1. 서 론

해삼은 순수목 (Aspiodchirotida) 돌기해삼과 (Sticho--podidae) 돌기해삼속 (Stichopus)에 속하고 한반도 전 연안에 분포하며 연간 생산량은 약 2~3천톤 정도이다. 최근 중국의 해삼 수요량이 증가하면서 국내 해삼 수출도 증가하고 있어 주요 수출 품목으로 부각되고 있다. 그러나 대부분 자연산 채취에 의존하고 있어 자원고갈의 위기에 처해 있으며 환경오염 등으로 인하여 수출수요에 비해 생산량이 크게 부족한 실정이다. 또한 해삼은 양식기술이 복잡하여 그 성공사례가 드물며 우리나라 해삼 양식기술은 산업화 기술개발 초기단계로 이미 양식기술이 정착되어 있는 중국이나 일본에 비해 크게 뒤떨어지는 상황이다.

양식생물로서의 해삼에 대한 연구는 비교적 근래에 시작되었기 때문에 성장과 양식 환경 조건에 관한 정보가 부족한 실정이다. 해삼양식산업을 발전시키기 위한 해삼의 생리, 생태에 관한 기초 연구와 우리나라의 해삼 서식지 환경 및 모형에 대한 연구가 아직 충분히 이루어지지 않은 상태이다 (Lee and Park 1999, Park et al. 2007). 따라서 본 연구에서는 동해, 서해, 남해의 대표적인 해삼 서식지의 서식환경을 조사하여 서식적지 조건을 규명하고, 그 동안 국내외에서 조사된 자료 (Choi 1963, Motogawa 2011)를 종합하여 국내에 적합한 해삼서식지 모형을 만들어 해삼 양식업의 기초자료로 활용하는데 그 목적을 두고 있다.

2. 연구방법

2.1 조사지역

해삼은 수온이 차가운 곳을 선호하기 때문에 우리나라의 대표적인 해삼 생산지는 냉수대가 발달한 백령도, 울진, 진도 해역이다. 따라서 이 지역을 해삼 양식의 생태학적 조건을 탐색하기 위한 조사지역으로 선정하였다. 각 조사대상 지역에 대한 특징은 Table 1 및 Fig. 1과 같다.

2.2 조사방법

해삼은 부착형태에 따라 5종류로 구분되며 그 중 우리나라에 주로 서식하는 하는 것은 A type과 D type이다. 본 연구는 이 두 종류의 해삼을 조사 대상으로 하였다 (Fig. 2).

해삼 서식지의 생태환경을 파악하기 위하여 주 서식지 해역의 해양환경, 생태환경 그리고 해수유동 상태를 조사하였다. 주변 해역의 해양환경 조사는 국립수산과학원의 자료를 활용하였으며, 조류분포의 분석에는 국립해양조사원의 수치조류도를 활용하였다. 해삼 서식지의 생태환경은 전문 다이버를 동원하여 약 1시간 이상을 조사하였으며, 해삼, 해조류, 저서동물, 퇴적물조성, 암석의 분포 등을 비디오 촬영 후 샘플을 채취하였다. 채집된 샘플은 모두 실험실로 운반하여 분류하고 동정하였다. 해삼 서식지의 최적 조건은 ‘해삼섬 조성을 위한 해삼 서식장 적지조사 결과보고서 (FRI 2014)’와 환경정책기본법 시행령을 참고하여 본 연구결과와 비교 분석한 후 우리나라의 해삼이 서식할 수 있는 환경조건을 제시하고 해삼 생태서식지 모형의 모식도는 Adobe Photoshop 7.0 (Adobe Systems, San Jose, CA)을 사용하여 작성하였다.

