산림 생태계 서비스를 고려한 산림 보전가치 평가 - 가평군을 대상으로 - Assessment on the Forest Conservation Value Considering Forest Ecosystem Services - The case of Gapyung-gun -원문보기
최근 생물다양성, 기후변화 등에 대한 관심이 늘어남에 따라 산림 생태계의 보전 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 이러한 산림 생태계의 지속가능성을 위하여 생태계 서비스를 고려한 산림 보전가치평가를 하는데 목적이 있다. 산림생태계는 생물다양성 유지, 기후조절, 물 조절 등에서 생태적 가치를 나타 내며 평가를 위한 지표로 선정하였다. 생물다양성 유지는 생물의 보전을 위한 서식지의 구조적인 특성과 생물종의 분포 특징을 같이 고려하여 평가하였다. 기후조절은 탄소흡수량으로 계산하였고 물 조절은 물저장량으로 분석하였다. 분석결과 가평군 산림의 50.1%가 보전가치가 높은 산림으로 나타났고, 국내 산림의 보전가치가 평가되고 있는 국내 환경지도와 비교한 결과 유사한 분포경향을 나타내고 있다. 본 연구의 연구결과는 가평군에 특화된 도면이나 평가 방법은 전국 산림의 보전가치 평가에도 활용할 수 있을 것이다.
최근 생물다양성, 기후변화 등에 대한 관심이 늘어남에 따라 산림 생태계의 보전 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 이러한 산림 생태계의 지속가능성을 위하여 생태계 서비스를 고려한 산림 보전가치평가를 하는데 목적이 있다. 산림생태계는 생물다양성 유지, 기후조절, 물 조절 등에서 생태적 가치를 나타 내며 평가를 위한 지표로 선정하였다. 생물다양성 유지는 생물의 보전을 위한 서식지의 구조적인 특성과 생물종의 분포 특징을 같이 고려하여 평가하였다. 기후조절은 탄소흡수량으로 계산하였고 물 조절은 물저장량으로 분석하였다. 분석결과 가평군 산림의 50.1%가 보전가치가 높은 산림으로 나타났고, 국내 산림의 보전가치가 평가되고 있는 국내 환경지도와 비교한 결과 유사한 분포경향을 나타내고 있다. 본 연구의 연구결과는 가평군에 특화된 도면이나 평가 방법은 전국 산림의 보전가치 평가에도 활용할 수 있을 것이다.
As biodiversity and climate change have become main issues in recent times, the role of the forest ecosystem has been more important and forest conservation has been highlighted. The purpose of this study is to estimate forest area with high conservation values in Gapyung-gun by considering forest e...
As biodiversity and climate change have become main issues in recent times, the role of the forest ecosystem has been more important and forest conservation has been highlighted. The purpose of this study is to estimate forest area with high conservation values in Gapyung-gun by considering forest ecosystem services. The indicators of biodiversity, climate regulation, and water regulation were selected for assessment in this study. To assess biodiversity, habitat structural features and distribution characteristics of species were analyzed. Climate regulation and water regulation were assessed through analysis of carbon absorption volume and water storage. The result showed that, 50.1% of the forests in Gapyung-gun had high conservation values. The results were verified by comparing them with distribution tendencies of other environmental maps, which represent forest ecological values, and showed similar distribution tendencies. The study was conducted on only Gapyung-gun in Korea; however, the methods used in this study could be utilized for assessment of other areas to identify forests with high conservation values.
As biodiversity and climate change have become main issues in recent times, the role of the forest ecosystem has been more important and forest conservation has been highlighted. The purpose of this study is to estimate forest area with high conservation values in Gapyung-gun by considering forest ecosystem services. The indicators of biodiversity, climate regulation, and water regulation were selected for assessment in this study. To assess biodiversity, habitat structural features and distribution characteristics of species were analyzed. Climate regulation and water regulation were assessed through analysis of carbon absorption volume and water storage. The result showed that, 50.1% of the forests in Gapyung-gun had high conservation values. The results were verified by comparing them with distribution tendencies of other environmental maps, which represent forest ecological values, and showed similar distribution tendencies. The study was conducted on only Gapyung-gun in Korea; however, the methods used in this study could be utilized for assessment of other areas to identify forests with high conservation values.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 산림의 특성을 나타내는 산림 생태계 서비스 지표를 반영하여 보전가치가 높은 산림 지역을 도출하고자 한다.
