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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 하천의 어류와 주변 서식지의 특성에 맞게 자연성과 종의 희귀성을 이용하여 생태적인 특성을 파악하고 연결성에 있어 중요 지점을 선정하는데 평가 기준을 제시하고자 한다. 평가단위 설정으로 하천의 생태적 특성을 반영한 희귀성과 종풍부도를 고려한 연결성을 평가하였으며, 서식지 보전계획에 활용 가능성을 평가해 보고자 한다.
- 본 연구에서는 생물다양성을 평가하기 위한 평가지표로 희귀도와 종풍부도 도출하였다(Cincotta et al., 2000; Cellabos et al., 2005). 어류의 개체수가 많기 때문에 다중선형회귀분석을 이용하여 서식지에 영향을 미치는 변수를 추출하고 종분포모형을 통해서 종풍부도 지도를 구축하였다.
- 본 연구에서는 수변의 어류군집과 주변 서식지의 특성을 이용하여 종의 풍부도와 희귀성을 이용하여 서식의 생태적인 특성을 파악하였으며, 수변의 연결성 확인함에 있어 중요 지점을 선정하는 평가 기준을 제시하였다.
- 모형을 이용한 서식지분석에서 개별 종의 수가 많아지면 시간과 비용 소모가 증가하였다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하고 서식에 영향을 미치는 요인을 정량적으로 밝혀낼 수 있는 방법을 적용하여 기존의 모형을 이용한 서식지 분석의 단점을 극복하고 수변의 미소서식지의 특성을 반영하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 하천의 어류와 주변 서식지의 특성에 맞게 자연성과 종의 희귀성을 이용하여 생태적인 특성을 파악하고 연결성에 있어 중요 지점을 선정하는데 평가 기준을 제시하고자 한다. 평가단위 설정으로 하천의 생태적 특성을 반영한 희귀성과 종풍부도를 고려한 연결성을 평가하였으며, 서식지 보전계획에 활용 가능성을 평가해 보고자 한다.
제안 방법
- 야생동물의 서식환경은 축척에 따라 상이한 반응을 보이기 때문에 이에 적합한 물리적 환경변수를 확보해야 한다(Ministry of environment, 2010a). 그러나 기존의 분석 자료는 대부분 광역서식지 차원에서 이루어져 있기 때문에 중소서식지나 미소서식지 단위의 물리적 환경변수에 적용하기에는 부적합하여 본 연구에서는 하천수변조사(River corridor survey)에 대한 현장조사를 통해 서식환경변수를 직접 수집하여 종분포 모형에 적용한다.
- 본 연구에서는 4대강 정비공사가 완료된 섬강을 대상으로 수생태계의 건강성의 지표생물인 어류군집을 대상으로 수변의 종적 연결성을 종분포모형을 이용하여 종풍부도 지도와 희귀도 지수를 이용하여 정량적으로 평가하였다. 모형을 이용한 서식지분석에서 개별 종의 수가 많아지면 시간과 비용 소모가 증가하였다.
- 본 연구에서는 수변의 서식환경에 적합하게 하천 수변조사방법을 이용하여 어류의 서식환경변수를 기존 연구논문과 도감을 참고하여 Table 1처럼 구축하였으며 (Lawrence et al., 1998; Bae et al., 2003; Environment canada, 2005) 이 데이터는 전문가의 현장조사를 통해어류와 관련성이 높게 평가된 현장의 서식 환경에 기반하였다. 모형에 입력변수의 유의성 검증을 위해서 비모수 검정 방법 중 하나인 Wilcoxon rank sum test1)를 이용하여 집단 간의 유의미한 차이를 확인하였다.
- , 2005). 어류의 개체수가 많기 때문에 다중선형회귀분석을 이용하여 서식지에 영향을 미치는 변수를 추출하고 종분포모형을 통해서 종풍부도 지도를 구축하였다. 종풍부도 모형의 종속변수는 조사된 종수와 개체수에 기초하였으며, 이 데이터는 Shannon index2)의 종풍부도 지수를 이용하여 도출하였다(Zahl, 1977).
