종분포모형을 이용한 도시 내 양봉꿀벌 서식환경 분석 연구 - 천안시를 중심으로 - Habitat Analysis Study of Honeybees(Apis mellifera) in Urban Area Using Species Distribution Modeling - Focused on Cheonan -원문보기
The problem of the population number of honeybees that is decreasing not only domestically but also globally, has a great influence on human beings and the entire ecosystem. The habitat of honeybees is recognized to be superior in urban environment rather than rural environment, and predicting for h...
The problem of the population number of honeybees that is decreasing not only domestically but also globally, has a great influence on human beings and the entire ecosystem. The habitat of honeybees is recognized to be superior in urban environment rather than rural environment, and predicting for habitat assessment and conservation is necessary. Based on this, we targeted Cheonan City and neighboring administrative areas where the distribution of agricultural areas, urban areas, and forest areas is displayed equally. In order to predict the habitat preferred by honeybees, we apply the Maxent model what based on the presence information of the species. We also selected 10 environmental variables expected to influence honeybees habitat environment through literature survey. As a result of constructing the species distribution model using the Maxent model, 71.7% of the training data were shown on the AUC(Area Under Cover) basis, and it was be confirmed with an area of 20.73% in the whole target area, based on the 50% probability of presence of honeybees. It was confirmed that the contribution of the variable has influence on land covering, distance from the forest, altitude, aspect. Based on this, the possibility of honeybee's habitat characteristics were confirmed to be higher in wetland environment, in agricultural land, close to forest and lower elevation, southeast and west. The prediction of these habitat environments has significance as a lead research that presents the habitat of honeybees with high conservation value of ecosystems in terms of urban space, and it will be useful for future urban park planning and conservation area selection.
The problem of the population number of honeybees that is decreasing not only domestically but also globally, has a great influence on human beings and the entire ecosystem. The habitat of honeybees is recognized to be superior in urban environment rather than rural environment, and predicting for habitat assessment and conservation is necessary. Based on this, we targeted Cheonan City and neighboring administrative areas where the distribution of agricultural areas, urban areas, and forest areas is displayed equally. In order to predict the habitat preferred by honeybees, we apply the Maxent model what based on the presence information of the species. We also selected 10 environmental variables expected to influence honeybees habitat environment through literature survey. As a result of constructing the species distribution model using the Maxent model, 71.7% of the training data were shown on the AUC(Area Under Cover) basis, and it was be confirmed with an area of 20.73% in the whole target area, based on the 50% probability of presence of honeybees. It was confirmed that the contribution of the variable has influence on land covering, distance from the forest, altitude, aspect. Based on this, the possibility of honeybee's habitat characteristics were confirmed to be higher in wetland environment, in agricultural land, close to forest and lower elevation, southeast and west. The prediction of these habitat environments has significance as a lead research that presents the habitat of honeybees with high conservation value of ecosystems in terms of urban space, and it will be useful for future urban park planning and conservation area selection.
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문제 정의
본 연구는 문헌조사를 통해 꿀벌 서식에 영향을 미치는 환경변수를 도출하고 이를 통해 꿀벌 서식지를 분석․예측하고자 한다. 이를 통해 도시지역에서 꿀벌 서식지 보전 및 관리를 위한 생태적 개선방향을 도출하는데 궁극적인 목적이 있다.
본 연구는 종분포모형을 이용하여 생태계에서 보전가치가 높은 양봉꿀벌의 출현 및 서식환경을 도시공간 차원에서 제시한 선도 연구로서 의의가 있다. 이러한 결과는 생태계 지표종인 양봉꿀벌을 통해 도시 생태계서비스의 질을 측정하고 평가할 수 있는 연구로 발전될 수 있다.
본 연구는 문헌조사를 통해 꿀벌 서식에 영향을 미치는 환경변수를 도출하고 이를 통해 꿀벌 서식지를 분석․예측하고자 한다. 이를 통해 도시지역에서 꿀벌 서식지 보전 및 관리를 위한 생태적 개선방향을 도출하는데 궁극적인 목적이 있다.