각 지표의 핫스팟은 생태계 기능이 높은 지역이며 산림 생태적 가치가 높은 지역으로 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 생물다양성 유지, 기후조절, 물조절 지표의 핫스팟을 중첩하여 생태적 보전가치가 높은 산림을 도출하였다.
이 연구에서는 연구 대상지를 전국이 아닌 가평군으로 적용 하였기에 분석 결과는 가평군에 특화된 도면이나 분석 방법은 전국 단위에서도 적용 가능할 것으로 예상한다. 본 연구는 산림의 경제적, 문화적 가치가 아닌 생태적 가치를 평가한 연구이다. 따라서 이는 산림의 전체 보전가치를 대표하기에는 한계가 있지만 추후 산림생태계 영향평가 방안 수립의 기초연구로서 의의가 있다.
즉 산림 생태계의 보전 가치를 평가하기 위하여 생물다양성 보호 및 유지 측면이 고려되어야 하지만 지역차원에서 필요한 생태계 서비스도 같이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 산림의 생물다양성 유지, 산림의 기후조절 서비스, 물 조절 서비스로 가평군 산림의 생태적 보전가치를 평가하고자 한다.
북한강을 따라 뻗어 있는 F지역(호명산; 632m)은 산지구분도에서 준보전산지로 보전가치가 낮게 평가되었지만 본 연구에서는 토양, 수목 등 생태계 구조가 우수하여 기후조절, 물조절 측면에서 높은 가치가 있는 것으로 분석되었다. 산지구분도는 합리적인 이용과 보전을 목적으로 구성된 지표를 사용하였지만 본 연구에서는 오로지 산림의 생태적 가치를 평가하기 위한 지표를 적용하였기에 목적에 따른 차이점이라 볼 수 있다.
Getis-Ord Gi*통계 분석은 국지적 공간자기상관의 측정을 통하여 현상의 불균일한 분포 속에서 높은 속성 값의 군집 (hot spot)과 낮은 속성 값의 군집(cold spot)을 분류할 수 있다(Getis and Ord, 1996; 김경민, 2012). 이 분석은 생물종의 서식지 경계, 탄소흡수 및 물 조절 기능 값의 공간분포를 군집화하기 위하여 수행하였다.
희귀도는 RWRI(Rairity-Weight Richness Index) 지수로 계산되었다. 이는 종풍부도에서 생략되는 희귀종의 가치를 보완하기 위하여 멸종위기종 서식지의 상대적인 중요도를 분석하였다.
제안 방법
4가지 평가 요소 분석 결과를 중첩한 후 hotspot analysis를 통해 군집분석 한 결과를 High, Low로 분류하였다. 지표 값이 높게 나타난 지역(High)은 주로 영급이 높은 산림을 중심으로 분포하는 것으로 나타났다.
각 평가 요소 별 값의 절대적인 수치 차이는 직접적으로 비교하거나 연산이 불가능하기에 가장 일반적으로 사용되는 선형조합을 적용하였다. 동일한 척도 단위(0~1)로 표준화한 네 가지 평가요소를 중첩하여 생물다양성 유지 지표 도면을 구축하였다.
, 2002; 권혁수, 2011). 따라서 생물다양성 유지는 생물의 보전을 위한 서식지의 구조적인 특성과 생물종의 분포 특징을 같이 고려하여 평가하였다. 생물종 분포 특징을 평가하기 위하여 종풍부도와 희귀도를 분석하였으며 서식지의 양호성을 평가하는 구조적 특징은 자연성과 연결성을 분석하였다.
