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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 개발과 보전의 중간적 성격을 갖고 상충되고 있는 관리지역에 대하여 토지적성 평가의 평가지표로 생물다양성 고려의 가능성을 제시함에 목적이 있다. 현재는 생물종 및 서식지에 대한 전국토적 세밀한 조사가 불가능한 시점이다.
- 관리지역은 핵심지역은 아니지만 생물종 서식지 보전에 있어서 중요하게 영향을 미칠 것으로 보여진다. 본 연구는 관리지역과 종풍부도 등급 비교를 통해 종분포모형을 활용한 토지적성평가지표의 활용적 측면에 의의를 갖는다고 판단된다. 본 연구는 토지적성평가와 비교를 하기 위하여 종풍부도를 종분포모형을 통해 도출하였다.
- 본 연구는 관리지역과 종풍부도 등급 비교를 통해 종분포모형을 활용한 토지적성평가지표의 활용적 측면에 의의를 갖는다고 판단된다. 본 연구는 토지적성평가와 비교를 하기 위하여 종풍부도를 종분포모형을 통해 도출하였다. 그러나 종분포모형 구축에 있어서 일시적인 조사를 근거하여 구축하였다는 측면에서 한계를 지닌다.
- 본 연구는 토지적성평가와 종풍부도를 등급화하여 이를 비교해 보았다. 종풍부도와 관리지역 등급의 일치도 는 1등급 10.
- 본 연구에서는 종분포모형을 실시하여 지점조사 형태로 이루어진 야생동·식물 자료를 공간적 형태인 종풍부도를 생성함으로써 환경 및 생태적 가치를 평가해 볼 수 있다는 측면에서 토지적성평가와의 비교를 해보고자 하였다.
제안 방법
- 이어서 서식지와 관련된 16개 변수를 구축하고 종분포모형 중에 출현정보만을 이용하여 과적용(Over-fitting)을 최소화 하는 Maxent모형을 선정하여 적용하였다(Phillps et al, 2006). 16개 변수 중 59개 종의 각각에 맞는 변수를 선택하여 중분포도를 예측한 뒤, 이를 출현/비출현으로 구분하여 종풍부도를 예측하였다. 토지적성평가는 「토지의 적성평가에 관한 지침」의 평가체계I에 따라 보전, 농업, 개발적성을 물리적, 지역, 공간적 입지 특성별로 평가 하였다.
- ESRI사의 ArcGIS 9.3을 활용하여 모형 변수의 격자크기(grid size)는 20m×20m로 구축하였다.
- Table 3와 같이 모형변수는 포유류, 조류, 양서파충류의 서식지 적합성 평가의 선행연구에서 사용된 변수를 고려하여 지형, 식생, 거리 3가지로 분류하여 설정하였다. ESRI사의 ArcGIS 9.
- 조류의 경우 36종을 대상으로 풍부도를 도출하였으나 36개 종 모두가 공통으로 예측된 출현지점은 존재 하지 않았고 최대 33개 종이 같은 지점에서 서식 가능한 것으로 나타났다. 각 분류별 출현하는 종의 수가 차이가 발생함에 따라, 최대 100점을 기준으로 직선보간법으로 점수를 할당하여 표준화 하였다. 표준화된 각 분류별 종풍부도는 등가중치로 합산하여 종합 종 풍부도를 도출하였다(Figure 6).
- Table 6와 같이 생물 종 59종을 대상으로 출현/비 출현 자료를 활용하여 구축된 15개의 모형변수와 비모수검정 방법인 Mann-Whitney U test를 실행하였다. 각 종 분포도 생성을 위한 Maxent 모형에서 사용될 모형변수는 p-value 값이 0.3미만의 변수를 기준으로 선택하였으며 선택된 변수가 적을 경우 pvalue의 값이 낮은 순서로 모형 예측도가 가장 높게 설명되는 환경변수를 선택하였다(서창완 등, 2000; 권혁수, 2011). 모형의 신뢰성은 ROC(Receiver operating characteristic)의 AUC(Area Under Cover)값을 통해 측정한다.
