• Journal of Ecology and Environment
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• 제38권4호
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• pp.505-515
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• 2015

The objectives of this study were to determine the effects of stream nutrient regime, N:P ratios and suspended solids on fish tolerance/trophic compositions and stream ecosystem health, based on multi-metric model, during 2008-2013. Also, stream ecosystem health was evaluated in relation to chlorophyll-a (CHL) as a measure of algal productivity or indicators of trophic state to water chemical parameters. Total number of sampled fish species were 50 and showed a decreasing trend from 2008 to 2013. The minnow of Zacco platypus, based on the catch per unit effort (CPUE), was the most dominant species (25.9%) among the all species. Spatial heterogeneity was evident in the fish tolerance guilds that showed the dominance of sensitive species (89%) in the headwaters (S1) and the dominance of tolerant species (57%) in the urban. These conditions were directly influenced by concentrations of nutrients and organic matter (COD). The N:P ratios, as a barometer of water pollution, had a negative linear function (R² = 0.40, P < 0.01) with CHL, and the ratios had an important role in changes of COD concentration (R² = 0.40, P < 0.01). Under the circumstances, the N:P ratio directly influenced the relative proportions of fish trophic/tolerance compositions. According to the regression analysis of omnivore (O_m) and insectivore sp. (I_n) on total nitrogen and total phosphorus, nitrogen had no significant influences (P > 0.05) to the two compositions, but phosphorus influenced directly the two guilds [slope (a) = -32.3, R² = 0.25, P < 0.01 in the I_n; a = 40.7, R² = 0.19, P < 0.01 in the O_m]. Such water chemistry and fish trophic guilds determined the stream ecosystem health, based on the multi-metric fish model.

• 생태와환경
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• 제51권1호
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• pp.86-95
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• 2018

본 연구의 목적은 국가하천의 생태건강도 평가, 보존 및 관리를 위해 현재 국가에서 이용되는 확립된 하천다변수 모델이 개발되기 이전의 초기에 개발된 어류를 이용한 생물통합지수에 기반을 둔 생태건강도 평가모델을 소개하는 것이다. 초기의 어류를 이용한 IBI 모델은 2004~2006년 사이에 개발되었고, 연구 초기에 건강성 평가모델은 10개 메트릭 모델로 구성되었고, 이후에 현재 국가에서 어류에 의거한 생태건강성 평가를 위한 8개 메트릭 모델로서 4대강 수계의 하천 및 강들에 적용하기 위해 최종적으로 확립되었다. 본 논문에서는 어류조사법이 어떻게 확립되었고, 어떻게 메트릭 속성이 선정되었는지를 설명하며, 어류메트릭 모델 개발과 함께 내성도 길드 및 트로픽 길드가 어떻게 분류체계를 대별하게 되었는지를 제시한다. 초기에 제시된 10개의 메트릭 모델은 현재 쓰는 8개의 메트릭 모델로 전환되었고, 이 모델에서는 초기모델에서 포함된 M2 및 M7 메트릭이 제거되었다. 또한 초기에는 건강도의 기준이 6개 범주로 나누었으나, 현재는 4개 범주 (최상, 양호, 보통, 불량)로 대별하여 이용하고 있다. 이런 초기의 모델은 4대강의 여러 강 및 하천에 적용평가 되었다. 2000년대 초반에 모델 개발을 위해 어류 IBI 값들은 화학적 변수(BOD, COD: 유기물 오염 지표) 및 물리적 서식지 변수들과의 값들과 비교평가 한 후, 화학적 지표를 이용한 수질과 물리적 서식지 변수를 이용한 서식지 건강성을 비교 평가하여 왜 차이가 나타나는지를 설명하였다. 이런 초기의 IBI 모델 개발 프로세스는 적용된 IBI 모델 및 메트릭 속성의 확립을 이해하는 데 도움이 될 것이다. 따라서, 이런 노력은 하천 및 수계 관리자들에게 뿐만 아니라 육수학자 및 어류 생태학자들에게 효율적인 생태계 보존 및 관리전략을 제공할 것으로 사료된다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제40권1호
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• pp.34-44
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• 2016

