서 론

청어 (Pacific herring, Clupea pallasii)는 청어목 (Clupeiformes) 청어과 (Clupeidae)에 속하는 어류로 한 국, 일본, 베링해, 알래스카, 북태평양, 서태평양의 연근 해에 널리 서식한다. 우리나라에서는 동해 영일만, 서해 태안, 남해 거제도 등지에 서식하며 산란기는 동해에서 1~2월로 알려져 있다 (Ji et al., 2015). 우리나라 청어의 연근해어업 총생산량은 1970년대에 5천여 톤으로 저조 하였으나, 2008년에 4만 5천여 톤으로 최대 어획량을 보였으며, 다시 2011년에 2만 5천여 톤으로 감소하는 경향을 보이며 어획량의 변동이 크게 나타났다 (KOSIS, 2017). 이와 같이 최근 연근해어업에 있어서 청어의 생 산량이 불안정하게 변동하고 있으므로, 대상어종을 지 속적으로 이용하기 위해서는 적절한 자원 관리와 정량 적인 평가방법의 도입이 필요하다.

수산자원 평가 방법 가운데 음향 조사는 단 시간에 넓은 해역에 서식하고 있는 어류의 시․공간적인 분포 및 현존량 평가할 수 있어 수산 선진국에서 많이 이용되어 지고 있다. 음향조사방법은 정량적인 음향에너지를 수 집할 수 있는 과학어군탐지기를 활용하여 현장에서 대 상생물의 체적후방산란강도 (Volume backscattering strength, SV)는 쉽게 취득할 수 있지만, 현존량으로 변 환하기 위해서는 대상 어류의 크기 및 주파수에 대한 정확한 초음파산란강도 (Target Strength, TS)의 자료가 필요하다 (MacLennan and Simmonds, 1992).

청어의 초음파산란강도에 관한 연구는 Norwegian Fjord 해역, Iceland 해역, N.E. Atlantic 해역, Shetland island 해역, Blatic 해역, N.E. Pacific 해역에서 대부분 조업 및 조사현장에서 수행되어졌고, 38 kHz의 주파수 대역에 대한 연구가 대부분이다 (Halldorsson and Reynisson, 1983; Edwards et al., 1984; Foote et al., 1986; Rudstam et al., 1988; Reynisson, 1993; Misund and Beltestad, 1996; Ona et al., 2001; Thomas et al., 2002; Ona, 2003; Didrikas and Hansson, 2004; Peltonen and Balt, 2005). 최근에는 다주파수를 이용하여 현장에 서 대상 종을 식별하여 밀도 및 현존량을 파악하는 연구 가 활발히 이루어지고 있다 (Horne and Jeck, 1999; Korneliussen and Ona, 2002; McKelvey and Wilson, 2006). 음향을 이용하여 청어의 밀도 및 현존량을 파악 하기 위해서는 다주파수에 대한 TS 정보가 필요한 실정이 다. 어류 음향 조사에는 대부분 주파수 38과 120 kHz 대역 을 이용하여 조사가 많이 이루어지고 있으나, 다주파수에 대한 정보를 얻기 위해서는 주파수 70 kHz 대역에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현수법을 이용한 70 kHz 주파수 대역에 대한 청어의 유영 자세각 및 사이즈 변동에 따른 TS를 파악하고자 하였다.

재료 및 방법

청어의 TS 측정은 2016년 8~10월부터 전남대학교 수 산과학연구소 돌산증양식센터 내에 위치한 해수음향수 조 (L5 m×W5 m×H5 m)에서 이루어졌다. 본 실험에 사 용된 청어는 강원도 동해시 묵호항 근처 정치망에서 어 획한 개체를 살아있을 때 사육수조 (L0.5 m×W0.5 m×H1.0 m)에 넣어 1~2시간 순치시킨 후 표본통에 해수 와 함께 한 개체씩 넣어 급속으로 냉동하여 실험장소로 이송하였다. 실험 시에는 청어가 투입된 표본통을 흐르 는 물에 해동시키고 큰 양동이에 해수에 넣은 후 계면활 성제를 투입하여 해수와 혼합시킨 후 표본통에 있는 청 어를 넣어 청어의 체외 및 체내에 포함되어 있는 기포를 최대한 제거하여 실험하였다.

