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서 론

 전 지구적으로 어업자원의 심각한 남획, 환경오염, 간척매립으로 인한 연안어장의 축소와 어장생태계의 질적 저하가 현재 대두되고 있는 상황이다. 이로 인해 어업자원은 감소 추세에 있으며 이러한 어업자원을 회복시키고 지속적으로 이용하기 위해서는 효율적인 자원평가와 관리 시스템이 요구되고 있다. 어업자원의 고갈과 심각한 해양오염에 직면하고 있는 우리나라 주변해역에서는 어업과 기후, 환경의 지구물리학적 및 생태학적인 복합적 영향을 고려한 어업자원 평가와 관리방법의 개발이 필요하다. 특히, 이 해역은 EEZ 체제에서 주변국과 공동 이용하는 어업자원의 공동 관리방안이 필요한 실정이다. 최근 수산분야에서는‘생태계 기반 자원관리’ 의 필요성이 크게 강조되고 있으며, 수산선진국들은 수산자원의 보존과 관리에 이미 이 개념을 도입해서 실천방안을 마련 중이다. 수산선진국에서는 컴퓨터를 활용한 다양한 분석 방법론을 개발하고 있으며, 현재 실용화에 이르고 있는 모델들도 계속 개발되고 있다. 미국, 뉴질랜드 등은 어업자원의 평가방법을 개발하여 어업관리에 성공적으로 활용하고 있다. 국외의 구체적인 연구 성과에 비하여 국내에서의 연구 활동은 미미한 수준으로 어업자원평가 및 관리를 위한 적극적인 연구가 필요하다.

 현재 우리나라의 어업생산량은 점차 감소하고 있으며, 어획물의 구조를 나타내는 영양단계도 점차 감소하고 있다 (Zhang and Lee, 2004). 우리나라의 주변 해역은 많은 어업자원들이 남획으로 인해서 자원량은 크게 줄어들고, 연안오염의 증가로 연안생태계가 변형되어 연근해의 어업생산력은 저하된 상태에 처해 있다 (Zhang et al., 1992; Zhang and Kim, 1999). 이러한 상황에서 WTO의 수산물 수입자유화 권고에 따라 수산물에 대한 수입이 개방되어 수산물 경쟁력이 약화되고 있는 실정이다. 또한 UN 해양법 협약의 EEZ제도에 의해서 일본과 중국 등 주변국들과 새로운 어업협정의 체결이나 교섭으로 인해 전통적인 어업수역의 축소로 어업생산의 감소가 나타나고 있다.

Fig. 1. A schematic diagram of fish resources in a marine ecosystem. Factors which control the abundance of a fish stock (Modified from Zhang (2002)).

 최근까지 수산자원의 평가와 관리는 환경은 고려하지 않고 개체군 수준에서 가입과 성장, 자연사망, 어획사망 등 네 요소만을 고려하는 개체군 역학적 분석결과에 의존하여 수행되어져 왔다 (Fig. 1). 그러나 기후변화 현상은 수온변화는 물론이고 동물플랑크톤의 양적변화, 난류성 어종의 어획량 증가 현상 등이 나타나며, 북태평양 기후체제전환 (Climatic regime shifts, CRS)은 한반도 주변해역의 주요 수산자원의 분포 및 생산량의 변동을 초래한다는 연구가 보고된 바 있다(Zhang et al., 2000b; Zhang et al., 2004). 장기적 예측을 기반으로 한 최근 연구동향은 대기－해양 모델의 규모축소 (downscaling)를 통하여 지역규모의 해양환경 변화를 예측하고 이에 따른 수산자원의 분포 변화 연구가 수행되고 있으며(Cheung et al., 2011; Mueter et al., 2011), 해양의 생물다양성에 대한 기후변화의 영향은 더 강화 될 가능성이 있다 (Roessig et al., 2004; Harley et al., 2006; Munday et al., 2008; Lee, 2012). 이에 비해, 단기적 예측을 기반으로 한 연구는 수산정책 수립에 직접적으로 이용되기에 활용도가 높으며 연구의 필요성이 높다고 본다. 현재 우리나라 연근해 주요 어업 대상어종 가운데 초기생활사에서 해양 환경요인에 민감하게 반응하는 부어자원 (예, 고등어, 전갱이, 멸치, 오징어)이 어업생산의 상당한 부분을 차지하고 있음을 감안할 때, 해양환경의 물리적인 요인을 고려한 수산자원 평가방법의 개발연구가 절실히 요구되고 있으며 이를 토대로 한 자원관리 방안의 수립이 시급한 실정이다 (Zhang et al., 2000a).

 따라서 본 연구는 1) 환경을 고려한 연령구조재생산모델을 확장시켜서 자원량과 가입량을 예측하는 방법을 제시하고, 2) 전갱이 자원에 본 연구의 예측 모델을 적용하여, 3) 이 모델의 적합성 및 적용성을 평가하는데 목적이 있다.