3. 결 과

3.1 백령도에서의 서식환경

백령도 주변해역의 대조기 시기의 조류 분포를 살펴보면 고조에서 낙조류로 변하면서 남서류 계통의 흐름이 백령도 외해역에서 들어오며 백령도와 옹진반도 사이에서는 북쪽으로 향하는 조류 흐름이 발생하였다. 낙조류에 접어들어서는 외해역 북쪽으로 조류 흐름이 존재하였고, 옹진반도 아래에서는 동쪽에서 빠져 나오는 조류 흐름이 발생하였다. 흐름의 세기는 연안에서 100~120 cm s^-1 정도로 강하며 외해역으로 갈수록 80~100 cm s^-1정도로 약화되었다. 특히, 옹진반도와 백령도 사이의 주변 해역에서는 강한 유속장이 형성되었다. 고조에서 창조류로 변하면서 일시적으로 외해역으로 빠져나가는 조류 흐름이 나타나며, 남쪽방향의 유향분포를 나타내는 100~120 cm s^-1정도의 강한 조류가 백령도와 웅진반도쪽에서 형성되었다 (Fig. 3).

백령도 지역의 10년간 (2004~2013년) 수온변화를 살펴보면 표층수온의 경우 1.2~24.6℃를 보였다. 이는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 21~25℃를 보였으며 겨울철에는 1~4℃의 수온을 나타내었다. 저층 수온은 1.2~24.0℃로 표층 수온과 유사하여 해수 순환이 원활하여 해삼 서식에 적합하다 (Fig. 4). 염분의 경우 표층 염분은 28.5~32.3 psu를 보였으며 여름철에 28~30 psu의 저염분을 나타내며 특히, 5월에 31 psu로 상당히 높은 염분상태를 나타내었다. 저층 염분은 28.6~32.3 psu를 보였으며, 여름철에 낮고 봄, 가을, 겨울에 높았다. 이는 여름철에 집중강우로 인해 염분이 저하되고, 갈수기 시기인 봄, 가을, 겨울에는 염분이 높아진다. 총질소 (total nitrogen)는 표층에서 127.0~1,227.6 ㎍ L^-1이며, 저층에서 85.0~ 981.2 ㎍ L^-1으로 나타났다. 계절에 따른 큰 변동성을 보이지 않았지만 갈수기에 총질소의 농도가 다소 높은 경향을 보였다. 총인 (total phosphorus)은 표층에서 9.9~112.7 ㎍ L^-1이며 저층에서 14.3~123.3 ㎍ L^-1이다. 특히, 갈수기인 2월과 5월에 일시적으로 높은 경향을 보였다. 클로로필 a (chlorophyll-a)는 표층에서 0.08~10.76 ㎍ L^-1이며 저층에서 0.13~26.66 ㎍ L^-1로 2, 5, 11월에 높은 경향을 보였다. 부유물질 (sus-pended solid)은 표층에서 1.6~51.1 ㎎ L^-1이며, 저층에서 1.2~70.2 ㎎ L^-1 정도로 겨울철에 다소 높게 나타났다.

백령도 해역은 울진이나 진도보다 고위도이며 우리나라의 대표적 냉수대 해역으로 3개 지역 중 수온이 가장 낮아 해삼이 서식하기에도 가장 유리하다. 백령도 연구 지점에서 서식하는 생물 중 다시마 (Laminaria japonica), 그물바탕말과 (Dictyota dichotoma), 미역쇠 (Petalonia binghamiae), 미동정 해조류 (1 종) 등을 채취하였으며, 비디오 분석 결과 갈조강 (Phaeophyceae) 그물바탕말과 해조류가 우점하였다 (Fig. 6). 백령도는 동해안의 울진과 비교하여 상대적으로 탁도가 높으나, 해조류 분포가 적고 불가사리류 (Asteriidae), 소라게 (Pagurus samuelis) 등이 다른 지역에 비하여 다수 관찰되었다 (Fig. 6). 해저퇴적물은 사니질이며 굴이나 조개 둥의 패각이 많이 섞여 있었다. 이곳에서 채취된 해삼 (27개체)은 평균 무게는 138 g으로 섭식과 배설활동이 활발하였다 (Fig. 5).

