Multi-decadal changes in fish assemblages and sustainable fisheries management in the Korea Strait

Abstract

This study showed 1) the multi-decadal changes in fish assemblages in relation to oceanic environment change in the Korea Strait, and 2) biological reference points and current fishing level for sustainable fisheries of Pacific anchovy and chub mackerel representing the dominant species in the Korea Strait. Chapter 1, I evaluated spatio-temporal changes of the fish-assemblage structure in the Korea Strait (KS, 126°-129°5'E, 33°5'-35°N) and its relationship with oceanic conditions from 1986 to 2010. Hydrographic data include depth-specific water temperature, salinity and inflow indices of the Tsushima Warm Current (TWC) and Korea Strait Bottom Cold Water (KSBCW). Spatio-temporal changes of the fish-assemblage structure and relationship with oceanic conditions evaluated by Correspondence analysis (CA) and canonical correspondence analysis (CCA). Anchovy was the most dominant species in the KS from 1986 to 2010. Shift in the fish assemblage was detected between 1990 and 1991. Sardine and filefish dominated from 1986 to the early-1990s, and chub mackerel and squid dominated from the early-1990s to 2010. Annual changes in fish assemblages were significantly correlated surface water temperature at 0-20 m depths. Regime shift in surface water temperature was detected shift in 1987. Among the significant oceanic conditions, water temperature delayed by 1 year showed the most significant correlation with change in fish assemblage structure. I conclude that 1) fish assemblage structure dramatically shift in the 1990-1991, 2) the KS is an intermediate area between the waters off Ieodo and the East Sea with respect to the timing of shift in fish assemblage structure, 3) the shift of fish assemblage structure in the KS was highly influenced by climate shift of surface water temperature in the late-1980s. Chapter 2, I developed and applied a simulation-based yield-per-recruit analysis that considered temperature-dependent growth and size-dependent mortality from egg to adult stages of anchovy. I projected changes in fisheries yield and egg production of anchovy with respect to varying biological reference points of 1) the instantaneous fishing mortality (F), 2) the minimum fork length of anchovy allowed to catch for protecting smaller anchovy (Lc,min), and 3) the maximum fork length allowed to catch for protecting bigger anchovy (Lc,max). Simulation showed that the anchovy yield will be maximized at ca. 1.4×106 tons when Lc,min ranges between 42-60 mm or at ca. 0.8×106 tons when Lc,max ranges from 88-160 mm. At Lc,min=30 mm, the present minimum length of catch, simulation indicated that the anchovy yield can reach a maximum of 1.3×106 tons in the long-term when F0.1=0.028 day-1. I expect that this yield-per-recruit model can be applied to other commercially-important small pelagic species in which the traditional Beverton-Holt Y/R model is difficult to apply. Chapter 3, to provide the biological reference points for management of chub mackerel stock, I applied a simulation-based yield-per-recruit analysis that considered 1) temperature-dependent growth in early life stage, 2) size-dependent mortality. I estimated fisheries yield with respect to varying biological reference points and environmental conditions such as 1) the instantaneous fishing mortality (F), 2) the length at first capture (Lc), and 3) spawning water temperature. The result of simulation showed that the yield-perrecruit (Y/R) could be greater when the Lc ranges from 19-27 cm and F ranges from 1.48-2 yr-1. Y/R with respect to varying spawning water temperature from 15 to 23℃ showed an increasing trend with increasing temperature. I suggest targeting an Lc of 17 cm (age=0.6 years) at F=0.48 yr-1, which is the current fishing mortality, for maximizing the chub mackerel harvest.

