서 론

남해 연안역은 표면 수온이 여름에 최고 28~29℃, 겨 울에 10℃ 이상을 유지하여 연중 수온이 비교적 높고 평 균 염분이 34‰을 유지하는 해역으로 남해 연안수 및 대 마난류수와 같은 수괴들이 만나 해양생물들이 산란하고 서식하는데 최적의 환경을 형성한다. 또한 남해 연안역 의 수심은 최대 210 m이며, 평균 수심은 100 m로 비교 적 얕다. 남해 연안역은 동부, 중부, 서부 해역으로 나눌 수 있으며, 각각의 특성을 가지고 있다. 남해 동부는 부 산과 거제를 중심으로 하며 한반도 연안 중에서 쿠로시 오 난류의 영향을 가장 강하게 받아 연중 수온이 최저로 내려가는 동절기에도 평균 수온이 10℃ 이상을 유지한 다. 남해 서부는 여수를 중심으로 서쪽은 갯벌이 발달하 여 수심이 얕으나, 동쪽은 갯벌이 드물고 수심이 깊은 지 형을 가지고 있다 (Kang and Jeon, 1999; Kim, 2000). 남 해 서부는 서해와 가까워 수온의 변화가 서해 남부와 유 사하고 연안의 지형 또한 갯벌이 넓게 발달해 있고 수심 이 얕다. 남해에는 주요 어종인 멸치, 갈치, 고등어, 전갱 이 등의 조업뿐만 아니라, 굴, 해삼, 전복, 김 등과 같은 패조류 양식도 활발히 수행되고 있다.

수산 자원의 효율적이고 지속 가능한 이용과 관리에 대한 관심이 대두되고 있는 국제적인 추세에서 우리나라 도 연안해역에서 서식하는 주요 어종을 대상으로 과학 조사를 수행하여 이들 어종의 생물량과 공간 분포 특징 을 이해하고자 하는 연구가 수행되어 왔다. 특히 과학어 탐을 이용하여 동해, 서해, 남해 그리고 동중국해에 출현 한 어군의 특성 및 분포에 관한 연구가 수행된 바 있다. 동해에서는 과학어탐과 중층트롤을 이용하여 멸치어군의 특성과 분포를 조사하였고 (Kang et al., 1996) 과학어탐 과 수중카메라를 이용하여 울주군 바다목장 해역의 어군 분포를 조사한 바 있으며 (Hwang et al., 2015), 동해와 동중국해의 멸치어군의 특성 및 분포에 대한 조사 (Kim et al., 1998)도 수행되었다. 서해와 남해의 멸치어군의 특 성 및 분포를 과학어탐과 중층트롤을 이용하여 조사하였 으며 (Kang et al., 2014), 여수 바다목장 해역에 서식하는 어군의 특성 및 분포에 대한 조사 (Yoon et al., 2014)와 남해의 저층 어군의 분포에 대한 조사 (Lee et al., 2015) 가 수행되었다. 지금까지 과학어탐을 이용한 어군의 군집 특성과 분포를 조사한 것은 멸치어군에 대한 조사가 대 부분인데, 앞으로 더 많은 어종을 대상으로 다양하고 광 범위한 해역에서 어군의 군집 및 분포 조사가 수행되어, 우리나라 주변 해역의 주요 어종의 지속가능한 어업 및 관리에 유익한 자료를 제공할 수 있다고 생각한다.

세계 여러나라에서 과학어탐을 이용한 음향조사에서 38과 120 kHz가 표준 주파수로 사용되고 있다. 주파수 에 따른 음향산란강도를 보면 레일리 (Rayleigh) 산란영 역에서 공진영역을 지나 기하학적 (Geometric) 산란영역 으로 이동한다 (Korneliussen and Ona (2003)의 Fig. 1 참조). 이때 생물 종의 체장이 주파수의 파장과 일치하 면 공진산란이 일어나는데, 예를 들어 18 kHz는 8.3 cm, 38 kHz는 약 4 cm, 70 kHz는 2.1 cm, 120 kHz는 1.3 cm, 200 kHz는 0.8 cm의 크기의 생물에 공진을 하게 된다. 따라서 주파수가 높을수록 작은 크기의 플랑크톤 같은 생물에 잘 반응하는 것을 알 수 있다. 이 연구는 어떤 대 상 어종을 설정한 것이 아니므로 다수의 주파수를 사용 하여 조사 해역 전체의 생물에 대한 폭넓고 기초적인 정 보가 취득 가능하다. 따라서 다수 주파수를 사용하여 포 괄적인 어류의 군집 및 공간 분포 특성을 파악하여, 앞 으로 수행할 수산음향조사에 기초 자료로 사용하고자 한 다. 또한 음향데이터를 시각화하여 조사해역의 전체적인 정황을 신속하게 표현하고, 추가적으로 저층트롤조사와 음향조사의 결과를 비교하고자 한다.

