한국환경농학회지제25권제2 호 (2006) Korean Journal of Environmental Agriculture Vol. 25, No. 2, pp. 147-156 연구보문 서낙동강유역하천의식생분포특성과영양염류정화수생식물탐색 김춘송 * 고지연 이재생 황재복 박성태 강항원 1) 작물과학원영남농업연구소, 1) 농촌진흥청 (2006년 6월 5 일접수, 2006년 6월 23 일수리) Screening of Nutrient Removal Hydrophyte and Distribution Properties of Vegetation in Tributaries of the West Nakdong River Choon-Song Kim *, Jee-Yeon Ko, Jae-Saeng Lee, Jae-Bok Hwang, Sung-Tae Park, and Hang-Won Kang 1) (Yeongnam Agricultural Research Institute, National Institute of Crop Science, RDA, Milyang, 627-803, 1) Rural Development Administration, Suwon, 441-707) ABSTRACT: This study was conducted to investigate natural distribution of aquatic plants and to find out natural aquatic plants which highly absorb nutrient N and P. We surveyed hydrophyte vegetation within ±2 m from streamside in 12 tributaries of the West Nakdong river watershed during May to October in 2003. Hydrophytes surveyed in tributaries of the West Nakdong river watershed were 27 families, 61 genera, 76 species, 3 varieties. Major dominance species of aquatic plants were Z., P., P., P., P. japonica, andp. distichum var. indutum. Aquatic plants having high production ability of biomass were Z., P., P., P. japonica, ande. crus-galli var. echinata. In the vertical distribution of hydrophytes within streams, dominant species were P. and P. japonica in the upper stream, but dominant species in the downstream were P. and Z.. Species diversity of aquatic plants was reduced, but their biomass and nutrient (T-N and T-P) content per the natural area unit (m 2 ) were increased in the downstream. Nutrient N and P content of aquatic plants per the natural area unit were high at Joman river, Pyeonggangcheon, Bulam drainage canal, and Hogyecheon. Fifty-seven species of aquatic plants having high biomass were grouped into 4 categories (I~IV) according to their nutrient content per dry weight unit. I group (T-N, 20 gkg -1 &P 2O 5, 7 gkg -1 )wascomprised of 3 submerged plants (H. verticillata, P. crispus, andc. demersum), 3 emergent plants (O. javanica, P. distichum var. indutum, andr. sceleratus), 1 suspended plant (T. japonica), and 1 riparian plant (A. lobatum). Otherwise, in classification of natural hydrophytes according to their nutrient content per natural area unit, Z., P., P. longiseta, P., and P. distichum var. indutum possessing great biomass productivity as emergent plants were included in I group (T-N, 1 gm -2 &P 2 O 5, 0.7 gm -2. Key Words: aquatic plant, dominant species, biomass, nutrient N and P, nutrient removal, West Nakdong river 서 우리나라는연평균강수량이 1,283 mm로서세계평균의 1.3배에달하지만 1인당연간강수량은세계평균의약 12% 에불과하고, 대부분의강우가여름철장마기간에편중되어 물사용가능량기준으로볼때주기적인물압박을경험하는물부족국가군에포함되어있다. 