진안군 마을숲 주변 산림의 파편화 및 공간 형태 변화 분석 An Analysis of Changes in Forest Fragmentation and Morphology in Surrounding Landscapes of Maeulsoops and Jinan-gun원문보기
이 연구는 진안군의 산림과 마을숲 주변 경관의 서식지 변화 과정을 경관지수와 서식지 형태 분석으로 밝히고, 생물다양성 보전을 위한 경관생태학적 함의를 제시하고자 수행되었다. FRAGSTATS과 GUIDOS 서식지 분석 프로그램에서 1989년과 2006년의 토지피복도를 활용하여 진안군 산림과 34개 대표적인 마을숲 주변 경관의 서식지 구성과 짜임을 분석하였다. 진안군 핵심과 통로 서식지의 면적, 서식지 연결성은 1989년보다 2006년에 낮았다. 또한, 마을숲 주변 서식지의 파편화 정도와 서식지의 구조적, 기능적 연결성은 1989년보다 2006년에 낮았다. 서식지 파편화를 감소시키고 연결성을 향상시키기 위해 기존에 존재하는 마을숲과 주변 생태통로를 보전하면서 새로운 생태통로를 조성해주는 전략이 필요하다. 본 연구의 경관지수와 서식지 형태 분석은 급격하게 변하는 경관에서 서식지 기능과 짜임을 분석하는 데 효과적인 기법으로 활용될 수 있다.
이 연구는 진안군의 산림과 마을숲 주변 경관의 서식지 변화 과정을 경관지수와 서식지 형태 분석으로 밝히고, 생물다양성 보전을 위한 경관생태학적 함의를 제시하고자 수행되었다. FRAGSTATS과 GUIDOS 서식지 분석 프로그램에서 1989년과 2006년의 토지피복도를 활용하여 진안군 산림과 34개 대표적인 마을숲 주변 경관의 서식지 구성과 짜임을 분석하였다. 진안군 핵심과 통로 서식지의 면적, 서식지 연결성은 1989년보다 2006년에 낮았다. 또한, 마을숲 주변 서식지의 파편화 정도와 서식지의 구조적, 기능적 연결성은 1989년보다 2006년에 낮았다. 서식지 파편화를 감소시키고 연결성을 향상시키기 위해 기존에 존재하는 마을숲과 주변 생태통로를 보전하면서 새로운 생태통로를 조성해주는 전략이 필요하다. 본 연구의 경관지수와 서식지 형태 분석은 급격하게 변하는 경관에서 서식지 기능과 짜임을 분석하는 데 효과적인 기법으로 활용될 수 있다.
The changes of forest habitats and maeulsoops(village forests) in Jinan-gun, Jeollabuk-do, South Korea are examined using landscape indices and morphological pattern analysis, and their landscape-ecological implications on conserving biological diversity are presented. We used FRAGSTATS and GUIDOS s...
The changes of forest habitats and maeulsoops(village forests) in Jinan-gun, Jeollabuk-do, South Korea are examined using landscape indices and morphological pattern analysis, and their landscape-ecological implications on conserving biological diversity are presented. We used FRAGSTATS and GUIDOS software, as well as land cover maps(of 1989 and 2006) to analyze the spatial and temporal patterns of habitat composition and configuration in surrounding landscapes of 34 representative maeulsoops and Jinan-gun. The results showed decreases in the amount of core habitats and corridors and habitat connectivity at a regional scale since 1989. In addition, multi-scale habitat analysis at a focal scale revealed that the structural and functional connectivity between forest habitats surrounding maeulsoops of the year 2006 was lower than that of the year 1989. In order to reduce forest fragmentation and to enhance the connectivity among habitats, it is necessary to provide the additional habitat corridors as well as preserving existing corridors and surrounding landscapes of maeulsoops. We also suggest that a combination of landscape indices and morphological spatial pattern analysis can provide an effective tool to assess the habitat functions and configuration in a rapidly changing landscape.
