[논문]서해 해상풍력단지 조성 예정해역의 대형저서동물 군집 생체량에 대한 생태학적 평가

정수영; 이채린; 김성현; 김성태; 명정구; 오승용; 박진우; 진승주; 유재원

doi:10.4217/opr.2019.41.4.311

서해 해상풍력단지 조성 예정해역의 대형저서동물 군집 생체량에 대한 생태학적 평가
Ecological Evaluation on the Biomass of Macrobenthic Communities Observed from a Planned Offshore Wind Farm Area, West Coast of Korea 원문보기

Ocean and polar research, v.41 no.4, 2019년, pp.311 - 318

정수영 ((주)한국연안환경생태연구소) , 이채린 ((주)한국연안환경생태연구소) , 김성현 ((주)한국연안환경생태연구소) , 김성태 ((주)한국연안환경생태연구소) , 명정구 (한국해양과학기술원 해양생물자원연구단) , 오승용 (한국해양과학기술원 해양생물자원연구단) , 박진우 (한국해양과학기술원 해양생물자원연구단) , 진승주 (광운대학교 공과대학 환경공학과) , 유재원 ((주)한국연안환경생태연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

We analyzed the preliminary survey data (2014-2016) of macrobenthic community biomass (n = 112) from the wind farm area located in the southern part of the west coast of Korea and compared this data with data from the entire west coast (n = 369; 2006-2008). Modal classes from frequency distributions were 6 times higher in the latter (5 vs. 32 g/㎡). The mean and median values of the latter were 1.3 and 1.7 times higher (mean, 20.7 vs. 27.8 g/㎡; median, 17.1 vs. 29.5 g/㎡), and the maximum value was 3.4 times higher. Mood's median test showed significant difference at p-value = 0.01. We estimated the biomass-to-depth relationships from each data set by using Akaike Information Criterion and regarded the non-overlap of the 95% confidence intervals as indicating significant difference. The biomass was different from a 10 m depth below, and 3 times higher in the west coast at around 20 m compared with the maximum depth of the wind farm area. A local event of catastrophic sedimentation ranging from 1 to 2 m was observed in the wind farm during winter surveys. This could be a probable source of the lower biomass, but information on biomass seasonality and a natural experimental approach seem to be needed for the conduct of further studies. This study is meaningful in that it provided the background to assess future changes by understanding the lower level of benthic productivity in the area. We expect this study will contribute to the preparation of measures that can remove or mitigate the source of the lower biomass and improve the productivity of fishery resources in the area.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Index map showing the location of sampling stations of the national investigation of marine ecosystem (2006−2008, black circle), the wind farm impact assessment (2014−2015; blue square) and the marine environmental survey for industrial convergence facilities (2015−2016; red circle)
그림 Fig. 2. Frequency distributions of the macrobenthic community biomass (log-transformed, g/m²) in the west coast and wind farm areas
표 Table 1. Comparisons of descriptive statistics of macrobenthos community biomass (g/m²) between the west coast and wind farm areas. Statistics were estimated based on log-transformed data and then converted to normal scale
그림 Fig. 3. Depth and log-transformed macrobenthic community biomass (wet weight) relationship in the west coast of Korea (WC, black circle) and wind farm (WF, blue circle).
표 Table 2. Linear and nonlinear models fitted to macrobenthic community biomass from the west coast and wind farm areas. AIC (Akaike’s Information Criterion) was used to identify most parsimonious model

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 조사해역의 대형저서동물 군집 생체량이 다른 해역의 것과 비교하여 차이가 존재하는 지에 대한 질문에 답하는 것을 목적으로 설정하였다. 현재까지는 대형저서동물 군집 생체량의 해역 간 차이를 규명하는 데에 있어서 타당성이 확보된 방법은 없다.
앞서 서론에서 언급한 바와 같이, 풍력단지의 연구자료는 효율적, 균형적인 해양공간의 활용에 기여하기 위한 목적으로 실시된 조사로부터 획득된 것이다. 본 연구진이 이 자료에 대한 분석을 통해 확인한 것은 이 해역의 저서생태계 생산량이 결코 높은 수준이 아니라는 것이었다.