- 이러한 점을 고려하여 야생동·식물의 점적인 조사지점과 모형변수를 기반으로 한 종분포모형을 통해 면적인 형태, 즉 공간적으로 파악해 보았다. 그리고 그 결과를 통해 예측된 종풍부도와 「토지의 적성평가에 관한 지침」의 평가체계I에 따라 구축된 토지적성평가 등급과 비교해 보았다. 이러한 연구 결과는 야생동·식물의 잠재적 서식지 보전을 위한 연구와 정책의 수립에 기여가 가능할 것으로 기대된다.
- 이러한 이유로는 첫째, 산림 중심부보다 주변에 종풍 부도가 더 높게 나타나는 주연부 효과(edge effects) 를 원인으로 볼 수 있다. 둘째, 토지적성평가는 평가 점수를 표준점수화 하여 분류하는 상대적인 척도로 평가한다. 따라서 보령시와 같은 도시전체의 보전적성이 높을 경우에는 보전적성으로 분류하여야 하나 개발적성으로 분류되는 지역이 존재한다.
- 따라서 본 연구에서는 각 종의 예측된 분포도를 Maxent모형에서의 민감도(출현지역 예측률)과 특이성(비출현지역 예측률)의 합이 최대가 되는 값을 기준으로 출현/비출현으로 구분한 후에 법적보호종, 포유류, 조류, 양서파충류의 각 분류별로 종 풍부도를 만들고 이를 다시 표준화 하여 합산하는 방법으로 종풍부도를 도출하였다(Figure 4).
- 토지적성평가에서 평가체계I의 등급은 1~5등급으로 구분하여 1, 2등급의 필지는 보전관리지역 또는 생산관리지역으로, 4, 5등급의 필지는 계획관리지역으로, 3등급의 토지는 도시기본계획 또는 지역별 개발수요 등을 고려하여 보전, 생산 또는 계획관리지역으로 편입한다. 따라서 본 연구에서는 종 분포모형을 통해 도출된 각각의 종 분포도를 합산하여 도출한 종풍부도를 토지적성평가의 평가체계I에서 분류되는 표준값(Z score)과 같은 방법으로 각 필지를 5개 등급으로 나누어 일치도를 통해 비교해 보았다.
- 모든 평가지표는 Table 4과 같이 비율측정, Fuzzy 함수, 중력모형으로 나뉘어서 평가된 후 표준화한 뒤에 해당가중치를 곱하여 산정하는데, 이 가중치는 「토지의 적성평가에 관한 지침」에서 제시하는 가중치를 적용하는 것이 원칙이다. 따라서 본 연구에서도 지침에서 제시하는 가중치를 적용하여 종합적성값을 산출하였다.
- 3의 Zonal Statistics의 기능을 사용하여 합산한 후 평균을 대푯값으로 연구를 진행하였다. 또한 우선분류대상지역으로 분류되는 우선보전대상지역과 우선개발대상지역은 각각 1등급과 5등급으로 우선분류한 후 해당되지 않는 필지를 대상으로 평가를 실시하였다.
- 모든 평가지표는 백분위점수화로 표준화를 하였다.
- 본 연구에서 사용된 생물종 출현정보는 정량적 야생동물 출현가능성 공간분석을 수행하기 위해서 전문가 의견을 조사하여 8개의 요인을 설정(식생분포, 영급, 경사도, 산림의 면적, 수계와의 거리, 농경지와의 거리, 도로와의 거리, 시가지와의 거리)하고, 그에 따른 평가값을 Table 1과 같이 설정한 후 중첩분석을 실시하여 출현 가능지를 도출하였다. 이것을 다시 재분류 하여 결과값의 60%이상의 지역을 지도로 도출 후에 Ramdom point 분석을 통해 100개 지점을 선정하였다.
- 본 연구에서는 규정하고 있는 격자단위의 최소단위인 20m×20m단위로 맞추어 구축하고 관리지역 필지별로 ArcGIS 9.3의 Zonal Statistics의 기능을 사용하여 합산한 후 평균을 대푯값으로 연구를 진행하였다.
