Relationship between Environmental Factors and Macrobenthos Assemblages in Geum Estuary Tidal-flat

1)

†To whom correspondence should be addressed.

International Cooperation Team, National Institute of Ecology, Republic of Korea

E-mail: [email protected]

금강하구 갯벌 내 환경요인과 저서성무척추동물 군집 분포의 상관관계

유재원･이채린･박미라･윤지현

^*

･ 강성룡

^**†

주)한국연안환경생태연구소

*서울대학교 대학원 협동과정 환경교육전공

**국립생태원 국제협력팀

Relationship between Environmental Factors and Macrobenthos Assemblages in Geum Estuary Tidal-flat

Jae-Won Yoo･Chae-Lin Lee･Mi-Ra Park･Jihyun Yoon

^*

･Sung-Ryong Kang

^**†

Korea Institute of Coastal Ecology, Inc., Republic of Korea

*

Graduate School of Interdisciplinary Program in Environmental Education, Seoul National University

**

International Cooperation Team, National Institute of Ecology

(Received : 09 December 2018, Revised: 25 February 2019, Accepted: 25 February 2019)

요 약

금강하구 서천 및 유부도 갯벌은 동아시아-대양주 철새의 이동경로상 에너지 보충을 위한 중요한 중간 기착지점으로, 갯벌의 저서성무척추동물은 이들의 중요한 먹이원이 된다. 즉, 갯벌의 저서성무척추동물은 에너지 흐름의 중요한 생태적 역할을 담당한다. 금강하구 서천 및 유부도 갯벌의 저서성무척추동물 군집 분포와 환경요인 관계를 파악하기 위해 본 연구가 수행되었다.

가을철 이주 기간에 실시한 저서성무척추동물의 군집 분포 조사 결과, 저서성무척추동물은 총 147종, 밀도와 생체량은 각각 1,772±1,342 개체/㎡, 445.1±807.6 g/㎡으로 나타났다. 출현종과 서식밀도 자료를 기반으로 각 정점 간 상호 유사도 분석 결과, 크게 2개의 군집으로 구분되었다. A 군집은 칠게-고리버들갯지렁이 군집(Macrophthalmus-Heteromastus community) 이었고, B군집은 달걀얼굴갯지렁이류-단각류 군집(Spio-Urothoe-Mandibulophoxus community)이었다. B 군집이 A 군집에 비하여 평균 출현종수, 서식밀도, 생체량 등이 월등히 높았다. BIO-ENV 분석 결과, 저서성무척추동물 군집은 퇴적환경 변수인 모래함량과 분급도 조합에 의한 영향을 가장 크게 받는 것(ρ=0.500)으로 나타났다. 종수와 가장 큰 상관성을 보이는 환경변수는 분급도(p=0.015)로 나타났고, 생체량과 가장 높은 상관관계를 보이는 환경변수는 공극수 DO(p=0.003)였다.

핵심용어 : 금강하구, 서천 갯벌, 유부도, 저서성무척추동물, 군집분석, 종다양성

Abstract

The Seocheon and Yubu Island mudflats in Geum Estuary are important stopover sites for migratory birds as energy supplementation area in the East Asia-Australasian Flyway. Benthic invertebrates in the tidal flats are important food resources for the migratory birds. In other words, benthic invertebrates in the tidal flats play an important ecological role in energy flow.

This study was conducted to investigate the relationship between benthic invertebrate assemblages and environmental factors in Seocheon and Yubudo tidal flats in the Geum Estuary. As a result of the benthic invertebrate assemblage during the fall migration season, the total species number was 147, density and biomass were 1,772±1,342 individuals/m² and 445.1±807.6 g/m², respectively. Based on the appearance species and the density data, the result of analysis of mutual similarity among sampling sites was divided into two groups. Group A was the Macrophthalmus-Heteromastus community and Group B was the Spio-Urothoe-Mandibulophoxus community. Group B showed higher mean species number, density and biomass than Group A. The BIO-ENV analysis showed that the benthic invertebrate assemblages were most affected by the combination of sand content % and sediment sorting (ρ=0.500). The variables of significant relationship with species number and biomass were sediment sorting (p=0.015) and the pore water DO(Dissolved Oxygen, p=0.003) in sediment, respectively.

Key words : Geum estuary, Seochon tidal-flat, Yubu Island, Macrobenthos, Community analysis, Species diversity

1. 서 론

하구생태계(Estuary ecosystem)는 하천이 개방된 해역과 연 결되는 지점으로 담수와 해수의 교환이 활발히 이루어지며, 이 에 따라 수역의 염분 변화와 함께 조석의 영향을 받는 역동적 인 환경 조건을 갖추고 있다(Fairbridge, 1968; Cho et al., 2011). 하구는 많은 생물들의 서식지로 높은 생물다양성을 유 지할 뿐만 아니라 토양 침식에 대한 해안선의 안정화, 폭풍·해 일과 같은 자연재해 예방, 퇴적물 오염 정화 기능 등을 가지고 있어 육상과 해양의 완충지대 역할을 한다(Möoller and Spencer, 2002; Millennium Ecosystem Assessment, 2005;

Kim et al., 2016).

