뉴트리아(Myocastor coypus) 분포밀도 및 잠재적 서식가능지역 예측에 따른 관리방향 A Management Plan According to the Estimation of Nutria (Myocastorcoypus) Distribution Density and Potential Suitable Habitat원문보기
본 연구는 국내에 서식하는 뉴트리아의 집중분포지역과 잠재적인 서식가능지역을 예측하여 효과적인 관리방향 설정에 유용한 자료를 제공하고자 하였다. 뉴트리아의 전국 분포 자료를 토대로 CVh(가능도 교차타당성)값을 띠폭(bandwidth)에 적용하여 분포밀도를 분석한 결과, 부산광역시, 대구광역시, 경상남도 소재 11개 시 군, 경상북도 소재 1개 군 등 낙동강수계에 위치한 14개 행정구역 내에서 우선적인 제거가 필요한 집중분포지역이 확인되었다. MaxEnt 모델을 이용한 잠재적인 서식가능지역 예측에서는 낙동강 중 하류 일대와 섬진강 하류, 가화천 일대에서 출현 가능성이 나타났다. 모형의 변수별 기여도는 고도, 건조한 달의 강수량, 가장 추운달의 최저온도, 수계로부터의 거리 순으로 높은 기여도를 보였으며, 출현확률과의 관계를 살펴보면, 고도 34m 이하의 저지대, 가장 추운달의 최저온도가 $-5.7^{\circ}C$이상 $-0.6^{\circ}C$ 이하인 지역, 가장 건조한 달의 강수량이 15-30mm, 수계로부터 1,373m 이하인 지역에서 임계값보다 높은 출현확률을 보였다. 뉴트리아의 생태적 특성과 본 연구결과를 종합하면, 고도, 물과의 접근성 및 이용성, 겨울철 낮은 기온이 뉴트리아의 정착과 확산에 영향을 주는 주요 요인으로 판단되므로 향후 서식가능지역의 검출과 확산 예측 모델링에 있어 중요한 변수로 검토될 수 있다. 뉴트리아와 같은 침입외래생물의 집중분포지역과 관리대상지역을 구분하고 그에 적합한 관리전략을 수립하여 관리현장에 적용하는 것은 영구적인 제어 목적의 관리에 있어 필수적인 사항이다. 본 연구에서 제시된 결과는 우선관리대상지역의 신속한 관리와 확산가능지역에 대한 사전 예방적 관리 등 전략적인 관리의 실행에 있어 유용한 자료로 활용될 수 있다.
본 연구는 국내에 서식하는 뉴트리아의 집중분포지역과 잠재적인 서식가능지역을 예측하여 효과적인 관리방향 설정에 유용한 자료를 제공하고자 하였다. 뉴트리아의 전국 분포 자료를 토대로 CVh(가능도 교차타당성)값을 띠폭(bandwidth)에 적용하여 분포밀도를 분석한 결과, 부산광역시, 대구광역시, 경상남도 소재 11개 시 군, 경상북도 소재 1개 군 등 낙동강수계에 위치한 14개 행정구역 내에서 우선적인 제거가 필요한 집중분포지역이 확인되었다. MaxEnt 모델을 이용한 잠재적인 서식가능지역 예측에서는 낙동강 중 하류 일대와 섬진강 하류, 가화천 일대에서 출현 가능성이 나타났다. 모형의 변수별 기여도는 고도, 건조한 달의 강수량, 가장 추운달의 최저온도, 수계로부터의 거리 순으로 높은 기여도를 보였으며, 출현확률과의 관계를 살펴보면, 고도 34m 이하의 저지대, 가장 추운달의 최저온도가 $-5.7^{\circ}C$이상 $-0.6^{\circ}C$ 이하인 지역, 가장 건조한 달의 강수량이 15-30mm, 수계로부터 1,373m 이하인 지역에서 임계값보다 높은 출현확률을 보였다. 뉴트리아의 생태적 특성과 본 연구결과를 종합하면, 고도, 물과의 접근성 및 이용성, 겨울철 낮은 기온이 뉴트리아의 정착과 확산에 영향을 주는 주요 요인으로 판단되므로 향후 서식가능지역의 검출과 확산 예측 모델링에 있어 중요한 변수로 검토될 수 있다. 뉴트리아와 같은 침입외래생물의 집중분포지역과 관리대상지역을 구분하고 그에 적합한 관리전략을 수립하여 관리현장에 적용하는 것은 영구적인 제어 목적의 관리에 있어 필수적인 사항이다. 본 연구에서 제시된 결과는 우선관리대상지역의 신속한 관리와 확산가능지역에 대한 사전 예방적 관리 등 전략적인 관리의 실행에 있어 유용한 자료로 활용될 수 있다.