재료 및 방법

현장조사

과학조사는 국립수산과학원 탐구 20호를 이용하여 우 리나라 남해에서 수행되었으며, 조사기간은 2016년 4월 4~12일이었다 (Fig. 1). 조사기간 동안 과학어군탐지기 (이하 과학어탐)를 이용한 음향조사와 저층 트롤어구를 이용한 트롤조사가 수행되었다. 음향조사에는 Simrad사 의 과학어탐인 EK60 split beam을 사용하였으며, 5개의 주파수 (18, 38, 70, 120, 200 kHz)를 이용하여 조사선이 항해 및 트롤조사를 하는 동안 데이터를 수집하였다. 모든 주파수에서 1024 μs의 펄스폭을 사용하였으며, 주파수별 (18, 38, 70, 120, 200 kHz) 송신 파워는 2000, 2000, 750, 500, 300 W로 각각 설정하였다. 핑율은 2 Hz로 설정하였다. 빔 각도는 18 kHz만 11˚, 다른 주파수는 7˚의 원뿔형 태의 빔이지만, 실제 교정을 하여 빔패턴을 추정한 결과 주파수별로 athwartship angle와 alongship angle은 18 kHz 에서는 10.7˚와 10.8˚, 38 kHz은 7.1˚와 6.9˚, 70 kHz는 6.5˚와 6.7˚, 120 kHz는 6.3˚와 6.5˚, 200 kHz는 6.9˚ 와 6.5˚이었다. 과학어탐의 모든 주파수는 주파수에 따른 구리 교정구를 사용하여 표준교정법 (Foote et al., 1987) 에 의거하여 조사 전에 실시하였다.

트롤조사는 저층트롤을 이용하여 조사기간 중 15회를 주간에만 실시하였다 (Fig. 1, Table 1). 트롤 조사 시의 평균 선속은 3.3 knots, 평균 망고는 3.7 m, 평균 예망 시 간은 30분이었다. 트롤 양망 후에는 선상에서 생물종을 식별하고 각 어종별 개체수와 어획중량을 측정하였다. 또 한 각 어종에 대하여 개체어의 체장 (cm)과 체중 (g)을 어체측정판과 선박용 정밀저울을 사용하여 측정하였다.

음향데이터 시각화

다섯 개의 주파수 중에서 18, 38, 120 kHz의 음향데이 터를 Echoview (ver. 7, Echoview Software Pty Ltd.)를 이용하여 분석하였다. 이 세 주파수를 선택한 이유는 남 해 연안역의 어류 군집 및 분포 현황을 파악하기 위하여 저주파수인 18과 38 kHz를 선택하였으며, 부유생물의 분포 현황을 조사하기 위해서 고주파수 120 kHz를 선정 하였다. 데이터 분석에 앞서, 전체 조사기간에서 묘박 혹 은 정박한 데이터는 분석에서 삭제하였다. 기본적인 데 이터 분석으로 먼저 해수면과 해저 선을 작성하고, 해수 면선 위와 해저선 아래 데이터는 분석에서 제외하였다. 또한 음향 데이터 내의 다양한 잡음을 수동으로 선별하 고 부정 데이터로 지정하고 분석에서 제외시켰다. 전체 조사선에서 부산에서 남해 중앙 하부 해역으로 이어지는 구간을 라인 1, 남해 중앙 하부 해역에서 제주도 북부 해 역으로 이어지는 구간을 라인 2, 그리고 제주도 북부 해 역에서 다시 부산으로 이어지는 구간을 라인 3으로 구분 하여 분석을 수행하였다 (Fig. 1). 이 정의된 구간들은 Echoview의 ping subset 기능을 이용하여 라인별 에코그 램으로 작성하였다. 라인별 에코그램 전체를 표시하기 위하여 축소 기능 (zoom out)을 사용하였는데 한 개의 픽셀에 다수의 핑 중 중간 핑을 보여주고 있다. 예를 들 어 5:1로 표시할 경우, 한 픽셀에 5개 핑의 중간 핑을 나 타낸다고 할 수 있다.

어류의 공간적 분포 특성

과학어탐으로부터 구간에 따른 해리면적당 산란계수 (Nautical area scattering coefficient, NASC)를 제공하는 데, 이 값은 음향 생물량으로 많이 이용되고 있다 (Murase et al., 2007; Goldbogen et al., 2008). 이 연구에 서 사용한 구간은 수심 10 m와 elementary sampling distance unit (ESDU, 1 nmi)의 구간에 대한 NASC 값을 추출하였다. NASC는 식 (1)과 같이 나타낼 수 있으며, 여기서 SV는 평균체적후방산란계수 (dB re 1 m2/m3)이 며, WL는 수심별 구간으로 이 연구에서는 10 m이다.