따라서향후수자원을효율적으로관리및보전하는것은비단농업용수확보차원 론 * 연락저자 : Tel: +82-55-350-1281 Fax: +82-55-353-3050 E-mail: kcs3925@rda.go.kr 에서뿐만아니라, 국민의건강을위하여간과해서는안될문제이다. 최근농산물의안전성에대한국민의관심이고조 되고, 수질오염에의한농작물의피해가급증하고있는현실 을볼때농업에있어깨끗한농업용수의확보도매우중요한일이라하겠다. 서낙동강은행정구역상김해시와부산광역시의경계를이루면서 20여개의크고작은지류를가진전장 18.5 km, 폭 400 m, 유역면적 303.1 km 2 의낙동강하류파천으로 13,000 ha 의김해평야를가로지르고있다. 1934년이후대저취수문과녹산배수갑문에의하여준호소성의정체성하천이되어김해평야의중요한농업용수원역할을담당해왔다. 그러나최근에는인근지역의도시화로인하여생활하수와공장폐수 147
148 김춘송 고지연 이재생 황재복 박성태 강항원 등의유입에의하여갈수록오염이심화되고있는실정이다. 2001 년에 서낙동강살리기범주민협의회 가결성되어다양 한방법으로수질정화를위한노력이전개되고있으나, 아직 까지뚜렷한성과를보이지못하고있다. 수생식물은분류학적인근거를갖는식물군이아니라식물들의습성에따라분류된생활형의개념에의하여파악되어져왔다.Muenscher 1) 는수중식물(aquats plants) 은 정상적으로는물에서생육하고있는것으로서, 물밖으로나오게되는경우에도그들의생활사중어느한시기를수중에서생육하게되는종류들 이라고정의하였고, Sculthorpe 2) 는 Muenscher의관점에서생활형과생장형에따라수생관속식물을고착성수생식물 (hydrophytes attached to the substrate) 과부유성수생식물(free-floating hydrophytes) 로분류하였다. 수생식물은습지생태계의 1차생산자로서습지의토양을안정화시키고침식을방지하며, 수층부유물질의침전촉진과영양염류와유해물질을흡수한다. 또한수중과저토에산소를공급하여수생식물의근계와저토에서식하는미생물의분해효율을높이고, 차광에의한식물플랑크톤의발생억제등을통하여수질을정화한다. 그리고물새와어류, 저서생물등의먹이로직접이용되기도하고, 부착생물의착생부위로서혹은수서생물의산란장, 양육장및은신처로서의생태적기능을담당한다. 이외에도수생식물은가축의사료, 비료및생활용품의재료로이용되고수변의경관을좋게하는심미적가치를지닌다 3,4). 이와같은수생식물의여러기능중에서부영양화의원인물질을흡수 제거하는수질정화기능은환경보전적측면에서매우중요한역할을한다. 국내에서대형수생식물을이용한수질정화연구는 1980 년대이후시작되었으며주로도입식물인중남미원산의부레옥잠이적용되어왔다. Pyon등 5) 6) 과 Lee 등및 Kim 등 7) 은부레옥잠을이용하여유기물과영양염류및중금속제거에관한연구를수행하였고,Cho&Kim 8) 은팔당호에서대형수생식물의분포와건물생산성및영양염류흡수능에대하여연구하였다. 수생식물을이용한수질정화기술은환경친화적인청정기술로서부수적인오염이없으며, 비용이적게들뿐만아니라아름다운경관까지창출하는장점을지닌다. 농촌지역이나상수원보호구역처럼대도시와같이하수종말처리장을적용하기어려운지역에서는식물이가지는정화기능을활용한정화기술이유용하다. 따라서서낙동강유역과같이도농이복합되어있고오염이가속화되는지역에서는농업용수확보와수질보전을위하여수생식물을이용한환경친화적정화기술의개발이요구되어진다. 이를위한기초연구로서서낙동강유역에자생하는수생식물의분포특성과부영양화물질정화식물로서의가능성을탐색하였다. 재료및방법 본연구는서낙동강본류와 12개지천의 24지점에서 2003 년 5월부터 10 월에걸쳐수생식물의분포를조사하였는데, 1 차조사는 5월과 6월에 2차조사는 9월과 10 에수행하였다. Fig. 1과같이서낙동강의상류지류인예안천에서부터하류에위치한지사천까지지천별로상류, 중류, 하류의지점을선정하여식생을조사하였다. 각지점에서 3반복으로물가 ± 2m내에 4m 2 (2 m 2m) 의방형구를설치하고방형구 내의출현종을대한식물도감 9) 을기준으로동정하였고, 또한식물종별개체수를측정하였다. 수생식물의분류는 Muenscher 1) 와 Sculthorpe 2) 의방법을따랐다. 수생식물의건물생산능력을분석하기위하여방형구내의수생식물을종별로구분하여채취한후 60 건조기에서항 량이될때까지건조시켜건물중을칭량하였다. 건물중과방 형구면적으로수생식물종별단위면적당건물생산능력을계산하였고, 마찬가지로방형구면적과체내양분함량을가지고단위면적당영양염류흡수능력을계산하여수생식물선발의기준으로삼았다. 서낙동강유역지천별수생식물종의점유정도를파악하기위하여식생조사에서얻은자료를토대로 Curtis와 McIntosh 10) 의방법을응용하여우점도(Dominance) 를산출하였다. 즉, Curtis와 McIntosh 10) 는전체종에대한각종의상대발생밀도, 상대발생빈도, 상대발생피도를합하여중요치를산출하여구성종의생태적중요도를표현하는객관적인방법을제시하였는데, 본연구에서는상대발생피도대신에각종의건물량을포함시켜중요치를계산한후우점도를구하였다. 또한지천별식생군락의다양성이나우점도등의분포특성을살펴보기위하여 Simpson 11) 의방법에따라우점지수와다양화지수를계산하였다. 우점도 (Dominance) = ( 상대건물중+ 상대발생밀도+ 상대발생빈도 )/3 상대건물중 : ( 해당초종의건물중 / 모든초종의건물중) 100 Fig. 1. Investigated sites in tributaries to the West Nakdong river.
