서 론

가두리 양식은 어업생산이 더 이상 증산이 어려운 시 점에 경제성 있는 수산물을 시기에 맞게 생산할 수 있어 주목받고 있다. 우리나라의 어류 양식업은 잡는 어업에 서 기르는 어업 육성정책에 의하여 1990년대에 들어서 는 넙치와 조피볼락을 중심으로 본격적으로 발달하기 시작하였고, 2000년대 후반에 들어서는 양식품목이 점 차 다양해져 최근에는 참돔, 넙치, 고등어뿐만 아니라 참다랑어 양식도 활발히 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 양식업의 발전은 양식시설 과밀화로 이어져 연안 환경은 악화되었고 연안 어장의 생산력이 저하됨에 따라, 보다 깨끗한 수질과 생산력이 높은 외해 어장으로 점차 이동하고 있는 실정이다. 또한, 양식장에 서 발생하는 많은 양의 폐그물은 해양환경 및 생태계 파괴, 미세플라스틱 오염, 선박사고 등의 피해를 유발하 고 있어 안전한 양식 수산물 생산 및 환경 친화적인 양식 생산 기술 개발에 대한 요구가 더욱 증가되고 있다.

최근 이러한 환경적인 문제를 해결하고자 하는 하나 의 방안으로서 구리합금 소재의 어망을 이용한 가두리 시스템이 도입되기 시작하였다. 구리합금 소재의 황동 어망 가두리는 기존의 섬유 어망과는 달리, 어망의 전량 재활용이 가능하고 뛰어난 방오(anti-biofouling)효과로 어망 유지관리 비용이 적을 뿐만 아니라, 가두리 내의 조류 소통이 원활하여 항생제와 사료 사용량을 줄일 수 있으며, 조류에 따른 어망날림 현상이 매우 적어서 사육 공간의 안정적인 유지가 가능하다는 장점이 있기 때문 에 친환경 가두리 시설물로서 주목받고 있다.

가두리 양식 시설에 대해서는 파랑과 조류 등의 외력 에 대한 시설물의 안정성을 중심으로 한 연구들(Kim et al., 2001;Lee and Lee, 2004)이 수행되어 왔다. 이것 은 가두리 양식 시설이 해상에 설치되는 구조물로서, 조류에 따라 사육공간이 지속적으로 변화할 뿐만 아니 라 조류와 파랑에 의해 구조물의 파손되었을 경우 그에 따르는 손실이 매우 크기 때문에, 외력에 대한 영향을 파악하여 구조물의 설계 단계에서부터 반영할 필요가 있기 때문이다. 구리합금어망 재질의 가두리에 관한 연 구는 구리합금 소재 사용에 따른 사육어의 중금속 오염 도에 대한 연구(Shin et al., 2017)나 망지에 따른 생산성 비교 연구(Yoon and Jung, 2021) 등이 이루어져 왔다.

그러나, 가두리 양식에서 가장 중요한 것은 사육공간 내에서 성장하고 있는 사육어이다. 제한된 사육 환경 안에서 사육어가 어떻게 유영을 하고 활동하고 있는가 를 파악하는 것은 사육어에 맞는 적절한 사육공간을 설 계하여 제공함으로써 생산력을 높이고 보다 건강한 양 식 어류를 생산하는 데 필요하다. 제한된 공간 내에서의 어류의 유영행동에 관한 연구로서 Hwang and shin (2011)은 이론 시뮬레이션 모델을 이용하여 가두리 내 양식어의 유영행동특성을 검토하였고, Yang et al. (2011)은 스테레오 카메라 기법을 이용하여 양식 참다 랑어의 유영속도를 측정하여 보고하였으며, Kang et al. (2020)은 정치망에서의 어류의 입망특성을 이미징 소나 를 이용하여 관측하는 등 어류행동과 관련된 연구가 수 행되어 왔으나, 최근에는 고속 유영 어종인 고등어나 참다랑어의 사육에 대한 관심이 높아지고 있을 뿐만 아 니라, 참다랑어 쿼터 소진으로 인해 정치망에 혼획된 참다랑어 해상투기 문제가 대두되어 재방류하는 기술 개발의 필요성이 대두되는 등 어망 내에 제한된 공간에 서의 어류의 유영행동 특성을 규명하는 연구는 더욱 중 요해졌다.