제안 방법

AIC는 낮을수록 손실되는 정보의 양이 적은 적합한 모형으로 간주한다. 본 연구에서는 다수의 모형 간에 AIC가 유사한 수준인 경우 모수의 개수가 작은 저차 모형을 택하였으며, 모수의 개수가 동일하면 비선형보다 덜 복잡한 선형을 택하고 선택된 모형의 유의성과 결정계수를 추정하였다. 최종적으로 적합선의 95% 신뢰구간이 겹치지 않는 것을 해역별 생체량 간 유의한 차이로 간주하였고, 적합선 간의 차이를 근거로 동일 수심 조건의 생체량 수준의 차이를 비교, 진단하였다.
분석 이전에 먼저 자료의 비대칭성(왜도)을 고려하여 정점별 단위면적당 생체량(습중량, g/m²) 측정 자료를 대수변환(log₁₀(biomass + 1))하였다. 서해 전 연안과 풍력단지 대형저서동물 군집 생체량의 분포 특성을 이해하기 위하여 각 해역 별 생체량 자료를 대상으로 Anderson-Darling 정규성 검정을 실시하고 표본 백분율 빈도분포의 차이를 관찰하였다.
현재까지는 대형저서동물 군집 생체량의 해역 간 차이를 규명하는 데에 있어서 타당성이 확보된 방법은 없다. 이를 위해 본 연구는 (1) 조사해역(풍력단지 주변) 생체량 자료로부터 추정된 기술 통계량(descriptive statistics)을 이 해역이 포함된 서해 전 연안의 것과 비교하여 차이 유무를 확인하고 (2) 조사 시기에 따른 변화가 상대적으로 적은 요인이자 풍력단지의 특징적 차이를 대변하는 물리적 조건 가운데 하나인 수심을 기준으로 생체량과의 관계를 살펴보고 해역 간 비교 가능한 범위를 탐색하여 생체량의 차이를 검토하였다.
본 연구에서는 다수의 모형 간에 AIC가 유사한 수준인 경우 모수의 개수가 작은 저차 모형을 택하였으며, 모수의 개수가 동일하면 비선형보다 덜 복잡한 선형을 택하고 선택된 모형의 유의성과 결정계수를 추정하였다. 최종적으로 적합선의 95% 신뢰구간이 겹치지 않는 것을 해역별 생체량 간 유의한 차이로 간주하였고, 적합선 간의 차이를 근거로 동일 수심 조건의 생체량 수준의 차이를 비교, 진단하였다.

대상 데이터

본 연구는 해상풍력단지에서 수행된 2개 프로젝트의 조사결과를 활용하였다. 먼저 해상풍력단지 환경영향조사 프로젝트는 위도 남단에 배치된 19개 정점을 대상으로 구조물 설치 이전인 2014년 11월, 2015년 1월과 5월 그리고 7월에 조사하였다(Fig.
산업융합설비 관련 해양환경조사 프로젝트는 역시 구조물 설치 이전이라 할 수 있는 2015년 12월, 2016년 1월과 3월에 조사하였으며 총 12개 정점(위도남단과 고창, 부안군 주변)에서 실시되었다(Fig. 1).
해상풍력단지 환경영향조사 자료와 융합설비 해양환경조사 자료는 병합하여 활용하였으며 이하 풍력단지(wind farm)로 명명하였다. 이상과 같은 조사를 통해 풍력단지에서 2014년부터 2016년까지 획득된 대형저서동물 군집 표본은 총 112개였다.
조사해역의 생체량과 비교하기 위한 문헌 자료로는 2006년 서해 북부(백령도−아산만), 2007년 서해 중부(아산만−곰소만) 그리고 2008년 서해 남부(영광−진도)의 범위에서 계절별로 조사된 해양생태계 기본조사 프로그램(해양수산부, 국토해양부 해양생태계 법정 조사 프로그램)의 대형저서동물 군집 조사자료를 활용하였다(국토해양부 2007, 2009; 해양수산부 2006). 자료의 개수는 정점별 0.