주파수별 어류의 공간적인 분포 특징을 조사하기 위하여 3개의 주파수에 NASC값을 추출하였다. 어류의 수 직 분포 특성은 Microsoft Excel (ver. 2010, Microsoft Corporation)을 이용하여 수심 10 m 단위로 음향생물량 을 표현하여 파악하고, 어류의 수평 분포 특성은 ArcGIS (ver. 10, ESRI)를 이용하여 조사항적선위에 ESDU의 음 향생물량을 표현하여 살펴보았다.

어류의 군집 특성

어류의 군집 특성을 파악하기 위하여, 모든 주파수 중 에 어류 군집이 가장 잘 나타난 18 kHz의 데이터를 이 용하여 어군을 탐지하였다. Echoview 내의 어군 탐지 모 듈은 SHAPES 알고리즘 (Coetzee, 2000)을 근거로 개발 되었다. 이 알고리즘을 근거로 한 어군 탐지는 어군과 같은 영역의 경계를 먼저 정의한다. 이 정의된 영역의 형태학적, 수심학적 및 에너지학적인 특징을 어류의 군 집 특성으로 간주한다. 형태학적인 특징으로는 어군의 길이, 높이, 면적을, 수심학적인 특징은 어군의 수심분포 와 고도 (어군의 하단에서 해저까지의 거리)를 들 수 있 다. 마지막으로 에너지적인 특징은 체적후방산란강도를 이용하였다. 여기서 어군의 길이는 식 (2)를 이용하여 확 대된 빔폭의 영향을 고려하여 수정된 길이이다.

2P tan (A/2) (2)

여기서 P는 어군의 평균분포수심 (m)이고, A는 attack angle로 음축의 선에서 다른 선 (어군이 막 탐지되는 순 간에 음축에서 어군의 바깥부분의 선까지의 각도를 의미 한다; Diner (2001)의 Fig. 2를 참조) 사이의 각도를 의미 한다. 어군의 높이도 펄스폭 (cτ/2)의 영향을 보정하였 다. 어군 탐지의 파라미터 설정은 최종 어군의 최소 길 이 및 높이, 어군 후보의 최소 길이 및 높이를 5 m로, 수 직 및 수평 연결의 최대 거리는 15 m로 하였다. 이는 최 종 어군 및 어군 후보의 길이와 높이를 최소화하여 소형 어군들도 탐지하도록 하였고, 독립된 어군들이 하나의 어군으로 연결되는 것을 방지하기 위한 설정이었다. 탐 지된 어군의 특성을 comma separated value (CSV) 파일 형태로 추출하였다. 추출된 어군의 특성은 SPSS (ver. 21, IBM)를 이용하여 상자그림으로 결과를 표현하였다.

음향생물량과 트롤 어획간의 관계

추가적으로 음향 생물량과 트롤 어획 사이의 관계를 살펴보았다. 이 관계를 파악하기 위한 음향 데이터 및 트롤 자료의 분석 흐름도는 Fig. 2와 같다. 음향데이터와 트롤 어획의 직접적인 비교를 위하여, 음향 데이터에 트 롤이 실시된 구간과 같은 범위를 설정하였다. 먼저 저층 트롤의 착망과 양망 시간을 기준으로 에코그램에서 이 트롤의 수평 구간을 선별하였다. 또한 저층 트롤그물의 위치와 과학어탐의 송수파기 위치 간의 차이를 보정하였 다. 이는 트롤 구간의 수심과 선박에서 그물까지의 길이 (끌줄, 후릿줄, 목줄 길이의 합)를 피타고라스의 정리에 대입하여 이 그물과 과학어탐의 위치 차이를 보정하였 다. 수심적으로는 앞서 그어진 해저선에서 평균 망고만 큼 더한 망고선을 작성하여, 해저선으로부터 망고선까지 의 데이터만 선택하였다. 18, 38, 120 kHz 주파수의 에 코그램에서 이렇게 선별한 트롤 구간내의 NASC 값을 각각 추출하였다. 트롤 어획 결과와 추출된 NASC 값은 Microsoft Excel (ver. 2010, Microsoft Corporation)을 이 용하여 결과를 그래프로 작성하였다. 마지막으로 어획량 과 NASC 값 사이의 상관관계를 파악하기 위하여 SPSS 를 이용하여 분석을 실시하였다. NASC와 트롤 어획결 과의 정규성 검정 결과, p < 0.05로 정규성을 보이지 않 아 비모수 상관분석인 Kendall의 타우–b 방법을 이용하 여 상관관계를 분석하였다.

