동중국해 수산자원 분포와 현존량 추정에 관한 기초 연구 = A basic study on distribution and biomass estimation of fisheries resources in the East China Sea

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 동중국해 해역의 효율적인 수산자원관리와 지속적인 어획량 유지를 위하여 실시한 기초 연구의 일환으로, 전남대학교 실습선 새동백호(GT: 2,996 ton, HP: 3,500 kw)의 최첨단 조사 장비를 이용하여 이 해역의 해양 환경 특성과 수산 자원량 분포 조사를 실시하였다. 저층트롤 조사를 통해 어류의 종과 분포 정보를 파악하였고, 해수에서 eDNA 조사 방법을 이용하여 어종을 식별하고, 과학어군탐지기(Scientific fish finder, EK80, Simrad, Norway)를 이용한 조사 방법을 통해 계절별(월별)로 2022년 4월, 7월, 8월, 11월에 과학적 수산자원 조사를 실시하였다. 해양조사를 통해 수집한 자료를 이용하여 동중국해 해역의 수산자원 분포와 밀도를 파악하고, 본 연구를 통하여 조사해역에서 분포하고 있는 어종, 분포 위치, 분포 밀도 등 현존하는 수산 자원량의 평가 및 추정 기술을 발전시키고, 정도를 개선하고자 하였다. 수층별 수온·염분 측정기(Conductivity temperature depth with water sample, Sea bird SBE 911 Plus, Otronix, USA)를 이용한 해양 환경조사 결과, 해양 환경 변화에 따라 소해면적법을 이용한 저층트롤 조사에서 계절별(월별)로 어획된 출현종과 출현 밀도가 다르게 나타났다. 저층트롤을 이용한 수산자원 조사 결과, 동중국해 조사해역에서 계절별(월별)로 어획된 생물의 총 출현 종수는 어류 21종, 갑각류 6종, 두족류 6종, 극피동물류가 2종 출현하였다. 8월에 생물의 출현 종수는 22종으로 가장 많았고, 4월에는 생물의 출현 종수가 9종으로 가장 적었다. 분류군별 개체수는 갑각류가 전체의 50.4 %로 최우점하였고, 어류가 42.7 %, 두족류가 4.4 %, 극피동물류가 2.6 %의 분포를 나타내었다. 생체량은 어류가 전체의 52.4 %로 최우점하였고, 갑각류가 29.3 %, 극피동물류가 13.5 %, 두족류가 4.8 %의 분포를 나타내었다. 동중국해 조사해역에서 어획된 갑각류의 출현 개체수를 파악한 결과, 깨다시꽃게(Ovalipes punctatus)와 꽃게(Portunus trituberculatus)가 우점하였다. 두족류의 출현 개체수를 살펴보면, 반원니꼴뚜기(Loliolus japonica)와 살오징어(Todarodes pacificus), 매오징어(Watasenia scintillans)가 우점하였다. 어류의 출현 개체수를 파악한 결과, 전갱이(Trachurus japonicus)와 갈치(Trichiurus lepturus), 민어(Sciaenidae), 성대(Chelidonichthys spinosus) 순으로 우점하였다. 소해면적법을 이용한 계절별(월별) 총 단위 면적당 평균 개체수 밀도는 4월에 84.8 (inds./km2)로 가장 낮게 나타났고, 11월에 809.0 (inds./km2)로 가장 높게 나타났다. 계절별(월별) 총 단위 면적당 평균 생체량 밀도는 동일하게 4월에 7,516.7 (g/km2)로 가장 낮게 나타났고, 11월에 52,057.4 (g/km2)로 가장 높게 나타났다. 과학어군탐지기의 38 kHz와 120 kHz 주파수 차이를 이용하여 어류의 음향자료를 추출하고, 추출된 자료의 우점종에 대한 계절별(월별) 수산자원의 시․공간분포를 면적 산란계수(Nautical Area Scattering Coefficient, NASC, m2/nmi2)로 나타낸 결과, 7월에 65.80 m2/nmi2, 11월에 70.10 m2/nmi2로 높게 나타났으며, 4월에 6.63 m2/nmi2, 8월에 0.23 m2/nmi2로 상대적으로 낮게 나타났다. NASC 값을 이용하여 계절별(월별) 우점종의 음향 분포 밀도를 추정한 결과, 4월에 꽃게(P. trituberculatus)가 0.021 g/m2로 나타났고, 7월에 갈치(T. lepturus)가 0.007 g/m2, 고등어(Scomber japonicus) 0.451 g/m2, 전갱이(T. japonicus) 0.335 g/m2로 나타났다. 또한, 8월에 갈치(T. lepturus)가 0.001 g/m2, 고등어(S. japonicus) 0.255 g/m2, 전갱이(T. japonicus) 0.248 g/m2로 나타났으며, 11월에는 병어(Pampus argenteus)가 1.709 g/m2로 나타났다. eDNA를 이용한 메타바코팅 분석 기술로 어종을 식별한 결과, 계절별(월별) 우점종은 4월에 고등어(S. japonicus), 날개다랑어(Thunnus alalunga), 멸치(Engraulis japonicus), 쥐노래미(Hexagrammos otakii)로 나타났고, 7월에는 날개다랑어(T. alalunga), 멸치(E. japonicus)로 나타났다. 