서 론
우리나라 주변 해역은 다양한 형태의 해저 지형을 가지 며 성질이 다른 수괴의 혼합으로 매우 복잡한 해양학적 특성을 가지고 있다(Oh and Suh, 2006). 남해는 평균 수심 이 100 m, 최고 수심이 210 m인 해역으로 해안선이 복잡 하고 연안에 다수의 섬이 존재한다. 이 해역은 쓰시마 해 류의 영향으로 연중 난류가 흘러 수산업이 매우 발달하였 으며 주요 어획 어종은 멸치, 갈치, 고등어 등이 있다. 서해 는 최대 수심이 103 m, 평균 수심이 44 m인 매우 얕은 바다로 조수간만의 차가 크고 넓은 갯벌이 있다. 주요 어 획종은 조기, 민어, 갈치, 새우 등이 있다. 동해는 평균 1,530 m로 수심이 깊은 해역으로 쓰시마 난류와 북한 한 류가 만나 조경수역을 이루며 난류성 어종과 한류성 어종 이 같이 분포한다. 주요 어획 어종은 오징어, 청어, 대구, 방어 등이 있다(AKS, 2018).
우리나라의 수산 자원량은 1970년대 이후 급속히 감소 하여 적절한 수산자원관리를 위하여 과학적인 조사를 활 발히 수행하고 있다. 이 과학조사의 대표적인 방법으로는 과학어군탐지기(이하, 과학어탐)를 이용한 음향조사와 트 롤 어구를 이용하여 수산자원생물을 채집하는 어획조사 가 있다. 일반적으로 이 두 가지 조사방법을 동시에 수행 하여 어획조사로부터 어종 및 체장과 체중의 생물학적인 정보를 수집하고 이를 토대로 과학어탐으로부터 수록한 음향데이터를 분석하여 수산자원의 형태학적 및 시공간 적인 분포 특성을 파악하고 현존량을 추정한다. 이 음향 조사는 넓은 해역의 비교적 전 수층에 대한 데이터를 쉽고 빠르게 수집할 수 있는 장점을 가진다. 한편 우리나라는 3면이 바다로 둘러싸여 있으며 수심도 해역마다 달라서 우리나라 해역 전체에 분포하는 수생생물에 대한 정보 를 짧은 시간에 획득할 수 있는 조사방법으로 음향조사 를 꼽을 수 있다. 이 조사방법은 조사선의 항로에 따라 전 수층에 대한 데이터를 연속적으로 수집할 수 있기 때문이다.
우리나라 각 해역 즉 남해, 서해, 동해에서 수행된 음향 조사를 살펴보면, 남해에서는 춘계에 남해 동부 및 동중국 해에서 어업생물의 분포특성(Lee and Lee, 1996), 춘계에 통영, 거제, 남해 연안에서 자원량 추정(Oh et al., 2009), 계절별 제주도 서쪽 연안의 어군 분포 및 현존량(Kang et al., 2008), 그리고 춘계에 남해 전반에 다수 주파수를 이용하여 어류의 군집 및 공간 분포를 파악한 연구 (Hwang et al., 2016)가 있다. 서해에서는 춘계와 하계 동 안 서해안에 분포하는 어족생물의 현존량(Hwang et al., 2002), 계절별로 보령 연안에서 어군의 분포와 우점종의 자원량(Yoon, 2009), 하계와 추계에 아산만에서 출현하는 멸치와 기타 어류의 분포 특성 및 자원량을 추정하는 연구 (Lee et al., 2014)가 있다. 그리고 동해에는 하계에 동해안 남부해역에서 멸치 어군의 분포 특성과 규모(Kang et al., 1996), 하계와 추계에 독도 주변 해역에서 매오징어와 기 타 어종의 분포 및 현존량을 파악하는 연구(Lee et al., 2017)가 있다.
