Recently, Korean government has introduced Multi Metric Indices (MMI) using various biocommunity information for aquatic ecosystem monitoring and ecosystem health assessment at the national level. MMI is a key tool in national ecosystem health assessment programs. The MMI consists of indices that respond to different target environmental factors, including environmental disturbance (e.g. nutrients, hydrological and hydraulic situation of site etc.). We used zooplankton community information collected from Korean lakes to estimate the availability of candidate zooplankton MMI indices that can be used to assess lake ecosystem health. First, we modified the candidate indices proposed by the U.S. EPA to suit Korean conditions. The modified indices were subjected to individual index suitability analysis, correlation analysis with environmental variables, and redundancy analysis among indices, and 19 indices were finally selected. Taxonomic diversity was suggested to be an important indicator for all three taxonomic groups (cladoceran, copepod, rotifer), on the other hand, the indices using biomass for large cladocerans and copepods, while the indices using abundance were suggested for small cladocerans and rotifers.

In stream ecosystem assessment, RIVPACS, which makes a simple but clear evaluation based on macroinvertebrate community, is widely used. In this study, a preliminary study was conducted to develop a RIVPACS-type model suitable for Korean streams nationwide. Reference streams were classified into two types (upstream and downstream), and a prediction model for macroinvertebrates was developed based on each family. A model for upstream was divided into 7 (train): 3 (test), and that for downstream was made using a leave-one-out method. Variables for the models were selected by non-metric multidimensional scaling, and seven variables were chosen, including elevation, slope, annual average temperature, stream width, forest ratio in land use, riffle ratio in hydrological characteristics, and boulder ratio in substrate composition. Stream order classified 3,224 sites as upstream and downstream, and community compositions of sites were predicted. The prediction was conducted for 30 macroinvertebrate families. Expected (E) and observed fauna (O) were compared using an ASPT biotic index, which is computed by dividing the BMWPK score into the number of families in a community. EQR values (i.e. O/E) for ASPT were used to assess stream condition. Lastly, we compared EQR to BMI, an index that is commonly used in the assessment. In the results, the average observed ASPT was 4.82 (±2.04 SD) and the expected one was 6.30 (±0.79 SD), and the expected ASPT was higher than the observed one. In the comparison between EQR and BMI index, EQR generally showed a higher value than the BMI index.

The community temperature index (CTI) reflects the temperature and environmental preferences of the community. We investigated the distribution patterns of major aquatic insect assemblages (Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera; EPT) based on CTI in streams of South Korea. We selected unpolluted 151 study sites at upper streams (less than 3rd) with less than 1.5 mg L-1 of biochemical oxygen demand. Study sites were clustered into six groups based on the similarities of their EPT composition. All three orders showed a continuous decrease in the number of species as CTI increased, especially in Plecoptera. In addition, the functional feeding groups were also significantly changed according the CTI changes. Temperature tolerance range of each group’s indicator species varied according to the CTI of the group. Finally, changes of CTI reflected differences of EPT assemblages according to the differences of environmental condition including temperature. Therefore, CTI can be applied to the evaluation and preservation of stream ecosystems and prediction of community changes due to climate change.

Sampling gears for collecting fish are diverse, and the community of fish varies according to the selection and characteristics of the sampling gears. The present study compared the characteristics of fish communities in Yedang reservoir using four sampling gears (kick net, cast net, gill net, and fyke net). The kick net and cast net were inefficient in collecting the number of individuals. However, they increased the species diversity of fish inhabiting the waterfront. Although not many individuals were collected, the gill net mainly collected large fish. The largest number of individuals was collected in the fyke net, and the dominance was high due to the high species selectivity. Through Self-Organizing Map (SOM) analysis, large fish were collected in the gill net, whereas small fish were collected in the fyke net. The characteristics and efficiency of the fish differed depending on the sampling gears. It is expected that researchers will need to use it appropriately according to the characteristics of the sampling gears when investigating the fish community.

