금강하구역에서 대형저서동물의 군집구조 및 건강도 평가

I. 서 론

대형저서동물은 크기가 0.1mm 이상으로 퇴적물 위나 속에서 서식 또는 암반에 부착하여 서식하는 모든 동물을 말한다(Koh et al., 2000). 연성 퇴적물에 서식하는 대형저서동물은 먹이활동을 통하여 퇴적물내의 지화학적 특성을 변화시키고 저서생태계에 중요한 역할을 차지하고 있다(Bilyard, 1978). 또한 퇴적물속의 산화층 깊이를 증가시켜 주며, 영양염을 수괴로 재부유시켜 여과식자의 잠재적인 먹이가 되게 한다(Rhoads, 1970; Henriksen et al., 1980). 대형저서동물은 유생시기에 조류를 따라 이동하는 부유생활을 하지만 한번 정착하면 서식지를 크게 벗어나지 않아 주변 환경변화 및 오염에 영향을 많이 받는 생태학적 지시자로 잘 알려져 있다(Lee and Ryu, 2018; Warwick et al., 2002; Ysebaer et al., 2002).

연안 해역의 건강도 또는 오염도 평가지수는 과거에 대형저서동물의 출현종수, 개체수 및 생물량을 그래프로 나타나는 분석법(SAB curve, ABC method)이 이용되었으나(Pearson and Rosenberg, 1978; Warwick and Clarke, 1993) 최근에는 대형저서동물의 섭식유형 및 생태학적 특성을 그룹별로 분류하여 계산식에 대입하는 분석방법(AMBI, M-AMBI, BQI, BPI, BHI)을 이용하고 있다(Borja et al., 2000; Muxika et al., 2007; Choi and Seo, 2007; Park et al., 2022). 이는 해역의 건강도를 평가하는데 단순하게 등급으로 표현할 수 있어 비전문가들이 이해하고 비교하기 쉽게 활용할 수 있는 장점이 있다.

금강하구는 1983년부터 1988년까지 5년동안 하구둑 건설공사를 진행하여 자연하구 기능을 상실하였다. 또한 군산항 개발을 위한 남·북측도류제, 방파제 및 매립공사가 활발하게 진행되었다(Sub, 2004). 이러한 공사로 인하여 금강하구의 저서생태계는 많은 변화를 초래하였으며, 이에 대한 연구로는 금강하구둑 건설공사가 완료된 시기인 1988년에 금강하구역의 대형저서동물군집에 대한 공간분포(Choi and Koh, 1994), 2014년에 대형저서동물 공간분포와 환경요인의 관계 연구가(Yoon et al., 2017) 보고되었으나 이들 연구는 계절별이 아닌 1회 조사를 실시하였다. 그러나 2014년 이후에 계절별로 대형저서동물의 공간분포 변화가 연구된 바 있다(Lee and Ryu, 2018). 금강하구에서 연구된 결과는 대형저서동물 분포나 환경요인간의 관계를 제시하고 있어, 직접적인 저서생태계를 평가하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구는 금강하구역에 서식하는 대형저서동물의 군집구조 및 건강도지수를 파악하고, 저서생태계를 평가하여 효율적인 관리방안 마련을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

Ⅱ. 연구 방법

1. 현장조사

금강하구역의 조하대 저서환경과 대형저서동물 분포를 파악하기 위하여 2018년 2월, 5월, 8월, 11월에 총 4회(계절별)에 걸쳐 현장조사를 실시하였다. 조사정점은 금강하구 방조제에서 연도(Yeon island)까지 넓은 연안해역을 대상으로 총 15개 정점을 선정하였다([Fig. 1]).

[Fig. 1]

Location of sampling stations in the Geum river estuary(From Geum dyke to Yeon island).

