Spatiotemporal Distribution of Macrobenthic Communities in the Coastal Area of Uljin and Its Relation to Environmental Variables

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Article

Vol. 33(4):421-434

http://dx.doi.org/10.4217/OPR.2011.33.4.421

Ocean and Polar Research December 2011

울진 주변 해역 대형저서동물 군집의 시·공간 분포와 환경요인과의 관계

유옥환

^*

·백상규·이형곤·이재학

한국해양연구원 해양생물자원연구부 (426-744) 경기도 안산시 상록구 해안로 787

Spatiotemporal Distribution of Macrobenthic Communities in the Coastal Area of Uljin and Its Relation to Environmental Variables

Ok Hwan Yu

^*

, Sang-Gyu Paik, Hyung-Gon Lee, and Jae-Hac Lee

Marine Living Resources Research Department, KORDI Ansan P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea

Abstract : Although thermal effluent from coastal power plants affects marine ecosystems, few studies have examined the spatiotemporal distribution of macrobenthic communities in a coastal area of Korea with thermal discharge. This study analyzed the species composition and abundance of a macrobenthic community in relation to environmental variables for a period of 1 year. In total 334 macrobenthic faunal species were collected; the mean density was 3,221 ind/m². The number of species and the density of macrobenthic fauna increased with distance from the thermal discharge site. Cluster analysis indicated that the macrobenthic community could be divided into two groups: group I in shallow (< 30 m deep) and group II in the outer areas (> 30 m deep). Group I showed the lowest species density and diversity. Four polychaetes, including Magelona japonica, Spiophanes bombyx, Scolotoma longifolia and Chaetozone setosa, all of which have been dominant species since 1987, exhibited higher mean densities in the area distant from the thermal discharge (the outer and north areas). Conversely, the warm-adapted and opportunistic species, such as the amphipods Urothoe convexa and Mandibulophoxus mai, the bivalve Felaniella sowerbyi, and the polychaete Rhynchospio sp., were more abundant in the thermal discharge region. The results of this study indicate that thermal effluent influences macrobenthic communities in the shallow area, while other environmental variables, such as depth, sediment grain size, and TOC, are more important determinants of the macrobenthic communities in deeper regions (> 30 m deep).

Key words : East sea, Uljin, thermal effluent, macrobenthos, community

1. 서 론

우리나라 동해 연안은 해안선이 단조롭고 해안선에서 멀어질수록 수심이 급격히 증가하며, 조석보다는 파랑의 영향을 많이 받는 환경특징을 보인다. 또한 서·남해안과 달리 동해 연안은 대부분 사질퇴적상으로 퇴적상의 차이가

거의 나타나지 않고 있다(김 등 2001). 그러므로 동해 연안 의 저서동물 분포특성은 퇴적상에 의한 차이보다는 육상에 서의 일시적인 담수유입(홍 등 2000)과 수심변화(백 등 2007), 그리고 해류의 일시적인 변화에 의한 퇴적물의 재 부유(Thistle 1981) 등에 의한 환경요인이 더 큰 영향을 줄 것으로 여겨지지만 이에 대한 연구는 매우 적다.

특히 우리나라는 1970년대 후반 산업화에 따른 전력소 비량의 증가와 생활수준의 향상으로 인한 전기사용량이

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

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급증하면서 동해 연안 곳곳에 발전소들이 건설되었으며, 향후에도 다양한 발전소들이 계속해서 증설될 예정이다.

연안에 위치한 발전소들은 발전 후 생성된 열에너지를 전 기에너지로 전환시킬 때 해수를 냉각수로 이용하며, 이때 대량의 온배수가 해양으로 방출되어 발전소 주변에서는 수온의 급격한 증가로 인하여 주변 해양환경이 영향을 받 는다(Crema and Bonvicini Pagliai 1981). 발전소 가동에 따라 발생되는 온배수에 의한 주변 해역의 수온변화는 유 입되는 온배수의 규모와 물리적 확산범위에 따라 다양한 형태로 생태계에 영향을 미친다(Gibbons and Sharits 1974;

Durrett and Pearson 1975; Warwick 1993; 김 등 2007;

Teixeira et al. 2009).

대형저서동물의 분포, 성장 및 물질대사에 영향을 미치 는 환경요인은 다양하게 존재하나 온배수 유입지역의 경 우 수온 상승에 의한 생리적 교란요인이 가장 크며(Bamber and Spencer 1984; Kailasam and Sivakami 2004), 이 밖 에 발전소 냉각수 사용과 함께 발생되는 염소계 물질의 잔류 그리고 도류제와 같은 시설물에 의한 퇴적상 및 해 수유동의 변화 등 물리·화학적 교란이 발생된다(Levinton 2001; Hussain et al. 2010). 그러나 이와 같은 저서동물의 온배수에 대한 반응은 지역적인 수심분포에 따라 다양하 게 나타날 수 있다(Lardicci et al. 1999). 그러므로 동해와 같이 수심 구배가 명확하고, 해류의 흐름이 주기적으로 바 뀌는 지역에 서식하는 대형저서동물의 분포에 영향을 주 는 환경요인은 명확치 않아, 이에 대한 연구가 필요하다.

대형저서동물은 생산자와 소비자에 이르는 영양연결자 의 역할 뿐만 아니라 퇴적물 내의 물질순환에 있어서도 대단히 중요한 역할을 수행한다(Daan 1973; Snelgrove 1998). 또한 저서동물은 서식처 이동의 제한, 높은 적응능 력과 긴 생활사, 환경요인의 변동에 따른 민감도가 종에 따라 다르게 나타나는 특성으로 인해 환경변화에 따라 군 집의 구조가 변화는 특성을 가진다(Pearson and Rosenberg 1978; Bamber and Spencer 1984). 따라서 연구대상으로 하는 각 서식지 유형에 대한 저서동물 군집구조를 조사함 으로서 해역의 생물다양성 파악은 물론 시·공간 분포특성 에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 있다(Sanders 1958). 결 국 이러한 저서동물 조사를 통해 자연적 혹은 인위적 변 동요인에 대한 장·단기간에 걸친 해양생태계 변동을 평가 할 수 있다(Bilyard 1987; Olsgard and Gray 1995).

