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문제 정의
- 이에, 본 연구에서는 광역적 공간규모에서의 선형개발사업이 산림의 단편화에 미치는 영향 정도를 정량적으로 해석하기 위해서 경관지수와 지리정보시스템을 활용하고자 하며, 이에 대한 실증적 연구를 위해서 우리나라 주요 4대강의 하나인 낙동강의 중ㆍ상류 유역을 대상으로 도로건설에 따른 산림의 단편화를 분석하고자 한다. 아울러, 향후 경관지수를 선형개발사업에 따른 산림 단편화를 사전에 예측하거나, 최소화하기 위한 지표로서 활용가능한 가를 검토해 보고자 한다.
- 이상과 같이 본 연구는 낙동강 중ㆍ상류 유역이라는 광역적 공간규모에 있어서의 도로건설로 인하여 발생되는 산림의 단편화를 정량적으로 해석하기 위해서 경관지수와 지리정보시스템을 활용해 보았다.
- 이에, 본 연구에서는 광역적 공간규모에서의 선형개발사업이 산림의 단편화에 미치는 영향 정도를 정량적으로 해석하기 위해서 경관지수와 지리정보시스템을 활용하고자 하며, 이에 대한 실증적 연구를 위해서 우리나라 주요 4대강의 하나인 낙동강의 중ㆍ상류 유역을 대상으로 도로건설에 따른 산림의 단편화를 분석하고자 한다. 아울러, 향후 경관지수를 선형개발사업에 따른 산림 단편화를 사전에 예측하거나, 최소화하기 위한 지표로서 활용가능한 가를 검토해 보고자 한다.
제안 방법
- 2에서 산림패치자료와 동일한 좌표체계의 벡터자료를 생성하였다. 그리고, 도로지역은 ‘0’값, 비도로지역은‘1’값을 가지는 선형그리드(공간해상도 100m pixel)로 변환한 후, 산림패치 자료와의 중첩연산을 통하여 산림 내의 도로부분을 제거하였다. 이렇게 생성된 도로건설 전 · 후의 산림패치자료(Fig.
- 도로망도는 국립지리원에서 제작한 1:250,000 지세도를 스캐닝하여 이미지 형태로 변환한 후, AutoCAD(AutoDesk Inc., 1997)에서 고속도로, 국도, 지방도의 중심선을 추출하고, 최종적으로 ArcInfo 8.0.2에서 산림패치자료와 동일한 좌표체계의 벡터자료를 생성하였다. 그리고, 도로지역은 ‘0’값, 비도로지역은‘1’값을 가지는 선형그리드(공간해상도 100m pixel)로 변환한 후, 산림패치 자료와의 중첩연산을 통하여 산림 내의 도로부분을 제거하였다.
- 다음으로, 핵심구역은 패치 경계에서 일정거리 이내, 즉 가장자리 효과(edge effects)가 나타나는 부분의 안쪽에 분포하는 구역을 의미하는 것으로서, 가장자리 효과의 폭이 지수결과치에 중대한 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 연구에서는 관련된 선행연구(박종화 등, 1995; 서경주, 1996)를 종합적으로 고찰하여 가장자리 폭을 100m로 설정하였다. 마지막으로, 근접도에 관련된 지수들은 인접한 패치들 간의 이질성 정도와 거리를 기초로 하는 평균 근접도 지수(MPI)를 사용하였다.
- 2에 제시된 바와 같다. 먼저, 산림패치자료는 Landsat TM자료에서 작성된 토지피복분류도1)에서 추출하였는데, 최초 1:50,000 수치지도의 인덱스맵을 기준으로 47개의 이미지 파일로 분리된 것을 IMAGINE 8.4(ERDAS Inc., 1999) 에서 하나의 도엽으로 합친 후, 필요로 하는 대상지역만을 추출하기 위해서 낙동강 중ㆍ상류 유역의 외곽경계선을 따라 마스킹(masking) 처리를 하였다.
