[논문]생태축 제안을 위한 회로 이론 기초 연결성 평가

윤은주; 김은영; 김지연; 이동근

doi:10.14249/eia.2019.28.3.275

[국내논문] 생태축 제안을 위한 회로 이론 기초 연결성 평가
Connectivity Assessment Based on Circuit Theory for Suggestion of Ecological Corridor 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.28 no.3, 2019년, pp.275 - 286

윤은주 (일본 국립환경연구원) , 김은영 (수원시정연구원) , 김지연 (서울대학교 대학원) , 이동근 (서울대학교 조경지역시스템 공학부)

초록
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생물의 국지적 멸종을 방지하고 생물 다양성을 보전하기 위해서는 서식처 간 연결성을 확보하는 것이 중요하다. 서식처가 다양한 교란요인에 노출되더라도 다른 서식처와 연결되어 있으면 종이 교란에 회피하거나 대응하는 것이 가능하기 때문이다. 서식처 연결성은 다양한 관점에서 평가될 수 있으나 최근 컴퓨터 연산능력과 관련 소프트웨어의 발달로 인해 종의 움직임에 기초하는 기능적 연결성의 중요성이 강조되고 있다. 따라서 본 연구에서는 각종 개발사업으로 서식처 파편화가 발생하는 수원시를 대상으로, 종의 이동량을 연결되는 모든 격자에 맵핑할 수 있는 써킷스케이프(circuitscape)를 적용하여 연결성을 평가하였다. 또한, 이에 기초하여 종의 이동이 상대적으로 집중되는 지역을 수원시에서 우선 보전해야 할 생태축으로 제안하고, 2018년도 토지피복과 식생활력도(NDVI)와 비교함으로써 관리의 필요성을 제시하였다. 본 연구결과는 기존에 개념도의 형태로만 제공되었던 생태축 부문을 효과적으로 보완하고, 실제 개발사업 관리 및 도시계획에서의 실효성을 확보할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to prevent local extinction of organisms and to preserve biodiversity, it is important to ensure connectivity between habitats. Even if the habitat is exposed to various disturbance factors, it is possible to avoid or respond to disturbances if they are linked to other habitats. Habitat connectivity can be assessed from a variety of perspectives, but the importance of functional connectivity based on species movement has been emphasized in recent years due to the development of computational capabilities and related software. Among them, Circuitscape, which is a connectivity evaluation tool, has an advantage it can provide detailed reference data for the city planning because it maps ecological flows on individual grid based on circuit theory. Therefore, in this study, the functional connectivity of Suwon was evaluated by applying Circuitscape and then, the ecological corridor to be conserved and supplemented was suggested based on it. The results of this study are expected to effectively complement the methodology related ecological corridor/axis, which was previously provided only in the form of a diagram, and to be effective in management of development project and urban planning.

Keyword

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Research Flow.
표 Table 1. Input dataset
그림 Figure 2. Study area: Suwon.
표 Table 2. Resistance values according to land cover in analysis extent
그림 Figure 3. Land cover of analysis extent (A) and resistance value (B): resistance values according to land cover were resampled into format of 100m grid considering the proportion of land cover within individual grid.
그림 Figure 4. Difference between circuit theory based method (a, b) and least-cost based method (c, d). The path with no alterative is represented as channel in figure 4b.
그림 Figure 5. Moving window for analyzing of sections A-L.
그림 Figure 6. Result of circuitscape (A) and graded connectivity (B).
그림 Figure 7. Land cover and connectivity (Zoom in, referring to Figure 7B).
그림 Figure 8. NDVI distribution and connectivity (referring to Figure 6B).

