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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 제주노루의 출현정보를 기반으로 제주도 전역의 서식지 분석을 수행하였으며 이를 토대로 제주노루 개체군 관리를 위한 기초정보로 활용하고자 한다.
제안 방법
- , 2012). 고도정보는 수치지형도의 등고선 자료를 이용하여 제작하였고, 경사, 향, 음영기복도는 고도자료를 이용하여 계산하였다. 거리변수로는 산림 내부로의 거리(d_forest (in)), 산림외부로의 거리(d_forest (out)), 수계로부터의 거리(d_stream), 도로로부터의 거리(d_road), 농경지로부터의 거리(d_agri)(Cho et al.
- 서식지분석을 위한 환경변수는 기존 관련 문헌조사를 통하여 선정하였고, 서식지 분석에 용이할 것으로 판단되는 정보를 추가적으로 선정하여 ArcMap 10.1에서 10×10m의 해상도로 환경변수(지형변수, 거리변수, 식생변수, 온도변수)를 생성하였다.
- 선정된 15개 환경변수는 이변량 상관분석을 통하여 상관계수가 0.7 이상인 변수들 중 Max Ent에서의 기여도가 낮은 6개의 변수를 제거하였고(Gormley et al., 2011), 그 결과, 고도, 향, 음영기복도, 4월의 정규식생지수(NDVI (4)), 4월의 온도(Temp (4)), 숲 내부로의 거리(d_forest(in)), 숲 외부로의 거리(d_forest (out)), 오름으로부터의 거리(d_oreum), 영급(yung) 등 9개 변수가 선정되어 이들을 MaxEnt를 활용한 종 분포모형 분석의 설명변수로 사용하였다(그림 2, 표 2).
- , 2012)를 적용하였고, 제주도지역의 특이 지형인 오름이 노루의 번식과 서식에 유리한 역할을 한다는 선행연구(Oh, 2015)에 따라 오름으로부터의 거리(d_oreum)를 설명변수 중 하나로 선정하였다. 식생의 특성을 설명하기 위해서 식생의 활력을 가늠할 수 있는 정규식생지수(NDVI)와 임상도의 영급을 활용하였는데, NDVI 이미지는 출현자료의 시기와 가장 가까운 시기 중 구름으로 가려진 부분이 가장 적은 2014년 1월과 4월 영상의 red와 NIR 밴드를 이용하여 구하였다. 온도변수(Temp (1), Temp (4))는 Lands at8 영상에서의 2014년 1월과 4월의 thermal band의 값을 사용하였다.
- 제주노루에 대한 출현확률 분석을 위해 490개의 출현정보와 최종 선정된 9개의 환경변수를 적용하여 MaxEnt를 활용한 서식지 모형을 구축하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 출현확률이 이처럼 고도의 일정구간에 따라서 다르게 나타나는 원인을 규명하기 위해 고도별 임상의 수령과 밀도를 통하여 비교해 보았다. 그 결과, 해발고도 700~1,500m지역의 대부분이 식생의 영급이 5~6영급으로 나타났고, 나머지 지역은 일부가 5~6영급일 뿐 대부분이 0영급으로 나타났다.
대상 데이터
- 3k 프로그램을 활용하여 분석하였다. 모델링을 위하여 출현정보의 75%는 훈련데이터로, 25%를 검증데이터로 사용하여 100회 반복하였다. 반복실행 방법으로 ‘subsample’을 선택하였으며, 선택된 반복샘플 세트가 평가(evaluation, 모형구축)에 활용되는 방식을 채택하였다.
- 본 연구의 대상지는 제주특별자치도 전역이며, 활용된 노루 출현정보는 제3차 전국자연환경조사에서 확인한 236지점과 Yoon(2003)의 제주도지역 노루의 생태에 관한 연구에서 활용한 134지점, 그리고 한라산국립공원관리공단에서 현장조사하여 얻은 120개 노루 흔적정보를 활용하여 총 490개의 노루출현 지점이 사용되었다(표 1, 그림 1). 제주노루 출현정보들은 조사 기관과 조사방법 등이 다르지만 제주노루의 흔적과 위치추적을 통하여 제주노루의 위치가 확인된 정보이며, 2000년 이후에 조사된 정보이기 때문에 최근 제주개체군의 상황을 잘 설명하고 있다고 판단되며, 이에 따라 본 연구에서 활용된 정보는 최근의 제주노루 개체군을 설명하는데 더 없이 귀중한 자료라고 할 수 있다.
데이터처리
- 결과의 출력형식은 logistic output을 선택하였으며 결과 값이 종의 출현확률에 대한 추정 값을 나타내어 다른 형식에 비해 해석이 용이한 장점이 있다(Phillips and Dudik, 2008). 모형의 결과는 ROC (Receiver Operating Characteristic)분석을 통한 AUC(Area Under the Curve)값으로 검증하였다. ROC분석은 모형의 수행능력을 평가하는데 널리 사용된다(Mas et al.
- 본 연구에서는 9개의 환경변수와 490개의 출현정보를 MaxEnt 3.3.3k 프로그램을 활용하여 분석하였다. 모델링을 위하여 출현정보의 75%는 훈련데이터로, 25%를 검증데이터로 사용하여 100회 반복하였다.