자료 및 방법

 연도별 연령별 자원량은 연령구조모델을 사용하였으며, 지수함수적 생잔식과 지수함수적 성장식을 사용하여 생체량의 변화를 추정하였다. 즉, 지수함수적 생잔식 및 성장식은 식 (1)과 (2)로 나타낼 수 있다.

 여기서, N_a,t은 a년 t연령어의 자원마리수이며, M과 F_a,t는 각각 자연사망계수 (상수)와 a년 t연령어의 어획사망계수이며, G_a,t는 a년 t연령어의 성장률이다.

 위의 지수함수식들을 곱하면, 생체량의 변화를 나타내는 식 (3)을 사용하여 연도별 연령별 자원량 (B_a,t)을 추정하였다.

 연도별 가입량 (R)은 가입해 이전까지 자원량(B_t-r)과의 관계식으로 산정하였으며, 가입량－산란자원량 관계식은 Beverton-Holt 모델식과 Ricker 모델식이 사용가능하며, 각각 식 (4)와 식 (5)로 나타낼 수 있다.

 식 (4)에서 a및 b는 연급군 분석 (cohort analysis)에서 계산되는 자원량 및 가입량의 연속된 시계열 자료를 사용하여 추정하였다. 여기서,연도별 자원량 추정치는 B_t－r－n, B_t－r－n+1, …, B_t－r－1, B_t－r이며, 연도별 가입량 추정치는 R_t－r－n,  R_t－r－n+1, …,  R_t－r－1,  R_t－r이다. 따라서, t＋1년의 가입량 (R_t+1)은 식 (6)를 사용하여 예측이 가능해진다.

 또한, t＋1년의 자원량 (B_t＋1)은 모든 연도에 대한 자원량을 합한 값이며, 식 (8)과 같이 나타냈다.



여기서, B_rt＋1 〓R_t＋1 이다.

 본 연구에서는 한반도 주변해역의 대마계군 전갱이를 예시로 Ricker 관계식에 적용하여 1987〜2009년의 가입량－자원량을 기초로 하여 2010〜2020년까지의 시나리오별 자원량을 예측하였다.

결 과

 한반도 주변해역의 전갱이 자원은 산란장 및 회유로를 중심으로 크게 대마계군과 태평양계 군으로 구분되지만, 본 연구에서는 우리나라 어업에서 주로 이용하고 있는 대마계군에 한정하였으며, 대마계군 전갱이 자원량 추정치는 1970〜2009년의 한국과 일본의 어획량을 기초로 하였다 (MIFAFF, 2010; JFA, 2010) (Table 1). 전갱이의 연령별 자원량은 한국 대형선망어업의 전갱이 연령구조 및 자원생태학적 특성치를 사용하였으며 (Table 2), 가입량 및 성숙비를 고려한 산란자원량으로 구분하였다.

Table 1. Catches (thousand metric ton) of jack mackerel from Korea and Japan around Korean waters from 1970 to 2009

Table 2. Parameters used to estimate biomass of jack mackerel by age-structured recruit-spawner relationship

 전갱이의 가입량과 산란자원량과의 관계는 가입량－산란자원량 수준이 저수준 및 고수준에서는 변이도가 작았으나, 중간 수준에서는 변이도가 상대적으로 크게 나타났다 (Fig. 1). Beverton－Holt 모델 및 Ricker 모델에서 전갱이의 가입량－산란자원량의 밀도독립적 및 밀도 종속적 관계를 나타내는 매개변수 α와 β를 비선형 최소자승법 (non-linear least squares)에 의해 추정된 관계식은 각각 식 (9) 및 식 (10)으로 나타났으며, 두 모델에 의한 관계곡선들은 큰 차이를 보이지 않았다 (Fig. 1).

 한반도주변해역의 전갱이 가입량－산란자원량 관계는 기후체제가 전환됨에 따라 다른 양상을 나타내기도 하여 (Lee, 2005), 북태평양해역에서 감지된 1987/88년 기후체제전환 이후의 가입량－산란자원량 관계를 고려하였다. 연령구조모델에 의해 추정된 전갱이 자원량은 1987년 이후 두 번의 증감을 나타내었으며, 마지막 연도(2009년) F값을 사용한 식 (3)에 의해 추정된 자원량은 이러한 증감 변동을 잘 나타내는 것으로 나타났다 (r〓0.602, P<0.05) (Fig. 2).

Fig. 2. Scatterplot of spawner-recruit of jack mackerel around Korean waters, 1970－2009. Two curves denote spawner-recruit relationships (SRR) by Bevert-Holt (dot) and Ricker (line) models, respectively.

