낙동강 상류 수역에서 남조류 발생과 천이패턴

Occurrence and Succession Pattern of Cyanobacteria in the Upper Region of the Nakdong River

  • ABSTRACT

    This study investigated the occurrences and succession patterns of harmful cyanobacteria, as well as environmental factors, during a 3-year period (September 2012 to August 2015) in the upper region of the Nakdong River around Sangju weir. A total of 27 cyanobacterial taxa were observed in this study, and classified into 26 species and 1 variety belonging to 11 genera, 5 families, and 3 orders. Cell density ranged from 24 to 42,001 cells/ml, with a geometric mean of 33 cells/ml, during the survey period. The dominant orders differed depending on the survey year; order Oscillatoriales in 2013, Chroococcales in 2014 and Nostocales in 2015. An Aphanizomenon bloom occurred in June 2015 at which time the highest cell density of 36,873 cells/ml was detected in the upper region of the Nakdong River, where as the Aphanizomenon spp. cell density (190-1,704 cells/ml) had been low prior to that time. An Aphanizomenon bloom also occurred at around the same time downstream in the Young River, a major inflow branch of the Nakdong River. The Aphanizomenon cell density along the Nakdong River increased markedly after joining of the YoungRiver, indicating that the Aphanizomenon bloom in the YoungRiver caused a bloom in the Nakdong River. Meteorological and environmental parameters, such as very low precipitation, higher water temperature, pH, and TP concentration, and lower TN/TP ratio, in May and June of 2015 than in 2013 and 2014 exerted marked effects on the Aphanizomenon bloom in June 2015 in the Young River.

  • KEYWORD

    Aphanizomenon bloom , Cyanobacteria , Nakdong River , Nostocales

  • 1. Introduction

    Aphanizomenon 속(Genus Aphanizomenon Morren.ex Bornet et Flahault 1888; type species: Aph. flos-aquae)은 남조강(Cyanophyceae) 연쇄체목(Nostocales) 염주말과(Nostocaceae)에 속하는 남조류의 일종으로 담수 및 연안에서 주로 출현한다(Pirjo et al., 2005). 이 속은 생태적으로 다양한 생존전략을 확보하여 경쟁력을 높이는 것으로 알려져 있으며, 대표적으로 불리한 생장조건에서 생존율을 높일 수 있는 휴면포자(Akinete)와 질소고정능력을 가진 이형세포(Heterocyst)를 형성한다(Komárek and Komárková, 2006). Aphanizomenon 속은 이러한 생존전략을 통해 부영양화된 담수생태계에서 과다증식하여 녹조현상(Harmful cyanobacterial bloom)을 유발하며(Baryosef et al., 2010; McDonald and Lehman, 2013), 최근 낙동강에서는 중 하류 구간을 중심으로 그 출현빈도와 양이 증가하고 있다(Park et al., 2015; Yu et al., 2014). Aphanizomenon 속은 독소와 취기물질을 생산하는 남조류로 알려져 있으며(Juttner and Watson 2007; Zhang et al., 2015), 특히 대표적인 녹조현상 유발 남조류인 Microcystis 속이 증식하지 않는 시기에 Aphanizomenon 속에 의한 대량발생이 보고되고 있어 하천과 호수 등의 지표수를 이용하는 경우, 수자원관리 측면에서 Aphanizomenon 속의 발생은 주요 관심대상이 된다(Ma et al., 2015; Yamamoto 2009). 그러나 국내에서 Aphanizomenon 속의 환경요인에 따른 발생특성이나 종간경쟁 등에 대한 연구는 부족한 실정이다.

    낙동강은 총 길이 525 km, 유역면적 23,859 km2로서 국내에서 가장 길고, 유역면적이 전 국토의 24.1%를 차지하는 넓은 강이다. 낙동강 본류에는 2012년까지 진행된 낙동강 살리기 사업으로 총 8개의 보가 건설되었으며, 이 중 상주보는 낙동강 본류에 설치된 다기능 보 중 가장 상류에 위치하고 있다. 상주보가 위치한 낙동강 상류 수역은 낙동강에 위치한 보 구간 수역 중에 비교적 수질이 양호하고, 수환경이 청정한 것으로 알려져 있다(NRERC, 2014). 낙동강에서 식물플랑크톤의 종조성 및 군집구조, 녹조현상에 대한 연구는 주로 중 하류를 중심으로 이루어져왔으며(Park et al., 2015; Son, 2013; Yu et al., 2014), 상류수역에서의 식물플랑크톤 특히 녹조현상 유발 남조류를 중심으로 한 연구는 매우 미비한 실정이다(Hur et al., 2013).

