 종조성 및 우점종 변화, 독성영향 등 많은 문제를 야기한다(Xin et al., 2011). 이러한 문제의 효과적인 관리를 위해서는 수화현상은 언제 시작하며 그 규모는 어느 정도인지 예측하는 것은 중요하다. 낙동 강에는 규조류에 의한 봄철수화와 남조류에 의한 여름철 수화가 대표적이다(Ha et al., 2003; Joung et al., 2013). 수화현상은 어떤 하나의 환경조건에 따라 일어나는 것 이 아니고 다양한 환경조건에 의해 일어난다(Heisler et al., 2008). 화석연료의 연소로 인해 지구의 기온이 20세 기에 있어 1°C가 상승한 것으로 보고되고 있다(IPCC, 2007). 자연상태에서 식물플랑크톤의 군집은 조류의 성 장율에 있어서 기온상승의 영향을 지속적으로 받을 것이 지만 그 정도는 조류 종에 따라 다르게 나타난다(Raven and Geider, 1988). 수온이 상승하면 남조류는 성장율이 높아지고 물의 점도감소로 부유조절이 쉬워지며, 영양염 이 조류 세포표면으로 확산이 용이하게 되는 등 남조류 성장에 유리한 조건이 된다(Vogel, 1996). 또한 수온상 승에 의해 성층화현상이 가속화되어 영양염 제한이 증가 하고(Boyce et al., 2010; Moran et al., 2011) 수온의 변화 에 따라 식물플랑크톤의 다양성이 변하며 종간 경쟁에 있어서도 변화가 생긴다. Burgmer et al. (2011)의 실험실 연구에서 높은 온도에서는 경쟁적 배제가 보다 신속하 게 일어나 종풍부도가 감소하는 것으로 보고하였다. 광 합성을 하는 식물플랑크톤에 있어서 빛은 제한요인이 될 수 있어 빛을 효과적으로 이용하는 기구를 가지고 있다. 그러나 낮은 광도는 남조류의 우점을 억제할 수 있는 것으로 보고되고 있다(Karl et al., 2003).

    최근에 낙동강의 식물플랑크톤 연구는 하류에 집중되 어 있었다(Chung et al., 1994; Moon et al., 2001; Son, 2013; Son, 2013; Joung et al., 2013). 보가 설치된 지금 은 수심이 깊어지고 유속이 느려져 정체형 하천이 되었 지만 유역의 오염원은 지속적으로 하천에 유입되는 특성 을 지니고 있다. 낙동강은 물리적 환경변화에 따라 수질 및 수생태계의 변화가 불가피하게 되었지만 식물플랑크 톤의 군집구조 변화특성을 판단할 수 있는 우점종의 시 간적, 공간적 변화패턴 등 체계적인 연구가 부족하다. 낙 동강의 상주보에서부터 합천창녕보까지의 8개에 보에 대해 2011년부터 2013년까지 수온, 적산일사량, 영양염 농도, 식물플랑크톤 군집분포, 기타 수질조사 결과를 이 용하여 우점종의 천이특성과 수온과의 상관성, 우점종 상호 간의 영향 등을 분석하고자 본 연구를 실시하였다.

    재료 및 방법

    1.대상지점 및 조사시기

    본 조사는 낙동강 8개 보의 상류 2 km 지점에서 실시 하였다(Fig. 1). 조사시기는 2011년 1월부터 2013년 12 월까지이며, 월 2회 조사를 실시하였다. 상주보에서 창녕 함안보까지의 구간거리는 177.8km으로서 평균 보 구간 거리는 25.4 km이다.

    2.물리·화학적 조사 및 조류조사

    기상현황은 조사지점과 인접한 5개 기상관측소(상주, 구미, 대구, 합천, 부산)의 평균기온과 강수량 등의 자료 를 활용하였으며 적산일사량은 대구기상대 및 부산지방 기상청 관측자료를 이용하였다. 보 구간의 수리·수문 현황조사는 국가 수자원관리 종합정보 홈페이지(http:// www.wamis. go.kr)자료를 활용하였다.

