본 연구에서는 그래프 이론을 적용하여 7대 광역시의 산림 연결성을 정량적으로 분석하였다. 다중공간규모의 전파 거리(100m~20km)에서 광역시별 산림 연결망의 전체 연결성을 평가하고, 소규모 산림(<10ha)이 연결성에 기여하는 정도를 측정하였다. 연구결과, 대구와 대전, 울산은 연결성이 높은 상위지역으로, 광주와 부산, 서울, 인천은 연결성이 낮은 하위지역으로 크게 양분화 되는 경향을 나타냈다. 소규모 산림들은 면적이 큰 산림들을 연결시키는 징검다리로서 특히 하위지역의 연결성을 크게 향상시키는 역할을 하였다. 생물 다양성에 중요한 연결성 보전을 위해서 상위지역에서는 잘 연결된 대규모 산림지역을 주요 거점으로 보전해야 한다. 하위지역에서는 우선적으로 연결성 유지에 중요한 소규모 산림들의 보전이 필요하다. 또한 연결성이 취약한 곳에 새로운 산림녹지를 조성해주는 전략이 요구된다.
본 연구에서는 그래프 이론을 적용하여 7대 광역시의 산림 연결성을 정량적으로 분석하였다. 다중공간규모의 전파 거리(100m~20km)에서 광역시별 산림 연결망의 전체 연결성을 평가하고, 소규모 산림(<10ha)이 연결성에 기여하는 정도를 측정하였다. 연구결과, 대구와 대전, 울산은 연결성이 높은 상위지역으로, 광주와 부산, 서울, 인천은 연결성이 낮은 하위지역으로 크게 양분화 되는 경향을 나타냈다. 소규모 산림들은 면적이 큰 산림들을 연결시키는 징검다리로서 특히 하위지역의 연결성을 크게 향상시키는 역할을 하였다. 생물 다양성에 중요한 연결성 보전을 위해서 상위지역에서는 잘 연결된 대규모 산림지역을 주요 거점으로 보전해야 한다. 하위지역에서는 우선적으로 연결성 유지에 중요한 소규모 산림들의 보전이 필요하다. 또한 연결성이 취약한 곳에 새로운 산림녹지를 조성해주는 전략이 요구된다.
This quantitative research aims to examine the connectivity of forest networks in seven metropolitan cities of South Korea using a graph-theoretical approach. We first estimated an overall network connectivity at multi-scales (i.e., dispersal distances), ranging from 100 m to 20 km, and quantified t...
This quantitative research aims to examine the connectivity of forest networks in seven metropolitan cities of South Korea using a graph-theoretical approach. We first estimated an overall network connectivity at multi-scales (i.e., dispersal distances), ranging from 100 m to 20 km, and quantified the contribution of small forest patches (less than 10 ha) to the overall network connectivity by comparing networks according to the presence and absence of small ones. As a result, the cities were divided into two groups depending on the network connectivity; one group of cities with high connectivity such as Daegu, Daejeon, and Ulsan and the other group of cities with low connectivity including Gwangju, Busan, Seoul, and Incheon. The result showed that small forest patches, especially in the cities with low connectivity, played a key role as stepping stones that connect large forested patches, thereby contributing to maintaining connectivity. This study also suggests that large and well-connected forest areas may be the key factor to preserve the connectivity in the cities with high connectivity, while the cites with low connectivity are in need of some complementary strategies. Through the study, we suggest that the creation of new forest patches in the areas where a gap in connectivity presents is needed in order to improve connectivity; and that the conservation of the existing small forest patches is essential in order to maintain the current connectivity level.