Costanza et al.(1997)에 의하면, 갯벌의 경제적 가치는 농경 지의 100배, 연안해역의 2배 이상, 외해역의 40배 정도가 된다고 한다. 세계자연보전연맹(IUCN)에서 발간한 “동아시아·동남아 시아 갯벌 서식지에 관련 분석 연구(MacKinnon et al., 2012)에 서는 황해(Yellow Sea) 갯벌의 경우 연간 약 300억 달러의 생태 계서비스를 제공하는 것으로 보고되었다. 해양수산부(Ministry of Oceans and Fisheries, 2013)는 우리나라 갯벌의 기능별 가치 를 연간 60억원/km²으로 산정하였고, 이것을 우리나라 갯벌의 총 면적인 2,487.2km²에 적용하여 환산하면 연간 약 16조원의 가치를 갖는 것으로 나타났다(Kim et al., 2016).

서해안 금강하구에 위치한 서천과 유부도 갯벌은 동아시아 -대양주 철새의 이동경로상 매우 중요한 중간 기착지 역할을 하고 있다(Kang et al., 2015). 새만금 갯벌이 사라진 후 금강 하구에 남아있는 유일한 하구갯벌(National Wetlands Center, 2018)이기도 해서, 많은 이동성 도요·물떼새들이 에너지를 보 충하고 휴식을 취하기 위해 지속적으로 방문하여 서식지로 이 용하고 있다. 수만 킬로미터를 날아와서 번식지와 월동지로 이

동하기 전 에너지를 필수적으로 보충해야하는 이동성 물새들 에게 금강하구 갯벌의 저서성무척추동물은 생존과 직접적으로 연관된다.

갯벌의 저서성무척추동물의 군집 분포와 이러한 군집 조성 에 영향을 미치는 환경변수에 대한 상관관계 분석을 통해 중 간 기착지로서 금강하구 갯벌의 전략적인 관리 및 보전 방안 마련이 시급한 실정이다. 이에 따라 본 연구는 금강하구 일원 의 서천 및 유부도 갯벌 생태계의 생태학적 기능과 밀접한 군 집 패러미터인 생물다양성(군집 구조)과 밀도/생체량, 군집 조 성과 환경변수 간 상관관계 분석 등을 통해 중간 기착지 내 이 동성 물새의 주요 먹이원 분포와 이를 결정하는 환경요인에 대한 정보를 제공하고자 한다.

2. 연구방법

2.1 조사지역

조사지역은 동아시아-대양주 철새 이동경로 상 중요한 중 간 기착지 역할을 수행하고 있는 금강하구의 서천 및 유부도 갯벌(N36°08’,E126°31’∼N35°59’,E126°36’)로, 도둔리 (정선 1), 선도리(정선 2), 다사리(정선 3), 송림리(정선 4), 유 부도 서·동측(각각 정선 5와 6)의 총 6개 지역을 대상으로 조 사를 실시하였다(Fig.1).

2.2 조사 및 분석방법

2014년 가을철 철새 이주기간인 10월 6개소의 갯벌에서 각 1개씩의 조사 정선을 설정하고, 각 5~7개의 정점을 지정하였다.

환경변수의 조사는 퇴적물의 조직학적 변수들과 공극수에 대하 여 이루어졌다. 전자의 경우 퇴적물의 평균입도(mean grain size,

ϕ

), 분급도(sediment sorting,

ϕ

), 자갈, 모래와 펄함량

Fig. 1. The survey areas of tidal flat benthic invertebrate community in Geum Estuary, Korea (Seocheon: 1. Dodun-ri, 2. Seondo-ri,

3. Dasa-ri, 4. Songlim-ri / Yubu Island: 5. West side, 6. East side)

(gravel, sand, mud content, %), 화학적산소요구량(Chemical Oxygen demand, mg/g), 강열감량(ignition loss, %), 산휘발성황화물 (Acid volatile sulphide, mg/g)에 대해서 측정과 분석을 실시하 였고, 후자를 대상으로 수온(℃), 염분(psu), 용존산소량(mg/l) 등을 측정하였다. 퇴적물의 조직변수는 Folk and Ward(1957) 의 그래프방식으로 계산하여 규격에 따라 분류하였다.

저서성무척추동물 채집은 80㎠ 원형 코어를 이용하여 각 정점마다 퇴적물을 6회씩 반복 채집(표면적 0.05㎡)하고, 현장 에서 1㎜ 망목의 체를 사용하여 저서성무척추동물을 선별한 후 10% 중성포르말린 용액으로 고정하여 실험실로 운반하였 다. 실험실 내에서는 상위 분류군 별(환형동물, 연체동물, 절지 동물, 극피동물 등)로 구분하는 전처리 과정을 거치고 이후 현 미경 하에서 가능한 가장 낮은 분류군 수준(종 수준)까지 동정 하고 종 별 밀도와 생체량을 계수 및 계량하였다.

2.3 통계 분석

표본으로부터 추정된 생물학적 패러미터(출현종수와 밀도 그리고 생체량)의 공간적인 분포를 설명하는 환경요인을 추정 하기 위하여 선형적인 관계를 가정하여 중회귀분석을 실시하 였다. 다중공선성(multicollinearity)을 고려하여 피어슨 상관관 계를 추정하고 r>|0.5|의 상관성을 갖는 변수들은 제거한 뒤 (Young et al., 1999; Yoo et al., 2013), Minitab program(Minitab 17)의 Best Subset regression을 실시하였다.

