Assessment for Impact of Suspended Sediment on Survival of Benthic Invertebrates in River by Laboratory Experiments

Taeuk Kang; Namjoo Lee; Myoung Chul Kim

doi:10.17820/eri.2025.12.2.047

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Original Article

Ecology and Resilient Infrastructure. 30 June 2025. 47-56
https://doi.org/10.17820/eri.2025.12.2.047

Assessment for Impact of Suspended Sediment on Survival of Benthic Invertebrates in River by Laboratory Experiments

실내 실험을 통한 하천 저서성 무척추동물의 생존에 관한 부유사 영향 평가

Taeuk Kang¹

Namjoo Lee²^*

Myoung Chul Kim³

강 태욱¹

이 남주²^*

김 명철³

¹Researcher, Green Land & Water Management Research Institute, Pusan National University, Busan 46241, Korea

²Professor, Department of Civil Engineering, Kyungsung University, Busan 48434, Korea

³Research Director, SOKN Institute of Ecology & Conservation, Gyeonggi-do 12563, Korea

¹부산대학교 전임연구원

²경성대학교 토목공학과 교수

³SOKN 생태보전연구소 연구소장

^{*Corresponding Author}

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/):

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-Non Commercial-No Derives (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

ABSTRACT

Various organisms live in the river aquatic ecosystem and are affected by suspended sediment. There are some studies, methods, and criteria for evaluating the impact of suspended sediment on fish species in the system, but there are no criteria to evaluate benthic invertebrates. In this study, in order to quantitatively analyze the impact of suspended sediment on the benthic invertebrates, survival experiments were conducted on Glyptotendipes tokunagai and Hydropsyche kozhantschikovi living in rivers according to suspended sediment concentration and exposure duration. Based on the experimental results, multiple regression analysis was performed, and the results showed a high coefficient of determination. In addition, regression equations were used to suggest criteria for evaluating the effects of suspended sediment concentration and exposure period on benthic invertebrates. The results of this study are expected to be used as basic data for river management and for evaluating the impact of suspended sediment on various biota living in rivers.

Keywords

Benthic invertebrates

Concentration

Exposure duration

Regression analysis

Suspended sediment

하천 수생태계에는 다양한 생물군이 서식하고 있고, 부유사의 영향을 받는다. 부유사가 어류에 미치는 영향을 평가한 연구 사례와 방법 및 기준은 일부 존재하나, 저서성 무척추동물을 평가할 수 있는 기준은 부재하다. 이 연구에서는 저서성 무척추동물에 대한 부유사 영향을 정량적으로 분석하기 위해 하천에 서식하는 조각깔따구와와 줄날도래를 대상으로 부유사 농도와 노출 시간에 따른 생존 실험을 실시하였다. 실험 결과를 바탕으로 다중 회귀분석을 실시한 결과, 높은 결정계수를 보였다. 또한, 회귀식을 이용하여 부유사 농도와 노출시간이 저서성 무척추동물에 미치는 영향을 평가하기 위한 기준을 제시하였다. 이 연구의 결과는 하천 관리와 하천에 서식하는 다양한 생물군에 대한 부유사 영향을 평가하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

키워드

저서성 무척추동물

농도

노출시간

회귀분석

부유사

MAIN

1. 서 론
2. 저서성 무척추동물의 부유사 영향 실험
2.1 실험 대상과 조건
2.2 실험 내용
2.3 실험 결과
3. 저서성 무척추동물의 부유사 영향 분석
3.1 Kaplan Meier 분석
3.2 다중 회귀분석
3.3 부유사에 의한 저서성 무척추동물의 유해 영향 심각도 평가
4. 결 론

1. 서 론

부유사는 수생태계의 필수 구성 요소이며 영양분을 운반하고, 미생물의 서식지를 제공할 뿐만 아니라 많은 유기체의 먹이 공급 역할을 한다(Capper 2006). 하지만 하천이나 호소에서 부유사 농도가 높은 상태가 장기간 지속될 경우 심각한 오염원이 되어 수중 생태계에 치명적인 영향을 줄 수 있다(Kang et al. 2023). 또한, 부유사는 빛의 투과를 감소시켜 광합성을 방해하므로 플랑크톤과 저서생물은 모두 감소된 빛 투과의 영향을 받는다(Cohen et al. 1993). 이는 결국 호소 및 하천 내 수생식물의 성장을 저해시키고, 저서생물과 어류의 서식지를 훼손시킴으로써 먹이사슬의 순환을 교란시켜 전체 수생태계에 위해를 가져온다(Kim et al. 2007).

