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ISSN : 1229-3857(Print)
ISSN : 2288-131X(Online)
Korean Journal of Environment and Ecology Vol.34 No.6 pp.503-514
DOI : https://doi.org/10.13047/KJEE.2020.34.6.503

Habitat Climate Characteristics of Lauraceae Evergreen Broad-leaved Trees and Distribution Change according to Climate Change1

Seung-Bong Yu2, Byung-Do Kim3, Hyun-Tak Shin4, Sang-Jun Kim5*
2DMZ Botanic Garden, Korea National Arboretum, Yanggu 24564, Korea (seungbong@korea.kr)
3Department of Education and Research, Daegu Arboretum, Daegu 42829, Korea (bottle55@ynu.ac.kr)
4DMZ Botanic Garden, Korea National Arboretum, Yanggu 24564, Korea (twinshin@korea.kr)
5DMZ Botanic Garden, Korea National Arboretum, Yanggu 24564, Korea (genius3807@korea.kr)
*교신저자 Corresponding author: Tel: +82-33-480-3022, Fax: +82-33-480-3039, E-mail: genius3807@korea.kr
23/09/2020 09/11/2020 18/11/2020

Abstract


Climate change leads to changes in phenological response and movement of plant habitats. Korea's evergreen broad-leaved forest has widened its distribution area compared for the past 20 years, and the range of its native habitats is moving northward. We analyzed climate indices such as the warmth index, the cold index, the lowest temperature in the coldest month, and the annual average temperature, which are closely related to vegetation distribution, to predict the change in the native habitat of Lauraceae evergreen broad-leaved trees. We also analyzed the change and spatial distribution to identify the habitat climate characteristics of 8 species of Lauraceae evergreen broad-leaved trees distributed in the warm temperate zone in Korea. Moreover, we predicted the natural habitat change in the 21st century according to the climate change scenario (RCP 4.5/8.5), applying the MaxEnt species distribution model. The monthly average climate index of the 8 species of Lauraceae evergreen broad-leaved trees was 116.9±10.8℃ for the temperate index, the cold index 3.9±3.8℃, 1495.7±455.4㎜ for the annual precipitation, 11.7±3.5 for the humidity index, 14.4±1.1℃ for the annual average temperature, and 1.0±2.1℃ for the lowest temperature of winter. Based on the climate change scenario RCP 4.5, the distribution of the Lauraceae evergreen broad-leaved trees was analyzed to expand to islands of Jeollanam-do and Gyeongsangnam-do, adjacent areas of the west and south coasts, and Goseong, Gangwon-do on the east coast. In the case of the distribution based on the climate change scenario RCP 8.5, it was analyzed that the distribution would expand to all of Jeollanam-do and Gyeongsangnam-do, and most regions except for some parts of Jeollabuk-do, Chungcheongnam-do, Gyeongsangbuk-do, and the capital region. For the conservation of Lauraceae evergreen broad-leaved trees to prepare for climate change, it is necessary to establish standards for conservation plans such as in-situ and ex-situ conservation and analyze various physical and chemical characteristics of native habitats. Moreover, it is necessary to preemptively detect changes such as distribution, migration, and decline of Lauraceae evergreen broad-leaved trees following climate change based on phenological response data based on climate indicators and establish conservation management plans.



녹나무과 상록활엽수 자생지 기후특성과 기후변화에 따른 분포 변화1a

유 승봉2, 김 병도3, 신 현탁4, 김 상준5*
2국립수목원 DMZ자생식물연구과 전문연구원
3대구수목원 교육연구팀 녹지연구사
4국립수목원 DMZ자생식물연구과 임업연구관
5국립수목원 DMZ자생식물연구과 임업연구사

초록


기후변화는 생물계절반응 변화와 식물 자생지 이동을 초래한다. 우리나라 상록활엽수림도 과거 20년에 비해 분포역이 넓어지고 있으며, 자생지 범위가 북상하고 있다. 이에 따른 녹나무과 상록활엽수의 자생지 변화 예측을 위해 먼저, 식생의 분포와 관련이 깊은 온량지수와 한랭지수, 최한월 최저기온, 연평균기온 등 기후지표를 분석하였다. 그 변화량과 공간분포분석 을 통해 우리나라 난온대 지역에 분포하는 녹나무과 상록활엽수 8종의 자생지 기후지표특성을 파악하였다. 또한, 기후지표특성 을 바탕으로 MaxEnt 종 분포모형을 적용하여 기후변화 시나리오(RCP 4.5/8.5)에 따른 21세기 자생지 변화를 예측하였다. 녹나무과 상록활엽수 8종의 자생지 월 평균 기후지표 특성은 온량지수 116.9±10.8℃, 한랭지수 3.9±3.8℃, 연강수량 1495.7±455.4㎜, 건습지수 11.7±3.5, 연평균 기온 14.4±1.1℃, 동계 평균 최저기온 1.0±2.1℃로 나타났다. 기후변화 시나리 오 RCP 4.5에 근거한 녹나무과 상록활엽수의 분포는 전라남도와 경상남도를 포함하는 도서지방과 서·남해안의 인접지역, 동해안의 강원도 고성까지 분포가 확대되는 것으로 분석되었다. 기후변화 시나리오 RCP 8.5에 근거한 분포의 경우 전라남도 와 경상남도의 전 지역과 전라북도, 충청남도, 경상북도, 수도권의 일부 지역을 제외한 대부분 지역으로 분포가 확대될 것으로 분석되었다. 기후변화에 대비한 녹나무과 상록활엽수의 보전을 위해서는 자생지 내·외 보전 기준설정 및 다양한 자생지 특성 분석이 수행되어야 한다. 또한, 기후지표를 기반으로 한 생물계절정 자료를 통해 기후변화에 따른 녹나무과 상록활엽수의 분포, 이동, 쇠퇴 등의 미세변화를 선제적으로 감지하고 보전관리 방안을 수립하여야 할 것이다.



