Algae Volume 17(4): , 2002 국내주요호수의식물플랑크톤종조성및영양단계평가 이정호 박종근 1 김은정 2 ( 대구대학교생물교육과, 1 한국수자원공사, 2 국립환경연구원 ) Trophic States and Phytoplankton Compos

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서현 도
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1 Algae Volume 17(4): , 2002 국내주요호수의식물플랑크톤종조성및영양단계평가 이정호 박종근 1 김은정 2 ( 대구대학교생물교육과, 1 한국수자원공사, 2 국립환경연구원 ) Trophic States and Phytoplankton Compositions of Dam Lakes in Korea Jung Ho Lee, Jong Gun Park 1 and Eun Jung Kim 2 Department of Biology Education, Daegu University, Kyungbuk , 1 Korea Water Resourses Cooperation, Daejon and 2 National Environmental Research Institute, Inchon , Korea Trophic states and species compositions of phytoplankton communities of the ten dam lakes in Korea were determined in the study. Samples were collected seasonally on February, May, August and October in Total 198 phytoplankton taxa were collected and classified into 17 varieties and 181 species and belonged to 83 genera. Over all dominant species were diatoms in February. However in August blue green algae, mainly Microcystis species, dominated in almost all the lakes. The algal blooms were recorded at the Lake Paldang only in February, at two Lakes of Paldang and Kwangdong in May. However, the blooms were observed in seven lakes in August and eight lakes in October; especially the algal bloom in Lake Paldang was observed for the whole studying periods. The range of the average LTSI (Lake Trophic Status Index, Yang and Dickman 1993) in the entire study periods for the ten dam lakes was 4.1 to 8.0 and included 1 mesotrophic, 3 mesoeutrophic and 6 eutrophic lakes. Lake Andong was only a mesotrophic lake of 4.1 average LTSI value. Lake Kwangdong, Chungju and Unmun were assessed into mesoeutrophic lakes with the range of 4.9 to 5.2 LTSI value. The rest 6 lakes such as Lake Paldang, Daechung, Imha, Angye, Sayeun and Namgang were eutrophic with the LTSI over Key Words: algal bloom, dam lakes, phytoplankton, trophic states 서론효율적인수자원관리와이용을목적으로국내에는현재대청호를비롯한 10개의다목적댐저수지와 13개의용수전용댐호수가조성되어있다 ( 한국수자원공사 1996). 이와같은댐호수에의한수자원확보에는그부작용으로수질의부영양화가뒤따르게되며, 그결과식물플랑크톤의대발생에의한수화현상등으로인해원수의수질관리는물론정수공정에도많은어려움이초래되고있다 ( 이와김 1996; 이등 1998). 그러나국내주요댐호수들의영양상태및식물플랑크톤발생현황에대해서는일부호수에대한조사가개별적으로이루어져왔을뿐, 전체호수에대한개괄적인종합조사는 *Corresponding author (jungho@taegu.ac.kr) 거의이루어지지않은실정이다 ( 김과정 1993; 이와조 1994; 정 1995; 한등 1996; 장과전 1996; 이 1999). 본연구에서는국내댐호수중 10개주요호수를선정하여식물플랑크톤의종조성과수화발생현황을조사비교하고, Muti-parameter Trophic State Index 방법을이용하여각호수들의수질영양단계를평가하였다 (Yang and Dickman 1993). 특히주요식물플랑크톤출현종에대하여수질영양단계를기초로한생태형을분류하여, 향후식물플랑크톤을이용한호수수질영양단계의모니터링기법개발의기초자료로활용하고자하였다. 재료및방법조사지개황본조사는팔당호, 광동호, 충주호, 대청호, 안동호, 임하호, 운문호, 안계호, 사연호, 남강호등 10개댐호수를대상