본 연구 목적은 온배수가 유입되는 동해 울진 주변 해 역의 대형저서동물 군집의 시공간 분포와 분포에 영향을 주는 환경요인을 분석하기 위하여 상관분석을 실시하였다.

2. 재료 및 방법

울진 원자력발전소 주변에 서식하는 대형저서동물의 분

포특성을 파악하기 위해 2006년 8월, 11월, 2007년 2월, 5 월 총 4회에 걸쳐 조사를 실시하였다. 조사 정점은 원자력 발전소를 중심으로 등 간격으로 설정된 23개의 연성기질 조하대를 대상으로 하였다(Fig. 1).

대형저서동물의 채집에는 면적이 0.1 m²되는 채니기 (Smith-McIntyre grab)를 사용하였으며, 각 정점당 2회씩 퇴적물을 인양하였다. 인양된 퇴적물은 선상에서 그물코 (mesh size) 1 mm의 체(sieve)를 사용하여 걸렀으며, 체에 걸린 모든 퇴적물은 10% 해수중성포르말린으로 고정하여 실험실로 운반하였다. 채집된 모든 시료는 10% 해수중성 포르말린으로 고정하여 실험실로 운반하였다. 고정된 시 료는 실험실에서 생물체를 분리한 후 동물분류군별로 선 별하였으며, 해부현미경 하에서 동정·계수하였다. 출현한 모든 대형저서동물은 종 수준까지 동정하였으며, 명확한 동정이 어려우나 다른 종임을 구분할 수 있는 것들은 코 드를 붙여 각기 다른 종임을 표시하였다.

환경요인의 측정은 대형저서동물의 채집과 동일한 시기 와 정점에서 이루어졌으며, 퇴적물 온도계(SATO PC- 9200)를 통해 퇴적물 온도를 측정하였으며, CTD(SBE-19) 를 통해서는 수심, 표층수온, 염분도, 저층용존산소량(DO) 을 측정하였다. 총유기탄소량(TOC)과 퇴적물 입도분석을 위해서는 채니기에 인양된 퇴적물을 각 정점당 50 g 채취 한 후 냉동보관하여 실험실로 운반하였다. 운반된 퇴적물 은 50^oC에서 48시간 건조시킨 다음 1 g씩 채취하여 10%

의 과산화수소로 유기물과 0.1 N 염산으로 탄산염을 제거 Fig. 1. Map of study area. Uljin Nuclear Power Plant

(UNPP) is located near stns.7-9

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Macrobenthic communities in the coastal area of Uljin 423

한 후 CHN분석기를 통해 총유기탄소량을 구하였다. 퇴적 물 입도분석을 위해서는 습식체질을 통해 조립질과 세립 질로 분리한 다음 4 φ 이상의 세립질은 입도분석기(sedi- graph 5100D)를 통해 입자별 비율을 구하였다.

각 정점으로부터 얻어진 대형저서동물의 종별·개체수 자료는 단위면적당(m²)으로 환산하여 분석에 사용되었다.

출현하는 저서동물의 특성을 파악하기 위해 단변량분석인 종다양도지수(Shannon and Wiener 1963)를 구하였으며, 정점별 종 조성과 그에 따른 시·공간적 유사도를 측정하 기 위해서는 다변량분석을 실시하였다. 다변량분석 시 생

물자료간의 편중을 피하기 위해 모든 자료는 4th root로 변환하였으며, Bray-Curtis 유사도를 이용한 집괴분석 (cluster analysis)을 통해 저서동물 군집의 분포특성을 파 악하였다(Clarke and Ainsworth 1993). 집괴분석 시 파악 된 조사 정점 간의 유사도는 SIMPROF(similarity profile test) 분석을 통해 통계적 유의수준(5%) 내에서의 최대유 사정점을 선별하였으며, 수지도(dendrogram) 혹은 MDS (non-metric multi-dimensional scaling) 배열법을 통해 표 기하였다. 또한 구분된 저서동물 군집의 유의성 검증과 각 정점군 내의 정점간 유사도 및 정점군간의 비유사도에 영 Fig. 2. Sampling depth (m), mean grain size (phi) and total organic carbon (%) of sediment

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향을 미치는 기여종을 파악하기 위해 군집분석 통계패키 지인 PRIMER(ver. 6)를 이용한 SIMPER(similarity per- centages procedure) 분석을 실시하였으며, 분석 시 기여도 가 높은 상위 5종을 기여종으로 선정하였다. 대형저서동 물의 공간분포에 영향을 끼치는 주요 환경요인을 파악하 기 위해서는 다변량분석에서 사용된 Bray-Curtis 유사도 지수와 환경변수와의 순위상관계수를 통한 BIO-ENV 분 석을 실시하였으며, 분석 시 Draftsman plot 분석을 통해 95% 이상의 상관관계를 가지는 중복환경변수는 제외하였 다(Clarke and Ainsworth 1993). 또한 조사된 각 요인(환 경 및 생물요인)간의 상관관계를 파악하기 위해 Spear- man rank correlation 분석을 실시하였다.

