대한지리학회지 (Journal of the Korean Geographical Society)

대한지리학회 (The Korean Geographical Society)
권호 표지

기후변화에 따른 한반도 난대성 상록활엽수 잠재서식지 분포 변화

Potential Impact of Climate Change on Distribution of Warm Temperate Evergreen Broad-leaved Trees in the Korean Peninsula

  • 박선욱 (국립생태원 생태연구본부 융합연구실) ;
  • 구경아 (국립생태원 생태연구본부 융합연구실) ;
  • 공우석 (경희대학교 이과대학 지리학과)
  • Park, Seon Uk (Division of Ecosystem Services & Research Planning, Bureau of Ecological Research, National Institute of Ecology) ;
  • Koo, Kyung Ah (Division of Ecosystem Services & Research Planning, Bureau of Ecological Research, National Institute of Ecology) ;
  • Kong, Woo-Seok (Department of Geography, College of Sciences, Kyung Hee University)
  • 투고 : 2016.04.12
  • 발행 : 2016.04.30
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초록

본 연구는 난대성 상록활엽수에 대한 기후변화의 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해 분포 북방한계지가 중부해안인 난대성 상록활엽수 9종을 선정하고, 각 종의 분포 자료와 최한월최저기온, 겨울철강수량에 Generalized Additive Model(GAM) 알고리즘을 적용하여 종분포모형을 구축하였다. 종분포모형에 현재와 미래기후자료, 토지이용도를 적용하여 난대성 상록활엽수의 현재와 미래 잠재서식지를 예측하였다. 기후요소 분석 결과에서 최한월최저기온은 모든 종의 분포에 유의한 영향을 주지만, 겨울철강수량은 종에 따라 영향이 다르게 나타났다. 9종은 잠재서식지의 분포 패턴에 따라 3개의 유형(중부해안형, 남서해안형, 중부경상내륙형)으로 분류되며 기후변화와 토지이용의 영향이 다르게 나타났다. 토지이용을 고려했을 때 9종에서 60% 이상의 잠재서식지가 감소하며, 특히 중부경상내륙형에 속하는 종들은 다른 유형에 비해 높은 서식지 감소를 보였다. 9종 모두 기후변화에 따라 2050년과 2070년에 분포지가 북쪽으로 확대될 것으로 예측되었지만, 분포 유형에 따라 각기 다르게 나타났다. 이러한 분포 유형별 기후변화 영향이 다른 것은 겨울철강수량의 시공간적 변화와 종별로 미치는 영향의 정도가 다르기 때문으로 판단된다.

We accessed the climate change effects on the distributions of warm-evergreen broad-leaved trees (shorten to warm-evergreens below) in the Korean Peninsula (KP). For this, we first selected nine warm-evergreens with the northern distribution limits at mid-coastal areas of KP and climate variables, coldest month mean temperature and coldest quarter precipitation, known to be important for warm-evergreens growth and survival. Next, species distribution models (SDMs) were constructed with generalized additive model (GAM) algorithm for each warm-evergreen. SDMs projected the potential geographical distributions of warm evergreens under current and future climate conditions in associations with land uses. The nine species were categorized into three groups (mid-coastal, southwest-coastal, and southeast-inland) based on their current spatial patterns. The effects of climate change and land uses on the distributions depend on the current spatial patterns. As considering land uses, the potential current habitats of all warm-evergreens decrease over 60%, showing the highest reduction rate for the Kyungsang-inland group. SDMs forecasted the expansion of potential habitats for all warm-evergreens under climate changes projected for 2050 and 2070. However, the expansion patterns were different among three groups. The spatial patterns of projected coldest quarter precipitation in 2050 and 2070 could account for such differences.

