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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 도시화가 진행되고 있는 도시산림을 대상으로 침입교란종 출현 지점을 조사하여 영향 요인들 간의 상관관계를 분석하고, 침입교란종 출현 가능성을 정량화하였다. 연구의 결과는 향후 침입교란종 분포 예측에 활용되어 적절한 관리 대책 수립에 기여할 것으로 판단된다.
제안 방법
- 침입교란종 서식특성 분석을 위한 독립변수 선정에는 Kim et al.(2016)에서 제시한 지형 요인, 인위적인 요인, 종 특성 및 식생구조적 요인 중에서 20개의 독립 변수를 구축하였다(Table 2).
- 본 연구는 Kim et al.(2016)이 제시한 침입교란종 정의를 토대로 생물다양성을 저해하고 인간에게도 피해를 줄 수 있는 5개종을 선정하여 출현 현황 및 서식특성을 분석하였다. 선정된 대상종은 돼지풀(Ambrosia artemisiifolia L.
- 또한 변수 간 강한 상관관계가 나타나는 다중공선성을 고려하기 위하여 분산팽창요인(Variance Inflation Factor; VIF)을 통해 이를 진단하였다. 도출된 모형을 검토하여 모형의 설명력(R2), 유의확률, 분류정확도 등 해석의 적절성에 근거하여 최종 모형을 선택하였다. 마지막으로 Hosmer and Lemeshow 검정을 통해 모형의 적합도를 검증하였다.
- 그러나 후진제거법이 제외된 변수를 다시 고려하지 않는다는 점에서 반드시 최적의 모형을 도출한다고 보기 어려우므로 변수 조합을 바꾸어 가며 반복적으로 로지스틱 회귀분석을 수행하였다. 또한 변수 간 강한 상관관계가 나타나는 다중공선성을 고려하기 위하여 분산팽창요인(Variance Inflation Factor; VIF)을 통해 이를 진단하였다. 도출된 모형을 검토하여 모형의 설명력(R2), 유의확률, 분류정확도 등 해석의 적절성에 근거하여 최종 모형을 선택하였다.
- 그러나 인간 활동에 의한 주변 교란은 대부분의 연구에서 공통적으로 높은 영향력을 갖는 요인으로 나타났다. 또한 추출된 영향 요인과 외래종 출현 자료를 이용하여 외래종의 분포 패턴을 평가, 예측하는 연구도 진행되었다. 이러한 연구에서는 주로 통계적 모형인 로지스틱 회귀모형이나 기계학습식 모형인 Maximum Entropy(MaxEnt), Genetic Algorithm for Rule Set Production(GARP) 등이 활용되었다(Hortal et al.
- 본 연구에서는 식생조사를 통해 서울 및 경기남부지역의 침입교란종 출현현황을 파악하고 이를 토대로 서식특성을 정량적으로 분석하였다. 산림경계부터의 거리별로 식생 구조의 유의한 차이를 살펴본 결과, 초본, 덩굴식물, 외래종의 종수와 교목의 캐노피 커버율은 산림내부로 들어갈수록 감소하는 경향을 나타내었다(P<0.
- 현장조사는 2015년 7월부터 8월에 걸쳐 이루어졌다. 산림식생의 구조 및 종 구성을 분석하기 위하여 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층의 종수와 캐노피 커버율을 조사하였으며, 또한 외부로부터의 영향정도를 확인할 수 있는 외래종과 덩굴식물의 종수, 개체수, 피복률 등을 조사하였다. 토양 조사는 토양경도계를 이용하여 각 조사구 별 토양경도를 5회 반복 측정하였다.
- 선정된 조사지역을 대상으로 산림경계부터의 거리가 0m, 10m, 20m, 40m 그리고 60m 이상인 산림내부 지점에 각각 20m×2m 크기의 조사구(transect)를 설치하여 식생 및 토양 조사를 실시하였다(Pauchard and Alaback, 2006; Lee and Kim, 2009).