3. 결과

저서환경

조사 정점의 수심은 평균 13.8-60.5 m로 외해로 향하면 서 깊어지는 수심구배를 보였다(Fig. 2). 해안선에 인접하 여 위치한 정점들의 경우 정점 5, 14, 18, 20을 제외하고 는 대략 20 m 이내의 수심을 보였다. 수온은 여름철인 8 월에 평균 21.4ôC로 가장 높고 겨울철인 2월에 평균 11.7ôC로 가장 낮았으며, 정점별 평균 수온은 발전소 배수 구 남측에 위치한 정점 12와 13에서 다른 정점에 비하여 상대적으로 높았다. 퇴적물 온도의 경우 가을철인 11월에 평균 11.1ôC로 가장 높고 겨울철인 2월에 평균 7.1ôC로 가장 낮았다. 정점별 퇴적물의 온도는 평균 4.8~13.6ôC 범 Fig. 3. Dominant macrofauna taxa at sampling stations

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위로 정점 간 뚜렷한 차이를 보였으며, 수심이 깊을수록 상대적으로 낮은 온도를 보였다(r²= 0.94, p< 0.001).

퇴적물의 평균 입도는 정점별로 1.55-6.20 φ 범위로 수 심이 낮은 연안 정점에서는 모래함량이 높은 조립질 퇴적 상을 보였으며, 수심이 깊어질수록 펄함량이 우세한 세립 질 퇴적상을 보였다(Fig. 2). 특히 발전소 배수구 남측 연 안에 위치한 정점 9, 12, 14, 16, 17, 18에서는 평균 1.55- 2.36φ 범위로 다른 정점에 비해 더 조립한 퇴적상을 보였 다. 퇴적물 내 총유기탄소량은 여름철인 8월에 평균 0.94%로 가장 높았으며, 봄철인 5월에 평균 0.65%로 가 장 낮았다(Fig. 2). 정점별로는 평균 0.13-1.54% 범위로 수심이 얕은 연안 정점에서 낮고 상대적 수심이 깊은 외 해 정점에서 높게 나타났다.

종조성

울진 원자력발전소 주변 해역의 23개 정점에서 출현한 대형저서동물은 총 334종, 평균 3,221 개체/m²였다. 출현

종수를 주요 분류군별로 살펴보면 환형동물 다모류 151종 (45%), 연체동물 88종(26%), 절지동물 갑각류 79종(24%), 극피동물 9종(3%), 기타동물 7종(2%)이었다. 연체동물 중 에서는 이매패류가 52종, 복족류가 33종으로 나타났으며, 갑각류에서는 단각류가 41종, 십각류가 12종이었다. 밀도 의 경우 환형동물 다모류가 2,496 개체/m²(77%)로 가장 우점하는 분류군이었으며, 다음으로 절지동물 갑각류 329개체/m²(10%), 연체동물 309 개체/m²(10%), 극피동 물 56 개체/m²(2%), 기타동물 31 개체/m²순이었다. 갑각 류에서는 단각류가 237 개체/m²로 가장 많이 출현하였으 며, 연체동물에서는 이매패류가 292 개체/m²로 대부분을 차지하였다.

출현한 대형저서동물 종수는 여름철에 218종으로 가장 높았으며, 봄철과 가을철에 각각 211종과 210종으로 감소 하였고, 겨울철에 180종으로 가장 적었다. 반면에 계절별 평균 밀도는 겨울철에 3,546 개체/m²로 가장 높았으며, 여 름철에 2,504 개체/m²로 가장 낮았다. 봄철과 가을철의 대 Fig. 4. Density (ind/m²) of dominant species at sampling stations

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형저서동물 평균 밀도는 각각 3,409 개체/m²와 3,430 개 체/m²였다. 각 계절별 출현종수를 분류군별로 살펴보면, 전 계절에 다모류가 가장 많았으며, 다음으로 갑각류, 연 체동물, 극피동물 순이었다. 갑각류에서는 단각류가, 연체 동물에서는 이매패류의 출현종수가 가장 높았다(Fig. 3).

정점별 출현종수는 전 계절에 걸쳐 수심이 깊은 외해역 에 위치하는 정점에서 상대적으로 많은 출현종수를 보였 다(Fig. 3). 분류군별로 살펴보면, 모든 정점에서 다모류의 출현비율이 높았으며, 연체동물은 외해 정점에서 상대적 으로 많이 출현하였고, 반대로 갑각류는 연안 정점에서 상 대적으로 많은 출현하였다. 특히 갑각류의 출현종수 비중 이 상대적으로 높았던 연안 정점들에서 갑각류의 상대적 밀도가 높았으며, 겨울철 배수구에 인접한 정점 9에서는 갑각류의 밀도가 높게 나타났다(Fig. 3).

우점종

조사기간 동안의 총 출현한 개체수의 1% 이상을 차지 하는 우점종은 21종이었으며, 이들 종은 총출현개체수의 80% 이상을 차지하고 있었다(Table 1). 우점종을 분류군 별로 보면 다모류가 최우점종인 양손갯지렁이(Magelona

japonica)를 포함한 14종, 단각류 3종, 쿠마류 1종, 이매패 류 3종이 포함되었다.

상위 5위에 포함된 우점종의 계절 및 정점별 출현양상 을 보면, 최우점종인 양손갯지렁이(M. japonica)는 평균 531개체/m²로 출현하였으며, 봄철인 5월 가장 낮은 밀도 를 보이다가 이후 증가하여 가을철인 11월 가장 높은 밀 도를 보였다. 11월 전체적인 분포범위가 다소 확장되는 양 상을 보이나, 대략 울진 원자력발전소를 중심으로 조사해 역의 북측 및 남측의 외해 정점(정점 2, 4, 6, 11, 21, 23) 에서 높은 밀도를 보였다(Fig. 4).