2 276 Algae Vol. 17(4), 2002 Table 1. Limnological and geological features of ten dam lakes in Lakes Waters-hed area Surface area Lake volume Completion date Utilization (km 2 ) (km 2 ) (10+ m 3 ) (year) Kwangdong irrigation Paldang 23, , irrigation Chungju 6, , multipurpose Daechung 4, , multipurpose Andong 1, multipurpose Imha 1, multipurpose Unmun irrigation Ankye irrigation Sayeon irrigation Namkang 2, , multipurpose 법에따라시료를세정하고 Pleurax로봉입하여영구표본을제작한후현미경으로 1000배하에서동정하였다. 식물플랑크톤은정량채집한시료를 24시간이상침전시켜 ml 로농축시킨후 Sedgwick-Rafer Chamber를사용하여세포를계수하였다. 이화학적요인분석을위한시료는 Van Dorn 채수기를사용하여채수하였다. 클로로필 a는 500 ml의시료를 GF/F 유리섬유여과지로여과하여아세톤으로 24시간추출한후흡광광도계로측정하였다 ( 환경부 1996). 총질소 (TN) 는자외선흡광광도법으로측정하였고총인 (TP) 은아스코르빈산환원법으로분석하였다 ( 환경부 1996). 수온, ph 및용존산소는 YSI 6000을사용하였으며, 투명도 (SD) 는직경 30cm의 Secchi Disc를사용하여현장에서측정하였다. Fig. 1. Map showing the locations of ten dam lakes. 수질영양단계평가호수영양단계는 Yang and Dickman(1993) 의호수영양단계지수 (Lake Trophic Status Index: LTSI) 값을구하여평가하였으며이를위한관계식은다음과같다. 으로실시하였다. 조사지는 Fig. 1과같으며조사지개황은 Table 1과같다. 식물플랑크톤과환경요인분석팔당호를포함한 10개댐호수를대상으로 1998년 2월과 5 월, 8월, 10월등계절별로총 4회채집조사하였다. 식물플랑크톤과이화학적요인분석을위한모든시료는댐축인접지점의수심 10-20cm 범위의표층수를채수하였다. 식물플랑크톤채집은정량시료는 1 l용플라스틱채수병을사용하였고, 정성시료는 plankton net(rhigosha NXXX25) 를사용하였으며, 채집한시료는즉시 Lugol s solution으로고정하였다. 규조류동정은 Hendey(1974) 방 결과및고찰 Chl a TP LTSI = 1.37 In ( 1 + ) SD Chl a: Chlrophyll a (µg l 1 ) TP: Total Phosphorus (µg l 1 ) SD: Secchi Depth (m) 이화학적요인조사본조사에서나타난환경요인의변화는 Table 2와같다. 수온은최저 2.1 C에서최고 28.1 C의범위를나타냈으며, 광동호가년중평균 13.9 C로가장낮았고조사지중에서가

3 Lee et al.: Trophic States and Phytoplankton of Dam Lakes 277 Table 2. Environmental factors of ten dam lakes in Lakes Month WT( C) SD(m) ph DO(mg/l) T-N(mg/l) T-P(mg/l) N/P ratio chl a (µg/l) Kwagdong February Paldang Chungju Daechung Andong Imha Unmun Ankye Sayeon Namkang Kwagdong May Paldang Chungju Daechung Andong Imha Unmun Ankye Sayeon Namkang Kwagdong August Paldang Chungju Daechung Andong Imha Unmun Ankye Sayeon Namkang Kwagdong October Paldang Chungju Daechung Andong Imha Unmun Ankye Sayeon Namkang 장남쪽에위치한남강호가평균 19.3 C로가장높게나타났다. 투명도는대부분의호소에서 2월과 5월에높고 8월과 10 월에낮았으나, 충주호와안동호에서는 8월과 10월에오히려투명도가높게나타났다. ph는최저6.9에서최고 9.5까지의범위를보였다. 용존산소농도는전체적으로 mg l 1 의범위를보였으며특히 2월에모든댐저수지에서 11.8 mg l 1 이상의높은농도로조사되었다. 총질소는전조사지에서계절에따른일정한경향성을보이지않았으며 임하호가 5월에 mg l 1 로가장높았고충주호가 10월에 mg l 1 로가장낮았다. 본조사에서는대체적으로총질소농도가낮을때남조류가우점하고반대로총질소농도가높을때는규조류가우점하는경향을나타냈다. 이는질소농도가낮아지거나결핍될때타조류군에비해질소고정능력이있는남조류가번무하는육수학적특성에기인한결과로이해될수있다 (Schindler 1977; Horne and Goldman 1994). 총인은조사