- 이러한 과정을 통해서 작성된 산림패치자료를 입력자료로 하여 FRAGSTATS을 실행해 보았으나, 패치 수가 지나치게 많아 프로그램의 수행이 불가능하였다. 이러한 제한요소를 개선하기 위해서 관련된 선행연구(조용현, 2000; Tinker et al., 1998)를 참조하여 Fig. 3과 같이 최초 생성된 산림패치자료를 가공하였는데, 먼저 ArcInfo8.0.2(ESRI Inc., 1999)의 재배열(resampling)기능을 이용하여 공간해상도를 100m pixel로 낮춘 다음, 미세한 패치를 제거(majority filtering)함으로써 경관 지수의 산출이 가능해졌다.
- 그리고, 도로지역은 ‘0’값, 비도로지역은‘1’값을 가지는 선형그리드(공간해상도 100m pixel)로 변환한 후, 산림패치 자료와의 중첩연산을 통하여 산림 내의 도로부분을 제거하였다. 이렇게 생성된 도로건설 전 · 후의 산림패치자료(Fig. 4)를 최종적인 입력자료로 하여, 각각에 대한 경관지수를 산출 · 비교하여 도로건설에 따른 산림의 단편화 정도와 패턴을 분석하였다.
대상 데이터
- 전국적으로 군도(郡道)이상의 도로연장은 총 91,396km이며(2001년 12월 기준), 연구 대상지인 낙동강 중ㆍ상류유역에 해당하는 대구광역시와 경상북도의 도로연장은 12,118km로(건설교통부, 2001) 최근의 중부내륙고속도로, 국도 및 지방도 등의 신설 또는 확장으로 인해 산림생태계의 교란이 더욱 심각해지고 있다. 대상지의 지리적 위치 및 현황은 Fig. 1과 같으며, 수치지도로 작성된 유역경계도에서 계산된 유역면적은 15,053km2이고, 유역 내에 건설된 도로(고속도로, 국도, 지방도) 연장은 약 3,466km로 조사되었다. 토지피복특성은 환경부에서 작성한 토지피복분류도(1999년대 말)를 기준으로 볼 때 산림이 전체면적의 75%이상을 차지하고 있는 것으로 나타나, 도로건설 등의 각종 개발사업에 따른 산림의 단편화를 완전히 배제하는 것은 현실적으로 기대하기 어렵다고 할 수 있다.
- , 2001; Herzog, 2001). 본 연구에서 사용된 경관지수는 Table 1에 제시된 바와 같이, 크게 패치의 ① 크기/밀도/가장자리 ② 형태 ③ 핵심구역 ④ 근접도로 구분되고 각 범주에 다양한 경관지수들이 포함된다. 여기서, 크기/밀도/가장자리에 관련된 지수들은 최대 패치 지수(LPI), 평균 패치 크기(MPS), 패치수(NP), 패치 밀도(PD), 가장자리 밀도(ED)로 구성되어 있다.
이론/모형
- 따라서, 본 연구에서는 관련된 선행연구(박종화 등, 1995; 서경주, 1996)를 종합적으로 고찰하여 가장자리 폭을 100m로 설정하였다. 마지막으로, 근접도에 관련된 지수들은 인접한 패치들 간의 이질성 정도와 거리를 기초로 하는 평균 근접도 지수(MPI)를 사용하였다.
- 근접도(proximity)는 동일한 유형을 가지는 패치들 사이의 거리 또는 일정반경 이내에 분포하는 동일 유형 패치들의 면적 등을 기준으로 측정할 수 있다. 본 연구에서는 Table 5에 제시된 바와 같이, Gustafson and Parker(1992)에 의해서 개발되어진 평균 근접도 지수(MPI)를 이용하였다.