또한, 8월에는 다랑어(Thunnini), 멸치(E. japonicus)로 나타났으며, 11월에는 참다랑어(Thunnus orientalis), 날개다랑어(T. alalunga), 멸치(E. japonicus)로 나타났다. eDNA와 과학어군탐지기를 결합한 계절별(월별) 우점종의 평균 밀도는 4월에 고등어(S. japonicus) 0.043 g/m2, 날개다랑어(T. alalunga) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2, 쥐노래미(H. otakii) 0.173 g/m2로 나타났다. 7월에는 날개다랑어(T. alalunga) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2로 나타났고, 8월에는 다랑어(Thunnini) 0.085 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.020 g/m2로 나타났다. 또한, 11월에는 참다랑어(T. orientlis) 0.057 g/m2, 날개다랑어(T. alalunga) 0.057 g/m2, 멸치(E. japonicus) 0.013 g/m2로 나타났다. 저층트롤 어구를 이용한 어획 조사 결과, 계절별(월별)로 어획된 출현종과 밀도가 다르게 나타났고, 어획 자료를 기반으로 한 우점종의 음향 분포 밀도와 과학어군탐지기 및 eDNA를 결합한 밀도도 계절별(월별)로 다르게 나타났다. 또한, eDNA를 이용한 메타바코딩 분석 기술로 어종을 식별한 결과, 계절별(월별) 우점종이 상이하게 나타났다. 이것은 동중국해 해역에 있어서 해양의 물리화학적 요소, 해류, 서식종 등이 다양하게 변화함과 동시에, 수산 자원량 추정 방법 그리고 식별된 우점종이 상이함에 따라 분포 특성의 차이가 나타난 것으로 생각된다. 본 연구의 결과는 동중국해 해역에서 해양 환경 변화에 따른 어류의 출현종을 파악하는 기초 자료로 이용할 수 있고, 나아가 과학어군탐지기를 이용한 수산자원의 밀도 추정 기술, eDNA를 이용한 어류의 식별 기술 등과 함께, 과학어군탐지기를 이용한 음향 조사에서 물리적 제약에 의해 발생하는 저층 음향 불능 구간(해저 데드존, Bottom Dead Zone)에서 수산 자원량 추정을 저층트롤 어구의 소해면적법으로 추정하여 조사대상 해역의 수산 자원량 평가 기술을 개선하는 기초 연구로 활용될 것이라고 판단된다. 또한, 최근에 새로 도입된 최첨단 트롤 모니터링 시스템과 같은 최첨단 장비는 보다 정확한 자원량 추정을 가능하게 하여, 해양에서의 수산자원평가 기술의 발전과 더불어 추정한 수산 자원량 정도의 신뢰도가 개선될 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As part of the basic research conducted to efficiently manage fishery resources and maintain sustainable catch in the East China Sea, this study conducted a survey on the characteristics of the marine environment and the distribution of fishery resources in this area using state-of-the-art research equipment of T/S SAEDONGBAEK (GT: 2,996 tons, HP: 3,500 kw, Chonnam National University). Distributions of fish species were confirmed using bottom trawl and scientific fish finder (EK80, Simrad, Norway). Each species was identified using the eDNA method in seawater. We conducted seasonal (monthly) surveys (April, July, August, and November 2022) using these methods. Using the data collected through marine survey, we tried to understand the distribution and density of fishery resources in the East China Sea, develop technologies for evaluating and estimating existing fishery resources such as fish species, distribution location, and density in the survey area, and improve the degree. Results of the marine environment survey using a conductivity, temperature, depth profile with water sampler (CTD, Sea bird SBE 911 Plus, Otronix, USA) showed different occurrence densities compared to those of the seasonal (monthly) caught species in the bottom-trawl survey using the swept area method. The total number of fish species caught seasonally (monthly) in the East China Sea was 21 teleosteis, 6 crustaceans, 6 cephalopods, and 2 echinoderms. In August, the number of species occurred the most with 22 species, and in April, the number of species occurred the least, with 9 species. As