이 글의 목적은 하천·저수지 등 수생태계의 수질과 생태건강성을 평가하기 위해 활용되는 저서성 대형무척추동물 지수의 개념, 종류, 조사·분석 절차, 해석 방법을 정리하여 환경 컨설턴트·지자체 담당자·현장 기술자가 바로 실무에 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 저서성 대형무척추동물 지수의 기본 개념
저서성 대형무척추동물 지수는 하천 바닥에 서식하는 곤충 유충, 다슬기, 거머리, 조개, 다모류 등 육안으로 관찰 가능한 무척추동물 군집 구성을 이용하여 수질 및 수환경 상태를 수치화한 생물학적 평가지표이다.
이러한 지수는 단일 시점의 화학 분석값이 아니라 일정 기간 누적된 오염 영향과 서식처 변화를 반영하므로, 장기적인 수환경 상태와 생태계 교란 정도를 파악하는 데 매우 유용하다.
1.1 저서성 대형무척추동물의 특성과 장점
- 하상, 수변, 수초대 등 다양한 미소서식처에 붙어서 생활하며 이동성이 낮아서 국지적인 오염 영향을 잘 반영한다.
- 수주와 저질의 유기물 축적, 미세입자, 유량변동, 수온 등 복합적인 환경변화에 민감하게 반응한다.
- 수주와 저질 상호작용의 핵심에 위치한 생물군으로서 먹이그물 구조와 에너지 흐름 변화까지 반영한다.
- 채집·보존·동정이 비교적 단순하고, 일정 수준 이상 훈련을 받으면 재현성 높은 모니터링이 가능하다.
이러한 특성 때문에 세계적으로 하천 생태모니터링에서 저서성 대형무척추동물 지수가 대표적인 생물학적 지표로 활용되고 있으며, 국내에서도 국가 수생태계 건강성 조사, 수질환경 기준 보완, 하천복원 사업 평가 등에 폭넓게 사용되고 있다.
1.2 생물지수의 개념과 화학적 수질지표와의 차이
저서성 대형무척추동물 지수와 같은 생물지수는 특정 시점의 농도값을 측정하는 이화학적 수질지표와는 접근 방식이 다르다.
- 이화학적 지표는 BOD, COD, 총질소, 총인, 중금속 등 개별 항목의 농도를 정량화하여 기준 초과 여부를 판단한다.
- 생물지수는 하나의 수치에 여러 환경요인의 통합 효과가 반영되며, 단기적인 일시 오염보다 장기적인 서식처 교란과 만성오염에 더 민감하다.
- 따라서 두 지표는 상호보완적으로 사용해야 하며, 생물지수는 “실제 생물이 느끼는 환경질”에 대한 총괄적인 평가 결과로 이해하는 것이 적절하다.
주의 : 저서성 대형무척추동물 지수는 어디까지나 “수환경 상태에 대한 생물학적 지표”일 뿐이며, 특정 오염원 배출량이나 개별 오염물질 농도를 직접 추정하는 용도로 사용해서는 안 된다.
2. 국내에서 활용되는 주요 저서성 대형무척추동물 지수
국내에서는 여러 연구를 통해 한국 하천 특성에 맞는 다양한 저서성 대형무척추동물 지수가 개발되어 왔으며, 현재 대표적으로 다음과 같은 지수들이 사용되고 있다.
| 지수명 | 영문명 | 주요 목적 | 평가 대상 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| 저서동물지수 | Benthic Macroinvertebrate Index, BMI | 하천 수환경 전반의 생물학적 상태 평가 | 하천 본류·지류 여울 구간 | 여러 지표종의 내성도 점수를 합산하여 5등급(A~E)으로 평가한다. |
| 간이저서동물지수 | Simple Benthic Macroinvertebrates Index, SBMI | 간편한 현장 생물평가 및 수질지표와의 연계 | 일반 하천(생활·도시·농촌하천 등) | 수질항목과의 회귀분석을 통해 개발된 지수로, 계산이 단순하다. |
| 한국오수생물지수 | Korean Saprobic Index, KSI | 유기오염에 대한 민감도 중심의 수환경 평가 | 여울부 저서성 대형무척추동물 | 고전적인 오수생물지수 개념을 한국 하천에 맞게 재구성한 지수이다. |
| 저서성 대형무척추동물 생태점수 | Ecological Score of Benthic Macroinvertebrate Community, ESB | 전국 자연환경조사 등 생태·보전 가치 평가 | 자연·보전가치가 높은 하천·습지 | 각 종의 환경질 점수를 모두 합산하여 6단계 보전등급으로 평가한다. |
2.1 저서동물지수(BMI)의 구조와 등급체계
저서동물지수(BMI)는 한국 하천에서 출현하는 주요 저서성 대형무척추동물 분류군에 내성도 점수를 부여하고, 조사 지점에서 출현한 분류군의 점수를 합산하거나 평균하여 산정하는 지수이다.