4. 자료분석

대형저서동물군집의 특성을 파악하기 위해 생태지수인 종다양성지수(Shannon and Weaver, 1963), 종풍부도지수(Margalef, 1958), 종 균등도지수(Pielou, 1966) 및 우점도지수(McNaughton, 1968)를 구하였다. 대형저서동물 종조성의 유사도를 기초하여 정점군을 구분하기 위하여 집괴분석(cluster analysis)를 실시하였다. 채집된 모든 종의 개체수 자료를 이용하여, 정점 간 유사도 지수는 Bray-Curtis similarity index(Bray and Curtis, 1957)를 사용하였다. 정점 간의 결합은 가중평균결합법을 이용하여 수지도를 작성하였고 집괴분석의 정확성과 공간상에서 관계를 추정하는 다차원배열법(nMDS)을 실시하였다. 집괴분석은 Primer(ver. 5.2.8)를 이용하였다. 금강해역의 건강도를 평가하기 위해 BPI(Benthic Pollution Index, Choi and Seo, 2007), AMBI(AZTI’s Marine Biotic Index, Borja et al., 2003)와 BHI(Benthic Health Index, Park et al., 2022)를 계산하였으며, 자료는 연구해역에서 채집된 대형저서동물의 개체수를 활용하여 분석하였다. BPI과 BHI의 결과값은 0-100 범위에 산출되며, 값이 증가할수록 환경상태가 양호함을 의미한다. AMBI의 결과값은 0-7의 범위로 값이 증가할수록 환경상태가 불량함을 의미한다(<Table 1>).

<Tabel 1>

The classification criteria of each index in Geum river estuary.

Ⅲ. 연구 결과

1. 저서환경

금강하구역의 퇴적물 사질함량은 평균 61.3±35.2%이였으며, 금강하구 방조제에서 멀어질수록 사질함량이 증가하는 경향을 보였다. 수심은 평균 8.0±5.0m이였으며, 비교적 방조제에서 떨어진 정점에서 수심이 깊어지고 있다. 특징적으로 금강하구 방조제 부근에 위치한 정점 4번에서 수심이 10m로 높은 값을 보였는데, 이는 선박의 항로 개선을 위한 준설로 인한 것으로 판단된다(Gunsan Regional of Oceans and Fisheries, 2020). 염분은 정점 1-5까지는 30psu 이하로 낮은 값을 보였다. 이는 금강에서 유입되는 담수로 인한 영향이라고 판단된다([Fig. 2]). 과거 금강하구둑 완공이전의 퇴적상은 사질과 니질이 혼재된 공간분포를 보고하였으나(Choi and Koh, 1994), 하구둑 건설로 인하여 조석에너지가 금강입구까지 전파되지 않아 세립질 환경으로 진행된다고 보고된 바 있다(Sub, 2004). 금강하구 방조제 인근 해역은 하구둑 공사로 인하여 세립질 퇴적상이 우세한 것으로 여겨진다. 염분은 금강하구둑 건설전에 외해(정점 12)까지 30psu 이하의 값을 보였으나(Choi and Koh, 1994), 본 연구결과는 정점 5번까지로 담수의 영향이 미치는 범위가 하구둑 건설로 인하여 줄어든 것으로 보인다.

[Fig. 2]

Spatio variations of Sediment composition(%), Water Depth(m), Salinity(psu) in the Geum river estuary.

일반적으로 저서환경인 퇴적물의 입도조성과 염분은 대형저서동물의 분포를 결정하는데 중요한 환경요인으로 작용한다는 연구 결과가 많이 보고되었다(Gray, 1974; Kim et al., 2016; Seo et al., 2016; Lee and Ryu, 2018).

