제주도 북촌해역에 시설된 하우스형 인공어초의 자원조성 효과

Ⅰ. 서 론

인공어초란 수중에 인공적으로 수산생물의 산란, 서식장을 조성하기 위하여 시설되는 각종 구조물을 말하며, 인공어초 어장이란 수산생물의 어획증대, 조업의 효율화 및 자원의 보호와 배양을 목적으로 인공어초를 계획적으로 배치하여 조성한 어장이다(Lee and kang, 1994). 우리나라에서 인공어초 사업은 1971년에 시작되었으며 사업초기(70년대 초)에는 불법어업 방지를 목적으로 이루어 졌으나 80년대에 들어서면서 자원조성을 주목적으로 진행되고 있다. 인공어초 사업에는 현재까지(‘16년) 총1,152억원의 예산이 투입되어 전국연안에 226,611ha의 인공어초 어장을 조성하였으며, 여기에 사용된 인공어초의 종류는 79종이다. 수산생물이 인공어초에 모여드는 이유에 대하여는 다양한 학설이 제기되고 있지만 주된 이유는 인공어초가 수산생물의 서식에 적합한 환경을 제공하기 때문이다.

인공어초는 부착생물에 기질을 제공하고 다양한 생물들의 섭이 및 산란장을 제공할 뿐만 아니라 어린 자·치어의 성육장으로 이용된다(Okamoto et al., 1979; Hueckel, 1980; Buckley and Hueckel, 1985). 인공어초의 소재는 자연석, 목재, 강제, 콘크리트, 석화콘크리트와 세라믹, 황토 등 매우 다양하며 각각의 소재에 따라 기능과 용도가 다르게 적용된다. 최근에는 인공어초 시설이 외해역으로 확대되면서 시설수심이 점차 깊어지고 있으며 인공어초를 서식지로 하는 생물이 다양화되고 있다. 따라서 대상종의 생태에 적합한 기능을 가진 인공어초 개발 필요성이 제기되고 있어 자유로운 설계가 가능한 강제어초 시설이 확대되고 있다. 인공어초의 자원조성 효과를 평가하기 위한 방법으로는 전통적으로 시험어획에 의한 방법이 널리 사용되어 왔으나(Lee and Kang, 1994; Hwang and Jang, 2014) 최근에는 과학어군탐기에 의한 어군량 산정방법(Hwang et al., 2004), 수중촬영에 의한 방법(Edgar and Barrett, 1997; Guidetti et al., 2002; Akamatus et al. 2003; Oh et al., 2010), 음향소나를 이용하는 방법(Kang et al., 2008; Kim et al., 2011) 등 다양한 방법이 적용되고 있고 또한 부착생물인 저서동물과 해조류에 대하여는 직접 채집하여 정량 분석하는 파괴적 방법과 수중촬영에 의한 비파괴적 방법이 사용된다. 우리나라의 인공어초 연구는 조성된 인공어초 어장의 어획효과와 시설상태 위주의 연구가 주를 이루고 있어 인공어초 어장의 어획생산과 대형저서동물, 해조류 등의 생산효과를 동시한 연구한 사례는 흔치 않다. 최근 제주도 연안어장은 수온상승(Seong et al., 2010; Seong et al., 2014)으로 인한 갯녹음 현상이 확산되면서 수산동물의 서식장 및 산란장 등이 감소하고 있고(Chung, 1998; Kim et al., 2002; Watanuki and Yamamoto, 1990; Tsutsui et al., 1996) 남획에 의한 수산자원 감소로 자원회복이 시급한 실정이다.

이 연구는 제주도 북촌연안에 시설된 하우스형 인공어초의 어획생산 효과, 부착동물, 해조류 천이과정을 조사하여 인공어초의 자원조성 효과를 파악하기 위해 시도되었다.