백령도 지역의 해삼 서식지 특징은 주변해역이 100~120 cm s^-1로 강한 유속장이 형성되어 있어 표층과 저층의 해수순환이 활발하여 냉수대 조건이며 다시마, 그물바탕말과, 미역쇠 등 다양한 해조류 군락이 형성되었다. 또한 저질은 패각이 많이 섞여 있는 사니질이며 불가사리류, 소라게 등 다양한 저서생물이 분포하고 있었다. 위의 조사결과를 바탕으로 백령도 해역의 해삼서식지에 대한 모식도를 Fig. 7와 같이 나타내었다. 모형에서 보는 바와 같이 저질은 사니질이며 바위와 전석들이 고루 산재되어 있는 가운데 바위 위에 그물바탕말과 해조류가 다수 분포되어 있다. 또한, 성게 (Echinoidea), 불가사리류, 가리비 (Propeamussiida), 소라게 등 일부 저서생물이 해삼과 함께 서식하고 있는 모습이다.

3.2 진도에서의 서식환경

진도 주변해역의 대조기 조류 분포를 살펴보면 고조에서 낙조류로 변하면서 북서류 계통의 조류 흐름이 진도 외해역에서 들어오며 특히, 조도군도와 진도 사이에서는 강한 유속장이 형성되어 있다. 낙조류에 접어들면서 외해역에서 남쪽으로 흐르는 조류 흐름과 동쪽으로 빠져 나가는 조류 흐름이 발생한다. 진도와 조도군도 사이의 조류 흐름은 120 cm s^-1 이상으로 매우 강하며 조도군도 주변해역도 100~120 cm s^-1 세기 정도였다. 그러나, 외해지역은 60~80 cm s^-1 정도로 조류 흐름이 약해지며 고조에서 창조류로 변하면서 외해역은 일시적으로 남서류가 형성되었지만, 진도와 조도군도 사이에서는 북서류 흐름이 발생한다. 창조류가 점차 강해지면서 외해역과 진도 서쪽 해역 사이에서 북쪽으로 흐르는 조류 흐름이 발생하며 진도 연안해역 남쪽에서는 해남에서 전파되어온 조류가 남동쪽으로 흐른다. 최강유속은 조도군도 사이에서 100~120 cm s^-1 정도의 유속을 나타내었고 외해역 부근은 60~80 cm s^-1 정도였다 (Fig. 8).

진도 지역의 2004년에서 2013년까지 10년간 수온변화를 살펴보면 표층수온의 경우 6.1~26.1℃를 보였다. 이는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 21~ 26℃의 고수온을 보였으며 겨울철에는 6~9℃의 저수온을 나타내었다. 저층 수온은 6.0~25.6℃로 표층 수온과 유사한 변화 패턴을 보였다 (Fig. 9). 염분의 경우 표층 염분은 18.3~35.3 psu 정도로 저염분 상태이며, 저층은 30.1~35.3 psu 정도의 고염분이다. 여름철 표층 염분은 18~32 psu의 저염분을 나타내었으며 특히, 봄철에 가장 높은 염분 상태를 보였다. 이는 여름에 집중강우로 인해 염분이 저하되고 봄, 가을, 겨울에는 염분이 높아지는 우리나라 연안의 전형적인 특성과 같다. 그러나, 저층의 염분상태가 높아 다른 조사지역에 비해 표층의 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 총질소는 표층에서 70.0~1,204.2 ㎍ L^-1이며, 저층에서 94.0~1,236.3 ㎍ L^-1로 양쪽 층간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 이와 같이 계절변화에 따른 뚜렷한 변화는 없으나 2005년에서 2009년 사이에 총질소 농도가 매우 높았으며 그 이후 다시 떨어지는 경향을 보였다. 총인은 표층에서 10.0~195.0 ㎍ L^-1이며, 저층에서 10.0~107.0 ㎍ L^-1로 두 층이 거의 비슷하였으며 다른 조사지역과 유의한 차이는 보이지 않았다. 클로로필 a는 표층에서 0.11~10.14 ㎍ L^-1 정도이며, 저층에서 0.06~9.91 ㎍ L^-1 정도로 특히, 봄과 여름에 일시적으로 높았지만 그 외 기간은 다른 지역에 비해 낮았다. 부유물질은 표층에서 4.4-118.8 ㎎ L^-1 정도이며 저층에서 8.8-121.6 ㎎ L^-1 정도로 봄과 여름에 일시적으로 높게 나타났으나 다른 지역에 비해 편차가 커서 유의하지는 않았다 (Fig. 9).