우리나라 연근해어업 생산량은 1970년 72만 톤에서 점차 증가하여 1986 년 173만 톤으로 최대 생산량을 나타냈으며, 이후 최근까지 감소하여 90-100만 톤을 유지하고 있다. 과거 연구를 통해 수산자원 변동과 감소는 크게 기후변화에 따른 해양환경 변화와 남획에 영향을 받는 것으로 평가되었다. 해양환경 변화가 수산어종 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해 해양환경 장기 변동을 어종별 분포 및 어획량 변동과 연결하여 평가하는 연구가 지속적으 로 시도되고 있다. 우리나라 주변 해역을 대상으로 해양환경 변동이 수산어종에 미치는 영향을 평가한 연구에 따르면 1980년대 후반 해양환경 체제변환이 1990 년 초에 나타난 쥐치류와 정어리 자원의 급격한 감소와 관련이 있는 것으로 나 타났으며, 멸치-정어리의 주요 어종 교체 현상 또한 해양환경 변동과 연관되어 있는 것으로 나타났다. 일부 어종에 대해 가입당 생산량 분석과 같은 어획수준을 평가한 연구는 진행 되었지만, 어획과 어종별 자원량 변동의 관계를 뚜렷하게 평 가하지 못해 남획이 우리나라 주요 수산어종의 자원량 감소의 원인으로 평가하 기에는 부족하다. 따라서, 이 학위논문의 연구 목적은 1) 우리나라 주변 해역 중 대한해협을 대상으로 어류 군집 장기 변동과 해양환경 변동의 관계를 평가하고, 2) 대한해협 주요 수산어류 구분되는 멸치와 고등어를 대상으로 어류 자원의 지속적인 이용 을 위한 생물학적 기준점을 제시하기 위해 가입당 생산분석을 적용하여 어획조 건에 따른 가입당 생산량과 현행 어업수준을 평가하는 것이다. 대한해협 1986-2010년 우점종 변동과 해양환경 변동의 관계를 평가하기 위해 대응분석을 이용하여 연도별, 월별 우점종 변동과 어획지점에 따른 해구번 호별 어종 분포를 평가하고 정준대응분석을 이용하여 해양환경 변동이 연도별 우점종 변동에 미치는 영향을 평가하였다. 평가결과 대응분석을 통한 대한해협 어류군집은 1990-1991년 사이에 1번의 유의한 우점종 변동을 나타냈다. 1990s 초에 나타난 어류군집 우점종 변환을 기준으로 1986-1990년은 멸치, 쥐치, 정 어리가 우점하는 것으로 나타났으며, 1991-2010년은 멸치, 고등어, 오징어가 우 점하는 것으로 나타났다. 해구별 어종 분포 평가 결과 멸치는 남해동쪽 연안에 우점하는 것으로 나타나며, 고등어, 오징어, 갈치는 제주도 북쪽 해역에서 남해 동쪽으로 연결되는 가장 넓은 해역에 분포하는 것으로 나타났다. 정준대응분석을 통해 연도별 어류군집 변동은 표층수온 (0-20 m) 변동에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 멸치 연간어획량은 1992년 11만 톤 이후 2015년까지 19만 톤 이상의 어 획량을 나타냈으나 2016년 11만 톤으로 감소하였다. 멸치의 가입당생산량을 평 가하기 위해 수온 의존적인 성장과 체장 변화에 따른 자연사망률을 반영하여 알 -성어 단계까지 평가하였다. 멸치는 1) 짧은 생애주기와 2) 빠른 성숙 연령, 3) 연중 산란하는 생물학적 특성 때문에 일반적으로 사용하는 Beverton and Holt (1957)의 방법을 적용 하기에 문제점이 있다. 따라서, 멸치 생물학적 특성과 Beverton and Holt (1957)의 방법을 고려한 모의실험을 통해 1) 순간어획사망계 수(F)와 2) 어획개시체장(Lc) 변동에 따른 가입당생산량을 평가하였다. 