선행된 연구들은 대부분 국소해역에서 조사가 이루어 졌으며 조사 시기 또한 한 계절에 수행된 경우가 많았다. 지금까지 우리나라의 전 해역을 대상으로 음향 조사가 수행된 적이 없으며, 또한 한 계절 이상 이루어진 적은 없었다. 따라서, 본 연구에서는 우리나라 전 해역(남해, 서해, 동해)에서 2016년 춘계와 추계에 음향조사를 실시 하여 우리나라 전 해역에 분포하는 수생생물의 공간적인 분포 특성과 조사기간 중에 출현한 어군의 특성을 파악하 였다. 이 연구의 목적은 2016년 춘계와 추계의 조사 동안 우리나라 전 해역의 수생생물의 전반적인 분포상을 이해 하고자 한 것으로, 이 결과는 향후에 수행될 과학조사의 설계에 기초자료로 사용될 수 있다고 생각한다.
재료 및 방법
음향조사
음향조사는 2016년 춘계와 추계에 8일에서 10일간 남해 A, 남해 B, 서해, 동해에서 각 1회씩 수행되었다 (Table 1). 여기서 남해 A는 남해연안과 제주도 및 대마 도 사이의 해역이고 남해 B는 남해 일부와 제주도 주변 을 포함한 해역을 의미한다. 조사해역과 항적선의 경로 는 Fig. 3에서 알 수 있다. 조사에 사용된 음향 장비는 조사선 탐구 20호(국립수산과학원)의 EK60(Simrad, Norway) 과학어탐과 탐구21호(국립수산과학원)의 EK80 과학어탐(Simrad, Norway)이며 사용된 주파수는 38 kHz 이였다. 모든 조사에 사용된 과학어탐의 음향파라미터 셋팅은 펄스폭은 1024 μs, 송신파워는 2000 W, 2초에 한 개의 핑을 발사하였다. 본 조사는 주간에 트롤정점을 따라 이동하면서 저층트롤조사를 실시하였으며 야간에 는 닻을 내리고 정박하였다.
본 연구에서는 해수중에 분포하는 수산자원생물을 대 상으로 하여, 저층트롤조사 자료는 사용하지 않았다. 음 향데이터는 조사기간 동안 연속적으로 수집하였다. 본 조사기간 동안의 춘계와 추계에서 평균 일출시간은 각각 5시 41분과 6시 35분이었고 일몰시간은 각각 19시 13분 과 17시 55분이었다.
음향데이터 분석
이 조사에서 선박은 주간(일출~일몰)에 항해를 하고 야간(일몰~일출)에는 투묘하여 표류하였다. 야간의 음 향 데이터는 거의 고정적인 위치로부터 수록된 것이고, 일반적으로 일주기 유영 패턴을 보이는 해양생물의 변 동을 배제시키기 위하여 이 야간 데이터를 선별하여 분 석에서 제외시켰다. 음향데이터 분석은 Echoview ver. 7(Echoview, Australia)을 이용하였다. 우선적으로 해저 아래의 신호와 해수면 부근의 잡음(Ring down)을 구분 하여 제외시켰다. 수심별 음향생물량(NASC, Nautical Area Scattering Coefficient, 해리면적당 산란계수, m2/nmi2)을 구하였다. 음향생물량은 가로 1 nmi과 세로 10 m의 범위(cell) 내의 평균 NASC값을 추출하여 구하 였다. 추출된 음향생물량은 엑셀(Microsoft, USA)을 이 용하여 10 m 수심별 그래프로 표현하였다. 음향생물량 의 수평적 분포는 가로 1 nmi과 전체 수심의 범위를 만들어 이 범위 내의 평균 NASC값을 위치정보와 함께 comma separated value (CSV) 형태로 추출하였다. ArcGIS ver. 10 (ESRI, USA)을 이용하여 조사항적선 위에 음향생물량과 비례하는 원을 이용하여 음향생물량 의 수평분포도를 작성하였다. 어군 특징을 분석하기 위 하여 먼저 각 계절별 해역별 에코그램에 어군의 존재여 부를 확인하였다. 어군이 관찰될 경우 Echoview의 어군 탐지기능을 이용하여 어군 특징을 도출하였다. 어군탐 지기능은 SHAPES 알고리즘(Coetzee, 2000)을 토대로 개발되었으며 어군과 같은 영역의 경계를 정의해주고, 정의된 어군의 특징을 계산하여 준다. 이 알고리즘에서 어군 길이는 식 (1)을 이용하여 확대된 빔폭의 영향을 고려하여 보정되었다.
