제주도 생태계 연결성과 탄소저장 최적화 프로젝트
- ArcGIS StoryMap 공모전 참가작 리뷰 -
안녕하십니까 긴 휴식 끝에 오랜만에 올리는 게시글입니다.
이번에 저는 ArcGIS StoryMap 공모전에
"Optimizing Ecological-Infrastructure Connectivity in Jeju: Multi-Objective Approach for Carbon Storage and Biodiversity"
라는 주제로 참가했습니다. 제주도의 생태계 연결성과 탄소저장 능력을 분석하여 복원 우선순위를 도출하는 연구였는데요, 오늘은 이 프로젝트의 내용과 결과를 소개해 드리려고 합니다.
(관심있으신 분들은 편하게 봐주시면 감사하겠습니다!)_참고로 본선 통과는 실패했습니다 ㅎㅎ
https://storymaps.arcgis.com/stories/a59d0a21c35141eeb4268f0240b35e61
Optimizing Ecological-Infrastructure Connectivity in Jeju
Multi-Objective Approach for Carbon Storage and Biodiversity
storymaps.arcgis.com
1. 프로젝트 배경 및 목적
제주도는 2002년 생물권보전지역, 2007년 세계자연유산, 2010년 세계지질공원으로 지정되어 UNESCO의 '트리플 크라운'을 달성한 한국의 생태적 보물섬입니다. 2,000여 종의 식물과 4,000여 종의 동물이 서식하는 생물다양성의 보고이지만, 최근 20년간 급격한 관광 개발과 도시화로 인해 산림 면적이 지속적으로 감소하고 있습니다. 이 프로젝트에서는 제주도의 생태적 연결성과 탄소저장 잠재력을 분석하여, 2035년까지의 탄소중립 달성과 지속가능한 성장을 지원할 핵심 복원 지역을 식별하는 것을 목표로 했습니다.
2. 제주도 생태계 현황 및 위기
2-1. 토지피복 변화 분석 (2000-2020)
2000년에서 2020년 사이, 제주도의 토지피복은 크게 변화했습니다:
- 산림 면적: 20.2%에서 13.8%로 감소 (31.7% 감소)
- 농업 용지: 7.7%에서 11.9%로 증가
- 도시 지역: 1.7%에서 3.6%로 두 배 이상 증가 이 기간 동안 사라진 산림의 약 70%는 농경지(감귤 농장, 차 플랜테이션)로, 19%는 초지(골프장, 휴양지)로, 10%는 도시 개발로 전환되었습니다.
2-2. 제주도의 생태 축
제주도의 생태 축은 한라산을 중심으로 방사형과 원형의 생태 축을 형성하고 있습니다. 고도와 지리적 특성에 따라 다음과 같은 5가지 유형의 생태 회랑이 존재합니다:
- 해안 생태 회랑 (< 200m)
- 중산간 생태 회랑 (200-600m)
- 산지 생태 회랑 (>= 600m)
- 곶자왈 생태 회랑
- 해안 소나무 벨트 (< 150m)
특히, 곶자왈은 제주 방언으로 '돌과 나무가 섞인 숲'을 의미하며, 화산 활동으로 형성된 암석 지형 위에 자연적으로 형성된 숲입니다. 이 지역은 높은 투수성 지질 구조로 지하수 함양에 크게 기여하며, 일반 산림보다 약 8% 더 많은 탄소를 저장하는 것으로 나타났습니다.
3. 이동 저항성 분석
이동 저항성 표면 분석은 제주도의 생태적 연결성을 최적화하는 데 있어 중요한 단계입니다. 이 분석은 야생동물의 이동 난이도를 1(매우 낮은 저항, 쉬운 이동)부터 20(매우 높은 저항, 어려운 이동)까지 수치화하여 모델링했습니다.
3-1. 이동 저항값 설정
- 곶자왈 숲: 가장 낮은 저항값 (1)
- 산림 지역: 낮은 저항값 (1)
- 초지 및 습지: 중간 저항값 (2-5)
- 농경지: 중간-높은 저항값 (5-6)
- 도시 개발 지역: 가장 높은 저항값 (8-10)
- 경사도에 따른 추가 저항값 적용
- 도로 유형별 버퍼 및 저항값 적용
최종 이동 저항성 표면 분석 결과, 제주도의 평균 저항값은 8.3으로 나타났습니다. 곶자왈 숲과 한라산 중심부 숲이 가장 저항이 낮은 지역으로, 도시 중심부와 주요 도로 교차점, 특히 서부산업도로와 5.16도로 주변이 가장 큰 장벽으로 분석되었습니다.
4. 탄소 저장 및 생태적 가치
제주도는 한라산을 중심으로 독특한 생태적 특성을 가지고 있으며, 한반도의 다른 지역과 비교하여 수종 구성과 산림 구조에 큰 차이가 있습니다. 따라서 이 분석에서는 수종과 영급에 따른 제주 특화 탄소계수를 적용했습니다.
4-1. 탄소 저장량 분석 결과
제주도 산림의 총 탄소 저장량은 약 3,250,000톤으로 추정되며, 헥타르당 평균 탄소 저장량은 87.3톤으로 나타났습니다.
수종별 탄소 저장량: - 참나무류: 105.8톤/ha (총 758,000톤) - 후박나무: 98.5톤/ha (총 612,000톤) - 곰솔: 85.2톤/ha (총 732,000톤) - 삼나무: 78.4톤/ha (총 425,000톤) - 혼합림: 92.6톤/ha (총 583,000톤)
특히 주목할 점은 곶자왈 숲의 탄소 저장 효율이 매우 높다는 것입니다. 곶자왈은 제주도 전체 산림 면적의 4.2%에 불과하지만, 전체 탄소 저장량의 27.5%를 차지하며, 단위 면적당 저장 효율은 다른 지역보다 22.8% 높게 나타났습니다.