결 과

음향 데이터의 시각화

18, 38, 120 kHz 주파수의 라인별 에코그램을 Fig. 3에 나타내었다. 가로 60분, 세로 30 m 간격의 grid를 생성하 였으며, color scale (SV값)의 범위는 -75 dB에서 -39 dB 이다. 에코그램 아래의 막대는 주간과 야간을 나타내며 노란색은 주간, 검은색은 야간을 의미하고, 위쪽 숫자는 조사 날짜를 나타내었다. 내해에서 외해로 이어지는 라인 1 (부산 ~ 남해 중앙 하부 해역)은 시간이 지날수록 수심 이 깊어지다가 4월 5일 20시경부터 평균 81.5 m, 최대 97.7 m의 수심을 보였다. 또한 외해로 갈수록 약한 산란 체들이 다수 출현하는 모습을 보였다. 이는 일몰 이후 시 간으로 어류는 산포적으로 분포하기 때문이라고 생각한 다. 4월 5일 13 ~ 16시 사이에 38과 120 kHz에 표층에서 30 m 부근에 다소 강한 음향신호가 관찰되었다. 역으로 16시 해저에 18과 38 kHz에 보다 강한 음향신호가 보였 다. 4월 6일 08시경 38 kHz에서 해수면과 30 m 수심 사 이에 다소 강한 음향신호가 보였으며, 120 kHz에서는 그 보다 약한 음향신호가 나타났지만, 18 kHz에서는 매우 약한 음향신호만이 존재하였다. 라인 2 (남해 중앙 하부 해역 ~ 제주도 북부 해역)는 외해 쪽에 위치하고 있으며, 평균 99 m, 최대 135 m의 수심을 가진다. 4월 6일 11시에 서 13시 사이에 120 kHz에서 표층과 30 m 수심 사이에 산란체들이 큰 군집을 이루었지만, 38 kHz에서는 11시와 13시에 따로 떨어진 음향신호만이 나타났다. 4월 8일 16 시에서 19시 사이에 해저부근에 음향신호가 18 kHz에서 뚜렷하게 나타났지만, 38과 120 kHz에서는 다소 약한 음 향신호만 나타났다. 4월 9일 2시경에 해저에 매우 강한 신호가 모든 주파수에서 나타났으며 18 kHz에서 가장 강 하고 뚜렷하였다. 라인 3 (제주도 북부 해역 ~ 부산)은 외 해에서 다시 내해로 들어오는 구간으로 평균 수심은 66.1 m, 최대 수심은 107.4 m이었다. 4월 10일 9시에서 11시 사이에 38, 120 kHz의 해수면과 해저 (60 m) 사이에 약한 산란체의 군집이 나타났으며 38 kHz에서 더 강하였다. 4 월 12일 9시에서 19시 사이에 모든 주파수에서 음향신호 가 관찰되었으나, 10 ~ 14시 사이에 38 kHz에서 해저에 강한 신호가 보였으며, 표층과 30 m 사이에는 120 kHz에 서 전반적인 강한 신호가 관찰되었다. 선속이 빨라짐에 따라 해수 전체에 흰 선 (선박주변의 기포로 인해 음향신 호가 차단)이 다수 보였다.

어류의 수직 분포

어류의 수직 분포는 수심별 NASC 값을 이용하여 Fig. 4와 같이 나타내었다. 주파수마다 수심별 NASC 값이 다소 다르게 보이는 것을 알 수 있었다. 18 kHz에서는 모든 라인에 수심 60 ~ 100 m 사이에 높은 NASC 값이 관찰되었고, 특히 라인 3의 이 수심대에 가장 높은 NASC 값이 보였다. 38 kHz에서는 라인 1에서 해수면에 서 수심 20 m 사이에 강한 신호를 보였고 수심이 깊어 질수록 NASC 값이 점차로 작아지는 경향을 보였다. 라 인 2에서 수심 전반에 걸쳐 약한 NASC 값을 보였지만, 70 ~ 80 m에서만 매우 높은 NASC 값 (296.6 m2/n·mile2) 을 보였다. 라인 3에서는 70 ~ 90 m 사이의 값이 높았다. 38 kHz 전 해역의 NASC 값은 70 ~ 80 m 범위에서 가장 높았으며 (241.2 m2/n·mile2), 120 kHz는 라인 1의 0 ~ 20 m 구간이 가장 높은 NASC 값을 나타내었다. 라인 2는 전 체적으로 약한 NASC 값을 보였다. 라인 3에서는 수심 과 상관없이 대체적으로 높은 NASC 값을 보였으며, 특 히 10~20 m에서 높은 NASC 값 (136.1 m2/n·mile2)을 나 타냈다. 120 kHz에서는 모든 라인의 0~20 m 사이에서 높은 NASC 값을 보였다. 주파수별로 각 라인의 수심별 NASC를 비교했을 때, 라인 1의 18 kHz에서는 중층과 저층의 NASC가 높지만 38과 120 kHz에서는 표층이 높 았다. 라인 2에서는 18 kHz에서 중층의 NASC가 높았고 38과 120 kHz에서는 표층과 중층의 NASC가 높았다. 라 인 3의 18과 38 kHz는 저층의 NASC가 높았고, 120 kHz는 표층과 중층의 NASC가 높았다. 전체적으로 살펴 보면, 어류의 분포를 잘 보여주는 보다 저주파수인 18 kHz의 음향생물량은 주로 중층과 저층에서 높았으며, 플랑크톤과 같은 부유생물의 분포를 잘 보여주는 120 kHz에서는 표층과 중층의 음향생물량이 높았다. 주파수 별 전체 라인에 대한 NASC 값의 평균과 표준편차는 18 kHz에서 100.6 ± 110.8 m2/n·mile2, 38kHz는 90.7 ± 89.5 m2/n·mile2, 120kHz는 48.3 ± 47.3 m2/n·mile2였으며, 라인 별 전체 주파수에 대한 NASC 값의 평균과 표준편차는 라인 1에서 95.1 ± 69.1 m2/n·mile2, 라인 2는 33.3 ± 49.2m2/n·mile2,라인 3은 128.1 ± 115.5 m2/n·mile2였다.