최적의 모델을 탐색하고 설명력과 예측력을 갖춘 모델을 선택 하기 위하여 조정 결정계수(adjusted R²)와 예측 결정계수 (predicted R²)로 과소적합모형(under-specified model)과 과 대적합모형(over-specified model)에 해당하지 않는 모형 범 위를 선정하고 최종적으로 Mallow’s Cp에 근거하였다.

상관관계에 기초한 변수의 선별 과정에서 공극수의 용존산 소량(이하 DO), 염분, 온도, 퇴적물 분급도, 자갈 함량 그리고 산휘발성황화물 농도(이하 AVS) 등의 6개 변수가 선택되었으 며, 추정 회귀계수를 바탕으로 중요도를 파악하기 위하여 모든 변수를 –1~1의 범위로 표준화하였다. 종속 변수 가운데 밀도 와 생체량은 밑을 10으로 하는 대수 변환을 실시(log10(n), n=

밀도 또는 생체량)하였다.

출현생물의 조성과 밀도 분포에 기반한 군집을 식별하기 위 하여 서식밀도를 대수변환하여 객체(정점 표본) 간 백분율 유 사도에 기반한 집괴분석(Cluster analysis)을 수행하여 군집을 분류하였다. 2차원의 공간에서 백분율 유사도를 바탕으로 하 는 객체의 공간적 배열을 관찰하기 위하여 다차원척도법 (MDS, multidimensional scaling) 산포도를 작성하였다. 이후, 저서동물 군집 분포와 가장 상관성이 높은 환경변수를 분석하 기 위해　BIO-ENV(Clarke and Ainsworth, 1993) 분석을 실 시하였다. BIO-ENV 분석은 각 조사정점의 환경변수 자료를 기반으로 한 유사도 대각행렬(diagonal matrix)과 대형저서동 물 군집 종별 밀도 자료를 기반으로 계산된 유사도 대각행렬 간 상관성 분석을 통해 연관성이 높은 환경변수와 복수의 변 수들로 이루어진 조합을 찾는 기법이다. BIO-ENV 분석에 앞 서 환경변수의 선택은 Draftsman plot을 작성하여 환경변수간

상관관계가 높을 경우 대표적인 변수 하나만을 선정하였으며, 앞서 선형회귀 분석 과정에서의 것과 달리 BIO-ENV 분석에 서는 Clarke and Ainsworth(1993)이 제안한 r>0.95를 기준으 로 하였다.

이와 같은 과정을 거친 후 잔여 변수들인 공극수 수온, DO, 염분, 퇴적물 모래함량, 평균입도, 분급도, 함수율, 화학적산소 요구량(이하 COD), 강열감량, 산휘발성황화물(이하 AVS) 등 을 선별하고 분석에 적용하였다. BIO-ENV로부터 제시된 환 경요인들을 대상으로 군집 간 중위수 차이의 유의성을 검정하 기 위해 Mann-Whitney test를 실시하고 귀무가설(H0)은 η 를 모집단의 중위수라 할 때 η1=η2, 대립가설은 η1≠η2로 하는 양측 검정을 실시하였다.

군집의 차별화에 기여한 종을 파악하기 위해 SIMPER (similartiy percentages) 분석을 수행하였다. 이상과 같은 분석 을 위해 PRIMER 6 프로그램을 활용하였다. SIMPER로부터 제시된 특징종의 평균밀도와 관찰빈도를 추정하고 이를 기준 으로 각각 상위 2종을 선정하여 구분된 조사지역의 저서무척 추동물 그룹을 명명하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 퇴적환경

금강하구 갯벌 6개소의 총 34개 정점에서의 입도 특성 분석 결과, 평균 입도는 3.2±1.0

ϕ

이었으며, 퇴적물 입자 크기의 고른 정도를 나타내는 분급도는 1.2±0.5

ϕ

_{였다. 모} 래함량과 펄함량은 각각 75±22%와 25±22%로 나타났다.

금강하구 퇴적물 내 유기물함량 분석한 결과, COD 농도는 2.69±1.66 mg/g, 퇴적물 내 유기물량을 지시하는 강열감 량은 1.8±1.0%, 갯벌의 건강성 지표인 AVS 농도는 0.004±0.006 mg/g으로 나타났다. 갯벌 표층퇴적물 내 함 수율은 28±7%이었으며, 퇴적물 내 공극수 온도는 18.7±2.0°C, 염분은 22.5±5.6 psu, DO 농도는 3.7±2.2 mg/L이었다(Table 1).

조사 정선 별 퇴적환경을 비교한 결과, 평균 입도와 분급 도는 도둔리(정선 1)에서 각각 4.2±0.8

ϕ

와 1.7±0.1

ϕ

로 가장 높았으며, 모래함량은 선도리(정선 2)에서 96±4%로 가장 높고, 펄함량은 도둔리(정선 1)에서 50±17%로 가장 높았다. COD는 유부도 동측(정선 6)에서 4.19±2.60 mg/g로 가장 높았으며, 이 값은 펄함량이 가장 높은 도둔 리(정선 1)의 값(4.13±1.00 mg/g) 보다 높은 수준이었다.

강열감량은 도둔리(정선 1)에서 2.6±0.8%로 가장 높고, 선도리(정선 2)에서 0.8±0.2%로 가장 낮았다. 후자의 경 우 유부도 동측(정선 6)의 값(2.3±1.7%)과 평균 값에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 표준편차는 2배 이상 큰 것으 로 나타났다(Table 1).