Ⅱ 재료 및 방법

인공어초는 2014년 10월 제주도 제주시 조천읍 북촌리(33°33.523′N, 126°41.310′E) 연안해역 수심 14m의 평탄한 사질대에 29개를 시설했다. 하우스형 인공어초의 폭은 2.4m, 길이 3.5m, 높이 1.4m 규격으로 강재와 콘크리트, 자연석을 혼합하여 제작되었으며 1개당 중량은 8.34톤이다([Fig. 1]). 조사는 2015년 4월, 6월, 8월, 10월과 2016년 4월, 6월, 8월, 10월 총8회에 걸쳐 조사했다. 인공어초 어장의 어획생산 조사는 제주도에서 일반적으로 사용하고 있는 길이 50m, 높이 2m인 자망 4폭을 인공어초 시설어장과 북측방향으로 2km 떨어진 자연초어장, 그리고 남측방향으로 2km 떨어진 대조구어장(인공어초 시설어장과 비슷한 수심과 저질을 형성한 해역)에 일몰 시 투망하고 익일 일출 시 양망하였으며 어구의 침지시간은 12시간을 기준으로 했다. 인공어초에 부착한 부착생물 조사는 50×50cm 방형구를 이용하여 채집구역을 구획한 다음, 채집생물의 유실을 방지하기 위해 공기로 흡입하도록 특수 제작된 부착생물 채집기([Fig. 2])를 이용해 파괴적 방법으로 채집하였다. 채집된 샘플은 10% 포르마린으로 고정하여 실험실로 옮긴 후 대형저서동물은 현미경하에서 종 수준까지 동정했으며 분석된 대형저서동물은 단위면적당 생물량으로 환산하여 나타냈다. 해조류는 부착동물 조사와 같이 50×50cm 방형구를 이용해 파괴적 방법으로 채집하였으며 10%로 포르마린으로 고정하여 실험실에서 동정하였다. 조사해역의 수질환경은 해양환경관리공단에서 계절별로 관측된 자료(https://www.koem.or.kr)를 이용하였다.

[Fig. 1]

House type artificial reef used in the experiment.

[Fig. 2]

Attachment bio-sampling device and sampling scene.

Ⅲ. 결 과

1. 조사지의 수질환경

조사지의 수온은 년중 13.58~24.02℃로 2월 저층에서 가장 낮고 8월 표층에서 가장 높은 수온을 보였으며 염분은 30.04~34.28psu로 2월에 높고 8월 표층에서 가장 낮은 값을 보였다. pH는 8.06~8.28범위로 8월 저층에서 가장 낮고 5월 표층에서 가장 높은 값을 보였다. 용존산소는 7.30~9.36㎎/L 범위로 11월 저층에서 가장 낮았고 5월 표층에서 가장 높았다. 용존성무기질소(DIN)는 42.8~107.3㎍/L로 5월 표층에서 가장 낮았고 11월 표층에서 가장 높았다. 용존성무기인(DIP)은 1.1~10.5㎍/L로 5월 저층에서 가장 낮았고 11월 표층에서 가장 높았다. Chl-a는 0.23~3.00㎍/L로 2월 표층에서 가장 낮았고 11월 표층에서 가장 높은 농도를 보였다(<Table 1>).

<Table 1>

Seasonal changes in seawater quality at the survey site

2. 어획생산 효과

인공어초 시설어장의 어획량이 주변 자연초어장과 대조구어장에 비해 어떤 차이를 보이는가를 파악하기 위해 각각의 어장에서 자망을 이용해 어획된 단위노력당어획량(CPUE; Catch Per Unit Effort)을 조사한 결과, 인공어초 어장의 어획량은 1,339.5g (7.9마리)/폭으로 자연초어장의 2,348.9g(11.7마리)/폭에 비해서는 낮은 어획량을 보였으나 대조구의 1,055.3g(7.5마리)/폭에 비해서는 1.3배의 높은 어획량을 보였다([Fig. 3]).

[Fig. 3]

Comparison of fish catches by fishing grounds.

이와 같은 현상은 자연초어장인 경우 오래전부터 매우 안정적인 어장이 형성되었으나 인공어초 어장은 어장조성 시기가 2년 정도밖에 지나지 않아 자연초어장에 비해 어획량이 상대적으로 낮은 것으로 평가된다. 조사 시기별 어획량은 인공어초 시설어장의 경우 인공어초 시설 후 8개월이 경과한 2015년 6월에 3,634.6g/폭으로 가장 높은 어획량을 보였고 2015년 10월에 가장 낮은 어획량을 보였으며 이후 어획량은 점진적으로 증가하기 시작해 2016년 10월에는 1,382.3g/폭까지 증가했다. 한편 자연초어장에서는 2015년 10월에 가장 높은 7,096.4g/폭의 어획량을 보여 조사기간 동안 3개 어장 중 가장 높은 어획량을 보였으며 2016년 4월에 1,270.6g으로 가장 낮은 어획량을 보였고 계절별 어획량 변화는 뚜렸한 경향을 나타내지 않았다. 2015년 10월에 어획량이 급격히 증가한 원인은 소라(Turbo cornutus)의 대량 어획에 기인한다. 대조구어장에서는 2015년 4월에 1,564.7g/폭으로 가장 높은 어획량을 보였으며 2016년 4월에 가장 낮은 어획량을 보여 2015년 10월과 2016년 6월을 제외하면 모든 계절에 걸쳐 3개 어장 중 가장 낮은 어획량을 보였다([Fig. 4]).

