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ISSN : 1225-827X(Print)
ISSN : 2287-4623(Online)
Journal of the Korean Society of Fisheries Technology Vol.51 No.1 pp.86-93
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFT.2015.51.1.086

Estimating the biomass of anchovy species off the coast of Tongyeong and Yeosu in South Korea in the spring and winter of 2013 and 2014

Myounghee KANG, Young Il SEO1, Taeg Yun OH1, Kyounghoon LEE2*, Choong-Sik JANG
Department of Maritime Police and Production System / Institute of Marine Industry, The institute of Maritime Industry, Gyeongsang National University, Tongyeong 650-160, Korea
1Fisheries Resources Management Division, National Fisheries Research & Development Institute, Busan 619-705, Korea
2School of Marine Technology, Chonnam National University, Yeosu, 550-749, Korea
Corresponding author: khlee71@jnu.ac.kr, Tel: 82-61-659-7124, Fax: 82-61-659-7129
January 27, 2015 February 12, 2015 February 17, 2015

Abstract

Anchovy (Engraulis japonicus) is one of the most important species in the South Sea of South Korea. In order to estimate the biomass of anchovy, acoustic surveys, concurrently with trawling, were conducted in April, July, and September of 2013 and February of 2014 off the coast of Tongyeong and Yeosu. However, anchovies were found only during spring (April) and winter (February) surveys. To display only anchovy species confirmed by trawls on empty spaced echograms, virtual echograms were created. Three target strength (TS) values of anchovy were used: TS_z = 20 log L – (20/3) log (1+z/10) – 67.6 (Zhao et al.), TS_y =20 log L – 72.9 (Yoon et al.), TS_f = 20 log L – 71.9 (Foote). For anchovy schools combined with other species e.g., hairtail, squid, and Korean pomfret, their TS values were used to calculate an average TS. As a result, the anchovy biomass in the winter survey was approximately 75,000 tons (TS_z), 90,000 tons (TS_f), 114,000 tons (TS_y), respectively. The biomass in spring was 9,000 tons (TS_z), 9,200 tons (TS_f), 10,000 tons (TS_y). The sampling variance of spring was 70% and of winter was 30%. In order to manage anchovy resource sustainably, larvae and adult anchovy should be separately surveyed, the optimal area, date, and time for acoustic survey should be investigated, and the biomass survey should be done for relatively long and regular base.


2013년-2014년 춘계와 동계에 대한 통영과 여수 연안역의 멸치 어군의 현존량 추정

강 명희, 서 영일1, 오 택윤1, 이 경훈2*, 장 충식
경상대학교 해양경찰시스템학과/해양산업연구소
1국립수산과학원 자원관리과
2전남대학교 해양기술학부

초록


    Ministry of Oceans and Fisheries

    서 론

    한국의 남해 연안에서 멸치 (Engraulis japonicas)는 생태학적 및 어업적으로 매우 중요한 어종 중 하나이다. 멸치는 경골어류 청어목 멸치과에 속하는 물고기로, 최 대 체장 15 cm까지 성장하며, 수명은 1년 반 정도이다. 먹이는 요각류, 작은 갑각류, 연체동물의 유생, 어류의 알 등이 있다 (Nizinski and Munroe, 1988). 전 세계적으 로 멸치속 어류에는 8종이 알려져 있으며, 대부분의 종 들은 연안에 서식한다 (Whitehead et al., 1988). 이 어종 은 연안 회유성 어종으로 무리를 지어 우리나라 남해 전역, 특히 여수에서 거제도 남부 및 통영에서 욕지도 부근에 주로 분포한다 (Choo and Kim, 1998).