- 여기서, 크기/밀도/가장자리에 관련된 지수들은 최대 패치 지수(LPI), 평균 패치 크기(MPS), 패치수(NP), 패치 밀도(PD), 가장자리 밀도(ED)로 구성되어 있다. 형태에 관련된 지수들은 패치 형태의 복잡성을 정량화하기 위한 지수들로서 패치의 둘레길이와 면적 간의 관계를 기초로 계산되며(McGarigal et al., 2002), 본 연구에서는 평균 형태지수(MSI), 면적가중 평균 형태지수(AWMSI), 평균 패치 프랙탈차원(MPFD) 등을 사용하였다. 다음으로, 핵심구역은 패치 경계에서 일정거리 이내, 즉 가장자리 효과(edge effects)가 나타나는 부분의 안쪽에 분포하는 구역을 의미하는 것으로서, 가장자리 효과의 폭이 지수결과치에 중대한 영향을 미치게 된다.
성능/효과
- 먼저, 산림 패치의 크기에 관련된 지수들(LPI, MPS)은 뚜렷한 감소패턴을 보였고, 그 수와 밀도(NP, PD), 그리고 가장자리의 양(TE, ED)은 도로 건설로 인하여 증가한 것으로 나타났으며, 이러한 변화는 패치의 내부 서식지라 할 수 있는 핵심구역에도 영향을 미치게 되어 핵심구역의 크기는 감소(TCA, MCA, MDCA)하고, 그 수와 밀도(NDCA, DCAD)는 증가한 것으로 나타났다. 다음으로 패치 형태에 있어서는, 큰 면적의 패치들을 중심으로 도로와 같은 인위적인 영향인자에 의하여 경계부의 형태(AWMSI, AWMPFD)가 단순해진 것으로 나타났다. 마지막으로 도로에 의해서 연결되었던 하나의 산림 패치가 분리 또는 소실되어짐에 따라 서로간의 거리, 즉 근접도(MPI)도 증가한 것으로 나타났다.
- 이와는 달리, 패취 수(NP)와 밀도(PD)는 단편화에 의해서 증가한 것으로 나타났는데, 패치 수의 경우는 도로건설 전에 비해 약 64 %(1,329→2,180) 이상 증가하였다. 또한, 가장자리의 양(TE)과 밀도(ED)에 있어서도 뚜렷한 증가패턴을 보이고 있는 것으로 나타났다. 이상과 같은 패치 크기/밀도/가장자리에 관한 지수들은 생태계 관리에 있어서 유용한 정보를 제공하는데, 특히 패치 크기의 경우는 Robbins et al.
- 다음으로 패치 형태에 있어서는, 큰 면적의 패치들을 중심으로 도로와 같은 인위적인 영향인자에 의하여 경계부의 형태(AWMSI, AWMPFD)가 단순해진 것으로 나타났다. 마지막으로 도로에 의해서 연결되었던 하나의 산림 패치가 분리 또는 소실되어짐에 따라 서로간의 거리, 즉 근접도(MPI)도 증가한 것으로 나타났다.
- 도로건설 전 · 후의 산림 패치자료에서 추출된 경관지수값의 변화패턴을 토대로 단편화 정도를 정량적으로 해석할 수 있었는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 먼저, 산림 패치의 크기에 관련된 지수들(LPI, MPS)은 뚜렷한 감소패턴을 보였고, 그 수와 밀도(NP, PD), 그리고 가장자리의 양(TE, ED)은 도로 건설로 인하여 증가한 것으로 나타났으며, 이러한 변화는 패치의 내부 서식지라 할 수 있는 핵심구역에도 영향을 미치게 되어 핵심구역의 크기는 감소(TCA, MCA, MDCA)하고, 그 수와 밀도(NDCA, DCAD)는 증가한 것으로 나타났다. 다음으로 패치 형태에 있어서는, 큰 면적의 패치들을 중심으로 도로와 같은 인위적인 영향인자에 의하여 경계부의 형태(AWMSI, AWMPFD)가 단순해진 것으로 나타났다.