[Fig. 4]

Comparison of fishing catches by fishing grounds and survey periods.

한편 인공어초 어장에서 어획된 종은 어류 40종, 연체동물 5종, 절지동물 3종, 극피동물 1종으로 총 49종이 출현하였으며 상위 우점종은 소라 34.4%, 쥐치(Stephanolepis cirrhifer) 14.0%, 말쥐치(Thamnaconus modestus) 9.7%, 쏨뱅이(Sebastiscus marmoratus) 6.5%, 참돔(Pagrus major) 3.6%, 황놀래기(Pseudolabrus sieboldi) 2.5%, 매퉁이(Saurida macrolepis) 1.8%, 호박돔(Choerodon azurio), 볼락(Sebastes inermis)이 각각 1.1%, 개볼락(Sebastes pachycephalus) 1.1%, 벵에돔(Girella punctata Gray) 1.1% 순으로 어획되었다([Fig. 5]).

[Fig. 5]

Occurrence frequency of fish caught in artificial reefs area.

3. 대형저서동물 생산효과

조사기간 동안 인공어초 표면에 부착하고 있는 대형저서동물은 자포동물 2종, 태형동물 7종, 성구동물 1종, 환형동물 4종, 연체동물 49종, 절지동물 14종, 극피동물 4종 등 총 81종이 출현하였다. 시기별 출현종수는 인공어초 시설초기인 2015년 4월부터 10월에는 대형저서동물이 6~10종만이 출현하였으나 이후 시간이 경과하면서 2016년 4월에는 19종이 출현하여 종이 급격하게 증가하였고 2016년 6월에 32종으로 조사기간 중 가장 많은 종이 출현하였다. 이후 8월과 10월에는 각각 19종이 출현하였다. 출현밀도 또한 2015년부터 2016년 4월까지는 14~104개체/㎡ 범위로 대체로 적은 밀도를 보였으나 2016년 6월에는 220개체/㎡로 급증하였다.

이후 8월과 11월에는 111개체/㎡에서 189개체/㎡ 범위를 보였다([Fig. 6]). 주요 출현종은 얼룩덜룩갈줄고둥(Bittium alutaceum)이 19.3%로 가장 많이 출현하였고 둥근입얼룩고둥(Cantharidus jessoensis) 8.3%, 볼록손참엽새우(Amphitoe valida) 7.6%, 개적구(Modiolus nipponicus) 7.1%, 두줄얼룩고둥(Cantharidus callichroa bisbalteatus) 5.7%, 연두군부(Ischnochiton comptus) 3.2%, 분홍갯가꼬마새우(Eualus spathulirostris) 2.8%, 예뿐눈알고둥(Turbo excellens) 2.4% 순으로 나타났다([Fig. 7]).

[Fig. 6]

Seasonal changes in the number of species and number of populations of benthic animals attached to artificial reefs.

[Fig. 7]

Frequency of benthic animals attached to artificial reefs.

4. 해조류 생산효과

인공어초에 부착한 해조류는 녹조류 6종, 갈조류 3종 홍조류 31종으로 총 40종이 출현하였다. 생물량에 따른 우점종은 263.5g/㎡(71.7%)의 생물량을 보인 감태였으며 불래기말(Colpomenia sinuosa)이 준우점종(49.1g/㎡, 13.3%)으로 나타났고 이외에도 진분홍딱지(Hildenbrandita rubra) 23.6g/㎡(6.4%), 고리마디게발(Amphiroa beauvoisii) 9.6g/㎡(2.6%), 낭과쩍(Synarthrophyton chejuensis) 4.5g/㎡(1.2%), 둥근띠게발 3.6g/㎡(1.0%) 순의 생물량을 보였다(<Table 2>).