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 광교 및 호매실 개발사업 등 최근 산림 파편화가 발생한 수원시를 대상으로 써킷스케이프를 적용하여 전반적인 연결성을 평가한 다음, 집중적인 생태적 흐름이 나타나는 지역에 대해 생태축의 보전 및 관리방안을 제안하고자 하였다.
본 연구에서는 써킷스케이프의 패어-와이즈(pair-wise) 모드를 선택하여 수원시의 전반적인 연결성을 평가하고자 하였으며³⁾무빙윈도우(moving window)를 설정하여 각 윈도우 내 동-서, 남-북 간의 연결성을 평가하여 합산하였다. 수원시처럼 개발 지역 비율이 높은 지역에 서식하는 종의 이동반경이 수km 이내이므로 대상지를 5km 크기의 정사각형으로 구획(Figure 5, A-L), 각 구획별로 연결성 분석을 위한 2.
해당 연결성 평가결과는 토지피복별로 동일하게 부여된 저항값에 기초하므로 식생의 질 등을 반영하기 어렵다. 이에 식생의 활력도를 간접적으로 나타내주는 정규식생지수와 비교함으로써, 이러한 한계점을 보완하였다.
광교신도시 개발 사업이 완료되는 2020년 이후에는 현재 토지피복 상 나지로 분류된 Fgirue 7a2 지역 역시 개발지로 전환되므로 좁은 선형의 산림에 집중되는 현상은 더욱 심화될 것으로 예측된다. 이에, 본 연구에서는 이들 지역을 주요 생태축으로서 제안하였다. 현실적으로 현재진행 중인 개발지역의 변경은 어려우므로, 개발지역 주변의 좁은 선형의 산림조각과 이를 연결하는 나지 및 초지에 대한 보전과 관리(추가 개발에 대한 제한을 포함), 이 지역을 가로지르는 도로에는 적절한 형태의 생태 통로의 설치가 필요하다.
등 대규모의 개발 사업 전후의 생태적 흐름의 변화를 집중적으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수원시에서 2018년도 항공사진을 기준으로 구축한 최신의 토지피복을 반영함으로써, 개발 사업 이후의 연결성을 평가하는데 집중하였다. 그러나 정량적으로 평가된 생태축의 고려 없이 시행된 개발계획이 지역 내 전반적인 연결성에 어떠한 영향을 미쳤는지를 분석한다면 추가 개발계획의 평가, 개발지 내 생태통로의 설치, 녹지계획 보완 등을 효과적으로 지원할 수 있다.

