본 연구에서는 2009–2019년 기간 동안 대전시 외곽의 도심개발에 따른 인근 하천(관평천)의 상류, 중류, 하류의 구간에서 4회 조사(2009, 2010, 2016, 2019)를 통해 이화학적 수질, 어류 종 조성, 생태 건강성 특성에 대해 장기간 변화추이를 분석하였다. 본 하천지역에서 도심개발은 2008년에 이루어졌고, 2012년에는 하천복원사업이 수행되어 하천복원 전과 후의 특성변화 추이를 모니터링 하였다. 하천 생태건강도 평가를 위해 군집수준의 어류평가지수(Fish Assessment Index, FAI)를 이용하였고, 어류의 기관(Organ) 수준에서 해부학적 건강도(Necropsy-based Health Assessment Index, HAI) 분석을 실시 하였다. 이화학적 수질 분석에서는 중류(St. 2)에서 가장 낮은 탁도와 엽록소(Chl-a)가 측정되었다. 이는 빠른 유속에 의한 물리적 요인 때문으로 나타났다. 어류 조사에서는 총 18종이 채집되었고, 피라미(Zacco platypus)가 가장 우점 하는 종 (40.6%)으로 나타났다. 하천복원 직후(2016)에는 민감종(Sensitive species)과 충식종(Insectivore species)이 우점, 종 다양도 및 종 풍부도 지수 상승, 생태건강도 지수(FAI)가 상승하여 생태 건강도는 “최상상태(A: 87.5)”로 나타났으나 가장 최근 조사인 2019년에는 전 기간에 비해 악화되는 것으로 나타났다. 기관(Organ) 분석에 의거한 해부학적 건강도 지수(HAI) 분석에 따르면, 피부손상(Skin)은 상류에서, 신장 손상(Kidney)은 하류 역에서 나타났고, 간(Liver)과 아가미(Gill)의 손상은 모든 지점에서 나타나 해부학적 측면의 건강도에서도 영향을 받는 것으로 나타났다.

본 연구는 하천 내 하도 자연성이 어류 건강성에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 2008~2016년 간 한강권역의 자연사행하천과 하도정비로 직강화된 하천의 수질환경요인과 FAI를 비교 분석하였다. 하도 자연성에 따른 우점종의 출현빈도를 분석한 결과, 자연사행하천에서 민감성 및 충식성 어종이 우세한 반면, 하도 직강화 하천에서는 내성 및 잡식성 어종이 우점하는 빈도가 높은 양상을 보였다. 하도 및 저수로의 직강화로 인해 하도 자연성이 감소함에 따라 FAI가 감소하는 경향을 보였으며, 특히 생태적 어류군집구조 특성이 반영된 메트릭인 민감종수 (M3) 및 충식종의 개체수 비율 (M6)의 감소와 잡식종의 개체수 비율 (M5)의 증가가 FAI 변화에 주요요인으로 나타났다. 하도 자연성 감소에 따른 연도별 FAI 하락은 BOD, TN, TP, 전기전도도, 탁도의 증가와 높은 상관관계를 보여, 하도 및 저수로의 직강화로 인한 수질변화는 물리적 서식환경의 교란과 함께 어류 건강성에 주요 영향요인으로 판단된다.

The purpose of this study was to analyze fish communities in the Wonju stream located in Wonju-si in Gangwon-do, and to evaluate the health of the stream through past and present changes. We performed investigations four times from May 2015 to September 2016. In the survey, 5,201 individuals which belonged to 27 species and 9 families were collected. Zacco platypus was the dominant species and Pungtungia herziwas the subdominant species. Eight Korean endemic species (Acanthorhodeus gracilis, Zacco koreanus, Coreoleuciscus splendidus, Squalidus gracilis majimae, Microphysogobio yaluensis, Iksookimia koreensis, Koreocobitis rotundicaudata, Coreoperca herzi) were observed and showed a ratio of 16.54%. The fish community of dominance (0.72±0.10), diversity (1.37±0.32), evenness (0.61±0.13), and richness (1.70±0.23) were evaluated. According to our analysis of tolerance guilds, the total individual number of intermediate species was higher than the sensitive and tolerant species. As a result of the trophic guild analysis,the omnivore and insectivore species were relatively high. The value of the qualitative habitat evaluation index (QHEI) in the wonju stream was averaged 121.2 (±23.4), indicating a suboptimal condition. Stream health showed that the fish assessment index (FAI) value was an A to C grade in the Wonju stream. A correlation coefficient analysis with FAI and various factors was analysed statistically, and had a high correlation in QHEI, with the omnivore species, insectivore species, intermediate species, sensitive species, dominance, diversity, evenness, and richness.