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참고문헌

  1. 공우석, 1999, "한라산의 수직적 기온 분포와 고산식물의 온도적 범위," 대한지리학회지, 34(4), 385-393.
  2. 공우석, 2005, "지구온난화에 취약한 지표식물 선정," 한국기상학회지, 41(2-1), 263-273.
  3. 구경아, 2000, "한반도 상록활엽수의 지리적 분포와 기후요소와의 관계 -내장산 굴거리나무를 중심으로-," 경희대학교 대학원 석사학위논문.
  4. 국립기상연구소, 2012, IPCC 5차 평가보고서 대응을 위한 전지구 기후변화 보고서 2012 RCP 2.6/4.5/6.0/8.5 따른 기후변화 전망.
  5. 국립수목원, 2004, 한반도 관속식물 분포도-남해안아구.
  6. 국립수목원, 2005, 한반도 관속식물 분포도-남부아구(전라도 및 지리산).
  7. 국립수목원, 2006, 한반도 관속식물 분포도-중.남부아구(충청도).
  8. 국립수목원, 2007. 한반도 관속식물 분포도-중.남아구(경상북도).
  9. 국립수목원, 2008, 한반도 관속식물 분포도-중부아구(경기도).
  10. 국립수목원, 2009, 한반도 관속식물 분포도-중부아구(강원도).
  11. 국립수목원, 2010a, 한반도 관속식물 분포도-남부아구(경상남도) 및 울릉도아구.
  12. 국립수목원, 2010b, 한반도 관속식물 분포도-제주도아구.
  13. 국립수목원, 2011, 한반도 관속식물 분포도-서남해안도서지역.
  14. 국토교통부 국토지리정보원, 2014, 대한민국 국가지도집.
  15. 권혁수, 2014, "종분포모형의 불확실성 확인을 위한 앙상블모형 적용," 한국지형공간정보학회지, 22(4), 47-52. https://doi.org/10.7319/kogsis.2014.22.4.047
  16. 권혁수.류지은.서창완.김지연.임동옥.서민환, 2012, "종분포모형을 이용한 히어리 서식지의 분포 특성 연구," 환경영향평가, 21(5), 735-743. https://doi.org/10.14249/EIA.2012.21.5.735
  17. 기상청, 2014, 기상연보2014.
  18. 김종원, 2005, "소나무재선충과 동해안 산불을 통해서 본 우리나라의 소나무, 무엇이 문제인가," 한국생태학회지, 28(2), 113-120.
  19. 김지연.서창완.권혁수.류지은.김명진, 2012, "전국자연환경조사 자료를 이용한 종분포모형 연구," 환경영향평가, 21(4), 593-607. https://doi.org/10.14249/EIA.2012.21.4.593
  20. 박종철.양금철.장동호, 2010, "기후변화에 따른 난온대 상록활엽수림대의 이동에 관한 연구," 건국대학교 기후연구, 5(1), 29-41.
  21. 박현철.이정환.이관규.엄기증, 2015, "구상나무와 분비나무 분포지의 환경 특성 및 기후변화 민감성 평가," 환경영향평가, 24(3), 260-277. https://doi.org/10.14249/eia.2015.24.3.260
  22. 서민환.신영규.김정현.최태봉.노환춘.김태규.김기대, 2006, 한반도 기후변화 진단지표 생물종 조사, 국립환경과학원,
  23. 서창완.박유리.최윤수, 2008, "위치자료의 종류에 따른 생물종 분포모형 비교 연구," 한국지형공간정보학회지, 16(4), 59-64.
  24. 송국만.강영제.현화자, 2014, "한라산 구상나무림의 사면별 식생구조와 치수발생 특성," 한국환경과학회지, 23(1), 39-46.
  25. 신만석.장래익.서창완.이명우, 2015, "종풍부도와 세분화된 관리지역 비교 연구-보령시를 대상으로," 환경영향평가, 24(1), 35-50. https://doi.org/10.14249/eia.2015.24.1.35
  26. 윤종학.박찬호.이병윤.오경희, 2011, "기후변화에 따른 한반도 난온대 상록활엽수의 잠재 생육지 변화 예측," 한국환경생태학회지, 25(4), 590-600.
  27. 이용호.오영주.홍선희.나채선.나영은.김창석.손수인, 2015, "기후변화 시나리오에 의한 외래식물 실망초(conyza bonariensis)의 서식지 분포 예측," 한국기후변화학회지, 6(3), 243-248.
  28. 이우철.임양재, 2002, 식물지리. 강원대학교 출판부.
  29. 임종환.신준환, 2005, "지구온난화에 따른 산림식생대 이동과 식물계절 변화," 자연보존, 130, 8-17.
  30. 환경부, 2000, 국가 기후변화 생물지표 100종.
  31. Austin, M., 2002, Spatial prediction of species distribution: An interface between ecological theory and statistical modelling, Ecological Modelling, 157(2), 101-118. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(02)00205-3
  32. BOX, E.O., CRUMPACKER, D.W. and HARDIN, E.D., 1993, A climatic model for location of plant species in Florida, USA, Journal of Biogeography, 20, 629-644. https://doi.org/10.2307/2845519
  33. CRUMPACKER, D.W., BOX, E.O. and HARDIN, E.D., 2001, Implications of climatic warming for conservation of native trees and shrubs in Florida, Conservation Biology, 15(4), 1008-1020. https://doi.org/10.1046/j.1523-1739.2001.0150041008.x
  34. Colwell, R. K., Brehm, G., Cardelus, C. L., Gilman, A. C., & Longino, J. T., 2008, Global warming, elevational range shifts, and lowland biotic attrition in the wet tropics, Science (New York, N.Y.), 322(5899), 258-261. doi:10.1126/science.1162547[doi].
  35. Diaz-Varela, R. A., Colombo, R., Meroni, M., Calvo-Iglesias, M. S., Buffoni, A., & Tagliaferri, A., 2010, Spatio-temporal analysis of alpine ecotones: A spatial explicit model targeting altitudinal vegetation shifts, Ecological Modelling, 221(4), 621-633. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2009.11.010
  36. Dullinger, S., Gattringer, A., Thuiller, W., Moser, D., Zimmermann, N. E., Guisan, A., Mang, T., 2012, Extinction debt of high-mountain plants under twenty-first-century climate change, Nature Climate Change, 2(8), 619-622. https://doi.org/10.1038/nclimate1514
  37. Feeley, K. J., 2012, Distributional migrations, expansions, and contractions of tropical plant species as revealed in dated herbarium records, Global Change Biology, 18(4), 1335-1341. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02602.x
  38. Feeley, K. J., Silman, M. R., Bush, M. B., Farfan, W., Cabrera, K. G., Malhi, Y., Saatchi, S., 2011, Upslope migration of andean trees, Journal of Biogeography, 38(4), 783-791. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2010.02444.x
  39. Freeman, E. A., & Moisen, G., 2008, PresenceAbsence: An R package for presence absence analy-sis, Journal of Statistical Software, 23(11), 1-31.