AVS의 농도는 송림리(정선 4)에서 0.008±0.011 mg/g 로 가장 높았다. 표층퇴적물 내 함수율은 도둔리(정선 1) 에서 35±9%로 가장 높고, 선도리(정선 2)에서 22±2%

로 가장 낮았다. 수온은 송림리(정선 4)에서 21.1±1.5℃

로 가장 높았고, 유부도 동측(정선 6)에서 16.2±2.0℃로 가장 낮았다. 염분은 도둔리(정선 1)에서 26.6±2.6 psu 로 가장 높고, 유부도 서측(정선 5)에서 15.5±3.7 psu로 가장 낮은 값을 보였다. DO는 다사리(정선 3, 5.4±3.6 mg/L)가 가장 높고, 가장 높은 AVS 농도를 나타낸 송림 리(정선 4, 1.9±0.8 mg/g)에서 가장 낮은 것으로 나타났 다(Table 1).

부영양화 상태를 반영할 것으로 기대되는 유기물 농도 (Nixon, 1995)의 경우 일본 수산 환경 기준의 퇴적물 기준 치 COD, 20 mg/g과 AVS, 0.2 mg/g(JFRCA, 1983)를 크 게 밑도는 것으로 나타났다(Table 1). 반면 저산소와 대형 저서동물 군집 스트레스간 영향을 연구한 Diaz and Rosenberg (2008)의 저산소 기준(약 3 mg/l 이하)에 근거하면 이 이 하의 공극수 DO 농도가 평균적으로 관찰된 송림리(정선 4)와 유부도 동측(정선 6)에서는 대형저서동물 군집이 스트 레스를 겪는 상태인 것으로 판단할 수 있었다.

3.2 군집 패러미터의 변동

금강하구 갯벌에서 출현한 저서성무척추동물은 총 147종 이었으며, 이 가운데 다모류가 65종이 출현하여 44.2%로 가장 높은 비중을 차지하였다. 평균 밀도와 평균 생체량은 각각 1,704 개체/m², 445.1 g/m²로 나타났다. 저서성무척

추동물의 동물군별 서식밀도 비중을 살펴보면, 종 다양성 면에서 높은 비중을 차지한 다모류가 824 개체/㎡(46.5%) 로 가장 높은 비중을 차지하였다. 생체량의 경우에는 연체 동물이 364.3 g/㎡(81.8%)로 압도적인 비중을 차지하였다 (Fig. 2). 조사 정선 별로 군집 패러미터를 살펴 본 결과는 다음과 같다(Fig. 3).

저서성무척추동물의 출현종수는 정선 내 총 출현종수와 정점당 평균 출현종수를 산출하여 비교하였다. 정선 내 총 출현종수는 유부도 서측(정선 5)와 다사리(정선 3)에서 높 고, 유부도 동측(정선 6), 도둔리(정선 1), 송림리(정선 4)에 서 낮은 것으로 나타났다. 각 정점별 출현종수의 평균은 선 도리(정선 2)와 유부도 서측(정선 5)에서 높았으며, 유부도 동측(정선 6)과 송림리(정선 4)에서 낮은 것으로 나타났다.

송림리(정선 4)와

유부도 동측(정선 6)은 전반적으로 낮은 범위의 생물다양성을 나타낸 것으로 볼 수 있었다(Fig. 3).

밀도의 경우, 선도리(정선 2)와 다사리(정선 3)가 높고, 유 부도 동측(정선 6)의 것이 가장 낮은 것으로 나타났다. 생체량 은 다사리(정선 3)와 유부도 서측(정선 5)이 높고 도둔리(정선 1), 선도리(정선 2)의 것이 낮은 것으로 나타났다.

앞서 DO의 평균 농도가 저산소 기준치 이하로 나타난 송 림리(정선 4)와 유부도 동측(정선 6)의 군집 패러미터는 모두 Table 1. Distribution of surface sediment textural parameters, organic matter contents and pore water characteristics along each survey

areas in Geum Estuary tidal flats (average and standard deviation).

Survey areas

Mean

grain size Sorting Gravel Sand Mud COD IL AVS Water content

Water

temperature Salinity DO

(

ϕ

) (

ϕ

) (%) (%) (%) (mg/g) (%) (mg/g) (%) (℃) (psu) (㎎/l)

Dodun-ri

(Line 1) 4.2±0.8 1.7±0.1 0.00±0.00 49.9±16.8 50.1±16.8 4.13±1.00 2.6±0.8 0.005±0.008 34.8±8.8 17.6±1.7 26.6±2.6 3.9±1.3 Seondo-ri

(Line 2) 1.9±0.1 0.8±0.2 0.00±0.00 95.8±4.0 4.2±4.0 1.88±0.20 0.8±0.2 0.000±0.000 21.8±1.6 18.8±0.7 26.5±1.4 3.7±1.7 Dasa-ri

(Line 3) 3.5±0.5 1.4±0.4 0.07±0.12 71.3±14.1 28.6±14.1 2.71±0.79 2.1±0.7 0.004±0.003 29.1±4.2 18.6±1.8 25.1±4.2 5.4±3.6 Songlim-ri

(Line 4) 3.6±1.1 1.3±0.4 0.09±0.14 67.1±24.0 32.9±24.0 2.81±1.39 1.8±0.8 0.008±0.011 27.2±5.2 21.1±1.5 22.8±2.8 1.9±0.8 West side of Yubu Isalnd

