서 론

농업생태계에서 논은 작물을 재배하는 농경지 중 하나 로 사람들에게 식량을 제공하며 야생 동식물들의 먹이원 과 번식지를 제공하는 중요한 습지 생태계이다 (Luo et al. 2014). 그리고 벼는 세계 인구의 약 50% 이상이 주식으로 소비하는 중요한 작물 중 하나이다 (Huang et al. 2015). 그 리나 벼 재배기간 동안 화학비료와 살충제 그리고 제초제 사용은 그동안 벼의 생산량을 증가시키는 데 기여를 했지 만, 무분별한 사용으로 인해 인간의 건강뿐만 아니라 농업 생태계 내 생물다양성을 위협하고 있다 (Lockwood 1999;Ratnadass et al. 2012). 또한 최근 수년간 토지이용 변화 와 화합물의 사용 등 인간활동으로 인해 농업생태계의 생 물다양성이 감소하고 있다 (Lockwood 1999;Tilman et al. 2001;Benton et al. 2003;Ratnadass et al. 2012).

그러나 최근에는 논 생태계의 생물다양성을 보호하고 지속 가능한 농법에 대한 필요성이 증가하여 식량 안보와 생물다양성 측면을 모두 고려해야 한다는 인식이 증가하 고 있다 (Chappell and LaValle 2011). 따라서 특정 제초제나 살충제 그리고 화학비료의 사용을 제한하여 농업생태계의 생물다양성을 강화하고 안전한 먹거리를 확보하기 위한 벼 재배 방식이 변화하고 있다 (Winqvist et al. 2011;Frison 2016;Li et al. 2019). 이와 같이 논 생태계의 생태학적 중 요성이 높아짐에 따라 생물다양성뿐만 아니라 생태계 서 비스에 대한 연구가 증가하고 있다 (Luo et al. 2014;Li et al. 2019;Rasheed et al. 2021).

논 생태계는 벼를 재배하기 위해 일정 기간 동안 논에 물 을 공급해야 하는 인공 습지로 담수 기간 동안에 다양한 수 생 생물들에게 먹이와 서식지를 제공한다 (Kato et al. 2010;Nishio et al. 2017). 특히, 미꾸리 (Misgurnus anguillicaudatus) 와 왜몰개 (Aphyocypris chinensis)는 논 생태계의 대표적인 어류이다. 미꾸리는 우리나라 전역에 분포하고 있으며 채 집이 용이하고 다양한 먹이원을 섭식하는 잡식성 어류로 (Shin et al. 2018), 백로류의 주요 먹이원으로 보고되었다 (Katayama et al. 2015). 또한, 다른 어종에 비해 생활사 대 부분을 논에서 서식하기 때문에 논 생태계의 환경 변화에 민감한 종으로 알려져 있어 (Saito et al. 1988), 논 생태계의 건전성을 평가하는 데 유용한 종으로 여겨진다 (Kim et al. 2017). 왜몰개는 하천의 하류, 농수로와 저수지에 분포한 다고 보고되어 있다 (Kim 1997). 왜몰개에 대한 선행 연구 에서는 왜몰개의 생식 주기 (Lee et al. 2000), 산란의 환경조 건 (Lee et al. 2001), 농약에 대한 독성 실험 (Lee and Yeom 2006) 등 실험실 연구가 대부분으로 논 생태계에서 수행한 생태학적 연구가 부족한 실정이다.