일반적으로 오염에 민감한 하루살이목(Ephemeroptera), 강도래목(Plecoptera), 날도래목(Trichoptera)과 같은 분류군에는 높은 점수가, 유기오염에 강한 깔따구류(Chironomidae)나 실지렁이류(Tubificidae)에는 낮은 점수가 부여된다.
국내 여러 지자체와 연구에서는 BMI 값에 따라 다음과 유사한 5단계 생물등급을 활용한다.
| 등급 | 상태 설명 | 지수값 예시 범위 | 관리 관점 요약 |
|---|---|---|---|
| A | 매우 좋음(최상) | 대략 80~100 수준 | 청정수역으로 보전 중심 관리가 필요하다. |
| B | 좋음 | 대략 60~80 수준 | 전반적으로 양호하나 상·중류 보호가 중요하다. |
| C | 보통 | 대략 40~60 수준 | 점오염원·비점오염원 관리와 서식처 복원이 필요하다. |
| D | 나쁨 | 대략 20~40 수준 | 오염원 저감, 하수처리 개선, 구조물 개선이 요구된다. |
| E | 매우 나쁨 | 대략 0~20 수준 | 강력한 오염원 차단과 중장기 복원계획 수립이 필요하다. |
2.2 간이저서동물지수(SBMI)
간이저서동물지수(SBMI)는 정밀한 지수 계산에 필요한 다수의 분류군 점수 대신, 실무자가 보다 간단하게 저서성 대형무척추동물 정보를 활용할 수 있도록 개발된 지수이다.
SBMI는 대표적인 수질항목(BOD, 총질소, 총인, 부유물질 등)과 저서성 대형무척추동물 지수 간의 상관관계를 회귀분석하여, 일정한 수질등급에 대응하는 생물지수 값을 산정하는 방식으로 구축되었다. 따라서 화학적 수질등급과 생물학적 등급을 연계해서 해석할 수 있다는 장점이 있다.
2.3 한국오수생물지수(KSI)
한국오수생물지수(KSI)는 고전적인 오수생물지수(Saprobic Index)를 한국 하천 환경에 맞게 재구성한 지수이다.
KSI는 각 지표종에 부여된 오탁계급치(유기오염 내성도)와 개체수 밀도를 이용하여 지수를 계산하며, 결과값은 다음과 같이 대략 4단계 생물등급으로 해석된다.
| 생물등급 | 환경 상태 | KSI 값 예시 범위 | 특징 |
|---|---|---|---|
| A | 최적 | 0.0 ~ 약 1.0 | 유기오염 영향이 거의 없는 청정수역이다. |
| B | 양호 | 약 1.0 ~ 2.4 | 경미한 유기오염이 있으나 생태계 기능은 정상 범위이다. |
| C | 보통 | 약 2.4 ~ 3.6 | 유기오염 영향이 뚜렷하여 내성종 비중이 증가한다. |
| D | 불량 | 약 3.6 ~ 5.0 | 강한 유기오염 환경으로 민감종이 거의 출현하지 않는다. |
2.4 저서성 대형무척추동물 생태점수(ESB)
저서성 대형무척추동물 생태점수(ESB)는 각 종에 부여된 환경질 점수(Qi)를 모두 합산하여 수환경의 생태적 상태와 보전가치를 평가하는 지수이다.
ESB는 단순히 오염 여부뿐 아니라 서식처의 자연성, 희귀종·보호종의 출현, 군집의 다양성 등을 포괄적으로 반영할 수 있도록 설계되었으며, 전국 자연환경조사, 생태·경관보전지역 평가 등에서 활용되고 있다.
일반적으로 ESB는 수역을 “최우선보호수역, 보호수역, 양호수역, 보통수역, 열악수역, 심각훼손수역”과 같이 5~6단계로 나누어, 공간계획·보전계획 수립의 기초자료로 사용한다.
