[논문]방죽포 쇄파대생태계의 수용력과 수산자원방류

강윤호

doi:10.5657/kfas.2003.36.6.669

방죽포 쇄파대생태계의 수용력과 수산자원방류
Carrying Capacity and Fishery Resources Release in the Bangjukpo Surfzone Ecosystem 원문보기

한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society, v.36 no.6, 2003년, pp.669 - 675

Abstract ▼ AI-Helper

To increase fishery resources in coastal waters, juvenile fish and bivalves are artificially released every year in Korea. This study provides a methodology to estimate an optimal release quantity based on the carrying capacity of the receiving basins. Carrying capacity was defined by E.p. Odum's theory of ecosystem development as the upper limit of biomass, where total system respiration equals total primary production. The Ecopath trophic ecological model was used to determine carrying capacity in the surfzone ecosystem of Bangjukpo on the southern coast of Korea. Using a top-down control method, various biomasses of fish groups were given to the simulation, with primary production constant and no catch. The results showed that biomass of selected fish groups increased by two orders of magnitude, yielding a five-fold increase in overall consumer biomass. The resultant values are 10 times higher than those estimated in open seas. This can be explained by higher primary production in the Bangjukpo surfzone ecosystem. This method can be used for strategic releases and ecosystem management, particularly when based on an ecological background.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

현재 국내에서 이루어지는 방류자원의 종류는 상업적 가치 와 치어생산 가능성을 고려하여 약 38가지에 이른다. 본 연구는 생태특성을 고려하여 방류량을 결정하기 위한 방법론을 제시하는 것이 목적이므로 실험 대상이 방류자원에 포함되는 지의 여부에 관계없이 12개 그룹 중의 한가지 잡식성어류 그룹을 선택하였다. 방죽포 쇄파대 영양모형에서 각 그룹의 생체량은 Table 1에 제시된 바와 같다.
본 연구의 목적은 수산자원의 적정 방류량을 결정하기 위한 방법론을 제시하는 것이다. 모형실험을 통해 방류해역의 생태 적 수용력을 파악한 후, 이에 근거하여 계가 수용할 수 있는 적정 방류량을 성어의 생체량으로서 결정하였다.
수용력에 대해서는 여러 연구자에 의해 정의된 바 있으나, 본 연구에서는 Odum (1969)이 계의 성숙도에 관련하여 제시한 여러 계수 가운데 생산량/호흡량 비를 적용하기로 하였다. Odum (1969)에 의하면 계가 활발히 발전하는 단계에서는 유 지(호흡)보다는 성장(생산)에 많은 에너지를 집중하지만, 성 숙해지는 단계에 접어들면 성장에 사용되는 에너지는 감소하고 유지하는 방향으로 보다 많은 에너지를 집중하게 된다고 하였다.

가설 설정

수용력을 결정하기 위한 기준으로 본 연구에서는 Odum (1969)의 성숙도 개념을 이용하였다. 겨】가 충분히 성장하였을 때 계를 구성하는 생물그룹이 최대로 유지될 수 있는 생체량 을 계의 수용력이라 가정 할 수 있다. 그가 제시한 스물네 개의 지수 가운데 본 연구에서는 영양모형으로 정량화할 수 있는 10개의 지수를 평가하였다.
(Odum, 1971). 계가 성장할수록 Schrodinger 비는 증가한다고 가정하였으며, 실험결과 12.9에서 17.0으로 증가하였다. 이상과 같이 상위 단계 생물그룹의 생체량을 증가시키고서 모형을 실행한 결과 계의 성숙도를 지시할 수 있는 여러 계수 들은 Odutn (1969)이 제시한 변화패턴과 잘 일치하였다.
질량평형이 유지되지 않을 경우를 위해 기본자료 (B, P/B, Q/B, DC)는 ±20% 내에서 수정이 가능하도록 하였다. 그러나 일차생산량 은 일정하고 어획은 없는 것으로 가정하였다. 모형의 결과는 £, £>1.