여기서 D는 어군의 평균 분포수심(m)이고, A는 attack angle로 어군이 처음 탐지되는 순간에 음축에서 어군의 바깥 부분까지의 각도를 의미한다. 어군의 높이 또한 펄스폭(cτ/2)의 영향을 보정하였다. 어군 특성은 형태학적으로 길이, 두께, 면적, 위치학적으로 분포 수심과 해저로부터 어군까지의 거리, 에너지적으로 SV (Volume backscattering strength, 체적후방산란강도, dB re 1 m–1)값 이 있다. 추출된 어군 특성은 SPSS ver. 23 (IBM, USA) 을 이용하여 상자 그림으로 나타내었다.
결 과
수심별 음향생물량
춘계와 추계에서 각 해역의 수심별 음향생물량을 막 대그래프로 나타내었다(Fig. 1). 초록색 막대는 춘계, 빨 간색 막대는 추계 조사의 음향생물량을 의미한다. 남 해 A는 춘계에 70~80 m (274.4 m2/nmi2), 추계에 는 110~120 m (152.1 m2/nmi2)에서 가장 높게 나타났 으며 춘계에는 표층과 중층, 추계에는 저층 부근에서 음향생물량이 높았다. 남해 B의 춘계 음향생물량의 평 균과 표준편차는 26.0±11.8 m2/nmi2으로 추계의 것 (74.8±50.0 m2/nmi2)에 비해 낮은 음향생물량을 나타냈 으며 수심 90~100 m (45.7 m2/nmi2)에서 가장 높았다. 추계에는 해수면에서 80 m까지 점진적으로 증가하여 80~90 m에 가장 높은 음향생물량(157.2 m2/nmi2)을 보 이며 이후 해저까지 점차적으로 작아지는 경향을 보였 다. 서해는 춘계에 음향생물량의 평균과 표준편차가 1.4±1.0 m2/nmi2로 전반적으로 매우 낮은 것을 알 수 있 다. 추계에는 춘계보다 매우 높은 음향생물량(평균 86.4 m2/nmi2)을 보였으며 주로 중층(40~60 m)에서 높게 나 타났다(210.1~228.2 m2/nmi2). 동해는 춘계에 음향생물 량의 평균과 표준편차가 51.3±45.2 m2/nmi2이며 해수면 에서 40~50 m (142.1 m2/nmi2)까지 점차적으로 높아졌 다가 60 m 이후로 점차 낮아지는 경향을 보였다. 추계에 음향생물량의 평균과 표준편차는 37.1±31.7 m2/nmi2이 며 120~130 m (115.2 m2/nmi2)에서 가장 높은 값을 나타 냈으며 주로 70~140 m에서 높은 음향생물량을 보였다 (50.4~115.2 m2/nmi2). 춘계 남해 A의 수심별 음향생물 량을 제외하면, 조사기간 동안 모든 해역에 표층과 중층 에 높은 음향생물량을 보였다.