    서 론

    기후변화에 관한 정부 간 협의체 제5차 평가보고서에 따르 면 1880년부터 2012년까지 0.85℃의 지표면 온도상승이 나타 났다(IPCC, 2014). 만일 현재 수준의 온실가스 배출이 지속된 다면 21세기 후반의 전 지구 평균기온은 현재 대비 3.7℃ 증가 하고, 해수면은 63㎝ 상승할 것으로 보고하였다. 이러한 기온 상승은 과거의 자연변화에 비해 100배 빠르게 진행되고 있다. 또한, 한반도의 기온도 지난 100년간 평균기온이 1.8℃나 상승 하였으며, 1971년 이후 최근 40년 동안에는 평균기온이 1.4℃ 상승하여 기온상승 추세가 점점 빨라지고 있다.

    IPCC 제5차 평가보고서에는 인간 활동이 대기에 미치는 복사량으로 온실가스 농도를 산출한 후 그에 대한 대책으로 사회·경제적 부분과 지속가능한 발전 실현에 대한 평가가 강조 된 온실가스 대표농도경로 시나리오 (RCP; Representative Concentration Pathways)를 사용하고 있다. RCP 시나리오는 인간 활동에 의한 영향을 지구 스스로가 회복 가능한 경우 (RCP 2.6), 온실가스 저감 정책이 상당히 실현되는 경우(RCP 4.5), 온실가스 저감 정책이 어느 정도 실현되는 경우(RCP 6.0)와 최악의 시나리오인 현재 추세로 온실가스가 배출되는 경우(RCP 8.5)의 시나리오를 제시하였다.

    지구온난화는 관속식물의 개화․개엽, 단풍 및 결실시기 그리 고 곤충의 출현시기와 같은 생물계절반응(Phenological response)의 변화를 초래하며, 이에 따른 식생변화 예측은 지 구 차원의 궁극적인 연구목표이기도 하다(Clark et al., 2001). 지리학자, 경관생태학자, 자원관리 전문가 등은 산림식생대 구 분 및 수종분포를 파악하고, 분류하는데 많은 노력을 기울여 왔다(Davis and Goetz, 1990). 평균기온이 지속적으로 상승한 다면 산림식생대도 고위도로 이동할 것으로 예측되며, 이는 식 생 분포 및 생육한계선의 변화와 이에 따른 난온대 상록활엽수 림의 북상을 의미한다(Yang and Shim, 2007).

    난온대 상록활엽수림은 한반도와 일본을 포함한 동아시아, 타이완을 포함하는 남중국, 지중해, 미국 서부 연안, 칠레 연안, 뉴질랜드, 호주 동·서·남해안 일대 등 전 세계적으로 넓은 지역에 분포하고 있다(Wang, 1961;Song, 1988;Klötzli, 1988;Groombridge, B., 1992;Mucina et al., 1997;Bunyavejchewin, 1999;José et al., 2008). 한반도의 중부와 남부, 중국 요녕 (Liaoning)성의 남부 그리고 일본에 분포하는 상록활엽수림 (Lee and Yim, 2002)은 동북아시아의 난·온대지역에 분포하는 특유한 산림군계로(Imanishi and Kira, 1953), 고유종을 중심으 로 한 다양한 식생이 발달하고 있다(Hou et al., 1956; Fujiwara, 1978; Miyawaki et al., 1994; Box et al., 1995). 우리나라 상록활엽수림은 녹나무과(Lauraceae), 감탕나무속(Ilex), 동 백나무속(Camellia) 등과 상록성 참나무류인 가시나무속 (Cyclobalanopsis), 잣밤나무속(Castanopsis), 돌참나무속 (Lithocarpus) 등과 같은 상록활엽수종이 우점하고 있다.

    동북아시아 난온대 상록활엽수림의 수평적 분포 북한계지 (northern limit distribution)는 북위 40° 34′ 부근 지역이며, 수직적 분포는 온대지방의 해안지역에서부터 열대·아열대 지역 의 해발고도가 높은 지역에 이르기까지 다양하여(Hsieh et al., 1998;Tagawa, 1995;Walter, 1968) 기후변화에 따른 기후지 표로 중요한 종들이 자생하고 있다(Ohashi et al., 2006). 한국 의 난·온대지역에 자생하는 녹나무과 상록활엽수의 분포역은 대부분 남해안 일대와 그 도서지방에 국한되어 있으며, 서해는 난류의 영향으로 중위도의 도서지방까지 분포하고 있다. 후박나 무, 센달나무는 중부해안형, 참식나무, 녹나무, 육박나무, 새덕 이, 까마귀쪽나무는 남·서해안형, 그리고 생달나무는 남해내륙 형의 경상내륙형으로 구분이 된다(Park, 2016).