The changes of forest habitats and maeulsoops(village forests) in Jinan-gun, Jeollabuk-do, South Korea are examined using landscape indices and morphological pattern analysis, and their landscape-ecological implications on conserving biological diversity are presented. We used FRAGSTATS and GUIDOS software, as well as land cover maps(of 1989 and 2006) to analyze the spatial and temporal patterns of habitat composition and configuration in surrounding landscapes of 34 representative maeulsoops and Jinan-gun. The results showed decreases in the amount of core habitats and corridors and habitat connectivity at a regional scale since 1989. In addition, multi-scale habitat analysis at a focal scale revealed that the structural and functional connectivity between forest habitats surrounding maeulsoops of the year 2006 was lower than that of the year 1989. In order to reduce forest fragmentation and to enhance the connectivity among habitats, it is necessary to provide the additional habitat corridors as well as preserving existing corridors and surrounding landscapes of maeulsoops. We also suggest that a combination of landscape indices and morphological spatial pattern analysis can provide an effective tool to assess the habitat functions and configuration in a rapidly changing landscape.
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문제 정의
경관 변화 분석은 경관 파편화와 연결성 관점에서 진안군 전체 지역을 대상으로 하는 지역 규모(regional scale)와 마을숲 주변의 경관을 대상으로 하는 대상 규모(focal scale)로 나누어 살펴보았다. 이를 통해서 FRAGSTATS의 경관지수와 GUIDOS가 제공하는 서식지 형태 분류가 두 경관 규모에서 일어나는 서식지 변화 양상을 어떻게 탐지하는지 확인하고, 두 기법을 적용하여 도출된 서식지 변화 양상을 통해 생물다양성 보전을 위한 경관 생태적 함의를 제시하고자 한다.
제안 방법
토지피복분류 항목은 환경부의 토지피복분류체계를 바탕으로 시가지(urban), 나지(barren), 초지(grass), 녹지(forest), 논(paddy field), 밭(dry field) 등 총 7가지 부분으로 구성된다(Ministry of Environment, 2002). ArcGIS 9.1(ESRI, Inc.)에서 토지피복지도의 시계열 변화 양상을 파악한 후, 각 시기별 녹지를 추출하였다.
이 연구에서는 GUIDOS와 FRAGSTATS을 이용하여 전라북도 진안군의 산림과 마을숲을 대상으로 1989년과 2006년의 경관 변화를 탐색했다. 경관 변화 분석은 경관 파편화와 연결성 관점에서 진안군 전체 지역을 대상으로 하는 지역 규모(regional scale)와 마을숲 주변의 경관을 대상으로 하는 대상 규모(focal scale)로 나누어 살펴보았다. 이를 통해서 FRAGSTATS의 경관지수와 GUIDOS가 제공하는 서식지 형태 분류가 두 경관 규모에서 일어나는 서식지 변화 양상을 어떻게 탐지하는지 확인하고, 두 기법을 적용하여 도출된 서식지 변화 양상을 통해 생물다양성 보전을 위한 경관 생태적 함의를 제시하고자 한다.
녹지 분포의 변화를 파악하기 위해 진안군의 1989년 6월 3일과 2006년 10월 16일 토지피복도를 활용하였다. 1989년은 국가수자원관리 종합시스템(WAMIS)에서 제공받은 30m 공간해상도의 토지 피복도를 활용했다.
, 2005). 따라서 대상규모 연구로 각 시기별 마을숲과 주변 산림의 FRAGSTATS 경관지수와 서식지 형태 패턴의 변화 분석은 마을숲을 중심으로 50, 100, 200, 500, 1,000, 1,500m 반경을 기준으로 분석했다. 이러한 다중규모는 일반적으로 알려진 조류를 포함하는 중 ․ 소형 야생동물의 활동 반경과 전파(dispersal), 종자(seed) 전파 거리를 포함한다(Sutherland et al.
먼저, 지역규모와 대상규모에서 각각 FRAGSTATS(Version 3.3)(McGarigal et al., 2002a; 2002b)과 R 프로그램 패키지 SDMTools(VanDerWal et al., 2012)를 통해 5개의 경관지수들을 산출하고 산림 경관 패턴의 시계열 변화를 확인했다. 5개의 경관지수는 패치 밀도(PD; patch density), 평균 패치 크기(MPS; mean patch size), 최대 패치 지수(LPI; largest patch index), 평균 패치 거리(MNN; euclidean mean nearest-neighbor distance), 패치 응집 지수(COHESION; patch cohesion index)이다(McGarigal et al.
