GIS와 위성영상을 이용한 도시숲 침입교란종 분포 연구

Abstract

도시 내 침입교란종 문제가 심각해지고 있지만, 도시숲에서의 침입교란종 분포 특성은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구는 우면산 도시숲을 위협하는 서양등골나물과 돼지풀, 미국가막사리, 칡 등 식물종 특성이 다른 4개 침입교란종의 분포패턴과 잠재적 출현양상을 분석하였다. 이를 위해 Landsat-8 OLI 위성의 시계열 영상자료와 GIS 기반의 환경공간자료를 이용하여 최대 엔트로피(Maximum entropy, Maxent) 종 분포 모델링을 수행하였다. 평균 AUC 값을 통한 Maxent 모델 검증 결과, 테스트 데이터에서 서양등골나물은 AUC 0.91, 돼지풀은 0.86, 미국가막사리는 0.86, 칡은 0.88로, 4개 종 평균 AUC 0.88의 우수한 정확도를 나타냈다. 등산로로부터의 거리가 4개 종 출현에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났고, 4개 종 모두 등산로로부터 거리가 가까울수록, 즉 인간 간섭이 클수록 출현 확률이 높은 것으로 나타났다. 원격탐사 기반의 예측변수들 가운데 2016년 8월의 Tasseled-Cap 밝기도 지수는 우면산에서 가장 큰 잠재적 분포 지역을 보여주는 서양등골나물 출현에 있어 중요 변수로 나타났다. 침입교란종의 잠재 서식분포 확률 간 피어슨 상관분석 결과, 서양등골나물은 다른 침입교란종과 중-중상 정도(r=0.59–0.82)의 생태적 지위 중복 경향이 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 도시 자연자원 관리 및 생물다양성 보전을 위한 침입교란종 이해와 공간적 분포 지도화에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

The issues of invasive disturbance species are growing concern, however little is known about the distribution characteristics of invasive disturbance species in urban forests. In this study, we used Maximum entropy (Maxent) modeling with GIS layers and a time-series of Landsat 8 satellite imagery data to analyze the distribution pattern and potential occurrence of four invasive disturbance species, Ageratina altissima, Ambrosia artemisiifolia, Bidens frondosa, and Pueraria montana, in Mt. Umyeon in the metropolitan area of South Korea. These plants have different species traits. The Maxent model performed well for the four species with an average test AUC value of 0.91 for A. altissima, 0.86 for A. artemisiifolia, 0.86 for B. frondosa, and 0.88 for P. montana. Distance from trails had the greatest effects on the occurrence probability of all four invasive disturbance species, and it exerted a negative influence, indicating that urban forest trails help spread invasive disturbance species. Of the remote sensing-based predictors used, Aug 7 2016 Tasseled-Cap soil brightness index was an important variable for A. altissima, which showed the largest potential distribution area in the study area. In addition, the occurrence probability of A. altissima had high and moderate correlation with those of other species (r=0.59–0.82), indicating niche overlap. These results can be useful for understanding and mapping invasive disturbance species for the management of natural resources and biodiversity conservation.