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문제 정의
- 따라서 본 연구는 한반도에서 분포지역이 주로 남부지역에 제한되어 있고 하천 생태계에 부정적인 영향을 미치는 침입외래식물은 털물참새피를 대상으로 종 분포 모델링을 이용하여 1) 현재 한반도의 잠재적 분포지역을 파악하고, 2) 기후변화에 따른 잠재적인 분포지의 변화를 예측하여, 3) 한반도에서 주요 침입 외래식물의 관리방안을 수립할 때 종 분포 모델링의 적용을 제안하는데 연구 목적이 있다.
제안 방법
- 기후변화로 인하여 침입외래식물의 잠재적 분포 지역을 예측하는 것은 고유생태계를 보전하고, 침입외래식물을 관리하기 위하여 매우 중요하다. 본 연구는 한반도에서 분포지가 매우 제한적인 털물참새피를 대상으로 잠재적인 분포지역을 파악하고, 이를 바탕으로 2050년의 서식지 변화를 예측하였다. 모델에 의하여 예측된 털물참새피의 현재 잠재적 분포지역은 털물참새피의 실제 분포지역과 대부분 일치하였다.
- 본 연구에서는 기후변화에 의한 털물참새피의 분포 변화를 단지 온도와 강수량과 관계된 기후요인에 의하여 예측하였다. 그러나 실제로 기후변화에 의한 환경변화는 기후 이외에 CO2 농도 증가, 교란에 의한 식생 회복력 (resilience) 감소와 같은 환경 변화를 동반한다 (Leishman and Gallagher 2015).
- 2014). 본 연구에서는이 시나리오 중에서 인간 활동에 의한 영향을 지구 스스로 회복 가능한 경우인 Representative Concent-ration Pathways (RCP) 2.6 시나리오와 온실기체의 저감 없이 지속적으로 배출되는 경우인 RCP 8.5 시나리오를 선택하여 털물참새피의 2050년 잠재분포 지역을 예측하였다. 여기에서 RCP 2.
대상 데이터
- 4 (WorldClim 2014)에서 제공하는 공간 해상도 5 km의 온도와 강수량으로 이루어진 19 개 기후환경자료를 이용하였다 (Table 2). 또한 미래의 기후 자료는 전지구 기후 모델 (GCMs: Global Climate Models)인 HadGEM2-AO로 예측된 2050년대 (2041 – 2060년의 평균)의 기후자료를 사용하였다 (NIMR 2012). 이 기후 예측자료는 IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 5차 평가 보고에서 사용한 기후변화 시나리오에 기반을 두고 있다 (Edenhofer et al.
- 식물 분포에 영향을 미치는 환경요인 중에서 기후 요인, 특히 온도와 강수량이 매우 중요하다 (Wood-ward and Williams 1987). 본 연구에서는 현재 한반도에서 털물참새피의 잠재분포지역을 예측하기 위하여 환경자료는 WorldClim 1.4 (WorldClim 2014)에서 제공하는 공간 해상도 5 km의 온도와 강수량으로 이루어진 19 개 기후환경자료를 이용하였다 (Table 2). 또한 미래의 기후 자료는 전지구 기후 모델 (GCMs: Global Climate Models)인 HadGEM2-AO로 예측된 2050년대 (2041 – 2060년의 평균)의 기후자료를 사용하였다 (NIMR 2012).
- 털물참새피의 위치 자료는 연구대상종이 침입외래식물인 점을 고려하여 자생지, 전지구 및 한반도로 지역을 구분하여 수집하였다 (Table 1). 자생지 위치 자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Allred (1982)로부터 북미 앨라바마, 워싱턴, 캘리포니아, 샌디에고, 뉴멕시코, 텍사스에서 수집된 자료이다. 자생지와 한반도를 제외한 전지구 위치자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Yasuro (1994)에서 수집하였다.
- 자생지 위치 자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Allred (1982)로부터 북미 앨라바마, 워싱턴, 캘리포니아, 샌디에고, 뉴멕시코, 텍사스에서 수집된 자료이다. 자생지와 한반도를 제외한 전지구 위치자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Yasuro (1994)에서 수집하였다. 한편 한반도에서 위치자료는 본 연구자에 의한 현지조사, NIER (2012), NIE (2014), 국립수목원의 국가생물종지식정보시스템 (KNA 2015) 및 국립생물자원관 표본자료 (NIBR 2015)에서 수집하였다 (Table 1).
- 털물참새피의 위치 자료는 연구대상종이 침입외래식물인 점을 고려하여 자생지, 전지구 및 한반도로 지역을 구분하여 수집하였다 (Table 1). 자생지 위치 자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Allred (1982)로부터 북미 앨라바마, 워싱턴, 캘리포니아, 샌디에고, 뉴멕시코, 텍사스에서 수집된 자료이다.