Background: Little is known about how chemical water quality is associated with ecological stream health in relation to landuse patterns in a watershed. We evaluated spatial characteristics of water quality characteristics and the ecological health of Dongjin-River basin, Korea in relation to regional landuse pattern. The ecological health was assessed by the multi-metric model of Index of Biological Integrity (IBI), and the water chemistry data were compared with values obtained from the health model. Results: Nutrient and organic matter pollution in Dongjin-River basin, Korea was influenced by land use pattern and the major point sources, so nutrients of TN and TP increased abruptly in Site 4 (Jeongeup Stream), which is directly influenced by wastewater treatment plants along with values of electric conductivity (EC), bacterial number, and sestonic chlorophyll-a. Similar results are shown in the downstream (S7) of Dongjin River. The degradation of chemical water quality in the downstream resulted in greater impairment of the ecological health, and these were also closely associated with the landuse pattern. Forest region had low nutrients (N, P), organic matter, and ionic content (as the EC), whereas urban and agricultural regions had opposite in the parameters. Linear regression analysis of the landuse (arable land; $A_L$) on chemicals indicated that values of $A_L$ had positive linear relations with TP ($R^2=0.643$, p < 0.01), TN ($R^2=0.502$, p < 0.05), BOD ($R^2=0.739$, p < 0.01), and suspended solids (SS; ($R^2=0.866$, p < 0.01), and a negative relation with TDN:TDP ratios ($R^2=0.719$, p < 0.01). Conclusions: Chemical factors were closely associated with land use pattern in the watershed, and these factors influenced the ecological health, based on the multimetric fish IBI model. Overall, the impairments of water chemistry and the ecological health in Dongjin-River basin were mainly attributes to point-sources and land-use patterns.

• 한국물환경학회지
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• 제22권5호
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• pp.796-804
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• 2006

The objective of this research was to develop ecological multi-metric models using natural fish assemblages for a diagnosis of current stream health condition, and apply the model to nationwide lotic ecosystems of the Geum River, the Youngsan River, and the Sumjin River. The ecological stream health model was based on the index of biological integrity (IBI), which was originally developed in North American streams by Karr (1981), and the Rapid Bioassessment Protocol (RBP), which was scientifically established by the US EPA (1999). The metric numbers and metric attributes were partially changed for the regional applications, so the scoring criteria was modified for the assessment. Overall, metric values, based on the IBI calculations, reflected conventional water quality characteristics, based on nutrient regime, and agreed with results of staticeco-toxicity tests. Some stations impaired in terms of stream health were identified by the IBI approach, and also major key stressors affecting the stream health were identified by additional evaluations of physical habitats. Our preliminary results suggested that biological integrity in stream ecosystems was largely disturbed by habitat degradation as well as chemical pollutions. This new approach would be used as a key tool for ecological restorations and species conservations in the degraded aquatic ecosystems in Korea and applied for elucidating major causes of ecological disturbances. Ultimately, this approach provides us an effective management strategy of stream ecosystems through establishments of ecological networks in various watersheds.

• 환경생물
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• 제37권1호
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• pp.8-18
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• 2019

본 연구에서는 만경강 본류에서 2009~2016년 동안 어류의 트로픽 길드, 오염도, 내성도 및 어류평가지수(Fish Assessment Index; FAI)에 기반을 둔 다변수 생태건강도에 대한 화학적 수질 영향을 분석하였다. 수질 지표로서 전기전도도, 총인(TP) 및 암모니아성 질소($NH_4-N$) 농도는 최하류지점에서 가장 악화되는 것으로 나타났다. 어류현장 조사 결과, 8년간 만경강 본류에서는 총 14과 50종이 채집되었으며, 우점종은 내성종으로 잘 알려진 피라미(Zacco platypus)로서 22.9%를 차지하여 트로픽 특성의 악화현상을 보였고, 최류역에서는 비정상어종의 상대빈도가 가장 높게 나타나 생태교란이 아주 심각한 것으로 나타났다. Pearson 상관도 분석에 따르면, 내성어종 및 잡식어종의 상대빈도는 전기전도도, BOD 및 $NH_4-N$와 통계적으로 유의한 상관관계(r>0.30, p<0.05)를 보였고, 민감어종 및 충식어종의 상대빈도는 이들 변수들과 유의한 역상관 관계(r<-0.3, p<0.01)를 보였다. 어류 다변수 모델(FAI)을 이용한 생태건강도로서 평가된 FAI 모델 값은 평균 47(n=40)로서 건강도는 "보통상태(C)"로서 나타났고, 하류역(S3~S5) 지역에서 모델값은 모두 "나쁜상태(D)"로 나타나 수질악화에 의한 영향으로 평가되었다.