제안 방법

본 연구의 흐름은 크게 다음과 같이 구분하였다(Figure 1). 첫째, 연구대상지인 수원시의 크기, 지형, 토지피복 등을 고려하여 연결성 평가 방식을 설정하였다. 둘째, 수원시 토지 피복의 구성과 선행연구를 참조하여 격자별 저항값(resistance value)을 할당하였다.
첫째, 연구대상지인 수원시의 크기, 지형, 토지피복 등을 고려하여 연결성 평가 방식을 설정하였다. 둘째, 수원시 토지 피복의 구성과 선행연구를 참조하여 격자별 저항값(resistance value)을 할당하였다. 셋째, 써킷스케이프를 적용하여 종의 이동에 기초한 연결성을 평가하였다.
둘째, 수원시 토지 피복의 구성과 선행연구를 참조하여 격자별 저항값(resistance value)을 할당하였다. 셋째, 써킷스케이프를 적용하여 종의 이동에 기초한 연결성을 평가하였다. 넷째, 종의 이동이 상대적으로 집중되는 지역을 중심으로 NDVI, 토지 피복도와 비교, 생태축을 제안하였다.
셋째, 써킷스케이프를 적용하여 종의 이동에 기초한 연결성을 평가하였다. 넷째, 종의 이동이 상대적으로 집중되는 지역을 중심으로 NDVI, 토지 피복도와 비교, 생태축을 제안하였다. 단계별로 사용된 입력자료는 Table 1에서 제시하였다.
2016) 가장 고해상도인 100m를 적용하였다. 또한, 분석범위(analysis extent)는 수원시 내부와 외부 서식처의 연결성을 함께 고려하기 위하여 수원시의 경계에서 최소 5km 이상의 버퍼 지역(buffer area)을 포함하도록 하였다. 이에 따라 전체 분석지역은 수원시를 포함한 100m격자 200×260 개로 구성되었다.
써킷스케이프 관련 선행연구에서 적용한 저항값(Desrochers et al. 2011; Pelletier et al. 2014)과 국내에서 경관투과성 점수(Lee et al. 2008)를 고려하여 저항값을 부여하였다(Table 2). 써킷스케이프 관련 연구에서 활용되었던 Desrochers et al.
저항값은 특정 종의 이동과 관련된 것으로서 지역에 따라 차이가 있으나, 본 연구에서는 해당 자료의 미비로 인하여 선행연구를 참조하여 할당하였다. 대신 써킷스케이프의 모의 결과와 연구진의 경험적 지식을 비교함으로써 저항값 할당과 조정 과정을 반복하여 최종적으로 결정하였다.²⁾
무빙윈도우(moving window)를 설정하여 각 윈도우 내 동-서, 남-북 간의 연결성을 평가하여 합산하였다. 수원시처럼 개발 지역 비율이 높은 지역에 서식하는 종의 이동반경이 수km 이내이므로 대상지를 5km 크기의 정사각형으로 구획(Figure 5, A-L), 각 구획별로 연결성 분석을 위한 2.5-3km의 버퍼지역을 두어 무빙윈도우를 형성하였다(Pelletier et al. 2014; Koen et al. 2014). 무빙윈도우의 동-서, 남-북 양 극단에 목표지점(focal patch)을 할당하여 목표지점 간 연결성을 평가하였으며, 분석 후에는 버퍼지역을 제거한 다음구획된 A-L만을 모자이크하였다(Appendix ①-④).
2014). 무빙윈도우의 동-서, 남-북 양 극단에 목표지점(focal patch)을 할당하여 목표지점 간 연결성을 평가하였으며, 분석 후에는 버퍼지역을 제거한 다음구획된 A-L만을 모자이크하였다(Appendix ①-④).
써킷스케이프의 연결성 평가결과에 기초하여 종의 이동이 집중되는 지역을 중심으로 생태축을 규명하였다. 써킷스케이프 결과 관련하여 절대적 기준이 제시된 바 없기 때문에 지역 내 분포하는 연결성 값의 비율에 기초하여 분류, 해석하였다.
써킷스케이프의 연결성 평가결과에 기초하여 종의 이동이 집중되는 지역을 중심으로 생태축을 규명하였다. 써킷스케이프 결과 관련하여 절대적 기준이 제시된 바 없기 때문에 지역 내 분포하는 연결성 값의 비율에 기초하여 분류, 해석하였다. 이때 계획적 관점에서 연구 대상지 내에서 적절한 수준의 연결된 패턴이 나타날 때까지 경험적으로 조정하였으며, 최종적으로 상위 1-15%, 15-30%가 결정되었다.
이때 계획적 관점에서 연구 대상지 내에서 적절한 수준의 연결된 패턴이 나타날 때까지 경험적으로 조정하였으며, 최종적으로 상위 1-15%, 15-30%가 결정되었다. 또한 해당 생태축은 100m의 해상도로 나타나기 때문에 30m 해상도로 구축된 정규식생지수(Normalized difference vegetation index, NDVI, Equation 4), 1:15,000 해상도로 구축된 토지피복자료와 비교하였다. 해당 연결성 평가결과는 토지피복별로 동일하게 부여된 저항값에 기초하므로 식생의 질 등을 반영하기 어렵다.
본 연구는 지나치게 먼 거리에 있는 패치간의 연결성이 그렇지 않은 연결성과 동등하게 반영되는 것을 방지하고자 12개의 정사각형(A-L)으로 구분하여 무빙윈도우를 형성, 분석한 다음 모자이크하는 방법을 적용하였다. 그러나 연결성 평가 결과 일부 지역에서는 정사각형 간의 경계가 나타나는 것이 관찰되었는데, 이것은 무빙윈도우 내 저항값 분포가 달라 바로 인접한 격자라도 어느 윈도우에 속하느냐에 따라 상대적인 연결성 값이 다르게 할당된 데에 기인한다.

대상 데이터

본 연구대상지는 행정구역상 경기도 수원시로 설정하였다, 수원시는 경기도 중남부에 위치하며, 경기도청 소재지인 도시이다. 현재 121.
이에 따라 전체 분석지역은 수원시를 포함한 100m격자 200×260 개로 구성되었다.
써킷스케이프의 주요한 입력 자료인 저항값은 최신의 토지피복과, 저항값을 활용하여 연결성을 평가한 선행연구에 기초하여 할당하였다. 환경부에서 제공하는 최신 세분류 토지피복자료(2013-2014)는 최근 수원시의 대규모 개발사업(광교신도시, 호매실 택지개발사업)이 반영되지 않으므로, 수원시정연구원에서 2018년도 항공영상으로 분류한 수원시 토지피복자료를 이용하였다. 연구의 해상도와 참조한 저항값 분류를 고려하여 토지피복 분류는 대분류 평가항목으로 통합하여 사용하였다.