This quantitative research aims to examine the connectivity of forest networks in seven metropolitan cities of South Korea using a graph-theoretical approach. We first estimated an overall network connectivity at multi-scales (i.e., dispersal distances), ranging from 100 m to 20 km, and quantified the contribution of small forest patches (less than 10 ha) to the overall network connectivity by comparing networks according to the presence and absence of small ones. As a result, the cities were divided into two groups depending on the network connectivity; one group of cities with high connectivity such as Daegu, Daejeon, and Ulsan and the other group of cities with low connectivity including Gwangju, Busan, Seoul, and Incheon. The result showed that small forest patches, especially in the cities with low connectivity, played a key role as stepping stones that connect large forested patches, thereby contributing to maintaining connectivity. This study also suggests that large and well-connected forest areas may be the key factor to preserve the connectivity in the cities with high connectivity, while the cites with low connectivity are in need of some complementary strategies. Through the study, we suggest that the creation of new forest patches in the areas where a gap in connectivity presents is needed in order to improve connectivity; and that the conservation of the existing small forest patches is essential in order to maintain the current connectivity level.
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문제 정의
또한 소규모 산림들이 전체 연결망에서 차지하는 연결성 중요도를 다중규모(multi-scale)에서 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 광역도시별 산림 연결성 정도를 비교하면서 연결성이 크게 변화하는 중요 임계규모를 도출하고, 소규모 산림들을 통한 연결 경로의 중요성을 평가하고자 하였다.
이 연구에서는 분석 대상 범위인 임계거리 20 km 내에서 연결성 지수들을 도출하고, 소규모 산림들의 연결성 기여도를 평가하였다. 임계거리 3km 내에서는 100m 단위로, 3km 이상에서는 1km 단위로 분석하였다.
가설 설정
2). 산림조각 간 거리가 임계거리(또는 문턱거리; threshold distance)를 넘게 되면 두 조각 간에는 생물종의 이동이나 전파 등이 일어나지 않거나 드물게 일어나는 것으로 가정한다.
연결성 확률 지수를 산정할 때는 음(−)의 지수 분포의 전파 거리 확률을 가정하고, 각 임계거리에서 산림조각 간 전파 확률(p)은 0.05를 적용하였다(Urban and Keitt, 2001).
통합 연결성 지수(IIC)는 서식지 조각 간 거리가 임의의 임계거리 내에 있으면 연결이 된 것으로 가정하고, 산림조각 간 최단거리로 연결되는 경로에서 연결선의 수와 산림 면적, 전체 경관의 면적 크기에 의해 계산된다.
제안 방법
끝으로, 도시숲과 같은 파편화되어 있는 소규모의 산림들이 각 광역시별 산림 연결성에 기여하는 정도를 평가하였다. 10ha 이하의 작은 면적의 산림을 대상으로, 이들 산림이 있을 때와 없을 때의 통합 연결성 지수와 연결성 확률 지수 값의 변화(%)를 다중 공간 규모에서 계산하였다. 연결성 지수 값의 변화가 클수록 작은 면적의 산림들이 전체 연결성에서 중요한 위치를 차지하고 있다는 것을 의미한다.
이 연구에서는 연결망 그래프를 점 또는 노드(vertex or node)로 표현되는 서식지 조각들(habitat patches)이 생물종의 이동과 전파, 유전자 흐름 등과 같은 생태 과정들로 연결된 선(edge or link)의 그림으로 도식하였다(Minor and Urban, 2008). ArcGIS 9.3을 활용하여 8-neighbor rules에 의해 그룹화된 각 산림조각들이 노드가 되고, 산림 가장자리 간(edge to edge) 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 적용하여 연결선에 방향성이 없는 무방향 그래프(undirected graph)로 연결망을 도식하였다(Fig. 2). 산림조각 간 거리가 임계거리(또는 문턱거리; threshold distance)를 넘게 되면 두 조각 간에는 생물종의 이동이나 전파 등이 일어나지 않거나 드물게 일어나는 것으로 가정한다.
3에서 산림지역을 추출하였다. 그리고 인터넷 기반 상용 항공사진 서비스(Daum, Naver, Google)를 활용하여 육안 비교를 통해 잘못 분류된 산림지역을 수정한 후, 연결성을 분석 하였다. 도시숲 조성 사업시 고려되는 최소 면적이며, 산림성 소형 조류종의 서식에 안정성을 제공할 수 있는 최소 서식지 면적(minimum habitat area)으로 1 ha 이상 크기의 산림을 분석에 포함하고(Park and Lee, 2000), 10m 해상도로 래스터(raster)화 하였다.