2.5 정성적 지표와 보조지수
앞선 종합지수 외에도, 현장에서는 다음과 같은 보조지수를 함께 활용한다.
- EPT 지수(EPT Index) : 하루살이·강도래·날도래 분류군의 종수 또는 개체 비율을 이용하는 지수이다.
- 우점도지수(Dominance Index), 종다양도지수(Diversity Index) : 특정 종 편중 여부와 군집의 균등성을 나타내는 지수이다.
- 섭식기능군 구성(FG) : 여과섭식자, 스크레이퍼, 파쇄자 등 기능적 군집 구조를 이용하여 서식처 교란을 해석한다.
이러한 보조지수는 BMI, KSI, ESB와 같은 종합지수가 보여주지 못하는 세부 군집 구조와 기능 변화를 해석하는 데 도움이 된다.
3. 저서성 대형무척추동물 지수 조사·분석 절차
지수 값을 신뢰성 있게 얻기 위해서는 조사 설계, 채집, 실험실 분석, 지수 계산까지의 전 과정을 표준화하는 것이 중요하다.
3.1 조사 설계 단계
- 조사 목적 정의 : 수질평가, 복원사업 효과 분석, 오염원 영향 범위 파악 등 구체적인 목적을 명확히 설정한다.
- 조사지점 선정 : 상·중·하류 대표지점, 오염원 상·하류 지점, 지류 합류 전·후 지점 등 공간적 배치를 고려한다.
- 조사 시기 및 주기 결정 : 일반적으로 봄·가을 등 저수기 또는 평수기에 조사하여 계절·홍수 영향 변동을 줄이도록 설계한다.
- 대상 서식처 결정 : 여울부, 완류부, 수초대 등 주요 서식처 중 대표성이 높은 구간을 선정한다.
주의 : 집중호우 직후, 제설제 다량 사용 직후, 공사 직후와 같이 일시적인 교란이 큰 시점은 지수 값 변동이 커질 수 있으므로, 장기적인 상태 평가 목적의 정기 조사는 피하는 것이 바람직하다.
3.2 현장 채집 장비와 표준 방법
| 장비 | 규격 예시 | 용도 |
|---|---|---|
| 서버 채집기(Surber Sampler) | 망목 250~500 μm, 채집 면적 0.09~0.25 m² | 여울부 정량 채집에 사용한다. |
| 킥넷(Kick Net) | 망폭 30~50 cm, 망목 250~500 μm | 불규칙한 하상에서 반정량·정성 채집에 사용한다. |
| 플라스틱 트레이와 핀셋 | 화이트 트레이 권장 | 현장 선별, 이물질 제거에 사용한다. |
| 시료병 및 보존액 | 에탄올 70% 또는 포르말린 4% 등 | 실험실 동정을 위한 장기 보존에 사용한다. |
여울부 정량 채집의 기본적인 절차는 다음과 같다.
- 선정한 여울 구간에서 일정 간격으로 채집 위치를 정하고, Surber 채집기를 하류 방향으로 설치한다.
- 채집기 내부의 하상재료를 발로 충분히 교란하여, 부착 생물과 입자들이 망으로 유입되도록 한다.
- 약 30초~1분간 교란을 지속한 뒤, 채집기를 조심스럽게 수면 위로 들어올려 망의 내용물을 트레이에 옮긴다.
- 필요 시 같은 지점에서 2~3회 반복하여 복제 시료를 확보하고, 전체 시료를 합쳐 하나의 복합 시료로 구성한다.
- 트레이에서 큰 자갈·낙엽 등을 제거하고, 저서성 대형무척추동물이 포함된 잔여물을 시료병에 옮겨 보존액을 주입한다.
3.3 실험실 분석 및 동정
실험실에서는 보존된 시료를 체질, 세척, 선별, 동정, 계수 순으로 처리한다.
- 적절한 망목의 체를 사용하여 미세 입자를 제거하고, 남은 생물체를 선별한다.
- 해부현미경과 도감을 이용하여 종 또는 속·과 수준까지 동정한다.
- 각 분류군별 개체수 또는 상대풍부도를 기록하고, 필요 시 건중량 등의 생체량을 측정한다.
지수에 따라 요구되는 동정 수준은 다르지만, BMI·KSI·ESB 등 대부분의 지수는 최소한 과 또는 속 수준까지의 구분을 요구하는 경우가 많다.
