서 론

우리나라에서 바다목장과 수산자원 관리사업은 2001년부터 전국 각 해역 맞춤형 바다목장 조성을 목표로 하고 있다. 지금까지 바다목장 사업은 통영을 비롯하여, 지역 특색에 맞게 동해 울진군 관관형, 남해 여수 다도해형, 서해 태안 갯벌형 그리고 제주 관광 체험형으로 시범 조성하였다. 앞서 시행된 바다목장 사업의 결과를 바탕으로 수산자원을 회복시키고 지속적인 생산력을 유지하 기 위해 정부는 2006년부터 본격적인 바다목장 조성 사업을 추진하였으며, 그 결과로 2006년부터 2014년까지 총 17개의 연안 바다목장을 조성하였고 2020년까지 50 개소의 연안 바다목장을 조성하여 운영할 계획이다(Lee and Kang, 1994;Kim et al., 2011;FIRA, 2023).

바다목장 내 수산자원의 증가 및 지속적 생산을 위해서는 바다목장의 상태를 정확하게 평가하고 수산자원의 현존량을 파악하기 위한 정밀한 조사가 필요하다. 수산 자원을 평가하는 방법에는 자망, 통발 및 조망과 같은 어구를 이용한 조사방법과 잠수부 또는 CCTV를 이용 한 수중카메라 촬영법 그리고 과학어군탐지기를 이용한 음향조사방법 등이 있다(Kang et al., 2008). 어구를 이용 한 방법은 종을 명확하게 규명할 수 있는 장점이 있으나 조사해역의 환경에 따라 어구를 설치하는데 어려움이 존재하고, 전체 해역을 조사하기에 많은 시간과 비용이 소요된다. 잠수부 및 CCTV 등을 이용해 직접 촬영하는 조사방법은 현장의 수질, 수심의 한계성 및 어류의 회피 본능 자극 등의 이유로 정량적인 자료수집에 대한 어려 움이 따른다. 그에 반해, 수중음향 조사방법은 상대적으로 짧은 시간 동안 넓은 해역의 전 수층을 조사할 수 있다(Hwang et al., 2004;MIFFAF, 2009;Oh et al., 2010). 수중음향 조사방법은 조사해역에서 우점하는 어류의 음향산란강도(Target strength, TS)와 현장 조사를 통해 얻어지는 체적산란강도(Volume backscattering strength, SV)를 기반으로 수산자원 현존량을 파악할 수 있다. 이와 같은 조사 방법은 이미 노르웨이, 캐나다 등 여러 선진국에서 수산자원을 평가하는 도구로 활발하게 사용되고 있다(Ohshimo, 2004;Kang et al., 2008).

따라서, 본 연구는 삼척 연안 바다목장 해역에서 과학 어군탐지기를 활용하여 계절별 어류의 분포 및 현황을 파악하고 채집자료를 이용하여 우점어종에 대한 밀도를 추정하는 것입니다.

재료 및 방법

조사시기 및 해역

본 조사는 계절별 어류의 분포 및 현황을 파악하기 위해 2021년 4월, 7월, 9월, 12월에 연안 바다목장이 조성된 강원도 삼척 바다목장 해역에서 이루어졌다. 조사 면적에 따라 조사 라인을 설정하기 위해 Algen (1983)의 DOC (Degree of coverage)의 식 (1)을 이용하여 조사 라인을 설정하였다.

여기서, N은 조사 정선의 길이, A는 조사해역의 면적 이다. 조사 정선의 길이는 약 18.3 km이고, 조사 면적은 약 4.98 km²이었다. 조사 라인의 DOC 값이 6 이하가 되지 않도록 하고, 수평으로 평행하게 설정 후 주·야간 각 1회씩 정선 조사를 수행하였다(Fig. 1).

조사 시스템 및 자료 수집

Split beam 방식의 과학어군탐지기(EK60, Kongsberg Maritime AS, Norway)를 이용하여 조사해역에서 음향 데이터를 수집하였다. 음향조사 특성상 선박이 항주할 때 발생하는 기포의 영향을 많이 받기 때문에 어군탐지기를 수면에서 1.5∼2 m 아래에 설치하였고, 선속은 5~6 knots 유지하며 조사를 수행하였다. 음향 자료 수집 시 어초와 해저 부분의 탐지능력을 높이기 위하여 음파의 펄스폭을 0.512 m/s, 펄스 반복 주기는 1초로 설정하여 데이터를 취득하고, 표시부에서 실시간으로 확인하며 하드디스크에 저장하였다.