<Table 2>

Changes in the standing crop of seaweeds attached to artificial reefs

시기별 출현종수는 2015년 4월에 9종이 출현하였고 6월에는 5종이 출현하였다. 이후 출현종은 꾸준히 증가해 2015년 8월에 9종, 10월에 10종, 2016년 5월에 13종으로 나타났고 조사가 끝나는 2016년 10월에는 14종이 출현하여 조사기간 중 가장 많은 종수를 보였다([Fig. 8]). 출현 해조류 중 해중림을 구성하는 대형 갈조류인 감태는 2015년 8월부터 출현하기 시작해 조사가 끝나는 2016년 10월까지 현존량의 차이는 있지만 단위면적당 72.69~1,108.52g/㎡ 범위로 꾸준히 출현하였다. 한편 2016년 8월에는 새로운 유엽들이 출현([Fig. 9]의 우측 하단)하기 시작해 재생산이 이뤄지고 있음을 시사하고 있으며 조사가 끝날 때까지 양호한 감태 해중림이 조성되었다([Fig. 9]).

[Fig. 8]

Changes in appearance of seaweeds attached to artificial reefs.

[Fig. 9]

Status of marine forest formation in artificial reefs after 16 months of the installation.

Ⅳ. 고 찰

일반적으로 인공어초 시설어장의 어획생산 효과는 인공어초가 시설되지 않은 어장에 비해 1.3~2.3배 정도의 어획생산 효과가 있는 것으로 평가되어 왔다(Kim et al. 1999). 이 연구에서 인공어초 시설어장의 평균 폭당 어획량(CPUE)은 1,339.5g(7.9마리)/폭으로 자연초의 2,348.9g(11.7마리)/폭 보다는 낮았으나 인근의 인공어초가 시설되지 않은 대조구의 1,055.3g(7.5마리)보다는 1.3배의 높은 어획량을 보였다. Park et al(2003) 등은 서해안 잠보형어초 시설어장에서 어획효과를 비교한 결과, 인공어초어장에서 2,143.9g(12.0마리)/폭, 자연초어장에서 1,294.6g(6.8마리)/폭, 대조구에서 794.7g(6.0마리)/폭을 어획하여 인공어초 시설어장은 자연초에 비해 1.7배, 대조구에 비해 2.7배의 어획생산 효과를 보였다고 보인다고 하였다. 또한 Park et al.(2000)은 서해안 오창도, 말도, 위도에 시설된 인공어초어장에서 삼중자망, 연승, 통발 등 다양한 어구를 사용하여 어획한 결과, 어획량은 인공어초 시설어장이 비교어장보다 1.6~1.8배가 높았다고 보고하고 있다. Choi(2013)도 태안 시범바다목장 내에 시설된 인공어초어장에서 어획량을 조사한 결과, 인공어초 시설어장이 대조구보다 1.98배의 어획증산 효과가 있었다고 보고하였다. 이 연구에서 인공어초어장의 어획량이 자연초어장보다 낮게 평가된 것은 서해안과는 달리 제주도 자연초어장은 불규칙하고 복잡한 구조를 가지고 있어 생물서식에 더 좋은 환경을 보이고 있는 것도 한 원인이며 또 다른 요인은 인공어초 시설 후 경과시간이 상대적으로 짧아(시설 후 2년 경과) 생태적으로 안정된 상태를 이루고 있지 못하는 것도 한 요인으로 생각된다. 그러나 Lee and Kang(1994)은 동, 서, 남해 및 제주도 해역에 시설된 인공어초 어장에 대하여 삼중자망을 이용하여 어획종을 조사한 결과, 총 45종을 기록하였으며 인공어초 종류별로는 사각어초어장에서 38종, 원통형어초어장에서 31종, 반구형어초어장에서 18종이 어획되었다고 보고하고 있다. 이 연구에서 하우스형 인공어초가 시설된 어장에서는 어류 40종, 연체동물 5종, 절지동물 3종, 극피동물 1종으로 총 49종이 출현하여 선행연구에서 보다도 많은 종이 출현하였고 특히 앞의 Lee and Kang(1994)은 어획어구로 어획강도가 높은 삼중자망을 사용한 반면, 이 연구에서는 홑자망을 이용하여 어획된 것과 비교하면 단순비교는 어렵지만 이 실험이 이뤄진 곳이 보다 다양한 종이 서식하고 있음을 알 수 있다. 인공어초에 부착한 저서동물에 대해 Lee et al.(2016)은 경북 포항시 장길리 해역에 시설된 뿔삼각형어초에서 저서동물을 조사한 결과 총 8문 54종의 출현하였으며 출현한 생물량은 22,224.4g/㎡ 였다고 보인다고 하였다. 특히 이들은 매회 조사시 출현종수가 12~23종이며 출현 개체수는 51~264 indi./㎡, 생물량은 752~3,880g/㎡이 출현하여 출현종은 시간이 경과할수록 감소하는 반면 개체수와 생물량은 급격히 증가하는 양상을 보였다고 하였다. Lee et al.(2016)의 연구결과를 이 연구와 비교할 때 출현종수와 개체수는 월등히 많았으나 생물량은 상대적으로 낮게 나타나고 있어 그들의 연구에서는 초대형 저서동물 출현량이 상대적으로 많이 나타난 것으로 판단된다. 조사기간 동안 하우스형어초에 출현한 해조류는 녹조류 5종, 갈조류 3종, 홍조류 32종 등 총40종이 출현하였으며 시기별로 보면 2015년 6월에 5종으로 가장 적었으며 조사가 끝나는 2016년 10월에 14종으로 가장 많았다. Niell(1979)은 온대해역의 기질에 착생하는 해조류의 군집형성 과정을 착생단계(Colonization phase), 천이과정단계(Channelling succession phase), 정상구조군집(Normal structured communities) 등 3단계로 구분하였고, Choi et al.(2006)은 인공어초 시설 후 초기천이과정(Early atage)에는 생활사가 빠른 창자파래(Enteromorpha intestinalis)와 불래기말이 우점하다 Second stage를 지나면서 해조상은 변화하고 약 2년 후가 되면 다년생 갈조류 위주로 우점하여 안정적인 천이패턴을 보인다고 하였다. 이 연구에서도 모란갈파래(Ulva conglobata) 등 파래류와 불레기말이 인공어초 시설초기에 부착하였으며 인공어초 시설 후 10개월이 경과하면서 감태가 출현하기 시작하여 이후 조사가 끝나는 2016년 10월까지 감태가 우점 출현하는 양상을 보여 안정적인 천이 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 이와 같이 하우스형 인공어초 시설어장은 어류 등 수산자원이 인공어초를 시설하지 않은 어장보다 풍부하고 또한 그들의 먹이생물인 대형저서동물 부착량이 많아 먹이가 풍족할 뿐만 아니라 해중림을 형성하는 대형 해조류가 다량으로 서식하고 있어 각종 수산생물이 서식처와 산란장, 먹이장, 은신처를 제공함으로서 자원조성 효과가 나타나고 있음을 알 수 있었다..