두 번째 우점종인 민얼굴갯지렁이(Spiophanes bombyx) 는 평균 515 개체/m²로 출현하였으며, 봄철인 5월에 밀도 가 가장 높고 가을철인 11월에 가장 낮았다(Table 1). 이 종은 수심 30 m 이상의 외해 정점에서 주로 출현한 양손 갯지렁이(M. japonica)와 달리 연안 정점에서 대부분이 출 현하였으며, 외해 정점 2, 4, 6, 11, 13, 15, 19, 21, 23에서 는 전혀 출현하지 않았다(Fig. 4).

긴자락송곳갯지렁이(Scolotoma longifolia)는 평균 394 개체/m²로 출현하였으며, 겨울철인 2월에 평균 밀도가 가 장 높고 여름철인 8월에 가장 낮았다(Table 1). 수심에 따 Table 1. Dominant species of macrofauna in the study area

Species Density (ind./m²)

Feb May Aug Nov Avg. %

1 Magelona japonica (Ap) 621 392 404 709 531 16.5

2 Spiophanes bombyx (Ap) 458 1084 306 212 515 16.0

3 Scolotoma longifolia (Ap) 362 61 52 130 394 12.2

4 Chaetozone setosa (Ap) 102 90 58 218 117 3.6

5 Adontorhina subquadrata (Mb) 94 116 120 133 116 3.6

6 Scoloplos armigar (Ap) 97 114 83 128 106 3.3

7 Cirrophorus sp. (Ap) 158 72 108 83 105 3.3

8 Goniada sp. (Ap) 112 117 53 110 98 3.0

9 Microclymene propecaudata (Ap) 97 131 75 84 97 3.0

10 Ampelisca naikaiensis (Ca) 66 48 84 48 62 1.9

11 Maldane cristata (Ap) 93 51 27 155 54 1.7

12 Urothoe convexa (Ca) 74 51 39 51 54 1.7

13 Prionospio membranacea (Ap) 109 31 52 14 52 1.6

14 Myxicola aesthetica (Ap) 183 2 - - 46 1.4

15 Rhynchospio sp. (Ap) 75 43 2 36 39 1.2

16 Iphinoe sagamiensis (Cc) 105 17 12 17 38 1.2

17 Lumbrinerides sp. (Ap) 82 37 25 7 38 1.2

18 Felaniella sowerbyi (Mb) 16 44 58 28 37 1.1

19 Nuculana yokoyamai yokoyamai (Mb) 42 28 30 43 36 1.1 20 Synchelidium lenorostralum(Ca) ¹⁹ ²⁸ ⁵⁹ ²⁸ ³⁴ ^1.0

21 Aonides oxycephala (Ap) 6 42 38 48 34 1.0

(Ap): polychaete, (Mb): bivalve, (Ca): amphipod, (Cc): cuma.

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른 뚜렷한 구배를 보인 양손갯지렁이(M. japonica) 및 민 얼굴갯지렁이(S. bombyx)와 달리 수심구배 없이 고르게 분포하였다(Fig. 4). 단, 발전소 취·배수구 인근의 연안 정 점 7, 9, 12, 14, 16에서는 전 조사기간 동안 거의 출현하 지 않았다.

솜털바퀴실타래갯지렁이(Chaetozone setosa) 평균 117 개체/m²로 출현하였으며, 가을철인 11월에 평균 밀도가 가장 높고 여름철인 8월에 가장 낮았다(Table 1). 모든 정 점에서 출현하였으나 모래함량이 높은 연안 정점이 주된 분포지역으로 보이며, 특히 정점 1과 3에서는 연중 높은 밀도로 분포하였다(Fig. 4).

이매패 말발조개류(Adontorhina subquadrata) 평균 116 개체/m²로 출현하였으며, 가을철인 11월에 평균 밀도가 가장 높고 겨울철인 2월 가장 낮았으나 다른 우점종에 비 하여 계절별 밀도의 변동이 크지 않았다(Table 1). 연안 정점 1, 3, 7, 12, 14, 16에서는 조사기간 동안 전혀 출현 하지 않았으며, 전체적으로 볼 때 상대적으로 펄함량이 우 세한 외해 정점에서 주로 분포하였다(Fig. 4).

군집구조

총 조사기간 동안 정점간 종별·개체수 자료의 유사성에 근거한 유사도 분석 결과, 유사도 약 25%를 기준으로 크 Fig. 5. Cluster analysis and MDS ordination of Bray-Curtis similarity from fourth-root transformed species density

data

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게 2개의 정점군으로 구분되었다(Fig. 5). 정점군에 영향 을 미치는 주요 환경요인은 수심과 퇴적물 입도의 sorting value로 분석되었으며(Bio-step; Rho = 0.72, P < 0.001), 수심 30 m를 기준으로 연안에 위치한 정점(그룹 I)들과 외 해에 속하는 정점(그룹 II)로 구성되었다(Table 2). 그룹I 에 속하는 연안 정점들은 높은 퇴적물 온도(ANOVA test, F = 94.74, P< 0.001)와 높은 모래함량(Kruskal-Wallis test, H = 34.18, P< 0.001) 그리고 낮은 총유기탄소량(Kruskal- Wallis test, H = 30.11, P< 0.001)의 저서환경 특성을 보였 다. 생물 특성으로 연안에 위치한 그룹에서는 낮은 종수 (ANOVA test, F = 12.48, P< 0.001)와 종다양도(ANOVA test, F = 5.96, P< 0.05)를 보였으며, 평균 밀도는 연안에 위치한 그룹에서 낮았지만 유의하지는 않았다.