    기후변화가 계속적으로 진행되어 생물이 견딜 수 있는 내성 의 범위를 초과할 경우 대부분의 생물은 새로운 서식처를 찾아 서 이동한다. 식물의 분포는 다양한 지역별 기후 특히, 중기후 및 미기후 환경과 밀접하게 연관되어 있으며(Hattori and Nakanishi, 1985;Fang and Yoda, 1989;Fang et al., 1996), 이러한 기후적 요소를 결합하여 세계의 식물분포를 설명하고자 하는 연구들이 진행되었다. Box et al.(1993)는 식물의 분포는 다양한 환경 인자로 설명되어야 하지만 모든 지표를 고려하는 것은 불가능하기 때문에 가장 대표성을 갖는 기후지표를 고려해 야 한다고 하였으며, 난대성 상록활엽수의 분포를 제한하는 요 인은 최저기온과 관련이 높다고 하였다. Yun et al.(2011)은 보리밥나무와 후박나무 같은 상록활엽수 57종은 지난 60년간 위도상 14~74㎞ 북상했다고 밝혔으며, 난대성 상록활엽수의 새로운 북한계선을 제시하였다. Park et al.(2010)은 과거 20년 에 비해 난·온대 상록활엽수림의 면적이 약 2.7배 증가하였다고 밝혔다. 또한, 한반도 기후변화에 따른 붉가시나무, 구실잣밤나 무, 후박나무, 참식나무의 분포 확장을 확인하기 위해 온량지수, 최한월 평균기온, 동계강수량, 하계강수량을 이용한 일반화가 법모델(GAM; General Additive Models)로 상록활엽수의 북 상을 예상한 연구도 선행된 바 있다(Yun et al., 2014).

    향후 지속될 기후변화에 대응하여 난온대 상록활엽수의 보 전전략을 수립하고, 또한 조경소재로서 수요가 증가할 것으로 예측되는 상록활엽수를 효율적으로 활용하기 위해서는 기후학 적 측면에서의 난온대 상록활엽수의 분포 변화에 관한 연구가 필요하다. 그러나 난온대 상록활엽수에 관한 기존의 연구들은 주로 식생구조와 식물상에 관한 연구가 대부분이었으며, 분포 지역과 관련한 연구 또한 기후변화로 인해 필요성이 증가하고 있지만, 연구대상과 연구지역이 단편적이고 제한적인 연구가 대부분이다.

    따라서 본 연구는 온량지수와 한랭지수, 건습지수 등을 비롯 한 우리나라의 다양한 기후지표를 분석하고, 난·온대성 상록활 엽수 중 조경소재로서의 활용 가능성이 높은 녹나무과 상록활 엽수를 중심으로 이들 자생지의 기후지표분석 및 기후변화 시 나리오인 RCP4.5와 RCP8.5에 따른 자생지 분포 변화를 예측 하고자 한다.

    연구방법

    1. 수종선정 및 연구대상지 선정

    본 연구는 한반도에 자생하는 녹나무과 상록활엽수 8종을 대상으로 수행하였다. 녹나무속(Cinnamomum)의 녹나무, 생 달나무 등 2종, 후박나무속(Machilus)의 후박나무, 센달나무 등 2종, 참식나무속(Neolitsea)의 참식나무, 새덕이 등 2종, 육 박나무속(Actinodaphne)의 육박나무 1종, 까마귀쪽나무속 (Litsea)의 까마귀쪽나무 1종이 해당한다.

    연구대상지는 우리나라로 한정하였으며, 각 수종의 분포지 역이 광범위하여 본 연구에서는 국립수목원에서 간행한 한반도 관속식물 분포도(2004~2016)에 나타나는 모든 자생지를 대상 으로 하였다(Figure 1).

    2. 녹나무과 상록활엽수 자생지 기후지표 분석

    식물의 생장과 분포범위는 다양한 종류의 기후적 그리고 비 기후적 인자들이 영향을 미치며(Jung, 2014), 이 중 가장 중요 한 결정요인은 온도와 수분이다(Sander, 1971;Woodward, 1987;Woodward and Mckee, 1991). 본 연구에서는 기상청 (KMA; Korea Meteorological Administration) 방재기상관 측장비(AWS; Automatic Weather System)와 종관기상관측 장비(ASOS; Automated Synoptic Observing System)에서 측정한 500개 지점의 기후자료와 Worldclim2의 데이터를 활 용하였으며, 기상청의 기후자료는 자생지마다 기상관측 기간 의 차이가 있지만 1905년부터 2014년까지의 기후지표 자료를 모두 이용하였다. 자생지의 기상관측 자료가 없는 경우, 자생지 로부터 가장 인접한 지역의 기후지표 자료를 이용하였다.

    위 자료를 바탕으로 녹나무과 상록활엽수의 자생지 기후지표 값 중 온량지수(WI; Warmth index), 한랭지수(CI; Coldness index), 건습지수(HI; Humidity index)를 산출하였다. 각 지 수의 산출은 Kira(1945)의 방법을 적용하였으며, 온량지수 및 한랭지수에서(Formula 1, 2) T는 월평균기온(Monthly Mean Temperature)을 나타내며, 건습지수에서 P는 연강수량(Annual Precipitation)이다.

