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Abstract

목차

제1장 서론 19

제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 19

1. 기술의 배경 19

2. 기술의 중요성 20

가. 어류의 생물학적 조직수준 별 생물지표를 통한 총체적 생태계 위해성/건강성 평가 및 스트레서 확인의 중요성 20

나. 생태 건강성 평가 신기술을 통한 오염현황 파악 및 복원 기반 기술의 중요성 21

3. 국내 연구 및 문제점 21

4. 선진국의 기술수준 및 연구개발의 필요성 22

제2절 연구개발의 국내외 현황 23

1. 해외 기술개발 동향 23

2. 국내 기술개발 동향 25

3. 국내·외의 연구현황 27

제3절 연구개발대상 기술의 차별성 28

제2장 연구개발의 목표 및 내용 29

제1절 연구개발의 최종목표 29

1. 어류의 생물학적 조직수준 별 스트레서 평가모델 개발 및 최적생물지표 도출 29

2. 최적생물지표를 통합한 새로운 수 생태계 위해성/건강성 평가 기법 개발 31

3. 국내 환경에 적합한 스트레서 확인기법 확립 32

제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 34

1. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 34

2. 연도별 세부내용 및 평가방법 39

3. 연도별 추진체계 40

가. 연구개발의 추진전략 40

나. 연차별 추진체계 42

제3장 연구개발 결과 및 활용계획 43

제1절 연구개발 결과 및 토의 43

1. 주관연구기관 연구방법 43

가. 조사하천 및 조사지점 43

나. 조사 시기 45

다. 피라미의 채집 46

라. 피라미의 생물지표 (biomarker/bioindicator) 분석을 위한 시료채취 46

마. 생화학적 생물지표 분석 47

바. 개체수준의 생물지표 50

사. 개체군 (population) 수준의 생물지표 분석 50

아. 통계분석 52

자. 갑천과 미호천의 주요 오염물질 현황분석 52

2. 위탁연구기관 연구방법 55

가. 모델 생태계 및 현장 생태계의 선정 및 조사방법 55

나. 군집 수준의 다변수 어류 평가 지수 (Multi-metric Fish Assessment Index, MFAI) 모델 개발 및 보정 57

다. 물리적 서식지 평가 모델 (Qualitative Habitat Evaluation Index, QHEI) 개발 및 보정 60

라. 어류의 생체조직별 수은 농축 (Fish Bioaccumulation of Total Mercury) 분석 62

마. 해부학적 건강도 평가 모델 (Necropsy based Health Assessment Index, NHAI) 62

3. 연구개발 결과 65

가. 주관연구기관 1차년도 연구개발 결과 65

나. 주관연구기관 2차년도 연구개발 결과 77

다. 주관연구기관 3차년도 연구개발 결과 106

라. 위탁연구기관 1차년도 연구개발 결과 126

마. 위탁연구기관 2차년도 연구개발 결과 133

바. 위탁연구기관 3차년도 연구개발 결과 152

제2절 연구개발 결과 요약 168

1. 주관연구기관 168

가. 모델 생태계 및 경보종 (sentinel species) 선정 168

나. Sub-organism, 개체, 개체군 수준의 각 생물지표 개발, 분석 및 최적 생물지표 도출 168

다. 갑천과 미호천에 대한 각 생물학적 조직수준 별 생물지표 분석 169

라. 갑천과 미호천의 주요 오염물질에 대한 화학적 분석 177

마. 물리·화학적 스트레서와 각 생물지표 반응비교를 통한 민감도, 중복성 검토 및 분석 178

바. 생물학적 조직수준 (Level of Biological Organization) 별 생물지표 반응사이의 연계성 검토 및 분석 178

사. 주요 오염물질에 대한 생태독성 평가 179

아. 최적 생물지표를 통합한 수생태계 위해성/건강성 평가기법 개발 179