, 2005). 본 연구에서는 오래된 산림은 자연림 5영급 이상, 인공림 6영급 이상(환경부, 2013)의 기준을 적용하였으며, 양호한 산림은 국내에서 가장 대표적으로 사용되는 생태자연도 1등급 지역을 적용하여(권혁수, 2012) 분석을 수행하였다.
토양 공극률은 수종별 임령에 따라 달라지는 형태를 취하고 있으며 김상균 등(2011)에서 제시한 임상별 토양 조공극률 공식을 참조하였다. 분석 시 필요한 산림 표면적, 토심, 임상, 임령 등의 공간 정보는 임상도, 산지입지 토양도, DEM을 활용하여 추출하였다.
임상도와 산림입지토양도를 이용하여 임상별 임령 및 산림사업에 따른 산림토양의 조공극률 변화를 산출한 후 계량화하였다. 산림의 표면적은 DEM Surface Tool을 이용하여 지표면을 계산하였고 산림의 물 저장 기능의 유효 토심은 공극에 의해 빗물이 침투가 가능한 A층과 B층으로 하였다. 토양 공극률은 수종별 임령에 따라 달라지는 형태를 취하고 있으며 김상균 등(2011)에서 제시한 임상별 토양 조공극률 공식을 참조하였다.
경관투과성은 경관의 연결성을 평가하는 방법 중 하나로서, 종이 특정 환경을 통과할수 있는 정도를 의미한다. 삵의 잠재 서식지 모형 결과에서 삵의 행동권인 350ha 이상(Grassman JLI et al., 2005)의 지역을 핵심지역으로 설정하여 경관투과성을 분석하였다.
생물다양성 유지 서비스를 평가하기 위해 생물종의 분포특징과 서식지의 구조적인 특징을 분석하였고 네 가지 평가요소에 같은 가중치를 주어 중첩하였다. 각 평가 요소 별 값의 절대적인 수치 차이는 직접적으로 비교하거나 연산이 불가능하기에 가장 일반적으로 사용되는 선형조합을 적용하였다.
생물다양성, 탄소흡수, 물조절 지표의 결과 값이 높은 지역과 낮은 지역의 공간 분포를 분석하기 위하여 핫스팟 분석(Hot spot Analysis)을 적용하여 각 지표 높은 값의 군집을 도출하였다. Getis-Ord Gi*통계 분석은 국지적 공간자기상관의 측정을 통하여 현상의 불균일한 분포 속에서 높은 속성 값의 군집 (hot spot)과 낮은 속성 값의 군집(cold spot)을 분류할 수 있다(Getis and Ord, 1996; 김경민, 2012).
따라서 생물다양성 유지는 생물의 보전을 위한 서식지의 구조적인 특성과 생물종의 분포 특징을 같이 고려하여 평가하였다. 생물종 분포 특징을 평가하기 위하여 종풍부도와 희귀도를 분석하였으며 서식지의 양호성을 평가하는 구조적 특징은 자연성과 연결성을 분석하였다.
이는 모암 및 토양형별 조공극률을 측정하여 평균 토심과 면적을 곱하여 물 저장량을 도출하는 방식이다. 임상도와 산림입지토양도를 이용하여 임상별 임령 및 산림사업에 따른 산림토양의 조공극률 변화를 산출한 후 계량화하였다. 산림의 표면적은 DEM Surface Tool을 이용하여 지표면을 계산하였고 산림의 물 저장 기능의 유효 토심은 공극에 의해 빗물이 침투가 가능한 A층과 B층으로 하였다.
종풍부도는 해당 지역에서 발생할 것으로 예상되는 분류군의 수로 계산되었으며 개별 종의 분포모형을 합산하여 도출하였다. 종 분포모형으로 MaxEnt (Maximum Entropy Model)모형을 사용하였다.
탄소 흡수량을 추정하는 방법에는 여러 가지가 있지만 본 연구에서는 공간자료를 활용하는 방식으로 임상도 등의 산림공간자료를 이용하여 탄소흡수량을 추정하였다.