진도 조사지점의 수심은 약 1∼5 m의 범위이며 한국해양자료센터의 해수 온도 자료를 참고하였을 때 냉수대가 존재함을 알 수 있었다 (Table 2). 해삼이 주로 관찰된 곳의 저질은 사니질이며 이 지역에서 채취된 해삼 (25개체)의 평균 무게는 174 g으로 다른 지역에 비해 가장 높은 수치이다.

진도 조사해역의 수중관찰 결과는 Fig. 10 및 Fig. 11과 같다. 진도 해역의 해조류는 잘피 (Zostera marina), 우뭇가사리 (Agar), 잎꼬시래기 (Gracilaria textorii), 마디잘록이 (Lomentaria catenata), 톳 (Seaweed), 미역쇠, 참곱슬이 (Plocamium), 갈파래 (Ulvaceae) 등이 관찰되었으며 우뭇가사리가 우점하였다. 동해안에 비하여 탁도가 높고, 다양한 크기의 전석이 많이 관찰되었다. 또한, 성게류 (Echinoidea), 군소 (Aplysia kurodai) 등 다양한 저서생물이 서식하며 주로 암반 위와 밑에서 해삼이 발견되었다.

위와 같이 진도해역의 해삼 서식지 특징은 100~ 120 cm s^-1 세기의 강한 유속, 냉수대 형성, 사니질 저질을 나타내었다. 또한 우리나라의 전형적인 해양환경의 특성을 나타내었으며 잘피, 우뭇가사리 등 다양한 해조류 군락과 암반 등이 발견되었다.

본 결과를 바탕으로 진도 해역의 해삼서식지 생태환경에 대한 모식도를 Fig. 12과 같이 도식화하였다. 사니질 저질에 다양한 크기의 바위와 전석들이 분포하고 그 주변에 다양한 해조류가 서식하고 있는 것을 나타내었으며 특히, 해초인 잘피의 서식이 다른 지역과 구별되는 부분이다. 또한 성게류, 불가사리류 등 다양한 저서생물과 함께 암반 위와 퇴적물에서 해삼이 서식하는 모습을 나타내었다.

3.3 울진에서의 서식환경

울진 지역의 2004년부터 2013년까지 10년간 수온변화를 살펴보면 표층수온의 경우 7.6~25.9℃를 보였다. 이는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 20~26℃의 고수온을 보였으며 겨울철에는 7~10℃의 저수온을 나타내었다. 저층 수온은 표층과 달리 3.0~16.1℃정도로 수온약층이 형성되어 열교환 차단이 이루어지고 있었다 (Fig. 13). 염분의 경우 표층 염분은 31.3~34.3 psu 정도이며, 저층염분은 31.8~ 34.4 psu를 보였다. 여름철에 일시적으로 31 psu정도로 높아지지만 변동성은 크지 않은 것으로 분석되었다. 총질소는 표층에서 43.0~843.0 ㎍ L^-1 정도이며, 저층에서 22.0~500.7 ㎍ L^-1 정도로 표층에 비해 저층이 약간 높았으며, 다른 조사지역에 비해 상대적으로 낮았다 (Fig. 13). 총인은 표층에서 4.9~46.0 ㎍ L^-1 정도이며, 저층에서 6.0~77.5 ㎍ L^-1 정도로 계절변동성이 보이지 않았으며, 다른 조사지역에 비해 상대적으로 낮은 값을 보였다. 클로로필 a는 표층에서 0.08~ 3.12 ㎍ L^-1 정도이며, 저층에서 0.16~7.76 ㎍ L^-1 정도로 표층과 저층간 차이가 크지 않고 다른 지역에 비해서 상대적으로 낮았다. 부유물질은 표층에서 0.6~ 14.4 ㎎ L^-1 정도이며, 저층에서 1.0~23.2 ㎎ L^-1 정도로 계절변동성을 보이지 않으며 다른 지역에 비해 높은 투명도를 나타내었다 (Fig. 13).