The purpose of this study is to estimate the concentrated distribution area of nutria (Myocastor coypus) and potential suitable habitat and to provide useful data for the effective management direction setting. Based on the nationwide distribution data of nutria, the cross-validation value was appli...
The purpose of this study is to estimate the concentrated distribution area of nutria (Myocastor coypus) and potential suitable habitat and to provide useful data for the effective management direction setting. Based on the nationwide distribution data of nutria, the cross-validation value was applied to analyze the distribution density. As a result, the concentrated distribution areas thatrequired preferential elimination is found in 14 administrative areas including Busan Metropolitan City, Daegu Metropolitan City, 11 cities and counties in Gyeongsangnam-do and 1 county in Gyeongsangbuk-do. In the potential suitable habitat estimation using a MaxEnt (Maximum Entropy) model, the possibility of emergency was found in the Nakdong River middle and lower stream area and the Seomjin riverlower stream area and Gahwacheon River area. As for the contribution by variables of a model, it showed DEM, precipitation of driest month, min temperature of coldest month and distance from river had contribution from the highest order. In terms of the relation with the probability of appearance, the probability of emergence was higher than the threshold value in areas with less than 34m of altitude, with $-5.7^{\circ}C{\sim}-0.6^{\circ}C$ of min temperature of the coldest month, with 15-30mm of precipitation of the driest month and with less than 1,373m away from the river. Variables that Altitude, existence of water and wintertemperature affected settlement and expansion of nutria, considering the research results and the physiological and ecological characteristics of nutria. Therefore, it is necessary to reflect them as important variables in the future habitable area detection and expansion estimation modeling. It must be essential to distinguish the concentrated distribution area and the management area of invasive alien species such as nutria and to establish and apply a suitable management strategy to the management site for the permanent control. The results in this study can be used as useful data for a strategic management such as rapid management on the preferential management area and preemptive and preventive management on the possible spreading area.
The purpose of this study is to estimate the concentrated distribution area of nutria (Myocastor coypus) and potential suitable habitat and to provide useful data for the effective management direction setting. Based on the nationwide distribution data of nutria, the cross-validation value was applied to analyze the distribution density. As a result, the concentrated distribution areas thatrequired preferential elimination is found in 14 administrative areas including Busan Metropolitan City, Daegu Metropolitan City, 11 cities and counties in Gyeongsangnam-do and 1 county in Gyeongsangbuk-do. In the potential suitable habitat estimation using a MaxEnt (Maximum Entropy) model, the possibility of emergency was found in the Nakdong River middle and lower stream area and the Seomjin riverlower stream area and Gahwacheon River area. As for the contribution by variables of a model, it showed DEM, precipitation of driest month, min temperature of coldest month and distance from river had contribution from the highest order. In terms of the relation with the probability of appearance, the probability of emergence was higher than the threshold value in areas with less than 34m of altitude, with $-5.7^{\circ}C{\sim}-0.6^{\circ}C$ of min temperature of the coldest month, with 15-30mm of precipitation of the driest month and with less than 1,373m away from the river. Variables that Altitude, existence of water and wintertemperature affected settlement and expansion of nutria, considering the research results and the physiological and ecological characteristics of nutria. Therefore, it is necessary to reflect them as important variables in the future habitable area detection and expansion estimation modeling. It must be essential to distinguish the concentrated distribution area and the management area of invasive alien species such as nutria and to establish and apply a suitable management strategy to the management site for the permanent control. The results in this study can be used as useful data for a strategic management such as rapid management on the preferential management area and preemptive and preventive management on the possible spreading area.