- 조사기간은 2013년 4월~10월까지이며, 조사는 투망(망목 10x10mm)과 족대(망목 5x5mm)를 이용하여 직접 채집하였다. 투망은 10회 내외, 족대는 40분 동안 채집하였으며 소요시간은 50분, 조사 시기는 봄(4월)여름(6월 중순) 가을(10월) 로 해당 지점 조사 생물의 서식처의 특성을 반영하여 총 27구간을 선정하였다. 채집한 어류는 현장에서 직접 동정하고, 학명은 Kim et al.
- 평가단위는 서식처 유형과 주변 환경의 동질성을 고려하여 평가단위를 ‘수생태 건강성을 위한 수변서식 조사지침’을 참고 하여 250m로 설정하였다(Fig. 2).
- 희귀성을 모형화하는 대부분의 연구들은 RWRI (Rarity-Weight Richness Index)를 적용하고 있다. 희귀도는 멸종위기야생동‧식물Ⅰ,Ⅱ급에 해당하는 어류로 선정하였으며 종데이터에 기반하여 RWRI 지수를 적용‧평가하였다. 희귀종이나 멸종위기종의 가중치는 서식지 예측 모형의 0과 1값에 개수의 역수를 취해서 가중치를 적용하며, 그 식은 다음 (2)와 같다.
대상 데이터
- 여기서 지수의 점수가 높을수록 상대적으로 많은 종이 보호되어야 하는 경향을 보여준다. 구축된 모형의 다중선형 회귀분석에서 도출된 종풍부도 지수와 실제 기반의 종 풍부도지수의 정확도를 측정하기 위해 총 27개 조사지점에서 9개 지점을 제외한 18 지점을 모형으로 사용하였고, 나머지는 정확도 검증을 위한 자료로 사용하였다. 예측 정확도는 계량적 모형 간에 예측오차의 비교가 용이하고, 그 신뢰도가 높아 자주 사용하는 절대평균오차 비율(Mean Absolute Percentage Error)을 이용하였다 (Lewis, 1982).
- 이에 본 연구는 생물다양성이 높고 멸종위기종의 주요서식처이나 4대강 공사와 개발로 인해 지속적으로 서식처가 위협받고 있는 섬강을 수변의 연결성 평가를 위한 대상지로 선정하였다. 본 연구에서는 예비조사와 문헌조사에서 환경영향 변화에 취약하여 수생태계의 건강성을 나타내는 대표적인 지표종으로 사용되는 어류를 대상으로 하였다.
- 연구대상지인 섬강은 Fig. 1과 같이 원주시와 횡성군의 중요한 용수원일 뿐만 아니라 남한강과 합류되어 수도권의 용수 공급원인 한강의 수질에 영향을 미치는 남한강의 1차 지천 중 가장 큰 하천이다. 섬강은 백두대간과 인접해 있으며 한반도생태네트워크의 수생태축 핵심지역(Ministry of environment, 2010b)으로 금강과 섬강 등 극히 일부 지역에만 서식하는 멸종위기야생동‧식물II급꾸구리(Gobiobotia macrocephala)의 대표적인 서식 및 산란장소이며(Ko et al.
- 이에 본 연구는 생물다양성이 높고 멸종위기종의 주요서식처이나 4대강 공사와 개발로 인해 지속적으로 서식처가 위협받고 있는 섬강을 수변의 연결성 평가를 위한 대상지로 선정하였다. 본 연구에서는 예비조사와 문헌조사에서 환경영향 변화에 취약하여 수생태계의 건강성을 나타내는 대표적인 지표종으로 사용되는 어류를 대상으로 하였다.