현장 좌표는 정확성 높이기 위해 DGPS (DGPS SPR-1400, Samyoung, Korea)를 사용하여 음향 데이터와 같이 하드 디스크에 저장하였다. 현장에서 수집된 음향 데이터의 분 석은 추후 실험실에서 재생하여 음향분석 소프트웨어 (Echoview V 8.0, Echoview Software Pty Ltd, Australia)을 이용하여 처리하였다. 또한, 본 연구에서는 자망과 통발을 이용하여 조사해역에 서식하는 어류의 생물학적 정보를 수집하였다.

데이터 분석

과학어군탐지기를 이용하여 음향 자료를 수집할 때, 각종 음향잡음으로 인하여 정상적인 에코 신호에 대한 손실이 문제가 되고 있다. 본 연구에서 나타난 음향잡음 은 배경 잡음, 임펄스 잡음, 전기적 잡음이었다. 먼저, 배경 잡음은 TVT (Time varied Threshold) 방법을 이용 하여 제거하였다. TVT 방법은 지정영역의 데이터 표본에 인위적인 잡음을 감하였을 때의 SNR (Signal To Ratio) 값이 역치값 δ보다 큰 경우, 이 데이터 표본의 값이 –999 dB로 환산되어 제거된다(Table 1). 임펄스 잡음은 Two-sided comparison method 방법을 이용하여 제거하였다. Two-sided comparison method 방법은 지정 영역의 중앙 데이터 표본에 수평 범위의 변동에 대한 각각의 표본값을 제외했을 때, 그 값이 역치값보다 큰 경우 제거된다(Table 2). 전기적 잡음은 지정영역의 중앙 데이터 표본에 그 영역의 중위값을 뺏을 때, 그 값이 역치값보다 큰 경우 제거된다(Table 3).

음향조사에서 수집된 데이터에서 어류의 에코신호를 분리하기 위해서는 먼저 주파수 38과 120 kHz에 대 한 주파수 특성과 차이를 파악하여야 한다. 여기서, 주파수 차이는 다중 주파수에서 평균 체적후방산란 강도(MVBS, Mean Volume Backscattering Strength)의 차이(ΔMVBS)를 나타내는 것이며, ΔMVBS 기법은 어류와 동물플랑크톤을 분리하기 위하여 사용된다.

ΔMVBS는 양의 값을 두기 위하여 분리하고자 하는 대상 종의 주파수별 TS를 비교하여 TS가 큰 값의 주파수에 작은 값의 주파수를 가감하면 된다. 일반적으로 어류는 주파수 120 kHz보다 38 kHz에서 높게 나타난다. 따라서, 행렬로 만들어진 38과 120 kHz의 새로운 에코그램에서 ΔMVBS는 다음 식 (2)로 표현 할 수 있다.

음향자료에서 어류의 음향신호만을 추출하기 위해서 Fig. 2과 같은 자료 처리 흐름도를 이용하여 음향자료를 처리하였고, 주파수차를 이용하여 대상 어류의 음향신호만을 추출하였다. 추출된 에코를 1.0 n.mile의 EDSU (Elementary Distance Smpling Unit) 간격으로 적분하여 추출된 해리당 면적산란계수 값으로 나타내었다.

음향을 이용한 밀도 추정

조사해역에 서식하는 어류의 현존량 추정은 현장에서 수집한 체적산란강도(Volume backscattering strength, SV)의 데이터를 0.1 n.mile 간격으로 적분하여 면적산란 계수(Nautical area scattering coefficient, NASC) 값으로 변환하여 나타내었다. 변환하는 관계식은 식 (3)과 같이 나타내었다.