제안 방법
양봉꿀벌은 봄과 여름에 왕성하게 활동하며 식물의 수분활동에 관여하며 꿀을 채취한다. 본 연구에서는 2006년부터 2011년까지 진행된 3차 전국자연환경조사 결과를 토대로 대상지 내 출현한 양봉 꿀벌포인트에 대해 분석을 진행하였다.
천안시 및 주변 행정구역에 서식하는 양봉꿀벌의 환경특성을 분석하기 위해 3차 전국자연환경조사 포인트를 확인했다. 이를 토대로 대상지에 출현한 양봉꿀벌의 총 40개 지점 및 51건의 기록을 확인하였다(Figure 1).
대상 데이터
토지이용 정보를 활용하기 위해 환경부에서 제작한 중분류 토지피복지도와 지형정보를 반영하고 있는 DEM 자료를 활용하였으며 양봉꿀벌이 주로 이용한다고 알려져 있는 밀원식물인 아까시나무림까지의 거리, 이와 함께 양봉꿀벌이 밀원으로 활용하는 과수원, 산림으로부터의 거리와 식생의 활력도를 –1부터 1까지 평가하는 NDVI, 수계로부터의 거리, 교란요인일 수 있는 도로로부터의 거리 자료를 GIS 데이터로 구축하였다(Figure 2). 산림 및 과수원, 수계 및 도로 자료는 2009년 중분류 토지피복지도를 활용하였으며 아까시나무림 자료는 2013년 대축척 임상도 자료를 이용하였다. 식생 활력도 자료는 식생의 활착이 가장 왕성한 시기인 5~9월 사이의 영상과 운량 자료는 10% 이하의 정보만을 활용하는 것이 적합하다.
연구 대상지는 농경지역과 도시지역 및 산림지역의 분포가 고르게 나타나는 충청남도 천안시 일대이다. 천안시 일대는 2000년 이후 꾸준히 개발이 진행되었으며 현재까지도 많은 개발사업이 추진되고 있다.
토지이용 정보를 활용하기 위해 환경부에서 제작한 중분류 토지피복지도와 지형정보를 반영하고 있는 DEM 자료를 활용하였으며 양봉꿀벌이 주로 이용한다고 알려져 있는 밀원식물인 아까시나무림까지의 거리, 이와 함께 양봉꿀벌이 밀원으로 활용하는 과수원, 산림으로부터의 거리와 식생의 활력도를 –1부터 1까지 평가하는 NDVI, 수계로부터의 거리, 교란요인일 수 있는 도로로부터의 거리 자료를 GIS 데이터로 구축하였다(Figure 2). 산림 및 과수원, 수계 및 도로 자료는 2009년 중분류 토지피복지도를 활용하였으며 아까시나무림 자료는 2013년 대축척 임상도 자료를 이용하였다.
이론/모형
모형의 신뢰도를 높이기 위해 모형 반복 횟수는 5회로 설정하여 평균값을 최종 모형으로 도출하였으며 모형의 정확도는 ROC(Receiver Opera-ting Characteristic)의 AUC (Area Under Cover) 값을 통해 측정하였다(Song, 2015). GIS 분석은 Arcgis 10.5(ESRI Inc., USA), Landsat 8 위성영상 처리는 ENVI 5.1, 종분포모형은 Maxnet 3.3.3k를 활용하였다.
양봉꿀벌 조사 자료로 활용한 전국자연환경조사는 출현정보만을 가지고 있는 자료이므로 출현정보에 기초한 종분포모형 중 현재까지 가장 많이 활용되고 있는 Maxent 모형을 종분포모형으로 적용하였다. Maxent 모형은 개발자가 설정한 변수와 제한요소를 이용하여 확률분포를 예측하는 기계학습식 모형으로 종 출현과 변수선정, 비모수적 관계를 잘 표현하는 장점이 있는 방법론이다(Phillips et al, 2006; Seo et al, 2006).
