서 론
우리나라 동해는 섬과 만이 없고, 해안선이 단조로우 며 대륙붕의 폭은 25 km 이하, 평균 18 km로 매우 좁지 만, 수심이 남해와 서해에 비하여 상당히 깊다 (Lee, 2011; Kang et al., 2014; Kang et al., 2015a). 이 해역은 대한해협으로 유입되는 고온․고염의 대마난류와 동해 북부로부터 연안을 따라 남하하는 저온․저염의 영향을 받고, 심층수 순환, 극전선, 용승, 와류 등이 관측되어 해역별․수심별로 다른 수괴가 존재하다 (Lee et al., 2004; Won and Lee, 2015). 또한 동해 남부에는 매년 6~8월 주변역보다 수온이 상대적으로 5℃ 이상 급격하 게 낮아지는 현상인 냉수대가 자주 발생한다 (Suh and Hwang, 2005; Kim et al., 2014). 냉수대가 발생하면 용 승된 수괴에 의해 수괴의 안정도가 낮아지고 영양염이 유입되면서 상대적으로 수산생물의 먹이 역할을 하는 식물플랑크톤과 동물플랑크톤의 출현량에 있어 뚜렷한 변동을 보여 생태계 내에서 먹이생물을 포식하는 상위 단계인 어류의 유입도 증가하게 된다 (Lee et al., 2004; Oh et al., 2008). 따라서 이 해역은 먹이생물인 동물플랑 크톤과 포식자인 어류의 관계를 파악하기 위한 중요한 해역이다.
생물 분포를 파악하기 위하여 네트 (동물플랑크톤)와 어구 (어류) 채집 방법을 이용하고 있다. 이 방법은 일부 정점에 대한 생물의 생체량을 알 수 있지만, 여러 조사 정점에 따른 조사 시간이 많이 소요되기 때문에 전체 해역에 대한 생물의 분포 특성을 파악하여 현존량을 추 정하는 것은 한계점이 뒤따른다. 이러한 어려움을 해결 하기 위한 방안 중 하나로 수중 음향을 이용한 방법은 짧은 시간 동안 넓은 해역의 전 수층에 대한 정보를 알 수 있기 때문에 이미 노르웨이, 미국, 캐나다 등의 선진 국에서 수산자원을 평가하는 도구로 활발하게 이용되어 지고 있다.
수중 음향기법은 수중에 서식하는 어류뿐만 아니라 동물플랑크톤도 탐지가 가능하고, 두 주파수 이상의 다 주파수를 이용한 주파수차법 (dB difference)과 단일 주파 수로 시간변량역치법 (Timed varied threshold, TVT) 을 이용하여 어류와 동물플랑크톤을 식별할 수 있다. 다주파수는 대상 어류와 동물플랑크톤의 주파수 반응을 파악하여 주파수 특성의 차이로 구분하여 어류와 동물 플랑크톤을 분리할 수 있고, 단일 주파수를 이용하는 경우 시간변량역치 기능을 이용하여 수심에 따라 증가 하는 약한 생물을 제거하고, 역치값으로 어류와 동물플 랑크톤이 혼재되어 있는 해역에서 어류와 동물플랑크톤 을 각각 구분한다 (Miyashita et al., 1997; Kang, 2002; McKelvey and Wilson, 2006; Kang, 2012).
본 연구에서는 하절기 냉수대가 빈번하게 발생하는 동해안 남부 연안 해역을 대상으로 수중 음향을 이용하 여 어류와 동물플랑크톤의 분포 관계를 구명하고자 하 였다.
재료 및 방법
본 조사는 동해 남부 연안 해역에 포식자와 동물플랑 크톤과의 관계를 파악하기 위하여 한국 동해 남부 연안 포항 구룡포 해역에서 부산 대변항 사이에서 계량어군 탐지기를 이용한 총 6정선을 따라 수중 음향 조사를 실 시하였다. 조사는 국립수산과학원 탐구 7호 (79톤)를 이 용하여 2016년 5월 24~28일, 6월 13~15일, 7월 11~15 일, 8월 8~12일 월 1회씩 총 4회 수행하였다.