따라서 본 연구는 관행농업지역 논과 친환경농업지역 논을 대상으로 어류상을 조사하고 논에서 우점하는 미꾸 리와 왜몰개 개체군에 대하여 개체군 크기 분포, 전장과 체 중의 상관관계, 그리고 비만도 지수를 분석하여 개체군의 특성을 파악하고자 하였다. 이를 통해 농업생태계 생물다 양성 보전을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

재료 및 방법

1. 연구 대상지 및 조사 시기

연구 대상지는 대호지구 대단위 농업 종합개발사업에 의해 조성된 대규모 농경지 중에서 간척지 논 (37°02′N, 126°30′E)을 대상으로 연구를 수행하였다 (Fig. 1). 간척지 논의 벼 재배 지역 (3,904 ha) 중에서, 약 574.7 ha 규모의 지 역이 친환경농업지역 논 (Environmentally Friendly Paddy fields, EFP)이다 (Kim et al. 2017). 친환경농업지역 논 (EFP) 은 화학 살충제를 사용하지 않거나 소량만 사용하여 농작 물을 재배하는 환경친화적인 논이다. 반면에 관행농업지 역 논 (Conventional Paddy fields, CP)은 Clothianidin, 또 는 Tiadinil과 같은 화합물이 포함된 살충제를 사용하거나 Fentrazamide 또는 Pyrazosulfuronethyl과 같은 화학 성분이 포함된 제초제를 사용하여 농작물을 재배하는 논이다. 조 사 시기는 봄철 논에 물을 대는 시기와 벼 수확을 위해 물 을 빼는 시기를 고려하여 매달 한 번씩 현장 조사를 하였 고, 구체적인 조사 시기는 2015년 5월 8일, 2015년 6월 8일, 2015년 7월 2일, 2015년 8월 7일, 2015년 9월 3일이다.

2. 채집 및 동정

현장조사를 위해, 관행농업지역 논 (CP)과 친환경농업지 역 논 (EFP)을 각각 10필지를 무작위로 선정하였고, 각 필 지에서는 어류 채집을 위해 3개의 통발 (길이 28 cm, 직경 13 cm, 망목 4 mm)을 최소 5 m 간격으로 설치한 후 24시간 뒤에 수거하였다. 미꾸리를 유인하기 위한 유인물질로 밀 가루와 어분을 배합한 과립형 떡밥 (Fish meal, Gyompyo, Korea) 6 g을 이용하였다. 수심은 별로도 측정하지 않았고, 통발의 입구가 물에 잠길 수 있는 수심에 설치하였고, 수 심이 낮은 경우에는 적당량의 땅을 파서 입구가 물에 잠 기도록 하였다. 현장에서 채집한 어류들은 10% 포르말린 (Formalin) 용액으로 고정을 한 뒤, 아이스박스에 담아서 실험실로 이동하여 분류 및 동정을 하였다. 어류 동정을 위 해 선행 연구들의 검색표 (Kim 1997;Kim and Park 2002)를 활용하였다.

3. 개체군 특성 분석

채집된 어류 중 관행농업지역 논 (CP)과 친환경농업지 역 논 (EFP)에서 5월부터 9월까지 매달 출현하여 생활사 대부분이 논에서 서식하는 것으로 보이는 어류 중, 개체수 비율이 높은 미꾸리 (Misgurnus anguillicaudatus)와 왜몰개 (Aphyocypris chinensis)를 대상으로 개체군 분석을 하였다 (Table 2). 미꾸리와 왜몰개 개체군 특성을 분석하기 위해, 채집된 모든 개체에 대하여 전장 (total length), 체장 (body length), 체중 (weight)을 측정하였고, 개체군의 구조를 파 악하기 위해 개체 크기에 따른 빈도를 전장 빈도 분포 (the total length frequency distribution)로 나타냈다.

본 연구에서는 미꾸리와 왜몰개의 연령대를 구분하 기 위해 선행 연구 결과를 바탕으로 Age 0, Age 1, Age 2 로 구분하였다. 미꾸리의 경우, Kubota et al. (1965)의 크 기 분류를 기준으로 Age 0 (Age<1⁺, 51 mm 이하), Age 1 (1⁺<Age<2⁺, 52~88 mm), Age 2 (2⁺<Age, 89 mm 이상) 으로 구분하였다. 왜몰개의 경우, Kim et al. (2005)이 보고 한 내용을 바탕으로 Age 0 (Age<1⁺, 39 mm 이하), Age 1 (1⁺<Age<2⁺, 40~50 mm), Age 2 (2⁺<Age, 51 mm 이상) 으로 구분하였다.