SIMPER 분석 결과 그룹 I에서는 민얼굴갯지렁이(Spio- phanes bombyx), 솜털바퀴실타래갯지렁이(Chaetozone setosa), 얼굴갯지렁이류(Rhynchospio sp.)와 단각류 납작 뿔붙은눈옆새우(Synchelidium lenorostralum) 등이 정점군

에 속한 정점간의 유사도에 영향을 주는 주요 기여종으로 이었으며, 정점군 II에서는 긴자락송곳갯지렁이(Scolo- taoma longifolia), 고리미갑갯지렁이류(Goniada sp.), 말발 조개류(Adontorhina subquadrata), Magelona sp. 등이 주 요 기여종으로 나타났다. 한편, 그룹 I과 그룹 II간의 비유 사도(75.8%)에 기여하는 종은 민얼굴갯지렁이(Spiophanes bombyx), 양송갯지렁이류(Magelona sp.), 말발조개류 (Adontorhina subquadrata), 꼬마대나무갯지렁이(Micro- clymene propecaudata) 등이었다(Table 2).

기여종의 분포특성

서식처가 유사하다고 판단되는 연안 해역에 위치한 10 개 정점만의 군집분석에서 파악된 정점군간 비유사도에 기여하는 종들의 시·공간적 분포특성을 파악하였다. 전체 출현개체수의 1% 이상을 차지하는 우점종에도 포함된 바 있는 볼록손모래무지옆새우사촌(U. convexa)는 평균 54 개체/m²로 출현하였다(Table 1). 이 종은 겨울철인 2월에 Table 2. Ecological characteristics of each group determined by cluster analysis for different sampling periods Groups

Contents

Group I

(st.1, 3, 5, 7, 9, 12, 14, 16, 18, 20, 22)

Group II

(st.2, 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23)

Similarity (%) within group 40.0 47.2

Depth (m) 20.7±5.4 48.0±7.7

Temperature in surface (^oC) 15.8±0.4 16.0±0.3 Temperature in sediment (^oC) 11.9±1.2 6.3±1.5

Total organic carbon (%) 0.4±0.3 1.0±0.4

% of sand 87.3±12.0 56.3±21.8

% of mud 12.7±12.0 43.7±21.8

mean grain size (Phi) 2.8±0.8 4.4±1.2

Number of species 36±9 42±7

Density (/m²) 627±369 660±337

Diversity (H') 2.2±0.5 2.5±0.5

Average dissimilarity(%) between groups: 75.8

Contributed species Average density (transformed by fourth root)

Spiophanes bombyx (Ap) 3.00 0.43

Magelona japonica (Ap) 1.18 2.72

Adontorhina subquadrata (Mb) 0.37 2.23

Microclymene propecaudata (Ap) 0.22 2.13

Scolotoma longifolia (Ap) 1.57 2.99

Maldane cirstata (Ap) 0 1.66

Nuculana yokoyamai yokoyamai (Mb) 0 1.56

Urothoe convexa (Ca) 1.58 0.13

Yoldia johanni (Mb) 0.02 1.46

Rhynchospio sp. (Ap) 1.41 0.14

Nephtys polybranchia (Ap) 1.45 0.27

(Ap): polychaete, (Mb): bivalve, (Ca): amphipod.

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평균 밀도가 가장 높고 여름철인 8월에 가장 낮았다(Fig.

6). 주로 수심이 낮고 모래함량이 많은 연안에 위치한 정 점 3, 5, 7, 9, 12, 14, 16에서 대부분의 개체가 출현하였으 며, 특히 정점 5에서는 연중 높은 밀도로 출현하였다.

Rhynchospio sp.는 평균 39 개체/m²로 출현하였으며, 겨울 철인 2월에 평균 밀도가 가장 높고 여름철인 8월에 가장 낮았다(Fig. 6). 주로 발전소 취·배수구 인근에 위치한 정

점 7, 9, 14, 16에서 대부분 출현하였으며, 2월과 5월에는 조사해역의 최북측 및 최남측에 위치한 정점 1과 22에서 도 많이 출현하였다. 꼬마돌살이조개(F. sowerbyi)는 평균 37개체/m²로 출현하였으며, 여름철인 8월에 평균 밀도가 가장 높고 겨울철인 2월 가장 낮았다(Fig. 6). 특히 이 종 은 수심이 낮고 모래함량이 높은 연안에 위치한 정점 5, 7, 9, 16에서 대부분의 개체가 출현하였으며, 정점 5와 7 Fig. 6. Spatial distribution of contributed species by SIMPER analysis

(10)

에서는 연중 높은 밀도로 출현하였다. 일곱가시긴뿔옆새 우(M. mai)는 조사기간 동안 평균 11 개체/m²로 출현하였 으며, 발전소 취·배수구 인접한 정점 및 배수구 남측에 위 치한 정점 7, 9, 12, 14, 16, 18에서만 출현하였다(Fig. 6).

저서환경 및 생물요인간의 상관관계(Table 3)

조사기간 동안 파악된 저서환경요인 및 생물요인의 평 균 자료를 이용하여 각 요인별 순위상관계수를 구하였다.

생물학적 요인 중에서는 대형저서동물 조사에서 출현한 Table 3. Spearman rank correlation between the environmental variables and the macrofauna (*, P< 0.05; **, P < 0.01;

***, P< 0.001) Content

Number of species

Density Diversity Depth

Temperature in surface

Temperature in sediment

Salinity TOC % Sand % Mud

Density -0.036

Diversity -0.369 -0.667^***

Depth -0.420 -0.101 -0.495^* Temperature in

surface -0.086 -0.378 -0.163 -0.124 Temperature in

sediment -0.445 -0.062 -0.525^** -0.945^*** -0.017

Salinity -0.496 -0.252 -0.474^* -0.711^*** -0.039 -0.802^***

TOC -0.185 -0.368 -0.306 -0.821^*** -0.018 -0.757^*** -0.464

% Sand -0.121 -0.564 -0.152 -0.727^*** -0.105 -0.684^*** -0.333 -0.901^***

% mud -0.121 -0.564 -0.152 -0.727^*** -0.105 -0.684^*** -0.333 -0.901^*** -1.000^***