(Line 5) 2.7±0.5 0.7±0.4 0.00±0.00 93.5±10.7 6.5±10.7 1.04±0.84 1.2±0.5 0.002±0.006 26.4±4.1 19.4±1.0 15.5±3.7 3.8±1.0 East side of Yubu Isalnd

(Line 6) 3.4±1.0 1.4±0.5 0.00±0.00 69.6±24.8 30.4±24.8 4.19±2.60 2.3±1.7 0.003±0.004 28.2±9.4 16.2±2.0 20.9±6.7 2.8±2.2 Total 3.2±1.0 1.2±0.5 0.03±0.08 75.5±22.1 24.5±22.1 2.69±1.66 1.8±1.0 0.004±0.006 27.9±6.6 18.7±2.0 22.5±5.6 3.7±2.2

※ AVS(Acid Volatile Sulfide), COD(Chemical Oxygen demand), IL(Ignition Loss), DO(Dissolved oxygen)

Fig. 2. The number of species, abundance and biomass of major benthic invertebrate taxa in Geum Estuary tidal flats.

낮은 수준을 나타내었으며, 선도리(정선 2)와 다사리(정선 3) 그리고 유부도 서측(정선 5) 저서생물 군집 패러미터가 높은 수준인 것으로 나타났다(Fig. 3).

Fig. 3. The spatial variations of benthic invertebrate community

parameters in Geum Estuary tidal flats.

3.3 군집 패러미터 조절 요인

각 패러미터와 환경 요인 간의 관계를 추정하는 데에 있어 설명력이 높은 반면 과대적합 가능성이 낮은 모형을 선택하기 위하여 분석한 결과를 제시하였다(Table 2). 생물다양성(출현 종수)은 예상대로 모형의 결정계수(R²)는 변수의 개수 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 결정계수에 근거하면 6개 의 환경요인이 포함된 변수가 선택될 수 있으나 모형 내 예측 변수의 개수를 고려하여 계산되는 조정 결정계수(adjusted R²) 는 예측변수 2개를 초과하면서 감소하였고 염분과 분급도가 포함된 모형이 가장 양호함(16.8)을 나타내었다. 반면 모형의 예측력을 나타내는 예측 결정계수(predicted R²)는 분급도 1개 변수로 구성된 모형에서 높은 값(5.8)을 보였다. 한편 Mallow’s Cp는 추정 값이 모형의 예측변수 개수+1에 가까운 모형을 선정하도록 되어 있는데 이에 근거하면 위 2개의 모형 가운데 분급도가 포함된 모형을 선택할 수 있었다. Table 3에 제시된 회귀분석 결과에서 분급도와 이것이 포함된 선형모형 은 유의한 것으로 나타났다.

대수변환 된 밀도의 경우 조정 결정계수는 3개의 변수가 포 함된 모형이 가장 양호하였으나 예측 결정계수가 모두 0으로 추정되어 과대적합의 가능성이 큰 것으로 나타났다. Mallow’s Cp에 근거하면 위의 모형보다 염분과 온도가 각각 1개 예측변 수로 포함된 모형이 양호하였으나 결정계수가 유의수준 아래

Table 2. Selection of environmental factors related with spatial variation of benthic invertebrate community parameters in Geum Estuary

tidal flats.

Vars R-Sq R-Sq R-Sq Mallow's

S DO Salinity Water

temperature Sorting Gravel AVS

(adj) (pred) Cp

Response: species　　

1 17.2 14.6 5.8 0.3 6.66 X 　

1 7.7 4.8 0 3.8 7.03 X 　

2 21.8 16.8 4.2 0.6 6.58 X X 　

2 20.8 15.7 5.4 1 6.62 X X 　

3 23.6 16 0 2 6.61 X X X 　

3 23.1 15.4 0 2.2 6.63 X X X 　

4 25 14.6 0 3.5 6.66 X X X X 　

4 24.9 14.5 0 3.5 6.67 X X X X

5 25.9 12.6 0 5.2 6.74 X X X X X

5 25.7 12.4 0 5.2 6.75 X X X X X

6 26.3 9.9 0 7 6.84 X X X X X X

Response: log-transformed abundance

1 3.2 0.2 0 0.8 0.37 X 　

1 3.2 0.2 0 0.8 0.37 X 　

2 7.7 1.7 0 1.3 0.37 X X 　

2 7.5 1.6 0 1.4 0.37 X X 　

3 13.5 4.8 0 1.5 0.36 X X X 　

3 10.7 1.8 0 2.4 0.37 X X X 　

4 14.4 2.6 0 3.2 0.37 X X X X 　

4 14.2 2.3 0 3.3 0.37 X X X X 　

5 15 0 0 5 0.37 X X X X X 　

5 14.4 0 0 5.2 0.38 X X X X X

6 15.1 0 0 7 0.38 X X X X X X

인 것으로 나타나 주어진 환경요인 조합으로는 대수변환 된 밀도를 설명하기 어려운 것으로 판단하였다(Table 2).