Through sample-size-based rarefaction analyses, we tried to suggest the appropriate degree of sample concentration and sub-sample extraction, as a way to estimate more accurate zooplankton species diversity when assessing biodiversity. When we collected zooplankton from three reservoirs with different environmental characteristics, the estimated species richness (S) and Shannon’s Hʹ values showed different changing patterns according to the amount of sub-sample extracted from the whole sample by reservoir. However, consequently, their zooplankton diversity indices were estimated the highest values when analyzed by extracting the largest amount of sub-sample. As a result of rarefaction analysis about sample coverage, in the case of deep eutrophic reservoir (Juam) with high zooplankton species and individual numbers, it was analyzed that 99.8% of the whole samples were represented by only 1 mL of sub-sample based on 100 mL of concentrated samples. On the other hand, in Soyang reservoir, which showed very small species and individual numbers, a relatively low representation at 97% when 10 mL of sub-sample was extracted from the same amount of concentrated sample. As such, the representation of sub-sample for the whole zooplankton sample varies depending on the individual density in the sample collected from the field. If the degree of concentration of samples and the amount of subsample extraction are adjusted according to the collected individual density, it is believed that errors that occur when comparing the number of species and diversity indices among different water bodies can be minimized.

Interactions between species in a community are very complex, and they are visualized and analyzed through a food web in simple way. Food web is a network of species connected by trophic links showing energy flow from prey to predator. Various models were developed to characterize the food web in ecosystems. In this study, we classified food web models to static models such as Ecopath and dynamic models such as AQUATOX. We presented characteristics of several different types of food web models in each category, and reviewed their applications used in aquatic ecosystems. Finally, we presented issues to be considered to develop food web models.

The macroinvertebrate community in the Singal reservoir, Yedang and Juam lake was investigated three times from April 2021 to October 2021. Each lake was investigated by dividing it into inflow, middleflow, and outflow. Additionally, sampling was conducted again by dividing it into the edge and center parts at each inflow, middle-flow, and outflow. Eight families of benthic macroinvertebrates were collected except for chironomids in the sampling sites. Dominant macroinvertebrates were investigated as chironomids, and Tubificidae was sub-dominant organisms. The density of macroinvertebrate community was higher in the edge area than in the center bottom of the lakes. The density of chironomids was low when the water level was high but was high when the water level was low. In the edge area of the middle-flow in Singal reservoir, the density of chironomids was 1,208 ind. m-2 in April when the water level was high, but it increased to 1,401 ind. m-2 in July when the water level was low. Similarly, the density of chironomids at the outflow of Yedang lake was high (1,990 ind. m-2) in July when the water level was low. The density of chironomids also decreased along with the increasing water level at all edge areas of Juam lake. These results indicated that it will be necessary to consider the water level when studying macroinvertebrate communities in the lake.

In this study, 46 reservoirs in South Korea were characterized based on heavy metal concentration in sediments. We analyzed the relationship between heavy metal concentrations, physicochemical water quality and hydromorphological factors in each reservoir. Study reservoirs were classified into five groups of reservoirs, by hierarchical cluster analysis based on the similarities of heavy metal concentration. Group 1 had the most severe sediment heavy metal contamination among the groups, whereas Groups 2 and 3 showed low levels of heavy metal contamination. Group 4 displayed high value of Ni, and Group 5 showed high contamination of Pb, Cu, Cr, Ni, and Hg. Groups 1 and 5, which had high concentration of heavy metals in sediments, showed a high density of mines in the catchment of reservoirs. Heavy metal concentration was high in reservoirs with large capacity or the ones located at higher elevation, and also highly related with number of mines in the catchment of reservoir. This study can contribute to the systematic management of sediment heavy metals in reservoirs.

Understanding the characteristics of reservoir water quality is fundamental in reservoir ecosystem management. The water quality of reservoirs is affected by various factors including hydro-morphology of reservoirs, land use/cover, and human activities in their catchments. In this study, we classified 83 major reservoirs in South Korea based on nine physicochemical factors (pH, dissolved oxygen, chemical oxygen demand, total suspended solid, total nitrogen, total phosphorus, total organic carbon, electric conductivity, and chlorophyll-a) measured for five years (2015~2019). Study reservoirs were classified into five main clusters through hierarchical cluster analysis. Each cluster reflected differences in the water quality of reservoirs as well as hydromorphological variables such as elevation, catchment area, full water level, and full storage. In particular, water quality condition was low at a low elevation with large reservoirs representing cluster I. In the comparison of eutrophication status in major reservoirs in South Korea using the Korean trophic state index, in some reservoirs including cluster IV composed of lagoons, the eutrophication was improved compared to 2004~2008. However, eutrophication status has been more impaired in most agricultural reservoirs in clusters I, III, and V than past. Therefore, more attention is needed to improve the water quality of these reservoirs.