대상 데이터
대상종은 가평군의 포유류를 중심으로 담비, 삵, 하늘다람쥐 등 멸종위기종과 고라니, 고슴도치, 너구리, 노루, 다람쥐, 두더쥐, 멧토끼, 멧돼지, 오소리, 족제비, 청설모 14가지 종을 대상으로 하였다. 포유류 서식지와 관련된 선행연구를 참고하여 지형(고도, 경사, 향), 식생(영급, 경급, 임상), 토지 피복(토지 유형, 수계로부터의 거리, 도로로부터의 거리) 등을 30m 공간해상도로 구축하였다(최태영 등, 2004; 이동근 등, 2008; 서창완 등 2008; 송원경 등, 2012;김지연 등, 2014).
이는 파편화된 경관에서 메타개체군의 지속성을 결정할 수있는 중요한 인자이므로(Soule ME, 1996; Hanski I, 1999) 개체군 보전을 위해 평가되었다. 생물종에 따라 다르게 나타날 수 있는 지수이므로, 가평군의 깃대종인 삵을 대상으로 경관투과성을 고려한 비용표면을 도출하였다. 경관투과성은 경관의 연결성을 평가하는 방법 중 하나로서, 종이 특정 환경을 통과할수 있는 정도를 의미한다.
연구대상지는 경기도 동북부에 위치한 가평군의 산림을 대상으로 하였다. 가평군은 산림면적이 68,996ha로 행정구역의 83%를 차지하며 전국에서도 산림보유면적이 높은 지역이다(Figure 1).
데이터처리
종풍부도(Richness)는 개별종의 서식지 적합모형 결과를 합산하여 계산하였으며 0-14까지의 범주를 가지며 0-1의 값으로 표준화하였다. 종풍부도는 고도가 상대적으로 낮은 산림에서 높게 나타났다.
이론/모형
생물다양성 유지 서비스를 평가하기 위해 생물종의 분포특징과 서식지의 구조적인 특징을 분석하였고 네 가지 평가요소에 같은 가중치를 주어 중첩하였다. 각 평가 요소 별 값의 절대적인 수치 차이는 직접적으로 비교하거나 연산이 불가능하기에 가장 일반적으로 사용되는 선형조합을 적용하였다. 동일한 척도 단위(0~1)로 표준화한 네 가지 평가요소를 중첩하여 생물다양성 유지 지표 도면을 구축하였다.
물 조절은 산림 토양층 내에 물을 저장하여 나타나는 기능이며 본 연구에서는 김상균 등(2011)에서 제시한 물 저장량 계산 공식으로 물 조절 기능을 추정 하였다.
산림의 탄소 흡수량을 분석하기 위하여 선행연구에서 수행된 연간 탄소흡수량 환산식(박은진 등, 2010)을 사용하였으며 다음과 같다.
종풍부도는 해당 지역에서 발생할 것으로 예상되는 분류군의 수로 계산되었으며 개별 종의 분포모형을 합산하여 도출하였다. 종 분포모형으로 MaxEnt (Maximum Entropy Model)모형을 사용하였다. 이는 생태지위이론을 기반으로 하는 모형이며 출현자료만을 적용할 때 기타 모형에 비해 높은 예측 정확도를 나타내기 때문에(Philips SJ et al.
산림의 표면적은 DEM Surface Tool을 이용하여 지표면을 계산하였고 산림의 물 저장 기능의 유효 토심은 공극에 의해 빗물이 침투가 가능한 A층과 B층으로 하였다. 토양 공극률은 수종별 임령에 따라 달라지는 형태를 취하고 있으며 김상균 등(2011)에서 제시한 임상별 토양 조공극률 공식을 참조하였다. 분석 시 필요한 산림 표면적, 토심, 임상, 임령 등의 공간 정보는 임상도, 산지입지 토양도, DEM을 활용하여 추출하였다.
희귀도는 RWRI(Rairity-Weight Richness Index) 지수로 계산되었다. 이는 종풍부도에서 생략되는 희귀종의 가치를 보완하기 위하여 멸종위기종 서식지의 상대적인 중요도를 분석하였다.
