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우리나라의 연근해 어업 생산량은 어로기술의 발달과 선박의 대형화, 그리고 어장의 확대 등으로 인하여 급격히 증가하였으나 1990년대부터 감소하기 시작하였다(MOMAF, 2001). 이 감소의 원인은 배타적 경제수역의 선포에 따라 체결된 한·일, 한·중, 한·러 어업협정으로 인한 기존 어장의 축소와 인접국 어선들과의 무분별한 경쟁조업, 그리고 연안생태계의 오염과 남획으로 인한 수산자원의 고갈 때문이다(Zhang and Lee, 2004).

이러한 원인들 중 남획이나 연안생태계의 오염은 자원의 양적인 감소뿐만 아니라 성숙어 비율의 감소와 서식처·산란장 파괴로 인한 어획물의 영양단계 감소가 초래되어 자원의 질적 상태도 저하시켰다(Zhang et al., 2003). 실제로 우리나라의 해역별 해양생태계 구조와 변동상태를 알아보기 위하여 연도별 영양단계 변화를 분석한 결과 전 해역의 영양단계가 어획초기부터 계속해서 감소하는 경향을 보였다(Zhang and Lee, 2004).

수산자원을 평가하고 관리하는데 필수적인 요소는 자원량이 어떻게 변동하는가를 파악하고 그 자원에 가해지는 어획의 영향을 알아내는 것이다. 이러한 자원의 변동을 정확히 판단하기 위해서는 자원의 어획이전 상태인 처녀자원량 즉, 어획대상 환경수용량을 정확히 알아야한다. 어획대상 환경수용량과 최대지속적생산량은 연관되어 있기 때문에(Gulland, 1971), 적정 어획 생산량을 알기 위해서는 어획대상 환경수용량을 알아야 한다.

우리나라에서는 carrying capacity라는 용어를 환경수용력이나 수용능력, 환경의 수용량 등 여러 가지 용어로 사용하고 있으며(Kim and Kang, 1999), 본 논문에서는 환경수용량이라 칭하였다. 일반적으로 환경수용량은 생태계 내에서 생산성이나 지속성의 감소없이 무한정 지속될 수 있는 집단 또는 활동의 최대크기를 말한다(Odum, 1997), 하지만 초기에 Errington (1934)는 메추라기의 서식환경에 대한 연구에서, 은신처의 최대수에 상응하는 최대 개체수를 그 지역의 환경수용량이라 간주하였다. 그 후 Odum(1953)은 개체군 성장과 환경저항의 관계를 나타내는 로지스틱방정식(Verhulst, 1845)의 파라미터 K를 주어진 서식지가 최대로 부양할 수 있는 생물체들의 풍도나 생물량으로 보고 이를 환경수용량으로 정의하였다. Konovalov(1999)는 반폐쇄 해양생태계에서 환경수용량은 해양이 오염물을 수용하고 전달하며 생태계에서 회복 불가능한 변화를 유발하지 않는 범위 내에서 자연적인 순환의 교란을 견디는 능력이라고 정의하였으며, Christensen and Pauly (1998)는 환경수용량은 대상 생태계의 일차생산력과 먹이망 구조가 수용할 수 있는 생물량의 상한치로 정의하였다. 본 연구에서는 어업의 대상이 되는 어획대상어종에 한정하여 대상 생태계의 일차생산력과 먹이망구조가 수용할 수 있는 어획대상어종의 생물량 상한치를 어획대상 환경수용량으로 정의하였다.

환경수용량의 추정 방법에는 해수유동모형과 수질/생태모델을 결합하는 방법이나 생태계 내 종간의 피포식 관계를 고려하는 질량균형모델을 사용하는 생태계 기반 추정방법과 생태계에 대한 고려없이 어획량이나 어획노력량 등 어업자료를 사용하는 개체군 기반 추정방법이 있다(Kang, 2003).