• 환경생물
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• 제41권2호
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• pp.109-125
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• 2023

본 연구는 우리나라에서 수생태계에 유입되는 주요 유해화학물질 축적 분석을 위한 타깃 후보종 선정과 이에 따른 어류 군집의 영향을 분석하였다. 레퍼런스 하천 선정과 함께 유해화학물질 유입의 영향을 직접적으로 받는 하수종말처리장(T1)과 수계로 유입된 유해화학물질이 집중되는 금강하구언(T2)의 테스트배드를 분석하였다. 유해화학물질 분석을 위한 타깃 후보종 선정을 위해 7-메트릭 다변수 모델을 개발하였으며, 세부항목은 (1) 상업적으로 유용하며 식용으로 이용하는 어종, (2) 최상위 육식종 어종, (3) 유기물 섭취 어종, (4) 내성도가 높은 어종, (5) 개체수가 풍부한 어종, (6) 채집 가능성이 높은 어종, (7) 광범위하게 분포하는 어종 등 총 7개 메트릭으로 구성되었다. 타깃 후보어종에 대한 7개 메트릭 모델을 기반으로 8종이 대상 후보로 선정되었다. 타깃 후보종과 함께 공서하는 우점어종은 내성종(50%)이었으며, 이는 수질 오염 지표로 자주 사용되는 내성종의 풍부도가 가장 높은 것으로 나타났다. 또한, 수생태계 건강성 평가를 위한 다변량 어류 기반 모델 분석에서는 생태계 건강성이 "나쁨 상태"까지 진단되는 것으로 나타났다. 이화학적인 수질 변수는 테스트배드에서 섭식 및 내성길드에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 8개의 수질 변수는 T1 지점에서 높게 나타나 하수처리장의 방류수에 따른 영향이 컸으며, T2 지점은 대규모 녹조 현상이 나타나 클로로필 농도가 레퍼런스 지점보다 약 15배 높은 것으로 나타났다.

• 생태와환경
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• 제40권2호
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• pp.327-336
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• 2007

본 연구는 1999년 6월과 8월에 남한강 상류수계의 15개 조사지점으로부터 어류의 다변수 모델을 이용하여 생태건강성을 평가하였고, 전통적인 군집분석에 의한 지수와 서로 비교 평가하였다. 본 연구를 위해 우리나라의 생태적 특성에 맞게 보완된 10-메트릭 건강성 평가 모델을 적용하였다. 어류조사에 따르면, 총 6과 24종이 출현하였고, 생태적인 교란정도와 하천차수에 따라 일부 변이를 보였다. 생태길드분석에 따르면, 민감종과 충식종은 각각 91%, 56%로서 생태적으로 수환경이 건강한 상태로 나타났다. 그러나 S1과 S2의 2차 하천에서는 내성종이 66%, 잡식종이 76%가 채집되어 물리적 서식지의 질적 저하가 영향을 나타낸 것으로 판단되었다. 본 수계에서 생태건강도의 평균 모델값은 38로서 양호상태를 보였고, 개별적 IBI 값의 패턴은 다른 산간계류형 하천들과 유사하여 비교적 이화학적 오염에 의한 영향이 적은 것으로 사료되었다. 하천차수에 따른 IBI 값과 종다양성 지수와의 비교에 따르면, 두 변수 값은 분명한 차이가 있음을 보여주었다 Shannon-Weaver의 종다양성 지수는 실제 군집상태를 잘 반영하지 못했으며, 특히 2차 하천에서의 종다양성 지수 변이의 폭은 IBI 값으로 산정한 생태 건강도에 비해 훨씬 크게 나타났다. 본 연구결과는 다변수 메트릭에 의한 연구 접근방식은 수생태계 관리에 유용한 도구로 사용될 수 있으나, 기존의 종 다양도 지수와 같은 군집 분석법은 하천차수를 고려하지 않을 경우 비효율적인 것으로 사료되었다.