이에 본 연구에서는 구리합금 어망 가두리 내에서 사 육되는 참다랑어의 유영행동을 이미징 소나 기법으로 관찰한 자료를 분석하여, 제한된 환경 속에서의 사육되 는 참다랑어의 유영 행동 특성을 파악하고자 하였다.

재료 및 방법

실험 대상이 되었던 가두리의 설치 위치 및 형상을 Fig. 1에 나타내었다. 실험 가두리는 경상남도 통영시 욕지도의 서산리 앞 해역에 설치되어 있는 황동어망으 로 제작되 대형의 원형 가두리 시설물로서, 직경 24 m× 깊이 12 m이고, 그물코의 크기는 50 mm, 그물실의 직경 은 상부에서 4 m까지 5 mm, 그 이하가 4.5 mm로 되어 있는 참다랑어 사육용 가두리이다.

황동어망 가두리 내의 사육어의 유영행동 특성을 조 사하기 위해서, 이미징 소나(Blueview P900-90, Teledyne Blueview, Canada)와 자기기록식 소형어군탐지기(Deeperpro, Deeper sonar, Korea)를 사용하였다. 이미징 소나는 900 kHz의 초음파 주파수를 이용하여 수중 물체의 화상 을 마치 사진과 같이 기록할 수 있는 시스템으로서 수평 으로 90°, 수직으로는 15°의 화각을 가지고 있으며 최대 탐지거리는 100 m이다. 그리고 자기기록식 어군탐지기 는 낚시용으로 개발된 어군탐지기로서 290 kHz와 90 kHz의 주파수로 동작하며, 스마트기기와 연결을 통하여 탐지된 어류의 에코그램을 기록할 수 있다.

측정시스템의 설치 방법은 Fig. 2와 같다. 설치는 Fig. 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 이미징 소나의 수평화각 내에 가두리 전체가 촬영될 수 있도록 관찰 대상 가두리와 인접한 가두리의 작업 발판에 소나 센서를 고정하여 수 중 1 m에 현수하므로써 대형 가두리에서 사육어의 수평 유영행동이 관찰될 수 있도록 하였다. 그리고 이미징 소 나에서는 측정할 수 없는 사육어들의 유영수심을 관찰하 기 위하여 자기기록식 어군탐지기를 가두리 중앙부에 설치하여 유영수심을 기록하였다. 이와 함께 유향유속계 (Infinify-EM, JFE-advantech, Japan)를 수면하 5 m에 설 치하여 관찰시간 동안의 유향 유속의 변화를 기록하였다.

Fig. 3은 이미징 소나로 촬영된 화상의 예를 나타낸 것으로써, 화상에서 둥근 원의 형태로 보이는 것이 원형 가두리의 수평 형상이며 원형 가두리 내에서 흰색 점으 로 나타나는 것이 유영하고 있는 사육어의 형상이다. 이미징 소나에서 가까운 쪽(아래쪽) 은 음향 반사 신호 가 강하여, 밝은 색으로 나타나고 있으며, 그 반대쪽은 반사 신호가 약하여 약간 어둡게 탐지되었다.

현장실험은 2019년 7월 15일 12시 05분부터 익일 11시 05분까지 총 23시간 동안 실시하였는데, 실험 당시 사육 어인 참다랑어의 체장은 약 약 65~70 cm(체중 8~9 kg 급)이었으며, 가두리 내에는 약 100마리가 입식되어 사 육되고 있었다. 실험일의 물때는 5물 ~ 6물이었으며, 해 상의 파도는 잔잔하였다. 현장실험시의 유향 유속의 변 화는 Fig. 4와 같다. 실험일의 최대 유속은 23시 30분에 0.272 m/s였으며, 유향은 133도였다.