성능/효과
종풍부도는 고도가 상대적으로 낮은 산림에서 높게 나타났다. 1종이상 서식할 것으로 예측된 지역은 가평군 전체 면적의 88%를 차지하였고, 종풍부도가 가장 높은 14종이 서식할 것으로 예측된 지역은 전체 면적의 0.002%를 차지하였다.
9%가 보전산지로 지정되었고 주로 명지산, 연인산 등 지역에 분포하고 있다. 가평군 북면에 위치한 D지역(국망봉; 1,168)과 E지역(석룡산; 1,153)은 임령이 비교적 높은 수목으로 구성 되어 있고, 특히 잣나무림이 분포하여 경제적 가치가 높게 평가되고 있지만, 본 연구에서는 생태적 측면에서도 보전가치가 높은 지역으로 분석되었다. 북한강을 따라 뻗어 있는 F지역(호명산; 632m)은 산지구분도에서 준보전산지로 보전가치가 낮게 평가되었지만 본 연구에서는 토양, 수목 등 생태계 구조가 우수하여 기후조절, 물조절 측면에서 높은 가치가 있는 것으로 분석되었다.
가평군 산림의 물 저장량을 계산한 결과 셀 당 (10*10) 최소 5.17t에서 최대 90.4t 까지 분포하는 것으로 나타났다. 분포 특징은 임령이 높은 활엽수림일수록 물저장량이 높게 나타났는데 이는 수원함양 기능이 임종, 임상, 영급에 따라 가치가 다르다는 연구결과(村井宏·岩崎勇作, 1975)와 일치하다.
가평군 산림의 탄소흡수량 분석결과 셀 당 (30*30m) 연 평균 110kg의 탄소를 흡수하는 것으로 산출되었다. 평균 탄소 흡수량을 1ha의 기준으로 변경하면 연간 약 11t의 탄소를 흡수하는 것으로 산출되었다.
산림 탄소 흡수량 산출결과를 대상으로 높은 값을 가진 지역(high)과 낮은 값을 가진 지역(low)의 공간분포를 분석한 결과 Figure 3(Climate Regulation) 에 표시하였다. 높은 값을 가진 지역은 활엽수림 4영 급을 중심으로 분포되어 있고 낮은 값을 가진 지역은 5영급에서 7영급의 침엽수림을 중심으로 분포되어 있는 것으로 나타났다.
대표성 분석결과(Representation) 광주산맥을 중심으로 자연성이 양호하고 오래된 산림이 분포하는 것으로 나타났다. 이 지역들은 자연환경이나 경관에서 대표성을 가지는 지역으로 인간의 간섭을 적게 받아 서식지의 내재적 특성을 잘 간직하고 있는 지역으로 볼 수 있다(권혁수, 2011).
분포 특징은 임령이 높은 활엽수림일수록 물저장량이 높게 나타났는데 이는 수원함양 기능이 임종, 임상, 영급에 따라 가치가 다르다는 연구결과(村井宏·岩崎勇作, 1975)와 일치하다. 또한 개발지역과 멀어질수록 토심, 공극률 및 물저장량이 높은 값을 나타내고 있는데 이는 산림 토양이 개발의 영향을 받는 것을 알 수 있다.
49 사이의 값을 보였으며 6영급 이상의 산림을 중심으로 멸종위기종 풍부도가 높게 나타났다. 멸종위기종 중 삵이 0.67로 가장 작은 희귀도를 나타내고 하늘다람쥐와 담비는 0.91의 희귀도를 보였다.
현행 산지특성평가는 산림의 생태계 측면보다는 임업생산 측면에 더 치우친 경향이 있다. 본 연구는 산림의 생태계 서비스를 반영하여 보전 가치를 평가함으로써 가평군의 50.1% 산림이 생태적 가치가 높은 것으로 나타났다. 특히 임업용으로 분류된 임령이 높은 인공림은 경제적 가치도 높지만 생태적인 측면에서도 중요한 역할을 하고 있는 것으로 보인다.