Fig. 1은 음향 조사 정선과 해양환경 관측한 정점을 나타낸 것이고, 기상 악화로 6월에는 A, B 정선, 7월은 E, F 정선은 조사를 수행하지 못하였다. 여기서, 해양환 경의 수온, 염분은 CTD profiler (SBE 19+, SEABIRD, USA)를 사용하여 표층부터 100 m까지 1 m 간격으로 측정하였다.
음향 시스템은 split beam 방식 과학어군탐지기의 주 파수 120 kHz를 사용하였다 (EK-60, Simrad, Norway). 또한 수신기로부터 연속적으로 위치정보를 수신하여 계량어군탐지기에 입력하여 노트북에는 DGPS (SPR-1400, Samyoung, Korea)의 위치정보가 입력된 음향 자료를 연속적으로 컴퓨터 하드디스크에 수록하였다. 유용한 음향 자료 수집을 위하여 펄스폭은 1.024 ms, 펄스 반복 주기 1 sec로 설정하였다. 진동자는 예인체에 부착한 후 선박의 현측에 지지대를 이용하여 수심 1 m에 설치 하였고, 선속은 6~7 knots로 조절하면서 데이터를 수집 하였다.
현장에서 수록한 음향 데이터는 차후에 실험실에서 재 생하여 분석 소프트웨어 (Echoview ver. 4.7, Echoview Software Pty Ltd, Australia)를 이용하여 처리하였다. 데 이터 처리를 할 때 선박에서 발생한 잡음 및 전기 신호에 의한 잡음은 De Robertis and Higginbottom (2007)와 Wang et al. (2015)의 방법에 의하여 제거하였고, 라인선 별 기능을 이용하여 표층에서 발생하는 잡음과 해저와 를 분리하였다.
단일 주파수로 어류와 동물플랑크톤을 식별하기 위하 여 Kang (2012)의 연구 분석 방법을 이용하였다. 이 방 법은 시간변량역치 기능을 이용하여 수심에 따라 증가 하는 약한 생물을 제거하고, 역치값으로 어류와 동물플 랑크톤이 혼재되어 있는 해역에서 어류와 동물플랑크톤 을 각각 구분한다.
이 방법으로 추출된 어류와 동물플랑크톤의 밀도는 주파수 120 kHz의 탐지거리를 고려하여 수심 250 m까 지 0.1 n.mile의 EDSU (elementary distance sampling unit) 간격으로 적분하고, 추출된 면적산란계수 (Nautical area scattering coefficient, NASC, m2/n.mile2) 값으로 나 타내었다.
결과 및 고찰
해양환경
동해 남부 연안의 월별 표층과 수심 50 m 수온과 표층 과 수심 50 m 염분을 Fig. 2와 Fig. 3에 나타내었다. 표층 수온은 5~8월 동안 15.5~30.1℃의 범위이었으며, 5월은 평균 18.3℃로 가장 낮았고, 8월은 28.4℃로 가장 높았 다. 4개월 동안 공간적인 수온 분포는 5월의 경우 조사 해역의 외해가 연안보다는 낮게 나타났으며, 6월은 조사 해역의 남부와 외해 쪽이 연안에 비하여 상대적으로 높 았다. 또한, 7월은 조사 해역의 북부 해역이 남부 해역보 다 높았고, 8월은 전체 해역 유사하게 나타났다. 수심 50 m의 수온은 5.9~17.8℃의 범위로 표층보다는 낮았 고, 월별 평균 수온은 13.0~14.3℃로 큰 차이가 나타나 지는 않았다.