자. 스트레서 확인 기법 확립 180

차. 매뉴얼 제작 및 기술이전 180

2. 위탁연구기관 180

가. 스트레서 평가 모델의 모델 생태계 적용 (갑천) 180

나. 스트레서 평가 모델의 현장 생태계 적용 및 평가 (미호천) 186

3. 결론 및 제한점 188

가. 결론 188

나. 관리 방안 189

다. 전문가 수정보완 의견에 대한 본 연구의 제한점 189

제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 191

1. 1차 연도 191

2. 2차 연도 192

3. 3차 연도 193

제4절 연도별 연구성과 (논문·특허 등) 194

1. 논문 발표 성과 194

2. 학술회의 발표 성과 195

제5절 관련분야의 기술발전 기여도 198

1. 기술적 측면 198

2. 환경적 측면 198

3. 경제적·산업적 측면 198

제6절 연구개발 결과의 활용계획 198

제4장 참고문헌 201

표 1. 다변수 어류 평가 모델 (Multi-metric Fish Assessment Index; MFAI) 58

표 2. 물리적 서식지 평가 모델 (Qualitative Habitat Evaluation Index; QHEI) 61

표 3. 해부학적 건강도 평가 모델 (Necropsy based Health Assessment Index; NHAI) 63

표 4. 해부학적 건강도 평가 지수 (Necropsy based Health Assessment Index; NHAI) 및 등급 특성 64

표 5. 갑천의 지점별 암, 수 피라미의 Condition factor (CF) 분석 (2007년 1차년도) 70

표 6. 갑천의 지점별 암, 수 피라미의 Gonado-somatic index (GSI) 분석 (2007년 1차년도) 70

표 7. 갑천의 지점별 암, 수 피라미의 Liver-somatic index (LSI) 분석 (2007년 1차년도) 71

표 8. 갑천 피라미의 지점별 포란수와 난경 (egg size) 분석 (2007년 1차년도) 72

표 9. 갑천 피라미의 지점별 연령 구조 분석 (2007년 1차년도) 73

표 10. 갑천 피라미의 지점별 평균연령 분석 (2007년 1차년도) 73

표 11. 갑천의 지점별 수질 지표 분석 (2007년 1차년도) 77

표 12. 갑천 피라미의 지점별 혈액생화학적 지표 분석 (2008년 2차년도) 78

표 13. 미호천 피라미의 지점별 혈액생화학적 지표 분석 (2008년 2차년도) 79

표 14. 갑천 피라미의 지점별 생화학적 생물지표 분석 (2008년 2차년도) 80

표 15. 미호천 피라미의 지점별 생화학적 생물지표 분석 (2008년 2차년도) 80

표 16. 갑천 피라미의 지점별 생체지표 (CF, VSI, LSI) 분석 (2008년 2차년도) 81

표 17. 미호천 피라미의 지점별 생체지표 (CF, VSI, LSI) 분석 (2008년 2차년도) 82

표 18. 갑천 피라미의 지점별 생식지표 분석 (2008년 2차년도) 83

표 19. 미호천 피라미의 지점별 생식지표 분석 (2008년 2차년도) 85

표 20. 갑천 피라미의 지점별 연령 구조 분석 (2008년 2차년도) 86

표 21. 미호천 피라미의 지점별 연령 구조 분석 (2008년 2차년도) 87

표 22. 갑천 피라미의 개체군 반응 특성 (2008년 2차년도) 90

표 23. 미호천 피라미의 개체군 반응 특성 (2008년 2차년도) 91

표 24. 갑천의 지점별 수질 지표 현화 (2008년 2차년도) 92

표 25. 갑천 표층수의 중금속 분석 (2008년 2차년도) 93

표 26. SPMD를 이용한 갑천 표층수의 PAH분석 (2008년 2차년도) 94

표 27. 생물학적 조직수준별 측정된 5가지 주요 생물지표 98

표 28. 갑천 피라미의 지점별 혈액생화학적 지표 분석 (2009년 3차년도) 106

표 29. 미호천 피라미의 지점별 혈액생화학적 지표 분석 (2009년 3차년도) 108