• 생태와환경
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• 제40권1호
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• pp.72-81
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• 2007

본 연구에서는 정수 생태계의 건강성 평가를 위하여 물리적, 화학적, 생물학적 다변수 메트릭 평가모델을 개발하고, 개발된 모델을 이용하여 2005년 9월에 대청호의 생태 건강성을 평가를 실시하였다. 메트릭의 특성을 위하여 사용된 변수로는 생물학적 변수, 물리적 변수, 화학적 변수를 적용하였다. $M_1{\sim}M_8$의 메트릭은 어류를 이용한 생물지수 모델을 적용하였고, $M_9{\sim}M_{11}$의 메트릭은 문헌에 의거하여 수정보완 하였다(U.S. EPA, 1998). $M_9$의 메트릭은 호소 연안대의 서식지 특성을 반영하였고, $M_{10}$의 메트릭은 호소의 화학적인 수질상태를 반영하였다. 즉, $M_{10}$의 결과에 따른 회귀식은 $COD_{Mn}=4.42{\times}Log_{10}(Cond)-5.43(R^2=0.774$, <0.01, n=150) 로서 전국의 150개 호소에서의 전기전도도 값은 $COD_{Mn}$의 변이를 77.4%설명하고 있다. $M_{11}$의 메트릭은 호소의 엽록소-${\alpha}$에 의거한 부영양화도 지수(Tropic State Indek, TSI)를 이용하였다. 호소의 TSI(Chl-${\alpha}$)값에 따라 50 이상은 "1", $40{\sim}50$은 "3", 40이하는 "5"로 산정하였다. 상기 11개 다변수 모델을 이용한 대청호 생태계 건강성 평가 결과에 따르면, 대청호의 4개 지점 생태건강성 평균값은 "30"으로서 미국환경부(U.S. BPA, 1993)의 등급에 의거하여 "보통상태${\sim}$악화상태" $(Fair{\sim}poor)$로 나타났다.

• 생태와환경
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• 제41권2호
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• pp.228-236
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• 2008

본 연구에서는 어류 메트릭 속성을 이용한 우리나라의 정수생태계 건강성평가 모델을 적용하기 위하여 국내 인공호인 남양호를 대상으로 2005년 10월과 2006년 5월 2차례에 걸쳐 생태 건강성 평가를 실시하였다. LEHA 모델은 생물학적 변수, 물리적 변수, 화학적 변수를 포함한 총 11개의 메트릭으로 구성되어 있다. 상기 변수의 시공간적인 분석을 위해 남양호의 상류부에서 하류부까지 6개의 지점을 선정하였다. 남양호의 생태 건강성 평가 결과 내성종($M_3$)이 80%로 나타났으며, 잡식종($M_4$)이 92%로 나타나 섭식구조의 단순화로 인하여 내성종과 잡식종의 우점현상을 보였으며, 특히 외래종의 상대 풍부도($M_7$)가 8%로 나타나 생태계가 교란되어 생태건강성이 크게 악화된 것으로 나타났다. 상기 LEHA 다변수 모델을 이용한 남양호의 생태 건강성 평가 결과, 생태 건강성 지수의 평균값은 24.3(n=12)으로서 안과 한(2007)의 등급에 의거하였을 때 "악화상태"로 나타났다. 지점별 LEHA 모델값은 $21{\sim}26$의 변이를 보여 낮은 건강성을 갖는 것으로 나타났으며, 장마철 집중강우에 의하여 시간적인 변이가 발생되었다. 전기전도도와 엽록소-$\alpha$를 이용한 부영양화지수(TSI)는 장마 후보다 장마 전에 더 높게 나타났다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제39권1호
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• pp.71-80
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• 2016

The main goal of this study is to develop a multi-metric fishway assessment model (M_m-FA) and evaluate the efficiency of fishway. The M_m-FA model has three major fishway components with nine metrics: structural characteristics, hydraulic/hydrologic features, and biological attributes. The model was developed for diagnosing and assessing fishway efficiency and tested to Juksan Weir at the Yeongsan River Watershed. Structural characteristics of fishway included slope of the fishway (M₁), ratios of fishway width to stream width (M₂), and the proportion of orifice clogging and orifice size (M₃). Hydraulic/hydrologic characteristics included depth of fishway entrance head (M₄), depth of exit tail (M₅), and current velocity of inner fishway (M₆). Biological characteristics included fish species ratio of inner fishway to upper-lower weir (M₇), fish length distribution (M₈), and the proportion of migratory fish species to the total number of species (M₉). Overall, the assessment of fishway efficiency showed the total score of the M_m-FA model was 25 in the Juksan Weir, indicating "good condition" by the criteria of the five-level classification system. The M_m-FA model may be used as a key tool for the assessment of fishway efficiency, especially on the 16 weirs constructed for the "Four Rivers Restoration Project" after a partial calibration of M_m-FA model.