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문제 정의
본 연구에서는 뉴트리아의 집중분포지역을 파악하여 우선관리대상지역을 선정하고 잠재적인 서식가능지역을 예측함으로써 효과적인 관리방향 설정에 필요한 기초자료를 구축하고자 하였다. 2015년 생산된 분포자료를 토대로 CVh값을 적용하여 상위 1%에 해당하는 고밀도 집중분포지역을 파악한 결과, 부산광역시, 대구광역시, 경상남도 창원시, 진주시, 김해시, 밀양시, 양산시, 함안군, 창녕군, 합천군, 산청군, 사천시, 의령군, 경상북도 고령군 등 14개 행정구역 내에서 집중적인 분포지역이 확인되어 우선적인 제거가 시급히 이루어져야 할 것으로 판단된다.
영구적인 제어를 목표로 실행되는 관리가 성공적인 결과로 이어지기 위해서는 관리대상지역별로 관리대상종의 서식실태를 반영한 관리전략을 수립하고 지역별 실정에 적합한 현장 관리방안을 선택하여 적용하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 국내 서식하는 뉴트리아의 분포밀도를 분석하여 집중서식지역을 확인하였고, 종분포모형 중 기계학습 모델인 MaxEnt를 활용하여 잠재적인 서식가능지역을 파악하는 등 최우선 관리대상지역과 확산가능지역을 구분함으로써 관리대상지역별 효과적인 관리전략 수립과 관리방향 설정에 유용한 자료를 제공하고자 하였다.
가설 설정
이는 지형적인 조건에 따른 이동경로 확보의 어려움이 확산을 제어하는데 일정 부분 영향을 준 결과로 판단된다. 외래생물의 정착과 확산은 생물학적 요인과 비생물학적 요인의 영향을 받는다. 특히, 비생물학적요인 가운데 지형적인 장애물의 존재는 지리적 연결성 확보 여부를 결정하므로 생물종의 서식 영역 확대를 제한할 수 있다(With 2002; Lockwood et al.
제안 방법
낙동강 수계를 중심으로 서식하는 뉴트리아의 집중분포지역을 확인하기 위해 분포밀도를 분석하였다. 밀도분석에는 2015년 전국 뉴트리아 서식실태조사에서 목견과 흔적조사를 통해 얻어진 뉴트리아 분포좌표를 이용하였고(NIE 2015), ArcGIS 10.
2006). 본 연구에서는 1,449개의 종출현자료와 8개의 환경변수를 MaxEnt 3.4.1 프로그램에 입력하여 뉴트리아의 잠재적 서식가능지역을 예측하였다. 모형은 subsample의 재추출(resampling)방법으로 10회 반복하였으며, 평균값을 모형의 결과값으로 취하였다.
본 연구에서는 분포지점을 이용하여 계산된 띠폭의 값인 CVh 1,011.6m, LSCVh 129.1m, h_ref 5,576.1m와 기본 설정 값 5,485.4m를 적용하여 커널밀도를 구하였다. 각 띠폭에 따른 커널밀도를 살펴보면, LSCVh 값은 다수의 고밀도 영역이 좁은 형태로 분포하였고, h_ref와 기본 설정 값은 적은 수의 고밀도 영역이 넓게 분포하는 형태를 나타내었다.
2013). 본 연구에서는 적절한 띠폭의 값을 선택하기 위하여 kernel density tool의 띠폭을 설정해 주는 값인 Search radius를 기본 설정값(5485.4m)과 Animal Space Use 1.3 Beta 프로그램으로 계산된 LSCVh, CVh, h-ref값을 적용함으로써 가장 적절한 값을 선택하고자 하였다.