수평적 음향생물량
해역별로 춘계와 추계에서 음향생물량의 수평적 분포 를 동시에 나타내었다(Fig 2). 녹색 원은 춘계의 음향생 물량을 표시하고 갈색 원은 추계의 음향생물량을 나타 낸다. 각 해역 그림의 우측 하단에 원의 크기에 따른 음향생물량 값의 범위를 표시하였다. 남해 A의 음향생 물량은 춘계(평균과 표준편차 108.3±231.6 m2/nmi2) 에 남해 동부와 중부 그리고 제주도 북동쪽 해역에서 높았고(505.4~4099.1 m2/nmi2), 추계(평균과 표준편차 34.9±148.9 m2/nmi2)에는 남해 동부와 여수 남쪽 해역에 서 높았다(1046.9~2958.3 m2/nmi2). 남해 B의 춘계(평균 과 표준편차 24.9±46.2 m2/nmi2)에는 거제 및 남해 연안(258.5~263.9 m2/nmi2)에 다소 높은 음향생물량 을 보였고, 제주도 주변부 및 북서쪽과 남서쪽 해역 (201.0~1444.9 m2/nmi2)에서 매우 높은 음향생물량이 관 찰되었다. 추계(평균과 표준편차 82.7±123.1 m2/nmi2)에 는 부산 연안(283.1~442.8 m2/nmi2)에 다소 높은 값이 관찰되었고 제주 남부해역(203.7~1440.9 m2/nmi2)에 매 우 높은 값이 보였다. 서해는 춘계에 평균과 표준편차 1.1±1.8 m2/nmi2로 음향생물량이 매우 낮아 그림에서 조차 그 값을 보기가 어렵다. 추계(평균과 표준편차 99.8±148.8 m2/nmi2)에는 북위 37도 부근에 높은 값이 관찰되었다(562.6~3764.2 m2/nmi2). 동해의 춘계에는 부산, 울산 그리고 포항 연안에서 높은 값이 관찰되었 으며(258.7~976.4 m2/nmi2), 추계에는 고성, 강릉, 동 해, 포항 그리고 부산 연안에서 음향생물량이 높았다 (267.3~1196.3 m2/nmi2). 남해 A는 춘계에 음향생물량이 높게 나타났지만 그 외 해역에서는 추계에 음향생물량 이 높게 나타났다.
어군의 군집 특징
조사기간 중에 춘계의 남해 A와 동해, 추계의 서해에 만 어군이 출현하였다. 그 외의 조사에서는 군집된 어군 의 형태가 아니라 대부분 긴 띠 모양의 형태로 분포하였 다. 출현한 어군의 군집 특성에서 어군의 SV값은 남해 A가 –49.5±5.3 dB로 가장 높았다(Fig. 3). 서해에 출현한 어군은 –49.6±7.4 dB로 남해 A와 근소한 차이를 나타냈 다. 동해의 어군은 –60.5±14.5 dB로 남해 A와 서해에 비해 낮은 SV값을 보였으며 다수의 이상값(약 –70 ~ –90 dB)이 관찰되었다. 어군의 분포수심은 동해에서 평균과 표준편차 83.5±33.5 m로 가장 깊었다. 남해 A와 서해에 출현한 어군은 대체로 30~60 m에서 분포하였고 80 m 이하에서는 출현하지 않았으나, 동해의 어군은 150 m 이상에 분포하는 어군이 출현하였다. 해저로부터 어군 까지의 거리는 동해에서 분포 범위가 20~50 m로 가장 넓었으며 평균과 표준편차 값도 39.2±23.5 m로 가장 높 았다. 남해 A와 서해에서 평균과 표준편차는 각각 16.2±12.8 m, 14.4±14.1 m이었다. 어군의 형태학적인 특징인 길이, 두께, 면적은 동해에서 출현한 어군이 각각 106.4±165.4 m, 10.9±8.5 m, 537.9±1111.5 m2로 가장 컸고 남해 A에 출현한 어군이 각각 46.4±58.2 m, 10.0±7.3 m, 333.2±763.2 m2로 가장 작았다. 어군의 군 집 특성을 요약하자면, 춘계 남해 A의 어군은 크기가 작지만 강한 음향신호를 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 춘계의 동해 어군은 낮은 음향강도를 가지지만 크기가 큰 어군을 형성하며 분포 수심이 깊지만 해역의 수심이 매우 깊기 때문에 분포 수심 및 해저까지의 거리도 역시 높았다. 추계의 서해 어군은 군집특성이 춘계의 남해 A 어군과 대체적으로 유사하지만, 춘계 남해 A 어군에 비하여 깊은 수심에 분포하였다.
