We investigated the effects of acid mine drainage (AMD) from abandoned coal mines on benthic macroinvertebrate communities in the upper reaches of the Nakdong River from May to October in 2009. Qualitative and quantitative sampling (Surber sampler: $50{\times}50$ cm; mesh size, 0.2 mm) was conducted at 7 study sites and 3 control sites in the study area. We thus sampled 117 species belonging to 53 families, 15 orders, 6 classes, and 5 phyla; the Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera group (EPT-group) represented the majority of the benthic macroinvertebrate community (71 species; 64.5%). In the quantitative sampling, a total of 11,575 individuals belonging to 58 species of benthic maroinvertebrates were sampled from the study sites (Sites 1-7), whereas 2,844 individuals belonging to 79 species were sampled from the control sites (Sites A-C). Tolerant species such as oligochaetes, $Epeorus$$pellucidus$, $Baetis$$fuscatus$, Hydropsychidae species, and Chironomidae species were predominant in the study sites. The community indices for the study sites, such as MacNaughton's dominance index (DI) (mean${\pm}$SD, $0.52{\pm}0.21$; range, 0.33-0.85) and the Shannon diversity index ($H^{\prime}$) ($2.06{\pm}0.60$; 1.06-2.57), were different from those for the control sites (DI: $0.29{\pm}0.07$, 0.22-0.35; $H^{\prime}$: $3.13{\pm}0.14$; 3.03-3.30). In the study sites, shredders and scrapers were scarce, whereas gathering-collectors (mainly Chironomidae species) were relatively abundant, as were clingers and burrowers. The detrended correspondence analysis (DCA) and similarity analyses showed that benthic macroinvertebrate communities in the study sites were clearly separated from those of the control sites, with the greatest dissimilarity being noted at the uppermost study site (Site 1), which is located close to an abandoned coal mine. The Korean saprobic index (KSI) and the ecological score using benthic macroinvertebrates (ESB) showed that the uppermost study site (Site 1) was ${\alpha}$-mesosaprobic or heavily polluted, whereas other study sites were in a fair or relatively good condition.
An Individual-Based Model (IBM) was developed by employing natural and toxic survival rates of individuals to elucidate the community responses of benthic macroin-vertebrates to anthropogenic disturbance in the streams. Experimental models (dose-response and relative sensitivity) and mathematical models (power law and negative exponential distribution) were applied to determinate the individual survival rates due to acute toxicity in stressful conditions. A power law was additionally used to present the natural survival rate. Life events, covering movement, exposure to contaminants, death and reproduction, were simulated in the IBM at the individual level in small (1 m) and short (1 week) scales to produce species abundance distributions (SADs) at the community level in large (5 km) and long (1~2 years) scales. Consequently, the SADs, such as geometric series, log-series, and log-normal distribution, were accordingly observed at severely (Biological Monitoring Working Party (BMWP<10), intermediately (BMWP<40) and weakly (BMWP${\geq}50$) polluted sites. The results from a power law and negative exponential distribution were suitably fitted to the field data across the different levels of pollution, according to the Kolmogorov-Smirnov test. The IBMs incorporating natural and toxic survival rates in individuals were useful for presenting community responses to disturbances and could be utilized as an integrative tool to elucidate community establishment processes in benthic macroin-vertebrates in the streams.
Kim, PilJae;Kim, JinYoung;Son, SeHwan;Won, DooHee;Kong, Dongsoo
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.32
no.1
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pp.15-22
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2016
This study aims to analyze the changes in the benthic macroinvertebrate community before and after a restoration project in a eutrophic stream. Species diversity and species richness increased at the points where the channel changed from standing water to running water. However, species diversity and richness decreased at the points where only riparian restoration was implemented, and the concentration of suspended solids increased, while biochemical oxygen demand and total phosphorus decreased and the concentration of dissolved oxygen increased. In such reaches, functional feeding groups went from collector-filterers to collector-gatherers, and habitat orientation groups changed from clingers to burrowers.