천안시 주변지역을 대상으로 꿀벌 서식지 분석을 위해 종분포모형(Species Distribution Modeling) 을 활용하였다. 종분포모형은 생물다양성 평가, 보호지역 선정, 서식지 관리 및 복원 등 자연자원관리와 보전계획 등에 다양하게 활용되고 있는 연구방법론이다(Kim et al, 2012).
성능/효과
천안시 및 인접지역은 도시지역과 농촌지역이 공존하는 지역으로 꿀벌의 서식환경을 분석하기 위해 적합하다고 판단된다. Maxent를 활용 하여 종분포모형을 분석한 결과, 문헌조사를 통해 도출된 10가지 환경변수 중 토지피복, 산림과의 거리, 향, 표고 등이 중요한 것으로 확인되었다. 이를 통해 양봉꿀벌은 남서향 지역의 습지 또는 산림에 가까운 저지대를 서식지로 선택할 가능성이 높다고 판단된다.
기존 사례 연구 결과 양봉꿀벌 서식환경에 영향을 미치는 변수는 주로 향, 녹지 및 밀원식물인 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 활용한 3차 전국자연환경조사 양봉꿀벌 출현 데이터는 미소환경에 민감한 꿀벌의 환경 및 생태적 특성을 제대로 반영하지 못한 한계가 존재한다.
이를 위해 꿀벌 포획 트랩을 활용하거나 드론을 활용한 미소지역 환경 데이터 수집이 제안될 수 있다. 도시지역에서의 꿀벌 출현 데이터와 정교한 공간 스케일의 환경변수를 통한 서식지 분석은 도시지역에서 꿀벌 서식환경을 보다 정확하게 도출하는데 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
또한 잎의 엽록소를 토대로 식생 활력을 추정하는 NDVI의 경우 여름철에 값이 높게 나타나 양봉꿀벌이 선호하는 꽃의 개화 시기와 차이가 발생하여 상관성이 높지 않은 것으로 예상된다. 양봉꿀벌 서식환경이 NDVI에 영향을 받기보다는 꿀벌의 수분활동이 오히려 잎의 활력을 증가시켜 NDVI를 높일 수 있을 것으로 보인다.
이를 바탕으로 양봉꿀벌의 대략적인 서식지 특성을 정리하면, 토지피복은 습지, 산림으로 가까울수록, 남서향일수록, 표고는 낮을수록, 도로로부터 가까울수록, 아까시나무림으로부터 멀수록, 과수원으로부터 멀수록, 수계로부터 멀수록, NDVI가 0.2부터 0.4일 때, 경사는 낮을수록 서식가능성이 높은 것으로 확인되었다(Figure 4).
후속연구
따라서 도시지역 내 꿀벌의 서식환경을 고려하기 위해 향후 꿀벌을 도시환경에 적합하게 포획하거나 서식지 분포를 조사하고 미소환경에 대한 분석 방법을 고민할 필요가 있다. 이를 위해 꿀벌 포획 트랩을 활용하거나 드론을 활용한 미소지역 환경 데이터 수집이 제안될 수 있다.
이 연구를 토대로 생태계 건강성를 대표하는 환경지표종의 관리전략을 도출할 수 있으며, 이를 환경지표와 연계한 보전계획 수립도 제안할 수 있다. 본 연구 결과는 양봉꿀벌로 대표되는 생태계 핵심종의 도시생태계 적응력을 높일 수 있는 도시공원계획, 도시생태계 정책, 보전지역 선정 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구가 미소환경 서식지 분석 연구와 연계된다면 최근 세계적으로 확산되고 있는 도시양봉 정책의 국내 정착에도 크게 기여할 수 있으리라 판단된다.
본 연구 결과는 양봉꿀벌로 대표되는 생태계 핵심종의 도시생태계 적응력을 높일 수 있는 도시공원계획, 도시생태계 정책, 보전지역 선정 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구가 미소환경 서식지 분석 연구와 연계된다면 최근 세계적으로 확산되고 있는 도시양봉 정책의 국내 정착에도 크게 기여할 수 있으리라 판단된다.