for individuals by taxon, crustacean ranked first with 50.4 % of the total, followed by teleostei with 42.7 %, cephalopods with 4.4 %, and echinodermata with 2.6 %. As for biomass by taxon, teleostei ranked first with 52.4 % of the total, followed by crustacean with 29.3 %, echinodermata with 13.5 %, and cephalopods with 4.8 %. Furthermore, as a result of occurrence individuals of crustaceans caught in the survey area, Ovalipes punctatus and Portunus trituberculatus dominated. As a result of the occurrence individuals of cephalopods, Loliolus japonica, Todarodes pacificus, and Watasenia scintillans dominated. And as a result of the occurrence individuals of teleosteis, the dominant position was in the order of Trachurus japonicus, Trichiurus lepturus, Sciaenidae, and Chelidonichthys spinosus. The average density of individuals per seasonal (monthly) total unit area using the swept area method was the lowest at 84.8 (inds./km2) in April, and the highest at 809.0 (inds./km2) in November. The average density of biomass per seasonal (monthly) total unit area was similarly the lowest at 7,516.7 (g/km2) in April, and the highest at 52,057.4 (g/km2) in November. Using the 38 kHz and 120 kHz frequency differences of the scientific fish finder, the sound data of teleostei was extracted, and the spatiotemporal distribution of seasonal (monthly) aquatic resources for the dominant species of the extracted data was calculated as the nautical area scattering coefficient (NASC, m2/nmi2). The NASC results were high at 65.80 m2/nmi2 in July and 70.10 m2/nmi2 in November, while relatively low at 6.63 m2/nmi2 in April and 0.23 m2/nmi2 in August. Also, as a result of estimating the sound distribution of seasonal (monthly) density of dominant species using NASC, P. trituberculatus was found to be 0.021 g/m2 in April, T. lepturus was found to be 0.007 g/m2, Scomber japonicus was 0.451 g/m2, and T. japonicus was 0.335 g/m2 in July. In August, T. lepturus was found to be 0.001 g/m2, S. japonicus was 0.255 g/m2, T. japonicus was 0.248 g/m2, and Pampus argenteus was found to be 1.709 g/m2 in November. According to the identification of fish species using eDNA, the seasonal (monthly) dominant species were S. japonicus, Thunnus alalunga, Engraulis japonicus, Hexagrammos otakii in April, and T. alalunga and E. japonicus in July, Thunnini and E. japonicus in August, and Thunnus orientalis, T. alalunga and E. japonicus in November. The average density of seasonal (monthly) dominant species combined with eDNA and scientific fish finder was 0.043 g/m2 for S. japonicus, 0.085 g/m2 for T. alunga, 0.020 g/m2 for E. japonicus, and 0.173 g/m2 for H. otakii. In July, the average density of the species was 0.085 g/m2 for T. alunga, 