이론/모형
- (2007), Koh et al.(2012)을 따라 그 학명을 Capreolus pygargus tianschanicus으로 쓰고 제주노루라 표현하였다.
- 고도정보는 수치지형도의 등고선 자료를 이용하여 제작하였고, 경사, 향, 음영기복도는 고도자료를 이용하여 계산하였다. 거리변수로는 산림 내부로의 거리(d_forest (in)), 산림외부로의 거리(d_forest (out)), 수계로부터의 거리(d_stream), 도로로부터의 거리(d_road), 농경지로부터의 거리(d_agri)(Cho et al., 2015; Kim et al., 2012)를 적용하였고, 제주도지역의 특이 지형인 오름이 노루의 번식과 서식에 유리한 역할을 한다는 선행연구(Oh, 2015)에 따라 오름으로부터의 거리(d_oreum)를 설명변수 중 하나로 선정하였다. 식생의 특성을 설명하기 위해서 식생의 활력을 가늠할 수 있는 정규식생지수(NDVI)와 임상도의 영급을 활용하였는데, NDVI 이미지는 출현자료의 시기와 가장 가까운 시기 중 구름으로 가려진 부분이 가장 적은 2014년 1월과 4월 영상의 red와 NIR 밴드를 이용하여 구하였다.
- 반복실행 방법으로 ‘subsample’을 선택하였으며, 선택된 반복샘플 세트가 평가(evaluation, 모형구축)에 활용되는 방식을 채택하였다.
- , 2013), 흔히 의학적 의사결정(medical decision making)에서 사용되었지만 최근에는 기계학습이나 데이터 마이닝(data mining) 연구에도 그 사용빈도가 증가하고 있다(Fawcett, 2006). 본 연구에서는 MaxEnt에 의해 구축된 종분포 모형의 출현 예측 확률이 실제로 종의 출현과 얼마나 일치하는지를 판단하기 위해 ROC curve의 AUC 값을 사용했다. AUC란 무작위로 선택된 출현지점이 무작위로 선택된 비 출현지점보다 높게 평가될 확률을 말하는데, MaxEnt 모형처럼 출현 좌표만을 이용한 경우에도 실제 비 출현좌표를 대신해 대상지 내에서 균일하게 무작위로 선택된 의사 비 출현 자료(pseudo-absence data)를 이용해 AUC값을 측정할 수 있다(Phillips and Dudik, 2008).
성능/효과
- 4%의 지역이 0영급으로 나타났으며, 200~700m의 고도에서는 52%에 해당하는 지역에서 0영급으로 나타났다. 1,500m 이상의 고도에서는 약 27%의 면적이 5~6영급을 보이지만, 이보다 많은 35%의 면적에서 0영급을 보이고 있었다(표 5).
- 출현확률이 이처럼 고도의 일정구간에 따라서 다르게 나타나는 원인을 규명하기 위해 고도별 임상의 수령과 밀도를 통하여 비교해 보았다. 그 결과, 해발고도 700~1,500m지역의 대부분이 식생의 영급이 5~6영급으로 나타났고, 나머지 지역은 일부가 5~6영급일 뿐 대부분이 0영급으로 나타났다. 특히 고도 200m 이하의 지역에서는 87.
- 제주도에 서식하고 있는 노루는 흔히 보여지는 일반종이었지만 밀렵의 영향으로 1980년대까지 멸종위기에 처한 상태였다. 그 후 노루 살리기 캠페인을 실시하여 노루의 개체 수가 증가하였는데, 특히 생태계 내 상위포식자가 없는 관계로 노루의 개체수는 지속적으로 증가하였고, 중산간 지역(200~600m)의 무분별한 개발로 인해 중산간 지역의 노루 서식지가 점차 줄면서 한라산 숲 외곽의 농경지까지 이동해 먹이활동을 하였다. 이에 따른 제주노루에 의한 농작물 피해가 사회문제로까지 확산되어 제주노루를 유해야생동물로 지정하였다(Oh, 2004; Oh, 2015).
- 또한 제주도에서 제주노루는 중산간지대(200m~700m)와 정상부(1,500m이상)에서 그 출현확률이 높았던 반면, 고지대(700~1,500m)에서는 출현확률이 낮았고, 200m 이하에서는 출현 확률이 매우 낮았던 것으로 드러났다. 이는 고지대를 중심으로 형성된 높은 영급(5~6영급)과 높은 식생밀도로 인하여 하층식생이 성장할 광조건이 모자라기 때문에 노루가 선호하는 먹이원이 부족하여 출현확률에도 영향을 미친 것으로 짐작하였다.
- 먼저‘고도’는 383m~702m와 1,362m 이상에서 0.5 이상의 출현확률을 보였으며, 특히 1,362m 이상에서는 고도가 높을수록 출현확률이 높았다.