서낙동강유역하천의식생분포특성과영양염류정화수생식물탐색 149 상대발생밀도 : 상대발생빈도 : ( 해당초종의발생본수 / 모든초종의발생본수 ) 100 ( 해당초종의절대발생빈도/ 모든초종의절 대발생빈도합계 ) 100 절대발생빈도 : ( 해당초종이발생된 Quadrat 수/ Sampling quadrat 합계) 100 Simpson 우점지수(C) = (D.V./N) 2 2 = (D.V./100) D.V. : 초종별우점도,N: 전초종의우점도합 =100 다양화지수 (Ds) = 1 - C 수생식물의체내영양염류함량분석은습식분해법으로분해후T-N은 Kjeldahl 법으로, P 2O 5 는 Vanadate법으로분석하였고,K,Ca,Mg 등은 ICP(Perkin-Elmer,OPTIMA 3300XL) 를이용하여분석하였다. 수생식물이자라는하천의토양특성을살펴보기위하여수중의저토를원형채니기 (Core sampler) 로채취하여표층토를제거하고음건시킨후 2 mm 체로통과시킨토양시료를가지고농촌진흥청표준분석법 12) 에따라토양성분을분석하였다.pH 는초자전극법, 유기물함량은 Tyurin 법, 유효인산함량은 Lancaster법으로분석하였고, 치환성양이온은 ICP 를이용하여측정하였다. 수생식물이자라는하천의수질을살펴보기위하여 ph와 EC, DO는식생조사와함께현장에서 YSI(556 MPS) 를이용하여측정하였고, 나머지수질성분들은식생조사지점에서물을채취하여 2L의폴리에틸렌용기에담아실험실로옮긴후수질오염공정시험법 13) 에따라분석하였다.T-N과 T-P는각각자외선흡광법과아스코르빈산환원법으로분석하였으며,K,Ca, Mg 등의기타성분은 ICP(Perkin-Elmer, OPTIMA 3300XL) 를이용하여분석하였다. 결과및고찰 수질및저토화학성서낙동강에서수생식물이자생하는환경특성을살펴보기위하여식생조사시(1 차: 5~6 월, 2 차: 9~10 월에물시료와 ) 저토를함께채취하여분석한후두시기의평균값으로지천별수질특성과저토의화학성을살펴보았다(Table 1, 2). 지천별수질은전체적으로공장지대인불암배수로와생활하수유입하천인호계천에서가장나빴으며, 주중천과대청천에서가장양호하여청정수질을나타냈다. 서낙동강유역지천의 ph는 6.5~7.5 범위로차이가적었으나, EC는 0.07~1.11 dsm -1 의범위로하천에따라차이가심하였다. 불암배수로에서는 EC가 1.11 dsm -1 로월등히높아농업용수로도부적합할정도였고, 호계천과평간천도 0.5 dsm -1 이상으로높은수준이었다. 하천의오염정도를나타내는화학적산소요구량인 COD는 EC 와마찬가지로불암배수로와호계천, 평강천에서높았고, 생물학적산소요구량인 DO는대청천과주중천에서가장높았으며, 호계천에서 0.9 mgl -1 로서현저히낮은값을보였다. 부영양화성분으로알려진 T-N과 T-P는각각 1.0~8.8 mgl -1 과 0.03~0.50 mgl -1 의범위로서대부분의하천에서우리나라의농업용수수질기준보다높은수준으로오염되어있었다.T-N 은호계천과신어천, 김해시하수종말처리장이위치한조만강에서높았으며,T-P는호계천에서월등히높았고, 조만강, 신어천, 율하천평강천에서높은수준이었다. 부유물질의함량을의미하는 SS는특이하게도신어천에서가장높았으며, 기타무기양이온과음이온은불암배수로와호계천에서높은경향이었다 (Table 2). 이러한결과는 Yoon 등 4) 의서낙동강수질이부영양화상태라는보고와일치하였다. Kim 등 14) 에의하면수생식물의분포는토양 ph의영향 Table 1. Water quality of investigated tributaries in the West Nakdong river from May to October in 2003 Streams ph EC COD DO T-N T-P SS SO 4 Cl K Ca Mg Na (dsm -1 ) ------------------------------------- (mgl -1 ) ------------------------------------- Daecheongcheon 6.5 0.13 20.0 8.8 1.0 0.03 11.4 11.5 10.9 2.1 8.4 1.4 9.8 Bulam drainage canal 7.1 1.11 90.0 3.4 3.7 0.06 21.4 59.2 269.6 9.9 27.2 16.8 145.0 Sineocheon 7.3 0.20 49.5 6.4 4.3 0.17 25.0 12.2 25.4 3.5 9.6 1.6 32.3 Yeancheon 7.1 0.10 12.7 7.8 2.5 0.08 12.2 8.7 6.8 1.7 5.8 1.6 11.3 Yulhacheon 7.3 0.19 45.0 7.9 1.9 0.17 20.4 16.5 24.4 3.9 13.6 2.7 16.6 Joman river 7.2 0.39 34.2 4.6 4.0 0.18 17.7 31.7 62.0 7.0 25.2 5.2 34.2 Jujungcheon 7.1 0.07 12.5 8.3 2.1 0.10 4.0 7.2 5.8 1.3 5.6 1.2 10.1 Jisacheon 7.0 0.25 20.0 5.3 2.0 0.05 17.0 28.9 43.9 5.6 18.4 3.7 25.7 Pyeonggangcheon 7.2 0.53 65.0 2.6 3.5 0.17 5.0 37.6 69.4 7.8 10.9 19.5 49.5 Haebancheon 7.5 0.25 28.5 6.1 2.5 0.19 7.4 26.5 30.7 4.2 24.8 3.4 20.1 Hogyecheon 7.1 0.63 70.0 0.9 8.8 0.50 16.5 44.2 97.5 9.3 34.2 7.5 67.0 West Nakdong river 7.0 0.26 27.0 2.0 2.9 0.08 15.6 11.1 21.4 2.1 6.7 2.2 14.0