    WI = m = 1 12 ( T m 5 ) : T > 5 ° C
    (Formula 1)

    CI = m = 1 12 ( T m 5 ) : T< 5 ° C
    (Formula 2)

    HI = P W I + 20 : WI 100 , 2 P W I + 140 : WI > 100
    (Formula 3)

    WorldClim 2 데이터는 지상 기상관측소에서 측정한 1970 년부터 2000년까지 30년간 평균한 기후평년값을 thin-plate spines법을 통해 전 지구에 걸쳐 30초(중위도 지역에서 약 1km²)의 공간해상도로 공간 보간한 래스터 데이터(raster data)로(Fick and Hijmans, 2017), 본 연구에서는 식물생육에 중요한 변수인 최한월 최저기온, 연평균기온, 연평균강수량 데 이터를 환경변수로 추출하였다. 또한, 지형 관련 환경변수는 National Aeronautics and Space Administration(NASA) EarthData에서 제공하는 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer(ASTER) 위성센서로 촬영한 Global Digital Elevation Model(GDEM) 데이터를 활용하였다(Table 1).

    한반도에 자생하는 녹나무과 상록활엽수 까마귀쪽나무, 녹 나무, 새덕이, 생달나무, 센달나무, 육박나무, 참식나무, 후박나 무 8종의 수종별 자생지의 기후지표 특성을 규명하기 위하여 6개 변수의 기술통계를 실시하여 평균, 표준편차, 최댓값, 최솟 값을 분석하였다. 각 기후지표 특성과 식물의 연관성을 규명하 기 위하여 일원일차 분산분석(One-way ANOVA)을 수행하 고 Duncan의 사후분석을 실시하여 집단이 어떻게 구별되는지 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences) 15.0을 사용하여 분석하였다.

    3. 기후변화에 따른 녹나무과 상록활엽수 분포 예측

    추출된 기후지표인 온량지수, 한랭지수 및 건습지수의 공간 분석을 위해 QGIS 3.12를 통해 크리깅(Kriging)기법을 활용 하였다. 크리깅은 오차분산을 최소로 하며, 추정식이 편향되지 않는 정규 크리깅(Ordinary Kriging)을 사용하였다. 크리깅의 모델링 척도인 베리오그램(Variogram)은 구형모델(Spherical Model)의 함수모델(a+b*ifelse(x>c, 1, 1.5*x / c-0.5*x^3 / c^3))을 적용하였다. 정규 크리깅 기법은 주로 기온과 강수량의 공간분포(Park and Jang, 2008;Kim et al., 2013;Jang et al., 2015)과 수목의 공간분포(Kim and Park, 2013) 등의 연구 에 주로 사용되었다. 따라서 본 연구에서도 공간분포에 주로 사용되는 정규 크리깅 기법을 사용하여 온량지수, 한랭지수 및 건습지수의 공간분석을 실시하여 래스터데이터를 확보하였다.

    기후변화에 따른 녹나무과 상록활엽수 분포 예측은 기상청 에서 제공하는 자료를 기반으로 하여 기후변화 시나리오 RCP4.5와 RCP8.5를 사용하여 전반기(2011~2040년), 중반 기(2041~2070년), 후반기(2071~2100년)로 구분을 하였다. 기후변화 시나리오 RCP 2.6은 아주 강력한 단계의 온실가스 저감정책이 전 세계적으로 실행되었을 때 가능한 시나리오로 현실적으로 실현이 어려운 시나리오이다. 따라서 기상청에서 는 기후변화 시나리오 RCP 6.0을 포함하면서 온실가스 저감정 책이 상당히 실현되었을 때를 가정한 시나리오인 RCP 4.5와 현재처럼 높은 온실가스가 배출되는 시나리오인 RCP 8.5의 자료만 제공하고 있다. 시나리오별 녹나무과 상록활엽수 분포 예측에 사용된 동계 최저기온 평균값변화는 RCP 4.5의 경우, 남한지역은 10년당 경향성이 0.31℃로서 전반기(2011~2040 년) 1.2℃, 중반기(2041~2070년) 2.2℃, 후반기(2070~2100 년) 2.8℃를 적용하였다. RCP 8.5의 경우, 10년당 경향성이 0.59℃로서 전반기(2011~2040년) 1.4℃, 중반기(2041~2070 년) 3.2℃, 후반기(2071~2100년) 5.3℃를 적용하였다.

    앞선 기후지표를 바탕으로 시나리오에 따른 자생지 출현종 의 분포를 예측하기 위해 본 연구에서는 Phillips et al.(2017) 이 생물종 분포지역 예측을 위해 개발한 MaxEnt software for modeling species niches and distributions(Version 3.4.1)을 활용하였다.