    수질항목 중 수온, pH, 전기전도도, DO, 탁도 등은 시 료 채수 시 YSI 556 MPS (YSI) 장비를 이용하여 현장에 서 측정하였으며, 시료는 하천의 횡단면을 기준으로 중 앙의 수심 0.5 m 지점에서 Ruttner water sampler (Hydrobios, Germany, 1000 mL)를 이용하여 4L 채수하였다. 채 수된 시료는 냉온 보관하여 실험실까지 운반하였다. 식 물플랑크톤 분석을 위한 시료는 Lugol’s solution으로 현 장에서 고정하고 실험실로 옮겨 48시간 이상 침강시킨 후 상등액을 제거하고 5배 이상 농축하여 사용하였다. 동물플랑크톤 분석을 위한 시료는 5L를 채취하여 망목 64 μm 플랑크톤 sieve를 이용하여 100 mL로 농축하였 으며 5% sucrose-formalin solution (Haney and Hall, 1972)로 즉시 고정한 후 실험실로 운반하였다. SS는 Whatman GF/C glass fiber filter를 사용하였으며 105~ 110°C로 건조하였다. BOD5는 20°C에서 5일 동안 dilution and seeding method(EPAC, 2002)로서 분석하였으 며 CODMn는 potassium permanganate method로 분석 하였다. 인산염인(PO4-P)과 총인(TP)은 molybdate blue method와 ascorbic acid reduction method 및 spectrophotometry법으로 분석하였다. 암모니아성질소(NH3-N), 질 산성질소(NO3-N), 총질소(TN) 등은 각각 indophenol blue method, ionchromatography method and persulfate oxidation method 등으로 분석하였다. Chl.a 농도는 extraction methods를 사용하여 90% acetone (Wetzel and Likens, 1991)에서 흡광분석법으로 분석하였다. 식물플랑 크톤 조사는 광학현미경(M1, Carl Zeiss)을 이용하여 200배~400배로 검경하였다. 각 분류군은 종별로 동정 한 후 세포수를 계수하고 현존량(biomass)은 단위부피 (mL)당 세포수로 산출하였다. 식물플랑크톤의 종 동정은 한국담수조류도감(정, 1993)과 일본 담수조류도감(Hirose and Yamagishi, 1977) 등에 따라 실시하였다. 동물플랑크 톤 분석은 SMZ-U (Carl Zeiss)와 M1 (Carl Zeiss)으로 10~100배율로 동정하였다.

    3.통계분석

    자료의 변수의 비교는 정규분포의 경우는 one-way analysis of variance (ANOVA)으로 수행했으며, 그렇지 않은 경우는 Kruskal-Wallis ANOVA를 이용해 수행되 었다 (SIGMASTAT, version 12). 환경인자와 식물플랑크 톤 현존량과의 상호 관계는 Pearson’s correlation을 이용 하여 평가하였다. 상관성 평가 대상 우점종은 우점빈도 가 3% 이상으로 나타난 Stephanodiscus sp., Microcystis sp., Rhodomonas sp., Cyclotella sp., Aulacoseira granulata, Aphanizomenon flos-aquae, Fragilaria crotonensis, Merismopedia sp. 등 8개 종으로 하였으며 동물플랑크톤 의 상관성 분석대상은 윤충류(Rotifera), 요각류(Copepoda), 지각류(Cladocera) 등이다.

    결과 및 고찰

    1.기상 및 수질변화

    조사기간 동안의 수질현황은 Fig. 2와 같다. 현장 조사 시 측정한 수온은 대구지역의 GG지점이 16.7°C로서 가 장 높았고 가장 상류에 위치하고 있는 SJ지점에서 14.9 °C로서 가장 낮았다. 전기전도도는 하수처리장 방류수 유입이 많은 CG지점과 DS지점에서 각각 246.8 μScm-1 및 355.18 μScm 로 높았다. BOD는 SJ~CG구간의 평 균농도가 1.8~2.0 mg L-1이었으며 중·하류 지점인 GG ~CH 구간에서는 2.2~2.4mgL-1 로 평균치보다 다소 높 았다. 총인(TP)농도는 조사기간 전체 평균은 0.091 mg L-1이었으며, 조사지점별 최소농도는 0.019~0.039mgL-1 의 범위였고, 최고농도는 0.291~0.373mg L-1 로 나타났 다. Chl.a 평균농도는 DS지점이 31.9mgm-3으로서 가장 높게 나타났다.