 미래 전갱이 자원량 예측을 위하여 F 값은 2009년도 연령별 어획사망계수, 2009년도 적정 어획강도 F_ABC (〓0.420) 및 1/2F_ABC (〓0.210)을 각각 사용하였으며, 2010년 이후 추정된 자원량 예측치를 각각 비교하였다 (Fig. 2). 이를 위하여 2010년도 가입량은 식 (7)을 이용하여 예측하였으며, 식 (3)에 의한 연령별 자원량을 구한 후 연령별 성숙비를 고려하여 2010년도 산란자원량을 추정하였다. 이는 다시 식 (7)에 입력되어 2011년도 가입량 예측에 사용되며, 식 (3)에 의한 2011년도 연령별 자원량 및 산란자원량이 추정되는 계산을 반복하였다. 2010〜2020년의 예측된 전갱이 자원량은 F값에 따라 단기적으로 변동 양상이 달랐으며, 2009년도 연령별 F값을 사용하였을 경우 전갱이 자원량은 단기 감소 후 증가한 반면, 1/2F_ABC 수준에서 자원관리를 하였을 경우 미래 자원량은 다소 감소 후 평형을 보이는 것으로 나타났다. 1/2F_ABC 및 2009년도 연령별 F값을 사용한 전갱이 대마계군 자원량 예측치는 초기 4년이 경과후 60만톤 수준에서 평형을 유지하지만, 2009년 F_ABC  수준을 유지할 경우 50만톤 수준에서 평형을 유지하는 것으로 나타났다 (Fig. 3).

Fig. 3. Biomass estimates of jack mackerel from 1987 to 2009 and forecasted biomass under different F values from 2010 to 2020.

고 찰

 어업자원의 자원량을 정확하게 파악하지 못하면 올바른 어업관리방안을 마련할 수 없다. 자원상태를 정확하게 알 수 없는 자원에 대해서는 자원에 치명적인 손상을 가하지 않을 정도의 어획한계를 설정하여 관리하는 예방적 접근방법을 택하여 관리를 해야 한다. 그러나 어업자원의감소를 우려하여 어업활동을 심하게 규제한다면 어업이 위축되고 적절한 어획량을 활용할 수없게 될 것이다. 따라서 만약 자원량이나 가입량의 예측이 가능하다면 어업을 관리하는데 엄청난 효과가 있을 수 있다.

 최근 대부분 주요 연안어장은 환경오염이 가속화되고, 또 주요 어업대상 어종의 남획과 고갈이 확대됨에 따라, 수산업과 환경과의 관계에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서 제시한 방법은 신뢰할 만한 환경조건이나 미래 시나리오가 설정된다면 장기적인 자원량 예측이 가능하다. 미래 시나리오로서 지구온난화와 관련하여 보고되고 있는 IPCC 시나리오를 상정하여 장기적인 자원량과 가입량을 예측하는 것은 상당히 의미가 있을 것으로 판단된다. 실제로 최근IPCC 기후시나리오를 바탕으로 세계 주요 수산자원의 북상양상 및 속도를 예측하고 (Cheung et al., 2009), 표층 생태계의 변동에 따른 생태계 구조의 변화와 기능의 재편을 예측하는 연구결과들이 다수 발표된 바 있다 (Lee, 2012).

 만약 가입량이 환경인자 (E)의 직접적으로 영향을 받는 것이 명확하게 입증될 경우에는 각각 식 (11)와 식 (12)로 나타낼 수 있다 (Zhang et al., 2000a).

 여기서, 가입해 이전까지 환경인자는 변이값으로 E_tㅡr =| _tㅡrㅡE |로 나타냈다. 따라서, t＋1년의 가입량 (R_t＋1)은 식 (13) 또는 식 (14)를 사용하여 예측이 가능해진다.

 북태평양 기후체제전환 (Climatic regime shifts, CRS)은 한반도 주변해역의 주요 수산자원의 분포 및 생산량의 변동을 유발시키는 징후가 감지되었으며 (Zhang et al., 2000b; Zhang et al., 2004), 특히 대마계군 전갱이 가입량은 환경영향을 받아 변동하는 것으로 보고된 바 있다(Zhang and Lee, 2001). 이에 본 연구에서는 1987년 이후의 가입량－자원량을 기초로 하였으며, 미래 전갱이 자원량은 최근 기후체제가 유지되어 가입량과 산란자원량의 관계에 있어서 기후 유래 변동이 없다는 가정하에서 예측되었다.

 본 연구에서는 최근 기후체제가 유지되는 것으로 가정하여 향후 십년간의 단기적 시간규모에서 미래 자원량 예측을 수행하였다. 이는 총허용어획량 (TAC) 시행을 위한 적정어획량의 관리전략평가 및 수산자원회복을 위한 회복목표량 설정과 같은 상대적으로 짧은 십년주기의 변동을 예측하기 위해서는 본 연구에서 제시된 방법이 유용할 것으로 판단된다. 이 모델은 10년이내 단기간의 자원량과 가입량을 예측하는데 사용하는 방법으로서 우리나라 TAC 설정을 위한 자원상태 평가 시 미래 자원량 변동을 예측하여, 어업인들과 관리행정 전문가들의 이해를 도모하고 예측 가능한 어업생산 활동을 영위함으로써 지속가능한 어업활동 및 안정된 어업소득을 달성하는데 기여할 것으로 기대된다.

사 사

 본 연구는 국립수산과학원 (RP-2012-FR-054)연구비 지원에 의해 수행되었습니다.