어류의 전장 (total length)과 체중 (weight)을 이용한 개체 군 평가는 다음과 같은 식을 사용하였다.

여기서 W는 체중 (g), TL은 전장 (mm), 그리고 a, b는 매개 변수이다 (Anderson and Gutreuter 1983).

여기서 K는 비만도 지수 (Condition factor), W는 체중 (g), TL은 전장 (mm)이다 (Anderson and Neumann 1996).

모든 데이터는 통계 분석 전에 R 프로그램을 이용하 여 정규성 검정을 하였고 정규분포가 아니거나 표본 크기 가 작기 때문에 비모수 통계를 사용하였다 (Bang and Lee 2019). 관행농업지역 논 (CP)과 친환경농업지역 논 (EFP) 에 서식하는 미꾸리와 왜몰개 개체군의 특성을 비교하기 위한 통계 분석은 Wilcoxon rank sum test를 사용하였고, 어 류의 평균 개체수, 전장 (total length), 체장 (body length), 체 중 (weight), 그리고 비만도 지수 (K)는 평균과 표준오차로 나타냈다.

결과 및 고찰

1. 어류상 현황

관행 논과 친환경 논에서 실시한 어류 조사 결과 총 6과 13종이 출현하였다 (Table 1). 과별 종수 구성비는 잉어과 에서 5종 (38.5%)으로 왜몰개, 붕어, 피라미, 버들매치, 참붕 어가 출현하였고, 망둑어과는 3종 (23.1%)으로 민물검정망 둑, 갈문망둑, 민물두줄망둑이 출현하였다. 나머지 어류는 검정우럭과, 버들붕어과, 송사리과에서는 각각 1종 (7.7%) 이 출현하였다.

영농 방법에 따른 어류 개체수에서 관행 논 (CP)이 총 815개체 그리고 친환경 논 (EFP)이 총 1,888개체가 출현하 여 친환경 논의 어류 개체수가 관행 논보다 약 2.3배 높은 것으로 나타났다 (Table 1). 관행 논에서는 미꾸리와 왜몰 개가 약 84%의 높은 개체수 비율을 차지하고 있으며, 다음 으로는 송사리 (6.5%), 버들붕어 (3.4%), 붕어 (2.8%) 순으로 조사되었다. 친환경 논에서도 관행 논과 비슷하게 미꾸리 와 왜몰개의 개체수 비율이 높아 친환경 논 전체 개체수의 약 81%를 차지하였으며, 다음으로는 붕어 (16.5%), 버들붕 어 (1.1%), 송사리 (0.6%) 순으로 조사되었다. 영농 방법에 따른 어류군집 구조를 분석한 결과, 관행 논의 다양도 지수 (H′), 균등도 지수 (E), 풍부도 지수 (RI)는 1.23, 0.48, 1.79 이며, 친환경 논의 다양도 지수, 균등도 지수, 풍부도 지수 는 각각 0.96, 0.40, 1.33이다 (Table 2). 관행 논과 친환경 논 의 어류상 변화는 벼 재배 방식의 차이로 인한 것으로 추정 된다. 선행 연구에서는 관행 논과 친환경 논의 물 환경 특 성 변화를 보여준다. 관행 논의 담수 수질 pH와 EC는 유기 논에 비하여 높게 나타났으며, 또한 관행 논의 COD, T-P, 그리고 PO₄-P가 유기 논에 비하여 높게 나타났다 (Lee et al. 2016). 일반적으로 친환경 논은 관행 논에 비해 화학 살충 제를 사용하지 않거나 소량만 사용한다. 따라서 이러한 재 배 방식의 차이가 어류상 변화를 가져올 수 있을 것이다. 또한, 논 생태계에서 어류상 변화 메커니즘을 이해하기 위 해서는 어류 독성 실험이나 조작 실험, 영농 시기 등을 고 려한 추가 실험을 통해서 그 원인을 규명할 수 있을 것으로 보인다.