    2.우점종 천이 및 현존량 변화

    2011년부터 2013년까지 조사시기별 낙동강의 총 우점 종수는 9종이며 분류군별로는 규조류 4종, 남조류 4종 및 은편모조류 1종이다(Table 1). 우점빈도는 Stephanodiscus sp.가 50.0%로 가장 높았고 Cyclotella spp. 15.3 %, Microcistis sp. 9.7%의 순서였다. Stephanodiscus sp. 의 우점은 겨울부터 시작하여 5월까지 지속이 되었다.

    Table 2는 Table 1의 조사결과를 8개의 보 단위로 평 가한 것이다. 보 단위로 평가한 우점종수는 총 24종류이 었고 규조류 9종류, 남조류 8종류, 녹조류 5종류, 와편모 조류 1종류, 유글레나 1종류 등이었다. Microcystis sp.의 우점빈도는 DS지점에서 15.3%으로서 가장 높았고 상류 지점에서는 낮았다. Anabaena sp., Oscillatoria sp. 등 사 상체 남조류의 우점은 상류에서 높았고 하류에서는 Aphanizomenon flos-aquae의 우점빈도가 높았다.

    보 단위의 우점종별 우점빈도 및 현존량 우점률의 평 가결과(Table 3) Stephanodiscus sp.는 우점빈도는 39.6% 를 나타냈고 현존량의 우점은 58.6%으로 나타났다. 평균 현존량 우점율이 가장 높은 종은 녹조류 Oedogonium sp.의 59.3%였으나 우점빈도는 0.4%였다. 부착조류인 Oedogonium sp.의 우점은 2013년 6월 및 7월의 강수의 영향으로 지류에서 유입된 것이 원인인 것으로 판단된 다. Stephanodiscus sp.는 2012년 3월 상반기에 GG지점 에서 97.6%의 최대 현존량 우점율을 보였고 이때 총 조 류 출현종수는 18종으로 낮았다. Microcystis sp.는 2013 년 8월 상반기에 GG지점에서 84.3%의 현존량 우점율 을 나타냈고 이때 총 출현종수는 15종이었다. 그동안 낙 동강의 보 설치 이후에는 연구결과가 없으며, 보 설치 이전의 연구결과와 비교하면, Moon et al. (2001)은 낙동 강 중ㆍ하류의 식물플랑크톤 군집구조 연구결과 42속 76종이었다고 하였으며 이들은 규조류 51.3%, 녹조류 32.9% 및 남조류 5.3%로 조성되어 있었다고 했다. Joung et al. (2013)은 물금지점에서 식물플랑크톤 생물량에 대 한 기후변화의 영향에 관한 연구를 하였는데 부영양화 상태인 물금지점은 특히 겨울과 봄에 영양염의 농도가 높았고, 11월부터 3월까지 Stephanodiscus가 83.9%의 우점율을 보였다고 했다.