150 김춘송 고지연 이재생 황재복 박성태 강항원 Table 2. Chemical properties of soil in tributaries of the West Nakdong river from May to October in 2003 Streams ph EC O.M. Av. P 2O 5 Ex. cation(cmol + kg -1 ) (1:5) (dsm -1 ) (gkg -1 ) (mgkg -1 ) K Ca Mg Na Daecheongcheon 7.4 0.38 36.0 19.6 0.31 9.43 0.64 0.16 Bulam drainage canal 5.4 1.64 77.7 119.3 0.68 25.30 3.14 - Sineocheon 5.8 0.58 47.2 54.2 0.22 6.03 1.27 0.12 Yeancheon 6.4 0.25 18.6 45.8 0.29 9.08 1.56 0.20 Yulhacheon 6.6 0.36 28.5 35.7 0.19 6.04 1.00 0.18 Joman river 5.4 0.38 31.2 44.2 0.49 10.76 2.04 0.45 Jujungcheon 6.2 0.04 32.9 20.1 0.15 3.92 0.55 0.13 Jisacheon 3.9 1.26 61.2 55.0 0.17 14.77 3.63 1.96 Pyeonggangcheon 5.4 1.43 27.3 23.4 0.10 5.74 1.83 0.40 Haebancheon 7.0 0.44 23.5 52.8 0.23 5.78 0.66 0.17 Hogyecheon 6.3 0.38 22.9 46.9 0.20 6.57 0.87 0.19 West Nakdong river 3.2 0.85 17.4 3.3 0.06 1.74 0.84 0.16 을크게받으며, 교란지식생과습생식물은총질소와인산의 영향을받는것으로보고되었다. 수생식물이자라는저토의화학성은수질과마찬가지로불암배수로에서대부분의측정성분이높았으며, 서낙동강의하류에위치한지산천과조만강, 평강천에서도높은특징을보였다. 저토의 ph는 3.2~ 7.4 의범위로서매우편차가심하였고, 서낙동강본류와지사천에서낮은특징을나타냈다. Yoon 등 4) 은서낙동강본류의저토가약산성을보인다고하였는데, 본연구는지류의저토를중심으로분석하여약간의차이가있었으나유사한경향을보였다. 저토의 EC는 0.04~1.64 dsm -1 의범위로서편차가심하였는데서낙동강상류의주중천에서가장낮았고, 불암배수로와지사천, 평강천에서 1.0 dsm -1 이상으로현저히높았다. 지사천과평강천은서낙동강하류에위치하여하상의저토에아직까지바다의영향이나타고있는것으로판단된다. 유기물함량은불암배수로와지사천, 신어천에서높았으며, 유효인산함량은불암배수로에서 119 mgkg -1 로서월등히높은특징을보였다. 토양양이온중칼륨함량은불암배수로와조만강에서높았으며, 칼슘과마그네슘함량은불암배수로와조만강과더불어지사천에서높았고, 나트륨함량은대부분의지천이 0.13~0.45 cmol + kg -1 수준이었으나서낙동강의최하류에위치하여해수의영향을가장많이받는지사천만월등히높은 1.96 cmol + kg -1 을나타냈다 (Table 2). 전체적으로오염물질의유입량이많아수질오염이심하였던불암배수로와평강천, 조만강등에서저토의오염도컸으나, 생활하수가많이유입되었던호계천의경우는수질오염은심각하였으나저토의화학성은높지않은특징을보였다. 이러한결과는호계천이강폭이좁고유속이빨라상대적으로오염물질의퇴적이적게이루어진결과라여겨진다. 수생식물상및우점종수생식물은지역의자연환경에적응하여분포하고있으므로하천의수질정화를위해서는자생수생식물을조사하여활용하는것이가장효과적인방법이라할수있다. 우리나라에서자생하는수생식물은 39과 136종으로알려져있으며, 생활형태별로살펴볼때정수식물 62 종(45.6%), 부엽식물 29 종(21.3%), 침수식물 39 종(28.7%), 부유식물 6 15) 종(4.4%) 으로보고되었다. 서낙동강유역 12개하천의물가 ± 2m이내식물을조사한결과수생식물 25종과습생식물및하원식물을포함하여 27과 61속 76종 3변종의총 79 종이자생하는것으로조사되었다. 수생식물의생육형태별로살펴보면부유식물과부엽식물이각각 3종으로 3.8% 를차지하였고, 침수식물이 5종 6.3%, 정수식물이 14종 17.7% 로분포하였다.Lee등 16) 은만경강의하리유역에서수생식물을조사한결과침수식물 13 종, 부엽식물 5 종, 부유식물 5 종, 정수식물 26종이분포하였다고보고하여본조사보다분포초종이많았다. 생활형태별로수생식물을분류하면, 1년생과다년생이 26 종(33%) 과 33 종(42%) 으로대부분을차지하였고, 월년생이 8종 10%, 2년생이 12종 15% 로분포하고있었다(Table 3). Yoon 등 4) 은서낙동강본류에자생하는수생관속식물을조사하여 16과 26종 1변종의총 27종을보고하여본연구의결과와큰차이는없었다. 또한 Chung & Choi 17) 는낙동강하구습생식물과수중식물의분포를조사하여총 60종을보고하였고그중수생식물은 13 종이라고하였는데, 본연구에서는서낙동강의지천을중심으로조사하였기때문에조사지점이차이가있었고, 생태환경도변화하여훨씬많은분포종수를보인것으로판단된다. 서낙동강유역지천의주요우점식물은고마리, 줄, 갈대, 갈풀, 달뿌리풀, 털물참새피이었으며, 건물생산능력은줄, 갈대, 달뿌리풀, 물피, 갈풀이높았다. Lee 등 18) 은인공식물섬