- 분산분석을 실시하여 산림경계부터의 거리에 따라 변수의 차이가 발생하는지를 살펴보았으며, 총 87개의 조사 지점을 가지고 침입교란종의 출현 여부와 연속형 변수 간의 독립표본 T검정을 실시하여 그 유의성을 진단하였다. 이 때 유의하지 않은 변수를 소거하여 종속변수인 침입교란종 출현 여부에 영향을 줄 것으로 판단되는 설명변수를 선정하였다. 최종적으로 유의한 변수들과 로지스틱 회귀분석을 실시함으로써 침입교란종 출현 예측 모형을 도출하였다.
- 이 중 현장조사로 구득하기 어려운 지형 관련 변수는 DEM(1：5000)과 정밀토양도(1：25000)를, 인간영향 관련 변수는 2014년 중분류 토지피복도(1：25000)를 ArcGIS 10.2로 가공하여 추출하였다. 또한 인간영향 인자 중 산림의 가장자리 밀도는 단위면적 내에 포함된 산림 가장자리의 길이를 나타내는데, 값이 클수록 가장자리를 선호하는 종의 서식 환경을 제공한다는 점에서 변수에 포함하였다(Jung et al.
- 산림식생의 구조 및 종 구성을 분석하기 위하여 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층의 종수와 캐노피 커버율을 조사하였으며, 또한 외부로부터의 영향정도를 확인할 수 있는 외래종과 덩굴식물의 종수, 개체수, 피복률 등을 조사하였다. 토양 조사는 토양경도계를 이용하여 각 조사구 별 토양경도를 5회 반복 측정하였다.
대상 데이터
- 이에 따라 조사대상 지역을 서울시 강남구, 경기도 과천시, 성남시, 용인시, 수원시, 화성시 등으로 설정하였다. 대상 지역 내 위치하고 있는 청계산, 관악산, 광교산 등 비교적 산림 규모가 큰 지역과 도시 내 파편화된 산림공원 등 총 23곳을 조사지역으로 선정하여 각각의 환경 특성에 따른 침입 교란종 출현 여부 및 서식 특성 등을 파악하였다(Table 1).
- 본 연구의 공간적 범위는 도시화가 진행되었거나 현재 진행 중에 있어 침입교란종이 출현할 것으로 판단되는 서울 강남지역과 경기 남부지역의 도시산림으로 한정하였다.
- 선정된 대상종은 돼지풀(Ambrosia artemisiifolia L.), 단풍잎돼지풀 (Ambrosia trifida L.), 서양등골나물(Eupatorium rugosum Houtt.), 칡(Pueraria lobata (Willd.) Ohwi), 환삼덩굴(Humulus japonicus Sieboid & Zucc.)이다.
- 조사지역은 산림의 크기, 주변 토지이용, 산림 패치의 파편화 정도, 산림경관의 구조적 안정성 등을 고려하여 선정하였다. 이에 따라 조사대상 지역을 서울시 강남구, 경기도 과천시, 성남시, 용인시, 수원시, 화성시 등으로 설정하였다. 대상 지역 내 위치하고 있는 청계산, 관악산, 광교산 등 비교적 산림 규모가 큰 지역과 도시 내 파편화된 산림공원 등 총 23곳을 조사지역으로 선정하여 각각의 환경 특성에 따른 침입 교란종 출현 여부 및 서식 특성 등을 파악하였다(Table 1).
- 조사지역은 산림의 크기, 주변 토지이용, 산림 패치의 파편화 정도, 산림경관의 구조적 안정성 등을 고려하여 선정하였다. 이에 따라 조사대상 지역을 서울시 강남구, 경기도 과천시, 성남시, 용인시, 수원시, 화성시 등으로 설정하였다.
- 선정된 조사지역을 대상으로 산림경계부터의 거리가 0m, 10m, 20m, 40m 그리고 60m 이상인 산림내부 지점에 각각 20m×2m 크기의 조사구(transect)를 설치하여 식생 및 토양 조사를 실시하였다(Pauchard and Alaback, 2006; Lee and Kim, 2009). 현장조사는 2015년 7월부터 8월에 걸쳐 이루어졌다. 산림식생의 구조 및 종 구성을 분석하기 위하여 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층의 종수와 캐노피 커버율을 조사하였으며, 또한 외부로부터의 영향정도를 확인할 수 있는 외래종과 덩굴식물의 종수, 개체수, 피복률 등을 조사하였다.