데이터처리

2010). 또한, 써킷스케이프의 입력자료로는 개별 격자 내에서의 토지 피복 비율을 반영한 저항값 평균을 사용하였다. 저항값은 특정 종의 이동과 관련된 것으로서 지역에 따라 차이가 있으나, 본 연구에서는 해당 자료의 미비로 인하여 선행연구를 참조하여 할당하였다.

이론/모형

이에 따라 전체 분석지역은 수원시를 포함한 100m격자 200×260 개로 구성되었다. 연결성 분석에는 Circuitscape 4.0.5(www.circuitscape. org)을, 입출력 자료의 가공에는 Matlab 2017b을 적용했다.
환경부에서 제공하는 최신 세분류 토지피복자료(2013-2014)는 최근 수원시의 대규모 개발사업(광교신도시, 호매실 택지개발사업)이 반영되지 않으므로, 수원시정연구원에서 2018년도 항공영상으로 분류한 수원시 토지피복자료를 이용하였다. 연구의 해상도와 참조한 저항값 분류를 고려하여 토지피복 분류는 대분류 평가항목으로 통합하여 사용하였다.

성능/효과

써킷스케이프 결과 관련하여 절대적 기준이 제시된 바 없기 때문에 지역 내 분포하는 연결성 값의 비율에 기초하여 분류, 해석하였다. 이때 계획적 관점에서 연구 대상지 내에서 적절한 수준의 연결된 패턴이 나타날 때까지 경험적으로 조정하였으며, 최종적으로 상위 1-15%, 15-30%가 결정되었다. 또한 해당 생태축은 100m의 해상도로 나타나기 때문에 30m 해상도로 구축된 정규식생지수(Normalized difference vegetation index, NDVI, Equation 4), 1:15,000 해상도로 구축된 토지피복자료와 비교하였다.
써킷스케이프의 결과에 기초하여 상위 15%, 30%의 연결성 분포 지역을 분류하였을 때 주요한 생태축이 수원시의 동쪽, 광교신도시를 가운데 두고 좌, 우편 측에 북서에서 남동 방향으로 길게 뻗어 있는 것으로 나타났다(Figure 6B). 이 생태축은 수원시 북부의 백운산과 광교산에서 시작하여 광교신도시를 지나 미집행공원인 영흥공원 일대까지 분포하였다.
그러나 후자의 경우에는 토지피복에 기초한 저항값이 식생 활력도와 같은 자료를 참조하여 보정될 필요가 있음을 시사한다. 특히, 본 연구에서 제안한 생태축은 매우 좁은 선형의 파편화된 산림패치에 집중되어 생태축 보전 측면에서 중요하지만 그만큼 취약하다. 연결성 평가 측면에서, 그리고 생태축 보전 및 관리 측면에서 저항값에 비해 식생활력도가 높은 지역을 어떻게 고려하는가에 따라이 현상을 완화시킬 수 있을 것으로 기대되나 해당 내용은 본 연구의 범위에서 벗어나므로 제외하였다.