대상 데이터
잠재적 서식가능지역을 추정하기 위해 NIE(2015)가 보고한 2015년 전국 뉴트리아 출현지점을 활용하였다. 출현지점은 뉴트리아의 전국적인 서식실태를 조사하여 획득한 출현좌표를 토대로 100m 격자에 한 지점만 들어가도록 중복지점을 제거하여 총 1,449개의 지점을 이용하였다(Figure 1).
잠재적 서식가능지역을 추정하기 위해 NIE(2015)가 보고한 2015년 전국 뉴트리아 출현지점을 활용하였다. 출현지점은 뉴트리아의 전국적인 서식실태를 조사하여 획득한 출현좌표를 토대로 100m 격자에 한 지점만 들어가도록 중복지점을 제거하여 총 1,449개의 지점을 이용하였다(Figure 1).
데이터처리
1을 이용하여 100m×100m의 공간해상도로 변경하여 사용하였다. 총 23개 환경변수의 다중공선성을 방지하기 위하여 실제 출현좌표로 사용된 1,449개의 지점과 대상 지역 내에서 무작위로 생성한 1,400개의 지점을 SPSS(version 22 IBM SPSS Statistics, 2013)를 이용하여 상관분석 하였다(Kumar & Stohlgren 2009).
이론/모형
모형의 수행능력(performance)은 ROC(Receiver operating characteristics) curve의 AUC(Area under the curve)값을 이용해 평가하였다. 종의 출현확률 추정 값을 0에서 1사이의 값으로 나타내주는logistic output을 결과 출력형식으로 선택하였으며, 이는 raw, cumulative 형태보다 해석하기 용이하다는 장점이 있다(Phillips & Dudik 2008).
낙동강 수계를 중심으로 서식하는 뉴트리아의 집중분포지역을 확인하기 위해 분포밀도를 분석하였다. 밀도분석에는 2015년 전국 뉴트리아 서식실태조사에서 목견과 흔적조사를 통해 얻어진 뉴트리아 분포좌표를 이용하였고(NIE 2015), ArcGIS 10.3.1에서 제공하는 kernel density tool로 분석하였다. kernel density tool은 커널함수를 사용하며, 단위 면적 당분포 집중 정도를 측정할 수 있다(http://pro.
본 연구의 kernel density tool은 Silverman(1986)의 커널함수를 기반으로 분석되었다. 띠폭을 설정하는 방법에는 최소제곱교차타당성(LSCVh: least squares cross-validation), 가능도교차타당성(CVh: Cross-validation), 기준 방법(h_ref: reference method) 등이 알려져 있으며(Worton 1995), LSCVh값과 CVh 값이 가장 많이 사용되는 값으로 대상지역과 점의 분포에 따라 적합한 띠폭의 값이 다를 수 있다(Yoo et al.
org)에서 제공하는WorldClim Version 2(1970-2000년)의 생물기후변수(1㎞×1㎞) 19개를 사용하였다. 지형변수는 국가공간정보포털 오픈마켓에서 제공하는 90m×90m해상도의 수치표고모형(Digital Elevation Model)을 사용하였고, 이를 이용해 경사(Slope), 향(Aspect) 변수를 생성하였다. 수계로부터의 거리는 국가공간정보포털 오픈마켓에서 제공하는 하천망도의 국가하천과 지방하천을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
각 변수가 모형에 미친 영향을 나타내는 변수별 기여도(percent contribution)에서는 고도(DEM)가60.5%로 높은 기여도를 보였으며, 가장 건조한 달의강수량(bio 14)이 15%, 가장 추운 달의 최저 온도(bio 06)가 11.6%, 수계로부터의 거리(d_river)가 9% 순으로 높은 기여도를 나타내었다(Table 2). 모형에 대한 변수의 영향을 보여주는 잭나이프테스트(Jackknife test) 결과, 그 변수만을 사용해서 모형을 만들었을 때 고도와 가장 추운 달의 최저온도가 가장 중요한 영향으로 확인되었고, 가장 건조한 달의 강수량과 고도는 그 변수만을 제거한 결과에서 가장 많은 영향을 준 것으로 나타났다.
뉴트리아의 잠재적 서식가능지역을 예측한 AUC값은 0.948(sd=0.002)로 나타나 모형의 신뢰성을 확인하였다. 모형의 수행능력을 나타내는 AUC값이0.