    결과 및 고찰

    1. 기후지표 분석

    녹나무과 상록활엽수 분포 변화 예측에 앞서 자생지의 6가지 기후지표 특성을 분석하였다(Table 2). 먼저 온량지수는 녹나무 자생지가 월평균 123.8±9.9℃로 가장 높았으며, 새덕이, 육박나 무, 까마귀쪽나무, 센달나무, 참식나무, 생달나무 순으로 온량지 수가 높은 것으로 분석되었다. 자생지가 가장 넓은 후박나무는 월평균 115.0±10.8℃로 우리나라 후박나무군락의 온량지수 분 포역을 103~117℃·month의 범위로 구분한 Yang and Shim(2007)의 연구 결과와 유사하였으며, 전체 수종 중 온량지 수가 가장 낮았다. 한랭지수 또한 온량지수와 유사한 양상을 나타내며 녹나무가 –1.9±2.6℃ 로 가장 높았으며, 후박나무가 –4.8±4.4℃로 가장 낮았다. 녹나무과 상록활엽수의 한랭지수 전체 평균은 -3.9±3.8℃·month로 Yim and Kira(1975)Yang and Kim(1972), Kim(1987)이 상록활엽수의 분포를 결정짓는 북한계지의 한랭지수로 제시한 –10, -15, -5℃·month 보다는 높은 값을 나타내었다. 이는 한랭지수에 영향을 미치는 한반도의 연 평균기온이 과거에 비해 비교적 상승한 결과로 판단된다.

    연강수량의 경우 녹나무자생지가 2011.6±634.6㎜으로 가장 높았으며, 새덕이, 육박나무, 생달나무, 센달나무, 까마귀쪽나무, 참식나무 등의 순서로 많았으며 후박나무가 1444.4± 449.0㎜로 가장 적었다. 건습지수 또한 녹나무가 15.1±5.0으로 가장 높은 값을 나타냈으며, 후박나무가 11.4±3.4로 가장 낮게 나타났다.

    월평균 기온 또한 앞선 기후지표와 비슷하게 녹나무가 가장 높은 값을 보였고 새덕이, 육박나무, 까마귀쪽나무, 센달나무, 참식나무, 생달나무가 뒤를 이었으며, 후박나무가 14.2±1.2℃ 로 가장 낮은 값을 보였다. 전체적으로 녹나무과 상록활엽수 자생지의 연평균 기온은 14.4±1.1℃로 우리나라 난온대 상록 활엽수의 연평균 기온 12℃를 제안한 Koo et al.(2001)의 결 과 보다는 조금 높은 것으로 분석이 되었다. 동계 최저기온 평균 또한 녹나무가 2.2±1.4℃로 가장 높았으며 까마귀쪽나무, 새덕이, 육박나무, 센달나무, 참식나무, 생달나무 그리고 후박 나무가 0.6±2.1℃로 가장 낮았다. 녹나무과 상록활엽수가 생 존 가능한 동계 최저기온의 최솟값은 까마귀쪽나무 -3.7℃, 녹 나무 -0.5℃, 새덕이와 육박나무 -4.1℃, 생달나무와 센달나무 -4.5℃, 참식나무와 후박나무가 –5.3℃로 분석되었다.

    녹나무과 상록활엽수의 각 수종별 자생지 기후특성을 분석한 결과 유의수준 95%에서 유의한 것으로 분석되었다(Table 3). 분석결과 제주도에 자생하는 녹나무가 온량지수 123.8±11. 6℃, 한랭지수 –1.9±2.6℃ 등 모든 지표에서 가장 높은 값을 나타낸 반면, 자생지 분포역이 가장 넓은 후박나무가 온량지수 115.0±10.8℃, 한랭지수 –4.8±4.4℃ 등으로 가장 낮은 지표의 기후특성을 나타냈다. 또한, 각 기후특성에 따라 수종이 어떻게 유의한지 알아보기 위해 Duncan의 사후분석을 시행 후 종합한 결과 후박나무는 a집단, 생달나무와 센달나무, 참식나무는 b집 단, 까마귀쪽나무와 새덕이, 육박나무는 c집단, 녹나무는 d집단 으로 분류되었다.

    녹나무과 상록활엽수 중 가장 자생지 분포범위가 높은 후박 나무는 한랭지수가 다른 식물에 비해 넓고, 비교적 추위에 강하 기 때문에 별도의 집단으로 구분되었다. 서해안부터 남해안까 지 비교적 자생지가 넓게 분포하는 생달나무와 참식나무는 센 달나무와 함께 비슷한 수준의 한랭지수를 나타내면서 별도의 집단으로 분류되었다. 한편, 제주도와 남해안 도서지방에 자생 하는 까마귀쪽나무, 새덕이 그리고 육박나무는 녹나무 다음으 로 온량지수가 높기 때문에 별도의 집단으로 분리가 되었다. 제주도에서만 자생하는 녹나무는 자생지의 추위에 약해 한랭지 수가 다른 식물에 비해 높고, 평균기온 또한 가장 높기 때문에 별도의 집단으로 구분이 되었다.

    2. RCP4.5 및 8.5 시나리오에 따른 녹나무과 상록활엽수 분포 변화

    앞선 집단구분(a; 후박나무, b; 생달나무, 참식나무, 센달나 무, c; 까마귀쪽나무, 새덕이, 육박나무)의 결과를 바탕으로 기 후변화에 따른 녹나무과 상록활엽수의 분포 변화를 분석하였 다. 녹나무의 경우 제주도에 자생지가 한정되어 있어 분포 변화 모형이 도출되지 않아 제외하였다.