0.085 g/m2 for E. japonicus, and 0.020 g/m2 for Thunnini, and 0.020 g/m2 for E. japonicus in August. In addition, in November, the average density of T. alunga was 0.057 g/m2 for T. alunga, and 0.013 g/m2 for E. japonicus. As a result of the catch survey using bottom-trawl gear, the seasonal (monthly) occurrence of species and caught density were different, and the sound distribution density of dominant species using catch data, as well as the density combining scientific fish finder and eDNA method, were also different by season (month). Additionally, fish species identification using metabarcoding analysis technology using eDNA revealed that seasonal (monthly) dominant species differed. This is thought to be due to various changes in the physicochemical factors, currents, and habitat of species in the ocean in the East China Sea, as well as differences in the method of estimating fishery resources and the identified dominant species. The results of this study can be used as basic data to identify the fish species occurring in the East China Sea due to changes in the marine environment, and furthermore, together with the technology to estimate and identify the density of fishery resources using scientific fish finder and eDNA. Also, it is believed that it will be used as a basic study to improve the assessment technology of fishery resources in the study area of the bottom dead zone caused by physical constraints in the acoustic survey using scientific fish finder. And cutting-edge equipment, such as the recently introduced state-of-the-art trawl monitoring system, is expected to improve the reliability of the estimated amount of fishery resources along with the development of fishery resource evaluation technology in the ocean.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1. 동중국해 해역의 특성과 연구조사 현황 1
• 2. 수산자원 조사 방법 6
• 3. 연구 배경 및 목적 9
• 제2장 수산 자원량 추정 방법 및 이론 10
• 1. 트롤 어구 소해면적법을 이용한 자원량 추정법 10
• 2. 과학어군탐지기를 이용한 자원량 추정법 13
• 3. eDNA를 이용한 어종 식별법 20
• 제3장 재료 및 방법 23
• 1. 트롤 어구를 이용한 수산자원 조사 23
• 가. 조사해역 및 시기 23
• 나. 트롤 어구 설계 구성 25
• 다. 트롤 모니터링 시스템 구성 27
• 라. 소해면적법을 이용한 수산 자원량 추정 32
• 2. 과학어군탐지기를 이용한 수산자원 조사 34
• 가. 조사해역 및 정선 34
• 나. 과학어군탐지기 시스템의 구성 및 자료 수집 35
• 다. 과학어군탐지기 자료 분석 38
• 라. 다중주파수 차이를 이용한 어종 식별 41
• 마. 과학어군탐지기를 이용한 음향 분포 밀도 추정 46
• 3. eDNA와 과학어군탐지기를 이용한 수산자원 조사 49
• 가. eDNA 조사 49
• 제4장 결과 58
• 1. 트롤 어구를 이용한 수산자원 평가 58
• 가. 계절별(월별) 종조성 58
• 나. 소해면적법을 이용한 어획 생물의 계절별(월별) 밀도 68
• 2. 과학어군탐지기를 이용한 수산자원 평가 73
• 가. 우점종의 계절별(월별) 수평분포 73
• 나. 우점종의 계절별(월별) 수직분포 85
• 다. 우점종의 계절별(월별) 음향 분포 밀도 88
• 3. eDNA와 과학어군탐지기를 이용한 수산자원 평가 90
• 가. 메타바코딩을 이용한 계절별(월별) 수산자원 종조성 90
• 나. eDNA와 과학어군탐지기를 결합한 계절별(월별) 수산자원 밀도 115
• 제5장 고찰 및 결론 117
• 1. 고찰 117
• 2. 결론 125
• 참고문헌 130
• Abstract 145
• 감사의 글 149