울진지역의 해삼은 주로 20m 수심에서 채취하였으며, 연중 수온은 6∼23℃의 범위를 나타내었다 (Table 3). 이곳은 백령도나 진도지역과 비교하여 암반의 크기가 상대적으로 크며 산재하여 분포하는 특징이 있었다. 이 지역에서 채취된 해삼 (25개체)의 평균 무게는 121 g으로 세 조사지역 중 가장 가벼웠다.

울진 지역의 해삼 서식지 저서 관찰 모습은 Fig. 14 및 Fig. 15와 같으며, 다른 지역에 비하여 수심이 깊고, 낮은 탁도를 보여 해저 관찰이 용이하였다. 서식하고 있는 해조류는 구멍쇠미역 (Agarum clathratum), 갈고리아크로소리움 (Acrosorium uncinatum), 보라잎과 (Phycodrys sp.), 관절매물고둥 (Neptunea arthritica), 우렁쉥이과 (Halocynthia sp.) 등이며, 이 중 구멍쇠미역이 우점하였다. 그밖에 저서생물 중 불가사리류, 말미잘류 (Heteractis aurora) 그리고 산호 (Fungiidae) 등이 관찰되었으며, 해삼은 주로 암반 위, 퇴적물, 해조류 사이에서 발견되었다.

위와 같이 울진해역의 해삼 서식지 특징은 20 m이상의 깊은 수심에서 해삼이 발견되며 서해와 남해에 비해 암반 크기가 비교적 크고 갈고리아크로소리움과 구멍쇠미역 등 다양한 해조류 군락과 함께 산호 등 다른 저서생물이 서식하였다.

본 조사결과를 바탕으로 울진 해역의 해삼서식지에 대한 모식도를 Fig. 16와 같이 나타내었다. 사니질 저질에 여러 크기의 바위와 전석들이 분포하고 그 주변에 다양한 해조류가 서식하는 것을 나타내었으며 특히, 구멍쇠미역의 우점이 다른 지역과 구별되는 부분이었다. 또한 불가사리류, 말미잘류 등 다른 저서생물과 암반 위나 퇴적물에 해삼이 서식하는 모습도 나타내었다.

4. 고찰 및 결론

본 연구는 우리나라 대표적 해삼서식지 (백령도, 울진, 진도)의 서식환경을 조사 분석하여 국내에 적합한 해삼서식지 모형을 개발하고자 하였다. 그 결과 해삼서식지 특징은 퇴적물 입도조성이 사니질 (점토 40%, 모래 60%)이며, 다양한 해조류와 암석이 고루 분포하였다 (Fig. 7, Fig. 12, Fig. 16). 퇴적물 내의 유기물 함량은 2∼5%정도이며, 관찰된 주요 해조류는 모자반 (Sagassum sp.), 지충이 (Sargassum thunbergii), 다시마 (Lamimaria Japonica), 미역쇠 등이며 (Fig .6, Fig. 11, Fig. 15). 해삼은 주로 암석 위, 해조류 사이, 퇴적물에서 활동이 활발하였다 (Fig. 5, Fig. 10, Fig. 14).