4 278 Algae Vol. 17(4), 2002 Table 3. Seasonal change of LTSI values from ten dam lakes in Lakes February May August Ocotober Mean Kwangdong 4.0 M 2.8 OM 6.5 E 6.9 E 5.1 ME Paldang 5.9 E 7.3 E 8.4 E 9.3 E 7.7 E Chungju 4.4 ME 1.5 O 8.0 E 6.9 E 5.2 ME Daechung 5.8 E 5.3 ME 7.9 E 9.4 E 7.1 E Andong 3.3 M 4.9 ME 5.6 E 3.0 OM 4.2 M Imha 4.3 ME 7.7 E 7.5 E 9.0 E 7.1 E Unmun 2.7 OM 3.3 M 6.9 E 6.9 E 5.0 ME Ankye 6.3 E 4.6 ME 8.8 E 8.3 E 7.0 E Sayeon 6.0 E 5.1 ME 7.1 E 9.9 H 7.0 E Namkang 7.7 E 9.6 H 7.8 E 6.7 E 8.0 E *Lake trophic categories; O: Oligotrophic, OM: Oligomesotrophic, M: Mesotrophic, ME: Mesoeutrophic, E: Eutrophic, H: Hypereutrophic. 시기및호수별로차이가비교적크게나타났는데, 안동호를제외한나머지호수들은 8월과 10월에총인의농도가 2월과 5월에비해높았다. 대부분의호수에서여름철과가을철에총인의농도가증가하는것은초여름의장마철의집중강우로인해유역으로부터영양염유입이크게증가하는것이그원인으로추정된다 (Harper 1992). 호수영양단계평가본연구에서각조사대상호수의영양단계지수, 즉 1998년의 LTSI(Lake Trophic Status Index, Yang and Dickman 1993) 의년간평균값은 4.1에서 8.0의범위를보였는데, 평균 LTSI 값을기준으로 10개호수중중영양호 (mesotrophic) 1개소, 중부영양호 (mesoeutrophic) 3개소, 그리고나머지 6개소는부영양호 (eutrophic) 로평가되었다 (Table 3). 본연구에서안동호는 LTSI의년중평균값이 4.1로유일한중영양호로평가되었으며, 광동호와충주호, 운문호는평균 LTSI값이 4.9에서 5.2까지의범위를보여중부영양호였다. 나머지팔당호와대청호, 임하호, 안계호, 사연호, 남강호등6개호수는평균 LTSI값이 5.4 이상으로모두부영양호로조사되었다 (Table 3). 남강댐을제외한나머지호수들은모두 2월과 5월보다 8 월과 10월에영양단계가높게나타났다. 특히본조사에서는안동호를제외한 9개호수는고수온기인 8월에는모두대단히높은LTSI 값으로부영양단계로평가되었다 (Table 3). 식물플랑크톤조사우점종비교겨울철인 2월조사에서는갈색편모조강의 Rhodomonas sp. 가우점인임하호와역시갈색편모조강인 Cryptomonas ovata가우점종인사연호를제외한나머지호수모두에서규조류가우점종으로조사되었다. 팔당호는 Stephanodiscus invisitatus가, 그리고충주호는 Stephanodiscus hantzschii가우점종이었으며, 광동호와안동호는 Synedra acus, 대청호와남강호는 Aulacoseira distans var. alpigena, 안계호와운문호는각각Aulacoseira ambigua와 Asterionella formosa가우점종으로조사되었다 (Table 4). 봄철인 5월조사에서는각호수의우점종은남조강과규조강혹은녹조강이나갈색편모조강등대단히다양하게나타났다. 팔당호와사연호에서는 Rhodomonas sp. 가우점하는것으로조사되었으며, 광동호와안동호는남조류인 Pseudanabaena limnetica가우점종이었다. 임하호는규조류인 Synedra acus가, 그리고충주호와대청호, 안계호, 남강호역시각각규조류인 Cyclotella bodanica와 Fragilaria crotonensis, Asterionella formosa, Aulacoseira distans var. alpigena가우점종이었으며, 운문호는유일하게녹조류인 Dictyosphaerium pulchellum이우점으로조사되었다 (Table 4). 여름철인 8월조사에서는팔당호가 Rhodomonas sp., 그리고충주호가녹조강인 Volvox prolificus가우점종이었던것을제외하곤나머지호수모두남조류인 Pseudanabaena limnetica( 광동호, 사연호 ) 와 Oscillatoria limosa( 대청호 ), Microcystis ichthyoblabe( 임하호, 안동호 ), Microcystis aeruginosa( 남강호 ), Coelasphaerium naegelianum( 안계호 ) 등이우점종이었다 (Table 4). 가을철인 10월조사에서는 5월의조사결과와유사하게녹조강과남조강, 규조강, 갈색편모조강등이호수별로매우다양하게나타났다. 팔당호는규조류인 Aulacoseira granulata가우점종이었으며, 광동호와충주호, 안동호, 임하호, 운문호, 안계호등은모두남조류가우점하는것으로나타났다. 대청호와남강호는녹조류인 Eudorina elegans와