, 2007a)이다. 이 연구에서는 30m의 공간 해상도 토지피복지도를 사용하고, 대다수의 연구에서 가장자리 효과(edge effect)가 크게 나타난다고 보고되는 범위로, 산림과 바탕(matrix)의 경계로부터 내부 산림 영역 30m 까지를 가장자리 영향이 미치는 범위로 설정하였다(Murcia, 1995; Laurance, 1997). 따라서 구조요소는 1로 설정되었다.
녹지로 분류된 픽셀 이웃간 연결성은 4-neighbor rule에 의해 정의되었다. 이를 바탕으로 GUIDOS의 형태적 이미지 프로세싱(morphological image processing)에 의해 핵심(core), 통로에 해당하는 간선(bridge)과 지선(branch), 환(loop), 작은 섬 형태로 나타나는 메(islet), 서식지들을 둘러싸고 있는 바탕(matrix), 핵심과 바탕의 경계인 가장자리(edge), 산림 내부의 갭(gap)을 의미하는 숲틈(perforation) 등 각각의 기능에 따른 8개의 서식지 형태를 분류하였다(Figure 2; Table 3). 형태별 분류 방법과 형태별 기능에 대한 설명은 Soille and Vogt(2009)에 잘 나타나 있다.
진안군에 남아있는 마을숲의 면적과 길이, 유형, 마을과의 관계 등의 일반적인 특성과 시설, 행태, 소유 등의 사회 ․ 행태적인 특성, 임상 및 식생 구조 등은 Park and Lee(2007)에 잘 나타나 있다. 특정 생물종의 서식지를 대상으로 하지 않고, 마을숲과 주변 서식지의 일반적인 구조와 기능에 따른 형태를 파악하고자 임상 구분 없이 전체 산림녹지를 대상으로 분석했다.
대상 데이터
녹지 분포의 변화를 파악하기 위해 진안군의 1989년 6월 3일과 2006년 10월 16일 토지피복도를 활용하였다. 1989년은 국가수자원관리 종합시스템(WAMIS)에서 제공받은 30m 공간해상도의 토지 피복도를 활용했다. 2006년은 미국지질조사소(USGS)의 Landsat TM 위성영상을 이용하고, ENVI 4.
본 연구는 전라북도 진안군 789.1㎢ 면적을 연구 대상지로 선정하였다(Figure 1). 2010년 산림청 산림기본통계에 따르면 진안군 전체 산림면적은 59,771ha로 임상별로는 활엽수림이 약 37%, 침엽수림 약 36%, 혼효림은 약 27%를 차지한다.
이 연구에서는 GUIDOS와 FRAGSTATS을 이용하여 전라북도 진안군의 산림과 마을숲을 대상으로 1989년과 2006년의 경관 변화를 탐색했다. 경관 변화 분석은 경관 파편화와 연결성 관점에서 진안군 전체 지역을 대상으로 하는 지역 규모(regional scale)와 마을숲 주변의 경관을 대상으로 하는 대상 규모(focal scale)로 나누어 살펴보았다.
진안군은 대표적인 전통농촌경관으로 약 70여개 이상의 마을숲이 남아있다. 이 연구에서는 공간 데이터 간 자기상관(spatial autocorrelation)을 줄이고, 마을숲 주변 경관이 중첩되는 것을 피하기 위해 마을숲 간 최소거리가 1.5㎞ 이상이 되는 34개의 마을숲(0.01 ~ 1.23ha)을 선정하였다(Table 1; Figure 1; Holland et al., 2004). 진안군에 남아있는 마을숲의 면적과 길이, 유형, 마을과의 관계 등의 일반적인 특성과 시설, 행태, 소유 등의 사회 ․ 행태적인 특성, 임상 및 식생 구조 등은 Park and Lee(2007)에 잘 나타나 있다.
데이터처리
, 2002). ArcGIS 9.1과 R 2.12.0 소프트웨어를 이용하여 마을숲으로부터 각 반경에 들어오는 서식지들의 경관지수와 서식지 공간 형태별 면적을 계산하고, 시기별로 95% 신뢰수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 있는지 분석하였다.