자연 상태에서 고탁도의 부유물질은 주로 강우 시 발생하는데, 이러한 자연 현상에 의한 부유물질의 발생은 제어가 어렵다. 반면에, 댐, 보 등 수공구조물의 운영과 하천 공사와 같은 인위적인 인간 활동에 의한 부유물질의 발생은 어느 정도 제어될 수 있으므로 관리가 필요하다(Kang et al. 2024). 실제로, 기 설치된 많은 저수지는 저류 용량 확보, 홍수조절 공간 확보, 발전 효율 증대 등을 목적으로 배사(sediment flushing)를 주기적으로 수행한다. 배사에 의해 제거된 퇴적물을 받는 하천은 생태학적 우려를 야기할 수 있는데(Crosa et al. 2010), 이러한 배사에 따른 저수지 하류의 부유사 농도는 매우 다양하다(Buermann et al. 1995, Brandt 1999, Grimardias et al. 2017). 하지만, 저수지 하류 하천의 생물학적 또는 생태학적 영향을 최소화하기 위한 기술적 권장 사항(배사 한계량, 부유사 농도, 노출 기간 등)은 부재한 실정이다(Crosa et al. 2010).

한편, 수생태계의 영향을 평가하는 도구로서, Newcombe and MacDonald (1991)는 무기 부유 퇴적물이 민물과 해양 어류 및 기타 유기체에 미치는 영향에 관한 70개 이상의 논문을 검토하여 스트레스 지수(SI)를 제시하였다. 그리고 Newcombe and Jensen (1996)은 스트레스 지수를 발전시켜 6개 어류군에 대한 유해 영향 심각도(severity of ill effect; SEV)를 제시하였다. 실제로 많은 연구자들은 수생태계의 영향 평가 지표 또는 기준으로 SEV를 지속적으로 활용하고 있다(Crosa et al. 2010, Espa et al. 2015, Baoligao et al. 2016, Moridi and Yazdi 2017, Grimardias et al. 2017, Xu et al. 2018, Tritthart et al. 2019, Pisaturo et al. 2021, Cattanéo et al. 2021). SEV는 부유사의 농도와 노출시간에 근거하여 6가지의 형태를 가지며, 연어류와 비연어류의 다양한 생활사에 의존하는 용량-반응 모형(dose–response model)이다(Smedley et al. 2011). 이때, SEV는 0 - 14의 범위를 갖는 지수이고, 특히 SEV 값이 10, 11, 12, 13, 14인 경우 각각 0 - 20%, 20 - 40%, 40 - 60%, 60 - 80%, 80 - 100%의 사망률 범위에 해당된다(Li et al. 2023).

하천 및 호소 수생태계에는 다양한 생물군이 서식하고 있는 반면, SEV는 일부 어류에 한정되어 있어 활용에 한계가 있다. 특히, 하천 바닥에는 많은 저서성 무척추동물이 존재하는데, 어류처럼 유영하지 못하는 이들은 부유사에 더 많은 영향을 받을 수밖에 없다. 이 연구는 저서성 무척추동물인 조각깔따구와 줄날도래의 부유사 영향을 평가하기 위해 실내 실험을 수행하였다. 실험은 부유사의 농도(탁도)와 노출시간을 고려하여 진행하였고, 실험 결과를 정량화하기 위해 회귀 분석을 수행하였다. 회귀식의 독립변수는 부유사의 농도와 노출시간이고, 종속변수는 각 개체의 생존률이다.

2. 저서성 무척추동물의 부유사 영향 실험

2.1 실험 대상과 조건

이 연구에서는 저서성 무척추동물에 대한 부유사의 영향을 분석하기 위해 실내 실험을 수행하였다. 실험 종 선정 시 분류학적으로 명확히 구분되고, 대한민국 전 지역에 분포하고 있는 우점종을 선정하였다. 그리고 채집이 용이하고, 실내에서 사육 시 유사한 환경 생태를 만들 수 있는 조각깔따구와 줄날도래로 결정하였다(Fig. 1).