5 Lee et al.: Trophic States and Phytoplankton of Dam Lakes 279 Table 4. Seasonal changes of dominant species of phytoplankton in ten dam lakes in Lakes Season Dominant species Kwangdong February Synedra acus May Pseudanabaena limnetica August Pseudanabaena limnetica October Pseudanabaena limnetica Paldang February Stephanodiscus hantzschii May Rhodomonas sp. August Rhodomonas sp. October Aulacoseira granulata Chungju February Stephanodiscus hantzschii May Cyclotella bodanica August Volvox prolificus October Microcystis aeruginosa Daechung February Aulacoseira distans v. alpigena May Fragilaria crotonensis August Oscillatoria limosa October Eudorina elegans Andong February Synedra acus May Pseudanabaena limnetica August Microcystis ichthyoblabe October Microcystis ichthyoblabe Imha February Rhodomonas sp. May Synedra acus August Microcystis ichthyoblabe October Aphanizomenon flos-aquae Unmun February Asterionella formosa May Dictyosphaerium pulchellum August Microcystis ichthyoblabe October Microcystis aeruginosa Ankye February Aulacoseira ambigua May Asterionella formosa August Coelasphaerium naegelianum October Coelasphaerium naegelianum Sayeon February Cryptomonas ovata May Rhodomonas sp. August Pseudanabaena limnetica October Rhodomonas sp. Namkang February Aulacoseira distans var. alpigena May Aulacoseira distans var. alpigena August Microcystis aeruginosa October Actinastrum hantzschii Actinastrum hantzschii 가각각우점종이었다 (Table 4). 식물플랑크톤의현존량본조사에서는모든조사지점에서고수온기인 8월과 10 월에현존량이급증하는양상을나타냈으며, 5월조사에서사연호가최소인 239 cells ml 1 의현존량을기록하였으며, 8월의임하호가 97,272 cells ml 1 인최대치를보였다 (Fig. 2). Fig. 2. Standing crops of phytoplankton communities of ten dam lakes. 겨울철인 2월조사에서는팔당호가 9,024 cells ml 1 로가장높은현존량을보였는데, 이는일반적인수화발생기준인 5,000 cells ml 1 를상회하는수치로서 (Horne and Goldman 1994), 이미동절기에도수화가발생하고있음을나타내는결과이다. 특히이시기의팔당댐의우점종은오염에내성이강한소위호오염성규조류인 Stephanodiscus invistatus로서 (Watanabe et al. 1990), 팔당호의수질오염이상당히진행된것으로나타났다. 광동호와임하호, 남강호를제외한나머지호수들의현존량은 2월에비해 5월조사에서는다소낮아지는경향을보였는데, 이는이시기가호수의청수기 (clear water phase) 에해당했기때문으로추측된다 (Horne and Goldman 1994). 8월에는광동호와안동호, 남강호를제외한나머지호수들의식물플랑크톤현존량은 Horne and Goldman(1994) 이제시한수화발생기준인 5,000 cells ml 1 를상회하는것으로조사되었다. 특히 8월의조사에서는대부분호수의식물플랑크톤현존량이세포지름이매우작은 Microcystis속의급증에의해클로로필농도에비해과도하게나타나는경향을보였다 (Fig. 2). 대부분의호수들이 8월에이어 10월에도높은현존량을보였는데, 이는광동댐이 16 C인것을제외하고나머지호수모두가 10월의조사시기의수온이 8월조사와유사하게 20 C를상회하는데따른결과로보인다. 또한본조사의채집지점이거의댐체부근으로설정된관계로호수의상류로부터하절기동안발생하였던식물플랑크톤중일부가유하하여댐체부근의하류부에집적된영향도있는것으로추측된다. 수화발생현황및원인종수화의기준을 Horne and Goldman(1994) 이제시한식물플랑크톤현존량 5,000 cells ml 1 이상으로간주할경우,