2. 대형저서동물군집

금강하구역에서 조사기간동안 출현한 대형저서동물의 출현종수는 총 226종/12㎡이였으며, 분류군별는 환형동물(105종, 57.8%), 절지동물(62종, 22.5%), 연체동물(43종, 13.5%) 순으로 높게 나타났다. 시기별로는 비슷한 수준의 출현종수를 보였으며, 여름철(8월)에 161종으로 가장 많았다. 평균 서식밀도는 932 개체/㎡이였으며, 분류군별 평균 서식밀도는 환형동물(538 개체/㎡), 절지동물(209 개체/㎡), 연체동물(126 개체/㎡)순으로 출현하였다(<Table 2>). 정점별로 보면 금강하구의 방조제 인근 정점 1-5번은 15종 이하로 비교적 낮은 출현종수를 보였으나 방조제에서 떨어진 정점 6-15번은 30종 이상으로 많은 저서동물이 분포하였다. 평균 서식밀도는 시기별로 차이는 있으나 비교적 방조제에서 떨어진 정점 6-15번이 금강하구 방조제 인근 정점 1-5번 보다 높은 밀도를 보였다. 생물량은 정점 6번과 방조제 인근 해역(정점 2,3,5번)에서 높은 값을 보였으며, 이는 연체동물인 쇄방사늑조개(Potamocorbula amurensis)가 방조제 인근 해역에서, 개량조개(Mactra chinensis)가 정점 6번에서 우점하여 생물량 증가에 영향을 줬기 때문이다([Fig. 3]). 금강하구역 건설이전에는 7개 정점에서 다모류 위주로 분류하여 35종/1.4㎡, 1,291 개체/㎡ 출현하였고(Choi and Koh, 1994) 건설이후인 2014-15년에는 211종/22.8㎡, 941 개체/㎡이 보고되었다(Lee and Ryu, 2018). 이들의 연구결과는 정점수와 동정동물군의 차이로 인하여 직접 비교가 어려우나 비교적 금강하구 방조제 인근에서 멀리 떨어질수록 종수가 증가하는 경향을 보였다. 금강하구와 비슷한 환경(닫힌 하구)인 낙동강하구의 연구결과를 보면 8개 정점에서 2013-2015년까지 계절별로 380종/19.2㎡, 4,603 개체/㎡ 출현하였다(Youn et al., 2021).

<Table 2>

Total number of species, mean density and ecological indices of macrobenthos community in Geum river estuary.

[Fig. 3]

Spatial variation of number of species, mean density and mean biomass of macrobenthos in Geum river estuary.

자연하구인 태화강의 연구결과를 보면 2012년에 계절별로 176종/9.6㎡, 1,922 개체/㎡의 저서동물이 채집되었다(Kim et al., 2016). 하구역 간의 출현종수 비교는 환경차이(둑 건설 여부, 퇴적상)로 인하여 달라지기 때문에 직접 비교는 어려우나 낙동강(닫힌하구)과 태화강(열린하구)도 본 연구결과와 비슷하게 하구둑 입구 또는 기수에서 해양으로 갈수록 출현종수는 증가하였다. 또한 인도의 Kundalika Estuary에서의 출현종수도 강에서 해양으로 갈수록 증가하는 결과를 보고하였다(Dias et al., 2022). 대형저서동물의 출현종수는 염분 구배로 인하여 증감이 결정되는 것으로 판단된다.

금강하구에 분포하는 대형저서동물의 2%이상을 차지하는 우점종은 총 13종이었으며, 이 종들이 차지하는 점유율은 48.3%로 나타났다. 생태그룹은 대부분 I-III 그룹에 속하는 종들이 우점하였으나 지수별로 IV-V 그룹에 속한 종도 출현하였다(<Table 3>). 최 우점종은 환형동물인 고리버들갯지렁이(Heteromastus filiformis)가 차지하였으며, 대부분의 시기와 정점에서 출현하는 양상을 보였다. 이 종은 과거에 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 유기물 농도가 증가하는 해역에서 높은 밀도로 출현하는 잠재적 유기물 오염지시종으로 보고되어 있다(Pearson and Rosenberg, 1978; Tsutsumi et al., 1991; Ryu et al., 2011b; Jang and Shin, 2016). 하지만 고리버들갯지렁이의 밀도와 유기물 함량의 상관관계가 뚜렷하게 나타나지 않은 결과도 발표되고 있다(Lee et al., 2022).

<Table 3>

Mean Density, frequency and ecological group of dominant species of macrobenthos community in Geum river estuary.

또한 국립수산과학원에서 어장환경평가를 실시하고자 저서동물지수(Benthic Health Index: BHI)를 개발하여 저서다모류의 생태그룹을 정하였으며, 개발된 저서동물지수에서 고리버들갯지렁이의 생태그룹은 그룹 1으로 고시하였다(Park et al., 2022). 그룹 1의 생태적 특징은 낮은 유기물 농도에서 높은 밀도로 출현하거나 출현빈도와 밀도가 낮은 종으로 정의하고 있어 본 연구결과와 비슷한 양상을 보였다. 건강도지수인 BPI, AMBI에서도 이 종에 대한 생태등급을 재검토가 필요해 보인다.

