퇴적물은 수질환경에 비해 미량금속의 농도가 상대적으로 높고, 시?공간적으로 변화가 적기 때문에 환경오염을 평가하는데 중요한 모니터링 도구로써 알려져 있다(Thornton, 1983). 퇴적물의 화학적 분석은 현장 퇴적물 오염에 대한 현실적인 생태 독성 위험 평가를 제공하지 못하고, 생물군에 대한 오염물질의 영향을 예측하지 못한다(Gunn et al., 1989; Bervoets et al., 1997; Prygiel et al., 1999). 또한, 기술 및 재정적 제한으로, 퇴적물에서 발생할 수 있는 모든 오염원을 결정하고 농도를 측정하는 것은 거의 불가능하다(Vivien et al., 2014). 따라서 신뢰할 수 있는 퇴적질(Sediment Quality) 평가에 생물학적 평가방법이 필요하며, 기존의 화학분석과 함께 적용되어야 한다(Chapman, 1990; Prygiel et al., 1999).
저서성 대형무척추동물은 담수 생태계에서 가장 다양하고, 풍부한 생물체이며(Ward, 1992), 하천의 수질을 평가하기 위한 생물학적 지표로서 많은 연구 사용되었다. 이는 생물지수로 개발되어 저서성 대형무척추동물을 이용한 하천의 생물학적 수질평가에 활용되었다. 반면, 현재까지 국내에서 담수 퇴적물의 생물학적 평가를 위해 저서성 대형무척추동물을 이용한 연구는 부족하며, 특정 종의 퇴적물 독성평가 등 일부 연구만 진행되었다.
담수 퇴적물을 평가하는 생물지수 개발에 앞서, 퇴적물 내 서식하는 저서성 대형무척추동물에 대한 채집방법(조사방법)을 결정하고 표준화하는 것을 우선적으로 시행하였다. 코어의 내경 크기(Φ 5, Φ 7.5, Φ 10 cm), 채집횟수(반복횟수), 채집심도, 거름체 공극(1.0, 0.5, 0.2 mm)에 따른 결과를 비교하여 적정한 방법을 제시하였다.
각 내경 크기에서 Φ 7.5 core를 이용하는 것이 가장 적정하였다. 채집 횟수는 5회를 채집하였을 때, 다양도 지수와 우점도 지수가 최대수준의 80 %에 도달하였다. 채집심도는 0-4 cm의 퇴적층에서 가장 많은 종이 출현하였으며, 4 cm이상의 심도에서는 새로운 종의 유입이 없었고, 10-15 cm의 퇴적층까지 종이 출현하였다. 출현개체수는 채집심도가 증가하면서 지수적으로 감소하였다. 0.2 mm 공극의 거름체에서 가장 많은 개체수의 회수율을 보였으며, 다른 공극(1.0, 0.5 mm)보다 개체수와 종수가 높았다.
따라서 담수 퇴적물의 저서성 대형무척추동물 채집방법은 Φ 7.5 core를 이용하여, 반복횟수 5회, 채집심도는 최소 15 cm를 채집하며, 채집시료는 0.2 mm 거름체를 이용하여 거르는 것으로 제안한다.
1990년대 이르러 유럽에서는 다양한 방법으로 퇴적물을 평가하는 방법을 개발하였다. 대표적으로 프랑스 IOBS (Oligochaete Index of Sediment Bioindication; Rosso et al., 1994)와 벨기에의 Biotic Sediment Index (Beyst & De Pauw, 1996) 등이 있다. 이러한 퇴적물 평가지수를 국내 담수 퇴적물에 적용하였을 때, 환경요인과 각 지수의 상관관계 및 유의성이 낮아 변별력이 떨어졌다. 따라서 국외 담수 퇴적물 평가지수를 국내 담수 퇴적물 평가에 직접적으로 적용하는 것은 어렵고, 국내에 적합한 생물지수 개발이 필요하다.
국내 저서성 대형무척추동물을 이용한 생물학적 지표(Biotic index)에 대한 본격적인 연구는 Yoon et al. (1992a, 1992b, 1992c)에 의한 일련의 연구들이었다. 이후 Kong et al. (2012, 2018) 등에 의해 생물학적 수질 평가를 위한 지표의 연구가 계속되었다. 그러나 기존에 개발된 국내의 지수는 모두 일반적인 조건을 가진 수체의 수질평가를 위한 것으로 담수 퇴적물에 대한 직접적인 지표로서는 적용이 곤란하다. 저서성 대형무척추동물을 이용한 담수 퇴적물의 생물학적 평가방법 개발은 주로 세립질 퇴적물(모래 이하; < 2 mm)에 서식하는 생물군(굴파는 무리, 붙는 무리)을 중심으로 각 종의 퇴적질 오염에 대한 내성을 이용하여, 생물군집을 대상으로 평가해야한다.