3.4 지수 계산의 기본 구조 예시
지수마다 세부 공식은 다르지만, 공통적으로 “종별 환경질 점수 또는 내성도 점수”와 “출현 정도”를 조합하여 하나의 값을 얻는 구조를 가진다. 예시적인 구조는 다음과 같다.
1) 단순 합산형 지수 (예: BMI, ESB 유형) - 각 분류군 i에 대해 환경질 점수 Qi를 부여한다. - 조사 지점에서 출현한 모든 분류군의 Qi를 합산한다. BMI 또는 ESB = Σ Qi 2) 내성도 가중 평균형 지수 (예: KSI 유형) - 각 지표종 i에 대해 내성도 등급 si와 개체수 혹은 밀도 hi를 이용한다. - 지수 = Σ(si × hi) / Σ(hi) 3) 회귀식 기반 단순 지수 (예: SBMI 유형) - 화학적 수질항목 등급치를 회귀식에 대입하여 기준 지수값을 산출한다. - 실제 조사 지수값과 비교하여 수질·생태 등급을 판정한다.실무에서는 지수마다 제공되는 공식과 표준 작업지침을 그대로 따르는 것이 중요하며, 자체적으로 공식을 변형하거나 점수를 임의 조정하는 것은 피해야 한다.
3.5 지수 해석 시 고려해야 할 요인
- 계절성 : 수온·유량·생장주기 차이로 인해 봄·여름·가을 사이에 지수값이 달라질 수 있으므로, 장기 추세를 볼 때는 같은 시기의 값끼리 비교하는 것이 바람직하다.
- 서식처 이질성 : 콘크리트 호안, 직강화, 보·수문 등 인공구조물이 많은 구간은 서식처 다양성이 낮아 생물지수가 과소평가될 수 있다.
- 극한 사건 : 대규모 홍수, 유류·화학사고 등 급성 교란 이후에는 단기간에 지수값이 크게 변동할 수 있으므로, 사고 영향 평가용 조사와 장기 모니터링 결과를 구분해서 해석해야 한다.
- 기저 수질 조건 : 상류의 자연적 탁도, 지질 특성, 지하수 유입 등으로 인해 동일 지수값이라도 유역별 의미가 달라질 수 있다.
4. 저서성 대형무척추동물 지수의 실무 활용 전략
4.1 하천 수질·생태등급 체계와의 연계
여러 지자체에서는 저서동물지수(BMI)를 포함한 생물지수와 생활환경기준 수질등급을 함께 제시하여 하천별 생태등급을 관리하고 있다.
실무에서는 다음과 같은 방식으로 통합 해석을 시도할 수 있다.
- 화학적 수질등급과 BMI 등급이 동시에 높게 나타나는 구간은 우선 보전대상 구간으로 관리한다.
- 수질은 양호하지만 BMI가 낮은 구간은 서식처 구조 개선(하상 다양화, 완충구역 복원 등)의 필요성이 크다고 판단한다.
- 반대로 BMI는 높으나 특정 수질항목이 자주 기준을 초과하는 경우, 단기적인 오염사건 또는 특정 오염물질의 영향 여부를 추가 조사한다.
4.2 복원·정비 사업 사전·사후 평가
하천 복원, 도시하천 재생, 유지용수 공급 사업 등에서는 사업 전·후 저서성 대형무척추동물 지수를 비교하여 사업 효과를 정량적으로 평가할 수 있다.
- 사업 시행 전 기초조사에서 BMI, KSI, ESB 등 주요 지수를 산정하여 기준값을 확보한다.
- 사업 시행 후 1년, 3년, 5년 등 일정 간격으로 동일 지점·동일 방법으로 반복 조사하여 지수 변화를 추적한다.
- 지수값의 상승·하락 추세를 서식처 변화, 오염부하 변화와 함께 분석하여 복원 효과를 평가한다.
4.3 오염원 관리 및 사고 대응
점오염원(하수처리장, 산업단지, 축산시설 등)이나 비점오염원(도시·농경지 유출수 등)의 영향을 판단할 때, 저서성 대형무척추동물 지수는 다음과 같이 활용할 수 있다.
- 오염원 상류·직하류·하류 지점에 대한 BMI·KSI 비교를 통해 영향 범위를 파악한다.
- 장기간 모니터링 결과를 통해 오염저감 시설 설치 이후 생태적 개선 여부를 검증한다.
- 수질오염사고 발생 시, 사고 직후와 일정 기간 이후의 지수값을 비교하여 생태계 회복 정도를 평가한다.