가평군 북면에 위치한 D지역(국망봉; 1,168)과 E지역(석룡산; 1,153)은 임령이 비교적 높은 수목으로 구성 되어 있고, 특히 잣나무림이 분포하여 경제적 가치가 높게 평가되고 있지만, 본 연구에서는 생태적 측면에서도 보전가치가 높은 지역으로 분석되었다. 북한강을 따라 뻗어 있는 F지역(호명산; 632m)은 산지구분도에서 준보전산지로 보전가치가 낮게 평가되었지만 본 연구에서는 토양, 수목 등 생태계 구조가 우수하여 기후조절, 물조절 측면에서 높은 가치가 있는 것으로 분석되었다. 산지구분도는 합리적인 이용과 보전을 목적으로 구성된 지표를 사용하였지만 본 연구에서는 오로지 산림의 생태적 가치를 평가하기 위한 지표를 적용하였기에 목적에 따른 차이점이라 볼 수 있다.
생물다양성 유지, 기후조절, 물조절 지표 평가 결과를 중첩한 결과 보전가치가 높은 산림은 가평군 전체 산림의 약 50.1%로 나타났다(Figure 3). 본 연구 결과의 타당성을 검증하기 위해 산림의 보전가치가 평가되고 있는 생태자연도 1등급 지역 분포(b)와 산 지구분도 공익용산지 분포(c) 특성을 비교하였다 (Figure 4).
연결성(Connectivity) 분석 결과 북한강 근처에서 삵의 이동이 거의 불가능한 것으로 나타났고, 대부분 산림 내부에서 높은 연결성을 보이고 있다. 토지피복에 의한 영향은 크지 않지만 가평군을 가로지르는 북한강에 의해 삵의 종단 이동에서 단절이 나타날 것으로 예상된다.
희귀도 분석 결과(Rarity) 0-2.49 사이의 값을 보였으며 6영급 이상의 산림을 중심으로 멸종위기종 풍부도가 높게 나타났다. 멸종위기종 중 삵이 0.
후속연구
다만 본 연구에서는 수종별·임령별로 적용한 것이 아닌 침엽수림, 활엽수림으로 구분하여 적용하였기에 오차가 발생할 수있지만 상대화 시킨 값으로 비교 가능할 것으로 판단 된다.
따라서 이는 산림의 전체 보전가치를 대표하기에는 한계가 있지만 추후 산림생태계 영향평가 방안 수립의 기초연구로서 의의가 있다. 다만 생물다양성 유지 서비스와 기후조절, 물 조절 세 가지 지표를 동일한 기준에서 평가한 것은 본 연구의 한계점이며 산림 생태계의 전체 가치를 평가하기 위하여 다양한 생태계 서비스 지표의 구축과 우선순위에 대한 연구가 필요한 것으로 보인다.
생태계 서비스를 고려한 산림 보전가치평가는 산림을 임업생산 등과 같은 이용목적의 산림에서 산림생태계의 지속가능한 체계 마련에 유용할 것으로 보인다. 본 연구에서 제시한 산림 생태계 보전가치평가는 기존의 물리적 평가요소만을 고려한 산림 전용에서 비롯되는 문제를 해결하여 산림관리의 효율성 제고에 활용가능 할 것으로 사료되며 우리나라의 대부분을 차지하고 있는 산림의 보전과 국토의 효율적인 이용에 있어 산림 지속가능한 이용에 도모할 것으로 기대한다.
특히 임업용으로 분류된 임령이 높은 인공림은 경제적 가치도 높지만 생태적인 측면에서도 중요한 역할을 하고 있는 것으로 보인다. 이 연구에서는 연구 대상지를 전국이 아닌 가평군으로 적용 하였기에 분석 결과는 가평군에 특화된 도면이나 분석 방법은 전국 단위에서도 적용 가능할 것으로 예상한다. 본 연구는 산림의 경제적, 문화적 가치가 아닌 생태적 가치를 평가한 연구이다.
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