Mean grain size -0.031 -0.551 -0.072 -0.681^*** -0.048 -0.664^*** -0.324 -0.850^*** -0.973^*** -0.973^***

Table 4. Annual variation in the number of species and density of macrofauna around the study area (sampling device: van Veen grab; sampling area: 0.2m²; sieve size: 1 mm; *: sampling with Smith-McIntyre grab)

Year Sampling size Sampling time Number of species

Density

(ind./m²) Reference 1987

(before operating NPP) 16 seasonal 53 318 한국전력공사 (1987)

1990 ? ? 103 1,362 한국전력공사 (1992)

1991 13 seasonal 120 1,080 한국전력공사 (1992)

1992 5 seasonal 121 997 한국전력공사 (1993)

1993 5 seasonal 103 843 한국전력공사 (1994)

1994 5 seasonal 88 1,455 한국전력공사 (1995)

1995 5 seasonal ? 832 한국전력공사 (1996)

1996 10 seasonal 107 1,470 전력연구원 (1997)

1997 10 Summer

Winter 68 748 전력연구원 (1997)

전력연구원 (1998)

1998 10 seasonal 143 739 전력연구원 (1999)

1999 10 seasonal 114 805 전력연구원 (2000)

2000 10 seasonal 169 430 전력연구원 (2001)

2001 10 seasonal 153 225 전력연구원 (2002)

2001

12 24 24

Winter Summer

Fall

81 112 119

361 336 434

한국해양연구원 부경대학교 (2002)

2002 10 seasonal 190 317 전력연구원 (2003)

2003 10 seasonal 170 335 전력연구원 (2004)

2006 23 seasonal 334 3,221 In this study^*

(11)

개체수와 종 다양도 간의 높은 음의 상관관계만이 확인되 었다. 환경요인 중 수심은 퇴적물 온도 및 모래함량과 높 은 음의 상관관계를 보였고, 염도, 총유기탄소량, 펄함량, 평균 입도와는 높은 양의 상관관계를 보였다. 퇴적물 온도 의 경우 수심과는 반대로 모래함량과 높은 양의 상관관계 를 보였으며, 다른 요인들과는 높은 음의 상관관계를 보이 고 있었다. 퇴적물 내 총유기탄소량의 경우 펄함량과 높은 양의 상관관계를 보였다. 이상의 결과를 종합해보면 조사 대상 해역은 대략 수심이 깊어질수록 퇴적물 온도가 낮아 지고 퇴적물 내 펄함량 및 총유기탄소량이 높아지며, 낮은

수심에서는 상대적으로 높은 퇴적물 온도 및 모래함량, 낮 은 총유기탄소량을 보이는 저서환경특성을 지니고 있었다.

4. 고 찰

울진 원자력발전소가 건설 중에 있던 1987년부터 6개 호기가 가동되는 현재까지 주변 해역의 연성기질에 서식 하는 저서동물에 대한 조사 자료를 비교하였다. 본 조사기 간 동안 출현한 저서동물은 총 334종, 평균 밀도는 3,221 개체/m²였다. 이 중 다모류가 151종, 2,496 개체/m², 연체 Table 5. Annual variation in the number of dominant species and dominant frequency(%) around the study area

Year Spring Summer Fall Winter

1987

Spiophanes bombyx Amphipoda spp.

Nephtys caeca

33 23 11

Amphipoda spp.

Magelona japonica Maldane sarsi

43 21 11

Amphipoda spp.

Prionospio pinnata

49 12

Amphipoda spp.

Prionospio pinnata

46 17 1995 Spiophanes bombyx

Nephtys ciliata

27 15

Spiophanes bombyx Nephtys ciliata

70 11

Spiophanes bombyx Chaetozone sp.

66 8

Spiophanes bombyx Nephtys ciliata

80 6

1996

Spiophanes bombyx Gammeridae spp.

37 35

63 18

Spiophanes bombyx Gammeridae spp..

55 25

Spiophanes bombyx Chone teres Gammeridae spp.

Ophiuroidea spp.

28 20 19 8

1997

Gammeridae spp.

Praxillella affinis Ophiuroidea spp.

Spiophanes bombyx

19 9 9 8

Prionospio sp.

Lumbrineis spp.

31 24 9 8

1999

Pillucina pisidium

53 19 6

Spiophanes bombyx Pillucina pisidium Lumbrineris spp.

Gammeridae spp.

48 9 6 6

Spiophanes bombyx Lumbrineris spp.

Gammeridae spp.

Pillucina pisidium

51 8 6 5

Spiophanes bombyx Cirolanidae unid.

Lumbrineris longifolia 57 14 6

2000

Spiophanes bombyx Lumbrineris longifolia Ophiura sp.

45 7 4

Spiophanes bombyx Euzonus ezoensis Lumbrineris longifolia Ophiura sp.

20 10 7 7

Spiophanes bombyx Ophiura sp.

Bivalvia unid.

Lumbrineris longifolia 27 13 8 6

Spiophanes bombyx Bivalvia unid.

Glycera chirori Lumbrineris longifolia

34 15 6 5

2001

Euzonus sp.

Urothe sp.

Magelona japonica Goniada maculata Lumbrineris nipponica Spiophanes bombyx Praxillela affinis Lumbriconeris sp.

10 9 6 5 4 4 3 3

Lumbrineris nipponica Praxillela affinis Urothe sp.

Melinna cristata Goniada maculata Ophiactis brancygenys Armandia lanceolata

11 8 8 5 4 4 3

Bivalvia juvenile Magelona japonica Urothe sp.

Amphelisca sp.