생태계 기반 추정방법 중 해수유동모형과 수질/생태모델을 이용한 연구로는 어류에 의한 수질오염을 고려하여 양식장의 밀도를 추정하는 연구 (Li et al., 1994), 적조가 발생하는 만의 수세율과 수질항목을 고려하여 양식장의 수용력을 추정하는 연구(Lee et al., 2003)가 있었다. 질량균형모델을 사용하는 방법으로 Christensen and Pauly (1998)는 질량균형모델 중 하나인 Ecopath 모델을 중동부 태평양과 멕시코 만 북부 대륙붕에 적용하여 총 호흡량이 일차생산량과 쇄설물 유입량의 합과 일치할 때의 생체량을 환경수용량으로 간주하였다. 이 방법을 사용하여 Kang (2003)은 방죽포 쇄파대생태계의 환경수용력을 추정하여 적정 수산자원 방류량을 산정하였다. Vasconcellos and Gasalla (2001)는 EwE(Ecopath with Ecosim) 모델(Christensen and Walters, 2004)을 사용하여 멸치어업의 어획강도 변화에 따른 브라질 남부 생태계의 환경수용량을 추정하였다. Lee(2014)는 EwE모델을 사용하여 한국 서해에 대한 어획대상어종의 그룹별 환경수용량과 잠재생산량을 추정한바 있다.

개체군 기반 추정방법에는 잠재생산량 추정식 (Gulland, 1971)으로부터 환경수용량을 역으로 추정하는 방법과 로지스틱방정식의 파라미터 K를 추정하는 방법(Odum, 1953)이 있다. Pyo(2006)는 현재까지 개발된 잉여생산량모델들을 우리나라 멸치자원에 적용하여 환경수용력(K)을 포함한 여러 추정치들을 비교·분석하였다. Kim(2016)은 Fox모델과 ASPIC 모델, 최대엔트로피모델 등 잉여생산량모델을 이용하는 총생산량 분석법, 어종별 자원평가자료를 활용하는 개체군생산량 분석법, 어업별 자원평가자료를 활용하는 어업생산량 분석법 등 세가지의 개체군 기반 모델들을 사용해서 서해 생태계의 환경수용량과 잠재생산량을 추정하였다. 그러나, 서해 생태계의 환경수용량 추정연구에서는 여러 다른 방법들로 추정된 서해 생태계의 환경수용량 추정치들에 대한 비교·분석이 되지 않아서 각 추정치의 신뢰성을 입증하기가 힘들다.

본 연구에서는 1)생태계 기반 분석방법과 개체군 기반 분석방법을 비교·분석하고 2)우리나라 남해 생태계에 대하여 생태계 모델링 방법(EMM)과 개체군 기반 모델을 활용한 통합생산량 분석법 (HPM)에 의해 어획대상 환경수용량을 추정하였다. 또한 3)각 방법별 추정치를 비교·분석하여 가장 합리적인 어획대상 환경수용량을 선정하고 4)추정방법과 자료의 신뢰도를 향상시키기 위한 방안을 제시하였다.

본 연구에서는 남해 생태계의 ECC를 추정하기 위해 생태계 모델링 방법 (EMM)과 통합생산량 분석법 (HPM)을 사용하였다. EMM에서는 P/B, Q/B, 먹이조성 등과 같은 생태학적 파라미터들을 입력자료로 사용하여 Ecopath 모델에서 남해 생태계의 구조를 분석한 후 Ecosim 모델의 시뮬레이션을 통해 순간어획사망계수(F)가 0일 때의 분류군별 자원량이 수렴하는 지점을 ECC로 간주하여 추정하였다. 그 결과 <Table 4>와 같이 EMM에 의한 남해 생태계의 ECC는 4.6 백만톤으로 추정되었다.

기초생산력, 영양단계, 영양효율을 고려하여 대상 해역의 어업생산력을 개략적으로 추정하는 Ryther (1969)의 방법을 남해 생태계에 대하여 연근해 해역을 183,700km², 용승해역을 3,500km²로 적용한 결과, 어류생산량 (fish production)이 1.9백만톤으로 추정되었으며, 이 값을 Schaefer 모델에서 최대생산량을 ECC의 1/2 수준에서 얻을 수 있다는 가정을 통해 남해 생태계의 ECC가 3.8백만톤으로 추정되었다. 이 값은 EMM으로 추정된 ECC 4.6백만톤과 비교해 약 79% 수준으로 비교적 근사하였다. 이러한 추정치의 차이는 Ryther방법에서는 대상해역의 평균 TL과 영양효율 값을 사용한 반면, EMM에서는 Ecopath로부터 추정되는 분류군별 TL과 영양효율값을 사용하였기 때문에 발생한 것으로 판단된다.