2. 개체의 크기별 빈도 분포

개체 크기별 빈도 분포에서 관행 논 (CP)보다 친환경 논 (EFP)에서 미꾸리 (Misgurnus anguillicaudatus)의 개체수 가 전체적으로 높게 나타났다 (Fig. 2a). 또한, 관행 논과 친 환경 논에서 출현한 미꾸리를 생육 단계별 개체수로 비교 를 한 결과 (Table 3), 두 지역 간에는 Age 1, Age 2 연령대에 서 통계적으로 유의한 차이가 있었다 (p<0.05). 친환경 논 에서 모든 연령대의 미꾸리 개체수가 높게 나타난 것은 친 환경 논이 관행 논보다 미꾸리 개체군이 생육하기에 적합 한 서식지라는 것을 보여준다. 선행 연구에서도 친환경 논 의 미꾸리 개체수가 관행 논보다 약 2배 이상 높다는 것 을 보여주었고, 특히 친환경 논은 많은 성어들이 산란하기 에 적합한 서식환경으로 여겨지고 있으며 치어 및 미성어 의 생존율도 높은 것으로 나타났다 (Shin et al. 2018). 왜몰 개 (Aphyocypris chinensis)의 경우, 두 지역에서 채집한 개체 수를 생육 단계별 개체수로 비교한 결과 (Table 3), 관행 논 (CP)과 친환경 논 (EFP)의 왜몰개 개체수에서 유의한 차 이는 없었다. Age 0 연령에서 두 지역 간 개체수는 비슷한 반면에, Age 1 연령에서는 친환경 논의 개체수가 관행 논 보다 약 3.7배 많았다. 개체 크기별 빈도 분포에서도 비슷 한 경향이 나타났다 (Fig. 2b). 관행 논에서 서식하는 어류 들은 친환경 논 지역보다 농약에 노출될 확률이 높으며 어 류 개체 발달에 악영향을 줄 수 있다 (Choudhury 2018). 선 행 연구에서도 관행농업지역보다 친환경농업지역의 어 류 개체수가 더 많이 출현하였고, 이러한 경향은 농약 등의 영향으로 서식환경이 적합하지 않기 때문에 어류의 출현 율이 낮게 나타난 것으로 추정하였다 (Shin et al. 2011). 일 반적으로 관행 논은 살충제와 제초제, 진균제의 사용빈도 가 높아 작물 이외의 생물들에는 악영향을 줄 수 있다 (Lee and Ko 2021). 선행 연구에서는 진균제 (fungicide)가 어류 의 생리, 개체 발달뿐만 아니라 행동에 치명적인 영향을 줄 수 있다고 보고하였다 (Choudhury 2018). 또한 살충제 (insecticide)는 논 수서생물인 딱정벌레목, 환형동물, 선충 및 해면동물의 풍부도에 스트레스 요인으로 보고되어 (Ito et al. 2020), 관행 논 습지에서는 어류 개체군뿐만 아니라 어류의 먹이 자원을 제한할 수 있다.

3. 전장-체중 분석

관행 논 (CP)과 친환경 논 (EFP)에서 서식하는 미꾸리 (Misgurnus anguillicaudatus) 개체군의 전장 (Total length), 체장 (Body length), 체중 (Weight) 값을 비교한 결과 (Table 4), 두 지역 간에는 체중에서 유의한 차이가 나타났다 (p<0.05). 이러한 결과는 개체 크기별 빈도에서 볼 수 있 듯이 (Fig. 2a), 두 지역 간의 개체 수의 차이는 있지만 개체 크기별 분포 패턴이 유사하여 전장과 체장 평균에는 차이 가 없는 것으로 보인다. 왜몰개 (Aphyocypris chinensis)의 경 우, 두 지역에서 서식하는 개체군을 비교한 결과, 관행 논 (CP)보다 친환경 논 (EFP) 개체군의 전장 (Total length), 체장 (Body length), 체중 (Weight) 값이 높게 나타났다 (p<0.05; Table 4). 이러한 결과는 관행 논에서 서식하는 왜몰개 개체군의 연령이 어린 개체수 (Age 0)는 비슷한 반 면에, 친환경 논에서는 연령이 높은 개체군 (Age 1)의 비율 이 상대적으로 높게 나타났기 때문일 것이다 (Fig. 2b).