Eohaustorius sp.

Goniada maculata Lumbrineris nipponica

19 18 10 4 4 4 3

2002

Spiophanes bombyx Lumbrineridae unid.

Ophiura sp.

Gammeridae unid

12 8 6 5

Euzonus ezoensis Lumbrineris longifolia Melinna elisabethae

15 5 5

Chaetozone setosa Spiophanes bombyx Euzonus ezoensis

32 6 6

Magelona japonica Spiophanes bombyx Gammeridae unid

20 11 6

2003

Ophiura sp.

Rynchospio glutaea Lumbrineris longifolia Chaetozone setosa Armandia lanceolata

28 9 5 6 6

Lumbrineris longifolia Spiophanes bombyx Chaetozone setosa

14 11 6

Chaetozone setosa Spiophanes bombyx Lumbrineris longifolia Magelona japonica

19 10 7 7

Ammotrypane aulogaster Chaetozone setosa Lumbrineris longifolia Magelona japonica Ophiura sp.

20 11 6 7 6

(12)

동물 88종, 309 개체/m², 갑각류 79종, 329 개체/m², 극피 동물 9종, 56 개체/m², 기타동물 7종, 31 개체/m²였다. 이 와 같은 결과는 본 조사 이전까지 수행된 울진 원자력발 전소 주변 해역 저서동물 조사 결과 53~190종, 225~1,470 개체/m²과 비교하여 월등히 많은 종수 및 밀도이다(Table 4). 동일한 채집기와 채집면적을 통한 조사임에도 이러한 차이를 보이는 것은 본 조사가 과거 조사에 비해 상대적 으로 많은 정점 및 넓은 범위에 걸쳐 이루어졌기 때문으 로 추정된다. 또 다른 원인으로는 과거 조사의 경우 조사 해역에서 우점적으로 출현하는 다모류, 단각류, 거미불가 사리류 등에 대한 종 수준까지의 동정이 이루어지지 않았 기 때문이다.

우점종의 변화양상을 살펴본 결과 가장 두드러진 특징 은 발전소 가동 전인 1987년부터 현재까지 민얼굴갯지렁 이(S. bombyx)가 지속적인 우점종으로 출현하였다(Table 5). 2000년 이후부터는 이 종이 전체 출현개체수에서 차지 하는 비율이 다소 줄어드는 경향을 보이며, 1994년 봄철 기록된 이 종의 최대밀도 2,856 개체/m²(한국전력공사 1995)와 본 조사 결과(5월, 1,084 개체/m²)의 비교에서도 두 배 이상의 차이를 보였다. 과거에 기록된 우점종 중 일 부 단각류 및 이매패류에 대한 명확한 종 정보를 알 수는 없으나, 본 연구에서 우점종인 양손갯지렁이(M. japonica), 민얼굴갯지렁이(S. bombyx), 긴자락송곳갯지렁이(S. longifolia = Lumbrineris longifolia), 솜털바퀴실타래갯지렁이 (C. setosa) 등은 이전 조사에서부터 우점하고 있어, 우점 종의 차이는 크지 않는 것으로 여겨진다. 그러나 본 연구 에서 우점종들 가운데 양손갯지렁이와 민얼굴갯지렁이는 수심이 깊은 외해역에서 밀도가 매우 높았으며, 민얼굴갯 지렁이와 솜털바퀴실타래갯지렁이는 북측 연안에 밀도가 높았다. 또한 과거 조사에서 우점종으로 출현한 빈도가 높 은 살시거미불가사리류(Ophiura sp.)의 경우 수심이 상대 적으로 깊고 세립한 퇴적상을 선호하는 종으로 본 조사의 외해 정점에서도 많은 출현을 보였다. 단, 과거 조사의 경 우 퇴적상이 상이한 내·외해역 정점을 고르게 선정한 본 조사와 달리 발전소 인근의 특정 정점만을 대상으로 한 조사가 많고 정점수가 적기 때문에 살시거미불가사리류 (Ophiura sp.)와 같이 특정 서식처를 선호하는 종이 과대 평가될 수 있을 것으로 판단된다.

연성기질 해역에 서식하는 저서동물은 수심, 수온, 퇴적 상 등의 물리화학적 환경요인 및 종간 혹은 종내 경쟁 등 의 생물학적 요인에 영향을 받고 있다(Gray 1981). 따라 서 원자력발전소 가동에 따라 발생될 수 있는 환경교란요 인(온배수의 유입, 유속의 변화, 유기물의 변화 등)에 대한 저서동물의 반응을 면밀히 파악하기 위해서는 목적으로 하는 인위적 교란요인 이외의 자연적 요인에 대한 검증과 이들 요인의 배제가 필수적이다. 따라서 본 조사에서는 모

든 조사 정점을 대상으로 군집분석 및 환경요인과의 상관 관계 분석을 실시한 후, 통계적 유사성(생물군집 및 서식 처 환경)이 검증된 비교대상 정점들을 우선 선별하였다.

선별된 정점은 다시 단·다변량 분석 및 기여종의 분포특 성을 바탕으로 각 계절별 특이 정점군 및 정점을 분석하 였다.

전체 조사 정점을 대상으로 대형저서동물의 종 조성 및 군집 분석을 실시한 결과 조사 해역은 수심구배에 따라 세립해지는 퇴적환경 특성으로 인해 수심 약 30 m를 기점 으로 내·외해역에 위치한 정점군집으로 뚜렷이 구분되었 다(Fig. 5). 내해역에 위치한 정점군집의 경우 상대적인 종 수 및 개체수가 낮고, 갑각류의 출현빈도가 높은 것이 특 징이었으며, 외해역 정점들의 경우 종수 및 개체수가 높고, 주요 우점종을 포함하는 다모류 및 연체동물의 출현빈도 가 높은 것이 특징이었다. 주요 우점종의 분포특성을 파악 한 결과에서도 수심구배에 따른 퇴적환경에 따라 분포가 결정되는 것으로 나타났다. 본 조사에서 나타난 최우점종 인 다모류 M. japonica와 S. longifolia는 온배수의 영향이 없는 인근 후포해역에서도 우점하고 있으며, 분포특성 역 시 유사한 것으로 나타났다(백 등 2007). Lardicci et al.