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Fig. 1.

Experimental benthic invertebrates.

이 연구에 시행한 실험은 부유사 농도가 다른 실험 수조에 저서성 무척추동물을 투입하고, 각각의 실험 수조에 대하여 노출시간에 따른 폐사 정도(치사율)를 조사하는 것이다. 부유사의 적절한 농도 범위와 노출시간을 파악하기 위하여 예비 실험을 실시하여 본 실험 조건에서 0 - 100%의 치사율이 발생하도록 하였다. 부유사를 제외한 다른 환경 조건은 실험 개체의 생존에 필요한 조건을 고려하여 Table 1과 같이 유지시켰다. 특히, 수조 내에 침전되는 부유사를 재부상시켜 부유사 농도를 장기간 일정하게 유지하기 위해 소형 흐름 발생기(flow generator)를 이용하였다.

Table 1.

Experimental condition

Classification		Glyptotendipes tokunagai	Hydropsyche kozhantschikovi
Breeding cage		Clear glass (W250 × L250 × H250 mm)
Environmental conditions	Temperature	28±0.5°C	24±0.5°C
	DO	6.5±0.3mg/L	6.5±0.3mg/L
	PH	7.5±0.3	7.5±0.3
	Electrical conductivity	158±0.2 μS/cm	150±0.2 μS/cm
	Photoperiod	16:8 h (L:D)	16:8 h (L:D)
Other conditions	Food	Tetramin (<0.2 mm)	Tetramin (<0.5 mm)
	Suspended sediment	Bentonite (insoluble mineral components)
	Flow generator	Two for 3 W

2.2 실험 내용

실험 대상인 조각깔따구와 줄날도래를 일정한 부유사 농도(탁도)에 노출시키고, 노출시간별 생존 개체수를 관찰하여 기록하였다. 실험에 사용한 탁도는 대조구와 100, 200, 500, 1,000, 5,000 NTU 등의 실험군으로 구성하였고, 각각의 탁도에 대하여 3개의 수조에서 실험하였다. 실험 시 각 수조에는 개체 밀도가 너무 높지 않게 10개체씩 넣어 관찰하였고, 부유사의 노출시간은 최대 10일로 하였다. Fig. 2는 부유사 농도(탁도)별 실험 수조를 촬영한 사진이다. 부유사 시료는 국내에 많이 분포하는 토사 중에서 농도를 일정하게 유지하는 실험에 용이한 벤토나이트를 사용하였다. 탁도 측정 센서는 TU-2016(측정 범위: 0 - 500 NTU, 50 - 1,000 NTU)를 사용하였는데, 5,000 NTU 용액은 1,000 NTU 탁도에 해당하는 벤토나이트 중량의 5배를 넣어 탁도를 맞추었다.

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Fig. 2.

Experiment tanks (left: Glyptotendipes tokunagai, right: Hydropsyche kozhantschikovi).

2.3 실험 결과

Table 2와 3은 조각깔따구와 줄날도래를 농도가 다른 부유사에 10일간 노출시키면서 관찰한 생존 개체수를 나타낸다. 실험 결과, 두 종 모두 노출시간이 길어질수록 생존 개체수가 줄어드는 경향이 뚜렷하게 보였다. 또한, 탁도가 높아질수록 생존 개체수는 빠르게 감소하는 것으로 관찰되었다. 즉, 조각깔따구와 줄날도래는 탁도의 농도가 증가하고, 노출시간이 길어짐에 따라 생존율이 낮아지는 결과를 보였다. 다만, 전반적으로 줄날도래가 조각깔따구에 비해 부유사에 대한 저항성이 큰 것으로 검토되었다.

Table 2.