Ⅴ. 요 약

2014년 10월 제주도 북촌해역에 시설된 하우스형 인공어초의 자원조성 효과를 파악하기 위해 2015년 4월부터 2016년 10월까지 8회에 걸쳐 생물생산 효과를 분석하였다. 어획시험 결과, 어획량(CPUE)은 인공어초어장이 1,339.5g/폭, 자연초어장이 2,348.9g/폭, 대조구어장이 1,055.3g/폭으로 자연초어장이 가장 높게 나타났다. 하우스형어초에 부착한 저서동물은 자포동물 2종, 태형동물 7종, 성구동물 1종, 환형동물 4종, 연체동물 49종, 절지동물 14종, 극피동물 4종 등 총 81종이 출현하였으며 2016년 6월에 32종으로 가장 많은 종이 출현하였고 우점종은 얼룩덜룩갈줄고둥(Bittium alutaceum)이 19.3%로 가장 많았다. 인공어초에 부착한 해조류는 녹조류 6종, 갈조류 3종, 홍조류 31종 등 총 40종이 출현하였으며 주요 출현종은 감태(Ecklonia cava)였다. 인공어초 시설 후 16개월이 경과하면서 하우스형 인공어초에는 감태에 의한 양호한 해중림이 조성되었다. 따라서 바다목장 조성용으로 시설된 하우스형 인공어초는 대조구에 비해 어획효과가 높고, 어류의 먹이생물인 부착생물이 풍부하며, 해중림 조성으로 인한 서식처 제공으로 인해 자원조성 효과가 큰 것으로 나타났다.

Acknowledgments

※ 이 연구는 제주특별자치도 인공어초 어장관리 사업의 일환으로 연구되었음

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