- 자생지와 한반도를 제외한 전지구 위치자료는 세계생물다양성정보기구 (GBIF 2015)와 Yasuro (1994)에서 수집하였다. 한편 한반도에서 위치자료는 본 연구자에 의한 현지조사, NIER (2012), NIE (2014), 국립수목원의 국가생물종지식정보시스템 (KNA 2015) 및 국립생물자원관 표본자료 (NIBR 2015)에서 수집하였다 (Table 1). 특히 생태계교란생물 자료집 (NIER, 2012)의 분포 위치는 분포지 도면에서의 위치를 QGis DT (2014)를 이용하여 경위도 좌표로 전환하여 수집하였다.
데이터처리
- 모델링 결과에 대하여 수신자 조작 특성 곡선 (ROC, receiver operating characteristic curve)의 아랫부분 면적 (AUC, area under the curve) 을 통하여 모델의 정확도를 판단하였다. 또한 모델 결과 생성된 털물참새피의 공간 자료는 ArcGIS Desk-top 10.1 (ESRI, Redlands, CA, USA)을 이용하여 지도로 도시화하였다.
- 3k (Phillips 2013)를 이용하였다. 이 프로그램의 선택사항으로서 random test percentage를 25%로 설정하였고, 10차 교차 검증 (10-fold cross validation)을 10회 반복하였다. 또한 기후 환경 변수의 최대 수는 10,000개로 설정하였고, 기후 환경 변수의 중요도를 파악하기 위하여 잭나이프 (jackknife) 기법을 선택하였다.
이론/모형
- 이 프로그램의 선택사항으로서 random test percentage를 25%로 설정하였고, 10차 교차 검증 (10-fold cross validation)을 10회 반복하였다. 또한 기후 환경 변수의 최대 수는 10,000개로 설정하였고, 기후 환경 변수의 중요도를 파악하기 위하여 잭나이프 (jackknife) 기법을 선택하였다. 모델의 결과는 분포확률을 최저값 0과 최대값이 1로 설정이 되는 로지스틱 형식 (logistic format)으로 출력하였다.
- 본 연구 대상종의 위치자료가 출현지점만이 표현되어 있어서 종 분포 모델링은 출현자료만을 적용할 경우 높은 정확도를 보이는 Maxent를 사용하였다 (Phillips et al. 2006).
성능/효과
- 또한 털물참새피는 가장 따뜻한 분기의 강수량 (BIO18)이 1,500 mm 미만인 지역, 연 평균 온도 (BIO1)가 10°C 이상 20°C 미만인 지역, 가장 추운 분기의 평균온도 (BIO11)가 0°C 이상인 지역을 선호하는 것으로 확인되었다. 2종의 RCP (2.6/8.5) 기후변화 시나리오를 이용하여 2050년의 분포를 예측한 결과 털물참새피의 현재 잠재적 분포지역은 대부분 선호하지 않는 환경으로 변화되었으며, 서식지가 현재보다 좀 더 북상하고, 내륙으로 이동하는 것으로 예측되었다. 본 연구를 통하여 종 분포 모델링은 기후변화에 대응하여 침입외래식물을 효과적으로 관리하기 위하여 잠재적인 분포지역을 파악하고, 기후변화로 인하여 생육지가 어떻게 변화될지를 예측을 하는데 매우 유용한 방법인 것으로 확인되었다.
- IPCC의 가장 완만하거나 급격한 RCP 시나리오를 적용하여 기후변화에 따른 한반도에서 털물참새피의 2050년대 분포 예측 모델링 결과 현재 분포지에서는 앞으로 분포 확률이 감소할 것이며, 생육지가 현재보다 다소 북상하고, 내륙으로 이동할 것으로 예측되었다. 이러한 변화는 한반도에서 기후변화에 따라서 기온이 상승하고 여름의 강수량이 해안보다는 내륙에서 증가하는 것에서 기인한다고 판단된다.
- 2015). 따라서 본 연구는 기후변화에 따른 침입외래식물의 주요 분포 지역을 예측하고, 침입외래식물의 분포에 영향을 주는 환경요인 파악을 위하여 종 분포 모델링의 적용이 가능하다는 것을 제안하였다. 또한 종 분포 모델링은 침입외래식물로 인하여 고유생태계의 피해가 우려되는 지역을 파악하고, 우선적인 관리지역을 선정하는데 매우 유용할 것으로 사료된다.
- 모델에 의하여 예측된 털물참새피의 현재 잠재적 분포지역은 털물참새피의 실제 분포지역과 대부분 일치하였다. 또한 털물참새피는 가장 따뜻한 분기의 강수량 (BIO18)이 1,500 mm 미만인 지역, 연 평균 온도 (BIO1)가 10°C 이상 20°C 미만인 지역, 가장 추운 분기의 평균온도 (BIO11)가 0°C 이상인 지역을 선호하는 것으로 확인되었다. 2종의 RCP (2.