데이터처리

귀무가설은 ‘자료가 정규성 분포를 따른다’였다. 각 해역별 자료로부터 평균, 중위수, 사분위수 등과 같은 기술적인 통계량을 추정하였으며, 해역 간 생체량 중위수 차이의 유의성을 검정하기 위하여 두 자료의 분포의 형태가 유사한 지의 여부에 상관없이 적용할 수 있는 비모수 검정 방법인 Mood의 중위수 검정을 실시하였다. 귀무가설은 ‘모집단의 중위수가 모두 같다’로 하였다.
(biomass + 1))하였다. 서해 전 연안과 풍력단지 대형저서동물 군집 생체량의 분포 특성을 이해하기 위하여 각 해역 별 생체량 자료를 대상으로 Anderson-Darling 정규성 검정을 실시하고 표본 백분율 빈도분포의 차이를 관찰하였다. 귀무가설은 ‘자료가 정규성 분포를 따른다’였다.

이론/모형

대수변환된 생체량 자료와 수심 간 선형/비선형 관계를 탐색하기 위하여 단순회귀 모형부터 2차함수, 지수함수, Gaussian 그리고 Gompertz model에 이르는 다양한 비선형 모형을 해역별 생체량 자료에 적합시킨 후 모형 선택 기준(model selection criterion)에 따라 가장 적절한 모형을 선정하였다. 일반적으로 추정할 모수의 개수 또는 차수가 증가하면 모형의 복잡성이 증가하고 추정의 효율성이 떨어지는 것으로 알려져 있다(최 1992).
일반적으로 추정할 모수의 개수 또는 차수가 증가하면 모형의 복잡성이 증가하고 추정의 효율성이 떨어지는 것으로 알려져 있다(최 1992). 본 연구에서는 간결한 모형(추정할 모수의 개수가 적은 모형)을 식별하는 데에 활용되는 Akaike (1973)의 정보 판별 기준(Akaike Information Criterion, AIC)을 선택 기준으로 하였다. AIC는 낮을수록 손실되는 정보의 양이 적은 적합한 모형으로 간주한다.

성능/효과

생체량의 분포특성(로그정규분포)을 고려하여 대수변환자료로부터 추정한 기술통계량을 산술평균으로 전환하여 Table 1에 제시하였다. 먼저, 자료변환 전 서해연안과 풍력단지 생체량의 산술평균은 각각 91.9와 79.7 g/m²로 약 1.2배의 차이를 보였다. Table 1의 대수변환 자료로부터 추정된 값을 normal scale로 환원시킨 평균과 중위수는 27.
005)을 고려할 때 분포특성의 비교에는 평균보다 중위수나 최빈수 또는 사분위수와 같은 통계량을 활용하는 것이 타당하다. 서해연안과 풍력단지 간 중위수의 차이는 p = 0.01 수준에서 유의한 것으로 나타났으며, 이와 함께 최빈수나 사분위수의 차이를 고려하면 풍력단지의 저서동물군집 생체량(즉, 생산성)은 서해연안의 것에 비해 전반적으로 낮은 수준인 것으로 볼 수 있었다.
풍력단지와 서해 전 연안 간 대형저서동물군집 생체량의 빈도분포와 중위수의 차이 그리고 각 해역별로 추정된 모형 적합선의 95% 신뢰구간이 수심 10 m 이하부터 겹치지 않는 것으로부터 본 연구진은 풍력단지의 생체량이 낮은 수준에 해당하는 것으로 판단하였다. 풍력단지 해역은 본 연구에서 활용한 서해 전 연안 자료의 획득을 위한 조사에서도 특이하게 낮은 수준의 생체량과 건강도를 보인 해역인 것으로 나타났으며 그 원인에 대해서는 불분명하나 교란의 영향 하에 놓인 서식처인 것으로 보고서에 기술된 바 있다(국토해양부 2012).
005), 양봉형으로 볼 수 있은 패턴이 관찰되었다. 풍력단지의 생체량 최빈계급구간은 0.8이었고 서해연안의 것은 1.5였으며, 따라서 최빈계급구간(modal class)은 서해연안의 것에 비해 낮은 범위에 위치한 것으로 확인할 수 있었다. 이 값을 원래의 스케일로 환원하면 풍력단지의 최빈계급구간은 약 5 g, 서해연안의 것은 약 32 g/m²인 것으로 나타나 6배 이상의 차이가 존재하는 것으로 볼 수 있었다.