    과학어군탐지기 (이하 과학어탐)를 이용한 음향 조사 는 음향학적으로 종 조성에 관한 정보를 추출하기가 어 렵지만, 단기간에 적은 노동력으로 넓은 해역을 조사할 수 있으며, 전 수층에 대한 어류의 분포와 현존량 정보 를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한 트롤 조업을 통해 한 어종이 우점하고 있다고 조사된 해역에서는, 우점종 의 분포와 어군 형상을 비교적 상세히 파악할 수 있다. 과학어탐을 이용한 음향 조사는 다양한 목적으로 사용 될 수 있으며 국내에서 수행된 음향학적 연구는 크게 3 가지로 분류할 수 있다. 첫 번째는 단일 어류의 음향반 사강도 (Target Strength, 이하 TS)를 자연상태의 환경 이나 (in situ TS, (Yoon et al., 1996)), 수조 등의 실험 적 환경 (ex situ TS)에서 측정하였다 (Lee and Shin, 2005; Lee et al., 2010). TS는 음향학적으로 어류의 현 존량을 계산할 시 필수적으로 사용되는 요소로 어류의 유영각도에 따14라 크게 변동하므로 ex situ TS는 이 각 도를 평균하여 사용하며, in situ TS는 자연스런 유영상 태에서의 반사강도로 고려되고 있다. 두 번째는 음향데 이터의 에코그램을 분석하여 어류의 분포와 현존량을 추정하였다 (Kang et al., 1996; Hwang et al., 2002; Hwang et al., 2004; Kim et al., 2008; Lee et al., 2012). 마지막으로 음향학적으로 어종을 식별하기 위한 연구 가 수행되어왔다. 식별을 위해 형상학적 분석 방법 (Kim et al., 1998), 분포 수심을 고려하는 방법 (Lee et al., 2012), 다중 주파수의 MVBS (Mean Volume Backscattering Strength) 차이를 이용하는 방법 (Kang et al., 2003) 등 다양한 방법이 시도되었다.

    멸치를 포함하는 국내 연안 주요 어종들의 관리와 지 속적이고 효율적인 이용을 위해서는 과학적 조사를 통 한 현존량과 분포 특성에 관한 연구가 뒷받침 되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 과학어탐을 이용하여 남해 안 통영과 여수 연안역의 춘계와 동계 멸치 어군의 현 존량을 추정하여 지속적인 멸치 자원량과 분포를 모니 터링하기 위한 기초적인 정보를 제공하고자 한다. 또한 현존량 계산에 관한 방법을 보다 상세히 기술하여 이후 중요 어종의 현존량 추정을 위한 전형적인 절차 방법으 로 활용할 수 있다.

    재료 및 방법

    음향 및 트롤 조사

    멸치 음향 조사는 2013년 춘계 (4월), 하계 (7월), 추 계 (10월), 동계 (2014년 2월)에 남해안 통영에서 여수 사이의 해역 (Fig. 1)에서 국립수산과학원 탐구 20호를 이용하여 실시하였고, 조사 시기 등의 정보는 Table 1 에 정리하였다. 과학어탐을 이용한 어군의 현존량을 추 정하기 위해서 일반적으로 사용하는 트랜섹트 라인 (항 적선 혹은 조사정선)법을 따라 음향 데이터를 수집하였 다. 총 조사정선 8개를 설정하였으며 계절별로 멸치 음 향 조사를 수행하고자 하였다. 춘계조사는 다른 계절의 조사보다 야간에 수행된 경우가 많았다. 트롤 조사에 사용된 그물종류는 4매식 중층 트롤 그물이며 그물의 망주는 504 m, 그물 총길이는 164 m, 끝자루의 그물코 는 4 cm이였다. 트롤 조업으로 얻은 어획물은 어종별 로 분류하여 체장과 체중 등을 측정하였다.

    음향데이터 분석

    각 계절별 조사에서 수집한 음향데이터는 Echoview (ver. 6, Myriax, Australia)를 사용하여 분석하였다. 음 향데이터와 함께 기록된 GPS 좌표를 이용하여 항적도 를 그린 후, 항적도의 항적선을 보면서 데이터를 조사 정선별로 나누었다. 음향데이터는 많은 핑 (Ping)으로 이루어져 있으므로 이 핑들 가운데 각 조사정선에 해당 하는 핑을 선별하여 조사정선별 에코그램을 작성하여 분석하였다. 멸치의 현존량을 구하기 위해서는 음향데 이터 중에서 멸치어군을 식별하고 이를 어군 (영역, region)으로 정의할 필요가 있다. 에코그램상에서 멸치 어군의 식별 (에코해석법)은 1) 트롤조업으로 얻은 어 획물 중 멸치어군이 90% 이상인 에코의 형상, 2) 멸치 어군으로 판단되는 에코신호의 공간분포 정보, 3) 에코 그램의 전·후 상황 (명확하게 멸치어군으로 분류된 에 코주변의 에코는 멸치일 가능성이 높다)을 기준으로 하 였다. 멸치어종으로 분류된 에코를 어군으로 정의하기 위하여 SHAPES 어군탐지 알고리즘 (Coetzee, 2000)을 이용하여 어군을 다각형으로 정의하였다. 멸치어군탐 지 알고리즘에 사용한 파라미터는 Table 2와 같다. 일 반적으로 멸치어종은 낮 동안 작은 크기로도 분포한다 고 알려져 있으므로 (Fujino et al., 2010), 작은 크기의 어군도 탐지되도록 파라미터를 설정하였다.