동물플랑크톤 군집 연구에 DNA 바코딩과 같은 DNA 분 석 기법의 적용은 분류형태학을 기반으로 하는 전통적인 종 동정 시 발생할 수 있는 문제 (e.g. 개체의 표현형 가소성에 의한 오동정, 유사종 및 자매종, 유생 시기의 종 동정의 어려움)를 보완할 수 있다. 최근 DNA 시퀀싱 기술의 발전으로 다양한 수생태계의 동물플랑크톤 군집은 물론, 육안 및 현미경을 통해 구분하는 데 한계가 있는 동물플랑크톤의 위 내용물에 대한 DNA 기반 군집 분석 또한 가능하게 되었으며, 이는 동물플랑크톤의 섭식 먹이원 분석을 통한 생물학적 상호 작용을 이해를 돕는다. 본 논문은 동물플랑크톤 연구에 DNA 분석 기법이 활용된 사례 (e.g. DNA 바코딩을 이용한 계통분 류학적 연구, 메타바코딩을 이용한 군집 분석, 위 내용물 분석)를 소개하고 분석 방법을 요약하여, 최종적으로 향후 이를 활용하고자 하는 연구자들에게 연구 접근성을 높일 수 있도록 방법론적인 기초 지식을 제공하고자 하였다.

국내 생태계의 환경유전자 적용도 가속화되고 있으나 생산된 데이터를 처리하고 분석하는데 한계를 느끼고 있으며, 분석 생산된 생물데이터의 신뢰성에 대한 의구심이 제기되기도 하고 시료 매체 (대상 시료, 물, 공기, 퇴적물, 위내용물, 분변 등) 간의 방법에 따른 차이와 분석 방법의 정량화와 개선 등이 필요한 상태이기도 하다. 따라서 국내 생태계의 환경 유전자를 활용한 생물다양성 연구의 신뢰성과 정확성을 확보하기 위해서는 생태분류학으로 축적된 데이터베이스를 적 극적으로 활용하여 검증 절차를 거치고, 유전자 서열 분석으로 높아진 데이터의 해상력을 전문가들이 검증하는 과정이 반드시 필요하다. 환경유전자 연구는 분자생물학적인 기술 적용으로만 해결될 수 없으며, 생산된 데이터의 신뢰성을 확보하기 위한 생태-분류-유전학-인포메틱스 등 학제 간의 연구 협력이 중요하며, 다양한 매체를 다루는 연구자들이 함께 접근할 수 있는 정보 공유 플랫폼이 절실한 분야이며, 발전의 속도도 급격하게 진행될 것이고 축적되는 데이터는 수년 내에 빅테이터로서 성장할 수 있을 것으로 기대된다.

국내 멸종위기 어류 25종의 먹이원을 문헌 조사한 결과, 먹이원은 20문, 31강, 58목, 116과, 154속으로 나타났다. 먹이원 중 가장 많은 어류가 섭식한 먹이원은 분류군에 따라 절지동물문, 곤충강, 파리목, 깔따구과로 조사되었으며, 식물류 먹이원은 돌말문, 윷돌말강, 반달돌말목, 반달돌말과로 조사되었다. 계층적 군집분석과 NMDS를 이용하여 멸종위기 어류 20종의 먹이원 유형화 결과, 어류를 주로 포식하는 충식성 어류와 식물플랑크톤을 섭식하는 어류 2가지 유형으로 나타났다. 네트워크 분석의 허브 점수가 높은 먹이원은 파리목, 하루살이목, 날도래목, 강도래목, 딱정벌 래목으로 나타났으며 식물류 먹이원 중 허브 점수가 높은 쪽배돌말목과 반달돌말목, 김발돌말목으로 조사되었다. 먹이원 폭이 큰 어류는 연준모치 (PP)와 열목어, 좀수수치, 가는돌고기, 꼬치동자개, 퉁사리, 묵잡자루, 미호종개로 Bi 지수 값이 0.3 이상으로 조사되어 다양한 먹이를 먹는 것으 로 조사되었다. 반면, 금강모치, 부안종개, 감돌고기, 흰수마자, 다묵장어, 돌상어, 얼룩새코미꾸리, 북방종개는 Bi 지수 값이 0.1 이하로 조사되어 먹이원 다양성이 낮게 조사되었다.