측정자료로부터 대형의 가두리 내 참다랑어들의 수평 유영행동을 분석하기 위하여 각 개체어들에 대한 수평 위치 및 유영방향을 분석하였는데, 사육어의 유영행동 특성분석을 위한 유영뱡향과 수평위치는 이미징 소나로 기록한 어군행동의 기록 화상에서 어체의 체축을 디지 타이징하여 유영방향을 추출하였고, 개체어들의 유영에 따른 수평 유영행동은 시간경과에 따른 각 개체어의 위 치 변화를 디지타이징하여 추출하였다(Fig. 5).

또한, 이와 함께 사육어의 주야간 유영수심의 변화 및 유영속도의 변화를 분석하였다. 사육어의 유영속도 는 이미징 소나 영상 프레임에서 경과시간 1초에 대한 개체어의 이동거리를 디지타이징하여 유영속도를 계산 하였는데(Fig. 6), 이때 1초 간격으로 총 4초에 대한 화상 을 추출하여 추정한 값을 평균하므로서, 속도 추정의 오 차를 줄일 수 있도록 하였다. 결과적으로 총 406개체의 유영속도값을 분석하여 사육어의 유영속도분포를 추정 하였다. 그리고, 어군의 유영수심은 소형의 기록형 어군 탐지기의 에코그램에서 개체어 에코를 개수하여 얻었다.

결과 및 고찰

사육어의 수평 유영행동

원형 가두리는 차단된 공간에서 원을 그리며 유영하 는 어종에게 스트레스가 적은 환경을 제공하는 것으로 인식되어 있어(Beveridge, 1987), 유영성 어류의 양식에 많이 활용되고 있다. 사육어들은 대부분의 시간을 원형 의 가두리 벽면을 옆에 두고 원형의 경로를 따라서 지속 적으로 유영하는 어군행동을 보였으나, 때에 따라 변화 된 행동패턴을 나타내었다. 관찰된 유영행동에서 가장 특징적인 것은 23시간의 관찰시간 동안 유영 방향을 완 전히 바꾸는 경우가 없이 지속적으로 반시계 방향으로 만 유영하였다는 것이다.

원형의 가두리 벽면으로 따라 반시계 방향으로 지속 적으로 유영하는 행동패턴을 기준으로 하여 일시적으로 몇가지 다른 형태의 유영행동이 반복적으로 관찰되었 다. 먼저 Fig. 7은 사육어가 일시적으로 반대의 유영방향 으로 유영하는 행동을 나타낸 것이다. 그림에서 원은 가두리의 형상을 나타내며, 개체어의 위치와, 유영방향 은 화살표를 이용하여 나타내었다. 먼저, 반시계 방향으 로 유영하던 사육어의 무리(Fig. 7의 점선)가 유영 방향 을 서서히 바꾼 후(step1~2) 벽면을 따라 시계방향으로 유영하다가(step3) 다시 방향을 180°로 바꾸어(step4) 원 래의 반시계 방향 유영하였다.

Fig. 8은 함께 유영하는 무리 중의 일부가 일시적으로 작은 원을 그리며 반대방향으로 유영하는 행동 패턴을 나타낸 것으로써, 소형의 무리(Fig. 8의 점선)가 반시계 방향을 좁은 원을 그리면서 방향을 반대로 전환하였으 나 뒤 따라오는 개체어들과 마주치면서 다시 원래의 방 향으로 유영하는 행동을 보였다. 또한, 일반적으로 가두 리 벽면을 따라 넓은 원을 그리며 유영하던 개체어들이 중앙부로 빠르게 모이면서 작은 원을 그리며 유영하다 가 다시 원래의 경로로 돌아가는 행동을 보이거나(Fig. 9), 원형의 유영행동에서 벗어나 빠른 속도로 급회전하여 가두리 중앙부를 가로지르는 행동을 보이기도 하였다 (Fig. 10). 서술한 바와 같이 가두리의 용적을 충분히 활용하면서 반시계방향으로 유영하던 어류행동에서 벗 어나 반복적으로 관찰되었던 변화된 유영행동을 정리해 보면 다음과 같다.