- 어류조사 및 채집 방법은 Ministry of environment (2013)의 어류조사 방법에 의거(Wading method에 기초)하여 여울, 소, 흐르는 곳 등 생물의 서식처의 지리학적/수리학적인 특성을 반영하여 구간을 선정하였으며 빈도를 균등하게 조사하여 종풍부도 지수를 산출하였다. 조사기간은 2013년 4월~10월까지이며, 조사는 투망(망목 10x10mm)과 족대(망목 5x5mm)를 이용하여 직접 채집하였다. 투망은 10회 내외, 족대는 40분 동안 채집하였으며 소요시간은 50분, 조사 시기는 봄(4월)여름(6월 중순) 가을(10월) 로 해당 지점 조사 생물의 서식처의 특성을 반영하여 총 27구간을 선정하였다.
데이터처리
- , 2003; Environment canada, 2005) 이 데이터는 전문가의 현장조사를 통해어류와 관련성이 높게 평가된 현장의 서식 환경에 기반하였다. 모형에 입력변수의 유의성 검증을 위해서 비모수 검정 방법 중 하나인 Wilcoxon rank sum test1)를 이용하여 집단 간의 유의미한 차이를 확인하였다. 이는 야생동물 자료들이 정규분포를 가정하기 어렵기 때문에 이러한 비모수 검정 방법을 많이 이용한다(Kwon, 2011).
- 어류의 종풍부도에 영향을 주는 변수를 선택하기 위해서 Wilcoxn 검증 후 상관분석을 통해 변수 간의 자기상관을 검증 후 다중선형회귀 모형을 적용하였다. 선형 다중회귀모형의 결과적합도 검증 항목인 조정결정 계수(Adjusted R2)와 유의확률(P-Value)과 변수간의 공선성을 나타내는 Durbin-Watson의 값의 결과를 보여준다.
- 구축된 모형의 다중선형 회귀분석에서 도출된 종풍부도 지수와 실제 기반의 종 풍부도지수의 정확도를 측정하기 위해 총 27개 조사지점에서 9개 지점을 제외한 18 지점을 모형으로 사용하였고, 나머지는 정확도 검증을 위한 자료로 사용하였다. 예측 정확도는 계량적 모형 간에 예측오차의 비교가 용이하고, 그 신뢰도가 높아 자주 사용하는 절대평균오차 비율(Mean Absolute Percentage Error)을 이용하였다 (Lewis, 1982). 이는 사용 단위나 관찰 자료의 수가 다른 경우에도 관계없이 서로 비교할 수 있는 장점이 있다.
- 종풍부도 모형의 종속변수는 조사된 종수와 개체수에 기초하였으며, 이 데이터는 Shannon index2)의 종풍부도 지수를 이용하여 도출하였다(Zahl, 1977). 종풍부도를 종속변수, 서식지 변수 들을 독립변수로 하는 다중선형회귀분석 실시하였으며 모형의 식은 (1)의 수식을 기본으로 하고 있다.
이론/모형
- 어류조사 및 채집 방법은 Ministry of environment (2013)의 어류조사 방법에 의거(Wading method에 기초)하여 여울, 소, 흐르는 곳 등 생물의 서식처의 지리학적/수리학적인 특성을 반영하여 구간을 선정하였으며 빈도를 균등하게 조사하여 종풍부도 지수를 산출하였다. 조사기간은 2013년 4월~10월까지이며, 조사는 투망(망목 10x10mm)과 족대(망목 5x5mm)를 이용하여 직접 채집하였다.
- 어류의 개체수가 많기 때문에 다중선형회귀분석을 이용하여 서식지에 영향을 미치는 변수를 추출하고 종분포모형을 통해서 종풍부도 지도를 구축하였다. 종풍부도 모형의 종속변수는 조사된 종수와 개체수에 기초하였으며, 이 데이터는 Shannon index2)의 종풍부도 지수를 이용하여 도출하였다(Zahl, 1977). 종풍부도를 종속변수, 서식지 변수 들을 독립변수로 하는 다중선형회귀분석 실시하였으며 모형의 식은 (1)의 수식을 기본으로 하고 있다.