6 280 Algae Vol. 17(4), 2002 Table 5. The most abundant phytoplankton taxa from ten dam lakes and their ecological groups used X index* to classify species according to their respective trophic states. Mesotrophic Tribonema affine (4.0)* Mesoeutrophic Asterionella formosa (5.4) Cyclotella radiosa (4.7) Stephanodiscus hantzschii (5.3) Synedra ulna (5.0) Phytoplankton taxa Eutrophic Anabaena circinalis (8.4) Euglena sp. (7.0) Anabaena macrospora (7.1) Fragilaria crotonensis (6.7) Anabaena planctonica (6.5) Glenodinium sp. (6.4) Anabaena sp. (8.1) Gloeocystis ampla (7.5) Anabaena spiroides var. crassa (8.6) Mallomonas sp. (8.3) Aphanizomenon flos-aquae (8.5) Micractinium pusillum (9.1) Aulacoseira ambigua (6.1) Microcystis aeruginosa (7.7) Aulacoseira distans var. alpigena (6.0) Microcystis icthyoblabe (8.1) Aulacoseira granulata (7.1) Microcystis wesenbergii (7.9) Ceratium hirundinella (8.4) Nitzschia intermedia (7.6) Coelaspherium naegelianum (8.7) Nitzschia palea (7.8) Cryptomonas ovata (7.1) Pandorina morum (6.7) Cyclotella asterocostata (5.7) Pediastrum simplex (8.9) Cyclotella stelligera (6.6) Pediastrum simplex var. duodenarium (8.1) Eudorina elegans (8.6) Peridinium unbonatum (8.4) Pseudanbaena limnetica (6.8) Rhodomonas sp. (6.7) Scendesmus acuminatus (7.3) Scendesmus ecornis (7.9) Scendesmus quadricauda (7.1) Stephanodiscus invisitatus (6.5) Synedra acus (5.9) Tetraedron minimum (8.2) * X = Σ P i (X i ) / Σ P i ; Where X is the weighted mean of the trophic status of phytoplankton taxon, P i is the standing crops of this taxon of i-th lake, and X i is the value of the LTSI of i-th. Eutrophic (E): optimum distribution in eutrophic lakes, X > 5.40, Mesoeutrophic (ME): optimum distribution in mesoeutrophic lakes, X = , Mesotrophic (M): optimum distribution in mesotrophic lakes, X = , Oligomesotrophic (OM): optimum distribution in oligomesotrophic, X = , Oligotrophic (O): optimum distribution in oligotrophic lakes, X < 본조사에서는 2월에는팔당호만이, 그리고 5월조사에서는팔당호와광동댐에서수화가발생하였다 (Fig. 2). 고수온기인 8월에는전체의 70% 인 7개호수가, 가을철인 10월에는무려전체의 80% 인 8개호수에서수화가발생한것으로조사되었다 (Fig. 2). 특히팔당호는유일하게 4차례조사모두에서 5,000 cells ml 1 이상의현존량을보여년중수화상태에있는것으로나타났다. 그러나팔당호는짧은체류시간의영향으로남조류발생량이상대적으로높지않아고수온기인 8월과 10월에는타호수들에비해식물플랑크톤현존량증가는그다지크지않았다 ( 이등 1998). 