청어의 TS 측정은 70 kHz 주파수대역의 과학어군탐 지기 (EK60: Split–Beam Scientific Echosounder, Simrad, Norway)를 이용하여 측정하였고, 실험어를 측 정하기 전에 교정구를 이용하여 음향센서의 교정을 실 시하였다. 시스템 교정 결과는 Table 1과 같이 나타내었 다. 청어의 자세각 변동은 수조 측면에 설치된 수중카메 라 (T-water-7000DX, Wireless Tsukamoto, Japan)를 이 용하여 관측하였다. 신호발생기 (WF1944A, NF Electronic Instruments, Japan)에 영상저장카드를 연결 하였고, 신호발생기에서 구형파 트리거 신호를 만든 후, 펄스 간격을 0.5 sec의 외부 트리거 모드로 구동시켜 청 어의 수중 영상을 영상저장카드 (VCE–Pro, ImperX, USA)의 트리거 기능부를 이용하여 이미지를 컴퓨터에 저장하였다. 또한 과학어군탐지기의 펄스 간격도 0.5 sec 간격으로 설정하여 청어의 자세각 화면과 동기화시켜서 저장하였다.

실험에 사용된 청어는 Fig. 1과 같이 위치하도록 설치 하였다. 청어는 기름진 육질로 구성되어 체내 조직이 단단하지 않기 때문에 두부와 몸통에 고무줄을 끼우고 그 사이에 낚싯줄로 넣어 추가 달린 긴 모노필라멘트 줄에 연결하였다. 또한 죽은 개체는 자세각을 조정하면 자연스럽게 위치하기 어렵기 때문에 복부 아래 추가 달 린 낚싯줄을 연결하여 실험어가 트랜스듀서 아래에 3.5~4.0 m 사이에 위치하도록 고정하였다. 청어의 자세 각은 각도 조정 자동컨트롤러를 이용하여 미세하게 변 화를 주어서 측정하였다. 실험이 끝난 후에는 체장판과 저울을 이용하여 청어의 가랑이체장 (Fork length, cm) 및 습중량 (Weight, g)을 측정하였다. 그 결과, 실험에 사용된 청어는 14개체로 가랑이체장은 20.3~29.8 cm, 습중량은 187.6~269.9 g의 범위이었다. 또한 청어의 부 레 기울기를 파악하기 위하여 실험에 사용된 개체를 급 동 냉동시켜 X-ray 촬영을 하고, 부레의 기울기를 Fig. 2와 같이 측정하였다.

청어의 TS에 대한 음향자료는 음향 후처리분석소프 트웨어 (Echoview V 4.7, Echoview Software Pty Ltd, Australia)를 사용하여 재생하였고, 프로그램 내에 설정 모듈인 single target detection 기능을 이용하여 음향신 호를 추출하였다. 대상어류의 자세각은 ImageJ 소프트 웨어 (ImageJ, US National Institutes of Health, USA)를 사용하여 측정하였다.

현수법으로 측정한 TS는 다음 식 (1), (2)와 같이, 청 어의 주간과 야간의 유영자세각 평균값 (±표준편차)을 각각 3.8° (±6.0°), –3.2° (±13.6°)로 가정하여 확률밀도 함수 (Probability density function, PDF)로 구하고 (Beltestad, 1973), 1°마다 계산된 각 유영자세각의 TS값 을 산란단면적으로 바꾸어 각 자세각에 대한 확률밀도 함수와 합성하여 평균 TS를 계산하였다 (Fig. 3).

여기서, f(θ)는 각 유영 자세각별 θ에서 후방산란단 면적, σ(θ)는 각 유영 자세각별의 출현빈도를 말한다. 청어의 체장에 따른 TS 관계식은 다음 식 (3)으로 나타 낼 수 있다. 식 (3)은 음향후방산란강도가 사이즈의 2승 에 비례한다고 가정하여 어체 1 cm당의 TS를 TS_cm라 할 때,

으로 표현된다. 여기서, FL 은 가랑이체장 (cm)을 말한 다. 또한 청어의 체중에 따른 TS 관계식은 다음 식 (4)로 표현할 수 있다. 식 (4)는 반사강도가 체중의 2/3승에 비례한다고 가정하여 어체 1 g당의 TS를 TS_g이라 할 때 (Love, 1977),

로 나타낼 수 있다. 여기서, W는 습중량을 말한다.