- 투망은 10회 내외, 족대는 40분 동안 채집하였으며 소요시간은 50분, 조사 시기는 봄(4월)여름(6월 중순) 가을(10월) 로 해당 지점 조사 생물의 서식처의 특성을 반영하여 총 27구간을 선정하였다. 채집한 어류는 현장에서 직접 동정하고, 학명은 Kim et al.,(2005)을 참고하고, 분류체계는 Nelson(2006)을 참고하여 기록하였다.
성능/효과
- 결과에서는 종풍부도에 영향을 주는 요인으로는 유속과 급여울, 하천 및 수변의 폭이 주요 요인으로 나타났다. 본 연구에서 적용한 모형을 통해 다양한 수심, 유속, 하상물질은 다양한 생물이 서식할 수 있는 환경이 라는 것을 확인할 수 있었다.
- 6%로 비교적 합리적인 예측이 이루어진 것으로 나타났다. 두 지수를 이용한 연결성 평가에서 높게 나온 지점들의 특징은 현장조사결과 수변 인접지역의 농경지 및 산림과 같은 자연토지피복이 우점하고 있었으며, 수변의 모래/자갈의 비율이 높은 것처럼 다양한 미소서식지가 형성된 곳이었다. 반면, 낮게 평가된 지점들은 대부분 제방공사로 인해 수변의 완충지(Riparian buffer)가 거의 없고 보(洑)가 설치되어 있거나 수변 쪽으로 산책로나 농로 및 자전거도로와 같이 인위적인 요소들이 설치되어 있는 것이 특징이었다.
- 선택된 변수의 결과를 살펴보면 유속은 양(+)의 값을 나타났는데 유속이 상대적으로 빠르면 다양한 급여울 및 바위와 같은 다양한 지형적인 요소로 미소서식지가 발달되어 풍부도 지수가 높아진다(Kang and Hur, 2012). 또한, 수변 면적이 넓은 지역은 어류의 산란과 서식처를 제공하는 그늘 등 서식조건의 유리한 장점을 가지고 있으며, 하천 폭이 좁으면 다양한 서식처 유형이 나타나 종 풍부도가 높은 것으로 볼 수 있었다. 본 연구에서의 종 분포모형은 어류의 서식지의 특징을 잘 반영하는 것으로 판단할 수 있었다.
- 선형 다중회귀모형의 결과적합도 검증 항목인 조정결정 계수(Adjusted R2)와 유의확률(P-Value)과 변수간의 공선성을 나타내는 Durbin-Watson의 값의 결과를 보여준다. 모형의 결과 Table 2에서는 조정결정계수는 0.62로 모형 예측력은 62%를 설명할 수 있는 것으로 나타났으며 유의수준 0.05 이하에 유의확률 P값은 0.01미만으로 분석되어 매우 적합한 것으로 나타났다. 모형에서 유의미하게 선택된 변수는 Table 3와 같이 유속, 급여울, 하천 폭, 수변의 면적 등으로 나타났다.
- 결과에서는 종풍부도에 영향을 주는 요인으로는 유속과 급여울, 하천 및 수변의 폭이 주요 요인으로 나타났다. 본 연구에서 적용한 모형을 통해 다양한 수심, 유속, 하상물질은 다양한 생물이 서식할 수 있는 환경이 라는 것을 확인할 수 있었다. 희귀도 분석에서는 하도 습지가 있는 하류지점에서 희귀성이 높게 나왔으며, 꾸 리(Gobiobotia macrocephala), 대륙종게(Orthrias nudus), 새코미꾸(Cobitis rotundicaudata),와 같은 멸종 위기 종의 서식처의 특징을 반영하는 것으로 나타났다.
- 또한, 수변 면적이 넓은 지역은 어류의 산란과 서식처를 제공하는 그늘 등 서식조건의 유리한 장점을 가지고 있으며, 하천 폭이 좁으면 다양한 서식처 유형이 나타나 종 풍부도가 높은 것으로 볼 수 있었다. 본 연구에서의 종 분포모형은 어류의 서식지의 특징을 잘 반영하는 것으로 판단할 수 있었다.