끝으로, 도시숲과 같은 파편화되어 있는 소규모의 산림들이 각 광역시별 산림 연결성에 기여하는 정도를 평가하였다. 10ha 이하의 작은 면적의 산림을 대상으로, 이들 산림이 있을 때와 없을 때의 통합 연결성 지수와 연결성 확률 지수 값의 변화(%)를 다중 공간 규모에서 계산하였다.
본 연구에서는 그래프 이론을 적용하여 서울을 포함하는 국내 7대 광역시를 대상으로 도시 내부와 외곽 산림들의 연결성을 연결망의 관점에서 정량적으로 분석하였다. 또한 소규모 산림들이 전체 연결망에서 차지하는 연결성 중요도를 다중규모(multi-scale)에서 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 광역도시별 산림 연결성 정도를 비교하면서 연결성이 크게 변화하는 중요 임계규모를 도출하고, 소규모 산림들을 통한 연결 경로의 중요성을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 그래프 이론을 적용하여 서울을 포함하는 국내 7대 광역시를 대상으로 도시 내부와 외곽 산림들의 연결성을 연결망의 관점에서 정량적으로 분석하였다. 또한 소규모 산림들이 전체 연결망에서 차지하는 연결성 중요도를 다중규모(multi-scale)에서 비교 분석하였다.
연결성 분석에 앞서, 각 광역시별 산림 분포의 특징을 분석하였다. 분석 목록으로 총 산림 면적과 함께 대상 경관에서 차지하는 백분율 면적, 총 산림조각 수, 평균 산림조각 크기, 10ha 보다 작은 산림조각들의 총면적, 총 산림 면적에서 10ha 보다 작은 산림들이 차지하는 백분율 면적 등이 포함되었다.
이 연구에서는 연결망 그래프를 점 또는 노드(vertex or node)로 표현되는 서식지 조각들(habitat patches)이 생물종의 이동과 전파, 유전자 흐름 등과 같은 생태 과정들로 연결된 선(edge or link)의 그림으로 도식하였다(Minor and Urban, 2008). ArcGIS 9.
임계거리가 변화함에 따라 7대 광역시의 개별 산림 조각들이 상호 연결되어 나타나는 전체 연결성(overall network connectivity)을 비교 분석하였다. 경관 수준에서의 전체 연결성 평가지수로 이항 연결성 모델(binary connectivity model)에 기반을 둔 통합 연결성 지수(integral index of connectivity, IIC)와 확률 연결성 모델(probabilistic connectivity model)에 근거한 연결성 확률 지수(probability of connectivity, PC)를 활용하였다(Pascual-Hortal and Saura, 2006; Saura and Pascual-Hortal, 2007; Laita et al.
환경부에서 제공하는 2009년도 기준의 중분류 토지피복도(1:25,000 축척)와 산림청의 5차 임상도(1:5000 축척)를 이용하여 ArcGIS 9.3에서 산림지역을 추출하였다. 그리고 인터넷 기반 상용 항공사진 서비스(Daum, Naver, Google)를 활용하여 육안 비교를 통해 잘못 분류된 산림지역을 수정한 후, 연결성을 분석 하였다.
대상 데이터
도시와 인접한 시 군 지역으로 광역 도시화가 빠르게 진행되고 있는 서울, 인천, 대전, 광주, 대구, 울산, 부산을 포함하는 7개 광역도시를 대상지로 선정하였다 (Fig. 1). 광역도시들의 바탕(matrix)에는 100ha 이하의 중 소규모의 도시숲이 섬의 형태로 파편화되어 있다.