표층염분은 29.5~34.6 psu의 범위이었으며, 평균 염 분은 5월이 34.0 psu로 가장 높았고, 8월이 30.4 psu로 가장 낮았다. 표층염분은 시간이 지날수록 낮아지는 경 향을 나타내었다. 공간적인 염분 분포는 5월과 6월의 경우 전체 조사 해역에서 유사하게 나타났고, 7월에는 조사 해역의 남부, 8월에는 연안보다는 외해 쪽이 상대 적으로 낮은 값을 나타내었다. 수심 50 m의 염분은 31.4~35.0 psu 범위로 표층보다는 높았고, 월별 평균값 이 34.2~34.4 psu로 거의 유사하였으며, 공간적인 분포 차이도 나타나지 않았다.
본 조사 해역은 6~8월 사이에 냉수대가 자주 발생하 지만 (Lee et al., 2004; Kim et al., 2014), 이번 조사에서 는 표층과 수심 50 m 해역에서 공간적인 수온 분포가 5℃ 이상 차이가 나타나는 월은 없었다.
어류와 동물플랑크톤의 시․공간 분포
음향을 이용하여 월별 어류와 동물플랑크톤의 시․공 간 분포를 Fig. 4에 나타내었다. 5월에 어류의 밀도는 수심 100 m 이내인 D, E, F 정선에서 다른 정선에 비하 여 상대적으로 높았고, A, B 정선에서는 어류가 수심이 깊은 외해보다는 연안에서 높게 나타났다. 동물플랑크 톤은 전체적으로 유사한 밀도로 분포하였다. 6월에 어류 의 밀도는 5월보다 높게 나타났으며, 전체 해역에서 고 르게 분포하였다. 동물플랑크톤은 5월과 비슷한 밀도를 보였고, 6월 역시 전체적으로 비슷한 밀도로 분포하였 다. 7월에는 5월과 6월에 비하여 어류의 밀도가 낮게 나타났으며, C, D 정선이 다른 정선에 비하여 상대적으 로 높았다. 동물플랑크톤 밀도도 5월과 6월에 비하여 낮게 나타났으며, D 정선이 A, B, C 정선에 비하여 상대 적으로 높았다. 8월에 어류의 밀도는 7월보다는 높았고, 5, 6월에 비하여 낮았으며, C, D, E 정선에서 높은 분포 를 보였다. 동물플랑크톤의 밀도 분포도 어류의 밀도 분포와 유사한 경향을 나타내었다.
월별 어류와 동물플랑크톤의 평균 면적산란계수를 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5에서 보는 바와 같이 어류의 평균 면적산란계수는 6월에 913 m2/n.mile2로 가장 높게 나타났고, 7월에 315 m2/n.mile2로 가장 낮게 나타났다. 동물플랑크톤의 면적산란계수는 5월에 247 m2/n.mile2로 가 장 높았고, 7월에 70 m2/n.mile2로 가장 낮았으며, 어류 와 동물플랑크톤의 평균 면적산란계수는 높은 양의 상 관성 (R2=0.84)과 유의한 차이 (P<0.05)가 나타났다.
본 조사에서는 어류와 동물플랑크톤 샘플링 조사는 수행되어지지 않았지만, 이전에 동해 감포 연안에서 통 발에는 붕장어, 조피볼락, 볼락 등이 어획되었고 (Kang et al., 2015a), 저층삼중자망에는 성대, 망성어, 조피볼 락, 쥐치 등이 우점하였다 (Kang et al., 2015b).
위의 조사는 대부분 저서성 어류이었고, 음향에는 저 층 어군뿐만 아니라 표․중층 어군도 많이 탐지되었다. 본 해역의 어황자료에서 표․중층 어군을 파악한 결과, 조사가 이루어진 5~8월은 기장쪽에는 멸치어업이 이루 어졌다. 동해남부 해역에서는 5월 살오징어, 꽁치 어장 이 형성되었고, 6월은 살오징어가 어획되었으나 꽁치 어획량은 줄었으며, 외끌이 중형 저인망에 청어, 도루묵, 대구 등이 어획되었다. 7월에도 살오징어 어장이 형성되 었고, 청어의 어획량도 6월에 비하여 증가하였으며, 8월 에도 7월과 유사한 어종이 출현하였다 (NIFS, 2007). 조 사 해역에서 동물플랑크톤은 요각류, 지각류, 크릴류, 모악동물 등이 샘플되었다 (Lee et al., 2004).