후속연구

이는 풍력단지 조성 이전의 배경 정보에 해당하는 것으로 개발이후 조사결과와의 비교를 통해 생태계 변화를 논하는 데에 있어 매우 중요한 근거로 활용될 수 있다. 또한, 장기적 관점에서, 본 연구 결과는 해역 공간의 수산물 생산성 향상을 기하고자 하는 우리나라 해상풍력 사업의 융복합적 활용 방향성을 고려, (1) 낮은 생산 수준의 이해, (2) 이를 유발하는 자연적/인위적 요인의 추정 그리고 (3) 원인의 제거(예를 들어 파랑이 원인일 경우 소파제 도입 제안)를 통한 생산성의 제고 등과 같은 일련의 프로세스의 마련과 실천에 있어 중요한 단초가 될 것으로 기대한다.
2014년 11월과 2015년 2월 풍력단지의 해저면에서는 1−2 m 변동폭에 달하는 대규모 매몰 현상이 관찰되었는데 이것의 원인은 같은 시기에 발생한 4 m 이상의 크기에 달하는 유의파고로 추정되고 있다(한국해상풍력 2015). 추후의 분석에서 대형저서동물 군집 생체량의 계절성 여부, 특히 위의 인천 연안 사례와 상반되는 계절성의 존재가 관찰된 현상의 원인 규명에 중요한 단서가 될 것이다. 생태학 연구에서 현황 조사의 역할은 가설 제안이며, 가설 검정은 실험을 필요로 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생태계 서비스란?	생태계 서비스는 자연이 인간에게 베푸는 혜택을 의미한다. 전 세계적으로 그리고 전통적으로 해양은 식량공급이나 탄소저장, 수질정화 기능, 레크리에이션 활동을 위한 장소 제공 등을 포함하는 다양한 생태계 서비스를 직·간접적으로 인간들에게 제공하여 왔다.
	인간이 해양에서 받은 생태계 서비스로는 어떤 것들이 있을까?	생태계 서비스는 자연이 인간에게 베푸는 혜택을 의미한다. 전 세계적으로 그리고 전통적으로 해양은 식량공급이나 탄소저장, 수질정화 기능, 레크리에이션 활동을 위한 장소 제공 등을 포함하는 다양한 생태계 서비스를 직·간접적으로 인간들에게 제공하여 왔다. 그럼에도 불구하고 무분별한 남획이나 개발, 육상으로부터의 각종 오염물질 유입 등으로 해양생태계에 변화가 발생하고 해양이 인간에게 제공하는 혜택과 수용력은 점차 줄어들게 되었다.
	대형저서동물의 군집 생체량이 밀도에 비해 생산성을 가늠하는 매개변수로 더 좋은 이유는?	1997). 특히 생체량에는 상수(생산량/생체량 전환율, P/B ratio)를 곱하여 생산량을 추정하기도 하므로 생산성과 보다 밀접한 관계를 갖는다. 게다가 밀도의 경우에는 변동성이 매우 높아 교란이 심한 경우를 제외하면 대부분의 경우 해석이 어렵다. 반면 군집 생체량은 교란이 심한 상태부터 안정적인 상태에 이르기까지 단조적이며 예측 가능한 변동성을 갖는 것으로 알려져 있다(Odum 1969). 높은 생체량이 관찰되는 것은 큰 몸체의 생물이 오랜 기간동안 수명을 유지해야 가능한 것이기 때문이다(Robertson 1979).

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