1). 시가지 중심으로 산림의 다양한 기능을 증대하고 시 중심으로부터 생태현상이 일어나는 범위 내 분석을 위하여, 다수의 야생동물의 이동과 식물종의 종자 전파, 유전자 흐름이 일어나는 실질적 거리 범위인 100m 부터 20km 거리 범위를 분석 대상으로 하였다(Sauer, 1988; Cheplick, 1998; Nathan, 2001). 광역시의 행정구역과 같이 임의로 설정된 경계에 의해 분석 범위를 설정할 경우 시 외곽의 산림지역이 포함되지 않는 것과 같은 오류가 발생할 수 있다.
조류, 포유류 등 이동성이 있는 다양한 생물종의 전파 능력을 반영하고, 도시 내부와 외곽의 산림을 포함하여 연결성을 분석하기 위해 광역시별 중심으로부터 20km 반경 영역을 분석 대상으로 설정하였다(Fig. 1). 시가지 중심으로 산림의 다양한 기능을 증대하고 시 중심으로부터 생태현상이 일어나는 범위 내 분석을 위하여, 다수의 야생동물의 이동과 식물종의 종자 전파, 유전자 흐름이 일어나는 실질적 거리 범위인 100m 부터 20km 거리 범위를 분석 대상으로 하였다(Sauer, 1988; Cheplick, 1998; Nathan, 2001).
이론/모형
임계거리가 변화함에 따라 7대 광역시의 개별 산림 조각들이 상호 연결되어 나타나는 전체 연결성(overall network connectivity)을 비교 분석하였다. 경관 수준에서의 전체 연결성 평가지수로 이항 연결성 모델(binary connectivity model)에 기반을 둔 통합 연결성 지수(integral index of connectivity, IIC)와 확률 연결성 모델(probabilistic connectivity model)에 근거한 연결성 확률 지수(probability of connectivity, PC)를 활용하였다(Pascual-Hortal and Saura, 2006; Saura and Pascual-Hortal, 2007; Laita et al., 2011). 그래프 이론에 기반을 둔 두 지수는 기존의 지수들보다 생태적으로 더 의미 있게 연결성을 평가할 수 있어 활용도가 크다(Saura and Pascual-Hortal, 2007; Laita et al.
임계거리의 변화에 따른 통합 연결성 지수와 연결성 확률 지수, 소규모 산림의 유·무에 따른 두 지수들의 변화 값을 Conefor 2.6을 활용하여 구하였다(Saura and Torné, 2009).
성능/효과
8%를 차지하는 것에 비교하면 큰 폭의 감소이다. 또한 인천과 함께 전체 연결성이 낮았던 서울은 특히 1.1~1.4km 임계거리 범위에서, 광주는 1.3~1.9km 범위에서 소규모 산림이 없어졌을 경우 20%가 넘게 연결성이 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 임계거리 범위에서 서울과 광주의 소규모 산림들은 면적이 큰 산림산림들을 연결시키는 징검다리로서 전체 연결성을 크게 향상시키는 역할을 한다.
총 산림 면적은 울산이 가장 컸고, 대전, 대구, 광주, 서울, 부산, 인천 순이었다. 면적 비율로 보면 울산과 대전, 대구에서 산림이 전체 경관 면적의 50% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 광주와 서울, 부산은 30~40%, 인천은 12.
연결성 분석에 앞서, 각 광역시별 산림 분포의 특징을 분석하였다. 분석 목록으로 총 산림 면적과 함께 대상 경관에서 차지하는 백분율 면적, 총 산림조각 수, 평균 산림조각 크기, 10ha 보다 작은 산림조각들의 총면적, 총 산림 면적에서 10ha 보다 작은 산림들이 차지하는 백분율 면적 등이 포함되었다.
산림조각의 평균 크기는 대구가 가장 컸고, 울산, 부산, 대전, 서울, 광주, 인천 순으로 나타났다. 평균 조각 크기가 작을수록 인간 활동이 주로 일어나는 도시 바탕과 서식지 조각의 인접성은 커진다.