2014년부터 2016년까지 144개 조사지점을 표준화한 조사방법을 이용하여 조사하였다. 이 중 담수 퇴적물의 환경요인(TOC, 중금속, 총암모니아)과 저서성 대형무척추동물 자료가 모두 존재하는 73개 조사지점 자료를 이용하였다. 담수 퇴적물의 환경요인을 기준으로, 각 환경요인의 평균 등급을 Sediment Quality Index (SQI)를 산정하였고, 종합적인 환경요인을 평가할 수 있는 저서동물 퇴적질 지수(Benthic Macroinvertebrates Sediment Index, BSI)를 개발하였다.
평균내성지수를 기반으로 상대출현빈도를 출현속성으로 하는 BSI는 각 환경요인과 상관관계 및 유의성이 높았다. 또한 종합적인 담수 퇴적물 환경요인인 SQI와 상관관계 및 변별력이 높았다. 이러한 결과를 바탕으로 저서성 대형무척추동물 40 분류군을 지표생물로 제시하였다. 각 지표생물에 대한 내성지수, 지표가중치를 제시하였다.
BSI는 국내에서 처음으로 저서성 대형무척추동물을 이용한 생물지수 중 환대강(Clitellata)을 종 단위(Species level)까지 동정하여 각 분류군의 내성치를 검토하였다. 또한 BSI는 다른 지수와 비교하여 담수 퇴적물 환경요인과 상관관계와 유의성이 높고, 변별력이 높기 때문에 국내 현장 담수 퇴적물의 오염 평가에 충분히 적용 가능한 것으로 판단하였다. 그러나 본 연구에서 담수 퇴적물 환경요인과 저서성 대형무척추동물 군집에 분석 된 자료의 수(sampling units)가 적었고, 깔따구류(Chironomidae) 유충의 분류학적 한계 등이 존재하였다.
향후, BSI의 신뢰성과 정확성을 향상시키기 위해서 다양한 환경상태의 현장 데이터를 수집하고, 깔따구류와 같은 분류군에 대한 분류학적 연구가 지속되어야 할 것이다.

First study, the community structure of benthic macroinvertebrates in the fine sediments of freshwater was analyzed according to various sampling tools and methods.
The sediment core with the inner diameter of 7.5 cm was more effective in cost and labor compared with that of Φ 5 cm or Φ 10 cm.
The number of species increased along with the increase of sample size (replicates). When it was collected five times with the Φ 7.5 cm sediment core, Shannon-Weaver''s diversity and McNaughton’s dominance of the sample reached about the 80 % level of the community estimates.
Most species appeared in the sediment layer of 0-4 cm, and there was no the species recruited newly below the depth of 4 cm. Individual abundance of benthic macroinvertebrates decreased exponentially along with the increase of sediment depth.
Compared with the individual abundance of the 0-15 cm sediment layer, the abundance was 60 % in the 0-2 cm layer, 25 % in the 2-4 cm layer, 10 % in the 4-6 cm layer and 95 % in the 0-6 cm layer.
Compared with organisms collected with the sieve of 0.2 mm pore, the number of species and the individual abundance sifted through the sieve with pore of 1 mm were 36 % and 88 %, and those with pore of 0.5 mm were 5 % and 55 %, respectively.
Second study, development Benthic Macroinvertebrates Sediment Index (BSI) for bioassessment of freshwater sediment. Sediment quality has been evaluated in a variety of ways since the early 1990s in studies from Europe. In South Korea, most studies have used an indicator value for benthic macroinvertebrates based on water quality, not sediment quality. To date, few studies have examined the biological integrity of benthic macroinvertebrates communities in South Korea.
Survey sites were selected according to a sediment pollution concentration gradient, from clean to contaminated. A total of 73 sites were selected on the basis of Freshwater Sediment Quality Monitoring data in South Korea. A total of 70 species of benthic macroinvertebrates in 40 families, 10 orders, 7 classes, and 3 phyla were collected at the survey sites. Because the bioassessment index was intended for freshwater sediments, swimmers and highly mobile taxa were excluded, leaving 40 taxa that were used for data analysis. The selected taxa are burrowers and clingers in terms of habitat orientation and are directly affected by the environmental factors (Total Organic Carbon, TOC; heavy metals; Total Ammonia Nitrogen, TAN) in the sediments.
I measured the tolerance valency and value in samples and the indicator weight values of 40 benthic macroinvertebrate taxa from 73 sampling units in South Korea from 2014 to 2016. Total organic carbon, amounts of heavy metals, and total ammonia nitrogen were analyzed. The average grade for each pollutant was used as the Sediment Quality Index.
The tolerance valency for five tolerance series was derived by analyzing the prevalence of 40 benthic macroinvertebrates in freshwater sediments in South Korea. Based on these data, sediment and weight values were established for each taxon. The BSI incorporates the indicator value and the relative frequency of occurrence of each species.
The relative frequency of occurrence of benthic macroinvertebrate communities was relatively high in the sediments. The average tolerance values for each tolerance series were more appropriate for the assessment of freshwater sediments. The BSI is correlated significantly with sediment contamination and facilitates the on-site assessment of contamination of freshwater sediments. However, the amount of data analyzed was small and there were taxonomic limitations regarding Chironomidae larvae.
In future, the reliability of the BSI should be improved to assess the quality of freshwater sediments on the basis of benthic macroinvertebrates, using long-term on-site data and taxonomic studies.