데이터처리
- 각각의 독립 변수를 기반으로 침입교란종의 서식 특성을 정량화하기 위하여 SPSS 21.0을 사용한 통계분석을 수행하였다. 분산분석을 실시하여 산림경계부터의 거리에 따라 변수의 차이가 발생하는지를 살펴보았으며, 총 87개의 조사 지점을 가지고 침입교란종의 출현 여부와 연속형 변수 간의 독립표본 T검정을 실시하여 그 유의성을 진단하였다.
- 로지스틱 회귀분석은 모든 설명변수 중 설명력이 가장 낮은 변수(F-값이 가장 작은 변수에 대한 F-검정의 p-값이 유의수준 ɑ보다 큰 변수)를 제거해가며 모형을 구성하는 후진제거법을 활용하였다. 그러나 후진제거법이 제외된 변수를 다시 고려하지 않는다는 점에서 반드시 최적의 모형을 도출한다고 보기 어려우므로 변수 조합을 바꾸어 가며 반복적으로 로지스틱 회귀분석을 수행하였다. 또한 변수 간 강한 상관관계가 나타나는 다중공선성을 고려하기 위하여 분산팽창요인(Variance Inflation Factor; VIF)을 통해 이를 진단하였다.
- 최종적으로 유의한 변수들과 로지스틱 회귀분석을 실시함으로써 침입교란종 출현 예측 모형을 도출하였다. 로지스틱 회귀분석은 모든 설명변수 중 설명력이 가장 낮은 변수(F-값이 가장 작은 변수에 대한 F-검정의 p-값이 유의수준 ɑ보다 큰 변수)를 제거해가며 모형을 구성하는 후진제거법을 활용하였다. 그러나 후진제거법이 제외된 변수를 다시 고려하지 않는다는 점에서 반드시 최적의 모형을 도출한다고 보기 어려우므로 변수 조합을 바꾸어 가며 반복적으로 로지스틱 회귀분석을 수행하였다.
- 도출된 모형을 검토하여 모형의 설명력(R2), 유의확률, 분류정확도 등 해석의 적절성에 근거하여 최종 모형을 선택하였다. 마지막으로 Hosmer and Lemeshow 검정을 통해 모형의 적합도를 검증하였다.
- 0을 사용한 통계분석을 수행하였다. 분산분석을 실시하여 산림경계부터의 거리에 따라 변수의 차이가 발생하는지를 살펴보았으며, 총 87개의 조사 지점을 가지고 침입교란종의 출현 여부와 연속형 변수 간의 독립표본 T검정을 실시하여 그 유의성을 진단하였다. 이 때 유의하지 않은 변수를 소거하여 종속변수인 침입교란종 출현 여부에 영향을 줄 것으로 판단되는 설명변수를 선정하였다.
- ) 등 총 12개로 나타났다. 이들 변수를 이용하여 로지스틱 회귀분석을 수행한 결과 총 9개의 모형을 도출하였다(Table 4).
- 이 때 유의하지 않은 변수를 소거하여 종속변수인 침입교란종 출현 여부에 영향을 줄 것으로 판단되는 설명변수를 선정하였다. 최종적으로 유의한 변수들과 로지스틱 회귀분석을 실시함으로써 침입교란종 출현 예측 모형을 도출하였다. 로지스틱 회귀분석은 모든 설명변수 중 설명력이 가장 낮은 변수(F-값이 가장 작은 변수에 대한 F-검정의 p-값이 유의수준 ɑ보다 큰 변수)를 제거해가며 모형을 구성하는 후진제거법을 활용하였다.
이론/모형
- 1로부터 산출하였다. 종 특성 및 식생구조 요인 중 종다양성 지수는 Shannon-Wiener 지수를 이용하여 식생 조사 결과를 토대로 산출하였다.