    MaxEnt 모형의 예측 적합도는 ROC(receiver operating characteristic) 곡선의 AUC(area under curve)로 평가하였다 (Sung et al, 2018). AUC란 임의의 임계확률에 따라 MaxEnt 모형의 결과값인 출현확률을 출현과 부재로 나눴을 때, 실제 해당 종이 출현한 지점에 종이 출현할 것으로 예측한 비율(true positive rate)이 출현하지 않을 것이라 잘못 예측한 비율(false positive rate)에 비해 많은 정도를 일련의 임계확률에 대해 계산한 값으로, 0.5에서 1사이에 값을 갖는다. 여기서 계산된 AUC가 0.5이면 MaxEnt 모형의 예측값이 무작위란 뜻이고, 1에 가까울수록 모형의 예측정확도가 높다는 뜻이다(Phillips et al., 2006).

    1) 후박나무 자생지 분포 변화

    후박나무의 자생지 정보를 바탕으로 기후변화에 따른 자생 지 분포를 예측하였다(Figure 2). MaxEnt모형 분석결과 AUC 값은 RCP4.5시나리오의 경우 각각 0.956, 0.947, 0.954로 높 게 나타났으며, RCP8.5시나리오 또한 각각 0.951, 0.959, 0.946로 높은 수준을 나타내었다.

    129개소의 자생지 좌표를 바탕으로 기후지표를 적용한 기후 변화 시나리오 RCP 4.5의 후박나무 자생지 분포 변화를 분석 한 결과, 전반기에는 전라남도와 경상남도, 부산광역시 등 서· 남해안에 접해 있는 지역과 강릉, 울산광역시 등 동해안 인접지 역을 중심으로 분포가 넓어지는 것으로 분석되었다. 중반기에 는 전라북도 일부지역과 동해안에서 내륙으로 분포가 확대되는 것으로 예측되었다. 후반기에는 중반기와 비교하여 영천 등 경 상북도와 충청남도의 홍성, 보령 그리고 서울특별시와 인천광 역시, 강화도 등으로 확대될 것으로 예측되었다. 기후변화 시나 리오 RCP 8.5에 따른 후박나무의 전반기 분포 변화는 기후변 화 시나리오 RCP 4.5와 비교하였을 때 일부 지역의 변화를 제외하고는 비슷한 양상을 보였다. 중반기에는 정읍, 고창 등 전라북도 일부 지역과 김천, 칠곡 등 경상북도까지 확대되고 후반기에는 서울 및 경기, 충청북도 일부 지역까지 자생이 가능 할 것으로 예측되었다(Figure 7).

    후박나무(Machilus thunbergii)는 전체적으로 기존의 자생 지에서 전반기와 중반기에는 전라남도와 경상남도 지역의 서· 남해안 인접 지역을 중심으로 서해안과 동해안을 중심으로 그 분포가 내륙으로 점차 확대되는 반면, 기후변화시나리오 RCP 8.5에 근거한 후반기에는 강원도 영서지방과 강원도와 접하고 있는 경기도 서부지역을 제외하고는 사실상 남한 전체가 분포 가능지로 분석되었으며, 이는 Yun et al.(2014)이 제시한 후박 나무 등 상록활엽수는 60년간 위도상 14~74㎞ 북상했다고 밝 힌 연구결과 범위와 유사하다.

    2) 생달나무, 참식나무, 센달나무 자생지 분포 변화

    생달나무, 참식나무, 센달나무의 자생지 기후지표를 통해 기 후변화에 따른 자생지 분포를 예측하였다(Figure 3). MaxEnt 모형 분석결과 AUC값은 RCP4.5시나리오의 경우 각각 0.969, 0.970, 0.967로 높게 나타났으며, RCP8.5시나리오 또 한 각각 0.970, 0.966, 0.967로 높은 수준을 나타내었다.

    생달나무와 참식나무, 센달나무의 경우 제주도와 전라남도, 경상남도의 도서지방을 중심으로 전라북도의 위도와 경상북도 울릉도 등 95개소의 자생지 좌표를 활용하였으며, 기후변화 시나리오 RCP 4.5에 따른 분포 변화를 살펴보면 전반기에는 전라남도와 광주광역시, 하동, 고성, 밀양 등 경상남도 지역으 로의 분포가 예상되었고, 중반기는 전반기와 비교하여 서해안 을 따라서 서산, 서천, 김제 그리고 동해안의 해안선을 따라 분포가 넓어질 것으로 분석되었다. 후반기에는 중반기와 비교 하여 좀 더 내륙으로의 확대분포가 예상된다. 기후변화 시나리 오 RCP 8.5에 따른 전반기와 중반기의 분포 변화는 시나리오 RCP 4.5와 비슷한 경향을 보였다. 후반기에는 전라북도 일부 지역과 거창, 합천 등 경남 내륙 안쪽과 경상북도 및 충청남도, 수도권 일부 지역으로의 분포가 확대될 것으로 분석되었다.

    전체적으로 기존의 자생지에서 전라남도와 경상남도 지역의 남해안 인접 지역을 중심으로 서해안과 동해안으로 분포가 확 대되고 중반기에는 전라남도와 경상남도 그리고 경상북도 일부 지역까지 분포가 확대될 것으로 보인다. 기후변화 시나리오 RCP 8.5에 근거한 후반기에는 경상북도와 충청남도 일부지역, 경기도 남부와 동해안에 인접한 강원권 지역으로 분포 범위가 확대될 것으로 예측된다.