고 찰
어군과 수평적 음향생물량
본 조사에서 어군은 춘계에 남해 A와 동해, 그리고 추 계에서는 서해에서만 관찰되었다. 각 해역에서 탐지된 어 군의 위치정보를 파악하여 수평적 음향생물량(Fig. 2)에 이 어군의 위치를 중첩시켰다(Fig. 4). 해역별 수평적 음향 생물량과 어군이 관찰된 위치를 비교해보면, 춘계 남해 A의 어군은 남해 동부 및 중부 연안과 남해 서부에 주로 분포하였는데 수평 음향생물량이 높았던 거제와 통영 및 남해와 여수 남쪽에 일부 출현하였지만 그 외 수평적 음향 생물량이 높았던 해역에는 나타나지 않았다. 춘계 동해의 어군은 부산 연안과 속초 근해에 분포하였다. 추계 서해의 어군은 해역의 전반에 분포하였으며 음향생물량이 높았 던 북위 37도 부근에서도 출현하였다. 현 단계로서는 어군 들이 왜 이 위치에 관찰되었는지에 대한 설명이 어려우며 공간적인 분포 특성을 밝힌 수산자원생물의 종식별이 가능하지 않은 상황이다. 하지만, 어군이 출현한 위치 정 보는 앞으로 음향과 중층 트롤 조사를 수행할 때 조사 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단한다. 즉, 이 위치를 우선적으로 조사한다면 어군의 종 등의 생물학 적인 정보를 확인할 수 있을 것으로 판단한다.
음향과 어구를 이용한 자원조사
우리나라 해역에서 음향과 넷 조사를 동시에 이용한 선행 연구들을 정리하였다(Table 2). 선행연구들은 종 조성, 어군의 분포 및 행동 특성, 형태 및 위치학적 특 성, 현존량 추정 등을 목적으로 조사가 이루어 졌으며 음향 장비는 EK500, EK60, EK80으로 주파수 38 kHz 와 120 kHz가 사용되었고 어획 장비는 저층 및 중층 트롤, 자망, 정치망, 통발 등이었다. 본 연구와 유사한 기법으로 음향과 트롤 어구를 이용한 연구로는 남해의 경우 동계(1월)에 진해만의 어류의 종 조성 및 공간 분포를 파악하였고(Park et al., 2016), 춘계(4월), 하계 (6월), 추계(10월), 동계(2월)에 여수와 통영 연안역의 멸치 현존량 추정하였다(Kang et al., 2015).
또한 춘계(4월)에 여수와 거제 사이 지점에서 어군의 수직 분포와 현존량 추정을 하였으며(Lee et al., 2015), 춘계(3월), 하계(7월), 동계(1월)에 통영 비진도 부근의 주요 어종의 유영 행동 특성을 파악하였다(Lee and Shin, 1999). 서해에서는 춘계(3~4월)에 멸치 어군의 형 태와 위치학적 특징 파악(Kang et al., 2014)과 춘계(4~5 월), 하계(8월)에 서해 중부와 남부에서 어군의 분포 특 성과 현존량을 추정하였다(Hwang et al., 2002; Lee, 2002). 동해에서는 춘계(3월)에 우점종인 매오징어의 현 존량을 추정하였고(Lee et al., 2017), 추계(10월)에 어족 생물의 유영 행동 특성을 검토하였으며(Lee and Kim, 2001), 하계(7월)에 멸치를 대상으로 분포 특성과 어군 규모를 파악하였다(Kang et al., 1996). 위의 선행 연구들 은 서론에서 언급한 바와 같이 국소적인 위치와 한 시기 에 국한되어 수행되어 단편적인 정보를 제공하지만, 협 소한 위치에서라도 장기적이고 규칙적인 정보가 수집되 어 축적된다면 그 활용도가 높을 것으로 생각된다. 