Number of surviving individuals according to turbidity and duration (Glyptotendipes tokunagai)

Duration (days)	Experimental case according to turbidity
	100 NTU			500 NTU			1000 NTU			5000 NTU
	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
1	10	10	10	9	8	7	6	5	8	3	6	4
2	10	9	10	6	5	3	3	2	6	2	3	1
3	10	9	10	5	3	2	2	1	4	2	2	1
4	10	9	10	5	2	2	2	1	3	2	2	1
5	9	9	10	3	2	1	2	-	3	-	2	1
6	7	9	8	3	1	1	-	-	3	-	2	1
7	7	9	7	-	1	-	-	-	1	-	2	-
8	7	9	7	-	-	-	-	-	1	-	-	-
9	7	9	7	-	-	-	-	-	1	-	-	-
10	7	8	7	-	-	-	-	-	1	-	-	-

Table 3.

Number of surviving individuals according to turbidity and duration (Hydropsyche kozhantschikovi)

Duration (days)	Experimental case according to turbidity
	100 NTU			200 NTU			500 NTU			1000 NTU			5000 NTU
	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
1	9	9	9	9	10	9	8	9	9	9	9	8	9	7	4
2	9	9	8	6	9	8	6	7	8	5	6	7	5	5	4
3	9	9	8	6	6	8	5	6	7	5	4	6	4	4	3
4	7	7	7	5	5	6	1	6	5	2	3	5	4	4	2
5	7	7	7	4	4	5	1	3	5	2	1	5	2	4	3
6	7	7	7	4	4	5	1	2	5	-	1	2	1	2	3
7	7	6	7	4	3	4	1	2	5	-	1	1	1	2	2
8	7	6	7	4	3	4	1	1	4	-	1	1	1	2	-
9	7	6	6	4	3	3	1	-	4	-	1	1	-	1	-
10	7	5	6	4	3	3	1	-	4	-	1	1	-	1	-

조각깔따구의 10일 기준 반수치사량(LC50; Lethal Concentration 50%) 농도는 100 - 500 NTU 사이인 것으로 나타났고, 1,000 NTU - 5,000 NTU에서는 1일차 이후 대부분의 개체들이 사멸되었다. 이는 부유사에 내재된 독성(toxicity)에 의한 영향보다는 고농도의 저질 밀도에 의한 호흡 저해가 원인으로 판단되었다. 물속에서 아가미로 호흡하는 줄날도래는 부유 물질이 많을수록 물속의 용존산소(DO)를 이용한 호흡이 어려워져 탁도가 높을수록 생존율이 떨어지는 것으로 판단되었다. 한편, 줄날도래는 대조군에서 실을 뿜어서 집을 짓는 행동이 대부분 관찰되었지만, 탁도가 높아질수록 집을 짓지 않는 것이 확인되었다. 따라서 하천에 고농도의 부유사가 유입될 경우, 조각깔따구와 줄날도래를 포함한 저서성 무척추동물은 서식하기 어려운 환경이 되는 것으로 검토되었다. 또한, 하천의 저서성 무척추동물은 부유사 농도가 지속되는 시간에도 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.

3. 저서성 무척추동물의 부유사 영향 분석

3.1 Kaplan Meier 분석

생존 분석은 특정 사건에 대한 시간 경과에 따른 변화를 조사하기 위해 사용되는 통계적 방법이다(Dudley et al. 2016). Kaplan Meier 생존 곡선은 생존율 또는 생존 함수를 그래프로 나타내는데(DATAtab Team 2025), 많은 작은 간격의 시간을 고려하여 주어진 시간 동안 생존할 확률로 정의된다(Goel et al. 2010). Kaplan-Meier 분석에서 특정 시간 𝑡까지 생존할 확률은 Eq. (1)과 같이 계산된다(D’Arrigo 2021).

(Eq. 1)

S (t) = \prod_{t_{i} \leq t} (1 - \frac{d_{i}}{n_{i}})

여기서, S(t)는 특정 시간 t까지 생존 누적 확률, $t_{i}$ 는 사건(사망 등)이 발생한 시간, $d_{i}$ 는 시간 $t_{i}$ 에 사건이 발생한 개체 수, $n_{i}$ 는 시간 $t_{i}$ 에 생존 중인 개체 수이다.