수화의원인종은팔당호의경우 2월은 Stephanodiscus invisitatus, 5월과 8월은갈색편모조강인 Rhodomonas sp. 가, 그리고 10월은규조강인 Aulacoseira granulata였다. 특히팔 당호는다른조사대상지와달리 8월과 10월의고수온기에도남조류가아닌갈색편모조강과규조강의종들이이례적으로수화의원인종으로조사되었는데, 이역시남조류의생육에불리하게작용하는상대적으로짧은체류시간에의한결과로생각된다 (Horne and Goldman 1994). 여름철인 8월의수화원인종은팔당호와충주호가각각 Rhodomonas sp. 와 Volvox prolificus인것을제외하고는모두남조류였으며, 10월에는강별로대단히다양하게조사되었다 (Fig. 2). 수화의집중발생기인 8월과 10월에전체조사대상지에서 1회이상수화를유발시킨것으로조사된종은 Rhodomonas sp. 와 Aulacoseira granulata, Pseudanabaena limnetica, Volvox prolificus, Oscillatoria limosa, Eudorina elegans, Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis ichthyoblabe,

7 Lee et al.: Trophic States and Phytoplankton of Dam Lakes 281 Microcystis aeruginosa 등 9종이었다. 주요식물플랑크톤의수질영양단계에따른생태형분류전체조사대상호수의각조사시기별식물플랑크톤군집에서현존량이전체의 0.1% 이상을차지하는 43종을주요종으로선정하였으며, 이들이출현한각각의지점과시기의총인과투명도, 클로로필 a를기초로한 Yang and Dickman (1993) 의방법에의하여영양단계에따른각출현종의생태형을분류하였다. 그결과중부영양성 (mesoeutrophic) 으로분류된 Asterionella formosa와 Cyclotella radiosa, Stephanodiscus hantzschii, Synedra acus 등 4종과중영양성인 Tribonema affine를제외한나머지 38종모두는부영양성생태형으로평가되었다 (Table 5). 이와같은결과는조사대상호수의식물플랑크톤군집의대부분이부영양성생태형의종들에의해구성되어있으며, 이는국내댐저수지의대부분이이미매우우려할수준의부영양단계에있음을의미하는것이다. 따라서향후국내댐저수지들에대한수질관리에더많은관심과노력이요구되며, 또한식물플랑크톤의생태형분류에의한호수영양단계의모니터링이매우유효하게활용될수있을것으로기대된다. 사사본연구는 2000년도대구대학교학술연구비지원과한국수자원공사수자원연구소의지원에의해수행되었음. 논문교정에수고를아끼지않으신익명의심사위원들께감사를드립니다. 참고문헌 수학회지 26: 이은주, 조규송 소양호식물성플랑크톤의연간변화. 한국육수학회지 27: 이정호 대청호의년중식물플랑크톤군집동태. 한국육수학회지 32: 이정호, 김용재 낙동강수계댐호의부착규조및영양단계평가, 한국환경생물학회지 14: 이정호, 김도한, 박종근 취수원조류군집특성에관한연구 (1 차년도 ), 한국수자원공사보고서 (WRRI-ES-98-2). 수자원연구소, 대전. 166 pp. 장윤경, 전숙례 팔당댐담수지역의식물플랑크톤에관한연구 2. 식물플랑크톤종조성변화. Algae 11: 정상진 대청호의식물플랑크톤상에관한연구. 한국환경생물학회지 13: 한국수자원공사 수자원백서. 수자원연구소, 대전. 579 pp. 한명수, 어윤열, 유재근, 유광일, 최영길 팔당호의생태학적연구 2. 식물플랑크톤의군집구조의변화. 한국육수학회지 28: 환경부 공정시험방법. 동화기술, 서울. 683 pp. Harper, D Eutrophication of freshwater: principles, problems and restoration. Chapman & Hall London, UK. 327 pp. Hendey, N.I The permanganate method for cleaning freshly gathered diatoms. Microscopy 32: Horne, A.J. and Goldman C.R Limnology. McGraw-Hill, Inc., New York. 576 pp. Schindler, D.W Evolution of phosphorus limitation in lake. Science 195: Watanabe, T., Asai K. and Houki A Numerical simulation of organic pollution in flowing waters. Encyclopedia Environmental Control Technology 4: Yang, J.R. and Dickman M Phosphorus loading and efficiency of biomanipulation. Verh Internat. Verein. Limnol. 24: Accepted 20 November 2002 김용재, 정준 임하호의식물성플랑크톤군집분석. 한국육

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