    멸치 어군탐지의 과정에서 가상에코그램 모듈 중 비 트맵 연산자를 사용하여, 멸치 어군으로 정의된 영역 만 “참”으로 설정하고, 그 외는 모두 “거짓”으로 정의 하였다. “참”으로 설정된 멸치어군의 에코그램과 원래 의 Sv (volume back-scattering strength) 에코그램을 대 상으로 마스크 연산자를 이용하여, “참”으로 설정된 영 역에만 Sv값이 표시되고 그 외 영역은 에코신호를 0으 로 설정하여 어떤 생물도 존재하지 않는 상태로 만들 었다 (Fig. 2). 이 최종적인 에코그램, 즉 조사해역에 멸 치어종으로 식별하고 정의한 어군만이 존재하고 다른 어종은 존재하지 않는 조사영역을 만들어, 수평으로 0.1 nmi, 수직으로는 200 m (즉 전체수심) 간격으로 그 리드를 긋고 이 범위 안의 평균 면적산란계수 (NASC, Nautical Area Scattering Coefficient) 등의 값을 추출하 였다.

    현존량 추정을 위한 정선별 면적

    미리 계획한 조사정선을 유지하면서 음향조사를 수 행하고자 하였으나, 날씨 등의 조사여건에 의해 계획한 조사정선과 똑같이 항해하지 못하였다. 따라서 정선별 면적을 구할 때 각 정선별 위도와 경도를 구하고 ArcGIS (ver. 9.3, ESRI, USA)를 이용하여 정선별 면적 을 구하였다.

    멸치의 target strength (TS)

    멸치의 TS에 관해서 Zhao et al. (2008)는 황해에 서 식하고 있는 평균 체장이 10.6 cm인 멸치를 대상으로 38 kHz 어군탐지기를 이용하여 in situ TS를 측정하였 고, 수심에 따른 TS변화를 고려한 체장과 TS의 관계식 (1)을 발표하였다. 또한 Yoon et al. (1996)은 우리나라 남해안에서 평균 체장이 14.4 cm의 멸치를 대상으로 38 kHz 어군탐지기를 이용하여 in situ TS를 측정하여 체장과 TS의 관계식 (2)를 발표하였다. Foote (1987)은 청어과를 대상으로 38 kHz에서의 체장과 TS의 관계식 (3)을 구하였다. 멸치, 전어, 밴댕이 등의 어종은 이 청 어과에 속한다.

    TS_z = 20 log L   20 / 3  lpg  1 + z / 10 67.6
    (1)
    TS_y = 20 log L 72.9
    (2)
    TS_f = 20 log L 71.9
    (3)

    여기서 L은 전장 (cm), z는 분포수심 (m)을 말한다. 위의 식에서 알 수 있듯이, 멸치어종을 대상으로 구한 체장과 TS의 관계식은 상호간에 다소 차이가 있음을 알 수 있다. 본 연구에서는 위의 3가지 식으로 구한 TS 를 사용하여 각각의 멸치 현존량을 추정하였다. 2014년 2월 조사에서 멸치의 분포수심과 체장정보를 이용하여 구한 체장평균 TS는 각각 TS_z = –51.1 dB, TS_y = –51.5 dB, TS_f = –52.5 dB 이었다. 춘계 조사에서 트 롤조업을 4회 실시하였는데 트롤정점 1은 멸치어종이 95%을 차지하였다. 하지만 이 외 정점에서는 멸치 외 에도 갈치, 덕대, 오징어 등의 어종과 함께 어획되었으 므로 이들 세 어종의 TS는 식 (4) ~ (6)을 이용하였다 (Mukai et al., 1994; Kang et al., 2005; Zhao, 2006).