Fig. 3은 조각깔따구와 줄날도래에 대하여 Kaplan- Meier 생존 곡선을 도시한 그림이다. 부유사 농도(탁도)와 노출시간에 따른 두 개체의 생존률 경향은 서로 상이한 것을 볼 수 있다. 우선, 조각깔따구는 100 NTU 조에서건 부유사의 영향이 거의 나타나지 않았지만, 500 NTU 이상에서는 급격하게 생존율이 감소하는 것으로 분석되었다. 이에 반해 줄날도래의 경우, 부유사 농도가 증가함에 따라 점진적으로 생존율이 감소하는 것으로 분석되었다. 즉, 상대적으로 조각깔따구는 줄날도래에 비해 저농도에서 생존률이 높게 나타났고, 줄날도래는 고농도에서 조각깔따구에 비해 생존률이 높게 나타났다. 이러한 개체마다 다른 생존 경향은 하천의 부유사 영향 평가 시 다양한 종에 대한 검토가 필요함을 시사한다.

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Fig. 3.

Kaplan-Meier survival curves according to sedimentation.

3.2 다중 회귀분석

3.2.1 유해 영향 심각도를 이용한 다중 회귀분석

Newcombe and Jensen (1996)은 하천과 하구의 부유사에 의한 어류의 반응을 조사한 많은 자료를 분석하여 유해 영향 심각도(SEV)를 평가하는 수식을 제시하였다. Newcombe and Jensen (1996)에 의한 유해 영향 심각도는 Eq. (2)와 같이 부유사의 농도와 노출시간에 의해 결정된다.

(Eq. 2)

SEV = a + b (\ln C) + c (\ln D)

여기서 a, b, c는 계수이며, C는 부유사 농도(mg/L), D는 노출시간(hr)이다. Eq. (2)는 부유사 농도와 노출시간에 자연로그를 취하여 구성한 다중 회귀식의 형태이다. 즉, 다중 회귀분석을 통해 Eq. (2)와 같은 형태의 수식을 유도할 수 있다. 이 연구에서는 실험에 의해 도출된 부유사 농도(탁도)와 노출시간에 따른 조각깔따구와 줄날도래의 생존율을 Eq. (2)의 형태로 분석하였다. 다만, Eq. (2)와 이 연구에서 수행한 실험의 독립변수와 종속변수가 일부 상이하므로 수정하여 활용하였다. Table 4는 Newcombe and Jensen (1996)의 연구와 이 연구의 분석에 사용된 다중 회귀분석의 독립변수와 종속변수의 차이를 나타낸 표이다. Newcombe and Jensen (1996)의 연구와 이 연구의 본질적인 차이점은 건강성에 대한 유해 영향 심각도 대신 정량적이고 직관적으로 이해 가능한 생존율을 사용하였다는 점이다.

Table 4.

Construction of a multiple regression analysis

Classification	Newcombe and Jensen (1996)	This study
Independent variable	Concentration of suspended sediment (mg/L)	Turbidity (NTU)
Independent variable	Duration of exposure (hour)
Dependent variable	Severity (SEV)	Survival rate (SR, %)
Decision variable	a, b, c

이 연구에서는 부유사 농도(탁도)와 노출시간에 따른 조각깔따구와 줄날도래의 생존율에 관한 다중 회귀분석을 수행하였다. 조각깔따구와 줄날도래의 생존율은 동일 조건 하에서 3개의 수조에 대하여 실험된 평균값을 이용하였다(Tables 2 and 3 참조). Table 5는 다중 회귀분석을 통해 결정된 통계분석 결과와 결정계수를 나타낸다. 다중회귀분석을 통한 부유사 농도(탁도)와 노출시간에 따른 조각깔따구 생존율 분석의 결정계수는 0.779로 나타났다. 줄날도래는 상대적으로 더 좋은 적합도(결정계수: 0.897)를 보였다.

Table 5.