통합 연결성 지수 결과와 같이, 연결성 확률 지수를 통해 500m 이상의 임계거리에서 7대 광역시를 산림 연결성이 높은 상위 지역(울산, 대전, 대구)과 낮은 하위지역(광주, 부산, 서울, 인천)으로 구분할 수 있었다. 상위지역들의 연결성 확률 지수를 보면 대구가 울산, 대전보다 각각 300m와 600m 임계거리 내에서 높았다. 대구의 산림 면적이 울산, 대전보다 작음에도 불구하고, 국지적 연결성(local connectivity)은 높다는 것을 알 수 있다.
따라서 대전지역에서 서식하는 토착 식물종의 전파 흐름은 다른 상위지역보다 상대적으로 낮을 것이라고 예측된다. 연결성 확률 지수 하위지역을 비교하면, 20km 내 모든 임계거리 범위에서 부산의 산림연결성은 서울보다 높았고, 통합 연결성 지수 결과도 이와 같았다. 부산의 산림면적이 서울보다 약 15km2 작다는 것을 감안하면, 도시화로 인한 서식지 단절과 파편화가 야생동물에게 주는 위협은 부산보다 서울에서 훨씬 클 것이라는 것을 판단할 수 있다.
연결성 확률 지수는 잠재적으로 생물들의 이동과 전파가 크게 일어날 수 있는 산림들과 연결 경로에 가중치를 높게 두기 때문에, 통합 연결성 지수와는 달리 임계거리 규모가 커짐에 따라 연결성이 완만하게 높아지는 결과를 나타냈다(Fig. 4). 통합 연결성 지수 결과와 같이, 연결성 확률 지수를 통해 500m 이상의 임계거리에서 7대 광역시를 산림 연결성이 높은 상위 지역(울산, 대전, 대구)과 낮은 하위지역(광주, 부산, 서울, 인천)으로 구분할 수 있었다.
즉, 연결성 하위지역의 소규모 산림들이 연결망에서 차지하는 역할이 크다는 것을 의미한다. 연결성이 가장 낮은 인천의 경우, 소규모 산림이 없어졌을 경우 400m 임계거리에서 본래 연결망이 가지는 연결성의 최대 40%, 1.5~3km 임계거리 범위에서는 약 30% 연결성이 감소하는 것으로 나타났다. 인천에서 소규모 산림 비율이 전체 산림 중 11.
산림 연결성이 가장 낮은 인천은 약 3km 규모 내에서 임계거리가 증가함에 따라 소규모 산림의 중요도가 높아지며, 최대 30%의 중요도를 나타냈다. 연결성이 높은 상위지역 가운데 울산 지역의 소규모 산림은 0.5~1.9km 임계거리 범위에서 10%이상의 중요도를 나타내 소형 야생동물의 서식지 연결망 유지에 있어 보전 가치가 큰 것으로 나타났다.
연결성이 높은 상위지역 중 대전에 분포하는 소규모 산림들은 특히 100~300m 임계거리 범위에서 다른 상위지역의 소규모 산림보다 중요도가 높은 것으로 나타났다. 1km 이상의 임계거리에서는 연결성 상위 4개 광역시에 분포하는 소규모 산림들의 중요도는 모두 5% 이하로 낮게 나타났다.
3). 즉, 100m 임계거리에서 광주와 부산, 서울, 인천 지역은 다른 광역시보다 산림들이 연결이 잘 안되고 파편화가 큰 것으로 나타났다. 대구와 대전, 울산은 상위지역으로, 광주와 부산, 서울, 인천은 하위 지역으로 연결성 정도가 크게 양분화되며, 이 경향은 20km 임계거리까지 지속된다.
4). 통합 연결성 지수 결과와 같이, 연결성 확률 지수를 통해 500m 이상의 임계거리에서 7대 광역시를 산림 연결성이 높은 상위 지역(울산, 대전, 대구)과 낮은 하위지역(광주, 부산, 서울, 인천)으로 구분할 수 있었다. 상위지역들의 연결성 확률 지수를 보면 대구가 울산, 대전보다 각각 300m와 600m 임계거리 내에서 높았다.