    녹조현상을 유발하는 남조류의 발생과 천이, 감소의 원리에 대한 이해는 남조류에 의한 녹조현상을 관리하는 측면에서 필수적이라 할 수 있다(Ma et al., 2015). 본 연구에서는 상주보 상류의 낙동강 본류 수역과 주요 유입하천을 대상으로 녹조현상 유발 남조류의 발생과 천이양상을 알아보고, 특히 Aphanizomenon 속의 출현 특성에 대해 파악하고자 하였다. 본 연구 결과는 낙동강 상류수역에서의 유해남조류 관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

    2. Material and Methods

       2.1. 조사 지점 및 조사 시기

    본 연구는 낙동강 상류 수계에 위치한 상주보 상류 수역을 중심으로 일반조사와 집중조사를 구분하여 실시하였다. 일반조사는 상주보 상류 500m 지점(SJ)을 대상으로 2012년 9월부터 2015년 8월까지 매주 1회 조사를 실시하였으며, 집중조사는 Aphanizomenon 속의 대량증식이 발생한 2015년 6월 1일부터 15일간 낙동강 본류 및 주요 지천을 대상으로 조사를 실시하였다. 집중조사의 조사지점은 낙동강 본류의 유하방향에 따라 N1, N2, N3, N4 등 4개 지점을 선정하였고, 영강 수계에는 영강 본류의 Y1, Y2, Y3 등 3개 지점과 유입 지천인 이안천 말단부에 Y1-1 지점을 선정하였다(Fig. 1)

       2.2. 식물플랑크톤 및 환경요인 분석

    현장에서 채수된 식물플랑크톤 시료는 Lugol 용액으로 고정하였으며, 실험실로 시료를 옮겨 현미경(Zeiss, Axio Scope. A1)으로 검경하여 출현 조류종을 동정하였다. 정량분석은 Sedwick-Rafter chamber를 사용하여 출현 세포수를 ml당 세포수로 계수하였다(MOE, 2011). 식물플랑크톤의 동정은 한국의 조류(담수산 남조류 I, II) (NIBR, 2012a; 2012b)Komárek and Anagnostidis(1999, 2005)를 참고하였다. 이화학적 환경요인 중 수온, 전기전도도(EC), pH, 용존산소농도(DO)는 현장수질측정기(YSI556MPS)를 이용하여 현장에서 측정하였으며, 채수한 시료는 실험실로 운반하여 수질오염 공정시험방법(MOE, 2011)에 따라 SS, TN, TP, Chl-a를 분석하였다. 조사지점의 기상과 수리·수문에 대한 자료는 기상청(KMA, 2015) 및 한국수자원공사(Kwater, 2015)에서 제공하는 자료를 각각 참고하여 활용하였으며, 주간 누적 및 평균값을 산출하여 적용하였다. 영강 수계의 과거년도(2013년, 2014년) 수질 자료는 환경부 물환경정보시스템(MOE, 2015)를 이용하여 분석하였다.

    3. Results and Discussion

       3.1. 낙동강상류수역에서3년간남조류발생과천이 양상

    상주보가 위치한 상주 지역의 조사 기간 연평균 총강수량은 1,033 mm로 연간 강수량의 60% 이상이 하절기(6~9월)에 집중되어 나타나는 몬순 강우의 특징을 가지고 있었으며, 이로 인하여 상주보의 유입량 및 방류량 또한 하절기에 집중되고 동절기에 감소하는 변화패턴을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 집중 강우의 시기와 빈도에 의한 변화는 연도별로 차이를 보였는데, 최대 유입량이 1,000 m3/sec를 초과하는 시기가 2013년에는 이른 장마로 인하여 초여름(6월)에 시작된 반면, 2012년과 2014년에는