성능/효과
- 20개의 독립변수 중 침입교란종 출현 여부와 유의한 관련성을 보이는 변수는 고도(Xaltitude ), 지형습윤지수(Xtwi ), 토양경도(Xhard ), 유효토심 (Xdepth ), 산림경계부터의 거리(Xdist ), 도로와의 거리(Xroad ), 산림면적(Xarea ), 면적가중형태지수(Xshape ), 활엽교목의 종 비율(Xratio ), 교목층 캐노피커버율(Xcanopy ), 교목층 종다양성(Xtree ), 관목층 종다양성(Xshrub ) 등 총 12개로 나타났다. 이들 변수를 이용하여 로지스틱 회귀분석을 수행한 결과 총 9개의 모형을 도출하였다(Table 4).
- 23개 지역 87개 조사구를 대상으로 산림경계부터의 거리에 따른 식생 층위별 종수 및 캐노피 커버율을 분석한 결과 교목층, 아교목층, 관목층의 종수는 산림경계보다는 산림내부로 갈수록 증가하는 경향을 보였다(Figure 1). 그러나 분산분석을 시행한 결과, 거리에 따른 종수의 차이가 유의하지 않은 것으로 나타났다.
- 거리에 따른 그룹 간 차이를 비교해 본 결과, 초본층의 종수와 덩굴성 식물의 종수는 산림경계 지역(0m)에서 산림경계가 아닌 지역(산림경계로부터 10m, 20m, 40m, 60m 이상)보다 유의하게 큰 것으로 분석되었다(p<0.01).
- , 2011). 결과적으로 선택된 모형을 이루는 각각의 변수들과 침입교란종 출현과의 관계는 기존 연구들과도 일치하는 것으로 판단된다.
- 교목층 캐노피 커버율의 계수는 음의 값으로 나타나 캐노피가 열린 지역에서 침입교란종이 출현할 수 있음을 나타내었다. 캐노피가 열린 지역은 지면으로 도달하는 일사량이 증가한다.
- 23개 지역 87개 조사구를 대상으로 산림경계부터의 거리에 따른 식생 층위별 종수 및 캐노피 커버율을 분석한 결과 교목층, 아교목층, 관목층의 종수는 산림경계보다는 산림내부로 갈수록 증가하는 경향을 보였다(Figure 1). 그러나 분산분석을 시행한 결과, 거리에 따른 종수의 차이가 유의하지 않은 것으로 나타났다. 초본층의 종수는 산림경계에서 21종, 10m지점에서 9.
- 덩굴성 식물과 침입교란종 역시 산림 경계에서 내부로 갈수록 종수가 감소하는 것으로 나타났으며, 교목층의 캐노피 커버율은 내부로 갈수록 증가하는 것으로 나타났다(p<0.001).
- 산림경계부터의 거리별로 식생 구조의 유의한 차이를 살펴본 결과, 초본, 덩굴식물, 외래종의 종수와 교목의 캐노피 커버율은 산림내부로 들어갈수록 감소하는 경향을 나타내었다(P<0.001).
- 이는 이들이 종속 변수인 침입 교란종 출현 여부를 설명하는데 중요한 변수임을 시사한다. 이 모형에서 설명 변수들은 종속변수인 침입교란종의 출현 여부를 약 50.7% 설명하는 것으로 나타났으며, 분류정확도는 81.6%로 나타났다. Hosmer and Lemeshow 검정 결과 P =.
- 각각의 진입 변수에 대하여 통계적으로 유의하게 나타난 모형은 아홉 번째 모형이며, 이 때 고도, 지형습윤지수, 산림경계부터의 거리, 교목층의 캐노피 커버율이 설명 변수로 포함되었다. 이 중 고도와 산림경계부터의 거리 변수는 다른 독립 변수의 진입과 관계없이 유의한 변수인 것으로 나타났다. 이는 이들이 종속 변수인 침입 교란종 출현 여부를 설명하는데 중요한 변수임을 시사한다.
- 그러나 서양등골나물과 돼지풀의 출현이 확인된 지점에서는 100개체 이상이 발견되는 등 확산 정도가 큰 것으로 조사되었다. 이러한 침입교란종 출현 지점의 식생을 분석한 결과 아까시나무, 상수리나무, 밤나무, 소나무 및 리기다소나무 등이 우점종인 지역인 것으로 나타났다.