Statistics values for multiple regression analysis

Classification			Glyptotendipes tokunagai	Hydropsyche kozhantschikovi
Multiple correlation coefficient			0.882	0.947
Coefficient of determination			0.779	0.897
Decision variable	a	263.872	223.991
	b	-22.730	-26.853
	c	-18.628	-10.645

3.2.2 회귀식의 개선

3.2.1절에서 분석된 다중 회귀분석의 결과는 대체로 조각깔따구와 줄날도래의 생존율을 잘 모사하는 것으로 분석되었다. 하지만 해당 회귀식을 이용하여 생존율을 예측할 경우, 생존율이 음수이거나 100% 이상인 값을 도출할 수 있는 현상이 나타날 수 있다. 이에 이 연구에서는 Table 6과 같이 회귀식에 의한 최대, 최소값을 고려하여 회귀식을 보완하였다. 해당 회귀식을 이용할 경우, 조각깔따구의 결정계수는 0.779에서 0.825로, 줄날도래의 결정계수는 0.897에서 0.916으로 개선되었다. Fig. 4는 개선된 다중 회귀식에 의한 결과를 나타낸다.

Table 6.

Complementary multiple regression equations

Classification	Glyptotendipes tokunagai	Hydropsyche kozhantschikovi
Equation	$SR (%) = 263.87 - 22.73 (\ln C) - 18.63 (\ln D)$	$SR (%) = 223.99 - 26.85 (\ln C) - 10.65 (\ln D)$
Maximum value	100	100
Minimum value	0	0
Coefficient of determination	0.825	0.916

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Fig. 4.

Regression analysis results expressed on a 1:1 straight line.

3.3 부유사에 의한 저서성 무척추동물의 유해 영향 심각도 평가

Table 6에 제시된 수식을 통해 조각깔따구와 줄날도래에 대하여 부유사 농도(탁도)와 노출시간에 따른 생존율의 예측이 가능하다. 이와 관련하여 Newcombe and Jensen (1996)은 어류에 관하여 유해 영향 심각도(SEV)를 제시한 바, 이 연구에서 도출된 결과를 통해서도 SEV를 제시할 수 있다. 다만, 이 연구에서는 실험을 통해 생존율을 분석하였기 때문에 치명적 영향 단계에 해당하는 SEV 11 - 14에 대한 평가만 가능하다.

Table 7은 조각깔따구와 줄날도래에 대하여 치사율 20%, 40%, 60%, 80%에 해당하는 부유사의 농도(NTU)와 노출시간(day)을 표로 정리한 결과이다. 이때 각각의 치사율은 SEV 11 - 14의 단계를 의미한다. 이 연구에서는 부유사 농도의 노출시간을 1, 2, 3일에 대하여 사례로서 제시하였다. 즉, Table 7은 부유사 농도의 지속기간이 1일, 2일, 3일간 유지될 때 각각의 치사율이 예측되는 부유사의 농도를 분석한 것이다. 예를 들면, 조각깔따구는 1일 동안 401 NTU의 탁도가 유지될 때 치사율이 20%로 예측되고, 4,335 NTU의 탁도가 3일간 지속될 때 줄날도래는 80%가 사멸할 것으로 예상된다.

하천의 저서성 무척추동물에는 조각깔따구와 줄날도래외에도 매우 많은 생물이 포함된다. 다만, 이 연구에서는 해당 두 종의 분석 결과를 통해 저서성 무척추동물의 부유사 영향 기준을 예로서 설정하였다. 분석된 두 종의 부유사 영향(농도, 노출시간)은 서로 상이하다. 이에 이 연구에서는 동일한 치사율 및 노출시간에 대하여 상대적으로 낮은 농도를 부유사 영향 기준으로 설정하였다(Table 7의 6번째 열). 이는 동일 조건에서 특정한 저서성 무척추 동물의 치사율이 기준 치사율을 넘지 않도록 한 것이다. 또한, 해당 기준은 보수적인 측면과 가독성을 높이기 위해 적절한 범위에서 절삭하여 결정하였다.

Table 7.

