[논문]종분포모형을 이용한 히어리 서식지의 분포 특성 연구

권혁수; 류지은; 서창완; 김지연; 임동옥; 서민환

doi:10.14249/eia.2012.21.5.735

종분포모형을 이용한 히어리 서식지의 분포 특성 연구
A Study on Distribution Characteristics of Corylopsis coreana Using SDM 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.21 no.5, 2012년, pp.735 - 743

권혁수 (국립환경과학원) , 류지은 (서울대학교 대학원) , 서창완 (서울대학교 환경계획연구소) , 김지연 (국립환경과학원) , 임동옥 (호남대학교 생물학과) , 서민환 (국립환경과학원)

Abstract ▼ AI-Helper

Since the CBD(Conservation on Biological Diversity)'s 10th Conference of the Parties adopted the protocol on access to genetic resources and benefit sharing in Nagoya 2010, the importance of endangered species studies such as habitat distribution, protection and management have been more emerged. Corylopsis coreana, an endangered species in Korea, was isolated nationally and has been damaged by anthropogenic factors. In this paper, we identified the factors affecting C. coreana habitat at the national scale and regional scale using National Survey of Natural Environment and predicted the distribution of C. coreana. Annual precipitation, precipitation of wettest quarter, temperature seasonality and Digital Elevation Model(DEM) were derived as important factors at the national scale, and precipitation of wettest quarter, DEM and solar radiation on spring were identified as important factors at regional scale. Colylopsis distribution was affected by an effect of climate significantly at the national scale, and by additionally the microclimate and topography at regional scale. These findings will be used as the basis on habitat conservation and restoration plan and climate change.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구의 목적은 히어리의 분포에 영향을 미치는 환경요인을 파악하고 서식분포를 예측하는 것이다. 또한 국내의 히어리 분포가 남부지역 뿐만 아니라 일부 북부지방에 잔존군락 형태로 분포하고 있어 분석규모에 따라 환경요인이 어떻게 영향을 주는지를 살펴보고자 하였다.
히어리는 국내의 중요한 자연자원임에도 불구하고 서식지에 대한 공간적 연구가 미비하였다. 본 연구는 전국자연환경조사를 활용하여 전국규모 및 지역규모에 따른 히어리의 공간적 서식 특성을 밝히는데 의의가 있다.
이 연구는 기후인자를 적용하여 식물의 전국적 분포를 확인함으로써 기후가 식물 분포에 끼치는 영향을 정량적으로 파악했다는 점에서 중요한 시사점 있다. 이는 최근 대두되고 있는 기후변화연구의 기초자료로 활용될 수 있으며 나아가 멸종위기종의 관리 및 보전방안에 대한 공간적 자료가 될 수 있을 것이다.
이 연구에서는 히어리의 분포를 대상으로 남한 전체의 전국 규모와 남부지역을 중심으로 한 지역 규모로 설정하여 분포를 예측하고 모형의 결과를 비교하고자 하였다(그림 1). 지역 규모는 히어리 분포자료 중 남부지역에서 발견된 분포자료만을 골라 전국자연환경조사에서 사용하는 식생평가단위¹⁾와 비교하였다.
이 연구의 목적은 히어리의 분포에 영향을 미치는 환경요인을 파악하고 서식분포를 예측하는 것이다. 또한 국내의 히어리 분포가 남부지역 뿐만 아니라 일부 북부지방에 잔존군락 형태로 분포하고 있어 분석규모에 따라 환경요인이 어떻게 영향을 주는지를 살펴보고자 하였다.

