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산림성 조류의 도시내 번식이동 연결망 특성
Network Characteristics of Forest Birds' Dispersal Movement in an Urban Area

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Authors
이응경
Advisor
이도원
Major
환경대학원 환경계획학과
Issue Date
2013-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
생태계 서비스조류의 번식이동랜덤워크마코프 과정연결망매개중심성ecosystem servicebirds' dispersal movementrandom walkMarkov processnetworkbetweeness centrality
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 환경대학원 : 환경계획학과, 2013. 2. 이도원.
Abstract
자연 생태계는 우리들에게 식량과 물의 제공, 오염 정화, 기후변화 제어 등 다양한 혜택들을 제공하고 있다. 최근 생태학에서는 이러한 혜택들을 생태계 서비스(Ecosystem Services)라고 부르며, 전세계적으로 다양한 연구들이 진행되고 있다. 공간계획 측면에서도 한정된 자원을 투입해서 보다 나은 효과를 얻고자 한다면, 기존 공간에 주어지고 있는 생태계 서비스의 종류, 공급량, 그리고 공급망의 구조를 잘 이해하고 활용할 필요가 있다.
도시에서 조류는 다양한 기능적 서비스를 제공하고 있다. 조류가 도시에 공급하는 생태계 서비스의 양은 조류의 활동량과 관련되며, 공급망의 구조는 주변 생태계에서 도시로 이동하는 조류의 경로 선택과 관련되어 있다. 그러나 조류 서식처 질에 대한 연구는 상대적으로 많았지만, 생태계 서비스와 직접적 관련이 있는 조류의 이동이나 활동의 분포에 대한 연구는 부족했다.
복잡한 도시 환경에서 많은 새들의 활동을 정량적으로 해석하고 예측하기 위해서는, 조류의 이동 과정과 그 결과의 분포를 동태적이며 확률적으로 다룰 수 있는 도구가 필요하다. 일견 무작위적으로 보이는 많은 개체들의 이동을 확률적으로 해석하는 랜덤워크(random walk) 이론을 도입함으로써, 이러한 질문들에 대한 실용적이며 학문적인 접근이 가능해질 수 있다.
이 연구에서는, 도시 지역에서 조류의 분포와 이동을 설명할 수 있는 2차원 격자 구조의 랜덤워크 모형을 개발하고, 이 모형을 이용해 주변 산림 생태계에서 도시 내부로 연결되는 조류 이동 연결망의 특성을 분석하는 틀을 제시했다. 그 첫 번째 과정으로 평형상태(steady state)에서 조류의 분포와 이동을 예측할 수 있는 수학적 모형을 개발했다. 또한 수원시를 대상지역으로 구체적인 모형을 구현하고, 모형의 외삽 적용 가능성을 확인하기 위해 동일한 모형을 성남시에 적용했다. 마지막으로 수원시의 도심에 위치한 팔달산에서 발견된 박새들의 유입 경로를 분석하고, 연결성 취약 지역을 분석했다.
수학적 모형은 4가지 정의와 4가지 가정을 이용해, 조류의 랜덤워크를 시공간적으로 불연속적인 마코프 과정(Markov process)으로 해석함으로써 개발됐다. 사용된 4가지 정의를 이용해서, 대상은 산림성 조류(특히 박새류)로 한정하고 이동은 번식이동(dispersal movement)으로 한정했다. 모형의 단순화를 위해 단위 시간당 이동 거리를 한 격자 단위로 고정했으며, 최적 수렵 이론(optimal forage theory) 등의 연구 결과들을 활용해서 선호도 개념을 제안했고, 이동 방향은 선호도에 따라 확률적으로 결정되도록 했다.
개발된 모형은 수원시를 대상지역으로 구현됐다. 토지피복에 따른 선호도를 입력 자료로, 평형상태에서 조류 활동도의 분포를 예측하고, 2009년 번식기 조사 자료(79개 지점)들과 비교했다. 비교 결과, 수원시 환경에서 조류 분포가 완전한 평형상태에 도달했다고 가정할 수는 없으나, 모형 결과는 현장 조사 결과를 비교적 잘 설명할 수 있었다. 또한 다른 지역에 대한 모형의 외삽 적용 가능성을 검토하기 위해 동일한 모형을 성남시에 적용했으며, 성남시의 더 많은 조사 자료(357개 지점)에서도 비슷한 정도의 설명력을 확인할 수 있었다. 따라서 다른 도시에 대한 모형의 외삽 적용 가능성 또한 긍정적일 것으로 판단된다.
모형의 실용적인 활용 사례로써, 수원시 도시 내부에서 번식이동 연결망 특성을 분석했다. 도심에 위치한 팔달산에서 발견된 박새들은 도시 외부에 존재하는 더 큰 산림 생태계에서 유입된 것으로 판단되는데, 어떤 지역에서 출발했으며, 어떤 경로를 통해 팔달산까지 도달했을지 가장 그럴듯한(plausible) 경로를 확률적으로 추정했다. 가장 그럴듯한 경로 추정을 위해서 각 공간의 번식이동 기여도와 매개중심성(betweenness centrality) 지수를 개발하고 활용했다. 그 결과 수원시 북쪽의 광교산에서 출발해서, 팔달산의 북동쪽으로 이어지는 파편화된 녹지들을 이용했을 가능성이 가장 큰 것으로 예측되었다. 이 경로상에서, 연결성 취약지역 또한 제시됐다. 이런 접근방법은, 조류에 의한 생태계 서비스 공급망의 복원 측면에서 가장 효과적인 투자가 가능한 후보 지역들의 선정 과정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이 연구의 주요 발견 사항들은 다음과 같다.