Choosing an appropriate sample unit is a fundamental decision in the design of ecological studies. While numer-ous methods have been developed to estimate organism abundance, they differ in cost, accuracy and precision.Using both field data and computer simulation modeling, we evaluated the costs and benefits associated with twomethods commonly used to sample benthic organisms in temperatc kelp forests. One of these methods, theTargeted Sampling method, relies on different sample units, each "targeted" for a specific species or group ofspecies while the other method relies on coefficients that represent ranges of bottom cover obtained from visual esti-mates within standardized sample units. Both the field data and the computer simulations suggest that both meth-ods yield remarkably similar estimates of organisnm abundance and among-site variability, although the Coefficientmethod slightly underestimates variability armong sample units when abundances are low. In contrast, the twomethods differ considerably in the effort needed to sample these communities; the Targeted Sampling requiresmore time and twice the persormel to complete. We conclude that the Coeffident Sampling metliod may be bettcrfor environmental monitoring programs where changes in mean abundance are of central conccm and resources arelimiting, but that the Targeted sampling methods may be better for ecological studies where quantitative reIation-ships among species and small-scale variability in abundance are of central concern.
This study was carried out to gather basic data for the purpose of proposing a plan to improve the water quality and conserve the aquatic ecosystem of the Singu Agricultural Reservoir in Korea. The water quality, sediment composition, benthic macroinvertebrate distribution, and fish distribution in the Singu Reservoir were analyzed; the reservoir is located close to farmlands, forests, villages, and livestock breeding areas. The results of the water quality analysis are as follows: 5.8~7.8 mg/L for dissolved oxygen, 13.1~20.7 mg/L for chemical oxygen demand, 14.4~18.8 mg/L for suspended solid, 0.96~1.70 mg/L for total nitrogen, 0.07~0.11 mg/L for total phosphorous, and $41.9{\sim}49.8{\mu}g/L$ for $chlorophyll-{\alpha}$. In total, 75 benthic macroinvertebrate specimens belonging to 4 classes, 7 orders, 14 families, and 17 species were recorded. The ecological scores of the benthic macroinvertebrate communities ranged from 11 to 23. Fish specimens recorded belonged to two families and four species. The dominant fish species were Carassius auratus and Pseudorasbora parva, both of which are water-pollutant tolerant species.
Kim, Dong-Hwan;Cho, Hyun-Duk;Cho, Woon-Seok;Song, Mi-Yong;Chon, Tae-Soo
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.43
no.4
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pp.477-491
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2010
Benthic macroinvertebrates were collected two times from 116 sites at the $1^{st}{\sim}4^{th}$ order streams in forest areas in Gyungsang province in late spring and late summer. The sample sites belonged to slightly and moderately polluted states. When communities were classified by the Self-Organizing Map (SOM), the gradient was observed according to degree of pollution. Within clusters of slightly polluted sites, however, seasonality was further observed. Scrapers, gatherer-collectors, and filterer-collectors were abundantly observed in late spring while shredders appeared more in late summer. The number of predator species increased in late summer. Behavior types were mostly clingers in two seasons. Community compositions at the moderately polluted sites were not much differentiated in different seasons. Gatherer-collectors and burrowers were dominantly collected in both seasons.
BACKGROUND: Today, environmentally friendly farming has become an important feature of agricultural policy. It promotes or sustains farming systems which protect and enhance the environment. This study was conducted to compare benthic invertebrate communities in an organic and a conventional paddy field in South Korea. METHODS AND RESULTS: Benthic invertebrates were collected at 11 regions of a rice paddy from June to August, 2009, 2010 and 2011. These comparisons undertaken using a community assessment approaches such as the number of individuals and species and community composition. Generally, the larger number of individuals and species of benthic invertebrates was observed in an organic paddy than in a conventional paddy field. Organic paddy fields could supported the wider range of species and abundance in aquatic invertebrates comparing to conventional paddy fields. Carrying capacity to support larger numbers of invertebrates also tends to be higher in organic paddy than in conventional paddy field. Specially, organic farming regions surrounded by forests were high quality habitat for benthic invertebrates than other surrounded regions such as grassland. CONCLUSION(S): We concluded that organic farming was more advantaged to benthic invertebrates than conventional farming. In order to improve biodiversity in rice paddy field, farming regimes without agricultural chemicals are recommended. The effect of organic management on biodiversity and abundance of benthic invertebrates could be maximized across highland farmland.