- 거리변수는 보령시에서 생태(비오톱)지도 작성을 위해 자체 제작한 토지이용도에서 생성하였다. 생물다양성이 높은 산림 주변부를 고려하여 내부로의 거리와 외부로의 거리를 생성하였고, 서식지와 관련성이 높은 하천 및 호소로부터의 거리, 먹이와 관련된 농경지로부터의 거리, 인간의 인위적인 요인을 고려한 도로로부터의 거리와 주거지/상업 및 업무지/공업지로부터의 거리를 생성하였다.
- 이것을 다시 재분류 하여 결과값의 60%이상의 지역을 지도로 도출 후에 Ramdom point 분석을 통해 100개 지점을 선정하였다. 선정된 지점을 대상으로 포유류, 조류, 양서파충류를 대상으로 전문가에 의한 현지조사를 실시하였다. 조사결과 포유류 15종, 조류 87종, 양서파충류 18종이 발견되었다(보령시, 2011).
- 3을 활용하여 모형 변수의 격자크기(grid size)는 20m×20m로 구축하였다. 수치지형도에서 고도변수, DEM(Digital Elevation Model)을 생성한 후에 경사, 향(Northness), 일사량, 기복량을 생성하였다. 서식지와 관련된 식생의 환경을 반영하기 위한 영급, 경급, 밀도는 임상도에서 추출하여 생성하였고, 식생구분은 중분류토지피복에서 낙엽활엽수/침엽수/혼효림으로 구분하여 생성하였다.
- 본 연구에서 사용된 생물종 출현정보는 정량적 야생동물 출현가능성 공간분석을 수행하기 위해서 전문가 의견을 조사하여 8개의 요인을 설정(식생분포, 영급, 경사도, 산림의 면적, 수계와의 거리, 농경지와의 거리, 도로와의 거리, 시가지와의 거리)하고, 그에 따른 평가값을 Table 1과 같이 설정한 후 중첩분석을 실시하여 출현 가능지를 도출하였다. 이것을 다시 재분류 하여 결과값의 60%이상의 지역을 지도로 도출 후에 Ramdom point 분석을 통해 100개 지점을 선정하였다. 선정된 지점을 대상으로 포유류, 조류, 양서파충류를 대상으로 전문가에 의한 현지조사를 실시하였다.
- 이러한 점을 고려하여 야생동·식물의 점적인 조사지점과 모형변수를 기반으로 한 종분포모형을 통해 면적인 형태, 즉 공간적으로 파악해 보았다.
- 본 연구의 흐름을 요약하면 Figure 1과 같다. 종풍부도 예측을 위해 사용된 생물종 출현정보는 2011년에 보령시 생태(비오톱)지도 작성을 위한 생물종 조사를 기반으로 하였다. 이어서 서식지와 관련된 16개 변수를 구축하고 종분포모형 중에 출현정보만을 이용하여 과적용(Over-fitting)을 최소화 하는 Maxent모형을 선정하여 적용하였다(Phillps et al, 2006).
- 토지적성평가는 「토지의 적성평가에 관한 지침」의 평가체계I에 따라 보전, 농업, 개발적성을 물리적, 지역, 공간적 입지 특성별로 평가 하였다. 종풍부도와 토지적성평가의 평가값을 필지별로 평균한 후에 5개 등급으로 구분하여 비교하였다.
- 16개 변수 중 59개 종의 각각에 맞는 변수를 선택하여 중분포도를 예측한 뒤, 이를 출현/비출현으로 구분하여 종풍부도를 예측하였다. 토지적성평가는 「토지의 적성평가에 관한 지침」의 평가체계I에 따라 보전, 농업, 개발적성을 물리적, 지역, 공간적 입지 특성별로 평가 하였다. 종풍부도와 토지적성평가의 평가값을 필지별로 평균한 후에 5개 등급으로 구분하여 비교하였다.
- 토지적성평가의 최종 평가단위는 필지단위별로 이루어지기 때문에 지적도에서 관리지역에 해당되는 필지를 추출하였다. 그 중 「측량·수로조사 및 지적에 관한 법률」의 제67조 제1항에서 구분하는 28가지 지목 중에서 도로, 철도용지, 하천, 유지(溜地)는 제외하였다.