    3.식물플랑크톤 밀도와 수온 및 일사량과의 상관성

    온대몬순 기후에 속하는 낙동강의 수온은 시간에 따른 계절성을 보여주었으나 공간에 따른 차이는 Kruskal- Wallis ANOVA 차이검정 결과 통계적 유의성이 없었다. 우점종의 수온과의 상관성 분석결과 수온과 음의 상관 성을 보인 것은 Stephanodiscus sp. 1개 종(r=-0.26, p <0.01)이었으며 나머지 7개 종은 상관계수가 0.08~ 0.28 범위로서 양의 상관성이 유의하게 나타냈다(Table 4). India의 Mahanadi 강에서도 오염도와 식물플랑크톤 과의 상관성 연구(Unni and Pawar, 2000)에서도 우점종 들이 수온과 강한 양의 상관성을 보여주었다고 하였다. 낙동강에서 Stepanodiscus sp.가 음의 상관성을 보인 것 은 봄철 수화현상을 보이기 때문이며 저온 적응성이 강 한 Cyclotella sp. Fragilaria sp. Aulacoseiria sp. 등의 규 조류가 수온과 양의 상관성을 보인 것은 이들이 남조류 가 대량발생하는 하절기에도 강한 적응성을 가지기 때문 이다(Monica et al., 2007). 그러나 우점종의 수온에 따른 계절성뿐만 아니라 계절성이 있는 다른 환경요인과의 상 관성도 중요하게 되는데, Linda et al. (2001)은 Scotland 의 Loch Leven호에서 Aulacoseiria spp.와 윤충류인 Trichocerca pusilla의 상관성 연구에서 Aulacoseira spp. 의 풍부도는 T. pusilla의 현존량과 밀접한 관계를 가진 다고 하였으며, 때로는 이용가능한 용존규소의 농도도 강한 영향을 미친다고 하였다. 우점종들은 환경요인에 대한 반응성이 상호 다르나 자료에 한계가 있으며 낙동 강에서 조류 종별 환경요인과의 반응성에 대한 추가적 인 연구가 필요한 실정이다.

    낙동강에서 수온 변화에 따른 우점종의 개체수 변화는 Fig. 3에 온도 분포별 box plot으로 나타내었다. Stephanodiscus sp.는 2~18°C의 범위에서 개체밀도가 높게 나 타났고 2°C 이하에서는 2,000 cellsml-1 이하의 적은 밀 도를 보였으며 2.5~5.0°C 사이에서는 20,000 cellsml-1 까지 높은 성장을 하였고 5~7°C 사이에서는 Rhodomonas sp.와 Aphanizomenon flos-aquae의 개체밀도가 높아지 면서 5,000 cells ml-1 이하로 다시 감소하는 특성을 보 였다. Stephanodiscus sp.는 8~12°C 범위에서 최대 밀 도를 보여 이 시기에 봄철 수화(spring blooming) 현상 이 나타났으며 수온이 12°C 이상이 되면 개체밀도는 7,000 cellsml-1 이하로 감소하였고 이때 개체밀도가 증 가하는 종은 Cyclotella sp.와 Fragilaria crotonensis였 다. 또한 이 시기에 동물플랑크톤 중 지각류의 성장이 높 아지기 시작하였으며 요각류의 개체밀도는 대체로 적었 고 윤충류는 8°C 정도에서 시작하여 지속적으로 높은 개체밀도를 보였다. 18°C 이상이 되면 Stephanodiscus sp.의 밀도는 대부분 1,500 cellsml-1 이하로 감소하였고 이때 Rhodomonas sp., Cyclotella sp., Aulacoseira granulata 등이 우점을 하고 있었다. 그동안 낙동강의 Stephanodiscus sp.는 하류를 중심으로 연구되었는데, Ha et al. (2003)은 낙동강 물금지점에서 Stephanodiscus sp. 현존 량은 11월부터 증가하기 시작하며 1월부터 2월까지 최 대치가 된다고 하였으며, 낮은 온도와 체류시간 증가에 의한 동물플랑크톤의 감소가 이들 종의 증가원인이라고 하였고 15°C 이상부터 감소하기 시작하는 것은 유량증 가, 동물플랑크톤의 증가, 용존규소의 감소 등이라고 하 였다. Microcystis sp.는 Stephanodiscus sp.가 약화되는 18°C부터 증가속도가 높아져 2,000 cellsml-1 이하의 개 체밀도를 유지하다가 25°C 이상이 되면 10,000 cellsml-1 를 초과하기 시작하고 28°C 이상에서부터 현저하게 증가 하여 수화현상을 나타내고 있었다. Microcystis sp.는 25°C 이상에서 최적으로 광합성을 하여 성장하고(Reynolds, 2006; Robart and Zohary, 1987), 30°C 이상에서는 다른 진핵생물보다 경쟁력이 우수하다. Xia et al. (2011)Microcystis sp.의 수화현상은 25°C 이상일 때 일어나고 최대성장율은 28~32°C일 때 일어난다고 했으며 35°C 이상에서도 뚜렷한 감소가 보이지 않았다고 했다. Microcystis sp.는 강한 햇빛에 적응성이 강하고 광합성 을 위하여 가장 좋은 위치를 선점하는 능력 때문에(Yoshimasa, 2009) 낙동강에서 하절기에 우점하는 것으로 판단된다. Aphanizomenon flos-aquae은 가을 및 겨울철 의 5~15°C 범위에서 높은 성장을 이루었고 봄철 및 여 름철에는 25~30°C 범위에서 밀도가 증가하여 광범위한 온도적응성을 보였다. Aphanizomenon flos-aquae은 높은 온도를 좋아하나 Micrcystis sp.나 Anabaena sp. 밀도가 높아지면 현존량 증가속도가 감소하며 이것은 영양염 섭 식 경쟁과 관련이 되는 것으로 판단이 된다(Yoshimasa, 2009).