Christensen and Pauly (1998)의 연구에서는 환경수용량을 추정하기 위해 최상위포식자 그룹의 생체량을 임의로 증가시키고, 모든 중간소비자 그룹 (최상위포식자 그룹을 제외한 모든 소비자 그룹) 생산량의 95%가 포식자의 먹이로 이용되었다고 가정하고 (EE가 0.95), 이 포식자그룹을 유지시키기 위한 중간소비자의 생체량을 Ecopath 모델을 이용하여 추정하였다. 또한 모델의 안정화를 위해 20% 범위내로 입력 파라미터의 조정을 허용했다. 반면, EMM에서는 최상위포식자 그룹에 대한 임의의 자원량 변동과 EE가 0.95라는 가정없이 Ecosim 시뮬레이션을 이용하여 어획량이 없다는 가정하에 1960년대 말의 생태계가 스스로 안정화되는 시점의 그룹별 생체량을 환경수용량으로 추정한 것으로 볼 떄, 본 연구의 방법이 보다 합리적인 환경수용량 추정방법이라 생각된다.

HPM에서는 최대엔트로피모델을 적용하여 어획대상 어종의 어획량과 표준화된 어획노력량 자료를 이용해 추정되는 파라미터 K를 ECC로 간주하여 남해 생태계의 ECC를 5.1 백만톤으로 추정하였다.

따라서 EMM과 HPM의 ECC 추정치를 비교해 볼 때, HPM에 의해 추정된 ECC 값이 EMM보다 약 11% 많았다. 이 차이는 생태계 내 어종군간의 먹이관계를 고려한 EMM의 추정방법과 전체 어종의 자원역학만을 고려한 HPM 추정방법 자체의 차이로 인해 발생했을 것으로 판단된다. 본 연구에서 ECC 추정을 위해 사용된 EMM과 HPM의 추정방법을 종합적으로 고려해 볼 떄, 상대적으로 적은 가정과 파라미터를 사용하는 HPM의 ECC 추정치 5.1백만톤이 보다 합리적인 것으로 판단된다.

그러나 본 연구에서 EMM과 HPM을 적용함에 있어서 다음과 같은 문제점들이 있었다. EMM에 사용된 EwE의 입력 파라미터들에 대한 국내의 연구가 부족하여, 주로 EwE에 대한 기존의 외국문헌자료를 참고하였다. 뿐만 아니라 해양생태계에 중요한 위치에 있는 바다새에 대한 고려가 없었으며, 생태학적으로 중요한 위치에 있는 식물플랑크톤과 동물플랑크톤에 대한 분류군을 세분화 시키지 못하였다.

HPM의 경우 모델의 입력자료로 사용된 통계청의 어획량 자료는 불법·비보고·비규제 (IUU)어업, 폐기량, 생계어업, 낚시, 갯벌체험 등에 의한 어획량 자료가 미포함되어 어획대상 환경수용량이 과소 추정되었을 가능성이 있다. 또한 어획노력량 표준화시 연도별 어업성능 향상에 대한 해외의 기술계수를 우리나라 어선 톤수에 외삽함에 따라 어획노력량에 대한 신뢰성이 감소하였다.

본 연구에서 EMM으로 추정된 ECC의 신뢰성을 보완하기 위해서는 EwE의 입력 파라미터인 P/B, Q/B 등 주요 생태학적 자료를 남해 생태계에 맞는 자료를 수집해야 하고, 생태학적으로 중요한 위치에 있는 식물플랑크톤을 소형, 중형, 대형, 동물플랑크톤을 소형, 대형, 포식형 등 분류군을 세분화할 필요가 있다. 뿐만 아니라 바다새와 포유류에 대한 보다 신뢰성 있는 입력 파라미터 추정이 필요하다. HPM의 신뢰성 향상을 위해서는 한국의 실정에 맞는 기술계수를 추정하여 어획노력량을 표준화해야 하며, 미집계된 어획량에 대한 어획량재구축 연구가 필요하다.

수산자원을 효율적으로 평가하고 관리하기 위해서는 반드시 자원량이 어떻게 변동하는가를 파악하고 그 자원이 현재 어느 수준에 있는 가를 본 연구에서 추정된 ECC를 자원관리의 지표로 사용하여 판단해야한다. 즉 추정된 ECC를 통해 구해진 잠재생산량을 자원관리 목표로 설정하여 자원관리에 적극적으로 활용할 수 있다. [Fig. 6]의 노력량과 자원수준을 함께 고려할 때 자원을 ECC 수준인 1960년대 상태로 회복시키기 위해서는 어획강도를 E/EMSY<1수준으로 감소시켜 (노란색 영역) 자원의 회복력을 복원하여 자원을 B/BMSY>1상태로 회복시켜야 한다 (초록색 영역). 나아가 남해 뿐만 아니라 전 해역에 대한 ECC를 추정하여 우리나라 전체에 대한 자원관리 지표를 만들 필요가 있다.