어류의 유영행동패턴은 매우 복잡하고 다양할 것이지 만, 사육어들은 대부분 시간을 가두리 벽면으로부터 어 느 정도의 간격을 두고 원을 그리면서 원형 가두리 사육 공간의 형태에 맞추어 안정적으로 유영하는 유영행동을 장시간 유지하였으며, 위에서 정리한 4가지의 유영행동 패턴은 23시간의 관찰시간 동안 수차례 관찰됨으로써 하나의 특징적인 유영행동들로 확인되었다.

사육어의 유영속도

사육어의 유영속도를 추정한 결과는 Fig. 11과 같다. 관찰시간 중 관측된 사육어의 최대 유영속도는 2.46 m/s 였고, 유영 속도분포에서 최빈값은 0.8~1 m/s 구간에서 나타났다. 현장실험 당시, 사육어의 체장이 대략 67~70 cm 정도였기 때문에 유영속도를 전장대비속도(TL/s)로 환산하면 사육어의 최대유영속도는 약 3.5~3.8 TL/s, 최 빈값은 1.2~1.4 TL/s인 것으로 나타났다. 참다랑어의 지 속유영속도 범위는 대략적으로 0.88~1.64 FL/s로 알려 져 있고(Yang et al., 2011), Komeyama et al. (2011)은 심층 외해 가두리에 사육되는 참다랑어의 순항속도를 1.46 ± 0.18 FL/s로 제시하면서 기존의 연구에 비해 약간 더 빠른 속도를 나타내었다고 보고하였다. 참다랑어의 TL과 FL의 관계를 고려한다면, 지속유영속도는 기존의 연구 사례와 유사한 것으로 사료된다.

사육어의 유영속도를 주간과 야간으로 나누어 살펴보 면, 유영속도 분포는 주간과 야간이 거의 동일하였으나, 주간분포에서 최빈값은 1.0~1.2 m/s 구간이었고, 야간에 서의 최빈값은 0.8~1.0 m/s 구간에서 나타나 주간이 야 간에 비해 조금 더 높은 값을 보였으며, 전체적인 분포에 서도 주간의 유영속도가 야간에 비해 좀 더 빠른 것으로 확인되었다. 또한, 사육어의 유영속도와 유속과의 관계 를 분석한 결과 서로 상관관계를 나타내지 않았기 때문 에, 사육어의 유영속도는 조류의 유속과는 무관하였다 (Fig. 12). 조류가 빠를 경우 가두리 내의 어류들이 조류 에 대하여 정위행동을 한다는 보고(Johansson et al., 2014)도 있으나, 이 연구에서는 유속이 빠르지 않았기 때문에 유속에 따른 행동 변화는 관찰되지 않았다.

사육어의 주야 유영수심 비교

Fig. 13은 소형의 어군탐지기를 이용하여 측정한 참다 랑어의 주‧야 유영수심 분포를 나타낸 것이다. 소형의 어군탐지기의 경우 내부 배터리의 용량 등의 한계로 주 간(12:00~13:00) 및 야간(21:00~22:00) 각 1시간 동안 측정되었다. 주간에 사육어는 표층뿐만 아니라 가두리 바닥망 부근에서도 많이 유영하였던 것으로 확인되었으 나, 야간에는 주로 가두리 상부에 부상하여 유영하는 경향이 높은 것으로 확인되었다. 주간에는 12~13 m 수 심에서 가장 높은 값을 보였고, 그 다음으로 2~3 m 층이 높은 값을 보였으나, 야간에는 약 2~3 m 수층에서만 높은 값을 보여 야간에는 부상하여 수면 가까이에서 유 영하는 경향이 높은 것으로 나타났다. 황동어망의 경우, 유속변화에 따른 바닥망지의 날림에 따른 상승 현상이 없기 때문에 망지의 상승에 따른 사육어의 유영 공간이 제한되는 현상은 발생하지 않는다, 따라서, 이러한 수심 이동은 주간과 야간의 일광 조건의 변화가 사육어의 분 포 수심에 영향을 준 것으로 판단된다.