서낙동강유역하천의식생분포특성과영양염류정화수생식물탐색 151 에애기부들, 갈대, 줄을식재한결과단위면적당순생산량이줄에서가장높다고하였는데, 본연구에서도같은결과를얻 었다. 털물참새피는단위면적당발생본수가월등히많았으나 일부하천에집중되어군락을형성하고있었고한개체당생육량이적어서건물량은높지않은특징을보였다 (Table 4). 서낙동강유역지천별우점식물을조사한결과 (Table 5), 대부분의하천에서갈대와줄, 고마리, 갈풀이우점순위 1~3 위종이었으며, 하천이정비되어있었던신어천에서만개여 뀌가우점 1 순위로분포하고있었다. 조만강과연결되는율 하천에서는고마리가우점종이었고, 다음으로개밀과호밀풀이우점하는특징을보였으며, 해반천에서는고마리와갈풀 다음으로소리쟁이와부들이우점하였다. 주중천의경우는 Table 3. Classification of growth and life forms of native aquatic plants in tributaries of the West Nakdong river from May to October in 2003 Growth forms Life forms Annual Winter annual Biennial Perennial Total(Ratio, %) Free-floating 1 - - 2 3(3.8) Floating leaved 1 - - 2 3(3.8) Submerged 1 - - 4 5(6.3) Emergent - - 2 12 14(17.7) Hydrophyte 11 2 3 2 18(22.8) Riparian 12 6 7 11 36(45.6) Total(Ratio, %) 26(32.9) 8(10.1) 12(15.2) 33(41.8) 79(100) Table 4. Distribution properties and biomass of dominant vegetation in tributarie of the West Nakdong river from May to October in 2003 Aquatic plants No. of plants (No. m -2 ) Biomass a) (gm -2 ) RDWb) RGD c) RGFd d) Dominance e) ------ (%) ------ (%) 21.8 333.7 12.4 13.6 10.8 12.3 24.7 95.6 6.6 13.2 7.8 9.2 Agropyron tsukushiense 9.9 19.8 2.7 4.7 7.0 4.8 longiseta 10.8 81.7 6.3 2.9 4.9 4.7 Beckmannia syzigachne 13.3 7.5 0.9 5.7 4.8 3.8 24.9 50.2 3.6 22.8 16.6 14.3 japonica 30.7 158.6 16.2 4.9 2.8 6.1 Echinnochola crus-galli 4.7 24.9 2.1 0.7 2.5 1.8 Alopecurus aequalis 37.2 8.9 1.4 5.8 1.3 2.8 Miscanthus sacchariflorus 6.2 52.5 2.1 1.5 2.5 2.0 Echinochloa crus-galli var. echinata 20.9 113.0 9.5 1.7 1.9 4.3 Oenanthe javanica 4.2 6.2 0.4 1.2 2.7 1.5 Bidens frondosa 0.9 27.6 2.8 0.1 1.7 1.5 Typha orientalis 1.6 41.3 3.1 0.2 1.0 1.4 Rumex crispus 0.9 22.0 1.6 0.4 3.6 1.8 Artemisia primceps 2.8 13.3 3.2 0.6 2.1 2.0 Zizania 27.2 356.9 14.3 14.2 11.2 13.2 lapathiflia 7.9 60.7 5.1 1.2 1.8 2.7 Paspalum distichum L. var. indutum 66.3 40.5 2.1 13.3 2.8 8.0 Lolium perenne 23.0 21.2 3.7 1.8 1.1 2.2 a) Dryweightofpartabovegroundofaquaticplants; b) RDW, Relative dry weight; c) RGD, Relative generation density; d) RGF, Relative generation frequency; e) Dominance = (RDW + RGD + RGF) / 3