대수변환 된 생체량의 경우 결정계수의 범위가 다른 패러 미터에 비해 높은 것으로 나타났다. 조정 결정계수에 근거 하면 DO와 분급도가 포함된 모형이 적절하였으나, 예측 결정계수는 DO와 염분이 포함된 모형이 보다 적절함을 지

시하였다. 이들 2개 모형 가운데, Mallow’s Cp에 근거하면 후자가 가장 양호한 것으로 판단할 수 있었다(Table 2). 선 택된 모형에 대한 적합 결과(Table 3), 염분의 효과는 유의 하지 않았으며, DO는 p-value=0.003, 그리고 두가지 요인 이 포함된 모형 역시 p-value 0.010 수준에서 유의한 것으 로 추정되었다.

Table 2. Continued

Vars R-Sq R-Sq R-Sq Mallow's

S DO Salinity Water

temperature Sorting Gravel AVS

(adj) (pred) Cp

Response: log-transformed biomass

1 21.8 19.4 13.3 2.6 0.59 X 　

1 13.7 11 2.7 6 0.62 X 　

2 29.2 24.6 13.6 1.5 0.57 X X 　

2 25.8 21 14.6 2.9 0.58 X X 　

3 30.9 24 12 2.8 0.57 X X X

3 30.6 23.7 11.9 2.9 0.57 X X X 　

4 32.6 23.2 11.1 4.1 0.57 X X X X

4 32 22.7 9.4 4.3 0.57 X X X X

5 34 22.2 8.6 5.5 0.58 X X X X X

5 33.3 21.4 7.4 5.8 0.58 X X X X X

6 35.2 20.8 6.6 7 0.58 X X X X X X

Table 3. The estimation results and summary of regression models explaining spatial variation of benthic invertebrate community

parameters in Geum Estuary tidal flats.

Analysis of Variance: species

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-value

Regression 1 295.3 295.31 6.65 0.015

Sorting 1 295.3 295.31 6.65 0.015

Error 32 1420.2 44.38 　

Total 33 1715.5 　

　 　

Coefficients 　

Term Coef SE Coef T-value P-Value VIF

Constant 17.58 1.15 15.31 0.000 　

Sorting -4.81 1.87 -2.58 0.015 1.00

Analysis of Variance: biomass

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-value

Regression 2 3.6307 1.81533 5.38 0.010

DO 1 3.6090 3.60903 10.7 0.003

Salinity 1 0.5560 0.55602 1.65 0.209

Error 31 10.4578 0.33735 　

Lack-of-Fit 30 10.4507 0.34836 48.62 0.113

Pure Error 1 0.0072 0.00716 　

Total 33 14.0885 　

　 　

Coefficients 　

Term Coef SE Coef T-value P-Value VIF

Constant 2.437 0.157 15.54 0.000 　

DO 0.695 0.213 3.27 0.003 1.11

Salinity -0.261 0.203 -1.28 0.209 1.11

3.4 군집의 분류 및 특성 파악

금강하구 갯벌의 군집 분포양상 파악을 위해 집괴분석 (cluster analysis)을 실시한 결과, 크게 두 개의 군집으로 구별 되었다. 다차원척도법(MDS, multidimensional scaling) 산포 도에서도 두 개 군집 간 구분 양상은 뚜렷하였는데, 군집 내 정선 간 구분되는 양상, 예를 들어 A 군집 내 정선 1과 4 그리 고 6 간 오른쪽에서 왼쪽으로 배열되는 것을 관찰할 수 있었 으며, 이는 B 군집에서도 마찬가지였다(Fig. 4).

BIO-ENV 분석을 통해 MDS의 객체(정점 표본) 산포 양상 과 상관성이 높은 것으로 제시된 환경요인은 Table 4와 같다.

복수의 조합에서는 모래함량과 분급도가 가장 상관관계가 높 은 것으로 나타났으며, 여기에 AVS와 함수량 등 2개의 환경

Table 4. Single and combinations of environment variables

showing high correlation with distribution of invertebrate communities in Geum Estuary tidal flats.

Var Corr. Variable combination

2 0.500 Sand, Sorting

4 0.497 Sand, Sorting, AVS, Moisture content 3 0.497 Sand, Sorting, Moisture content 2 0.464 Sorting, AVS

1 0.464 Sorting

1 0.383 Sand

1 0.271 DO

1 0.230 Water temperature

Fig. 4. Dendrogram of hierarchical clustering (upper) and 2-dimensional MDS configuration (lower) using group average linkage by

Bray-Curtis similarities calculated on the log(X+1) tranformed abundance data in Geum Estuary tidal flats.

요인이 추가된 조합의 경우에는 상관관계가 오히려 낮아졌 다. 개별적인 변수들의 설명력을 비교한 결과, 분급도가 가 장 상관성이 높았으며, 모래함량과 DO 그리고 온도 등의 순서대로 상관계수가 낮아졌다. 상관관계가 높은 것으로 추 정된 개별 인자들의 구성에 근거하면, 군집의 분포에서 중 요한 영향력을 갖는 요인들의 조합은 모래함량과 분급도 등과 연관된 퇴적물 특성인 것으로 볼 수 있었다. 이 같은 결과는 국내 연안과 갯벌에서 행해진 대형저서동물 군집 분포 조절 인자 관련 기존 연구들(Hong and Yoo, 1996;

Yoo and Hong, 1996; Hong et al., 1999)과 일맥상통하 는 것이다. 따라서 퇴적물 특성은 본 조사 대상 갯벌에서 도, 앞서 생물 다양성으로 표현된 군집 구조와 함께, 대형 저서동물 군집 생물상이 나타내는 변동을 우세하게 설명하 는 요인으로 작용하였다고 할 수 있겠다.