또한, 현 행 어업 규정으로 적용하고 있는 1) 미성어를 우선 보호하며 어획하는 최소어획 체장(Lc,min=Lc 이상의 개체를 어획 하는 경우)과 2) 성어를 우선 보호하며 어획 하는 최대어획체장(Lc,max=Lc 이하의 개체를 어획 하는 경우) 조건에 따른 가입당 생산량을 평가하고 비교하였다. 평가결과 Lc,min가 42-60 mm 일 때 최대 가입당 생산량은 1.4×106 톤으로 나타냈으며, Lc,max가 88-160 mm 일 때 최대 가입당 생산량은 0.8×106 톤으로 나타났다. 현행 Lc,min 규제 기준으로 보고된 30 mm일 때 최대 가입당생산량은 13.1×106 톤(F=0.028 yr-1)으로 1990-2016년 멸치 평 균 어획량 2.2×106 톤(F=0.001 yr-1)과 비교하면 최대 생산량에 도달하기 위해 현재보다 약 28배의 추가적인 노력량이 필요한 것으로 평가된다. 어획조건에 따 른 최대생산량 차이는 미성어를 보호하며 어획할 경우 성어를 우선으로 보호하 며 어획하는 것 보다 약 1.9배 가입당 생산량이 높은 것으로 나타났다. 따라서, 미성어를 우선으로 보호하는 어획하는 최소어획체장 적용이 성어를 우선 보호하 며 어획하는 최대어획체장 적용 보다 장기적으로 멸치 어획고를 증대시키는데 유리한 규제 방법으로 평가되며, 지금보다 어획노력량을 늘려도 멸치 자원의 감 소 없이 더 많은 생산량을 얻을 수 있을 것으로 평가된다. 고등어는 1999년부터 연간 어획할 수 있는 어획량을 설정하여 자원을 관 리하는 총 허용어획량(total allowable catch, TAC) 대상 어종이다. 1970년대 부터 1995년까지 연간 약 10-20만 톤의 어획량을 나타냈으며, 1996년에 약 42 만톤까지 증가하였으나 2000년 약 15만톤 수준으로 감소하여 연도별 어획량 변 동이 크게 나타났다. 고등어 자원의 적정 어획을 위한 생물학적 기준점(F0.1과 Fmax)과 현행 어획수준을 평가하기 위해 1) 수온을 반영한 초기 성장과 2) 체장 변화에 따른 자연사망률을 고려하여 Beverton and Holt (1957)의 가입당 생산량 분석 방법을 기반으로 한 1) 순간어획사망계수(F)와 2) 어획개시체장(Lc) 변동에 따른 가입당 생산량을 평가하였다. 평가결과 Lc=19-27 cm, F=1.48-2 yr-1일 때, 약 1,830-1,925 g으로 최대생산량을 나타냈으며, Lc변동에 따른 F0.1지점의 생산 량은 Lc=25 cm, F=1.27 yr-1일 때 1,730 g으로 가장 높은 생산량을 나타냈다. 산란 수온 범위로 알려진 15-23℃ 범위에서 수온이 높을수록 가입당생산량이 증가하는 것으로 나타났다. 현행 어업 수준인 F=0.48 yr-1에서 고등어 가입당 생 산량은 Lc=17 cm 일 때 가장 높은 생산량을 얻을 수 있을 것으로 나타났으며, 이 때의 연령은 0.6세로 평가되었다. 현행 고등어 어업 수준을 평가하기 위해 Lc=25 cm일 때 F=0.48 yr-1 과 1.27 yr-1 (F0.1) 지점의 생산량을 비교하면 F=0.48 yr-1일 때 생산량(1,136 g)이 F=1.27 yr-1일 때 생산량 보다 낮기 때문에 지금보다 어획노력량을 늘려도 고등어 자원의 감소 없이 더 많은 생산량을 얻을 수 있을 것으로 평가된다. 대한해협 어류군집 장기변동 평가결과 해양환경 요인 중 표층 수온 변동 이 주요 어종 변동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 멸치와 고등어 가입당 생산분석을 통해 현행 어업 수준에서 어획노력량을 늘려도 자원 감소 없 이 더 많은 생산량을 얻을 수 있을 것으로 나타났다. 따라서, 현행 어업 수준에 서 나타나는 수산자원 변동 및 감소는 어획보다 해양환경 변동에 더 큰 영향을 받는 것으로 예상된다.