152 김춘송 고지연 이재생 황재복 박성태 강항원 Table 5. Dominant aquatic plants by tributaries of the West Nakdong river Streams Daecheongcheon Bulam drainage canal Sineocheon Yeancheon Yulhacheon Joman river Jujungcheon Jisacheon Pyeonggangcheon Haebancheon Hogyecheon West Nakdong river Dominance ranking 1 2 3 4 longiseta Agropyron tsukushiense japonica Agropyron tsukushiense Lolium perenne Trapa japonica Paspalum distichum var. indutum Rumex crispus Artemisia primceps Beckmannia syzigachne Agropyron tsukushiense Arenaria serpyllifolia Beckmannia syzigachne Alopecurus aequalis sieboldii Typha orientalis 갈풀이우점종이고차우점종을달뿌리풀이차지하였고, 평강천에서는털물참새피가갈대와줄다음으로우점하고있었다. 서낙동강의최하지류인지사천에서는갈대와고마리외에마름과미꾸리낚시가우점하고있는것으로조사되었다. 서낙동강본류에서는갈대와줄이우점종이었으며, 다음으로갈풀과고마리가우점하였다. 특히수질오염과저토의오염이심하였던불암배수로에서는자생종의대부분이줄과갈대군락으로서환경오염에의하여초종이단순화된것으로판단된다. 수생식물의분포특성및식물체영양염류함량분포자생식물의초종이군락을이루는정도와초종수의많고적음을의미하는심슨의우점지수와다양성지수를분석한결과(Table 6), 5월과 6월경에비하여 9월과 10월경에우점지수가증가하고다양성지수는감소하는특징을보였다. 이는 5월과 6월경에는월녕생식물이다수생존하고있었기때문에우점지수가낮고종다양성지수는높다가 9월에서 10월이되면하계식물이우점하기때문인것으로생각된다. 우점지수는수질오염이심각하였던불암배수로와바닷물의영향을크게받는서낙동강하류의지사천에서높았고, 율하천과예안천에서낮아서다양한초종이분포하고있음을알수있 었다. Kang & Kwak 19) 은생활오폐수나공장폐수등인간의간섭이많은오염된하천에서종다양성지수가낮다고하였는데본연구에서도오염이심하였던불암배수로에서종다양성지수가낮았다. 서낙동강유역지천별식생분포를살펴보면상류에서는주로고마리와달뿌리풀이우점종이었으며, 하류에서는대형수생식물인갈대와줄이우점하여하류로갈수록식생분포가단순해지는경향이었다. 하천별수생식물의 biomass량은조만강과평강천에서많았으며, 모든서낙동강지천의하류에서높은특징을보였다. 특히김해시하수처리장이위치한무용천하류유역의수생식물 biomass량이높아하수처리장배출수의질소와인산함량이수생식물의생육에영향을주었을것으로생각되었다 (Fig. 2). 이러한특징은하천에서하류로갈수로오염부하가높고하상에양분을포함한퇴적물이쌓이기때문에, 이를흡수하여생육하는갈대와줄과같은다년생수생식물의건물량이많은것으로생각된다. Kim & Yim 20) 은한강지천의상류비오염지역에서고마리가우점종으로조사되었다고보고하였고,Song&Song 21) 은낙동강상류한천에서달뿌리풀의군락을보고하였는데, 본연구도유사한결과를나타냈다. 서낙동강유역지천에서자생하는수생식물의단위면적당
서낙동강유역하천의식생분포특성과영양염류정화수생식물탐색 153 Table 6. Simpson's index of dominance and diversity of vegetation by tributaries of the West Nakdong river Streams Simpson's index of dominance(c) a) Simpson's index of diversity(ds) b) May~Jun. Sep. ~Oct. May~Jun. Sep. ~Oct. Daecheongcheon 0.26 0.46 0.74 0.54 Bulam drainage canal 0.37 0.52 0.63 0.48 Sineocheon 0.28 0.29 0.72 0.71 Yeancheon 0.19 0.32 0.81 0.68 Yulhacheon 0.11 0.41 0.89 0.59 Joman river 0.25 0.34 0.75 0.66 Jujungcheon 0.21-0.79 - Jisacheon 0.34 0.39 0.66 0.61 Pyeonggangcheon 0.24 0.33 0.76 0.67 Haebancheon 0.20 0.20 0.80 0.80 Hogyecheon 0.22 0.25 0.78 0.75 West Nakdong river 0.24-0.76 - a) Simpson's index of dominance(c) = (D.V./N), D.V.: Dominance value by plant species, N: Sum of dominance value of all plant species, b) Simpson's index of diversity(ds) = 1 - C Fig. 2. Distribution of dominant vegetations (left) and production ability of dry matter (right) by tributaries in the West Nakdong river. Fig. 3. Distribution of T-N content (left) and T-P content (right) in aquatic plant per area unit by tributaries in the West Nakdong river.