    3) 까마귀쪽나무, 새덕이, 육박나무 자생지 분포 변화

    까마귀쪽나무, 새덕이, 육박나무의 자생지 정보를 바탕으로 기후변화에 따른 자생지 분포를 예측하였다(Figure 4). MaxEnt 모형 분석결과 AUC값은 RCP4.5시나리오의 경우 각각 0.970, 0.971, 0.974로 높게 나타났으며, RCP8.5시나리오 또한 각각 0.974, 0.970, 0.962로 높은 수준을 나타내었다. 까마귀쪽나무 는 제주도와 전라남도, 경상남도를 중심으로 하는 서남해의 도 서지방 그리고 울릉도 등 96곳의 자생지에 분포하고 있으며, 새덕이는 제주도와 전라남도, 경상남도를 중심으로 충청남도 외연도, 경상북도 울릉도 등 32곳, 육박나무는 제주도와 전라남 도, 경상남도를 중심으로 31곳에 자생하고 있다.

    기후변화 시나리오RCP 4.5에 따른 분포 변화를 살펴보면 전반기에는 전라남·북도, 부산광역시, 울산광역시 등의 서·남 해안 지역으로 분포 범위가 넓어지는 것으로 분석되었다. 중반 기는 경상북도 일부 지역, 대구광역시, 강원도의 강릉, 동해 등으로 확대되는 것으로 분석되었다. 후반기에는 내륙으로 그 범위가 확대되어 충청지역 일부까지 분포 범위가 넓어지는 것 으로 예측되었다.

    RCP 8.5에 따른 전반기와 중반기의 분포 변화는 기후변화 시나리오 RCP 4.5와 유사한 분포를 보였으나, 다만 중반기와 후반기에는 내륙으로 분포범위가 다소 확대될 것으로 분석되었다.

    까마귀쪽나무, 새덕이, 육박나무는 기존의 자생지에서 전라 남도와 경상남도를 중심으로 해안선을 따라 서해안으로는 충청 남도의 태안반도와 동해안의 강원도 고성까지 분포가 확대되는 것으로 분석이 되었다. Shin(1999)은 우리나라 생태 지역을 16개로 구분을 하면서 생태 지역 간 전반적인 기후 특성이 겨 울에는 생태 지역 간 기온 차이가 크고 여름에는 작기 때문에 한랭지수에 영향을 받는 상록활엽수의 분포는 비교적 명확히 구분이 가능하다고 보았다. 이를 통해 앞선 녹나무과 상록활엽 수 3종은 충남 해안지역, 전라 서부 지역, 남해 서부 지역, 남해 동부 지역, 형산 태화 지역, 울영 해안 지역, 강원 해안 지역, 제주·울릉 특수 지역 등의 생태 지역과 거의 일치하는 것으로 분석되었다. 그러나 기후변화 시나리오 RCP 8.5에 근거한 후 반기에는 강원도 해안지역 및 경상북도, 충청북도 등의 지역에 서 자생이 가능할 것이라고 분석되었다.

    3. 결론 및 제언

    과거의 기후변화 추세는 일반적으로 식물이 대응할 수 있는 속도로 진행되었고 거대식물화석과 화분자료는 과거 기후변화 에 따라 식생대가 이동했음을 제시한다. 하지만 20세기부터 나타난 산업화는 온실가스 배출을 가속화시켰으며, 지구표면 온도가 급격하게 상승하는 부작용을 가져왔다(Park, 2016). 이 러한 지구온난화 현상과 더불어 나타나는 문제를 다루기 위해 설립된 IPCC에서 2013년에 발표한 5차 평가보고서에서는 21 세기 말까지 지구온난화에 따른 환경변화로 기존 서식지에서 자생하던 식물 대부분이 환경변화에 적응하지 못하게 될 것으 로 예측하였다. 이와 반대로 기후변화에 따른 난대성 상록활엽 수 자생지는 그 분포역이 확장될 것으로 예측되며, 이에 관한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 한편, 우리나라의 난·온대 상록활엽수는 예로부터 취사 및 난방 등을 위한 벌채와 경작을 위한 개간 등으로 자생지가 많이 파괴되어있을 뿐만 아니라, 도로 신설과 같은 개발로 자생지가 파편화되어 넓게 발달하지 못하고 소수 군락으로 자생하고 있는 경우가 많다. 이런 이유로 국립수목원에서도 까마귀쪽나무, 녹나무, 새덕이, 생달나무, 센 달나무, 육박나무, 참식나무 등을 한반도 기후변화 적응 대상식 물로 선정하여 관리하고 있다(Oh et al., 2010).