표 30. 갑천 피라미의 지점별 생화학적 생물지표 분석 (2009년 3차년도) 109

표 31. 미호천 피라미의 지점별 생화학적 생물지표 분석 (2009년 3차년도) 110

표 32. 갑천 피라미의 지점별 생체지표 (CF, VSI, LSI, SSI) 분석 (2009년 3차년도) 111

표 33. 미호천 피라미의 지점별 생체지표 (CF, VSI, LSI, SSI) 분석 (2009년 3차년도) 113

표 34. 갑천 피라미의 지점별 생식지표 분석 (2009년 3차년도) 114

표 35. 미호천 피라미의 지점별 생식지표 분석 (2009년 3차년도) 116

표 36. 갑천과 미호천의 지점별 연령 구조 분석 (2009년 3차년도) 117

표 37. 오염물의 영향에 따른 어류 개체군의 일반적인 반응 특성 120

표 38. 갑천과 미호천의 피라미 개체군 반응 특성 (2009년 3차년도) 121

표 39. 갑천과 미호천의 지점별 수질 지표 분석 (2009년 3차년도) 123

표 40. 갑천과 미호천의 중금속 분석 (2009년 3차년도) 125

표 41. SPMD를 이용한 갑천과 미호천의 PAH 분석 (2009년 3차년도) 125

표 42. 갑천의 어류상 및 생태적 특성 분석 (2007년 1차년도) 128

표 43. 갑천의 어류상 및 생태적 특성 분석 (2008년 2차년도) 137

표 44. 미호천의 어류상 및 생태적 특성 분석 (2008년 2차년도) 148

표 45. 갑천의 어류상 및 생태적 특성 분석 (2009년 3차년도) 155

표 46. 미호천의 어류상 및 생태적 특성 분석 (2009년 3차년도) 164

그림 1. 수생태계의 다중 환경 스트레스에 대한 어류의 생물학적 조직 수준별 반응 30

그림 2. 어류의 환경스트레스에 대한 시간 및 생물학적 조직 수준별 생물반응의 민감성 31

그림 3. 어류의 다중 스트레서 평가 기법을 이용한 수생태계 건강성 평가 사례 (미국) 32

그림 4. 어류의 다양한 스트레서 (Multiple stressors) 확인기법 과정의 흐름도 33

그림 5. 연구 개발의 추진전략 흐름도 41

그림 6. 다양한 생물지표 분석을 위한 갑천과 미호천의 조사지점 44

그림 7. 다환방향족 탄화수소 (PAHs) 분석을 위한 SPMD 장치 (좌: spider carrier, 우: 캐리어 보호장치) 53

그림 8. 군집 수준의 어류조사를 위한 갑천과 미호천의 조사지점 56

그림 9. DMA-80의 총 수은 농도 분석을 위한 작동 흐름도 62

그림 10. 피라미를 이용한 갑천의 조사지점 및 성별에 따른 EROD 분석 결과 (2007 1차 조사) 65

그림 11. 피라미를 이용한 갑천의 조사지점 및 성별에 따른 EROD 분석 결과 (2007 2차 조사) 66

그림 12. 피라미를 이용한 갑천의 조사지점 및 성별에 따른 DNA 손상 분석 결과 (2007년 1차 조사) 67

그림 13. 갑천에서 채집된 피라미의 acetylcholinesterase 활성도 분석 결과 (2007년 1차 조사) 68

그림 14. 갑천에서 채집된 피라미의 체장-빈도 분포 (2007년 1차 조사) 74

그림 15. 갑천에서 채집된 피라미의 체장-빈도 분포 (2007년 2차 조사) 75

그림 16. 피라미 난 (egg)의 조직학적 분석 85

그림 17. 갑천 피라미 개체군의 풍부도 및 체장-빈도 분포 (2008년 2차년도) 88

그림 18. 미호천 피라미 개체군의 풍부도 및 체장-빈도 분포 (2008년 2차년도) 89

그림 19. 피라미의 생물학적 조직수준별 생물지표간의 연계성 97

그림 20. 수생생물에 대한 비소 (arsenic)의 독성 값 분포 99

그림 21. 수생생물에 대한 카드뮴 (cadmium)의 독성 값 분포 100

그림 22. 수생생물에 대한 납 (lead)의 독성 값 분포 101

그림 23. 수생생물에 대한 크롬 (chromium)의 독성 값 분포 102

그림 24. 수생생물에 대한 수은 (mercury)의 독성 값 분포 103