154 김춘송 고지연 이재생 황재복 박성태 강항원 체내영양염류함량을분석하여지천별분포특성을살펴보았다(Fig. 3). 수생식물들의총질소함량은수질오염이심하였던불암배수로와조만강하류의무용천, 평강천, 호계천등에서높았으며, 총인함량도조만강과평강천, 불암배수로에서높은특징을보였다. 서낙동강유역의지천내에서는상 하류의표 고차가적은평강천을제외하고는상대적으로수질오염이적었던상류에비하여하류로갈수록수생식물의총질소와총인함량이모두증가하는경향을보였다. 이는수질의오염부하가하류로갈수록증가됨에따라수생식물의영양염류흡수량또한증가된결과로생각된다. 영양염류의체내함량별자생수생식물의분류수생식물의여러기능중에서부영양화성분인영양염류( 질소와인) 를흡수하여수질을정화하는기능은환경친화적매력때문에연구관심의대상이었다. 그러나대부분의연구들이제한된종의수생식물을대상으로수행되었으며, 자생하는수생식물을대상으로수질정화식물을탐색한연구는적은편이다. 또한자생수생식물의질소와인흡수량을분석하여각성분별흡수능력이높은수생식물을선발한연구 22,23) 가수행되었을뿐이고, 수질정화식물이라고하는수생식물의영양염류체내함량분류기준도확립되어있지않으며, 체내질소와인함량을동시에평가하여수질정화수생식물을탐색하고선발 Total nitrogen(g kg -1 ) 30 20 10 0 Ⅱ Ⅳ Ⅲ 0 7 14 Phosphate(g kg -1 ) Ⅰ Group a) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Scientific name Hydrilla verticillata, Paspalum disdichum var. indutum, Potamogeton crispus, Ceratophyllum demersum, Trapa japonica, Oenanthe javanica, Actinostemma obatum, Ranunculus sceleratus sieboldii, hydropiper, longiseta, Bidens frondosa, senticosa, Lepidium apetalum,, Scirpus planiculmis, Rorippa indica, Torilis japonica, Galium spurium Beckmannia syzigachne, Stellaria aquatica, Oenothera odorata, and so on, total thirty-seven species Fig. 4. Grouping of aquatic plants by nutrient content per dry weight unit. a) I:T-N, 20gkg -1 &P 2O 5, 7 gkg-1, Ⅱ : T-N, 20 gkg -1 &P 2O 5,<7gkg -1 Ⅲ :T-N,<20gkg -1 &P 2O 5, 7 gkg-1, Ⅳ : T-N, <20 gkg -1 &P 2O 5,<7gkg -1 3 Ⅱ Ⅰ Group a) Scientific name Ⅰ,, Pensicarria longiseta,, Paspalum distichum var. indutum Total nitrogen(g m -2 ) 2 1 Ⅳ Ⅲ 0 0.0 0.5 0.7 1.0 1.5 Phosphate(g m -2 ) Ⅱ, japonica, Typha orientalis, Bromus catharticus, Rumex crispus Ⅲ - Ⅳ Agropyron tsukushiense var. transiens, Scirpus planiculmis, sieboldii, Loliun perenne, and so on, total forty-seven species Fig. 5. Grouping of aquatic plants by nutrient content per the natural area unit. a) I:T-N, 1gm -2 &P 2O 5, 0.7 gm -2, Ⅱ : T-N, 1 gm -2 &P 2O 5,<0.7gm -2, Ⅲ :T-N,<1gm -2 &P 2O 5, 0.7 gm -2, Ⅳ : T-N, <20 gm -2 &P 2O 5,<7gm -2
서낙동강유역하천의식생분포특성과영양염류정화수생식물탐색 155 한예도드문실정이다. 따라서본연구에서는부영양화성분인질소와인의수생식물체내함량을분석하여상위 25% 의 수생식물이속하는질소와인체내함량을기준으로수생식물을분류하였다 (Fig.4,5). 자생하는수생식물 57종의단위무게당체내총질소와인산함량을분석한결과총질소함량 20 gkg -1 이상이고인산함량이 7gkg -1 이상인 I군의수생식물은주로침수식물인검정말, 말즘, 붕어마름이었고, 그외에정수식물인미나리, 털물참새피, 개구리자리, 부엽식물인마름, 습생식물인뚜껑덩굴이었다. 총질소의함량은높으나인산함량이낮은 II 군에는습생식물인여뀌류와미꾸리낚시, 미국가막사리등이속하였으며, 인산함량은높으나상대적으로총질소함량이낮은 III 군에는줄과고마리등이속하였다. 총질소와인산함량이모두낮은 IV군에는개피와쇠별꽃등대부분의수생식물이포함되었다 (Fig. 4). 서낙동강유역자연식생의우점도와건물생산능력에따른부영양화물질정화능( 자생면적당부영양화물질함량) 을살펴본결과(Fig. 5), I 군에는건물량이많은줄과갈대, 털물참새피, 갈풀, 개여뀌등의정수식물이속하였다. 