유사한 시기에 조사된 다른 위도의 저서성대형무척추동물 군집 구조의 시공간적 차이를 비교한 결과, 평창 조사지역에서는 3문 5강 12목 44과 69분류군 13,042개체, 완도 조사지역에서는 4문 5강 12목 37과 52분류군 8,887개체가 채집되었다. 평창이 완도보다 다양도와 균등도 또한 높게 나타났다. 우점종은 평창에서는 두점하루살이로 나타났고, 완도에서는 길쭉하루살이로 서로 달랐다. 집괴 분석 결과 평창과 완도 조사지역의 군집 특성이 명확하게 나누어졌으며 지역 내에서는 대체로 계절성의 영향이 컸다. 지표종 분석에서는 총 4종의 지표종이 선정되었으며 대체로 해당 조사시기 및 지점에만 나타난 종이 선정되었다. 기능적 군집으로는 주워 먹는 무리인 깔따구류를 제외하였을 때 평창 조사지점에서는 긁어먹는 무리가 가장 많았다. 완도 조사지점에서는 주워 먹는 무리가 가장 많았으며 평창 조사지역에 비해 걸러먹는 무리의 비율이 더 높았다. 군집 온도지수 산출 결과 평창이 9.8℃, 완도가 11.0℃으로 평창의 군집이 더 낮은 온도를 선호하는 것으로 나타났다. 이는 서식지 온도 특성이 저서성대 형무척추동물 군집 구성에 크게 영향을 미치고 있음을 반영해 주었다.

호소 생태계에 대한 생물측정망 조사 및 평가지침은 동물플랑크톤 조사의 편의성을 고려하여 출현 종 수와 개체 군밀도, 군집 지수 등을 상대적으로 비교하기 위해 수심 5 m 이하의 얕은 호소-수변부에서 사선끌기, 수심 20 m 이상 호소-전수심 수직끌기, 그 이상의 깊은 호소-20 m까지의 수심을 대상으로 한 수직끌기를 제시하고 있다. 본 연구에 서는 지침에서 제시하는 방법 중 사선끌기법과 20 m 수직 끌기법을 각각 전수심을 대상으로 한 조사 방법과 비교하여 동물플랑크톤 군집 정보의 차이 및 특성에 대해 분석 하였다. 군집 지수의 경우 수심이 얕은 호수에서의 사선끌 기법/수직끌기법 비교에서는 차이를 보이지 않은 반면, 수 심이 깊은 호소에서는 끌기 수심을 20 m로 제한할 경우보다 전수심 수직끌기를 적용했을 때 다양도 및 풍부도 지수 가 상승하는 것으로 나타났다. 또한, 사선끌기 및 20 m 수직끌기를 통해 채집한 동물플랑크톤 시료로부터 표면~저층 상층부까지의 전수심을 채집 대상으로 설정한 경우보 다 약 3배 정도 높은 개체군 밀도가 계산되어, 동물플랑크톤 총 개체 밀도가 크게 과대 평가되는 것으로 나타났다. 이러한 차이는 동물플랑크톤 수직 분포 특성상 발생하는 수층별 동물플랑크톤 개체 밀도 차이 및 여과된 원수량의 차이에서 비롯된 결과로 판단되며, 이에 따라 호소를 대변 하여 수체 간 또는 수체 내 변동을 보다 정확히 파악하고 호 내 2차 생산과 관련한 기능적 정량 지표로서 동물플랑크톤 군집 정보의 활용을 고려할 경우, 수심에 따른 개체 군밀도 분포와 전체 개체수 환산 시 수층별 기여율을 고려한 전수심 수직끌기 방법의 적용이 보다 적절할 것으로 분석되었다.