    Rhodomonas sp.는 8~26°C 수온범위에서 개체밀도가 높았으며 저온과 고온의 광범위한 영역에 적응하고 있 었다. Cyclotella sp.는 16~27°C의 수온범위에서 높은 밀도를 보였고 27°C 이상에서는 개체수 밀도가 1,000 cells ml-1 이하로 낮아졌다. Fragilaria crotonensis는 0°C 내외의 저온에서도 출현을 하였으나 20~25°C 수온 범위에서 높은 성장을 이루었으며 27°C 이상의 온도에 서는 500 cellsml-1 이하의 낮은 밀도를 보이고 있었다. Cyclotella sp.와 Fragilaria crotonensis는 낙동강에서 모 든 계절에 가장 잘 적응하는 종이었다. 그러나 Moniac et al. (2007)은 Cyclotella sp.는 환경변수에 상관성이 낮았 고 Fragilaria crotonensis는 수리ㆍ수문 조건이나 nitrate 및 용존규소 농도 등 환경변수에 신속한 반응성을 보여 주며 변화한다고 하였다. Aulacoseira granulata는 12~ 20°C의 수온범위에서 높은 성장을 이루었다. 5°C 이상에 서도 낮은 수준에서 개체밀도가 증가하기 시작하였으며 30°C 이상의 높은 수온에도 출현율이 높았다. Merismopedia sp.는 22~30°C 범위에서 밀도가 높게 나타났는 데, 20°C까지는 출현을 거의 하지 않았으며 22°C 내외에 서 출현하기 시작하여 높은 온도까지 적응을 하고 있었 으나 출현 개체수는 매우 불규칙한 분포를 보였다.

    분석대상 식물플랑크톤 종 중에 적산일사량과 유의한 상관성을 보인 것은(r=0.09, p<0.05) Rhodomonas sp. 1개 종이었으며(Table 4), 나머지 종은 유의한 상관성이 나타나지 않았다.

    4.주요 식물플랑크톤 우점종 상호 간 및 동물플랑크톤과의 상관성

    수생태계 내에 존재하는 생물종은 공간점유, 섭식활동 등에 있어서 생물종 상호 간의 경쟁(competition), 중립 (neutralism), 공생(commensalism)의 상호 관계가 존재 한다. 낙동강의 식물플랑크톤이 우점할 때 종간 또는 동 물성플랑크톤(Zooplankton) 상호 간에 어떠한 관계가 있 는지 개체밀도의 상관성을 이용하여 알아보았다(Table 5.