(1999)은 자연적인 환경특성이 큰 지역에 서식하는 저서 동물의 분포는 온배수의 영향이 크지 않다고 했다. 그러므 로 본 연구지역 가운데 30 m 이상의 외해역에 위치한 정 점의 경우 자연적인 수심구배에 따라 형성되는 퇴적환경 (높은 펄함량 및 유기물함량, 낮은 퇴적물 온도)의 영향이 온배수에 의한 영향보다 크게 나타나는 것으로 여겨진다.

일반적으로 온배수 영향이 높을수록 대형저서동물 종 수와 밀도는 감소하는 것으로 알려져 있다(Bamber and Spencer 1984; Kailasam and Sivakami 2004). 그러나 일 부 연구에서는 종 분포의 지역적인 특이성과 생리적 차이 로 인하여, 저서동물은 온배수의 영향을 받지 않는다고 했 다(Cironi et al. 1995). 그러므로 본 연구지역의 내해역에 위치한 모든 정점군집이 외해역 정점군집과의 상대적인 차이만으로 온배수에 대한 영향이 나타나고 있음을 단정 할 수 없다. 내해역에 위치한 정점 가운데, 통계적 유사성 이 검증된 비교대상 정점들만으로 분석을 실시한 결과, 겨 울철(정점 9, 12, 14, 16, 18)과 봄철(정점 7, 9, 16)과 가을 철(정점 7, 9, 12, 14, 16)의 지역은 그 이외의 지역에 비 해 상대적으로 낮은 종수 및 개체수를 보였다. 또한 비교 대상 정점들이 유사한 수심분포를 보임에도 불구하고 퇴 적물의 펄함량 및 유기탄소량이 낮고, 퇴적물의 온도가 높 은 저서환경특성을 보였다(Fig. 2). Suresh et al. (1993)은 온배수 지역의 대형저서동물의 대량 사망은 여름철의 지 속적인 온배수에 의한 높은 퇴적물의 온도 영향이라고 했 다. 또한 지속적인 온배수 공급은 주변에 서식하는 저서동 물의 종수와 개체수를 감소시켜 생태계 교란을 유발시킨

(13)

다(Kailasam and Sivakami 2004). 그러므로 본 연구지역 에서의 온배수의 지속적 유입 및 해수유동의 변화는 영향 범위에 속한 정점들에 서식하는 저서생물의 분포에 교란 요인으로 작용하고 있음을 추측할 수 있다. 한편, 여름철 의 경우 생물군집 수준에서의 상대 비교가 불가능하여 온 배수 영향범위를 분석할 수 없었다. 이러한 원인은 여름철 에 발생하는 하천수의 대량 유입에 따른 해역의 물리적 교란과 더불어 새로운 저서동물의 성장 및 이탈과 같은 생물적 요인에 의한 교란작용이 활발한 것으로 여겨진다.

본 연구에서 온배수 배출지역 주변에 특정 종들이 높게 나타나고 있다(Fig. 6). 단각류 U. convexa는 연안의 사질 해역에서 출현하는 기회종이며, 동일 속의 U. brevicornis 의 경우 발전소 온배수의 영향을 받는 곳에서는 그렇지 않은 곳에 비하여 산란시기가 빠르며, 성장기간이 늘어난 다고 보고된바 있다(Barnett 1971). 모래 속을 굴착하여 서식하는 단각류 M. mai의 경우 넓은 범위의 수온에 적응 하는 광온성인 종으로 잘 알려져 있다(Lee et al. 2005).

또한 현탁물 섭식을 하는 소형 이매패류인 F. sowerbyi는 베트남, 홍콩, 일본 큐슈지역 등에서 주로 출현하는 온수 종이며, 선박의 벨러스트수로 인한 유입생물로 인식되고 있다(ICES CM 2004). 다모류 Rhynchospio sp.는 서관을 형성하여 표층의 퇴적물을 걸러먹는 소형의 표층퇴적물 식자로 해수의 순환이 원활한 곳을 선호하는 특성을 가지 고 있다(Lindsay and Woodin, 1992). 온배수 배출지역에 서의 온수종 및 기회종의 개체수는 다른 지역에 비해 상 대적으로 높은 것으로 알려지고 있다(Bamber and Spencer 1984). 더군다나 온배수 배출 해역은 다른 해역에 비해 해 수의 내부순환이 높다(한국원자력연구소 1994). 따라서 온배수 배출지역 주변에 온수종 및 기회종의 특성을 동시 에 가지는 종들의 높은 출현은 지속적인 온배수에 의한 영향을 받고 있는 것으로 여겨진다. 그러므로 본 연구에서 발전소 주변을 따라 연안에 위치한 정점(정점 5, 7, 9, 12, 14, 16, 18)에서의 대형저서동물들은 각 계절별로 산정된 군집구조 특성과 기여종의 분포특성에 의해 온배수 영향 을 다른 지역에 비해 높게 받는 것으로 여겨진다.

사 사

본 논문을 세심하게 검토해주신 두 분의 심사위원께 깊 은 감사들 드립니다. 본 연구는 한국해양연구원의 기본과 제(PE98663)의 지원으로 수행되었습니다.

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Received Jun. 15, 2011 Revised Sep. 21, 2011 Accepted Oct. 31, 2011