총질소함량은 1gm -2 이상으로높으나, 인산함량이상대적으로낮은 II 군에는고마리, 달뿌리풀, 부들, 개보리, 소리쟁이가속하였다.Kim등 22) 의아산호습지에서관속식물의영양염류흡수량을분석한결과에의하면줄과갈대, 부들이단위면적당질소와인의흡수량이많다고보고되었는데, 본연구에서도같은경향이었으며,Lee등 23) 또한만경강유역수생식물의영양염류흡수량을조사하여, 정수식물인갈대와줄, 부들이우수한흡수능을지닌다고보고하였다. 총질소와인산함량이각각 1gm -2 와 0.7 gm -2 미만인 Ⅳ군에는개밀, 새섬매자기 등대부분의수생식물이속하였다. 전체적으로 Fig. 4와 Fig. 5의결과 Fig. 4에서 I군에속한수생식물들은건물량을증 가시킬수있다면수질정화식물로서의가능성이충분하다고볼수있으며,Fig.5에서 I,II군에속한수생식물들은부영양화물질의체내함량과건물생산능력이라는두가지측면을충족시키는식물들이므로자연하천에서수질정화잠재능이매우클것으로기대된다. 따라서향후이들수생식물의부영양화물질축적과제거능력에관한보다정밀한연구가수행되어야할것이다. 요 본연구는서낙동강의수질정화를위하여영양염류고흡수식물을선발하고자서낙동강유역하천에자생하고있는식물의분포특성과자연상태에서의건물생산능력및체내영양염류함량을분석하였다. 서낙동강유역 12개하천의물속과물가 2 m 이내식물을조사한결과 27과 61속 76종 3 변종의총 79 종이자생하는것으로조사되었으며, 주요우점식생은고마리, 줄, 갈대, 갈풀, 달뿌리풀, 털물참새피이었고, 건물생산능력은줄, 갈대, 달뿌리풀, 물피, 갈풀이높았다. 지 약 천의상류에서는주로고마리와달뿌리풀이우점종이었으며, 하류에서는대형수생식물인갈대와줄이우점하였다. 수생식물의초종은상류에비하여하류로갈수록단순해지는경향이었으나 biomass 량은오히려증가하였다. 하천별수생식물의자생단위면적당체내총질소및총인함량은하류로갈수록증가하였고, 조만강과평강천, 불암배수로, 호계천에서높은특징을보였다. 79종의자생식물중에서 biomass가큰 57 종의수생식물을영양염류함량별로분류한결과, 단위무게당영양염류( 총질소, 인산) 의함량이높은식물군은검정말이나말즘과같은침수식물이었던반면, 자연식생의영양염류흡수능을의미하는단위면적당영양염류의체내함량이높았던식물군은줄이나갈대와같은정수식물이었으며, 털물참새피는두분류모두에서높은함량을보였다. 참고문헌 1. Muenscher, W. C. (1944) Aquatic plants of the United Stated, Comstock Publishing Company. Inc., Ithaca. 2. Sculthorpe, C. D. (1967) The biology of aquatic vascular plants. Edward Arnold Publishers Ltd., London. 3. Yoon, H. S. (1991) A study on vascular hydrophytes of intertidal area in Nakdong estuary. - Productivity of intertidal vascular hydrophytes before and after the construction of Nakdong barrage, Korean J. Ecol. 14(1), 63-73. 4.Yoon,H.S.,Kim,G.Y.,Kim,S.H.,Lee,W.H., and Yi, G. C. (2002) Physio-chemical characteristics of water and distribution of vascular hydrophytess in the West Nakdong river, south Korea, Korean J. Ecol. 25(3), 165-173. 5.Pyon,J.Y.,Lee,K.S.,andLee,J.S.(1985)Studies on removal of water pollutants by aquatic plants., I. Removal of organic matter by water hyacinth and factors affecting it's growth, Kor. J. Weed Sci. 5(2), 143-148. 6.Lee,K.S.,Kim,M.K.,Pyon,J.Y.,andLee,J.S. (1985) Studies on removal of water pollutants by aquatic plants., II. Removal of water polluted nutrients and heavy metals by water hyacinth, Kor. J. Weed Sci. 5(2), 149-154. 7.Kim,B.Y.,Lee,J.S.,andKim,J.H.(1998)Survey on nutrient removal potential and growth state of water hyacinth (Eichhornia crassipes) at Seo-Ho, Kor. J, Environ. Agri. 17(2), 145-149. 8. Cho, K. H. and Kim, J. H. (1994) Distribution of
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