  40. Guisan, A., & Zimmermann, N. E., 2000, Predictive habitat distribution models in ecology, Ecological Modelling, 135(2), 147-186. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(00)00354-9
  41. Hijmans, R. J., Cameron, S. E., Parra, J. L., Jones, P. G., & Jarvis, A., 2005, Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas, International Journal of Climatology, 25(15), 1965-1978. https://doi.org/10.1002/joc.1276
  42. Jimenez-Valverde, A., & Lobo, J. M., 2007, Threshold criteria for conversion of probability of species presence to either-or presence-absence, Acta Oecologica, 31(3), 361-369. https://doi.org/10.1016/j.actao.2007.02.001
  43. Kearney, M., & Porter, W., 2009, Mechanistic niche modelling: Combining physiological and spatial data to predict species' ranges, Ecology Letters, 12(4), 334-350. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2008.01277.x
  44. Kleidon, A., & Mooney, H. A., 2000, A global distribution of biodiversity inferred from climatic constraints: Results from a process-based modelling study, Global Change Biology, 6(5), 507-523. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2000.00332.x
  45. Koo, K. A., Kong, W., Nibbelink, N. P., Hopkinson, C. S., & Lee, J. H., 2015, Potential effects of climate change on the distribution of cold-tolerant evergreen broadleaved woody plants in the korean peninsula, PloS One, 10(8), e0134043. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134043
  46. Morin, X., Augspurger, C., & Chuine, I., 2007, Process-based modeling of specie's distributions: What limits temperature tree species range boundaries, Ecology, 88(9), 2280-2291. https://doi.org/10.1890/06-1591.1
  47. Nakao, K., Higa, M., Tsuyama, I., Lin, C., Sun, S., Lin, J., Tanaka, N., 2014, Changes in the potential habitats of 10 dominant evergreen broad-leaved tree species in the taiwan-japan archipelago, Plant Ecology, 215(6), 639-650. https://doi.org/10.1007/s11258-014-0329-8
  48. Nakao, K., Matsui, T., Horikawa, M., Tsuyama, I., & Tanaka, N., 2011, Assessing the impact of land use and climate change on the evergreen broad-leaved species of quercus acuta in japan, Plant Ecology, 212(2), 229-243. https://doi.org/10.1007/s11258-010-9817-7
  49. Randin, C. F., Engler, R., Normand, S., Zappa, M., Zimmermann, N. E., Pearman, P. B., Guisan, A., 2009, Climate change and plant distribution: Local models predict high-elevation persistence, Global Change Biology, 15(6), 1557-1569. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01766.x
  50. Sakai, A., 1975, Freezing resistance of evergreen and deciduous broad-leaf trees in japan with special reference to their distributions. Japanese Journal of Ecology (Japan).
  51. Stocker, T., Qin, D., Plattner, G., Tignor, M., Allen, S., Boschung, J. Midgley, B., 2013, IPCC, 2013: Climate change 2013: The physical science basis, Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change.
  52. Swets, J. A., 1988, Measuring the accuracy of diagnostic systems. Science (New York, N.Y.), 240(4857), 1285-1293. https://doi.org/10.1126/science.3287615
  53. Thuiller, W., 2003, BIOMOD-optimizing predictions of species distributions and projecting potential future shifts under global change. Global Change Biology, 9(10), 1353-1362. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2003.00666.x
  54. Uyeki, H., 1941, Northern distribution limit of korean evergreen broadleaved trees. Acta Phytotax.Geobot, 10, 89-93.
  55. Wood, S., 2006, Generalized additive models: An introduction with R, CRC press.
  56. Yun, J., Nakao, K., Tsuyama, I., Higa, M., Matsui, T., Park, C., Tanaka, N., 2014, Does future climate change facilitate expansion of evergreen broad-leaved tree species in the human-disturbed landscape of the korean peninsula? Implication for monitoring design of the im-pact assessment, Journal of Forest Research, 19(1), 174-183. https://doi.org/10.1007/s10310-013-0401-6
  57. Zimmermann, N. E., Jandl, R., Hanewinkel, M., Kunstler, G., Kolling, C., Gasparini, P., Ulmer, U., 2013, Potential future ranges of tree species in the Alps, Management Strategies to Adapt Alpine Space Forests to Climate Change Risks, InTech, 37-48.
  58. Zweig, M. H., & Campbell, G., 1993, Receiver-operating characteristic (ROC) plots: A fundamental evaluation tool in clinical medicine. Clinical Chemistry, 39(4), 561-577.