    낙동강에서 식물플랑크톤의 천이는 Stephanodiscus sp. 의 봄철 우점 다음에 Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis, Cyclotella sp. 등이 주로 우점하였으나 Stephanodiscus sp.와의 음의 상관성이 유의하게 나타난 것은 Aulacoseira granulataAphanizomenon flos-aquae 등 2개 종이었다(Table 5). 그러나 이들 2개 종은 수온과 양의 상관성을 보이고 있으며 따라서 낙동강에서 이들이 Stephanodiscus sp.와 상호 억제적 경쟁(mutual inhibition competition)관계에 있는지는 명확하지 않으나 Aulacoseira granulataStephanodiscus sp. 수화 종료 시기에 우점하는 대표종이라 할 수 있다. Stephanodiscus sp.와 음의 상관성을 나타낸 동물성플랑크톤은 요각류 (r=-0.11, p<0.01)와 지각류(r=-0.09, p<0.05)였다. 이들 생물종도 수온과 양의 상관성이 유의하게 나타나 고 있어 Stephanodiscus sp.와의 음의 상관성이 환경요 인에 의한 것인지 섭식자, 피식자 관계에 의한 상호 억제 경쟁관계에 있는지 명확하지 않다. 그러나 윤충류도 수 온과의 양의 상관성이 강했으나 (r=0.30, p<0.01) Stephanodiscus sp.와는 상관성이 유의하게 나타나지 않 은 것으로 보아 요각류와 지각류가 Stephanodiscus sp.의 성장억제에 어느 정도 기여하고 있을 것으로 추정된다. Microcystis sp.는 다른 우점종과 대부분 양의 상관성으 로 나타나고 있었는데 이는 Microcystis sp.는 고수온기 에 고밀도로 성장하며 이 시기는 다른 종의 성장도 왕성 하기 때문인 것으로 추정이 된다. Table 2에서 보는 바와 같이 Microcystis sp.의 현존량 우점율이 비교적 낮으며, 이는 Microcystis sp.의 증식이 다른 생물종의 성장에 영 향이 적을 것으로 추정이 되나 우점율이 84.3%로 나타 난 2013년 8월의 강정보에서 식물플랑크톤의 총 출현 종 수는 15종으로 평균치보다 낮았으며, 따라서 Microcystis sp.의 대량증식은 다른 종의 성장에 영향을 미칠 것으로 보인다. Microcystis sp.가 지각류와는 양의 상관 성이 유의하게 나타났으며(r=0.20, p<0.01), 윤충류와 요각류와는 상관성이 유의하지 않았다. 이는 이들 생물 종이 유해조류로 알려진(Qiu et al., 2002; Orr et al., 2004) Microcystis sp.를 섭식에 의해 개체밀도를 억제시시는 효과가 약한 것으로 추정이 되며 이에 대한 정확한 메카 니즘의 연구가 필요하다고 하겠다. 기타 우점종 상호 간 에 음의 상관성이 유의하게 분석된 식물플랑크톤종은 없었다. 이번 분석대상 우점종 중 동물성플랑크톤과 음 의 상관성이 유의하게 나타난 것은 Stephanodiscus sp. 뿐이었다. 식물플랑크톤의 천이에 있어서 우점종 상호 간의 생물학적 영향에 대해서는 아직 밝혀진 것이 없어 이에 대한 보다 많은 연구가 필요한 실정이다. Christopher et al. (2014)는 부영양 호소에서 식물플랑크톤의 우 점과 동물플랑크톤 현존량과의 관계에 대한 연구에서 남조류의 우점은 생태계 기능 및 군집의 역전에 중요한 역할을 한다고 했으며, Jing et al. (2013)은 남조류의 밀 도가 상승하면 동물플랑크톤의 생체 크기가 작게 되는 등 동물플랑크톤의 군집의 형태에 영향을 준다고 했다. Linda et al. (2001)은 Trichocerca pusilla의 현존량은 Aulacoseira spp.의 현존량이 높아지면 높아지나 그러나 이러한 현상이 항상 일치하는 것은 아니라고 하였다. Chang et al. (2014)은 동물플랑크톤의 계절적 천이는 물 리적으로 수온, 강수량의 영향인 것으로 추정을 하지만 이용가능 먹이와 조성 등 생물학적 영향은 아직 분명한 것이 없으며 논쟁 중이라고 했다. 따라서 낙동강에서는 생물종 상호 간의 관계가 종의 천이에 어떠한 영향을 미치는지 보다 정밀한 연구가 필요하다고 하겠다.