- 우선분류대상지역을 제외한 지역의 평가지표는 ‘평가체계I’을 대상으로 하였을 때 보전적성, 농업적성, 개발적성으로 나누어 각각의 평가요인을 물리적 특성, 지역 특성, 공간적 입지특성에 따라 평가지표를 구분하고 있다. 평가지표는 수치지형도에서 경사도와 표고를 생성하였고 생태자연도에서 생태자연도 상위등급비율을 구축하고 한국토지정보시스템 (KLIS)에서 공적규제지역 면적비율 및 거리, 토지용지비율, 용도전용비율을 그리고 보령시의 토지이용도에서 경지정리지역 면적비율 및 거리, 기개발지와의 거리, 공공편익시설과의 거리를 구축하였다. 각적성별 평가지표는 Table 4과 같이 비율측정, Fuzzy 함수, 중력모형으로 나뉘어서 평가된 후 백분위 점수로 표준화 하는 과정을 거치게 된다.
- 각 분류별 출현하는 종의 수가 차이가 발생함에 따라, 최대 100점을 기준으로 직선보간법으로 점수를 할당하여 표준화 하였다. 표준화된 각 분류별 종풍부도는 등가중치로 합산하여 종합 종 풍부도를 도출하였다(Figure 6). 도출된 종 풍부도 값은 토지적성평가 결과와 비교를 위해 Table 8과 같이 표준화값(Zi)를 산정하여 81,101개의 필지를 대상으로 5개 등급으로 구분하였다(Figure 7-a, Table 8).
대상 데이터
- 본 연구의 대상지역은 행정구역상 충청남도 보령시로, 유인도서(13개도서)를 제외한 「국토의 이용 및 계획에 관한 법률」에서 분류하는 용도지역에서의 관리지역 191.3km2 을 대상으로 하였다. 보령시의 용도 지역은 농림지역 56.
- 우선분류대상지역 중 우선보전대상지역은 생태자연도의 상위등급지역, 임상도의 5영급 이상인 지역, 경지정리지역, 공적규제지역 대상으로 15,517개 필지를 우선분류 하였고, 우선개발대상지역은 개발진 흥지구, 도시지역 외 지역에서의 지구단위계획구역, 농공단지 및 그 예정지로 지정된 곳을 대상으로 1,988개 필지를 우선분류 하였다.
- 조사결과 포유류 15종, 조류 87종, 양서파충류 18종이 발견되었다(보령시, 2011). 종분포 모형을 수행하기 위해서는 최소 발견지점이 7개 이상이 되어야 유의미한 결과가 도출되기 때문에(Elith et al, 2006), 본 연구에서는 출현지점이 7지점 이상인 59개 생물종을 선정하였다(Table 2).
- 종분포모형을 이용한 기존연구들은 보호구역의 설정 및 계획의 활용에 집중되어있다. 하지만 본 연구는 핵심지역을 연결할 수 있는 관리지역을 대상으로 하였다. 관리지역은 핵심지역은 아니지만 생물종 서식지 보전에 있어서 중요하게 영향을 미칠 것으로 보여진다.
데이터처리
- 0을 이용하여 야생동물 자료는 정규분포를 따른다는 가정을 할 수 없으므로 비모수검정 방법인 Mann Whitney U Test를 실행하였다(권혁수, 2011). 15개의 변수 중 각 종과 관련된 변수를 선택한 후 Maxent 모형을 이용하여 5회 교차검증(Cross-validation) 을 통해 모형의 신뢰도 검증을 실시하였다.
- Table 6와 같이 생물 종 59종을 대상으로 출현/비 출현 자료를 활용하여 구축된 15개의 모형변수와 비모수검정 방법인 Mann-Whitney U test를 실행하였다. 각 종 분포도 생성을 위한 Maxent 모형에서 사용될 모형변수는 p-value 값이 0.