4-2. 생태적 가치 평가
제주도 산림의 생태적 가치를 평가하기 위해 25점 척도의 평가 체계를 적용했으며, 다음 5가지 핵심 생태적 요소를 고려했습니다: 1. 제주 특화 수종 가치 (0-5점)
2. 산림 유형 가치 (0-5점)
3. 영급/경급 가치 (0-4점)
4. 고도 구간 가치 (0-5점)
5. 곶자왈 여부 (0/5점)
분석 결과, 제주도의 생태적 가치는 중심부 한라산 지역에서 가장 높고 해안으로 갈수록 점차 감소하는 동심원 구조를 보였습니다. 25점 만점에 평균 생태적 가치 점수는 7.14점으로, 전체 면적의 0.8%만이 매우 높은 가치 범위(21-25점)에 속했으며, 낮은 가치 지역(6-10점)이 41.3%로 가장 큰 비중을 차지했습니다.
5. 생태 연결성 분석
본 연구에서는 전통적인 최소비용경로(LCP) 분석의 한계를 극복하기 위해 회로 이론을 적용했습니다. 회로 이론은 경관을 전기 회로로 간주하고, 핵심 서식지 간의 모든 가능한 이동 경로를 전류 흐름으로 모델링합니다.
5-1. 복원 우선순위 결정 요소
복원 우선순위를 결정하기 위해 다음 네 가지 핵심 요소를 고려했습니다:
1. 이동 흐름(연결성): 회로 이론 분석에서 도출된 누적 전류 값 (0-10점)
2. 이동 저항(복원 효과): 현재 저항 값 (1-10점, 점수가 높을수록 복원 시 효과가 크다는 의미)
3. 핵심 서식지로부터의 거리: 핵심 서식지로부터의 거리 (1-10점, 가까울수록 높은 점수)
4. 탄소 저장 잠재력: 어린 산림 지역이 성장 잠재력이 크므로 높은 점수 부여 (1-10점)
5-2. 시나리오별 복원 우선순위
우리는 다양한 복원 목표에 따라 세 가지 시나리오를 개발하고, 각 시나리오에 따라 우선순위 요소에 다른 가중치를 적용했습니다:
- 균형 시나리오: 모든 요소에 균등한 가중치
- 높은 연결성 시나리오: 이동 흐름과 이동 저항에 높은 가중치
- 높은 탄소 시나리오: 탄소 저장 잠재력에 높은 가중치
각 시나리오에 대해 복원 우선순위 지도를 생성하고, 상위 20%의 지역을 해당 시나리오의 우선 복원 구역으로 지정했습니다.
5-3. 최종 우선 복원 지역
세 가지 시나리오(균형, 높은 연결성, 높은 탄소) 모두에서 높은 우선순위로 선정된 '공통 우선 복원 지역'을 식별했습니다. 이 지역들은 모든 복원 목표에서 높은 우선순위를 가지므로 투자 대비 가장 큰 복원 효과를 얻을 것으로 예상됩니다.
최종 우선 복원 지역은 총 787개 패치로, 면적은 25,571헥타르로 제주도 산림의 약 34.9%를 차지합니다. 평균 패치 크기는 32.5헥타르이며, 가장 큰 패치는 1,256헥타르, 가장 작은 것은 1.0헥타르입니다.
이 지역들은 유형별로 중산간 도로 주변의 단절 구간(43%), 곶자왈 숲 주변 패치(31%), 방사형 생태 축을 따라 단절된 구간(26%)으로 분류됩니다.
6. 시각화 및 최우선 복원 지점
최종 우선 복원 지역이 광범위하게 선정되었기 때문에, 실제 복원 프로젝트 실행을 위한 전략적 접근이 필요했습니다.
실용성과 효율성을 고려하여, 중간 크기 패치(10-50ha) 중에서 전략적으로 위치한 15개 지점을 최우선 복원 지점으로 선정했습니다. 이 15개 최우선 복원 지점은 제주도 전역에 고르게 분포하고 있으며, 한라산을 중심으로 방사형 패턴을 형성하고 있습니다.
특히 중산간 지역에 집중되어 있으며, 동, 서, 북부 지역에 잘 분포되어 있고, 일부는 한라산 국립공원 경계 근처에 위치하고 있습니다. 주목할 만한 점은 대부분의 최우선 복원 지점이 주요 도로 인접 지역에 위치하고 있다는 것입니다. 이는 도로로 인한 생태계 단절이 제주도 생태적 연결성의 주요 위협 요소임을 시사합니다. 또한, 한라산 주변의 원형 분포는 제주도의 독특한 원형 생태 축 복원에 중요한 의미를 가집니다.
7. 마무
이상으로 제주도 생태계 연결성과 탄소저장 최적화 프로젝트에 대한 리뷰를 마칩니다. 이 프로젝트는 제주도의 독특한 생태계 구조를 이해하고, 복원 우선순위를 과학적으로 도출함으로써 제주도의 지속가능한 발전을 위한 생태계 관리 전략을 제시했습니다.
관심 있으신 분들은 아래 링크를 통해 전체 StoryMap을 확인해보세요. 감사합니다!
자세한 내용을 서술하기엔 티스토리와 arcgis storymap과 달라서 자세하게 서술 못했습니다.
[StoryMap 바로가기] https://storymaps.arcgis.com/stories/a59d0a21c35141eeb4268f0240b35e61