0 소프트웨어를 이용하여 수행되었다(R Development Core Team, 2010). 사전 조사 결과, 다수의 데이터가 log 또는 square root 변환에도 불구하고 정규성(normality)과 등분산성(homoscedasticity)을 만족시키지 않아 비모수통계기법인 Wilcoxon rank sum test를 이용했고, 조건을 만족하는 데이터는 t-test를 실시했다.
이론/모형
따라서 구조요소는 1로 설정되었다. 녹지로 분류된 픽셀 이웃간 연결성은 4-neighbor rule에 의해 정의되었다. 이를 바탕으로 GUIDOS의 형태적 이미지 프로세싱(morphological image processing)에 의해 핵심(core), 통로에 해당하는 간선(bridge)과 지선(branch), 환(loop), 작은 섬 형태로 나타나는 메(islet), 서식지들을 둘러싸고 있는 바탕(matrix), 핵심과 바탕의 경계인 가장자리(edge), 산림 내부의 갭(gap)을 의미하는 숲틈(perforation) 등 각각의 기능에 따른 8개의 서식지 형태를 분류하였다(Figure 2; Table 3).
진안군 전체 산림 서식지와 마을숲과 주변 산림 서식지의 공간 형태 분석에서는 GUIDOS(Vogt et al., 2007a; 2007b)가 활용되었다.
성능/효과
이와 같은 공간규모와 관련하여 마을숲과 인근 주변 서식지를 활동 반경으로 하는 이동성이 작은 소형 야생동물의 생존이 어려워지고, 이들 군집의 다양성도 감소하고 있을 것으로 예측된다. 고립된 메(islet)는 100, 200, 1,000m의 규모에서 1989년보다 2006년에 유의하게 증가한 것으로 나타났지만, 가장자리(edge) 서식지는 50 ~ 200m 규모에서 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 마을숲과 주변 경관의 서식지들이 작은 메로 파편화 되면서 핵심 서식지와 바탕의 경계가 되는 가장자리 서식지도 줄어든 것으로 판단된다.
두 기법에서 도출된 경관지수와 서식지 형태들의 시계열 변화 분석을 통해 1989년보다 2006년에 산림의 파편화가 크고 서식지 연결성은 낮았던 것을 확인할 수 있다. 그리고 농촌지역을 대표하는 서식지로서 중 · 소형 야생동물의 서식공간인 마을숲과 주변 경관이 파편화되고, 마을숲과 인근 잔존림, 자연산림과의 연결성이 낮아지고 있음을 알 수 있다.
패치 밀도(PD)와 평균 패치 거리(MNN) 값은 2006년이 1989년보다 유의하게 크고, 평균 패치 크기(MPS)와 최대 패치 지수, 패치응집 지수는 2006년이 1989년보다 유의하게 낮은 것으로 나타났다. 따라서 200m 이상의 마을숲 중심 규모에서 도출한 경관지수들을 모두 고려하여 2006년이 1989년에 비해 산림 파편화와 고립도 정도가 크고, 산림 연결성은 낮았다. 이는 진안군 전체 산림 경관을 대상으로 분석했을 때와 동일한 결과를 나타내며, 200m 이상의 경관의 구조적 변화에 민감하게 반응하는 야생동물 개체군의 지속성(persistence)과 다양성에는 부정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.
따라서 50 ~ 1,000m 규모에 반응하는 중 · 소형 야생동물의 이동과 군집형성에 미치는 경관 변화의 영향은 컸을 것으로 판단된다.
서식지 패치간 평균거리를 나타내는 평균 패치 거리(MNN) 값은 2006년이 1989년보다 더 높았다. 따라서 지역규모에서 전체 산림경관을 분석하면, 2006년이 1989년에 비해 산림 서식지 연결성이 낮고, 파편화와 고립도 정도는 컸던 것으로 나타났다.
이는 2006년이 1989년에 비해 산림 서식지 파편화 정도가 컸음을 의미한다. 또한 최대 패치 지수(LPI)는 2006년이 1989년에 비해 매우 낮고, 패치 응집 지수(COHESION)도 2006년이 1989년보다 낮아, 2006년에 파편화와 격리(isolation)정도가 더 컸던 것을 알 수 있다. 서식지 패치간 평균거리를 나타내는 평균 패치 거리(MNN) 값은 2006년이 1989년보다 더 높았다.