이러한 결과는 생태계 지표종인 양봉꿀벌을 통해 도시 생태계서비스의 질을 측정하고 평가할 수 있는 연구로 발전될 수 있다. 뿐만 아니라 양봉꿀벌 서식환경 예측은 최근 국내외 다양하게 시도되고 있는 도시양봉 설치 공간을 제시하고 지역 도시공원 계획 및 보전지역 선정 시 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
종분포모형은 생물다양성 평가, 보호지역 선정, 서식지 관리 및 복원 등 자연자원관리와 보전계획 등에 다양하게 활용되고 있는 연구방법론이다(Kim et al, 2012). 우리나라는 현재까지 다양한 분야에서 종분포모형을 통해 야생동물의 서식지 연구가 진행되고 있어 이러한 모델링 기법을 적용하여 양봉꿀벌에 대한 서식지 분석이 가능할 것이라 판단된다.
이를 통해 양봉꿀벌은 남서향 지역의 습지 또는 산림에 가까운 저지대를 서식지로 선택할 가능성이 높다고 판단된다. 이 결과를 토대로 도시지역에서 양봉꿀벌의 서식지를 보전하고 새로운 양봉꿀벌 서식지 조성, 관리가 가능할 것이다.
도시 내 꿀벌의 서식환경을 예측한 본 연구는 생태계에서 보전 가치가 높은 양봉꿀벌의 서식환경을 도시 공간적 차원에서 제시한 선도 연구로서 의의가 있다. 이 연구를 토대로 생태계 건강성를 대표하는 환경지표종의 관리전략을 도출할 수 있으며, 이를 환경지표와 연계한 보전계획 수립도 제안할 수 있다. 본 연구 결과는 양봉꿀벌로 대표되는 생태계 핵심종의 도시생태계 적응력을 높일 수 있는 도시공원계획, 도시생태계 정책, 보전지역 선정 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
기존 사례 연구 결과 양봉꿀벌 서식환경에 영향을 미치는 변수는 주로 향, 녹지 및 밀원식물인 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 활용한 3차 전국자연환경조사 양봉꿀벌 출현 데이터는 미소환경에 민감한 꿀벌의 환경 및 생태적 특성을 제대로 반영하지 못한 한계가 존재한다. 때문에 몇몇 변수를 분석한 결과 도시지역에서 서식 가능성은 크지 않게 나타난 것으로 해석된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아인슈타인의 꿀벌과 관련된 말은 무엇인가?
꿀벌의 가치는 소와 돼지 다음으로 중요한 종으로 선정되었다. “꿀벌이 멸종하면 인간은 4년 내로 사라질 것”이라는 아인슈타인의 말처럼 꿀벌의 존재는 식물과 화분매개 곤충 사이에 상호작용함으로서 생물다양성을 유지하고 지속시키는 역할을 수행하며 생태계의 건강도를 나타내는 환경 지표종의 역할을 하고 있다.
시민 단체가 도시를 꿀벌 개체수 증가를 위한 장소로 지목한 이유는 무엇인가?
꿀벌 개체수 증가를 위해 국내외 다양한 시민 단체들은 해결책으로 도시를 지목했다(Noah, 2013). 일반적으로 온도가 높은 공간을 선호하는 꿀벌이 따뜻한 도시지역의 환경이 살기 적합 하다는 연구결과가 나타났다. 실제로 겨울동안 꿀벌 생존율이 시골지역(40%)보다 도시지역(62.
꿀벌의 역할은 무엇인가?
유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 전 세계 속씨식물 20만종 가운데 17여 만종의 식물이 꿀벌의 도움을 받아 수분을 하며 100대 농작물의 71%의 작물이 꿀벌에 의존하고 있다고 조사되었다(FAO, 2004). 꿀벌은 직접적인 화분매개 서비스에 한정되지 않고 목축업, 화훼산업, 화장품 산업, 제약산업 등에 큰 영향을 미치며 도시 및 마을 경관의 질을 높이는 큰 역할을 한다. 꿀벌의 화분매개로 인한 경제적 가치는 6조원으로 추정 되며 간접적으로 얻는 가치를 환산했을 때 화분 생산물의 142배로 추정된다(You, 2016).
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