제안 방법

토양정보는 농촌진흥청 토양환경정보시스템의 자료를 활용하였다. 기후자료의 경우 변수들 간의 높은 자기상관을 보일 수 있어, 19개의 Bioclim 자료 중 PCA분석을 통하여 전체 변수를 대표할 수 있는 7개의 변수(Bio1, Bio4, Bio10, Bio11, Bio12, Bio16, Bio17)를 선택하였다. 환경변수는 전국을 대상으로 모형화하므로 공간해상도를 100m 격자로 재배열하였다(Seo et al.
, 2006). 따라서 이러한 차이를 살펴보고자 전국 단위와 지리산과 광양 백운산 일대에 히어리가 집중적으로 분포하는 남부 지역을 대상으로 서식 분포를 모형화하여 차이를 비교하였다(그림 1, 그림 2).
0의 값으로 확률로 나타나며, 이는 다시 실제값과 예측된 값의 오차 합이 최소가 되도록 하는 기준값(threshold)을 설정하여 예측된 분포도를 작성한다. 이를 위해 전국단위와 남부지역으로 나누어 모형을 적용하였다.
이 연구에서는 히어리의 분포를 대상으로 남한 전체의 전국 규모와 남부지역을 중심으로 한 지역 규모로 설정하여 분포를 예측하고 모형의 결과를 비교하고자 하였다(그림 1). 지역 규모는 히어리 분포자료 중 남부지역에서 발견된 분포자료만을 골라 전국자연환경조사에서 사용하는 식생평가단위¹⁾와 비교하였다. 그 중 식생평가단위에 히어리 위치자료가 하나라도 발견되면 선택하는 방식으로 그 경계를 산정하였다(그림 2).

대상 데이터

환경변수는 위에서 언급한 관련 연구의 문헌 고찰을 통해 표 1과 같이 선정하였다. 기후자료는 Worldclim에서 제공하는 Bioclim자료를 이용하였고, 지형자료는 DEM을 이용하여 생성하였다. 토양정보는 농촌진흥청 토양환경정보시스템의 자료를 활용하였다.
연구대상인 히어리는 우리나라 고유수종으로 한반도 남부지역과 중부 일부지역에 분포하고 있다. 히어리와 같은 속인 Corylopsis pauciflora과 일본의 Corylopsis spicata도 IUCN과 일본 적색목록 (redlist)에 등재되어 보호가 필요한 식물이다(김휘등, 1988; 환경부, 2005; 장형태 등, 2008; www.
제 2·3차 전국자연환경조사에서 1997년부터 2010년까지 수집된 히어리의 위치자료(그림 2)를 이용하여 분석하였다(환경부, 2011, ).
기후자료는 Worldclim에서 제공하는 Bioclim자료를 이용하였고, 지형자료는 DEM을 이용하여 생성하였다. 토양정보는 농촌진흥청 토양환경정보시스템의 자료를 활용하였다. 기후자료의 경우 변수들 간의 높은 자기상관을 보일 수 있어, 19개의 Bioclim 자료 중 PCA분석을 통하여 전체 변수를 대표할 수 있는 7개의 변수(Bio1, Bio4, Bio10, Bio11, Bio12, Bio16, Bio17)를 선택하였다.

이론/모형

모형의 정확도는 ROC(Receiver operating characteristic)의 AUC(Area Under Cover)값을 통하여 측정하였다. AUC를 이용한 모형의 정확도는 기준값에 독립적이라는 장점을 가지고 있어 각 모형을 비교하는데 많이 이용된다.
전국자연환경조사는 출현지역만을 나타내는 점 자료로 구축되기 때문에 이런 형태의 자료(Present -only data)에 비교적 예측의 정확도가 높은 Maxentropy 모형을 이용하였다(Hernadez et al., 2006; Coner et al., 2011; Yongyut et al., 2011). Maxentropy는 금융이나 천문학 분야에서 다용도로 활용되는 기계학습모형으로 통계역학과 최대 엔트로피를 가지는 확률분포를 설명하는 정보이론원리에서 개발되었다(Flanklin, 2009; 권혁수, 2011).