본 연구에서는 금강 대권역에 서식하는 멸종위기 담수어류의 분포, 이들 종에 대한 화학적 지표와의 관계 및 물리적 서식지 특성을 분석하였다. 금강 대권역에 서식하는 멸종위기종의 개체수는 감돌고기(Pseudopungtungia nigra), 꾸구 리(Gobiobotia macrocephala), 돌상어(Gobiobotia brevibarba), 퉁사리(Liobagrus obesus), 미호종개(Iksookimia choii) 순으로 나타났다. 멸종위기 야생생물 I급 어류인 감돌고기는 금강 대권역 내 18개 하천에서 가장 광범위하게 분포하여, 향후 감돌고기의 I급 어종 선정에 대한 재평가가 필요한 것으로 사료되었다. 또한 초강 중권역에서 멸종위기어종이 총 4종 384개체가 채집되어 종수 및 개체수가 풍부하였다. 멸종위기어종 서식지에서 이화학적 수질내성도 분석에 따르면, 생물학적 산소요구량(BOD) 및 총인(TP)은 각각 매우 좋음(Ⅰa), 좋음(Ⅰb)으로 평가 되었으며. 암모니아성 질소(NH4+), 총질소(TN), 인산염 인(PO4-P) 등의 수질 항목도 멸종위기종 비 출현지점에 비해 훨씬 양호한 것으로 분석되었다. 한편, 미호종개의 경우 수질의 내성범위가 다른 어종에 비해서 광범위하게 나타나, 화학적 수질특성이 크게 악화되지 않을 경우 수질특성 보다는 미소서식처의 하상구조, 수리수문학적 특성 등의 물리적 서식지 조건이 더 중요한 것으로 나타났다. 또한, 멸종위기종의 분포는 1∼3차의 소형하천보다 4∼6차 대형하천에서 높게 나타났으며, 주로하천의 상류 및 중상류에 작은 무리를 이루며 서식하는 것으로 나타났다. 멸종위기종 미출현지역과 출현지역의 생태건강도 다변수 평가모델 값은 각각 21.6 “보통상태(Fair)” 및 30.5 “양호상태(Good)”로 나타나 뚜렷한 차이를 보여, 생태건강도가 잘 유지된 곳에서 멸종위기종이 잘 서식하는 것으로 나타났다. 본 연구를 요약해 보면, 감돌고기와 같은 어종의 멸종위기종 선정에 대한 재평가가 향후 필요하며, 수질오염 및 서식지교란이 가속화되고 있어 멸종위기종 에 대한 체계적인 보호 및 관리가 필요하다.

The integrative approach for ecological stream health assessments was applied to a stream ecosystem using a multi-level organization from molecular level of biomarkers to community levels of bioindicators along with analysis of physical and chemical stressors. Water quality parameters of BOD, COD, TN, and TP etc were measured and physical habitat health, based on Qualitative habitat Evaluation Index (QHEI) model were analyzed. Also, Ecological stream health model, based on index of biological integrity (IBI) by fish assemblage, was developed for regional assessments and then applied to the stream. Six metric attributes of original 11 metrics were modified for a development of the model. Biomarkers of comet assay, blood chemistry, physiological parameters, and bioindicators such as organismal-, population-, community- level parameters were evaluated in this study along with eco-toxicity tests. Some stations impaired (stressed) in terms of stream health were identified by the IBI approach and also major key stressors affecting the health were identified using BOD, TN, TP, physical habitat evaluation, and eco-toxicity tests. The assessment approach of integrative ecological stream health would be used as a key tool for ecological restorations and species conservations in the degraded stream ecosystems and applied for elucidating major causes of ecological disturbances. Ultimately, this approach provides us an effective management strategy of stream ecosystems through establishments of ecological networks in various watersheds. This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (No. 2013R1A1A4A01012939).

The objectives of this study were twofold: to analyze seasonal variation in nutrients and sestonic chlorophyll (CHL-a) in Asian lotic ecosystems, which are influenced by seasonal monsoon rains, and to evaluate multi-trophic level ecological stream health (ESH) in relation to stream morphology, land-use patterns, and water chemistry. We conducted physical, chemical, and biological surveys at 72 national streams and rivers, and at 65 reference streams. Water chemistry data indicated that ambient nutrient (N, P) levels were closely associated with land-use patterns and stream elevation, and that these, in turn, influenced both community structures of fish and stream health in general. In the watershed, total phosphorus (TP) was a key determinant of sestonic CHL-a, and the mass ratio TN:TP was determined by phosphorus (R2 = 0.63, P < 0.01) rather than nitrogen (R2 = 0.01, P > 0.05). Proportions of tolerant and omnivorous fish increased with nutrient enrichment and organic matter pollution, while proportions of sensitive and insectivorous fish decreased. The neural network modeling of a self-organizing map (SOM) suggested that clustering of trained SOM units reflected stream morphology, land-use patterns, and water chemistry, which influenced community structures and tolerances of top trophic level fish species in the ecosystem. Lotic ecosystem health, based on a multi-metric approach (MF-IBI model), was clearly demonstrated by a multivariate analysis (PCA); important factors were watershed characteristics (land-use patterns), nutrient levels (N, P), organic matter (BOD, COD) regimes, and biological components (trophic and tolerance guilds).