- 서식지 예측 모형의 정확도는 현장조사결과와 비교했을 때 절대 평균오차는 19.6%로 비교적 합리적인 예측이 이루어진 것으로 나타났다. 두 지수를 이용한 연결성 평가에서 높게 나온 지점들의 특징은 현장조사결과 수변 인접지역의 농경지 및 산림과 같은 자연토지피복이 우점하고 있었으며, 수변의 모래/자갈의 비율이 높은 것처럼 다양한 미소서식지가 형성된 곳이었다.
- 최근 국립환경과학원의 ‘수생태계 건강성 조사평가’보고서에서는 하천정비사업으로 인해 멸종위기야생동‧식물Ⅰ급 흰수마자의 개체수가 급감한 것으로 보고되고 있다. 이처럼 인공구조물의 설치는 서식지의 연결성 단절로 인해서 어류상에 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 적용한 모형을 통해 다양한 수심, 유속, 하상물질은 다양한 생물이 서식할 수 있는 환경이 라는 것을 확인할 수 있었다. 희귀도 분석에서는 하도 습지가 있는 하류지점에서 희귀성이 높게 나왔으며, 꾸 리(Gobiobotia macrocephala), 대륙종게(Orthrias nudus), 새코미꾸(Cobitis rotundicaudata),와 같은 멸종 위기 종의 서식처의 특징을 반영하는 것으로 나타났다.
- 4, Site A). 희귀도가 높은 지점들은 현장조사 결과 고유종인 줄납자루(Acheilognathus yamatsutae), 멸종위기동‧식물II급 꾸구리, 대륙종게(Orthrias nudus), 새코미꾸리(Cobitis rotundicaudata), 쏘가리(Siniperca scherzeri) 종들의 주요 서식처였다. 이러한 종들은 물이 맑고 큰 자갈이나 바위가 많으며(Kim et al,.
후속연구
- 따라서 추후 대상 지역의 수변 지역의 서식지 보전계획의 수립 시에 실제 생물종의 연결성을 고려하여 어류의 서식환경을 고려할 필요가 있다.
- 이러한 결과는 수변의 서식처 복원을 위한 가이드로 기존 수변 시설물을 개선하고 추가하여 연결성을 강화시키는데 좋은 기준이 될 것으로 판단한다. 특히, 어류의 군집은 앞선 연구나 본 연구에서처럼 보(洑)구조 개선을 통한 어류의 이동 및 다양한 미소 서식처 조성이 필요해보였으며, 수변림을 조성하여 다양한 미소서식지 조성을 고려해야 할 것이다.
- 특히, 어류의 군집은 앞선 연구나 본 연구에서처럼 보(洑)구조 개선을 통한 어류의 이동 및 다양한 미소 서식처 조성이 필요해보였으며, 수변림을 조성하여 다양한 미소서식지 조성을 고려해야 할 것이다. 추후 하천정비공사 진행할 때 보호하고 보전해야 할 지점을 사전에 알고 계획한다면 훼손 후 복원하는 것보다 경제적 및 시간적으로 많은 이점이 있을 것이다.
- 이러한 결과는 수변의 서식처 복원을 위한 가이드로 기존 수변 시설물을 개선하고 추가하여 연결성을 강화시키는데 좋은 기준이 될 것으로 판단한다. 특히, 어류의 군집은 앞선 연구나 본 연구에서처럼 보(洑)구조 개선을 통한 어류의 이동 및 다양한 미소 서식처 조성이 필요해보였으며, 수변림을 조성하여 다양한 미소서식지 조성을 고려해야 할 것이다. 추후 하천정비공사 진행할 때 보호하고 보전해야 할 지점을 사전에 알고 계획한다면 훼손 후 복원하는 것보다 경제적 및 시간적으로 많은 이점이 있을 것이다.
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