관행 논과 친환경 논에서 우점하는 미꾸리와 왜몰개 의 생육상태 및 생식 능력을 추정하기 위해, 미꾸리 1,781 개체와 왜몰개 426 개체를 대상으로 전장-체중 (Lengthweight) 의 상관관계와 비만도 지수 (K)를 분석하였다 (Figs. 3, 4). 전장-체중의 상관관계에서 회귀계수 b 값은 개체군 성장도를 나타내며, 일반적으로 3.0보다 높으면 생육상태 가 양호하다는 것을 의미한다 (Han et al. 2007;Wang et al. 2021). 본 연구 결과에서, 관행 논 (CP)에 서식하는 미꾸 리 (Misgurnus anguillicaudatus) 개체군의 회귀계수 b 값은 3.001이며, 친환경 논 (EFP)에 서식하는 미꾸리 개체군의 회귀계수 b 값은 2.8851로 나타났다. 왜몰개 (Aphyocypris chinensis)의 경우, 관행 논 (CP)에 서식하는 개체군의 회귀 계수 b 값은 2.8456이며, 친환경 논 (EFP)에 서식하는 개체 군의 회귀계수 b 값은 2.8096으로 나타났다. 선행 연구 결 과에서도 관행 논의 회귀계수 b 값이 친환경 논보다 높게 나타났으며, 이러한 결과는 높은 밀도에 의한 산란 스트레 스나 먹이 경쟁 등에 의한 영향으로 추정하였다 (Kim et al. 2017). 또한, 왜몰개보다는 미꾸리가 논 습지 환경에서 생 육상태가 양호하다는 것을 보여준다. 왜몰개의 서식지는 서해안과 남해안의 흐르는 중하류의 소하천에서 무리 지 어 서식한다는 보고가 있기 때문에 (Lee et al. 2000), 논 생 태계보다는 물의 흐름이 있는 하천 생태계에서 생육 상태 가 양호할 것으로 추정된다. 반면에 미꾸리의 서식지는 늪 이나 논의 정체된 수역에서 많이 서식한다는 보고가 있다 (KISTI 2022). 특히 논에 물이 들어와 침수 상태가 되면, 논 토양은 빠르게 무산소 상태가 될 수 있고 산소가 부족한 수 환경을 형성할 수 있다 (Bosse and Frenzel 1997). 그러나 논 습지는 수서곤충과 조류, 유기물 등과 같은 미꾸리의 먹이 자원이 풍부한 서식지이다 (NARIS 2022). 또한, 미꾸리는 아가미 호흡과 장호흡을 통해 산소가 낮은 환경에서도 서 식할 수 있는 생태적 특징으로 논 습지에서 우점종이 된 것 으로 보인다 (NARIS 2022).