- 지형습윤지수의 계수는 양의 값을 갖는 것으로 나타나 물이 많이 모일 수 있는 지형에서 침입교란종 출현 확률이 증가하는 것으로 예측되었다. 기존 연구에서 토양의 수분 함량이 침입교란종인 돼지풀 등의 출현에 중요하게 작용할 수 있으며(Deen et al.
- 외래종의 개체수 또한 산림내부에서 그 수가 유의하게 감소하는 것으로 나타나 산림 경계에서부터 내부로 외래종의 확산이 이루어지고 있는 것을 밝혔다. 침입교란종의 서식특성을 분석한 결과 고도가 낮고 물이 많이 모이는 지형일수록, 산림경계부터의 거리가 가까울수록, 교목의 캐노피가 열린 지역일수록 침입교란종의 출현 확률이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 낮은 고도와 산림경계와 가까운 지역이 교란종의 침입에 용이하며 습한 토양에서 생장이 유리하다는 것을 의미한다.
- 침입교란종의 출현현황을 파악한 결과 칡과 환삼덩굴은 각각 23곳, 20곳에서 출현하는 등 다수의 조사구에서 발견된 반면, 서양등골나물과 돼지풀은 각각 9곳과 4곳 등 비교적 소수의 지점에서 발견되었다. 그러나 서양등골나물과 돼지풀의 출현이 확인된 지점에서는 100개체 이상이 발견되는 등 확산 정도가 큰 것으로 조사되었다.
후속연구
- 또한 캐노피가 열린 지역은 상대적으로 많은 일사량을 받아들여 침입교란종의 정착 및 서식에 긍정적일 것으로 판단된다. 그러나 침입교란종으로 제시한 종들의 개별적 특성을 반영하지 못한 것은 본 연구의 한계이며, 이를 해결하기 위해 향후 추가적인 현장조사가 필요하다.
- 그러나 이러한 연구들은 제한적인 요인 만을 평가하여 다양한 영향 요인들과 종 출현 간의 관계를 밝혀내지 못하였다. 또한 침입교란종 출현의 서식 특성을 정량적으로 평가한 연구도 미비하여 대상 종의 출현 잠재력이 있는 지역을 예측하거나 향후 관리방안을 제시하는데 한계가 있다. 이에 침입교란종의 출현에 영향을 미치는 다양한 요인을 고려하여 출현 및 분포 현황, 서식 특성을 정량적으로 평가하는 연구가 필요한 실정이다.
- 향후 연구에서는 침입교란종의 이입경로 및 확산요인을 파악함으로써 침입교란종 출현 지역 분석의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 특정 환경에서의 발아가능성을 분석함으로써 침입교란종의 이입 및 확산, 생존을 등에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 도출한 침입교란종 출현 현황 및 서식특성은 현재 서울 및 경기 남부지역에 분포하고 있는 침입교란종을 대상으로 하여 환경이 유사한 지역에서의 출현 여부 파악 및 침입교란종 제거 등의 관리방안에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 침입교란종의 이입경로 및 확산요인을 파악함으로써 침입교란종 출현 지역 분석의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 도시화가 진행되고 있는 도시산림을 대상으로 침입교란종 출현 지점을 조사하여 영향 요인들 간의 상관관계를 분석하고, 침입교란종 출현 가능성을 정량화하였다. 연구의 결과는 향후 침입교란종 분포 예측에 활용되어 적절한 관리 대책 수립에 기여할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 도출한 침입교란종 출현 현황 및 서식특성은 현재 서울 및 경기 남부지역에 분포하고 있는 침입교란종을 대상으로 하여 환경이 유사한 지역에서의 출현 여부 파악 및 침입교란종 제거 등의 관리방안에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 침입교란종의 이입경로 및 확산요인을 파악함으로써 침입교란종 출현 지역 분석의 정확도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 특정 환경에서의 발아가능성을 분석함으로써 침입교란종의 이입 및 확산, 생존을 등에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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