- 본 연구는 한반도에서 분포지가 매우 제한적인 털물참새피를 대상으로 잠재적인 분포지역을 파악하고, 이를 바탕으로 2050년의 서식지 변화를 예측하였다. 모델에 의하여 예측된 털물참새피의 현재 잠재적 분포지역은 털물참새피의 실제 분포지역과 대부분 일치하였다. 또한 털물참새피는 가장 따뜻한 분기의 강수량 (BIO18)이 1,500 mm 미만인 지역, 연 평균 온도 (BIO1)가 10°C 이상 20°C 미만인 지역, 가장 추운 분기의 평균온도 (BIO11)가 0°C 이상인 지역을 선호하는 것으로 확인되었다.
- 5) 기후변화 시나리오를 이용하여 2050년의 분포를 예측한 결과 털물참새피의 현재 잠재적 분포지역은 대부분 선호하지 않는 환경으로 변화되었으며, 서식지가 현재보다 좀 더 북상하고, 내륙으로 이동하는 것으로 예측되었다. 본 연구를 통하여 종 분포 모델링은 기후변화에 대응하여 침입외래식물을 효과적으로 관리하기 위하여 잠재적인 분포지역을 파악하고, 기후변화로 인하여 생육지가 어떻게 변화될지를 예측을 하는데 매우 유용한 방법인 것으로 확인되었다.
후속연구
- 따라서 기후변화에 의한 수위변동은 털물참새피의 분포와 확산에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 그러므로 기후변화에 따른 털물참새피의 분포지 변화를 보다 정확히 예측하기 위해서는 기후 요인을 포함한 다양한 환경 변화, 고유 식생과의 상호관계, 연구 대상종의 생태적 지위를 고려하여야 할 것으로 판단된다. 향후 서식지의 기후조건, 수위, 고유식생과의 상호관계 등을 파악한다면 털물참새피의 확산을 제어하는데 좀 더 효과적일 것으로 사료된다.
- 또한 종 분포 모델링은 침입외래식물로 인하여 고유생태계의 피해가 우려되는 지역을 파악하고, 우선적인 관리지역을 선정하는데 매우 유용할 것으로 사료된다. 다만 침입외래식물의 분포에 주요한 영향을 주는 인위적 교란, 물리적 환경 등 다양한 환경요인을 종 분포 모델링에 적용한다면 보다 정확한 잠재적 분포지역을 예측할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만 전지구적 수준에서 다양한 환경자료의 수집이 용이하지 않아서 종 분포모델 구축에 한계점을 보였다.
- 이러한 변화는 한반도에서 기후변화에 따라서 기온이 상승하고 여름의 강수량이 해안보다는 내륙에서 증가하는 것에서 기인한다고 판단된다. 따라서 앞으로 종 분포 모델에 의하여 예측된 털물참새피의 잠재적 분포지역 중 분포확률이 높은 지역을 주요 모니터링 지역으로 선정하고, 지속적으로 모니터링을 실시한다면 털물참새피의 확산과 침입을 사전에 예방할 수 있을 것으로 기대된다.
- 따라서 본 연구는 기후변화에 따른 침입외래식물의 주요 분포 지역을 예측하고, 침입외래식물의 분포에 영향을 주는 환경요인 파악을 위하여 종 분포 모델링의 적용이 가능하다는 것을 제안하였다. 또한 종 분포 모델링은 침입외래식물로 인하여 고유생태계의 피해가 우려되는 지역을 파악하고, 우선적인 관리지역을 선정하는데 매우 유용할 것으로 사료된다. 다만 침입외래식물의 분포에 주요한 영향을 주는 인위적 교란, 물리적 환경 등 다양한 환경요인을 종 분포 모델링에 적용한다면 보다 정확한 잠재적 분포지역을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러므로 기후변화에 따른 털물참새피의 분포지 변화를 보다 정확히 예측하기 위해서는 기후 요인을 포함한 다양한 환경 변화, 고유 식생과의 상호관계, 연구 대상종의 생태적 지위를 고려하여야 할 것으로 판단된다. 향후 서식지의 기후조건, 수위, 고유식생과의 상호관계 등을 파악한다면 털물참새피의 확산을 제어하는데 좀 더 효과적일 것으로 사료된다.
- 하지만 전지구적 수준에서 다양한 환경자료의 수집이 용이하지 않아서 종 분포모델 구축에 한계점을 보였다. 향후 체계적인 자료조사를 수행하여 다양한 환경자료가 적용된 종 분포 모델링을 구축하는 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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