Criteria for assessing the impact of suspended sediment on benthic invertebrates

SEV	Mortality	Exposure duration (day)	Sedimentation (NTU)
SEV	Mortality	Exposure duration (day)	Glyptotendipes tokunagai	Hydropsyche kozhantschikovi	Criteria for benthic invertebrates
11	>20%	1	401~	247~	240~
		2	172~	43~	40~
		3	105~	15~	15~
12	>40%	1	1,172~	1,617~	1,100~
		2	503~	281~	280~
		3	307~	101~	100~
13	>60%	1	3,430~	10,583~	3,400~
		2	1,472~	1,842~	1,400~
		3	898~	662~	660~
14	>80%	1	10,036~	69,272~	10,000~
		2	4,308~	12,056~	4,300~
		3	2,627~	4,335~	2,600~

4. 결 론

이 연구에서는 하천 저서생물인 조각깔따구와 줄날도래의 실내 실험을 통해 저서성 무척추동물의 생존에 관한 부유사 영향을 분석하였다. 실내 실험은 0(대조구), 100, 200, 500, 1,000, 5,000 NTU 등의 부유사 농도(탁도)에 대하여 노출시간에 따른 생존 개체수를 조사하여 진행하였다. 실험 결과, 조각깔따구와 줄날도래의 부유사 영향은 일부 상이하였지만, 부유사 농도가 높아지고 노출시간 길어질수록 생존율이 낮아지는 동일한 경향을 보였다.

실험 결과를 이용하여 회귀 분석을 수행하였다. 회귀 분석에는 2개의 독립변수(부유사 농도와 노출시간)와 1개의 종속변수(생존율)을 포함한 다중 회귀분석이 활용되었다. 이때, 서로 다른 차원과 속성을 가지는 부유사 농도와 노출시간은 자연로그를 취하여 구성되었다. 조각깔따구와 줄날도래의 다중 회귀분석에 의한 결정계수는 각각 0.825와 0.916으로 분석되어 도출된 회귀식의 적합성이 우수한 것으로 판단되었다.

해당 회귀식을 통해 저서성 무척추동물에 대한 부유사 영향 평가 기준(농도, 노출시간)을 도출하였다. 이 연구에서는 사례로서 1일, 2일, 3일에 대하여 치사율 20%, 40%, 60%, 80%에 해당하는 부유사의 농도(NTU)를 제시하였다. 다만, 조각깔따구와 줄날도래의 동일 치사율에 대한 부유사 농도가 상이하여 상대적으로 낮은 농도를 부유사 영향 기준으로 설정하였다.

비록 실내실험이기 때문에 자연 하천에서의 실제 영향과 차이가 있을 가능성이 있지만, 이 연구의 결과는 하천 저서 수생태계 관리 측면에서 하천 공사와 수공구조물의 운영 등 인위적인 부유사 발생의 규제를 위한 기초자료로 활용될 수 있다. 그리고 하천에는 조각깔따구와 줄날도래 이외에도 많은 저서성 무척추동물이 생존하고 있고, 각 개체의 부유사에 대한 영향은 서로 상이할 수 있다. 따라서 다양한 저서성 무척추동물에 대한 실험을 통해 부유사 영향 평가 기준이 제시될 필요가 있다.

Acknowledgements

This work was supported by the Korea Environmental Industry & Technology Institute(KEITI) through the Aquatic Ecosystem Conservation Research Program, funded by the Korea Ministry of Environment (MOE) (2020003050002).

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Ecology and Resilient Infrastructure ISSN:2288-8527(Online) 응용생태공학회 논문집

Preview

Assessment for Impact of Suspended Sediment on Survival of Benthic Invertebrates in River by Laboratory Experiments

ABSTRACT

MAIN

Fig. 1.

Experimental benthic invertebrates.

Table 1.

Experimental condition

Fig. 2.

Experiment tanks (left: Glyptotendipes tokunagai, right: Hydropsyche kozhantschikovi).

Table 2.

Number of surviving individuals according to turbidity and duration (Glyptotendipes tokunagai)

Table 3.

Number of surviving individuals according to turbidity and duration (Hydropsyche kozhantschikovi)

(Eq. 1)

Fig. 3.

Kaplan-Meier survival curves according to sedimentation.

(Eq. 2)

Table 4.

Construction of a multiple regression analysis

Table 5.

Statistics values for multiple regression analysis

Table 6.

Complementary multiple regression equations

Fig. 4.

Regression analysis results expressed on a 1:1 straight line.

Table 7.

Criteria for assessing the impact of suspended sediment on benthic invertebrates

Acknowledgements

References