과학어군탐지기에서 탐지되는 각 개체의 TS 값과 현장에서 수집된 데이터의 변환 값인 NASC 값을 역으로 계산하면 식 (4)와 같이 어군의 밀도(ρ, g/m²)를 산정할 수 있다(McClatchie et al. 2003;Simmonds and MacLennan. 2005). 여기서, 대상 어류의 체장(L, cm)에 따른 TS와 후방산란단면적은 각각 식 (5), (6)과 같이 나타낼 수 있다.

서식하는 어류의 체장(L, cm) 및 체중(w, g) 관계식은 다음 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다.

어군의 밀도(ρ)는 식 (8)과 같이 0.1 n.mile 간격의 체적 내의 평균 면적산란계수를 단일 어군의 후방산란 단면적(σ)으로 나누고 무게를 곱하면 계산할 수 있다. 식 (8)의 우변에서 NASC를 제외한 나머지 부분은 음향 자료로부터 밀도를 계산하는 변환계수(onversion factor, CF)로 어류의 후방산란단면적과 체장-체중관계식을 고려한 것이다.

전체 조사수역의 평균 어군 밀도(ρ)는 각각 정선별 평균 밀도의 자료를 가중 평균(weighted average) 한 것으로 식 (9)에 나타내었다.

여기서, ρi는 i번째 정선의 평균 밀도, n_i는 i번째 정선의 EDSU 수, N은 정선수로 나타낸다.

결과 및 고찰

어구를 이용한 어획 조사 결과

음향을 이용하여 조사해역에 서식하는 어류의 현존량을 평가하기 위해서는 해역에 서식하는 어종의 생물학적 정보가 필요하다. 본 연구에서는 자망과 통발을 이용하여 어획된 데이터를 이용하였다. 3월 삼척 바다목장 해역에서 어획된 종은 성대(Chelidonichthys spinosus), 물가자미(Eopsetta grigorjewi), 조피볼락(Sebastes schlegelii), 쥐치(Stephanolepis cirrhifer) 등이었으며, 쥐치가 17마리로 우점하였다. 5월에 어획된 종은 쥐노래미(Hexagrammos otakii), 볼락(Sebastes inermis), 성대(Chelidonichthys spinosus), 붕장어(Conger myriaster) 등이었으며, 우점종은 볼락과 성대로 나타났다.

8월 어획된 종은 성대(Chelidonichthys spinosus), 붕장어(Conger myriaster), 황어(Tribolodon hakonensis), 볼락(Sebastes inermis) 등이었으며, 성대가 22마리, 붕 장어가 19마리, 황어가 15마리로 우점하였다. 11월에 어 획된 종은 붕장어(Conger myriaster), 쥐치(Stephanolepis cirrhifer), 망상어(Embiotocidae) 등이었으며, 우점종은 붕장어와 쥐치로 나타났다(Fig. 3).

본 연구와 같이 동해 연안해역에서 종 조성에 관한 선행연구로는 Hwang et al. (1997), Choi et al. (2012), Kang et al. (2014), Lee et al. (2018)의 연구가 있다. Hwang et al. (1997)의 선행연구에서는 볼락, 쥐노래미, 쥐치 등 이 우점종으로 나타났고, Choi et al. (2012)의 선행연구에서는 동해 북부 해역에서 기름가자미와 분홍꼼치가 우점 하였고, 동해 중부 해역에서는 고무꺽정이와 기름가지마가 우점하였다. Kang et al. (2014)의 연구에서는 농어목과, 양볼락과 및 참복과, 가자미과 등의 어류들이 우점어종으로 나타났으며, Lee et al. (2018)의 연구에서는 기름 가자미, 용가자미, 대구횟대, 고무꺽정이가 우점종으로 나타났다. 본 연구 결과와 선행연구 결과 채집된 어종의 수 차이를 보였는데, 이러한 이유는 조사해역의 수심 차이라고 판단된다. 본 연구의 조사 수심은 10~80 m이었으 며, 선행연구의 조사 수심은 100 m 이상의 깊은 수심에서 어류를 채집하였기 때문에 선행연구 결과와 차이가 나타 난 것으로 판단된다. 하지만, 본 연구와 유사하게 정착성 저서 어종이 주요 우점종으로 나타났다.

