The Effect of Drought Simulated by Discharge Control on Water Quality and Benthic Diatom Community in the Indoor Experimental Channel

We investigated an ecological impact of drought simulated by discharge depletion on the water quality and benthic diatom community in the indoor experimental channel. As artificial substrates slide-glass was installed in acrylic channel for 16 days. Channels were supplied continuously with eutrophic lake water with a discharge rate of 6 L $min^{-1}$ in duplication during the colonized period. And then during the discharge depletion period, three discharge rates were provided: NDF (No depletion of flow rate (Control): 6 L $min^{-1}$), LDF (Low depletion of flow rate: 3 L $min^{-1}$) and HDF (High depletion of flow rate: 1 L $min^{-1}$). Environmental factors in the water, such as suspended solid, Chl-$a$ and nutrients concentration, were measured with periphytic algae including AFDM (ash free dry matter), Chl-$a$ concentration and cell density at 1-day intervals. Light intensity increased significantly with discharge depletion (F=229.5, p= 0.000). $NH_4$-N concentration was highest at HDF. Suspended solid in outflowing water decreased at HDF (88%), LDF (97%) and NDF (99%), compared to inflowing water (100 %). Chl-$a$ in substrates increased more than two times at LDF and HDF than NDF (F= 8.399, p=0.001). Also AFDM and benthic diatom density increased significantly at LDF and HDF than NDF (F=9.390, p=0.001; F=6.088, p=0.007). In all experimental groups, $Aulacoseira$ $ambigua$, $Achnanthes$ $minutissima$ and $Aulacoseira$ $granulata$ were dominant species accounting for greater than 10% of benthic diatom density. The most dominant species, $A.$ $ambigua$ was highest at LDF, followed by HDF and NDF (F=8.551, p=0.001). In conclusion, the effect of drought simulated by discharge depletion in an artificial stream ecosystem caused significant changes on water quality and benthic diatom biomass. This result provides a useful data to understand the effect of draught on stream ecosystem in situ.

인공하천에서 유량감소로 모사한 가뭄효과가 수질 및 부착돌말류 군집에 미치는 영향

본 연구는 하천에서 가뭄으로 인해 나타나는 갈수현상을 단기간의 유량의 감소로 모사하여 수질 및 부착돌말류 군집에 미치는 생태학적 영향을 인공수로에서 분석하였다. 아크릴로 제작한 실내 인공수로에 부착돌말 인공기질로는 슬라이드글라스를 설치하고, 부영양 저수지의 표층수를 유입시켜 실험수로 이용하였다. 실험기간 중 부착돌말 군체형성기 동안 모든 실험군의 유량은 6 L $min^{-1}$, 이후 유량감소기 동안 각 실험군의 유량은 NDF(No depletion of flow rate (Control): 6 L $min^{-1}$), LDF (Low depletion of flow rate: 3 L $min^{-1}$), 그리고 HDF (High depletion of flow rate: 1 L $min^{-1}$)로 설정하였다. 유량감소의 영향을 비교하기 위하여 16일간의 실험기간 동안 유입수와 배출수의 수온, 전기전도도, 용존산소, pH, 탁도, 부유물질, 영양염 및 Chl-$a$ 농도를 분석하였으며, 또한 부착기질의 Chl-$a$와 AFDM(ash free dry matter), 그리고 부착돌말류의 조성과 세포밀도를 1일 간격으로 분석하였다. 광도는 처리 유량이 적어질수록 유의하게 증가했다(F=229.5, p=0.000). $NH_4$-N는 NDF보다 HDF에서 현저하게 높은 농도를 유지하였다. 유입수의 SS 농도(100%) 대비 배출수의 SS 농도는 HDF에서 88%로 감소하였으며 LDF (97%)와 NDF (99%)에 비하여 높은 감소율을 보였다. 기질의 Chl-$a$는 NDF에 비하여 유량감소 처리군에서 약 2배 이상 유의하게 증가하였다(F=8.399, p=0.001). 또한 기질의 AFDM과 부착돌말류 총밀도는 NDF에 비하여 두 처리군에서 유의하게 증가하였다(F=9.390, p=0.001; F=6.088, p=0.007). 실험기간 동안 대조군과 처리군 모두에서 $Aulacoseira$ $ambigua$, $Achnanthes$ $minutissima$, $Aulacoseira$ $granulata$ 등 총 3종의 부착규조류가 총 밀도의 10% 이상을 보인 우점종으로 나타났고, 제1 우점종인 $A.$ $ambigua$는 LDF에서 가장 높은 밀도를 보였으며 HDF, NDF순으로 생물량이 낮았다(F=8.551, p=0.001). 본 연구 결과, 인공 하천생태계에서 가뭄(갈수) 효과는 수질과 부착돌말류 현존량에 유의한 변화를 야기하였으며, 특히 부착돌말류 현존량이 유의하게 증가하였다. 이는 실제 하천에서 가뭄에 의한 생태계의 변화를 이해하는데 유용한 기초자료를 제공할 것으로 사료된다.