어류의 수평적 분포

어류의 수평적 분포 특성을 음향생물량을 이용하여 Fig. 5 와 같이 표시하였다. 18 kHz의 음향생물량은 대체로 남해 동부 해역인 부산, 거제, 통영, 남해 연안역에 (라인 1 초반 부와 라인 3의 후반부)에 크게 나타났으며, 외해인 라인 2 와 라인 3의 남해 서부 연안쪽에는 201 ~ 400 m2/n·mile2의 음향생물량으로 대체로 낮은 값을 나타냈다 (Fig. 5a). 38 kHz에서도 18 kHz와 비슷한 경향을 나타냈지만 외해인 라 인 2와 남해 서부해역인 라인 3의 초반부에는 1 ~ 200 m2/ n·mile2의 낮은 음향생물량을 보였다 (Fig. 5b). 120 kHz에 서는 남해 동부 연안, 특히 부산에서 거제까지 높은 음향 생물량이 집중되는 경향을 보였다 (Fig. 5c). 주파수 전체 를 이용한 어류의 수평적 분포 특징은 401 m2/n·mile2 이상 의 높은 값들은 대부분 남해 동부에서 중부해역까지 나타났으며, 부산에서 통영, 거제를 거친 남해에 이르는 연안을 따라 801 ~ 1920 m2/n·mile2 범위의 큰 음향생물량이 관찰 되었다. (Fig. 5d). 어류의 분포를 잘 보여주는 저주파수의 18과 38 kHz는 남해 동부와 중부에 높은 음향생물량을 나 타내었고, 플랑크톤과 같은 부유생물의 분포를 잘 보여주 는 120 kHz에서는 동부 연안에 집중적으로 높은 음향생물 량을 나타내었다.

어류 군집 특성

라인별 어류의 군집 특성을 상자그림으로 나타내었다 (Fig. 6). 탐지된 모든 어군들은 07시에서 15시 사이에 출 현하였다. 각 라인별 어군의 SV값에 큰 차이는 없었으며, 라인 3 어군의 평균과 표준편차의 SV값이 –47.7 ± 5.3 dB로 가장 높았고 라인 2는 -48.8±4.4 dB, 라인 1은 –50.8 ± 5.2 dB이었다. 라인 1 어군의 분포 수심에서 1과 3 사분위수 는 각각 38.2와 53.6 m였으며, 분포 수심의 범위 (16.9 ~ 65.7 m)가 가장 넓은 것을 알 수 있었다. 라인 2 어군들의 50%는 수심 40 ~ 54 m의 매우 좁은 범위에서 관찰되었다. 라인 3 어군들은 평균 수심 32.8 ± 9.0 m로 비교적 얕은 수 심에 존재하였으나, 70.8 m의 깊은 수심에 위치한 어군 (이상값)도 존재하였다. 라인 2의 어군들은 평균 고도가 56.7 ± 5.6 m로 가장 높았으며, 라인 1과 라인 3의 평균 고도 는 각각 17.0 ± 12.6 m, 13.4 ± 10.3 m로 비교적 해저 가까 이에 출현하였다. 어군의 평균 길이는 라인 1이 60.8 ± 67.1 m, 라인 2는 7.4 ± 6.0 m, 라인 3은 26.7 ± 33.8 m으로, 라인 1이 가장 긴 것을 알 수 있었으며, 특히 200 m가 넘는 이 상값을 가진 어군들이 다수 관찰되었다. 평균 두께 역시 라인 1의 어군들이 11.6 ± 8.1 m로 가장 두꺼웠으며, 라인 2는 4.5 ± 2.0 m로 가장 얇았다. 길이와 두께가 모두 컸던 만큼 라인 1의 어군들의 평균 면적이 427.7 ± 950.3 m2으로 가장 컸다. 또한 3000 m2가 넘는 이상값들이 관찰되었다. 라인 2와 라인 3의 어군들의 평균 면적은 각각 14.0 ± 11.2 m2,140.6 ± 261.3 m2이었다. 연안과 가까운 라인 1과 라인 3의 어군들이 라인 2의 어군들보다 큰 경향을 나타냈다.