주간에는 야간에 비해 표층에 출현하는 개체어들이 적어 유영하는 개체어들 사이의 간격이 넓었으며, 일부 개체어들은 원형의 어군행동 궤적에서 벗어나 가두리 중앙부를 가로지르거나 이웃의 개체어들과는 다른 방향 으로 유영하는 등의 단독 유형행 등을 보이는 경우가 많았다. 그러나, 야간에는 표층에 출현한 개체어들이 많 아 개체 간의 유영간격이 더 좁고 보다 안정적인 어군 유영 행동을 보였다. 이것은 시계의 확보가 잘되는 주간 에는 주변 개체 및 가두리 벽면을 용이하게 인지할 수 있기 때문에 이웃한 개체들의 행동 및 다른 외부자극에 대한 반응 행동으로 유영 방향을 급격하게 바꾸는 행동 을 하였을 것으로 판단되고, 야간에는 반대로 시계가 나쁘기 때문에 주로 안정적인 군행동을 보였을 것으로 판단된다.

어류행동의 관측기술에서 기존의 acoustic tag를 이용 하는 방법(Heo et al., 2019;Shin et al., 2019)은 어류의 유영행동을 조사하는데 매우 유용한 기술이지만, 여러 마리를 동시에 추적하는 데에는 제약이 따른다. 또한 스테레오 카메라 측정기법을 기반으로 하는 광학적인 방식(Yang et al., 2011)은 화상을 통하여, 대상생물을 명확하게 확인하면서 유영 행동과 관련된 정보를 추출 할 수 있는 이점이 있으나, 수중 시계가 제한되는 상황에 서는 적용하기 어렵다. 이미징 소나를 이용한 모니터링 기법은 제한된 영역 내에서 행동하는 여러 마리의 어류 행동을 동시에 관측할 수 있으며, 주간과 야간에 상관없 이 관측할 수 있다는 잇점이 있으나 관측 가능한 영역이 수평방향으로 한정되는 단점을 가진다. 이 연구에서 이 미징 소나를 이용한 모니터링 기법은 가두리에서 사육 되는 참다랑어 어군의 수평적인 유영행동을 장시간 동 안 지속적으로 관측하는데 매우 유용하였으며, 유영속 도에 대해서도 분석하는 것이 가능하였기 때문에 수중 어류의 행동과 관련된 다양한 연구에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

결 론

황동어망 가두리 내에서 사육되는 참다랑어의 유영 행동을 이미징 소나 기법으로 관찰하고 분석하였다. 사 육어들은 대부분의 시간을 원형의 가두리 벽면을 따라 서 원형의 궤적을 그리는 어군 유영 행동을 보였으며, 23시간의 관찰시간 동안 유영 방향을 완전히 바꾸는 경 우가 없이 지속적으로 반시계 방향으로만 유영하였다. 이 외에, ⒜ 많은 무리가 함께 일시적으로 반대방향으로 유영하는 행동, ⒝ 작은 무리가 일시적으로 작은 원을 그리며 유영하는 행동, ⒞ 가두리의 중앙부로 빠르게 모이면서 일시적으로 작은 원형 궤적을 그리며 유영하 는 행동, ⒟ 가두리 중앙부로 급선회하여 반원형의 궤적 을 그리며 유영하는 특징적인 유영행동 패턴이 수차례 관찰되었다.

사육어의 최대유영속도는 약 3.5~3.8 TL/s, 최빈값은 1.2~1.4 TL/s인 것으로 나타났고, 유영속도를 주간과 야 간으로 나누어 살펴보면, 유영속도가 야간에 비해 좀 더 빠른 것으로 확인되었다. 유영수심은 주간에 사육어 는 표층뿐만 아니라 가두리 바닥망 부근에서도 많이 유 영하였던 것으로 확인되었으나, 야간에는 주로 가두리 상부에 부상하여 유영하는 경향이 높은 것으로 확인되 었다. 앞으로 지속적인 연구를 통하여 가두리 내의 어류 의 유영행동을 더욱 명확하게 규명하므로서, 가두리 양 식업의 발전에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.