즉, 지난 17년간 마을숲 주변 50m 이내의 서식지 변화는 서식지 면적보다는 연결성에 있어 큰 변화가 있었던 것을 알 수 있다. 마을숲 주변 100m 공간규모에서는 패치 응집 지수 값의 유의한 변화가 있었고, 2006년의 최대 패치 지수(LPI) 값이 1989년보다 유의하게 낮았다. 이는 100m 규모에서는 서식지의 구조적 연결성이 낮아졌을 뿐만 아니라 면적이 큰 산림 서식지가 파편화되었다는 것을 의미한다.
Table 7은 마을숲을 중심으로 다중 공간규모에서 시기별 경관지수들의 유의한 차이가 있는지를 나타낸다. 마을숲을 중심으로 50m 규모 반경에서는 패치 응집 지수(COHESION) 값에서만 유의한 차이가 있었고, 마을숲을 중심으로 50m 내 서식지 연결성이 과거에 비해 낮아졌다는 것을 확인했다. 즉, 지난 17년간 마을숲 주변 50m 이내의 서식지 변화는 서식지 면적보다는 연결성에 있어 큰 변화가 있었던 것을 알 수 있다.
Table 8은 마을숲을 중심으로 다중 공간규모에서 각 서식지 형태에 따라 시기별 면적 차이가 있는지를 나타낸다. 바람에 의한 비생물학적 종자전파(abiotic seed dispersal) 거리 범위와 야생동물의 일일 활동 반경 범위에 해당하는 50 ~ 200m 규모에서 핵심(core) 서식지 면적은 1989년보다 2006년에 유의하게 작은 것으로 나타났다(Figure 3). 이와 같은 공간규모와 관련하여 마을숲과 인근 주변 서식지를 활동 반경으로 하는 이동성이 작은 소형 야생동물의 생존이 어려워지고, 이들 군집의 다양성도 감소하고 있을 것으로 예측된다.
바탕(matrix)과 가장자리(edge) 서식지는 1989년부터 2006년까지 증가했다. 시가지 지역의 확장과 도로 개발, 산림 개간 등으로 인해 바탕의 면적이 늘어나면서 핵심 서식지는 감소하여, 경관지수 결과와 같이, 산림 파편화가 크게 일어나고 있다는 것을 확인할 수 있다. 같은 핵심 서식지를 연결시켜 주어 동일 핵심 서식지 내에서 빠른 이동과 전파를 가능하게 하는 환(loop) 통로는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다.
200 ~ 1,500m 규모에서는 모든 경관지수에서 유의한 차이가 있었다. 패치 밀도(PD)와 평균 패치 거리(MNN) 값은 2006년이 1989년보다 유의하게 크고, 평균 패치 크기(MPS)와 최대 패치 지수, 패치응집 지수는 2006년이 1989년보다 유의하게 낮은 것으로 나타났다. 따라서 200m 이상의 마을숲 중심 규모에서 도출한 경관지수들을 모두 고려하여 2006년이 1989년에 비해 산림 파편화와 고립도 정도가 크고, 산림 연결성은 낮았다.
후속연구
이는 진안군 전체 산림 경관을 대상으로 분석했을 때와 동일한 결과를 나타내며, 200m 이상의 경관의 구조적 변화에 민감하게 반응하는 야생동물 개체군의 지속성(persistence)과 다양성에는 부정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서 마을숲과 주변 서식지, 그 안에서 서식하는 다양한 야생동물의 보전을 위해 향후 다중공간규모에서 지속적인 경관 모니터링을 통해 서식지 연결성을 높이고, 파편화를 최소화하는 환경계획이 요구된다.
절대적인 밭농사 면적은 변화가 없어도 인삼 재배에 있어 연작장해를 피하고, 경작지의 고갈로 재배면적을 확보하기 위해 산지 개간의 가능성이 높다. 따라서 토지이용의 면적뿐만 아니라, 해당 공간의 과거 토지이용과 인접한 주변지역의 토지이용 변화 탐지 등 향후 지속적인 모니터링으로 이런 토지이용의 변화가 자연생태계에 미치는 영향에 대한 분석과 고찰이 필요하다.