6%, 수계로부터의 거리(d_river)가 9% 순으로 높은 기여도를 나타내었다(Table 2). 모형에 대한 변수의 영향을 보여주는 잭나이프테스트(Jackknife test) 결과, 그 변수만을 사용해서 모형을 만들었을 때 고도와 가장 추운 달의 최저온도가 가장 중요한 영향으로 확인되었고, 가장 건조한 달의 강수량과 고도는 그 변수만을 제거한 결과에서 가장 많은 영향을 준 것으로 나타났다. 고도의 높은 기여도는 실제 뉴트리아 분포지점이 저지대 하천을 중심으로 집중되어 나타난 특성을 그대로 보여준다.
둘째, 외곽지역부터 해안 방향으로 포획활동을 이어가며 서식지역의 면적을 축소하는 방향으로 관리를 전개한다. 셋째, 현장 포획 전문가는 포획 개시 초반 3개월 동안 각각의 할당된 관리구역전체를 대상으로 포획을 전개하고, 3개월이 경과된 시점부터 대량으로 포획된 지역에 자원을 집중 투입하여 밀도 저하를 촉진한다. 이와 병행하여 선별된 집중분포지역에 대해서는 포획활동 초반부터 관리자원을 집중하며, 전체적인 개체군 밀도 저하를 유도한다.
CVh값은 다른 값의 적용 결과와 비교하여 중간 형태를 보였는데, 밀도가 높은 곳의 면적은 LSCVh보다 넓고, h-ref와 기본 설정 값보다는 좁았다(Figure 2). 이에 최우선적으로 관리가 필요한 지역을 산출하고 그 결과를 관리 현장에 적용하기 위해서는 CVh값을 이용한 분석이 가장 적합할 것으로 사료되어 상위 1%의 고밀도집중분포지역을 확인하였다.
임계값을 기준으로 출현가능지역과 비출현지역을 구분한 결과, 낙동강 중하류 및 섬진강 하류와 가화천 일대에서 출현 가능성을 나타내었다. 낙동강 중하류 일대의 출현가능지역은 뉴트리아 분포지역과 일치하는 경향을 보였지만, 섬진강 하류는 그간 뉴트리아의 유입이 관찰되지 않은 지역으로 지형적인 조건에 따른 이동경로 미확보가 확산을 제어한 주요 원인으로 추정된다.
잠재적 서식가능지역 예측 모형의 AUC값은0.948로 나타나 높은 신뢰도를 보였으며, 모형의 변수별 기여도는 고도, 가장 건조한 달의 강수량, 가장추운달의 최저온도, 수계로부터의 거리 순으로 나타났다. 환경변수와 출현확률과의 관계를 살펴보면, 고도 34m 이하의 저지대, 가장 추운달의 최저온도가 -5.
후속연구
한편, 뉴트리아는 선호하는 환경이 조성된 지역에서 지속적인 서식 경향을 보이므로(Aliev 1968), 집중분포지역 내 서식하는 모든 개체가 포획된 이후에도 재유입을 방지하기 위한 모니터링이 지속될 필요가 있다. 또한 향후 추가되는 연구에서 집중서식지역의 식생정보와 환경정보 등을 반영하여 선호 서식지역의 특성을 규명하면 주요 서식지역의 검출과 이를 통한 관리 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 기계학습 모형인 MaxEnt를 이용하여 뉴트리아의 서식가능지역을 예측하였지만, 수변부 일부 지역만을 서식에 활용하는 뉴트리아의 생활 습성을 반영하지 못하였다. 뉴트리아는 수중지역과 고지대 사이의 전이구역 이외의 지역은 서식에 활용하지 않으며, 수량은 서식 적합성에 높은 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Doncaster & Micol 1989; D’adamo et al 2000; Guichon et al.