어류의 시·공간 분포

4월 주간과 야간에 어류는 전 해역에서 낮은 분포를 나타내었으며, 평균 NASC 값은 주간에 35.2 m² /nmi² , 야간에서는 56.0 m² /nmi²으로 나타났다. 7월 주간에 어류는 조사해역의 중앙 부분에서 높은 분포를 나타내었으며, 야간에 어류는 주간과 비슷하게 조사해역의 중앙 에서 가장 높은 분포를 나타내었다. 주간에 어류의 평균 NASC 값은 384.4 m² /nmi² , 야간에 어류의 평균 NASC 값은 226.3 m² /nmi²으로 나타났다.

9월 주간에 어류는 전 해역에서 고르게 분포하였으며, 야간에는 전 해역에서 주간보다 높은 분포를 나타내 었다. 주간 어류의 평균 NASC 값은 111.3 m² /nmi² , 야간 에 어류의 평균 NASC 값은 256.8 m² /nmi²으로 나타났다. 12월 주간에 어류는 조사해역의 중앙 부분에서 높은 분포를 나타내었고, 야간에 어류는 주간보다 상대적으로 높은 분포를 나타내었다. 주간에 어류의 NASC 값은 268.8 m² /nmi² , 야간에 어류의 평균 NASC 값은 1,572.5 m² /nmi²으로 나타났다(Fig. 4, 5).

상대적으로 어류는 주간보다 야간에 더 높은 분포를 나타내었는데, 이러한 이유는 조사해역에 주로 분포하는 정착성 어종의 특성 때문이라고 판단된다. 정착성 어종은 주간에는 암석 주변에서 가만히 숨어 있다가 야간에 먹이를 섭식하기 위해서 활발하게 움직이기 때문 에 주간보다 야간에 높은 분포를 나타낸 것으로 판단된다(Lee et al., 2015).

4월 주간에 어류는 수심 20~30 m 수층에서 -38~-70 dB로 강한 분포를 나타내었고, 야간에는 수심 15~20 m 사이에서 -50~-68 dB로 강한 음향산란강도를 나타내었 다. 7월 주간에 어류는 수심 10~15 m 수층에서 주로 분포하였고, 야간에 어류는 수심 10~20 m 수층에서 -34~-16 dB로 높은 음향산란강도를 나타내었다. 9월 주 간에 어류는 저층 부근에서 분포하였고, 야간에서는 수심 20 m 부근에서 –61~-65dB의 음향산란강도를 나타내었다. 12월 주간에 어류는 수심 40~50 m 수층에서 주로 분포하였고, 야간에 어류는 수심 20~40 m 부근에서 높 은 분포를 나타내었다(Fig. 6).

어류의 밀도 추정

본 연구에서는 4월 채집자료를 이용하여 4월 우점어종에 대한 밀도를 추정하였으며, 8월 채집자료를 이용하여 7월과 9월의 우점어종에 대한 밀도를 추정하였습니 다. 또한, 12월 채집자료를 이용하여 12월 우점어종에 대한 밀도를 추정하였습니다.

4월 우점어종은 쥐치, 볼락, 쥐노래미로 나타났으며, 이들의 평균 밀도는 주간에 쥐치 0.063 g/m² , 볼락 0.075 g/m² , 쥐노래미 0.672 g/m²로 나타났고, 야간에 우점어 종에 대한 평균 밀도는 쥐치 0.071 g/m² , 볼락 0.075 g/m² , 쥐노래미 0.334 g/m²로 나타났다. 7월 우점어종은 황어, 볼락, 쥐노래미로 나타났으며, 주간에 평균 밀도는 황어 4.612 g/m² , 볼락 0.176 g/m² , 쥐노래미 0.672 g/m² 로 나타났다. 7월 야간에 우점어종에 대한 밀도는 황어 28.906 g/m² , 볼락 1.104 g/m² , 쥐노래미 4.216 g/m²로 나타났다. 9월 주간에 우점어종에 대한 밀도는 황어 1.708 g/m² , 볼락 0.065 g/m² , 쥐노래미 0.249 g/m²로 나타났으며, 야간에 우점어종에 대한 밀도는 황어 6.584 g/m² , 볼락 0.251 g/m² , 쥐노래미 0.780 g/m²로 나타났다. 12월 우점어종은 쥐치, 볼락, 쥐노래미로 나타났으며, 주간에 평균 밀도는 쥐치 1.244 g/m² , 볼락 1.153 g/m² , 쥐노래미 5.071 g/m²로 나타났다. 야간에 우점어 종에 대한 밀도는 쥐치 3.824 g/m² , 볼락 3.544 g/m² , 쥐노래미 15.587 g/m²로 나타났다(Fig.8).