또한 보다 세밀한 경관 변화 탐지를 위해 IKONOS 등 고해상도 위성영상을 활용하여 토지피복과 토지이용 변화를 면밀히 조사하고 모니터링 해야 할 것으로 판단된다.
또한 보다 세밀한 경관 변화 탐지를 위해 IKONOS 등 고해상도 위성영상을 활용하여 토지피복과 토지이용 변화를 면밀히 조사하고 모니터링 해야 할 것으로 판단된다. 앞으로 농촌지역에서 중점적으로 관리해야할 생물종이 파악이 된다면, 해당 종의 규모에 대한 반응을 고려하여 분류된 서식지들 중 우선적으로 보전해야 할 서식지를 확인하는 데 이 연구결과가 중요 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
통로(corridors) 서식지 면적의 감소는 기존에 존재하던 통로가 없어지거나 면적이 작아져 일반종(habitat generalists)과 특정 서식지를 요구하는 생물종(habitat specialists)에게 각기 다른 영향을 줄 수 있고, 이동성에 제한을 주어 메타개체군과 메타 군집의 생존을 어렵게 한다(Gillies and Clair, 2008). 이 연구에서 수행된 시계열적 변화분석을 통해 사라진 생태통로를 복원해 주거나 현재 가지 형태로 존재하는 지선(branch) 통로를 확장복원하여 서로 다른 핵심 서식지들을 연결시켜 주는 전
략이 필요하다.
이 연구에서 제시된 결과는 산림 파괴와 파편화 위협을 받고 있는 농촌지역의 생물다양성 보전과 환경계획을 위한 기초자료로서 활용 가능성이 높다. 그리고 연구결과들을 야생동물 개체군의 실증적 현장조사와 연계하는 것이 반드시 필요하다.
그리고 연구결과들을 야생동물 개체군의 실증적 현장조사와 연계하는 것이 반드시 필요하다. 이를 통해 경관지수들과 개별 서식지들의 형태적 기능에 따른 실제 야생동물의 분포와 서식지 선호도를 확인해야 하며, 효율적인 관리를 위한 서식지 보전 우선순위 분석이 요구된다. 또한 보다 세밀한 경관 변화 탐지를 위해 IKONOS 등 고해상도 위성영상을 활용하여 토지피복과 토지이용 변화를 면밀히 조사하고 모니터링 해야 할 것으로 판단된다.
메는 이 지역에서 성황림(sacred groves)의 형태로 지역 주민이 문화적으로 보전하고 있는 측면이 있어서 변화가 없는 것으로 추측된다(Park and Lee, 2010). 향후 고립된 서식지의 위치를 세부적으로 검토하여 보전가치가 큰 서식지들을 구분하고, 야생동물의 이들 서식지 사용 빈도를 모니터링 하는 연구가 필요하다.
향후, 산림 경관 변화와 함께 사회 · 경제적 정책 및 여건 변화를 같이 다룰 수 있는 연구가 진전되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마을숲이란?
, 2007; Koh, 2011). 마을숲은 마을사람들에 의해 조성되거나 잔존림을 보호하기 위해 오랫동안 관리되어온 숲으로 전통농촌경관에서 흔히 발견되던 독특한 생태문화경관이다(Lee et al., 2007).
서식지를 훼손하고, 서식지 구성(composition)을 파편화하는 주요 위협요인은?
그러나 생물다양성 보전 노력이 보호지역에 집중되는 동안 농촌지역의 자연 ․ 준자연 서식지들이 방치되어 사라지거나 위협을 받게 되었다. 도시화와 이농현상, 집약농업(intensive agriculture) 등이 서식지를 훼손하고, 서식지 구성(composition)을 파편화하는 주요 위협요인이다(Newton, 1988; Kwon et al., 2006).
보호지역이 주로 산간지역에 집중되어 있어서 발생하는 문제는?
, 2005). 그리하여 산간지역과 농촌지역 서식지로 연결되는 경관에서 생물다양성 정도는 자세히 알려져 있지 않고, 농촌지역의 많은 생물종과 중요 서식지가 제대로 된 평가와 보호를 받지 못하고 있다(Rodrigues et al., 2004).
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