    TS_hairtail = 20 log La 68.3
    (4)
    TS_Korean pomfret = 20 log L 72.7
    (5)
    TS_squid = 20 log  ML 75.4
    (6)

    여기서 La은 항문까지의 체장, ML은 동장을 의미한 다. 춘계의 멸치 현존량을 구할 때는 이들 세 종 TS와 멸치 종의 TS와 함께 이들의 어획률을 고려하여 계산 한 평균 TS를 사용하였다. 최종적인 멸치 현존량은 이 평균 TS와 조사정선별 NASC값 등으로 이용해서 구한 값에 멸치의 어획율을 적용하여 구하였다.

    멸치어군의 현존량 및 샘플링분산

    멸치어종의 현존량은 조사정선별 현존량을 구한 다 음, 그 조사정선별 현존량의 합으로 계산하였다. 조사 정선별 현존량은

    Bt = S At ¯ W ¯ 1000 A t 4 π 10 TS ¯ 10 ton
    (7)

    여기서 SAt (m2/nmi2) 는 조사정선 t에서의 평균 음 향 반사 신호 (NASC), At 는 조사정선의 면적 (nmi2), TS 는 멸치 어종의 평균 TS (dB re 1 m2), W 는 멸치 어종의 평균 체장 (kg)이다. 전 조사 해역에서 멸치 어 종의 현존량을 추정하기 위해서 각 정선의 현존량을 아 래의 식과 같이 합하였다.

    B iomass = i = 1 n Bt i ton
    (8)

    여기서 n은 조사정선의 수이다. 조사정선별 평균 NASC는 아래와 같이 계산하였다.

    S At ¯ = i = 1 m S Ati m
    (9)

    여기서 SAti는 조사정선 t에서 적분의 간격에 대한 SA (NASC)값이고, m은 조사정선 t에서 적분 간격의 수이 다. 또한 멸치 어군의 정량적인 분포 현황, 즉 NASC값 을 조사정선 위에 표시하였는데 이를 위하여, Google earth (Google, USA)로 부터의 지도와 ArcGIS ver. 9.3 을 사용하였다.

    조사 샘플링 분산은 식 (10)에서와 같이 조사의 반복 성의 척도로서 조사정선 사이의 변동성을 보여준다 (Jolly and Hampton, 1990). 예를 들어 멸치 어군이 한 두개의 조사정선에만 고밀도로 분포할 경우, 샘플링 분 산은 높게 나타날 것이다.

    S A i ¯ = i = 1 n S A i L i i = 1 n L i
    (10)
    Var S A i ¯ = 1 n n 1 i = 1 n L i 2 S A i ¯ S A ¯ 2 i = 1 n L i 2
    (11)

    여기서 (SA)i 는 조사정선 i 에서의 평균SA , L i 는 조 사정선 i의 길이, n은 조사정선의 총수이다.

    결과 및 고찰

    트롤 조사 어획 결과

    트롤 조업의 어획 결과는 Table 3에 표시하였다.

    2013년 4월 (춘계)조사에서 멸치어종이 어획되었고, 7 월 (하계)과 10월 (추계)에는 멸치가 전혀 어획되지 않 았으며, 2014년 2월 (동계)조사에서 멸치 어종이 여러 정점에서 어획되었다. 따라서 멸치 어군의 현존량은 춘 계와 동계에서 얻은 데이터를 이용하여 추정하였다.

    멸치어군의 현존량

    춘계와 동계에서 계산한 멸치어군의 현존량은 Table 4, 5와 같다. TS_z를 사용한 경우 멸치어군의 현존량은 약 9,000톤, TS_f의 경우 현존량은 약 9,200톤, TS_y의 경우 멸치어군의 현존량은 약 10,000톤으로 추정되었 다. Zhao식을 이용하여 계산한 현존량은 Foote식을 이 용하였을 경우보다 1.03배, Yoon식을 이용하였을 경우 보다 1.17배 높은 현존량을 보였다 (Table 4). 춘계 조 사는 대부분이 밤에 수행되어 멸치어군을 탐지하지 못 하였다. 따라서 이 조사해역에서 멸치어군이 분포하지 않았는지 또는 멸치어군을 탐지 못하였는지 알기가 어 려운 실정이다. 반면, 동계에서는 TS_z를 사용한 경우 멸치어군의 현존량은 약 75,000톤, TS_f의 경우 현존량 은 약 90,000톤, TS_y의 경우 멸치어군의 현존량은 약 114,000 톤으로 추정되었다. Zhao식을 이용하여 계산 한 현존량은 Foote식을 사용하였을 경우보다 1.2배, Yoon식을 사용하였을 경우보다 1.5배 높은 현존량을 보였다. 동계의 조사정선 2는 밤에 조사가 수행되어 멸 치어종을 식별할 수가 없었다.