상위 우점종 중 강어귀참갯지렁이(Hediste japonica)와 쇄방사늑조개(Potamocorbula amurensis)는 염분이 낮은 기수역에서 서식하는 종이며(Sato and Nakashima, 2003; Nicolini and Penry, 2000), 이 종들은 연구지역인 방조제 부근 정점에 높은 밀도로 분포하였으며, 이는 염분농도가 28.0psu 이하에서 출현하는 것으로 판단된다. 방조제에서 떨어진 정점에서 높은 밀도로 서식하는 양손갯지렁이류(Magelona sacculata)는 사질퇴적상에 출현 빈도가 높게 나타났다. 결과적으로 금강하구역의 우점종 분포는 퇴적상과 염분의 변화에 따라 영향을 받는다고 판단된다.

조사정점과 계절 간의 유사한 정점군을 알아보기 위해 출현종과 개체수의 자료를 근거로 집괴분석과 다차원분석을 실시한 결과, 크게 3개의 정점군으로 구분되었다([Fig. 4]). 정점군 A는 방조제 인근 해역에 위치한 정점들로 염분(26.6psu)과 사질함량(7.25%)이 낮으며, 우점종은 강어귀참갯지렁이와 쇄방사늑조개가 높은 밀도로 출현하였다. 자연하천인 전남 영광 와탄천 하구역에서도 염분(24.2psu)과 사질함량(48.2%)이 낮게 나타났으며, 우점종은 본 연구결과와 동일한 강어귀참갯지렁이와 쇄방사늑조개로 보고 되었다(Lim and Hong, 2002). 정점군 B는 입구와 외해의 중간에 위치하며, 특징적으로 연체동물인 아기반투명조개(Theora lata)가 분포하였다. 이 종은 우리나라 연안이나 하구역의 불안정 환경에서 우점 출현하는 종으로 알려져 있다(Lim and Park, 1999; Lim and Hong, 1997; Lim et al., 2019; Koo et al., 2004; Choi et al., 2005).

[Fig. 4]

Distribution of station groups based on the cluster analysis of species composition and abundance of macrobenthos in Geum river estuary.

군산항 인근에 위치한 정점군 B에서 2007년-2011년, 2012-2018년 항로준설공사를 진행하였으며, 준설량은 44,250㎥ 이였다(Gunsan Regional of Oceans and Fisheries, 2020). 군산항의 항로 개선을 위한 준설 및 공사를 지속적으로 하고 있어 저서생태계가 불안정 환경이라고 판단할 수 있다. 정점군 C는 높은 염분(31.2psu)과 사질함량(83.9%)이 위치한 외해역이며, 우점종은 환형동물인 고리버들갯지렁이와 절지동물인 꼬리다리옆새우류(Photis brevipes)가 차지하였다(<Table 4>). 위의 결과들을 종합하여 볼 때, 하구역에서 가장 중요한 저층 환경요인으로 염분과 퇴적상에 따라 대형저서동물의 공간분포가 구분된 다른 연구결과와 일치하였다(Lim and Hong, 2002; Lim et al., 2012; Kim et al., 2016; Lee and Ryu, 2018). 따라서 본 연구결과의 정점군 A는 저염분과 세립질 환경이고 정점군 C는 고염분과 조립질 환경으로 전형적인 하구역 생태계라고 볼 수 있다. 그러나 정점군 B는 인위적인 환경(준설, 항만공사 등)에 더 많은 영향을 받는다고 판단할 수 있다.

<Table 4>

Characteristics of benthic environment and macrobenthos community of each station group classified by cluster analysis in Geum river estuary.

3. 건강도 평가

금강하구에서 출현한 대형저서동물의 섭식유형을 기초한 BPI지수(Choi and Seo, 2007), 종들의 민감도(Sensitivity)/내성도(Tolerance)를 분석한 AMBI지수와 퇴적물의 유기물 농도 구배에 따라 종들을 구분한 BHI지수를 계산하였다[Fig. 5]. BPI지수는 정점별/시기별로 차이가 있었으나 방조제 부근해역은 47-60의 범위로 양호한 환경상태(Slightly polluted)이고 방조제에서 이격된 해역은 67-71의 범위로 가장 양호한 환경상태(Normal)를 보였다. 방조제 부근해역은 섭식유형인 표층퇴적물식자(Subsurface deposit feeders: SSDF) 고리버들갯지렁이와 오염지시종인 아기반투명조개의 우점 출현하여 방조제에서 이격된 해역 보다 다소 낮은 건강도를 보였다. 연구지역과 비슷한 환경인 낙동강하구의 방조제 부근해역이 방조제에서 이격된 해역보다는 대체적으로 건강도지수가 낮다고 보고하고 있어(Seo, 2016) 본 연구와 일치하고 있다.