제안 방법

모형실 험은 방죽포 쇄파대 영양모형 (Kang, 2003)에 상부하향조정 (top-down control) 방법을 적용하였다. 계의 총호흡량과 일차 생산량의 비가 1에 근접할 때의 생체량을 수용력이라 정의하 고서 (Odum, 1969; Christensen and Pauly, 1998), 대상 자원의 생체량 증가에 따른 모형실험의 결과를 비교 및 해석하였다.
Pp/R 비는 다른 지수들에 비해 판단근거가 비교적 뚜렷하다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 Pp/R 비를 수용력을 판단하는 주요 요인으로 선택하였다.
(2001)은 식물플랑크톤 생체량, 수온, 용존산소 항목을 이용하여 어류의 성장률을 계산하였다. 또한, 대상어종을 기준으로 수온, 식물플랑크톤 생산과 어류의 생리를 이용하여 생태 지수를 정의하였다. 최종적으로 식물플랑크톤 생산, 어류의 섭식율과 성장률 그리고 생태지수의 함수로 수용력을 정의 하였다.
본 연구의 목적은 수산자원의 적정 방류량을 결정하기 위한 방법론을 제시하는 것이다. 모형실험을 통해 방류해역의 생태 적 수용력을 파악한 후, 이에 근거하여 계가 수용할 수 있는 적정 방류량을 성어의 생체량으로서 결정하였다. 실험은 전라 남도 돌산도 방죽포에서 생산되는 어류를 선택하였다.
모형은 계절 혹은 일년이라는 단위기간 동안 계를 구성하는 각 그룹을 출입하는 에너지 및 질량이 보존된다는 열역학법칙 에 기초한다. 모형은 두 개의 지배방정식에 근거해서 여러 하 부 모형들을 계수화하였다. 지배방정식은 생산량과 에너지평 형에 관해 기술하고 있다.
(Kang, 2003). 방죽포 쇄파대에 대한 영양모형은 12개의 그룹 으로 구성되었으며, 각 그룹은 생태적으로 유사한 종들을 포 함하도록 하였다 (Table 1). 각 그룹에 대한 기본자료 (B, P/B, Q/B, EE, 먹이조성 등)는 기존의 연구결과와 문헌자료를 참고 하였다 (Kang, 2003).
방죽포 쇄파대 영양모형에서 각 그룹의 생체량은 Table 1에 제시된 바와 같다. 실험에서는 잡식성어류 생체량을 50, 100, 125, 150배 증가하여 상부하향조절 (top- down control) 방식으로 영양모형에 입력하였다. 질량평형이 유지되지 않을 경우를 위해 기본자료 (B, P/B, Q/B, DC)는 ±20% 내에서 수정이 가능하도록 하였다.
부유성 입자와 패류 생체량과의 상관성을 고려하여 수용력을 파악하기도 하였다 (Dowd, 2000). 이때 부유성 입자량은 패류 의 여과속도, 내부 순생산량 그리고 조석 수세율 (tidal flushing rate)의 함수로 결정하였다. 2) 해역의 물리환경, 수질 및 생물 기구를 고려할 수 있는 여러 모형 결합: 해수유동과 수질모형 을 이용하여 굴의 먹이가 될 수 있는 식물플랑크톤의 양을 계산한 후, 굴의 수용력을 결정하였다 (Park et al.
(Van Der Tol and Scholten, 1997). 질소동 역학 모형을 이용하여 새우양식장의 사육수 교환에 따른 암모 니아 농도를 계산한 후, 조류에 의한 암모니아 동화량을 기준으로 양식장의 수용력을 결정하였다 (Lorenzen et al., 1997). 부유성 입자와 패류 생체량과의 상관성을 고려하여 수용력을 파악하기도 하였다 (Dowd, 2000).
또한, 대상어종을 기준으로 수온, 식물플랑크톤 생산과 어류의 생리를 이용하여 생태 지수를 정의하였다. 최종적으로 식물플랑크톤 생산, 어류의 섭식율과 성장률 그리고 생태지수의 함수로 수용력을 정의 하였다. 2) 영양모형을 이용한 생태계 특성 고려에 있어서는 Christensen and Pauly (1998)는 Ecopath 영양모형을 태평양과 멕시코 만 대륙붕에 적용하여 수용력을 계산한 바 있다.