    조사샘플링의 분산 (혹은 변동계수)은 동계 조사에서 는 30%를 보였으나, 춘계에서는 70%를 나타내었다. 이 는 춘계 조사는 단지 4개의 조사정선에만 멸치어종이 분포하였기 때문이다.Table 5

    한국 남해안에서 멸치 어종을 대상으로 현존량을 구 한 연구사례가 있다. 멸치 치자어 (3-10 mm)를 대상으 로 2005년 5월 24일~26일과 6월 20일~21일에 통영, 거 제, 남해에서 200 kHz 듀얼빔 어군탐지기를 사용하여 현존량을 구하였다 (Oh et al., 2009). 또한 위의 데이터 와 함께 2006년 6월 15~18일과 7월 27~30일에 같은 해 역에서 같은 어군탐지기를 이용하여 멸치 치자어 (3-10 mm)의 현존량을 구하여 2005년과 비교한 사례가 있다 (Kim et al., 2008). 여기서 사용한 TS (-70 dB)는 치자 어의 체장을 고려했을 때 약간 낮게 설정되어 멸치 치 자어의 현존량이 과대평가했을 가능성이 있다고 생각 된다. 멸치 성어를 대상으로 현존량을 구한 연구는 2000년 4월 27일에서 5월 6일, 2001년 3월 11일~3월 22일에 제주도 서쪽해역과 남해 동부해역에서 수행되 었고, 이때 사용한 TS는 본 연구에서 이용한 TS 중 하 나인 Yoon et al. (1996)의 TS-체장식을 이용하였다. 멸 치 어종의 지속가능한 관리를 위해서 멸치 치자어와 성 어를 구분하여 음향 조사의 최적의 해역, 날짜, 시간대 를 파악하여, 단발적인 현존량 조사에서 끝나는 것이 아니라 비교적 장기적이고 정기적인 조사를 수행할 필 요가 있다. 본 연구에서 이용한 세 종류의 멸치 TS 중 에서 Zhao et al. (2008)의 TS는 Boyle의 법칙을 고려한 멸치 수심 정보를 포함하여 계산하였다. 같은 크기의 멸치 종이라도 수심에 따라 TS가 다르기 때문에 최종 적으로 추정한 멸치의 자원량은 상당한 차이를 보일 수 있다. 또한 멸치의 분포수심은 주야에 따라 변하는 것 으로 알려져 있다. 따라서 현장 조사의 시간에 상관없 이 분포수심을 고려하여 TS를 계산한다면, 보다 정확 한 멸치종의 자원량을 추정할 수 있으므로 Zhao et al. 의 TS를 이용하는 것이 바람직하다고 생각한다.

    멸치현존량 계산의 오차

    멸치어종의 현존량을 계산할 때 발생할 수 있는 오차 는 에코해석과정에서의 분석자의 판단, 조사 샘플링 변 동, 멸치의 TS값, 멸치의 이동, 음향조사시간 등을 들 수 있다. 특히 춘계 조사는 대부분이 밤에 수행되어 멸 치어군이 다른 생물종과 섞이면서 해수전체에 분산되 어 멸치어종을 식별하기가 불가능하였다. 따라서, 멸치 어군의 현존량 추정을 위한 음향조사는 트롤조업과 함 께 주간에 수행되도록 고려해야 한다. 같은 해역을 대 상으로 반복적인 현존량 조사를 통해서 멸치 어종에 맞 는 조사 및 분석법을 개발한다면 보다 정도 높은 멸치 자원량을 평가할 수 있을 것이다.