국내 담수 어류 12과, 28속, 45종의 먹이원을 문헌 조사 한 결과, 동물류 먹이원은 16문, 24강, 54목, 126과, 212속으로 조사되었으며 식물류 먹이원은 10문, 18강, 42목, 63과, 82속으로 나타났다. 동물류 먹이원 중 가장 많은 어류가 섭식한 먹이원은 분류군에 따라 절지동물문, 곤충강, 파리목, 깔따구과로 조사되었으며, 식물류 먹이원은 돌말문, 윷돌말강, 반달돌말목, 반달돌말과로 조사되었다. SOM을 이용하여 45종 어류의 유형화 결과, 어류를 주로 포식하는 어류와 저서무척추동물을 포식하는 어류, 동물플랑크톤을 섭식하는 어류, 식물플랑크톤을 섭식하는 어류, 잡식성 어류 5가지 유형으로 나타났다. 네트워크 분석의 허브 점수가 높은 상위 5종의 어류는 블루길, 몰개, 수수미꾸리, 남방 종개, 새코미꾸리 순으로 나타났으며 먹이원 중 허브 점수가 높은 상위 5 종류의 먹이원은 파리목, 하루살이목, 이지목, 김발돌말목, 쪽배돌말목 순으로 조사되었다.

본 연구는 우리나라 하천 내 주요 외래어류 종인 떡붕어 (Carassius cuvieri), 배스 (Micropterus salmoides), 블루길 (Lepomis macrochirus)에 대한 국내 서식 환경을 확인하고, 어류 군집에 대한 영향을 분석하였다. 해당 외래어류종은 모두 어류 종수가 많고 종다양성이 높은 곳에 주로 서식하였다. 각 외래어류의 개체수가 증가할 때, 전체 어류의 출현 종수 및 개체수는 감소하여 어류 군집에 부정적인 영향을 보여주었다. 또한 생물 연결망을 구성한 결과, 하천 내 떡붕어는 쏘가리와 우리나라 고유종인 참갈겨니, 참 중고기 등과, 배스와 블루길은 가물치 및 쏘가리와 고유종인 참중고기와 줄납자루 등과 낮은 출현 유사성을 보였다. 그리고 외래어류 3종 모두 각각의 연결망을 구성하는 다수의 어류들과 낮은 출현 유사성을 보여, 잠재적으로 외래 어류에 의한 어류 군집 내 피해 및 교란이 크게 나타날 것으로 예상되었다. 본 연구의 결과, 국내 하천생태계 내 유입된 지 50년 가까이 지난 외래어류 3종은 여전히 하천 내 어류 군집과 국내 고유종에 부정적인 영향을 미치고 있었다. 따라서 하천 내 외래어류에 대한 지속적인 모니터링과 관리가 요구된다. 차후 다양한 외래어류 및 하천생태계 내 생물분류군에 대한 통합적 연구가 수행된다면, 하천생태계 전반에 대한 외래어류의 영향 평가 및 구체적인 생물 자원 관리 방안 마련이 가능할 것이다.

본 연구에서는 간벌 이후 지표 절지동물 군집의 장기적인 변화를 확인하기 위해, 잣나무조림지에서 간벌 전후에 조사되었던 과거 지표 절지동물 군집 자료와 간벌처리 10년 후인 2018년에 채집한 군집 자료를 비교하였다. 조사지역에서는 간벌 이후 10년이 지났으나 여전히 간벌처리에 따른 서식 환경 (유기물 깊이, 지표면 식생 피도, 울폐도)의 차이가 나타났다. 2018년 조사된 절지동물 군집은 곤충강 파리목, 벌목, 딱정벌레목, 톡토기강 톡토기목, 거미강 거미목 순으로 우점하였고, 간벌처리 조건 중 강도간벌에서는 거미강 거미목, 곤충강 딱정벌레목과 벌목이, 약도간벌에 서 톡토기강 톡토기목과 곤충강 파리목이 가장 많이 나타났다. 간벌 직후인 2008년에 비해 2018년 곤충강 딱정벌레목과 파리목, 벌목, 갑각강 등각목의 개체수는 감소하였고, 곤충강 노린재목과 메뚜기목의 개체수는 증가하였다. 2018년의 지표 절지동물 군집은 간벌 이전인 2006년 군집에 비해, 간벌 직후인 2008년 군집과 유사한 것으로 나타났다. 본 연구는 지표 절지동물 군집의 변화를 조사지역 및 간벌처리 조건에 따라 나타내어, 차후 산림 내 간벌 계획 작성 또는 간벌을 이용한 산림 자원 관리에 대한 기초 자료를 제공한다. 이후로 다양한 간벌처리지 내 조사 등이 수반된 추가 연구가 수행된다면, 간벌로 인한 산림 절지동물 군집 변화를 더욱 명확하게 규명할 수 있을 것이다.