해양환경과 어류 및 동물플랑크톤의 상관성
해양환경과 어류 및 동물플랑크톤의 상관성을 파악하 기 위하여 통계분석을 실시하였다. 여기서, 해양환경은 표층과 수심 50 m의 수온과 염분의 월별 평균값, 어류와 동물플랑크톤도 월별 NASC 평균값을 사용하였다. 어 류와 동물플랑크톤 평균 NASC는 표층수온과는 음의 상관성을 나타내었고, 50 m 수온, 표층염분, 50 m 염분 은 양의 상관성을 보였다.Table 1
Lee et al. (2004)의 연구 결과, 수온이 증가하면 동물 플랑크톤의 출현 개체수도 증가하는 경향을 보였지만, 지각류, 어류 난, 난바다곤쟁이는 출현 개체수와 수온과 의 관계가 통계적으로 유의하지 않았다. 해양환경과 어 류와 동물플랑크톤과의 관계를 명확히 파악하기 위해서 는 먼저, 서식하는 종의 서식수온 범위를 파악할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또한 어류와 동물플랑크톤은 수 온과 염분뿐만 아니라 용존산소, 영양염류, 클로로필 a 등도 관측하여야 된다 (Won and Lee, 2015).
어류와 동물플랑크톤의 수심별 분포
7월 수심별 어류와 동물플랑크톤의 시․공간 분포를 Fig. 6에 나타내었다. 어류는 표층에서 수심 50 m층의 A와 C 정선에서 가장 많이 분포하고 있었고, 수심이 깊어질수록 밀도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 동물플 랑크톤의 밀도는 수심 51~100 m의 D 정선에서 가장 높았다. 수심별 어류와 동물플랑크톤의 평균 면적산란 계수는 어류의 경우, 표층에서 수심 50 m에서 252 m2/n.mile2, 동물플랑크톤은 수심 51~100 m에서 51 m2/n.mile2로 가장 높았으며, 수심이 깊어질수록 감소하 다는 경향을 나타내었다. 또한 수심별 어류와 동물플랑 크톤의 평균 면적산란계수는 유의한 차이 (t-test, person correction=-0.17, p>0.05)를 나타나지 않았다 (Fig. 7).
본 조사는 주간에 수행되었고, 표․중층성 어류가 많이 회유하는 해역이며, 동물플랑크톤은 주야수직이동으로 하여 주간에는 저층에 분포하고 야간에 표층으로 부상 하기 때문에 어류와 동물플랑크톤의 평균 NASC값은 수심별로 차이가 나타난 것으로 사료된다 (Iida et al., 1996). 추후에는 수심별 어류와 동물플랑크톤의 관계를 파악하기 위해서는 동물플랑크톤의 생태학적 특성을 고 려하여 야간 조사도 수행하여야 할 것으로 판단된다.
결 론
본 연구에서는 수중 음향을 이용하여 동해 남부 연안 해역에서 어류와 동물플랑크톤의 분포 관계를 파악하기 위하여 2016년 5월부터 8월까지 월별로 조사를 수행하 였다. 어류의 평균 면적산란계수는 6월에 913 m2/n.mile2 로 가장 높게 나타났고, 7월에 315 m2/n.mile2로 가장 낮 게 나타났다. 동물플랑크톤의 면적산란계수는 5월에 247 m2/n.mile2로 가장 높았고, 7월에 70 m2/n.mile2로 가장 낮았으며, 어류와 동물플랑크톤의 평균 면적산란 계수는 높은 양의 상관성 (R2=0.84)과 유의한 차이 (P<0.05)가 나타났다. 또한 수심별 어류와 동물플랑크톤 의 평균 면적산란계수는 유의한 차이 (t-test, person correction=-0.17, p>0.05)를 나타내지 않았다.