    멸치 어군의 음향적 생물량 분포

    NASC값은 음향 생물량을 나타내는 척도로 사용되고 있으므로 이 값을 통해 조사해역에서 멸치 어군의 분포 정도 즉 생물량을 알 수 있다. 춘계와 동계에서 멸치 어 군의 NASC값을 조사정선에 따라 막대기로 표현하였다 (Fig. 3). 춘계와 동계에는 외해보다 연안쪽에서 대다수 의 멸치어군이 분포함을 알 수 있으며, 수심 100 m 이 상의 해역에서는 어군을 찾기 어려웠다. 또한 춘계에서 는 여수 연안역에 멸치 어군의 밀도가 높고, 동계에서 는 통영 부근 해역에 밀도가 높은 것을 알 수 있다.

    이상의 결과를 종합해보면 성어 멸치 (7-15 cm)는 2~4월경에는 산란을 위해 연안으로 회유하고 수심 60~80 m 수층에 주로 분포 및 서식하며, 7월에는 조사 해역 내에 멸치가 분포하지 않은 것을 알 수 있다.

    결 론

    멸치 어종은 남해안에서 생태학적 및 상업적으로 중 요한 어종으로, 지속 가능한 멸치 자원 관리를 위해 정 량적인 정보가 필요하다고 할 수 있다. 남해안의 통영 과 여수 연안역에서 멸치 음향조사와 트롤 조업을 2013년 4월 (춘계), 7월 (하계), 9월 (추계) 그리고 2014 년 2월 (동계)에 각각 실시하였다. 중층 트롤조업 결과 멸치 어종이 확인된 춘계와 추계의 멸치 어군의 현존량 을 추정하였다. 멸치 어종으로 선별된 에코만을 대상으 로 해수중에 존재하는 가상 에코그램을 작성하여 수평 0.1 nmi과 수직 200 m의 범위내에 평균 면적산란계수 (NASC)를 추출하여 현존량을 계산하였다. 멸치의 TS 는 Zhao et al. (TS_z = 20 log L – (20/3) log (1+z/10) – 67.6), Yoon et al. (TS_y =20 log L – 72.9), Foote (TS_f = 20 log L – 71.9)의 3가지 식을 이용하여 구하 였다. 멸치 어종 이외에 다른 어종, 예를 들면 갈치 (Zhao), 오징어 (Kang et al.), 덕대 (Mukai et al.)가 함 께 분포할 경우, 평균 TS는 이들 어종의 TS도 고려하 여 계산하였다. 그 결과, 동계에 수행한 멸치 어군의 현 존량은 TS_z를 사용한 경우 약 75,000톤, TS_f: 약 90,000톤, TS_y: 약 114,000톤으로 계산되었다. 춘계조 사에서 멸치현존량은 TS_z: 약 9,000톤, TS_f: 약 9200 톤, TS_y: 약 10,000톤이었다. 샘플링 분산은 동계 조사 에서 30%를 보이는 반면에 춘계에는 70%를 보였다. 멸치 어종의 지속 가능한 관리를 위해서 멸치 치자어와 성어를 구분하여 이 어종의 음향 조사를 수행하기 위한 최적의 해역, 시기, 시간대를 먼저 파악하고 단발적인 현존량 조사가 아닌 장기적이고 정기적인 조사가 수행 될 필요가 있다.

    Figure

    KSFT-51-86_F1.gif

    Study area. The green line indicates the ship’s cruise track. There are 8 transect lines displayed in numbers.

    KSFT-51-86_F2.gif

    Defined fish schools on SV echogram (a), bitmap echogram (b) showing only anchovy schools as “True” in light gray, and other regions as “False” in charcoal, masked echogram (c) showing only regions set by “True” of SV echogram after masking out regions determined as “False” of the bitmap echogram.

    KSFT-51-86_F3.gif

    Nautical Area Scattering Coefficient values (m2/nmi2) that is acoustic biomass on the survey tracks in spring (a) and winter (b). Note that scale is different in (a) and (b).

    Table

    Details on four acoustic surveys. The mark “L” means transect line

    Setting parameters for defining fish schools

    Results of four trawl surveys. Trawl location means the starting location of hauling

    Anchovy biomass for the 2013 spring survey

    Anchovy biomass for the 2014 winter survey.

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