본 연구는 우리나라에서 외래종인 왕우렁이의 분포와 확산에 있어 영향을 미친 환경 및 인위적 요소를 분석하기 위해, 국내 왕우렁이 분포지역 및 관련 사회정책적 자료를 수집하여 분석하였다. 조사된 국내 왕우렁이 서식지 중 대부분은 고도 및 경사가 낮고, 농경지 인근에 위치하고 있었다. 이러한 왕우렁이 서식지의 특성은 친환경 농업이라는 인위적 활동에 의한 왕우렁이 확산 및 분포와 관련이 있는 것으로 판단된다. 우리나라에서는 왕우렁이와 관련하여 왕우렁이 농법의 국가적 장려, 왕우렁이 농법에 대한 국가 보조금 폐지, 생물다양성법 제정 등과 같은 정책적 변화와 친환경 농산물을 중시하는 웰빙 열풍 등 다양한 정책적, 사회적 사건이 발생하였다. 본 연구에서 확인한 왕우렁이의 확산 양상은 사회적 요소 중 유기농 농산물의 재배면적과 비율, 내수면 왕우렁이 생산량과 매우 유의한 상관관계를 보여, 왕우렁이 확산에 대한 인간 활동의 영향을 보여주었다. 이미 뉴트리아, 미국선녀벌레 등 많은 외래생 물종이 우리나라로 유입되고 있는 가운데, 왕우렁이와 같이 인위적 생물 확산이 반복되지 않도록 충분한 제도적 대책 보완과 함께 외래생물에 대한 범국민적 인식 제고가 필요하다.

군집지수와 FD와의 상관분석 결과 FD는 군집지수 중 Shannon 다양도와 가장 높은 상관성을 보였다. 조사지점은 환경 특성에 따라 6개의 그룹으로 나누어졌으며, 고도에 따라서 뚜렷한 차이를 보였다. 이에 따라 고도가 높은 그룹 1은 산림의 비율이 많고 좋은 수질을 보였으나 고도가 낮은 그룹 6은 수질이 양호하지 않았다. 환경 구배에 따른 조사지역 그룹과 군집지수와 FD의 연관성 분석을 위해 NMDS를 시행하였으며 그룹 1~3에서 FEve를 제외한 모든 지수가 높았다. 그룹 간의 종구성은 그룹 1~3에는 하루살이목, 날도래목, 강도래목이 높았으며, 그룹 4, 5에는 잠자리목, 딱정벌레목이 주요하게 나타났다. 생물학적 형질은 그룹 1~3에서 생식기간이 길고, 이동성이 낮은 형질 특성을 보였으며 생물의 저항력 전략을 잘 보여주었다. 반대로 그룹 4~6은 생식기간이 짧고, 이동성이 높은 회복력의 전략을 뚜렷하게 반영해 주었다. 수질의 오염도가 낮은 상류는 교란의 빈도가 적고 공간적으로 높은 이질성을 가졌으며 생물이 주로 저항성 전략을 보였으며 생물이 서식지에 오래 머무를 수 있어 기능적, 구조적 생물다양성이 높게 나타났다. 반대로 수질의 오염도가 높은 하류는 교란의 빈도가 높고 공간적으로 균질성이 높으며 생물은 주로 회복력의 전력을 보여 교란에 의해 이동하거나 회피할 수 있는 휴면기, 고치, 세포, 알 등의 독특한 형태를 갖는 반면 생물다양성은 낮게 나타났다. 본 연구를 통해 저서성 대형 무척추동물의 기능적 다양성은 수서 생태계 환경과의 관계를 잘 설명해 주었다. 따라서 생물의 형질을 이용한 기능적 다양성은 잠재적으로 수생태계 건강성 평가에 효과적으로 이용될 수 있을 것이다.