음향 및 트롤결과 비교

저층트롤조사의 어획 결과는 Table 1에 나타내었다. 이번 조사에서는 109 종이 어획되었다. 여기서 주요 어 획 어종의 정보는 어획률이 높은 3종에 대한 것이다. 트 롤 전체의 평균 어획량은 65.5 kg이며, 라인별 평균 어획 량은 라인 1에서 65.3 kg, 라인 2에서 25.0 kg, 라인 3에 서 85.9 kg으로 라인 3의 평균 어획량이 가장 많았다. 어 획량이 가장 높은 정점은 T11 (210.7 kg)이었으며, 멸치 가 가장 높은 어획률을 보였다. 이와 같이 저층 트롤어 구를 사용하였음에도 멸치, 청멸, 삼치 등과 같은 부어류 종이 T1, T2, T7, T11에서 높은 어획률을 나타내는 것을 볼 수 있었다. 트롤조사의 평균과 표준편차 수심은 71.5 ± 29.5 m이고, 조사가 수행된 평균 시간은 착망 시간을 기준으로 12시 22분이었다. 각각 주파수에 따른 트롤구 간 NASC 값과 어획량을 비교하여 그래프로 나타내었다 (Fig. 7). NASC 값은 주파수 별로 모두 다른 경향을 보 였다. 주파수별 NASC 값과 어획량 사이의 상관관계를 Kendall의 타우–b방법을 통하여 구한 결과, 18 kHz는 r = -0.219, p > 0.05 (p = 0.255), 38 kHz는 r = -0.276, p > 0.05 (p = 0.151), 120 kHz는 r = 0.162, p > 0.05 (p = 0.400)으로 나타났으며, 이는 주파수별 NASC 값과 어획량 사이에 유의한 관계가 성립되지 않았다는 것을 의미한다.

고 찰

어류의 군집 특성

국내에서 어군의 군집 특성 (길이, 두께, 면적 등)을 조사한 모든 연구사례를 정리하여 Table 2에 나타내었 다. 1994년에 동해안 포항과 울산 연안에서 멸치 어군의 특성은 유사한 경향을 보였으나 포항 연안의 어군이 다 소 길고 면적이 더 컸으며, 울산 연안의 어군은 두껍고 체적후방산란강도가 강했다 (Kang et al., 1996). 1994년 과 1995년의 조사에서는 동해에 출현한 멸치 어군이 동 중국해의 어군보다 길고 두껍고 면적이 넓었으며, 체적 후방산란강도 또한 높았다. 1994년 조사와 1995년 조사 를 비교하였을 때, 94년에 출현한 멸치어군이 더 길고 두꺼웠으나 95년에 출현한 멸치어군의 면적이 더 넓었 다 (Kim et al., 1998). 2003년에는 서해와 남해에서 멸치 어군의 특성에 대한 조사에서는 남해의 멸치어군이 서해의 멸치어군보다 길고 두껍고 면적이 넓었으며 체적후방 산란강도 또한 높았다 (Kang et al., 2014). 연도는 다르 지만 같은 3월에 실시한 1994, 95년 조사와 2003년 조사 에 출현한 멸치어군을 해역별로 비교해 보았을 때, 동해 의 어군이 형태학적으로 가장 크고, 에너지학적으로 가 장 강한 신호를 나타냈으며 서해의 멸치어군이 가장 작 고 체적후방산란강도가 가장 약했다. 위의 연구같이 멸 치 종을 대상으로 다양한 해역에서 멸치어군의 군집특성 을 조사한 연구가 다수 있으며, 본 연구와 같이 Yoon et al. (2014)은 특정 어종을 대상으로 하지 않고 여수 바다 목장 해역에 분포하는 어군 전체를 대상으로 2013년 7 월과 8월에 출현한 어군의 특성 및 분포를 조사하여 7월 어군의 길이와 면적은 8월에 비해 컸고, 어군의 높이는 서로 비슷하였으며, 8월 어군의 체적후방산란강도가 7월 어군에 비해 비교적 높은 값을 나타냈으며, 8월 어군이 더 깊은 수심에 분포함을 밝혔다. 이와 같이 대상어종을 선별하지 않았지만, 그 조사해역에 서식하는 어군의 군 집 특성을 파악하는데 도움을 주었다고 생각하며, 본 연 구도 남해안의 넓은 해역에 분포하는 어군의 군집 특성 을 이해하는 데에 의의가 있다고 생각한다.