향후 개선된 연구에서는 뉴트리아가 서식에 주로 이용하는 하천과 고지대 사이 전이구역을 대상으로 식생과 하상유형 등을 반영하여 정밀한 공간지도를 구축하고 다양한 범위의 서식지 환경조건, 생물학적 조건, 생리학적 제약에 관한 변수를 추가하면보다 활용도 높은 서식가능지역 예측이 가능할 것으로 판단된다. 아울러, 기후변화모델을 통해 뉴트리아의 잠재적 서식 범위 변화 양상을 평가하고 이를 활용하여 세부적인 관리전략을 수립하면 뉴트리아 관리 측면에서 유용한 자료로 활용될 수 있다.
(1983)이 제시한 바 있는 낮은 기온이 뉴트리아 생존에 미치는 부정적 영향을 고려하면, 뉴트리아의 출현은 저지대에서의 물의 존재와 겨울철기온에 영향을 받는 것으로 추정된다. 이러한 영향 요인은 향후 뉴트리아의 서식가능지역 검출과 확산예측에 있어 주요 변수로 검토될 수 있다.
집중분포지역에 대한 신속한 관리는 지역 내 개체군의 급속한 붕괴와 핵심 분포지역의 제거를 불러오며, 전체적인 개체군 밀도 감소 효과를 가져 온다. 한편, 뉴트리아는 선호하는 환경이 조성된 지역에서 지속적인 서식 경향을 보이므로(Aliev 1968), 집중분포지역 내 서식하는 모든 개체가 포획된 이후에도 재유입을 방지하기 위한 모니터링이 지속될 필요가 있다. 또한 향후 추가되는 연구에서 집중서식지역의 식생정보와 환경정보 등을 반영하여 선호 서식지역의 특성을 규명하면 주요 서식지역의 검출과 이를 통한 관리 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
2012). 향후 개선된 연구에서는 뉴트리아가 서식에 주로 이용하는 하천과 고지대 사이 전이구역을 대상으로 식생과 하상유형 등을 반영하여 정밀한 공간지도를 구축하고 다양한 범위의 서식지 환경조건, 생물학적 조건, 생리학적 제약에 관한 변수를 추가하면보다 활용도 높은 서식가능지역 예측이 가능할 것으로 판단된다. 아울러, 기후변화모델을 통해 뉴트리아의 잠재적 서식 범위 변화 양상을 평가하고 이를 활용하여 세부적인 관리전략을 수립하면 뉴트리아 관리 측면에서 유용한 자료로 활용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
침입외래생물이 생태계에 미치는 영향은 무엇인가?
산업과 기술의 급속한 발달에 따른 생물종의 이동증가는 침입외래생물의 전 세계적인 확산으로 이어지며, 인간에 의한 서식지 파괴, 기후변화 등 다양한 지구 환경 변화 요인과 함께 생태계를 위협하는 주요원인으로 지목되고 있다. 생물종 본래의 서식지를 벗어나 빠르게 번성하고 확산하는 침입외래생물은 새로운 환경에 대한 생리학적 적응력과 다양한 먹이유형이나 환경에 대한 생존 능력을 바탕으로 유입된 지역에 정착하여 생물다양성을 위협한다. 침입외래생물의 전 지구적인 확산은 생태계의 보전과 기능저하, 생물다양성 손실 뿐 아니라, 인간생활에 있어서도 막대한 경제적, 환경적 손실을 가져온다(Wilcove et al.
뉴트리아란?
세계자연보호연맹 (International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN)에서 선정한 세계 100대 침입외래생물 목록에 포함되어 있는 남미 원산의 뉴트리아(Myocastor coypus Molina)는 설치목(Rodentia) 뉴트리아과(Myocastoridae)에 속하는 포유동물이다(Woods & Howland 1979; Lowe et al. 2000; Lee et al.
뉴트리아는 어떤 번식 특성을 가지고 있는가?
2000). 설치류 특유의 뛰어난 번식 능력을 바탕으로 연 2-3회출산이 가능하며, 1회 출산 시 약 1-12개체 범위에서평균 3-6개체를 생산하는 등 단시간 빠른 속도의 밀도 증식이 가능하다(Gosling et al. 1980; Gosling & Baker 1981).
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