- 종분포 예측을 위해, 100개 지점별 출현/비출현 지점을 환경변수와의 유의성 검토를 위하여 SPSS 13.0을 이용하여 야생동물 자료는 정규분포를 따른다는 가정을 할 수 없으므로 비모수검정 방법인 Mann Whitney U Test를 실행하였다(권혁수, 2011). 15개의 변수 중 각 종과 관련된 변수를 선택한 후 Maxent 모형을 이용하여 5회 교차검증(Cross-validation) 을 통해 모형의 신뢰도 검증을 실시하였다.
이론/모형
- Fuzzy평가 방법에는 분석귀속도함수 중 가장 일반적으로 사용되는 S자형 함수를 사용하였다. 각 적성평가지표를 Table 5에서 귀속도함수를 결정하고 임계치를 설정하여 점수를 산출하였다.
- , 2011). 따라서 본 연구에서는 종 출현 자료만으로 서식지 분포 예측이 가능한 Maxent version 3.3.3k (http://www.cs.princeton.edu/~schapire/ maxent/)을 사용하였다.
- 3미만의 변수를 기준으로 선택하였으며 선택된 변수가 적을 경우 pvalue의 값이 낮은 순서로 모형 예측도가 가장 높게 설명되는 환경변수를 선택하였다(서창완 등, 2000; 권혁수, 2011). 모형의 신뢰성은 ROC(Receiver operating characteristic)의 AUC(Area Under Cover)값을 통해 측정한다. AUC를 이용한 모형의 정확도 측정은 기존 분류 정확도가 기준값(Cutoff values)에 따라 정확도가 달라지므로 기준값에 독립 적인 장점을 가지고 있어 각 모형들을 비교하는데 많이 이용되고 있다(권혁수, 2011).
- 종풍부도 예측을 위해 사용된 생물종 출현정보는 2011년에 보령시 생태(비오톱)지도 작성을 위한 생물종 조사를 기반으로 하였다. 이어서 서식지와 관련된 16개 변수를 구축하고 종분포모형 중에 출현정보만을 이용하여 과적용(Over-fitting)을 최소화 하는 Maxent모형을 선정하여 적용하였다(Phillps et al, 2006). 16개 변수 중 59개 종의 각각에 맞는 변수를 선택하여 중분포도를 예측한 뒤, 이를 출현/비출현으로 구분하여 종풍부도를 예측하였다.
성능/효과
- 7이상 일 때, 모형이 설명하는 잠재력이 의미를 갖는다고 판단하고 있다(이동근, 2010). 59종을 대상으로 5회의 교차검증을 실시한 결과 붉은머리오목눈이(Parrotbill, Paradoxornis webbiana)가 0.620로 가장 낮은 모형적 신뢰도를 보였고 계곡산 개구리(Huanren brown frog, Rana huarenensis)가 0.907로 가장 높은 신뢰도를 보였다(Figure 5, Table 7).
- 7전 후의 신뢰도를 보여, 이를 합산하여 종풍부도를 도출 하였다. 법적보호종, 포유류, 조류, 양서파충류의 각 분류별로 종풍부도를 도출한 결과, 4종의 법적보호 종은 0~4, 9종의 포유류는 0~9, 36종의 조류는 0~33, 10종의 양서파충류는 0~10의 분포를 보였다. 조류의 경우 36종을 대상으로 풍부도를 도출하였으나 36개 종 모두가 공통으로 예측된 출현지점은 존재 하지 않았고 최대 33개 종이 같은 지점에서 서식 가능한 것으로 나타났다.
- 73%로 보이는 것을 볼 수 있었다. 상대적으로 중간적 성격을 지닌 2, 3, 4등급 보다 보전적성으로 분류되는 1등급, 개발적 성으로 분류되는 5등급의 일치도가 낮게 나타났다. 이러한 이유로는 첫째, 산림 중심부보다 주변에 종풍 부도가 더 높게 나타나는 주연부 효과(edge effects) 를 원인으로 볼 수 있다.