해삼 서식지는 저수온이고 조류 소통이 원활하며, 해저유속이 30 cm s^-1 이하인 조건이 좋은 것으로 알려진 것에 반해 백령도와 진도의 해삼 서식지의 유속은 100~120 cm s^-1 정도로 세기가 강하여 해삼이 유실될 우려가 있다 (Fig. 3, Fig. 8). 그러나, 이로 인해 해수 순환이 활발하여 표층의 수온이 낮아져 해조류가 다른 지역보다 오래 서식할 수 있는 장점이 있었다. 다양한 해조류 서식은 해삼에게 은신처나 유기물 공급을 증대시키기 때문에 빠른 유속을 가진 해역이지만 오히려 해삼의 성장에 도움을 준 것으로 사료된다.

해삼 생태 환경의 조사 결과와 기타 참고문헌을 바탕으로 해삼 서식에 필요한 양식장의 적지 조건을 요약하면 Table 4와 같다. 수질환경조건은 수온은 12~ 18℃, 염분은 28~34‰, 인산염과 용존무기질소는 해역 등급 II 등급 기준으로 각각 0.05 mg L^-1 이하, 0.6 mg L^-1 이하이고, 용존산소와 pH는 각각 5.0 mg L^-1 이상, 7.8~8.3 사이여야 한다. 저질 환경의 경우 모래 비율이 50~60%정도이며 저질 COD는 20 mg O₂ g^-1 DM, AVS는 0.5 mg S g^-1 DM 이하가 좋다. 퇴적물의 유기물은 2.6% 이상이어야 하며 COD와 AVS는 위 조건을 벗어나면 안 된다. 수심은 30 m 이하 지역이나 DL(-) 0 m ~ DL(-) 10 m까지이며, 해역의 특성에 따라 광 도달 수심을 중심으로 구분하여 조성하는 것이 양호할 것이다. 또한, 담수유입의 영향이 적고 인근에 오염원과 부영양화 영향이 없으며 풍파에 의한 은신처 유실이 없어야 한다.

해삼의 서식처는 은신처 역할을 할 수 있는 다양한 해조류군락, 암석이 넓게 분포하고 저질은 사니질이며 조류소통이 좋고 용존산소가 풍부한 해역이었다. 치삼 시기에는 연안의 조장이나 암초지대 (조간대)에 서식하지만, 성장과 함께 성삼은 깊은 곳 (조하대)으로 이동하는 특성을 가지는 것으로 추정되는데, 이는 Okumura and Takahashi (2012)의 연구 결과와도 잘 일치하였다. 해삼의 분포 경향은 수심이 얕은 장소에서 소형의 개체, 깊은 장소에서는 대형개체가 많이 서식하는데 이것은 저질의 구성과도 밀접하게 관련되어 있다. 수심이 깊어지면서 펄 성분이 많아지고 해삼의 먹이가 되는 유기탄소나 유기질소를 많이 함유하기 때문에, 수심에 의한 해삼의 층별 분포는 생리적 또는 생태적인 현상이라고 할 수 있다 (Conand and Chardy 1985, Uthicke and Karez 1999, Bell-chambers et al. 2011).

본 연구결과를 토대로 치삼, 성삼 서식지의 두 가지 구역으로 분류하여 해삼 생태모델을 도출하였다 (Fig. 17). 치삼서식지는 조간대지역으로 암초 및 해조류가 분포하며, 퇴적물구성은 펄질이 우세한 지형으로 나타내었다. 성삼 서식지 중 사질과 니질이 만나는 곳에서 가장 많은 해삼을 나타내었고, 조간대지역보다 큰 전석과 해조류군락을 다수 나타내었다. 또한 퇴적물 구성이 사니질에서 사질로 바뀌는 부분은 수심이 깊어 혼합지역에 비하여 해조류 분포가 적고 보다 큰 암석을 나타내었다. 따라서 해삼의 서식구조 및 크기에 따른 서식처는 암반분포, 해조류구성, 퇴적물구성 및 수심과 깊은 연관이 있는 것으로 판단되므로 해삼 생태양식시설 조성시 반드시 고려하여야 한다.