전체 어류의 밀도 추정 결과 4월 주간에 어류의 밀도는 0.42 g/m²로 나타났고, 야간에 0.48 g/m²로 나타났다. 7월 주간에 어류의 밀도는 5.46 g/m² , 야간에 34.22 g/m² 로 나타났다. 9월에 어류의 밀도는 주간에 2.02 g/m² , 야간에 7.61 g/m²로 나타났다. 12월에 어류의 밀도는 주 간에 7.46 g/m² , 야간에 22.95 g/m²로 나타났다.

동해 연안해역에서 어류의 밀도는 봄과 가을보다 여름과 겨울에 높은 분포를 나타내었는데, 이러한 이유는 여름과 겨울철에 주요 출현하는 우점종이 산란을 하기 위하여 얕은 연안으로 들어오기 때문이라고 판단된다. 여름철에 주로 출현하는 쥐치와 가자미류의 경우 산란기인 6월에서 9월에 산란을 하기 위해 얕은 연안으로 들어오기 때문에 7월에 높은 밀도를 나타낸 것으로 판단 되며(Kwon et al., 2011;Nam et al., 2018), 겨울에 우점종인 볼락과 쥐노래미의 경우 산란기가 11월부터 2월이기 때문에 높은 밀도 분포를 나타낸 것으로 판단된다 (NIFS, 2023).

결 론

본 연구에서는 어구(자망, 통발)와 과학어군탐지기를 이용하여 삼척 바다목장 해역에서 서식하는 수산자원의 분포 및 밀도를 파악하였다. 계절별 수산자원의 변동을 위해 계절별 조사를 수행하였으며, 주파수차을 이용하여 수산자원의 분포 및 밀도를 추정하였다.

어류 채집 결과 계절별 우점어종은 쥐노래미, 쥐치, 볼락, 성대로 나타났다. 어류의 주ㆍ야간 수직 분포 결 과 4월에 어류는 수심 20 m에서 주로 분포하였으며, 7월에 어류는 수심 10~20 m 수층에서 주로 분포한 것으로 나타났다. 9월에 어류는 수심 20 m 부근에서 분포 하였으며, 12월에 어류는 수심 40~50 m 수층에서 분포 하였다.

채집자료를 이용한 어류의 밀도 추정 결과 4월 주간 에 어류의 밀도는 0.42 g/m²으로 나타났고, 야간에 0.48 g/m²으로 나타났다. 7월 주간에 어류의 밀도는 5.46 g/m² , 야간에 34.22 g/m²으로 나타났다. 9월에 어류의 밀도는 주간에 2.02 g/m² , 야간에 7.61 g/m²으로 나타났 다. 12월에 어류의 밀도는 주간에 7.46 g/m² , 야간에 22.95 g/m²으로 나타났다. 본 연구 결과 계절별로 주요 우점종 약간의 차이를 나타내었는데, 이러한 이유는 수온에 따른 영향으로 판단된다. 또한, 어류의 밀도는 계 절별로 주요 어종이 산란을 하기 위해 얕은 연안으로 들어오기 때문에 7월과 12월에 높게 나타난 것으로 판단된다.

따라서, 동해 바다목장 해역에서 어류의 분포는 수온과 산란기에 영향을 많이 받기 때문에 해양환경조사와 병행 하여 더 많은 연구가 이루어져야 하며, 바다목장 해역과 대조되는 해역을 선정하여 비교 분석할 수 있는 연구가 이루어져야 한다고 생각된다. 마지막으로 본 연구 결과는 바다목장 해역에서 어류의 분포 및 현황을 파악하는 연구들의 기초 자료로 활용될 것으로 판단된다.