대상 데이터

계의 성숙도와 관련해서 Odum (1969)이 제시한 24개의 지수 가운데 Ecopath 모형으로 정 량화가 가능한 열 가지 항목을 선정하였다. 모형의 실험결과를 Table 2에 정리하였다.
겨】가 충분히 성장하였을 때 계를 구성하는 생물그룹이 최대로 유지될 수 있는 생체량 을 계의 수용력이라 가정 할 수 있다. 그가 제시한 스물네 개의 지수 가운데 본 연구에서는 영양모형으로 정량화할 수 있는 10개의 지수를 평가하였다. 열 개 지수 중 일차생산량/호 흡량 (Ppg 비는 1을 기준으로 계가 성장하였다고 평가할 수 있다.
이 시점은 생물의 생리 및 성장 특성에 의해 결정된다. 본 연구의 대상해역은 연안역 쇄파대로서 알이 부화하거나 치어가 성장하기에 적합한 장소이다. 치어성장은 계절적 특성을 보이거나, 성장 후 쇄파대를 떠나 다른 환경으 로 유입되기도 한다.
모형실험을 통해 방류해역의 생태 적 수용력을 파악한 후, 이에 근거하여 계가 수용할 수 있는 적정 방류량을 성어의 생체량으로서 결정하였다. 실험은 전라 남도 돌산도 방죽포에서 생산되는 어류를 선택하였다. 모형실 험은 방죽포 쇄파대 영양모형 (Kang, 2003)에 상부하향조정 (top-down control) 방법을 적용하였다.
방죽포는 전라남도 돌산(34。37, 39公, 127。47, 44"或에 위치 한다. 해안선의 길이는 190m, 경사는 1:48, 쇄파대의 거리는 약 130m 이다 (Fig. 1). 해빈의 양끝은 암반으로 구성되어 있으며 방파제가 축조되어 있다.

이론/모형

실험은 전라 남도 돌산도 방죽포에서 생산되는 어류를 선택하였다. 모형실 험은 방죽포 쇄파대 영양모형 (Kang, 2003)에 상부하향조정 (top-down control) 방법을 적용하였다. 계의 총호흡량과 일차 생산량의 비가 1에 근접할 때의 생체량을 수용력이라 정의하 고서 (Odum, 1969; Christensen and Pauly, 1998), 대상 자원의 생체량 증가에 따른 모형실험의 결과를 비교 및 해석하였다.
모형은 계절 혹은 일년이라는 단위기간 동안 계를 구성하는 각 그룹을 출입하는 에너지 및 질량이 보존된다는 열역학법칙 에 기초한다. 모형은 두 개의 지배방정식에 근거해서 여러 하 부 모형들을 계수화하였다.
본 연구에서 사용된 모형은 Ecopath로서 다음과 같이 크게 두 부분으로 구성되어 있다. (Christensen and Pauly, 1992).
수용력을 결정하기 위한 기준으로 본 연구에서는 Odum (1969)의 성숙도 개념을 이용하였다. 겨】가 충분히 성장하였을 때 계를 구성하는 생물그룹이 최대로 유지될 수 있는 생체량 을 계의 수용력이라 가정 할 수 있다.
간 접적인 영향을 정량화한 개념이다. 이 개념은 Hannon (1973) 에 의해 생태학에 도입되었고 Christensen and Pauly (1993)에 의해 Ecopath 모형에 사용되었다. 만약 포식자의 생체량 변화가 피식자 그룹에 영향을 미치거나 혹은 피식자의 생체량 변화가 포식자 그룹에 영향을 미친다면, 포식자 ⑺가 피식자 U)어】 대한 영향은 포식자 (i)에 의해 발생하는 모든 포식에 대한 피식자 侦)에 대한 포식의 분율로 계산된다:

성능/효과

3) 방류시기 조절미흡. 4) 대상종의 서식에 적합한 환경 조성 (해조장 조성, 인공어초 조성, 오폐수 유입원 관리 등) 결여. 그리고 5) 방류량 통계 불확실 및 무작위 단기성 방류로 방류효과 장기예측 어려움 등이 있다.
따라서 치어를 대상으로 생체량 변화를 추정할 경우, 성어로 가입하기 이전까지 한정된 시간 동안 생체량증가로 인한 호흡량이 일차생산량과 같아야만 Pp/R 비 가 1에 근접하게 된다. 그러나 본 연구의 경우 Pp/R 비를 1에 인위적으로 근접시키기 위해서는 치어의 성장기간을 본래보다 여러 배 많이 주어야만 되는 것으로 나타났다. 따라서 방류 치어의 성장을 재현하여 수용력을 산정할 경우 하부상향조절 방식은 치어의 생리 및 성장특성을 고려하기 어려운 것으로 생각되었다.
그룹 10 carnivorous fish와 11 piscivorous fish는 잡식성어 류를 직접 섭식하지 않으나 잡식성어류가 섭식하는 그룹의 생체량이 감소함에, 따라 10과 11은 간접적으로 감소하는 음 의 효과를 비교적 뚜렷이 보인다. 그룹 12 detritus는 간접적으 로 양의 효과를 보이는데 계를 구성하는 모든 그룹이 detritus 와 관련이 되어있기 때문에 그룹 상호간의 영향은 매우 복잡 한 양상을 갖는 것으로 나타났다.
이러한 과정을 재현하기 위해서는 방류된 생물량을 직접 영양 모형실험의 입력조건으로 취하는 방법이 적절한 것으로 생각된다. 둘째, 고정된 일차생산량을 이용하여 성장하는 상위단 계 생물의 생체량은 시간변화에 따라 증가하는 경향을 보인다. 그러나 생체량은 일정한 시점에서 더 이상 증가하지 않는 최대값에 이르게 된다.
따라서 잡식성어류의 생 체 량을 증가하면 위 먹이에 해당되는 그룹은 직접적으로 음의 효과를 받게 된다. 실험결과 6과 7은 비교적 뚜렷한 음의 효과를 보이는 반면 4는 다소 약하게 나타났고, 3은 매우 약하게 나타났다. 그룹 2 benthic algae는 다소 미약한 음의 효과를 간접적으로 보인다.
일반적으로 계가 성장할수록 영양염순환은 증가하며 이로 인해 경로거리 역시 증가하는 경향을 보인다. 실험결과 FCZ와 경로거리는 각기 2.4에서 7.0 그리고 2.4에서 3.1 까지 증가하였다.
실험결과 잡식성어류 생체량을 현재의 125배에서 150배 사이에 주었을 때 Pp/R 비가 1에 근접하는 것을 볼 수 있다. (Table 2).
영양모형에서 생물체의 크기는 직접 주어지지 않고 대신 간접적으로 총생체량과 총생산력의 비 CB/R)로 표 현하였다 (Pauly and Christensen, 1993). 실험결과 총소비자생 체량은 29에서 140까지 4.8배 증가하였으며, B/Pt는 0.02에서 0.06으로 증가하였다.
0으로 증가하였다. 이상과 같이 상위 단계 생물그룹의 생체량을 증가시키고서 모형을 실행한 결과 계의 성숙도를 지시할 수 있는 여러 계수 들은 Odutn (1969)이 제시한 변화패턴과 잘 일치하였다.
그러나 다음과 같은 두 가지 원인 때문에 하부상향조절 방식은 적절한 방법이 아니라고 판단되었다. 첫째, 수산자원 방류시 먹 이망의 중간 혹은 상위단계 생물이 계로 급격히 유입된다. 방류는 균형을 유지하고 있는 계에 대한 생태학적인 충격이라고 할 수 있다.

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