[Fig. 5]

The ecological quality status assessed by the BPI, AMBI and BHI at each station in Geum river estuary.

AMBI지수는 계절별로 평균 2.1-2.7 범위로 ‘Good’상태이며, 겨울(2월)과 봄(5월)에 가장 낮았고, 가을(11월)에 가장 높았다. 방조제 부근해역(정점 1-5)과 방조제에서 이격된 해역(정점 6-15)은 BPI지수와 비슷하게 방조제 부근해역(3.0-3.9) 보다는 방조제에서 이격된 해역(1.6-2.1)의 건강도가 좋게 나타났다. AMBI지수는 유럽의 다양한 해역과 오염원이 달라도 해역을 평가하는데 잘 적용되어 유럽에서 보편적으로 이용되고 있다(Borja et al., 2003). 또한 종들의 정보를 유럽 국가뿐만 아니라 다른 대륙(아시아 포함)에서도 지속해서 등록하고 있어서, 한국의 연안에 대한 저서생태계 건강도를 평가하는데 적합하다고 판단된다.

BHI지수는 계절별로 평균 78(가을)-84(겨울) 범위로 정상해역(Normal)으로 나타났다. 그러나 금강하구 방조제 부근해역인 1과 2번 정점에서 오염초기 해역(Slightly polluted)의 건강도를 보였다. 방조제에서 떨어진 해역의 정점은 70이상으로 정상해역의 건강도를 나타내었다. 다른 건강도지수와 마찬가지로 방조제에서 이격된 해역에서 건강도가 양호해지는 경향이었다. 특징적으로 정점 3과 4번의 건강도가 정상해역으로 나왔으나 다른 건강도지수에서는 다소 오염된 해역으로 결과가 나타나 상반된 건강도를 보였다. 이러한 결과는 BHI지수가 어장환경을 관리하기 위한 건강도 평가 지수로 개발되었기 때문으로 판단된다(Park et al., 2022). 그리고 다른 동물문을 제외한 저서다모류 위주로 분석하여 다른 해역(하구역, 연안 등)에는 다소 부적합한 결과를 보이기도 한다. 다양한 해역에서 이용하기 위해서는 다른 동물문(절지, 연체)의 정보를 지속적으로 연구하고 등록할 필요가 있다.

종합적으로 본 연구해역의 건강도는 BPI와 AMBI지수가 잘 반영하고 있으며, 방조제 부근해역은 불안정 환경(담수유입, 준설과 항로공사 등)으로 인하여 상대적으로 불량한 건강상태라고 판단된다.

Ⅳ. 결 론

본 연구는 금강하구역의 조하대에서 대형저서동물군집과 건강도를 평가하기 위하여 수행하였다. 대형저서동물군집은 방조제 부근 해역과 방조제에서 떨어진 해역으로 뚜렷하게 구분된 정점군을 보였으며, 이는 환경요인 염분(담수유입)과 퇴적상으로 인한 것으로 판단된다. 특징적으로 인위적인 환경요인들(준설, 항로 및 항만공사 등)로 인하여 정점군이 구분되기도 하였다. 금강하구역의 건강도 평가지수로는 BPI와 AMBI가 잘 부합하고 입구해역이 다소 불량한 상태로 보인다. 향후 하구역의 저서생태계를 효율적으로 관리하는데 중요한 기초적인 자료로 사용할 수 있으며, 또한 장기적인 모니터링 연구를 실시하여 닫힌 하구역 저서생태계의 변화양상을 주시할 필요가 있다.

Acknowledgments

본 논문은 국립해양생물자원관 연구사업 “해양수산생명자원 보전 및 복원 방안 연구(2024M00300)”의 연구비 지원에 의해 작성 되었습니다.

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