어류의 수평 및 수직 분포

본 연구에서는 음향생물량을 이용하여 남해안에 서식 하는 어류의 수평적 분포와 수직적 분포를 18, 38, 120 kHz의 주파수별로 살펴보았다. 그 결과 일반적으로 어 류의 분포를 잘 보여주는 18 kHz의 주파수에서는 남해 동부와 중부 해역의 중층과 저층에 음향생물량의 높은 값을 보였고, 플랑크톤과 같은 부유생물의 분포를 잘 나 타내는 120 kHz에서는 남해 동부와 중부 해역의 표층과 중층에서 높은 음향생물량을 나타내었다. 지금까지 남해 안에서 음향을 이용하여 어류의 분포를 조사한 연구 중 에 본 연구와 같이 남해안 전반을 넓게 다룬 조사들을 살펴보았다. 1996년과 1997년에 38과 120 kHz의 주파수 를 이용하여 잠재어업자원 조사를 수행하였다. 5마일 간 격으로 어군의 평균 체적후방산란강도 (SV)를 이용하여 수평적 분포를 보였는데, 38과 120 kHz에서 공통적으로 1996년 10월에는 거제도 및 소리도 부근, 1997년 7월에 는 거제도 부근, 1997년 9월에는 소리도 부근에서 비교 적 농밀한 어군 분포를 나타내었다. 또한 수심적 분포는 전수층의 SV값과 해저 ~ 해저 위 10 m 수심 구간의 SV 값을 구하여 1996년 10월, 1997년 7월, 1997년 9월을 비 교하였다 (Lee et al., 1998). 이 연구에서 수심적 분포는 전 수층을 대상으로 막대그래프를 이용하여 SV값으로 표현하여 수직 분포 특성은 나타내지 못하였다. 본 조사 에서는 수심 10 m 간격으로 나누어 세밀한 수심별 음향 생물량을 표현하여 수심 분포 특성을 파악했다고 할 수 있다. 한편, 1998년 7월에는 28 kHz와 200 kHz 주파수를 이용하여 남해연안의 어족자원 분포현황을 조사한 연 구 사례가 있다 (Hwang et al., 1999). 남해안의 중부와 서부 해역에 출현한 어류의 수평 분포를 28과 200 kHz 주파수의 NASC를 이용하여 5마일 간격으로 나타내었 다. 28 kHz의 경우 가막만 외해와 제주도 동북쪽 해역에 서 높은 NASC 값을 나타내었고, 200 kHz에서는 제주도 북동쪽, 금오도 남쪽, 남해도 남쪽, 가막만 외해에서 높 은 NASC 값을 보였으나, 어류의 수직 분포는 조사하지 않았다. 또한 2000년 4월과 5월, 2001년 3월에 멸치종을 대상으로 수평 분포를 조사하기 위하여 5마일 간격의 NASC 값을 구하여 남해 동부와 중부 연안에서 높은 값 이 관찰되었는데 이 조사에서도 수직 분포에 관한 연구 는 수행되지 않았다 (Choi et al., 2001). 지금까지 남해 안을 대상으로 수행했던 연구들은 수평 분포를 조사할 때 5 마일 간격으로 어군의 분포를 분석하였는데 본 조 사에서는 1마일 간격을 이용하여 보다 세밀한 어류의 수 평적 분포 특성을 살펴보았다. 또한, 본 연구에서는 18, 38 그리고 120 kHz 주파수별 어류의 수평 및 수직 분포 특성을 보다 상세하게 파악한 것이 기존의 연구와 다르 다고 생각하며, 앞으로 수행할 연구에서는 대상어종을 선정하여 그 어종의 주파수별 수평 및 수직 분포 특징을 세밀하게 살펴보고자 한다.

저층트롤에서 부어류 어획

본 조사에서 사용된 어구는 저층 트롤 어구로서 망고 가 3.7 m로 낮았으며 조사 해역의 평균 수심이 82 m로 비교적 낮은 수심이므로 부어류들이 저층 부근에도 서식 한다고 생각할 수 있다. 11개의 정점 (T1 ~ T4, T6 ~ T11, T13)에서 청멸, 밴댕이, 삼치, 고등어, 멸치, 반지, 전어 등의 부어류들이 높은 어획률을 나타내었다. 이 중 에서 210.7 kg으로 어획량이 가장 많은 T11의 경우, 멸 치가 70.8%, 청멸이 25.5%로 부어류의 어획률이 매우 높았는데, 이때의 수심이 27.3 m로 낮았기 때문이라고 판단된다. T1, T2, T13은 통영 연안역으로 수심이 각각 63.0, 81.2, 71.0 m로 깊지 않은 해역으로 부어류들의 어 획률이 10% 이상으로 높게 나타났다 (Table 1). 이는 통 영 주변의 해역은 멸치와 청멸이 많이 서식하고 있는 것 으로 알려져 있으며, 이전에 수행된 멸치 어군의 분포에 관한 조사 (Kim et al., 1998; Kang et al., 2014; Park 2016)에서도 멸치어군이 저층 부근에 출현한 적이 있다. 때문에 이 연구에서도 저층트롤 어구를 사용했음에도 불 구하고 부어류의 어종이 어획된 것으로 판단한다.