6). 통합 연결성 지수에 따른 소규모 산림 중요도 결과와 비교하면, 예기치 않게 갑작스럽게 증가하거나 감소하는 경향은 드물고, 대체적으로 단봉형(unimodal)의 형태를 나타냈다. 산림 연결성이 가장 낮은 인천은 약 3km 규모 내에서 임계거리가 증가함에 따라 소규모 산림의 중요도가 높아지며, 최대 30%의 중요도를 나타냈다.
8%로 가장 높았고, 광주와 서울이 5~6% 사이의 비율을, 대전과 부산, 울산에서는 3% 이하의 비율을 보였다. 평균 산림조각의 크기가 작은 하위 3개 도시(서울, 광주, 인천), 즉 서식지 파편화 정도가 높은 도시에서 소규모 산림들이 차지하는 면적 비율이 상위 4개 도시보다 최소 2배 더 높다는 것을 알 수 있다.
후속연구
이를 통해 생태적으로 의미 있게 다양한 생물종 서식지의 기능적 연결성 진단이 가능하다. 연구에서 제시된 결과는 생물다양성 보전을 위한 도시 산림녹지의 지속성 향상과 생태적 관리방안 수립에 있어 중요 자료로 활용 가능성이 높다. 7대 광역시는 연결성이 높은 상위지역과 낮은 하위지역으로 나뉘는데, 상위지역에서는 잘 연결된 대규모 산림이 연결성 보전을 위한 주요 거점이 된다.
이와 관련하여 산림녹지 주변의 토지이용 형태중 하천변 습지와 경작지의 초지 등은 야생동물의 이동을 원활하게 하기 때문에 실질적인 연결 경로를 도출하기 위해서는 바탕을 형성하는 토지이용의 형태를 보다 면밀히 검토해야 한다. 향후, 생물종별 실제 이동·전파 자료를 바탕으로 종별로 적합한 분석 방법을 개발하고 적용하여 토지이용도를 고려한 실증적인 연결성 분석이 진행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연결성이 낮은 하위 지역에서 소규모 산림의 중요도가 높다는 것은 무엇을 의미하는가?
주목할 점은 연결성이 낮은 하위 지역에서 소규모 산림의 중요도가 높았다. 즉, 연결성 하위지역의 소규모 산림들이 연결망에서 차지하는 역할이 크다는 것을 의미한다. 연결성이 가장 낮은 인천의 경우, 소규모 산림이 없어졌을 경우 400m 임계거리에서 본래 연결망이 가지는 연결성의 최대 40%, 1.
소규모 산림의 역할은?
연구결과, 대구와 대전, 울산은 연결성이 높은 상위지역으로, 광주와 부산, 서울, 인천은 연결성이 낮은 하위지역으로 크게 양분화 되는 경향을 나타냈다. 소규모 산림들은 면적이 큰 산림들을 연결시키는 징검다리로서 특히 하위지역의 연결성을 크게 향상시키는 역할을 하였다. 생물 다양성에 중요한 연결성 보전을 위해서 상위지역에서는 잘 연결된 대규모 산림지역을 주요 거점으로 보전해야 한다.
도시 내부에서 잔존 서식지 훼손의 원인은?
인구집중으로 인한 도시팽창이 생물다양성 보전에 큰 위협이 되고 있다(McKinney, 2002; 2006). 도시 내부에서는 인간의 이용과 간섭의 증가로 잔존 서식지(remnant habitats)의 훼손이 빈번히 일어난다. 이와 함께 도시 근교에서의 지나친 택지개발과 도로건설 등의 무분별한 시가지 확산은 도시 주변에 분포하는 핵심 서식지들을 파편화하여 핵심 서식지들과 도시 내부 잔존 서식지와의 생태적 연결을 단절시킨다(Hilty et al.
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