Fig. 4와 5에서 제시한 군집 분석 결과를 살펴보면, A 군집 은 서천군 도둔리 갯벌(정선 1)과 다사리 갯벌의 상부에서 중 부까지 정점(정선 3), 송림리 갯벌(정선 4) 및 유부도 동측 갯 벌(정선 6)을 포함하며 총 19개의 정점으로 구성되었다. 군집 내 총 출현종수는 97종(총 채집면적, 0.95㎡), 정점 당 평균 출현종수는 15±5 종/0.05㎡, 서식밀도는 1,064±1,382 개체 /㎡, 생체량은 113.7±75.1 g/㎡이었다(Table 5). B 군집은 서 천군 선도리 갯벌(정선 2)과 다사리 갯벌의 중부에서 하부까지 정점(정선 3) 및 유부도 서측 갯벌 (정선 5) 등에서 주로 조간대 중부, 하부 정점을 포함하고 있으며 모두 12개의 정점으로 구성 되었다(Fig. 4와 5). 군집 내 총 출현종수는 98종(총 채집면적, 0.60㎡), 정점 당 평균 출현종수는 25±5 종/0.05㎡, 서식밀도 는 2,388±1,005 개체/㎡ 그리고 생체량은 1,061.3±1,094.0 g/

㎡로 A 군집과 비교하여 총 출현종수는 유사하나 채집 면적을

고려할 때 B 군집이 탁월한 것으로 볼 수 있었으며, 나머지 패 러미터 역시 B 군집의 것이 A 군집의 것에 비해 약 2배에서 10배 가량 다양하고 풍부한 특징을 보였다(Table 5).

이와 같은 차이를 유발한 요인을 그룹 간 평균으로 비교하 고 차이의 유의성을 검정한 결과를 Table 5에 제시하였다. 비 모수적 검정 결과에서 p-value<0.001 수준의 유의한 차이를 나타낸 환경 요인은 모래함량, 분급도 그리고 AVS였다. 함수 율과 용존산소는 p-value<0.05 수준의 유의성을 나타내었으 며, BIO-ENV의 개별적 요인으로 리스트에 포함된 온도의 중 위수는 유의한 차이와는 거리가 있었다. 본 연구는 실험적 디 자인의 적용을 통한 원인의 입증보다는 공간적 분포와 관련된 유력 요인들의 기술 차원에서 접근한 것으로 원인 요인보다는 상관성 높은 인자를 찾아내는 데에 1차적인 목적을 둔 것이다.

군집 간 환경 비교의 차원에서는 AVS 역시 유력한 조절 인자 의 가능성을 시사하였고, 함수율과 DO 효과 역시 유력할 수 있음을 나타내었는데, 실제 퇴적물 특성을 제외한 나머지 요인 들 가운데 생물에 영향을 미칠 수 있는 기준을 넘어선 요인은 DO가 유일한 것으로 볼 수 있었다.

SIMPER 분석으로부터 도출된 두 군집을 특징짓는 종 리스 트는 Table 5와 같다. Table 5에서 제시한 특징종은 각 군집 내에서 높은 우점율을 나타낸 종들이며, 이들 가운데 버들갯지 렁이류

Mediomastus californiensis

는 두 군집에서 서식밀도와 빈도에서 차이를 나타내긴 하였으나 그 차이는 크지 않은 것 으로 볼 수 있었다. 이 종을 제외한 나머지 종들을 대상으로 밀 도와 빈도에서 높은 비중을 나타낸 종들을 선정하면 A 군집은 칠게-고리버들갯지렁이 군집(

Macrophthalmus-Heteromastus

community), B 군집은 달걀얼굴갯지렁이류

Spio martinensis

, 볼록손모래무지옆새우사촌(

Urothoe convexa

)과 일곱가시긴뿔

Fig. 5. Geographical distribution of benthic invertebrate communities in Geum Estuary tidal flats.

옆새우(

Mandibulophoxus mai

) 등의 출현에 근거하여 달걀얼 굴갯지렁이류-단각류 군집(

Spio

-

Urothoe

-

Mandibulophoxus

community) 등으로 명명이 가능하다. 후자의 경우, 단각류 두 특징종 이외에도 단각류 왕큰앞손옆새우류(

Grandidierella minima

), 네모손멜리타옆새우(

Melita koreana

), 뾰족뿔붙은눈 옆새우(

Monoculodes koreanus

), 볼록눈이형꼬리다리옆새우 (

Photis longicaudata

) 등이 우점하여 군집명을 단각류로 통칭 해도 큰 무리는 없을 것으로 판단된다.

금강하구 갯벌은, 앞서 서론에서 언급한 바와 같이, 철새 기 착지로 잘 알려져 있다. 본 연구를 통해 식별된 달걀얼굴갯지 렁이류-단각류 군집(조사 정점에 근거하여 금강하구 갯벌의 약 1/3을 차지하는 것으로 추정)은 생물다양성 뿐만 아니라 물새에게 전달될 수 있는 에너지량이라 할 수 있는 생체량 측 면에서도 그 평균 값이 우리나라 갯벌생태등급도(해양수산부, 2014), 코어 채집 표본의 사질 퇴적상 하부 서식처 1등급 기준 (1,072.36 g/㎡)에 육박하였다. 본 조사로부터 추정된 군집 생 체량의 68% 신뢰구간 상한 범위를 2,155 g/㎡으로 추정하면 이 지역 얼굴갯지렁이-단각류 군집의 상당수 표본이 1등급에 해당하는 것으로 추정할 수 있었다. 따라서 우리나라 갯벌 전 체와 비교해서도 생태학적 특징과 생태계서비스 측면에서 그 중요성이 매우 높은 곳이라 할 수 있다. 추후 이 지역 갯벌의 달걀얼굴갯지렁이류-단각류 군집의 변동성을 이해하고 조절 요인에 대한 보다 정밀한 연구를 통해 위협요인 탐색과 보전

및 관리 방안을 수립해 나가야 할 것이다.