- 먼저, 제주노루의 출현에 가장 큰 영향을 미치는 것은‘고도’변수였으며, 오름으로부터의 거리에 따라, 숲 경계로부터의 거리에 따라 출현가능성에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- 모형이 최고의 결과를 구축하는데 있어 각 변수가 얼마만큼의 기여도를 가지는지를 평가하는 비율 기여도(percent contribution)(Songer, 2012)를 활용하여 9개의 환경변수 중‘고도’가 68%로 가장 높은 기여도를 보이는 것을 확인하였고,‘오름으로부터의 거리’,‘숲 내부로의 거리’가 뒤를 이었으며, 식생의‘영급’이 기여도가 낮게 평가되었다.
- 본 연구에서는 제주노루의 서식선호도 분석을 위해 다수의 일관되지 못한 출현조사자료를 활용하여 출현확률 분석을 하였다는 점에서 일부 한계을 인식하였으나, 다수의 전문가가 조사한 정보를 종합하여 가치있는 결론에 도달하였다는 점에서 의미가 있었다고 사료된다. 향후 제주노루의 개체군 및 서식지 관리를 위해 동일한 조사방법과 일관된 출현정보 취득을 통하여 정밀한 조사가 지속적으로 이루어져서 제주노루의 인간과의 공존을 위한 상생방안이 마련될 수 있기를 기대한다.
- 이 두 결과를 종합해보면, 노루의 출현확률이 50% 이하로 낮았던 고도 700~1,500m의 지역은 수령이 높은 나무들이 많고, 숲의 밀도가 높아 크고 작은 나무들이 밀도있는 수관을 형성하여 하늘을 덮고 있으며, 이 때문에 노루가 선호하는 연한 잎을 보유한 하층식생의 형성이 더디거나 어려운 것이 아닌가 의심되며, 이로 인해 광의 투과가 적절하게 유지되면서 하층식생도 발달한 한라산 정상부와 중산간지역을 선호하는 것으로 해석하였다.
- 이는 고도에 따른 보다 세밀한 출현확률 분포를 통하여 보다 명확하게 이해할 수 있는데(표4; 표5), 출현확률이 80% 이상으로 높게 나타난 지역은 모두 1,500m 이상의 고도에 몰려 있었고, 50~80% 사이의 비교적 높은 출현확률을 보인 지역은 고도 200~700m 사이에서 나타났다. 반면 해발고도 200m 이하에서는 출현확률이 매우 낮았고, 700~1,500m 사이의 고지대에서도 그리 높지 않은 서식확률을 보였다(표 4, 표 5).
- 본 연구의 대상지는 제주특별자치도 전역이며, 활용된 노루 출현정보는 제3차 전국자연환경조사에서 확인한 236지점과 Yoon(2003)의 제주도지역 노루의 생태에 관한 연구에서 활용한 134지점, 그리고 한라산국립공원관리공단에서 현장조사하여 얻은 120개 노루 흔적정보를 활용하여 총 490개의 노루출현 지점이 사용되었다(표 1, 그림 1). 제주노루 출현정보들은 조사 기관과 조사방법 등이 다르지만 제주노루의 흔적과 위치추적을 통하여 제주노루의 위치가 확인된 정보이며, 2000년 이후에 조사된 정보이기 때문에 최근 제주개체군의 상황을 잘 설명하고 있다고 판단되며, 이에 따라 본 연구에서 활용된 정보는 최근의 제주노루 개체군을 설명하는데 더 없이 귀중한 자료라고 할 수 있다.
- 96으로 나타났고,높은 곳은 90%이상의 출현확률을 보인 곳도 있었다(그림 5). 출현확률이 높은 한 곳은 고도가 매우 높은 한라산 정상부였으며, 다른 한곳은 중산간지역인 것으로 드러났다. 특이한 점은 중산간 지역과 정상부 사이의 고지대에서는 결코 높지 않은 출현확률을 보인 것이다.
- 치환 중요도(Permutation importance)는‘고도’가 71.7%로서 가장 높은 값을 가졌는데, 이는‘고도’변수의 제거 시 AUC의 값에 가장 많은 영향을 주는 것으로 해석할 수 있으며, 다시 말해‘고도’변수는 비율 기여도와 치환중요도 면에서 가장 중요한 변수로 확인되었다(표 3).
- 먼저, 제주노루의 출현에 가장 큰 영향을 미치는 것은‘고도’변수였으며, 오름으로부터의 거리에 따라, 숲 경계로부터의 거리에 따라 출현가능성에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 특히 고도는 제주노루의 서식에 가장 중요한 설명변수인 것으로 드러났으나, 그 상관성이 선형적이지는 않으며, 고도에 따라 편중된 선호도를 가지는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구에서는 제주노루의 서식선호도 분석을 위해 다수의 일관되지 못한 출현조사자료를 활용하여 출현확률 분석을 하였다는 점에서 일부 한계을 인식하였으나, 다수의 전문가가 조사한 정보를 종합하여 가치있는 결론에 도달하였다는 점에서 의미가 있었다고 사료된다. 향후 제주노루의 개체군 및 서식지 관리를 위해 동일한 조사방법과 일관된 출현정보 취득을 통하여 정밀한 조사가 지속적으로 이루어져서 제주노루의 인간과의 공존을 위한 상생방안이 마련될 수 있기를 기대한다.
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