1. 모형은 비교적 단순한 구조를 가지지만, 두 도시 지역에서 성공적으로 박새류의 활동 분포를 예측했다. 산림성 조류의 번식이동에 대해서 충분히 외삽 적용 가능성이 있다고 판단된다.
2. 평형상태 예측 결과, 조류 활동의 공간적 분포는 정규분포 또는 그와 유사한 분포를 보이지 않았다. 이 특성은 도시 지역에서 조류상 조사 설계나, 조류 이동 경로의 연결성을 고려한 개발지역 선정 과정에서 고려될 필요가 있다고 판단된다.
3. 수원시 팔달산에서 발견된 박새류는 수원시 북쪽의 광교산에서 출발해서, 팔달산 북동쪽의 파편화된 녹지들을 따라 번식이동해왔을 가능성이 크다.
4. 수원시의 경우 하천이나 가로수 등의 선형 녹지보다는 도시 내부의 작은 산림이나 큰 공원의 번식이동 기여도가 더 컸다. 도시 내부의 산림들은 주변의 새들을 모아 팔달산까지 보내는 펌프와 같은 역할을 하고 있다고 판단된다.
5. 공간의 매개중심성과 번식이동 기여도를 중첩했을 때 연결성 취약지역을 보다 쉽게 찾아낼 수 있었다. 이 접근 방법은, 조류의 번식이동 연결망 복원 또는 보완을 위해 효과적인 투자가 가능한 생태적 후보 지역을 선정하는 과정에 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

이 연구에서는 조류의 이동을 번식이동만으로 제한하고, 선호도 가정을 도입했으며, 이동 속도를 상수로 가정했다. 이 제한을 통해 모형의 구조를 단순하게 유지했고, 외삽 가능성을 높일 수 있었다. 그러나 보다 현실적인 예측이나, 레비 비행과 같은 흥미로운 현상을 설명할 수 있기 위해서는 이 제한 사항들을 개선할 필요가 있다. 추가해서, 조류의 활동에 대한 원격 측정이 충분히 이뤄진다면, 조류가 도시에 공급하고 있는 생태계 서비스 공급망의 구조적 특성과 교란에 대한 안정성 등 보다 다양하고 흥미로운 질문들에 대한 답을 얻을 수 있을 것이다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/124902
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Appears in Collections:
Graduate School of Environmental Studies (환경대학원)Dept. of Environmental Planning (환경계획학과)Theses (Ph.D. / Sc.D._환경계획학과)
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