4. 결 론

서천 및 유부도 일대 갯벌은 서해안 일대 새만금 매립 후 남은 유일한 하구 갯벌로서 가장 많은 철새들이 도래하고 있 다. 가을철 이주기간에 철새의 중요한 먹이원이 되는 저서성무 척추동물의 서식 현황 및 군집 특성을 파악하기 위해 2014년 10월 금강하구의 6개소 갯벌에서 6개의 조사 정선과 34개의 조사 정점을 대상으로 조사를 수행하였다. 그 결과, 저서성무 척추동물 총 출현종수는 147 종/1.7㎡, 평균 서식밀도와 생체 량은 각각 1,772 개체/㎡와 445.1 g/㎡로 나타났다.

출현 종과 서식밀도 자료를 기초로 한 각 정점 간 상호 유사도 분석 결과, 저서성무척추동물 군집은 크게 2개의 군집으로 구분되었다. A 군집은 칠게-고리버들갯지렁이 군집(

Macrophthalmus-Heteromastus

community)으로 주 로 조간대 상부와 중부 정점들로 구성되었고, 도둔리(정선 1), 송림리(정선 4), 유부도 동측(정선 6)의 모든 정점들이 포함되었다. B 군집은 달걀얼굴갯지렁이류-단각류 군집 (

Spio

-

Urothoe

-

Mandibulophoxus

community)으로 모래 함량이 평균 91.9%를 보이는 퇴적 특성을 보이는 선도리 (정선 2), 다사리(정선 3), 유부도 서측(정선 6)의 중부와 하부 정점이 B 군집에 포함되었다. B 군집은 A 군집에 비하 Table 5. Biological/environmental properties (average and standard deviation) and characteristic species of the two major communities

suggested from the cluster analysis

Group A

(

Macrophthalmus-Heteromastus

community)

Group B

(

Spio-Urothoe-Mandibulophoxus

community)

Number of stations 19 12

Total number of species 97 spp./0.95㎡ 98 spp./0.60㎡

Species (/0.05㎡) 15±5 25±4

Abundance (ind./㎡) 1,064±1,382 2,388±1,005

Biomass (g/㎡) 113.7±75.1 1,061.3±1,094.0

Water temperature (℃) 18.1±2.3 19.3±1.0

DO (mg/L)* 2.9±1.6 5.2±2.4

AVS (mg/g)*** 0.0063±0.0070 0.0002±0.0006

Moisture content (%)* 30.5±7.0 25.3±4.5

Sand (%)*** 62.0±16.8 91.9±11.8

Sorting (

Ø

)*** 1.5±0.3 0.7±0.2

Characteristic species by SIMPER analysis

Scientific Name Abundance (ind./㎡)

Frequency

(%) Scientific Name Abundance

(ind./㎡)

Frequency (%)

Macrophthalmus japonicus

93 95

Mediomastus californiensis

170 92

Mediomastus californiensis

185 84

Spio martinensis

78 92

Heteromastus filiformis

149 79

Micrura

spp. 53 83

Armandia lanceolata

40 67

Urothoe convexa

233 58

Mandibulophoxus mai

58 93

Lineus

spp. 25 58

Macrophthalmus abbreviatus

20 58

Scoloplos armiger

30 58

여 평균 출현종수, 서식밀도, 생체량 등이 월등히 높은 것으 로 나타났다. BIO-ENV 분석 결과, 금강하구 갯벌의 저서성 무척추동물 군집은 퇴적환경 변수인 모래함량과 분급도 조합 에 의한 영향을 가장 크게 받는 것으로 나타났다.

갯벌의 풍부한 생물량은 철새 뿐 아니라 이를 이용하는 상 위 영양단계 생물의 개체군이 유지되는데 있어 매우 중요하다.

본 연구에서 공극수 DO는 금강하구 갯벌의 저서생물 군집 생 물량에 영향을 미치는 중요한 환경변수로 나타났다. 그동안 우 리나라 갯벌 연구에서 공극수 DO가 갯벌 생태계에 영향을 미 치는 중요한 환경변수로 나타난 연구 결과는 거의 없었다. A 군집은 평균 DO 농도가 2.9 mg/L로 저산소에 해당하는 수준 을 보였으며, B 군집은 5.2 mg/L로 높은 수준을 보였다.

향후 금강하구 갯벌에서 철새의 섭식지 이용 면적과 개체군 별 에너지 요구량 및 섭취량 산정에 대한 연구가 필요하며, 본 연구는 습지보호지역 및 람사르 습지인 금강하구 일대 야생생 물 서식지 관리 방안 수립에 과학적 근거 자료로 활용될 수 있 을 것이다.

사 사

본 연구는 국립생태원 기초생태연구사업(2014)의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.

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