    적 요

    본 연구에서는 낙동강의 상주보에서부터 합천창녕보 까지의 8개에 보에 대해 2011년부터 2013년 까지의 수 온, 적산일사량, 영양염 농도, 식물플랑크톤 군집분포, 기 타 수질조사 결과를 이용하여 식물플랑크톤 우점종의 천 이특성과 수온과의 상관성, 우점종 상호 간의 영향 등에 대해 고찰하였다. 8개 보 단위의 별 우점종 평가에 있어 총 25개 종이 우점하고 있었다. 봄철에 대발생하는 Stephanodiscus sp.는 우점빈도가 39.4%로서 가장 높았 으며 현존량 우점율은 58.6%였다. 여름철에 대발생하는 Microcystis sp.의 우점빈도는 8.5%였고 현존량 우점율 은 36.6%였다. 8개 조사지점의 수온차이는 평균 1.83°C 로서 지점별 차이는 통계적으로 유의하지 않았다. 분석 대상 우점종 중 수온과 음의 상관성을 보인 것은 Stephanodiscus sp. 1개 종(r=-0.26, p<0.01)이었으며 나머지 7개 종은 양의 상관성이 유의하게 나타냈다(r= 0.08~0.28). Stephanodiscus sp.는 2~18°C의 수온범위 에서 높은 개체밀도를 보였고 2°C 이하에서는 2,000 cells ml-1 이하의 적은 개체밀도를 보였다. Stephanodiscus sp.의 봄철 수화현상 다음에 우점하는 종은 Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis, Cyclotella sp. 등이었 으며, Microcystis sp.는 Stephanodiscus sp.의 개체밀도 가 감소되는 18°C 정도에서 개체수 증가속도가 높아졌 으며, 수온이 25°C 이상이 되면 10,000 cells ml-1를 초과 하기 시작하고 28°C 이상에서부터 현저하게 증가하여 수화현상이 나타났다. 낙동강에서 광범위한 수온 영역에 적응하고 있는 종은 Cyclotella sp., Aulacoseira granulata, Fragilaria crotonensis 등이었다. 적산일사량과 유 의한 상관성을 보인 것은 Aulacoseira granulata 1개 종 이었다.

    Stephanodiscus sp.는 분석대상 우점종 중에 Aulacoseira granulata 및 Aphanizomenon flos-aquae 종과의 상 관계수가 각각 -0.12 및 -0.09로서(p<0.05) 음의 상 관성이 유의하게 나타났다. Stephanodiscus sp.는 동물 성플랑크톤의 요각류 (r=-0.11, p<0.01), 지각류 (r= -0.09, p<0.05) 등과 음이 상관성이 유의하게 나타났 다. 따라서 Stephanodiscus sp.는 낙동강에서 동물성플랑 크톤의 중요한 섭식원이 되고 있을 것으로 추정된다. 여 름철 최대 우점종인 Microcystis sp.는 음의 상관성을 나타낸 다른 우점종은 없었다.

    Figure

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    Sampling sites in the Nakdong River, Korea.

    KSL-47-247_F2.gif

    Variations in the average water quality at each survey site in the Nakdong River, from 2011 to 2013 (n=72).

    KSL-47-247_F3.gif

    Phytoplankton abundance of dominant species at different water temperatures in the Nakdong River, from 2011 to 2013 (n=72).

    Table

    Monthly changes in abundance ratio of dominant species in the Nakdong River from 2011 to 2013.

    Monthly variation of dominant species in each weir in the Nakdong River from 2011 to 2013.

    Frequency and biomass ratio of dominant species in the Nakdong River from 2011 to 2013 (n=568).

    Pearson’s correlation coefficients among dominant species, water temperature, and accumulated radiation (n=563).

    *p value<0.05
    **p value<0.01

    Pearson’s correlation coefficients between dominant species and zooplankton (n=576).

    *p value<0.05
    **p value<0.01
    aStephanodiscus sp.
    bMicrocystis sp.
    cRhodomonas sp.
    dCyclotella spp.
    eAulacoseira spp.
    fAphanizomenon flos-aquae
    gFragilaria crotonensis
    hMerismopedia sp.
    iRotifera
    jCopepoda
    kCladocera

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