관행 논 (CP)과 친환경 논 (EFP)에 서식하는 미꾸리 개 체군 (Misgurnus anguillicaudatus)의 비만도 지수 (K)를 분 석한 결과, 친환경 논의 K 값 (0.58±0.003)이 관행 논의 K 값 (0.55±0.005)보다 통계적으로 높게 나타났다 (p<0.01; Fig. 4a, b). 왜몰개 (Aphyocypris chinensis)의 경우도 미꾸리 개체군의 비만도 지수 (K)와 유사한 경향을 보이며, 친환경 논의 K 값 (0.99±0.01)이 관행 논의 K 값 (0.96±0.02)보다 높은 것으로 나타났다 (p<0.001; Fig. 4c, d). 친환경 논에 서 미꾸리와 왜몰개 개체군의 K 값이 높게 나타난 것은 관 행 논보다 영양상태가 양호하다는 것을 나타내며 (Kim et al. 2017), 먹이원이 풍부하고 서식환경이 좋아 건강 상태가 양호한 것으로 추정된다 (Seo 2005;Han et al. 2007). 그러 나 본 연구 결과에서는 비만도 지수 (K)의 slope 값이 모두 negative 값을 나타내고 있다. 또한 친환경 논에서 negative 값이 더욱 높게 나타나서 생육환경이 불안정하다는 것을 보여준다. 본 연구 결과에서, 친환경 논은 관행 논보다 미 꾸리 개체수가 약 2.7배 많이 나타났다. 이러한 결과는 친 환경 논이 관행 논보다 어류 개체군이 생존하기에 적합한 서식지일 수 있다. 그러나 높은 밀도는 미꾸리 성장을 제 한하는 요인으로 작용할 수 있다. 제한된 공간에서 밀도가 높아지면 경쟁으로 인해 먹이가 부족할 수 있기 때문이다 (Forrester 1990;Lee et al. 2014). 선행 연구의 결과에서도 논 생태계에서 미꾸리의 밀도가 높아짐에 따라 미꾸리 개 체의 전장과 체중이 감소하는 경향을 보여줬다 (Lee et al. 2014).

결론적으로 본 연구는 영농 방법에 따른 논 습지에 서식 하는 어류상의 변화와 미꾸리와 왜몰개 개체군 특성 변화 를 보여주었다. 관행 논보다는 친환경 논에서 어류 개체 수 가 높게 나타났으며, 높은 밀도는 제한된 공간에서 먹이 자 원에 대한 경쟁을 유발하여 어류 개체군 생장을 제한할 수 있다. 본 연구 결과는 농업생태계 생물다양성 보전을 위한 자료로 활용될 수 있으며 지속 가능한 농업과 안전한 먹거 리 확보를 위한 기초자료로 이용될 수 있다.

적 요

논은 농업생태계의 생물다양성을 유지시켜주는 중요한 서식지이다. 최근 안전한 먹거리와 생물다양성 보전을 위 한 필요성이 증가하여 벼 재배 방식이 변화하고 있다. 본 연구는 관행농업지역 논과 친환경농업지역 논을 대상으로 어류상을 조사하고 영농 방법에 따른 미꾸리와 왜몰개 개 체군의 특성을 파악하였다. 어류상 조사 결과, 총 6과 13종, 2,703 개체가 출현하였고, 관행 논과 친환경 논 모두에서 미꾸리와 왜몰개의 높은 개체수 비율을 보였다. 영농 방법 에 따른 개체군 특성 조사 결과, 어류의 개체수 비율의 차 이를 보였고, 개체 크기별 빈도 분포에서 친환경 논의 개체 수가 관행 논보다 높게 나타났다. 미꾸리 개체군의 전장, 체 장, 체중을 비교한 결과, 두 지역 간에는 체중에서 유의한 차이가 나타났고, 왜몰개의 경우, 관행 논보다 친환경 논 개 체군의 전장, 체장, 체중 값이 높게 나타났다. 전장-체중의 상관관계에서 회귀계수 b 값은 왜몰개보다 미꾸리가 높게 나타났고, 비만도 지수 (K)를 분석한 결과, 미꾸리와 왜몰 개 모두 관행 논의 K 값보다 친환경 논의 K 값이 높게 나타 났다. 따라서 영농 방법에 따라 논에 서식하는 미꾸리와 왜 몰개 개체군 특성에 상당한 영향을 주는 것으로 보이며, 본 연구 결과는 향후 농업생태계에서 생물다양성 확보를 위 한 기초자료로 활용될 수 있다.