4.4 현장 담당자를 위한 체크리스트
| 단계 | 주요 점검사항 | 실무 포인트 |
|---|---|---|
| 조사계획 | 목적·조사지점·시기 설정 | 하천 수계 특성과 사업 목적을 반영하여 지수 종류를 사전에 결정한다. |
| 현장조사 | 장비·표준 방법 준수 | 망목, 채집면적, 채집시간을 표준화하여 조사자 간 편차를 최소화한다. |
| 실험실 분석 | 동정·계수 정확성 | 핵심 지표종은 최소 속·과 수준까지 동정하고 의심 시 재검토한다. |
| 지수 계산 | 공식·점수표 일치 여부 | 공식과 점수표 버전을 명확히 관리하며, 엑셀·프로그램 계산 시 수식을 검증한다. |
| 결과 해석 | 다른 지표와의 통합 검토 | 수질, 유량, 서식처 정보와 함께 종합적으로 판단하고 단일 지수에 의존하지 않는다. |
5. 저서성 대형무척추동물 지수 실무 FAQ
Q1. 화학적 수질분석 없이 저서성 대형무척추동물 지수만으로 수질등급을 평가해도 되는가?
A1. 원칙적으로는 권장하지 않는다. 저서성 대형무척추동물 지수는 장기간 통합된 생물학적 반응을 보여주지만, 특정 중금속·독성물질과 같이 생물지수에 바로 반영되지 않을 수 있는 위험도 존재한다. 따라서 최소한 기본 수질항목(BOD, COD, 영양염류, 부유물질 등)과 함께 해석하는 것이 바람직하며, 지수와 수질항목의 불일치가 나타날 경우 추가 조사와 원인 분석이 필요하다.
Q2. 콘크리트 호안이 많은 도시하천에서도 저서성 대형무척추동물 지수가 유효한가?
A2. 도심 콘크리트 하천에서도 지수는 활용 가능하지만, 서식처 다양성이 제한되어 민감종 출현이 구조적으로 어려운 경우가 많다. 이 경우 절대적인 등급보다는 동일 하천 내 지점 간 상대 비교, 사업 전·후 경향 비교, 여울·수초대 등 국지적 자연서식처를 중심으로 한 부분 평가가 더 유용하다. 또한 BMI와 함께 부착돌말 지수, 어류 지수 등을 병행하여 다지표 통합 평가를 수행하는 것이 좋다.
Q3. 비전문가도 간이저서동물지수(SBMI)나 지표종 목록만으로 평가를 수행할 수 있는가?
A3. 기본적인 분류군 구분과 지표종 목록을 숙지한 경우, 간이 지수와 지표종 체크리스트를 활용하여 대략적인 상태 평가는 가능하다. 다만 공식 보고서, 법적 행정 절차, 장기 모니터링 등에서는 표준화된 동정 수준과 지수 산정 절차를 준수해야 하므로, 전문가 검토를 병행하는 것이 안전하다.
Q4. 지수값이 매년 크게 출렁이는 경우 어떻게 해석해야 하는가?
A4. 우선 조사 시기, 수위·유량, 수온 등 물리적 조건과 조사 방법의 일관성을 점검해야 한다. 그 다음, 해당 연도에 발생한 홍수, 가뭄, 공사, 사고 등 특이 사건의 영향을 검토한다. 모든 조건이 비슷한데도 변동 폭이 크다면, 유역 내 비점오염원 변동이 큰 도시화 유역이거나, 서식처 구조가 불안정한 전환기일 가능성이 있다. 이 경우 추가 지점 확대, 계절별 복수 조사, 다른 생물지수 보완 등을 통해 변동 원인을 구체적으로 파악하는 것이 필요하다.
Q5. 저서성 대형무척추동물 지수 결과를 행정 보고서에서 어떻게 정리하는 것이 좋은가?
A5. 일반적으로는 ①조사 개요(지점, 시기, 방법), ②종조성 및 군집 특성, ③각 지수별 값 및 등급, ④수질·서식처 정보와의 연계 해석, ⑤관리·개선 권고사항 순으로 정리하는 구성이 효율적이다. 특히 BMI·KSI·ESB 등 여러 지수를 동시에 사용했다면, 지수 간 일관성 여부와 상이한 부분을 명확히 설명하고, 각 지수의 민감한 오염 유형을 구분하여 기술하는 것이 좋다.