- 본 연구에서는 종분포모형을 실시하여 지점조사 형태로 이루어진 야생동·식물 자료를 공간적 형태인 종풍부도를 생성함으로써 환경 및 생태적 가치를 평가해 볼 수 있다는 측면에서 토지적성평가와의 비교를 해보고자 하였다. 일치도를 비교해 보면 1등급 10.92%, 2등 급 37.10%, 3등 급 34.56%, 4등 급 20.89%, 5등급 1.73%로 일치하는 것으로 나타났다 (Table 9). Figure 7에서 보이는 지역은 보령시에서 중심시가지를 이루고 있는 대천동, 동대동, 공춘동 (보령시 중서부) 주변으로 토지적성평가의 경우 개발 적성으로 분류되는 4등급과 5등급이 높게 측정되었지만 종풍부도 등급은 1등급과 2등급의 비율이 높았 다.
- 법적보호종, 포유류, 조류, 양서파충류의 각 분류별로 종풍부도를 도출한 결과, 4종의 법적보호 종은 0~4, 9종의 포유류는 0~9, 36종의 조류는 0~33, 10종의 양서파충류는 0~10의 분포를 보였다. 조류의 경우 36종을 대상으로 풍부도를 도출하였으나 36개 종 모두가 공통으로 예측된 출현지점은 존재 하지 않았고 최대 33개 종이 같은 지점에서 서식 가능한 것으로 나타났다. 각 분류별 출현하는 종의 수가 차이가 발생함에 따라, 최대 100점을 기준으로 직선보간법으로 점수를 할당하여 표준화 하였다.
- 종분포도를 예측한 결과 59종의 AUC값이 0.7전 후의 신뢰도를 보여, 이를 합산하여 종풍부도를 도출 하였다. 법적보호종, 포유류, 조류, 양서파충류의 각 분류별로 종풍부도를 도출한 결과, 4종의 법적보호 종은 0~4, 9종의 포유류는 0~9, 36종의 조류는 0~33, 10종의 양서파충류는 0~10의 분포를 보였다.
- Figure 8은 보령시 남포면 (보령시 중서부) 일대로 중심 도시지역을 이루고 있는 공촌동과 명천동에 인접해 있으면서 생태자연도 1 등급 등 주변에 우수한 생태자원을 포함하고 있는 지역이다. 토지적성평가로 적성 분류된 남포면 일대의 관리지역은 주변 생태자연도1등급과 인접한 지역의 경우 1등급과 2등급으로 분류된 지역이 분포하는 것을 볼 수 있지만, 동쪽 옥미산(원 오른쪽)에서 서쪽 생태자연도1등급으로 연결되는 부분의 경우 서식지 연결기능이 가능할 지역으로, 종풍부도를 이용한 등급의 경우 1등급과 2등급의 비율이 상대적으로 높게 평가되었다. 주변 여건상 생태자원이 우수한 지역주변에 위치하고 있으나 토지적성평가 결과 개발적성이 높게 평가되어 계획관리지역으로 분류되는 경우가 있다.
후속연구
- 그러나 종분포모형 구축에 있어서 일시적인 조사를 근거하여 구축하였다는 측면에서 한계를 지닌다. 따라서 차후 연구에는 지속적인 모니터링과 장기간의 현장조사를 기반으로 한 기초자료와 이를 적용하는 연구가 앞으로 이루어져야 한다. 또한 종분포모형의 검증에 대한 연구도 지속적으로 이루어져야 한다.
- 따라서 차후 연구에는 지속적인 모니터링과 장기간의 현장조사를 기반으로 한 기초자료와 이를 적용하는 연구가 앞으로 이루어져야 한다. 또한 종분포모형의 검증에 대한 연구도 지속적으로 이루어져야 한다.
- 이러한 연구 결과는 야생동·식물의 잠재적 서식지 보전을 위한 연구와 정책의 수립에 기여가 가능할 것으로 기대된다.
- 따라서 현지 조사된 자료를 반영한 생태·환경성도 중요하지만 환경 친화적인 지속가능성을 위해선 잠재적 생태·환경성도 중요하다. 이러한 이유로 생물종 서식지 예측을 통한 잠재적 서식지를 고려하는 노력이 보다 집중되어야 할 것으로 판단된다.
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