- 대상지의 경우도 Table 2에 제시된 바와 같이 동일한 변화패턴을 보이고 있는 것으로 나타났다. 먼저, 최대 패치크기 지수(LPI)는 Table 2의 산출공식에서와 같이 가장 큰 면적의 산림 패치가 전체 유역면적에서 차지하는 비율로서 도로건설 전에는 전체면적의 약 70 %를 차지하였으나, 도로건설 후에는 3 %까지 감소한 것으로 나타났다. 또한 평균 패치 크기(MPS)에 있어서도 863ha에서 518ha로 동일한 감소패턴을 보였다.
- 즉, Table 3에 제시된 경관지수의 값이 증가할수록 패치 형태가 복잡해진다는 것을 의미하게 된다. 분석결과를 살펴보면, 평균 형태지수(MSI)와 평균 패치 프랙탈 차원(MPFD)은 도로건설 전과 비교하여 거의 변화하지 않은 것으로 나타났으나, 패치 면적에 따라 가중치를 부여하여 계산되는 면적 가중 평균 형태 지수(AWMSI)는 면적 가중 평균 프랙탈 차원(AWMPFD)은 도로건설 전에 비하여 뚜렷한 감소경향을 보이고 있다. 일반적으로 단순한 형태의 패치일수록 내부의 자원을 보존하는데 효과적인 반면, 굴곡형 경계부를 지닌 패치는 인접 생태계와 보다 많은 상호작용이 일어나게 된다.
- 분석결과에 따르면, 산림 패치들 간의 평균 근접도 지수(MPI)가 도로건설 전에 비해서 상당량(82,300→2,268) 감소한 것으로 나타났다. 이는, 도로 건설로 인하여 상호 연결되어져 있던 하나의 패치가 서로 양분되거나 소실됨에 따라, 인접한 산림 패치들 간의 거리가 더욱 증가하였음을 의미한다.
- 또한 평균 패치 크기(MPS)에 있어서도 863ha에서 518ha로 동일한 감소패턴을 보였다. 이와는 달리, 패취 수(NP)와 밀도(PD)는 단편화에 의해서 증가한 것으로 나타났는데, 패치 수의 경우는 도로건설 전에 비해 약 64 %(1,329→2,180) 이상 증가하였다. 또한, 가장자리의 양(TE)과 밀도(ED)에 있어서도 뚜렷한 증가패턴을 보이고 있는 것으로 나타났다.
- 핵심구역에 관련된 경관지수들을 대상지역에 적용하여 산출된 결과는 Table 4와 같은데, 먼저 핵심구역의 크기와 관련된 전체 핵심구역(TCA)은 도로건설로 인하여 27,427ha 이상이 감소하였으며, 평균 핵심구역 면적(MCA)은 302ha가 감소한 것으로 나타났 다. 한편, 가장자리의 폭을 100m로 설정하였을 경우, 핵심구역이 존재하는 산림패치의 수(NDCA)는 도로건설 전에 비하여 427개가 증가한 것으로 나타났으며, 100ha 당 핵심구역 패치의 수, 즉 상호분리된 핵심구역의 밀도(DCAD)도 단편화로 인하여 0.094개/100ha에서 0.122개/100ha로 증가한 것으로 나타났다. 이는 결국 도로건설 전에는 하나의 패치로 존재하였으나, 도로건설로 인하여 좀더 작은 면적의 서로 다른 패치로 분리되어졌음을 의미한다.
후속연구
- 토지피복특성은 환경부에서 작성한 토지피복분류도(1999년대 말)를 기준으로 볼 때 산림이 전체면적의 75%이상을 차지하고 있는 것으로 나타나, 도로건설 등의 각종 개발사업에 따른 산림의 단편화를 완전히 배제하는 것은 현실적으로 기대하기 어렵다고 할 수 있다. 따라서, 도로건설로 인해 불가피하게 발생될 수 있는 단편화를 최소화할 수 있는 방안이 시급히 마련되어져야 할 것으로 판단된다.