후속연구

이에, 본 연구에서는 이들 지역을 주요 생태축으로서 제안하였다. 현실적으로 현재진행 중인 개발지역의 변경은 어려우므로, 개발지역 주변의 좁은 선형의 산림조각과 이를 연결하는 나지 및 초지에 대한 보전과 관리(추가 개발에 대한 제한을 포함), 이 지역을 가로지르는 도로에는 적절한 형태의 생태 통로의 설치가 필요하다. 해당 지역의 식생활력도(NDVI) 값 분포를 고려했을 때, 정도의 차이는 있으나 높은 식생활력도 값이 대부분 연속적으로 분포하고 있다(Figure 8).
전자는 대부분 산림 외부와 맞닿아있어 외부 간섭으로 인한 식생 활력도가 저하되는 것으로 파악되며, 생태축 보전 시 집중적인 식생의 관리가 요구되는 지역이다. 그러나 후자의 경우에는 토지피복에 기초한 저항값이 식생 활력도와 같은 자료를 참조하여 보정될 필요가 있음을 시사한다. 특히, 본 연구에서 제안한 생태축은 매우 좁은 선형의 파편화된 산림패치에 집중되어 생태축 보전 측면에서 중요하지만 그만큼 취약하다.
(2016)는 최근 개별 격자 단위로 원형의 무빙윈도우를 움직이며 각 윈도우별로 평가된 연결성을 누적하는 방법으로 이 문제를 해결하였으나, 상용화 이전 단계이다. 향후 연구에서는 연구진 자체적으로 반경과 중첩 정도를 조정할 수 있는 무빙 윈도우와 써킷스케이프의 연결성 연산을 결합하는 방법을 적용해 볼 수 있을 것으로 판단된다.
또한 향후 연구에서는 최근 진행된 광교신도시⁴⁾, 호매실 택지개발사업⁵⁾ 등 대규모의 개발 사업 전후의 생태적 흐름의 변화를 집중적으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수원시에서 2018년도 항공사진을 기준으로 구축한 최신의 토지피복을 반영함으로써, 개발 사업 이후의 연결성을 평가하는데 집중하였다.
본 연구에서는 수원시에서 2018년도 항공사진을 기준으로 구축한 최신의 토지피복을 반영함으로써, 개발 사업 이후의 연결성을 평가하는데 집중하였다. 그러나 정량적으로 평가된 생태축의 고려 없이 시행된 개발계획이 지역 내 전반적인 연결성에 어떠한 영향을 미쳤는지를 분석한다면 추가 개발계획의 평가, 개발지 내 생태통로의 설치, 녹지계획 보완 등을 효과적으로 지원할 수 있다. 또한 수원시 황구지천 주변 절대농지가 해제에 따른 연결성의 변화를 사전에 예측함으로써 관련 개발 계획을 수정 및 보완하는 것 역시 지원할 수 있을 것으로 예상된다.
그러나 정량적으로 평가된 생태축의 고려 없이 시행된 개발계획이 지역 내 전반적인 연결성에 어떠한 영향을 미쳤는지를 분석한다면 추가 개발계획의 평가, 개발지 내 생태통로의 설치, 녹지계획 보완 등을 효과적으로 지원할 수 있다. 또한 수원시 황구지천 주변 절대농지가 해제에 따른 연결성의 변화를 사전에 예측함으로써 관련 개발 계획을 수정 및 보완하는 것 역시 지원할 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	McRae et al. (2008)에 의해 처음 제안된 써킷스케이프는 무엇인가?	반면에 McRae et al. (2008)에 의해 처음 제안된 써킷스케이프(Circuitscape)는 저항의 분포에 따른 전류의 양을 산출하는 회로이론에 기초한 연결성 평가 소프트웨어로서, 개별 격자의 토지이용을 종 이동에 대한 저항으로 간주, 목표지점 간 연결된 모든 격자에 대해 종의 상대적인 이동량을 계산하여 연결성을 맵핑하는 것이 가능하다. 즉, 저항을 고려한다는 점에서는 동일하지만, 목표지점 간 하나의 경로만을 산출하는 최소비용경로 평가기법과는 달리 써킷스케이프는 연결된 모든 격자에 대해 종 이동의 확산(diffusion)과 집중(channel, pinch point) 등을 통합적으로 평가할 수 있다(Koen et al.
	산림파편화는 생태계의 어떠한 영향을 끼치는가?	산림파편화는 토지이용 변화와 같은 경관의 구조적 변화뿐만 아니라 개별 종의 이동, 종간의 상호작용 변화와 같은 경관 기능을 변화시킨다. 파편화로 인한 산림크기의 감소는 가장자리 효과와 외래종 도입으로 인한 교란 증가, 서식처간 연결성 감소 등을 유발하며, 이것은 결국 종의 국지적인 멸종 및 전체적인 종 다양성 감소로 이어진다(Cushman 2006; Rayfield et al. 2011; Kim et al.
	써킷스케이프의 장점은 무엇인가?	최소비용경로는 써킷스케이프와 동일하게 저항값에 기초하나, 대체경로의 존재 여부에 따른 차이를 반영하지 못하며(Figure 4c, d), 써킷스케이프는 대체경로가 있을 때 종의 이동이 나뉘는 것(Figure 4a, b)을 반영할 수 있다. 같은 맥락에서 써킷스케이프는 대체경로가 있을 때에 비해 없을 때 상대적으로 집중되는 경향을 분석할 수 있다는 장점이 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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