결과 및 고찰

청어의 유영자세각 변화에 따른 TS

현수법을 이용하여 주파수 70 kHz에 대한 청어의 유 영자세각 -60~60°의 변화에 TS를 Fig. 4에 나타내었다. 청어의 유영자세각은 수평일 때 0°이고, 머리가 아래 방 향일 때 음 (–)이며, 머리가 윗 방향일 때 양 (+)으로 나타 낸다. 14개체의 TS값을 유영자세각 범위 (-30~+30°)를 기준으로 결과를 비교한 결과, TS는 -52.7~-29.7 dB 사이 에서 변동을 보였고, 대부분 유영자세각이 음의 방향으 로 머리가 아래 방향으로 향할 때 가장 높은 TS값을 보였다 (Fig. 4). 어류의 TS는 유영자세각, 주파수, 사이 즈, 수심 순으로 큰 영향을 받는다. 따라서 유영자세각 의 영향이 가장 크기 때문에 유영자세각의 변화에 따른 TS를 관측하는 것이 가장 중요하다 (Hazen and Horne, 2003). 청어의 유영자세각을 -30~30°의 변화에 따른 TS 의 변동은 10.3~18.8 dB의 차이가 나타났다. 또한 14개 체 청어의 TS값은 머리가 아래 방향으로 향할 때 가장 높았다. 본 실험에 사용된 청어의 부레 기울기는 +5~9°로 양의 기울기를 가지고 있으므로 음파의 입사 각과 부레 사이의 각도가 직각일 때 부레의 단면적이 가장 넓어지기 때문에 유영자세각이 음의 기울기를 가질 때, 즉 머리가 아래로 향할 때 TS는 최댓값을 나타낸다.

청어의 체장 및 체중 변화에 따른 TS 변동

청어의 주간 및 야간시간대의 유영자세각을 고려한 TS–FL의 회귀선을 Fig. 5와 같이 나타내었다. 주간 및 야간시간대의 유영자세각을 고려한 TS 값의 상관계수 (r)은 0.97으로 높았고, 유의한 차이가 나타나지 않았다 (p>0.05). Fig. 5와 같이 주간의 유영자세각을 고려한 TS=20log₁₀(FL)–66.79 (r=0.09), 야간의 유영자세각을 고려한 TS=20log₁₀(FL)–66.79 (r=0.35)으로 주간과 야간 의 유영자세각에 따른 TS_cm는 동일하게 나타내는 것을 알 수 있었다. 청어의 주간과 야간 유영자세각을 고려 한 TS–W의 회귀선은 Fig. 6과 같이 나타내었다. 청어 의 주간시간대의 유영자세각을 고려한 회귀선은 TS=20/3log₁₀(W)–53.39 (r=0.16), 야간의 유영자세각을 고려한 회귀선은 TS=20/3log₁₀(W)–53.40 (r=0.45)으로 나타났으며, 주간과 야간의 유영자세각에 따른 TS_g은 유사한 값을 나타내는 것을 알 수 있었다.Table 2