그림 25. 수생생물에 대한 phenanthrene의 독성 값 분포 104

그림 26. 수생생물에 대한 fluoranthene의 독성 값 분포 105

그림 27. 수생생물에 대한 pyrene의 독성 값 분포 105

그림 28. 갑천 피라미 개체군의 풍부도 및 체장-빈도 분포 (2009년 3차년도) 118

그림 29. 미호천 피라미 개체군의 풍부도 및 체장-빈도 분포 (2009년 3차년도) 119

그림 30. 갑천의 조사지점별 이화학적 수질 (2007년 1차년도) 127

그림 31. 갑천 어류의 내성 및 섭식에 따른 지점별 분포 특성 (2007년 1차년도) 129

그림 32. 갑천의 각 조사지점별 MFAI와 QHEI 모델 값의 분석 결과 (2007년 1차년도) 131

그림 33. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (1차 조사) 132

그림 34. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2차 조사) 132

그림 35. 갑천의 조사지점별 이화학적 수질 (2008년 2차년도) 134

그림 36. 갑천에서 채집된 어류의 상,하류간 체장,체중, CF의 공간적 변이 138

그림 37. 갑천 어류의 내성 및 섭식에 따른 지점별 분포 특성 (2008년 2차년도) 139

그림 38. 갑천의 각 조사지점별 MFAI와 QHEI 모델 값의 분석 결과 (2008년 2차년도). 140

그림 39. 갑천에서 채집된 어류의 상,하류간 해부학적 건강도 지수 비교 142

그림 40. Comet assay를 이용한 갑천 피라미의 다양한 DNA 손상 지수. 143

그림 41. 갑천에서 채집된 피라미의 지점별 EROD와 TOSC assay 분석 결과 144

그림 42. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (1차 조사) 145

그림 43. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2차 조사) 146

그림 44. 미호천 어류의 내성 및 섭식에 따른 지점별 분포 특성 (2008년 2차년도) 149

그림 45. 미호천의 각 조사지점별 MFAI와 QHEI 모델 값의 분석 결과 (2008년 2차년도) 150

그림 46. 미호천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (1차 조사) 151

그림 47. 미호천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2차 조사) 151

그림 48. 갑천의 조사지점별 이화학적 수질 (2009년 3차년도) 153

그림 49. 갑천에서 채집된 어류의 상,하류간 체장,체중,CF의 공간적 변이 (2009년 3차년도) 156

그림 50. 갑천 어류의 내성 및 섭식에 따른 지점별 분포 특성 (2009년 3차년도) 157

그림 51. 갑천의 각 조사지점별 MFAI와 QHEI 모델 값의 분석 결과 (2009년 3차년도) 159

그림 52. 갑천에서 채집된 어류의 상,하류간 해부학적 건강도 지수 (NHAI) 비교 160

그림 53. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2009년 1차 조사) 161

그림 54. 갑천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2009년 2차 조사) 162

그림 55. 미호천 어류의 내성 및 섭식에 따른 지점별 분포 특성 (2009년 3차년도) 165

그림 56. 미호천의 각 조사지점별 MFAI와 QHEI 모델 값의 분석 결과 (2009년 3차년도) 166

그림 57. 미호천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2009년 1차 조사) 167

그림 58. 미호천에서 채집한 피라미 조직별 수은의 생물농축 농도 (2009년 2차 조사) 167