This study analyzed the relationship between the community structure of benthic macroinvertebrates and habitat changes in open estuaries among the sites included in the national estuary monitoring program. The estuary survey was conducted under the "Guidelines for Investigation and Evaluation of Biometric Networks" and classified by sea area, 80 places in the East Sea, 102 places in the South Sea, and 19 places in the West Sea were investigated. In a total of 201 open estuaries, benthic macroinvertebrates were identified with 4 phyla, 9 classes, 41 orders, 139 families, 269 species and 196 species in the East Sea, 182 species in the South Sea, and 90 species in the West Sea. The highest population densities were Insecta in the East Sea, the Malacostraca in the South Sea, and the Annelida in the West Sea. Through SIMPER analysis, species contributing to the similarity of benthic macroinvertebrates communities in each sea area were identified. Some species greatly influenced the similarity of clusters. The benthic community in the East Sea was affected by the salinity, so the contribution rate of freshwater species was high. On the other hand, the benthic communities of the South and West Seas showed species compositions are influenced by the substrate composition. As results, the benthic macroinvertebrate community in Korean estuaries was impacted by salinity and substrate simultaneously, and the close relationship with geographical distance was not observed. The result of this study is expected to be used to respond to environmental changes by identifying and predicting changes in the diversity and distribution of benthic macroinvertebrates in Korea estuaries.
Kim, Bong Sung;Lee, Chang Woo;Seo, Eul Won;Lee, Jong Eun
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.101
no.3
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pp.454-460
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2012
This study was conducted for determining the influence of Sediment Control Dam dredging on benthic macroinvertebrate communities in mountain stream of Gyeongsangbuk-do. The sediment control dams were surveyed before and after dredging from mountain streams of Yecheon, Yeongju and Bonghwa in Northern part of Gyeongsangbuk-do. Sampling was taken at upper and down from 3 experimental sites and 2 control sites during May to August 2011. The identified species before dredging were 56 belonged to 31 families, 11 orders, 6 classes and 4 phyla, but after dredging it has decreased to 51 species belonged to 27 families, 10 orders, 5 classes and 4 phyla. The microhabitat damage of benthic macroinvertebrates occurred at experimental sites after dredging of sediment control dams led to reduction of the number of species and individuals. Especially, upper stream of experimental sites showed the reduction of an average of 38% species. In general, species diversity indices and species richness indices decreased after dredging; however, dominance indices increased at experimental sites. In the upper stream of experimental sites, the microhabitat damaged and became pool due to dredging. Also, velocity of flow decreased and the river bed became simply due to the sedimentary matter being finer than sand and silt. As a result, composition of functional feeding groups and functional feeding groups were relatively simpler at upper stream and the degree of community differences was greater between upper and down stream. Also, Chironomidae spp., Ephemeridae spp., and Gomphidae spp. to prefer where slow velocity of flow and lentic increased in a greater rate, and the EPT/C index to indicate the balance of the community decreased.
This study aims to determine the community patterns of benthic macroinvertebrates and analyze the relationship between the communities and the water quality in the Pungyeongjeong Stream. We collected the samples four times by season. The number of species was 28 and the dominant species were Cheumatopsyche brevilineata, Hydropsyche kozhantschikovi, Baetis fuscatus, Chironomidae spp., and so on. The range of the dominant index was 0.54 to 0.93 and the mean was 0.77. The range of the diversity index was 0.94 to 2.54, and of the mean index it was 1.75. The ratio of filtering-collectors and clingers got lower, but the ratio of gathering-collectors and sprawlers got higher as collection progressed from the upper stream to the lower stream. The results of the Pearson correlation analysis showed COD, SS, TOC and total coliforms were highly related with biotic indices of benthic macroinvertebrates. The results of cluster analysis and non-metric multidimensional scaling ordination showed that the survey sites and periods were divided into three groups. The survey sites were divided into upper stream and middle-lower stream. The survey periods were divided into winter season and other seasons. Distribution of benthic macroinvertebrates showed some characteristics according to various influence factors; however long-term and regular investigations were thought to need analysis and prediction with various statistical methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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