    본 연구를 통해 분석한 기후변화 시나리오 RCP 4.5에 근거 한 녹나무과 상록활엽수의 분포는 전라남도와 경상남도를 중심 으로 하는 도서지방과 서·남해안의 인접지역 그리고 해안선을 따라 서해안으로는 충청남도 태안반도와 동해안의 강원도 고성 까지 분포가 확대되는 것으로 분석되었다. 특히 생달나무, 센달 나무, 참식나무, 후박나무는 전라남·북도와 경상남·북도의 일 부 내륙지역까지 분포가 확대될 것으로 예측되었다. 기후변화 시나리오 RCP 8.5에 근거한 녹나무과 상록활엽수의 분포는 전라남도와 경상남도의 전 지역과 전라북도, 충청남도, 경상북 도, 수도권의 일부 지역을 제외한 대부분 지역으로 분포가 확대 될 것으로 분석되었다. 특히 서울, 대전, 광주, 대구 등 내륙에 위치하고 있는 대부분의 대도시 또한 분포예측 지역에 포함이 되는 것으로 분석되었다.

    기후변화로 녹나무과 상록활엽수의 분포범위가 확대 예측됨 에 따라 이에 대비한 보전방안 수립이 필요하다. 먼저, 녹나무 과 상록활엽수의 자생지 내·외 보전 기준을 설정하기 위해 한반 도의 모든 녹나무과 상록활엽수의 자생지에 대한 물리적 환경, 식물상, 식생, 유전자 분석 등을 통한 자생지 특성 분석이 수행 되어야 한다. 이러한 기초적인 자료의 축적을 바탕으로 종별 분포 특성에 따른 유형 분류와 자생지별 기후지표에 따른 개화· 결실 등 생물계절성에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다. 조 사 데이터는 생물계절성 네트워크를 구축하여 연구자들이 함께 공유할 수 있어야 하며, 이를 통해 기후변화에 따른 녹나무과 상록활엽수의 분포, 이동, 쇠퇴 등의 미세변화를 선제적으로 감지하고 보전관리 방안을 수립하여야 할 것이다. 생물계절성 변화는 기후변화에 대한 식물의 반응을 이해하는데 기초자료를 제공할 수 있고 기후변화가 식물에 미치는 영향을 사전에 파악 하도록 함으로써 녹나무과 상록활엽수의 안정적인 보전은 물론 지역적인 규모부터 기후의 장기적인 변화와 경향을 평가 및 예측하는 데 도움을 줄 수 있다.

    또한, 파편화된 종들의 자생지를 신규 보호지역으로 설정하 고, 현지 내(in-situ) 보전을 원칙으로 하되 개체 수가 현저히 감소한 종에 대해서는 자생지 내 멸종의 가능성을 방지하기 위해 유전자 분석 후 종자 또는 생체 등의 수집 및 증식을 통한 현지 외(ex-situ) 보전을 하여야 한다. 현지 외 보전에서 증식한 종을 현지 내 복원할 때는 반드시 자생지와 동일한 유전적 형질 을 가진 종을 도입하여 자생지마다 고유한 식물 유전형질을 유지해야 한다. 특히, 기후변화로 인한 침입외래식물의 서식 범위가 확대되면서 녹나무과 상록활엽수 자생지 내의 경쟁에서 서식지점유, 새로운 식물병원균 및 해충의 확산으로 위협을 초 래할 수 있는 요인이 발생할 수 있다. 따라서 녹나무과 상록활 엽수와 침입외래식물과의 상관관계에 대한 지속적인 모니터링 이 필요할 것으로 판단된다.

    본 연구는 자료수집 및 분석에 있어 고산지역에 설치된 기상 청의 지상관측소와 방재기상관측 지점의 부족으로 공간 분포 변화에서 수직적인 변화 경향을 분석하는 데 한계가 있었으며, 향후 더 많은 기후자료가 누적된다면 더욱 정확한 공간적 변화 상 연구가 가능해질 것으로 판단된다. 또한, 기후요인을 중심으 로 미래의 분포 변화를 분석하였다는 한계를 가지고 있다. 실제 적으로 식생의 변화와 분포 변화는 기후조건과 함께 인간의 토지이용에 따른 서식지의 파편화, 종간의 경쟁, 산포 메커니즘 등 복합적 요인에 의해서 결정된다(Park, 2016). 따라서 다양 한 자생지 환경을 대표할 수 있는 생리적·생태적 연구결과가 향후 종 분포예측에 적용 된다면 좀 더 정밀한 예측이 가능할 것이다. 연구결과는 비슷한 기후조건을 가지고 있는 생물종의 자생지를 추적하거나 수종별 분포 가능 지역을 예측할 때 활용 될 수 있을 것이며, 기후변화에 따른 산림식생 변화와 자생지 분포 및 적응 등 관련연구의 기초정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

    Figure

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    The locations of Lauraceae evergreen broadleaved trees

    KJEE-34-6-503_F2.gif

    Distribution change of M. thunbergii according to RCP4.5 and RCP8.5 scenarios

    KJEE-34-6-503_F3.gif

    Distribution change of C. yabunikkeia, N. sericea, M. japonica according to RCP4.5 and RCP8.5 scenarios

    KJEE-34-6-503_F4.gif

    Distribution change of L. japonica, A. lancifolia, N. aciculata according to RCP4.5 and RCP8.5 scenarios

    Table

    Description of data variables

    Monthly climate index characteristics of Lauraceae evergreen broad-leaved trees

    Characteristics of climate indices of Lauraceae broad-leaved evergreen species. Species with different symbol letters in columns are significantly different (P < 0.05) according to Duncan test.

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