음향과 저층트롤의 관계

저층트롤의 어획량과 트롤구간의 음향생물량 사이의 관계를 분석하였으나 유의한 관계가 성립되지 않는다는 결과가 도출되었다. 과학어탐에는 거리분해능에 의한 탐 지불가 영역과 시간에 따라 음향빔이 퍼져나가면서 어군 을 탐지하지 못하는 영역이 발생한다. 이것을 음향 데드 존 (dead zone)이라고 하며 (Hwang, 2000), Mitson (1993)이 발표한 논문에 아래와 같이 음향 데드존의 높 이 (h)를 구할 수 있다.

여기서 d는 송수파기와 해저 사이의 거리 (m), θ는 1/2 파워지점에서의 송수파기의 빔 각도, C는 음속 (m/s), τ는 펄스폭 (sec)이다. 이 연구에서 빔 각도는 7˚, 음속은 1500 m/s, 펄스 폭은 1024 μs, 송수파기와 해저 사이의 거리 (수심)을 71.5 m로 할 경우, 데드존의 높이 는 0.9 m가 된다. 만약 위의 조건과 같으나 수심만이 150, 200, 300 m일 경우, 데드존의 높이는 1.05, 1.14, 1.33 m가 된다. 이 조사의 평균 망고는 3.7 m인데, 이 망 고 중에 0.9 m가 데드존이므로 약 25%의 음향 탐지 불 능 영역이 생겨, 음향과 트롤 결과가 상관관계가 없는 것이 당연한 결과라고 할 수 있다. 우리나라 과학조사를 수행할 때 여러가지 상황으로 저층 트롤이 표준화가 되 어 수행되고 있으나, 부어류를 대상으로 음향 조사를 수 행할 경우 중층 트롤이 반드시 수행되어야 한다고 생각 한다.

결 론

과학어군탐지기의 다수 주파수 (18, 38, 120 kHz)를 사용하여 남해 연안역을 라인 1 (부산 ~ 남해 중앙 하부 해역), 라인 2 (남해 중앙 하부 해역 ~ 제주도 북부 해역), 라인 3 (제주도 북부 해역 ~ 부산)으로 구분하여 라인별 및 주파수별 어류의 군집 및 공간 분포 특성을 파악하였 다. 이 연구는 어떤 대상 어종을 설정한 것이 아니므로 다수 주파수를 사용하여서 조사해역의 전체적인 수중생 물의 분포 특성을 보였다. 먼저, 수심별 어류 분포는 수 심 10 m 간격으로 구분한 음향생물량 (Nautical area scattering coefficient, NASC)으로 나타내었는데, 그 결과 120 kHz에서 표층에서 20 m까지 NASC 값이 높았고, 18과 38 kHz에서는 특히 라인 3에 70 ~ 90 m에 매우 높 은 NASC 값을 보였다. 세 개 라인 중에 라인 2가 가장 낮은 음향생물량을 보였다. 주파수 전체를 이용한 어류 의 수평적 분포는 남해 동부에서 중부해역까지 높은 음 향생물량이 관찰되었으며, 특히 부산에서 통영, 거제를 거친 남해에 이르는 연안을 따라 801~1920 m2/n·mile2 범위의 큰 음향생물량이 관찰되었다. 어군의 군집특성으 로는 라인 3개의 어군 모두 SV값은 비슷하나, L2의 값의 범위가 가장 좁고 (-53.5 ~ -43.4 dB), 분포 수심의 평균 을 보면 L3 (32.8 ± 9.0 m), L1 (45.2 ± 9.5 m), L2 (49.7 ± 5.6 m) 순으로 깊으며, 고도는 L3 (13.4 ± 10.3 m), L1 (17.0 ± 12.6 m), L2 (56.7 ± 5.6 m) 순으로 크며 길이, 폭, 면적은 L1, L3, L2의 순으로 컸다. 즉, L2는 작은 어군들 이 깊은 수심에서 표층에 서식하는 것을 알 수 있으며, L1과 L3은 대단히 비슷한 군집특징을 가지나, L3이 수 심 분포가 낮고 형태적으로는 L1보다 작은 어군임을 알 수 있다. 또한, 음향데이터를 시각화하여 조사해역의 전 체적인 정황을 표현하였으며 추가적으로 저층트롤조사 와 음향조사의 결과는 상관관계가 없는 결과를 보였다. 이 연구의 결과를 토대로 내년에 수행할 수산음향조사를 설계할 때 보다 남해 동부 연안역을 대상으로 다중 주파 수와 중층 트롤을 이용하며 또한 이 연안역의 주요 어종 을 선정하고 보다 구체적이고 상세한 수산자원의 자료 확보가 가능한 조사를 수행할 예정이다.