The study objectives were to evaluate the aquatic environment of an urban stream using various ecological parameters of biological biomarkers, physical habitat and chemical water quality and to develop a “Multi-metric Eco-Model” (Mm-E Model) for the ecosystem evaluations. The biomarkers of DNA, based on the comet assay approach of single-cell gel electrophoresis (SCGE), were analyzed using the blood samples of Zacco platypus as a target species. The condition factor (CF) as key indicators of the population evaluation indicator was analyzed along with the weight-length relation and individual abnormality. The four metrics of Qualitative Habitat Evaluation Index (QHEI) were added for the evaluations of physical habitat. In addition, the parameters of chemical water quality were used as eutrophic indicators. Our results suggested that attributes of biomarkers and bioindicators in the impacted zone (Iz) had sensitive response largely to the chemical stress (eutrophic indicators) and also partially to physical habitat quality, compared to the those in the control zone. Hereafter, applying Multimetric Eco-Model to stream ecosystem, it will be able to evaluate ecological health state.

본 연구에서는 남한강 상류수계의 10개 지점에서 생 물보전지수 (Index of Biological Integrity, IBI) 및 물리적 서식지 평가 지수 (Qualitative Habitat Evaluation Index, QHEI)를 이용하여 생태건강도 특성을 평가하였다. 생물 보전지수 조사는 Karr (1981)가 제시한 12개 항목 중 11개 메트릭에 대하여 평가하였다. 생물보전지수 등급은 “양호상태”였고, 지점별 IBI 값의 범위는 33 (악화상태)~47 (양호상태)로 나타났다. 물리적 서식지측면에서는 Plafkinet al. (1989)에 의해 도입된 서식지 평가 지수(QHEI)의 12항목 중 9개 항목에 대해 평가를 실시했으며, QHEI 값의 범위는 75~109로 나타났으며, 전체 서식지 건강도 평균치는 부분 지지상태(Partially supporting)로 나타났다. 연구지점내의 하천 비교평가에 따르면, Gj 하천의 IBI 모델 값 및 QHEI 모델 값은 타 하천들 (Ig, Dn 하천)에 비해 양호한 상태로 평가되었다. 어류의 영양단계 종 성분 분석에 따르면, 식충종, 잡식종 및 육식종은 61.9%, 19.0% 및 9.5%를 차지하는 것으로 나타났다. 어류의 내성도 길드분석에 따르면, 민감종 (76.1%)은 내성종 (4.7%)보다 우점하여 생태계가 건전한 것으로 평가되었다. 서식지 길드 분석에 따르면, 여울성 저서종(57.1%)은 수층종(28.5%)보다 우점하는 것으로 나타났다. 연구기간 동안, 외래종 및 질병에 걸리거나 비정상적인 증상을 나타내는 개체는 관측되지 않았다. 전체적으로 생태건강도 모델값(IBI) 및 서식지평가지수 모델값의 분석에 따르면 본 상류 하천지역은 생태학적으로 양호한 상태로 잘 유지되는 것으로 평가되었다.

본 연구는 생물학적 보전지수(IBI, Index of Biotic Integrity) 평가와 이화학적 수질 분석, 물리적 서식지 평가(QHEI, Qualitative habitate evaluation index)를 이용하여 하천 건강성을 평가하고자 남천의 10개 지점을 대상으로 2006년 8월과 2006년 11월, 2007년 2월, 2007년 4월까지 총 4회에 걸쳐 부착규조 조사를 실시하였다. IBI, QHEI값을 산정하기 위하여 USEPA(1999) 가 제시한 항목 중 우리나라의 환경적 특성에 맞게 수정 보안하여 사용하여 평가하였다. 남천의 하천 생태 건강도 평가 결과, IBI 등급은 '보통', QHEI등급은 '열악', BOD값에 의거한 이화학적 수질등급은 II등급 기준인 '약간좋음'으로 나타나 총체적인 하천생태계 건강도는 '보통'상태로 나타났다. 이는 수 환경에 대한 교란은 적고 생물들이 서식하기에 비교적 양호한 수질임을 시사한다. 정점별로는 St. 6과 St. 7, St. 8, St. 9는 물리적 서식지 지수가 가장 '열악'한 상태로 대부분이 하천의 흐름을 방해하는 교각이나 인공보가 곳곳에 설치되어 있으며, 하상구조가 대부분 단순화되어 있어 수생태계 심각한 교란이 예상되는 정점이다. 또한 St. 10은 전체적으로 서식 환경은 좋으나 생활하수 유입과 함께 하수종말처리장으로부터 배출되는 영양염으로 인한 수생태계의 교란을 초래할 것으로 예상되므로 추후 영양염 유입에 대한 관리가 필요한 것으로 판단된다.