본 연구의 조사 시기는 춘계와 추계에 각각 1회 수행되어 사계절에 대한 수산자원생물의 분포 및 변화를 관찰할 수는 없었지만, 국내 최초로 우리나라 전 해역을 대상으 로 조사하였기에 전 해역에 대한 수산자원생물의 분포 현황을 파악할 수 있었기에 큰 의미가 있다고 생각한다. 향후, 음향조사와 중층트롤어구를 이용한 어획조사가 병행될 경우, 조사 해역의 선정 및 조사 시기, 목표 수심 대를 결정할 때, 이 연구의 결과가 유용하게 사용할 수 있을 것으로 생각한다. 국립수산과학원 수산자원연구센 터에서 2018년 1월, 5월, 7월, 11월에 사계절에 1회씩 음향조사와 중층트롤 조사를 수행할 계획이 있다. 이번 조사에 참여하여 한 해역이지만 수산자원생물의 사계절 특성 및 변동을 파악할 수 있을 것으로 생각한다. 이 음향조사와 중층트롤 조사에서 중층트롤 조업을 실시할 때 위치 선정과 목표 수심을 결정할 때, 이 연구 결과인 음향생물량의 수직 및 수평 분포 정보가 유용하게 사용 할 수 있을 것으로 판단한다. 추가로, 이 연구에서 각 해역별 조사정선은 그 해역에서 대표하는 음향생물량을 도출할 수 있는 것으로 보기 어렵다. 이번 연구조사는 저층트롤조사가 주된 조사로 음향조사가 부수적으로 이 루어져, 그 해역을 대표하는 조사정선을 설정하지 못하 였다. 향후 음향조사와 중충트롤 조사를 수행할 때 이 부분을 고려해야한다고 생각한다.
결 론
2016년 춘계와 추계에 우리나라의 남해 A, 남해 B, 서해, 동해에서 수행한 음향조사 데이터를 분석하여 수 산자원생물의 수직 및 수평 분포 특성과 어군 특징을 파악하였다. 수심별 음향생물량은 추계 남해 A와 춘계 서해 외에는 표층과 중층에서 높게 나타났다. 조사기간 중에 가장 높은 음향생물량은 춘계 남해 A의 70~80 m 구간이었다(274.4 m2/nmi2). 음향생물량의 수평적 분포 는 남해 A의 춘계와 추계에 부산연안과 남해도 연안에 서 공통적으로 음향생물량이 높게 나타났고 남해 B에서 는 제주도 남쪽해역에서 높았다. 서해는 춘계에 매우 약한 음향생물량을 나타났지만(평균과 표준편차 NASC 1.1±1.8 m2/nmi2), 추계에는 북위 37도 부근에서 높은 음향생물량이 나타났다. 동해는 포항과 부산 연안에서 춘계와 추계에 높은 값을 보였다. 탐지된 어군은 춘계 남해 A와 동해, 그리고 추계 서해에만 관찰되었다. 춘계 남해 A의 어군은 크기(면적: 333.2±763.2 m2)가 작지만 강한 음향신호(SV: –49.5±5.3 dB)를 보였고 춘계의 동해 어군은 낮은 음향강도(SV: –60.5±14.5dB)를 가지지만 어군의 크기(면적: 537.9±1111.5 m2)가 크고 깊은 수심 (83.5±33.5 m)에 분포하였다 추계 서해어군은 음향 신호의 강도(SV: –49.6±7.4dB)와 어군의 크기(면적: 507.1±941.8 m2)가 모두 큰 특징을 보였다. 본 연구는 최초로 우리나라 3면의 전 해역을 대상으로 수산자원 생물의 분포 현황을 파악하였다. 향후, 음향조사와 중 층트롤어구를 이용한 어획조사가 함께 병행될 경우, 조사 해역의 선정 및 조사 시기, 목표 수심대를 결정할 때, 이 연구의 결과가 유용하게 사용할 수 있을 것으로 생각한다.