성능/효과

그림 3의 (가)~(라)를 살펴보면, 연강수량(Bio12) 이 1,500㎜이상인 지역, 여름철 강수량(Bio16)이 900㎜이상인 지역, 기온의 계절적 변동(Bio4)이 심하지 않은 지역에서 출현가능성이 높게 나타났다. 또한, 고도가 600m이상인 지역과 가장 추운 분기의 평균온도(bio11)가 0℃ 미만인 지역을 선호하는 경향이 있었다.
지역적 규모에서 히어리의 서식분포 예측도는 그림 4의 좌측 그림과 같다. 모형의 적합도(AUC) 는 0.872로 예측되었으며 입력된 변수들은 모형 기여도 중 상위 90%까지 지형관련 변수가 5개, 기후변수가 4개로 선택되었다(표 2). 환경변수는 Bio16, DEM, Solar_spring, Bio11, Slope의 순으로 분포 예측결과에 기여하였다.
히어리의 전국분포에 영향을 주는 환경인자로 기후요인이 도출되었으며 지역분포는 전국분포에 비해 지형인자가 높게 반영되었다. 이는 지역적 규모에서 기후인자와 함께, 지형적 인자들이 만들어 내는 물리적 구조 및 미세기후가 히어리의 서식지 선택에 영향을 주는 것을 확인되었다. 이는 종분포 예측에 있어 연구 지역의 범위가 예측 결과에 어떻게 반영되는지를 설명하는 결과가 될 수 있다.
히어리의 전국분포에 영향을 주는 환경인자로 기후요인이 도출되었으며 지역분포는 전국분포에 비해 지형인자가 높게 반영되었다. 이는 지역적 규모에서 기후인자와 함께, 지형적 인자들이 만들어 내는 물리적 구조 및 미세기후가 히어리의 서식지 선택에 영향을 주는 것을 확인되었다.

후속연구

기존 연구에서 제시된 환경변수와 유사한 지역을 살펴보면 전국에서 다수 발견되어 변수 변별력이 부족하다는 한계를 보이고 있다. 따라서 식물 생육에 중요한 인자이자 전국단위에서 서식분포를 확인할 수 있는 기후 인자를 입력변수로 활용하여 히어리에 대한 전국단위 분포를 확인하는 것이 필요하다.
이 연구는 기후인자를 적용하여 식물의 전국적 분포를 확인함으로써 기후가 식물 분포에 끼치는 영향을 정량적으로 파악했다는 점에서 중요한 시사점 있다. 이는 최근 대두되고 있는 기후변화연구의 기초자료로 활용될 수 있으며 나아가 멸종위기종의 관리 및 보전방안에 대한 공간적 자료가 될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물의 자연적 분포는 어떤 요인에 영향을 받는가?	식물의 자연적 분포는 기후, 토양, 지형, 생물, 인위적 요인의 영향을 받으며 그들의 환경적 요구나 공간 규모에 따라 다른 환경적 요인이 영향을 미치기도 한다(Woodward, 1987; Huntley, 2004; Pearson et al., 2002; Mike, 2007; 공우석, 2007).
	종분포모형이나 서식지분포모형은 어디에 활용되는가?	생태학자나 보전생물학자들은 생태계에서 일어나는 다양한 규모의 변화나 평가를 위하여 공간자료나 환경자료를 통계적 기법이나 모형화를 통해 외삽하는 방법들을 사용해 왔다. 종분포모형이나 서식지분포모형은 생물다양성평가, 보호지역 지정및 관리, 개체군이나 생태계 모형화, 생태계복원, 외래종 위험평가, 기후변화 효과 예측 등에 다양하게 활용된다(Miller et al., 2004; Peters et al.
	종분포 모형 중 생태지위모형의 장점은 무엇인가?	종분포 모형은 크게 종의 분포와 환경변수와의 상관관계를 살펴보는 생태지위모형(Ecological Niche Model) 과 종의 생존에 필요한 서식지의 적합정도를 나타내는 서식지적합모형(Habitat Suitability Model) 으로 나눌 수 있다. 이 중 생태지위모형은 현장에서 고려되지 못했던 여러 가지 환경변수들의 관계를 추정할 수 있으며, 이를 객관화 할 수 있는 통계적 결과로 도출되기 때문에 최근 종분포모형에 많이 활용되고 있다(Flanklin, 2009; 권혁수, 2011).

참고문헌 (42)

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http://www.iucnredlist.org/apps/redlist/details/35145/0

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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