본 연구에서 현수법을 이용하여 주파수 70 kHz에 대 한 주간과 야간의 유영자세각을 고려한 TS–체장 회귀선 의 TS_cm값을 산정한 결과, 주·야간 모두 -66.79 dB이었 다. 청어의 TS–체장관계식은 Norwegian Fjord 해역, Iceland 해역, N.E. Atlantic 해역, Shetland island 해역, Blatic 해역, N.E. Pacific 해역의 현장에서 조사한 결과 가 보고되었다. 조사 해역마다 측정된 TS–체장 회귀선 의 TS_cm는 Norwegian Fjord 해역의 경우, 주파수 38 kHz 에서 -64.6 dB (Ona et al., 2001), -67.3 dB (Ona, 2003) 및 -71.1 dB (Misund and Beltestad, 1996), Iceland 해역 의 경우, 주파수 38 kHz에서 -69.4 dB (Halldorsson and Reynisson, 1983), -67.1 dB (Reynisson, 1993), N.E. Atlantic 해역의 경우, 주파수 38 kHz에서 -71.3 dB (Edwards et al., 1984), Shetland island 해역의 경우 주파 수 38 kHz에서 -72.1 dB (Foote et al., 1986)이었다. Baltic 해역의 경우, 주파수 38 kHz에서 -67.8 dB (Didrikas and Hansson, 2004), 주파수 70 kHz에서 -69.9 dB (Rudstam et al., 1988)으로 나타났고, N. Blatic 해역 의 경우, 주파수 38 kHz에서 -63.9 dB (Peltonen and Balt, 2005), N.E. Pacific 해역의 경우, 주파수 120 kHz 에서 -66.0 dB (Thomas et al., 2002)의 결과가 보고되었 다. 본 연구에서 사용된 주파수 70 kHz에 대한 TS_cm는 이전의 연구 (Rudstam et al., 1988)보다 약 3 dB 정도 높게 나타났다. 본 연구에서는 죽은 개체를 사용하여 어류에 기포가 포함되어 있을 가능성이 있으며, 청어는 기름이 많은 육질을 가지고 있는데 죽은 개체의 경우 육질의 변화가 나타나기 때문에 TS값의 차이를 나타낸 것으로 고려할 수 있다. 청어와 유사하게 기름진 육질을 가진 Orangy roughy (Hoplostethus atlanticus)를 살아있 는 개체와 죽어있는 개체의 TS를 측정한 결과, 죽어 있 는 개체는 냉동하여 기포가 유입되고 체내 조직의 변화 때문에 TS가 살아 있는 개체보다 1.9~9.8 dB 높게 나타 났다 (McClatchie et al., 1999). 이와 같이 냉동된 개체를 대상으로 TS를 측정할 때에는 기포의 유입 및 체내 조직 의 변화를 고려하여야 할 것이다.

또한 동일한 주파수 38 kHz의 TS_cm값을 비교했을 때, 조사 해역마다 큰 차이를 가지는 것으로 나타났다. 청어 의 경우 서식 수심은 얕은 곳에서 깊은 곳까지 서식한다. 부레를 가진 어류는 수심이 깊어짐에 따라 압력 때문에 부레의 크기가 작아지게 된다. Thomas et al. (2002)은 수심이 깊어짐에 따라 TS 측정값은 감소하였고, 수심 100 m에서는 약 -7 dB 감소하는 것을 알 수 있었다. 이러한 수심과의 관계를 고려하여 Ona (2003)은 수심에 따른 TS값은 20logL–2.3log(1+z/10)–65.4으로 고려하는 것이 필요하다고 설명하였다.

본 연구에서는 현수법을 이용하여 주파수 70 kHz에 대한 청어의 유영자세각 및 체장 변화에 따른 TS값의 변 동을 파악하였으며, 본 결과는 음향을 이용하여 조사현장 에서 서식하는 청어의 시공간 분포 및 현존량을 파악하는 기본 자료로 활용되어질 수 있을 것으로 판단된다.

결 론

본 연구에서는 음향을 이용하여 청어의 시공간적인 분포와 현존량을 파악하기 위한 기초 자료로서, 주파수 70 kHz 대역을 이용하여 청어의 유영자세각 및 체장 변화에 따른 TS를 측정하였다. 실험에 사용된 청어는 14개체로 가랑이 체장은 20.3~29.8 cm, 습중량은 187.6~269.9 g의 범위이었다.

청어의 자세각 (-30~30°)에 따른 TS 측정값은 10.3~18.8 dB의 차이가 나타났으며, 청어의 머리가 아래로 향할 때 부레의 기울기에 따른 산란단면적이 최대가 되는 각도에 서 가장 높은 TS값을 나타내었다. 청어의 TS–FL의 관계 식은 주간과 야간시간대의 유영자세각을 각각 3.8±6.0° 및 -3.2±13.6°를 적용하였으며 합성한 결과, 주간과 야간 시간대의 체장의존식은 TS=20log₁₀(FL)-66.79로 동일하 게 나타났다.