- 먼저, 환경부의 토지피복분류도는 한반도 전체를 대상으로 하여 작성된 자료로서, 본 연구의 대상지와 같은 광역적 공간규모에 있어서의 산림 패치 등의 경관요소를 생성하는데 유용하게 활용될 수 있었다고 판단된다. 도로건설 전 · 후의 산림 패치자료에서 추출된 경관지수값의 변화패턴을 토대로 단편화 정도를 정량적으로 해석할 수 있었는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 한편, 본 연구를 수행하면서 도출된 문제점 및 향후과제로서, 먼저 대상지의 공간규모에 따라 패치자료의 스케일을 결정해야 되는데, 특히 래스터 자료의 경우는 공간해상도가 경관지수의 결과에 중대한 영향을 미치기 때문에 적합한 스케일의 결정을 위한 선행연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서와 같이 광역적 공간 규모에서는 패치자료의 획득을 위해서 Landsat TM 정도의 공간해상도를 가지는 위성영상자료가 시간 및 효율성 등을 고려해 볼 때 활용가치가 높다고 할 수 있으나, 특정 도로구간과 같은 소규모의 경우에서는 IKONOS 등과 같은 고해상도의 영상자료 등에서 정밀한 산림패치자료의 생성이 필요하리라 판단된다. 아울러, 사전 환경성 검토 등의 계획단계에서부터 도로건설로 인해 발생될 수 있는 산림의 단편화를 최소화하거나, 생태계에 미치는 영향을 사전에 예방하기 위해서는 경관지수에 의해서 설명되는 산림패치의 구조적 패턴이 생물종 다양성 등에 어떠한 영향을 미치는 가를 규명할 필요성이 있으며, 이를 위해서는 현장조사를 통한 생태정보의 지속적인 축적이 동시에 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서와 같이 광역적 공간 규모에서는 패치자료의 획득을 위해서 Landsat TM 정도의 공간해상도를 가지는 위성영상자료가 시간 및 효율성 등을 고려해 볼 때 활용가치가 높다고 할 수 있으나, 특정 도로구간과 같은 소규모의 경우에서는 IKONOS 등과 같은 고해상도의 영상자료 등에서 정밀한 산림패치자료의 생성이 필요하리라 판단된다. 아울러, 사전 환경성 검토 등의 계획단계에서부터 도로건설로 인해 발생될 수 있는 산림의 단편화를 최소화하거나, 생태계에 미치는 영향을 사전에 예방하기 위해서는 경관지수에 의해서 설명되는 산림패치의 구조적 패턴이 생물종 다양성 등에 어떠한 영향을 미치는 가를 규명할 필요성이 있으며, 이를 위해서는 현장조사를 통한 생태정보의 지속적인 축적이 동시에 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 한편, 본 연구를 수행하면서 도출된 문제점 및 향후과제로서, 먼저 대상지의 공간규모에 따라 패치자료의 스케일을 결정해야 되는데, 특히 래스터 자료의 경우는 공간해상도가 경관지수의 결과에 중대한 영향을 미치기 때문에 적합한 스케일의 결정을 위한 선행연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서와 같이 광역적 공간 규모에서는 패치자료의 획득을 위해서 Landsat TM 정도의 공간해상도를 가지는 위성영상자료가 시간 및 효율성 등을 고려해 볼 때 활용가치가 높다고 할 수 있으나, 특정 도로구간과 같은 소규모의 경우에서는 IKONOS 등과 같은 고해상도의 영상자료 등에서 정밀한 산림패치자료의 생성이 필요하리라 판단된다.
- (1989)의 연구결과에 따르면 조류(鳥類)의 종 다양성(종의 수, 즉 종풍부도)과 상당한 관계성이 있는 것으로 밝혀졌다. 향후, 이러한 지수들과 현장조사를 통한 경험적 자료를 축적하여 종 다양성-패치 크기의 상호관계를 명확히 함으로써, 특정 종이 생존 가능한 최소한의 서식지 크기를 유지하는 것이 가능해질 것으로 판단된다(이도원, 2001).
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