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1. 서 론
도시생태계가 확장되며 도시 생물다양성의 중요성은 증가하고 이를 보호하기 위한 방안들이 제시되고 있다. 국내에서는 자연환경보전법 제12조에 근거하여 생물다양성이 풍부하거나 자연경관의 유지를 위하여 보전이 필요한 지역을 생태·경관보전지역으로 지정 및 관리하고 있다. 2022년 12월 기준 환경부 지정 9개소(248,029 km2), 시·도지사 지정 23개소 (37,905 km2)로 총 32개 지역이 생태·경관 보전지역으로 지정되어 있다(ME 2023). 생태·경관보전지역으로 지정된 32개의 지역 중 도시생태계의 특징을 지니고 있는 곳은 총 6개소로 모두 서울시 내에 위치하고 있으며 그중 4개소는 도시지역의 습지라는 이유로 지정되었다. 도시습지는 다양한 공간 구성을 통해 풍부한 생물다양성을 보유하고 기후변화 완화, 지하수 유지, 수질 정화 등 중요한 생태계서비스를 제공하며 (Barbier 2011) 도시의 지속가 능성을 달성하는 데 필수적인 역할을 한다 (Alikhani et al. 2021). 그러나 습지는 인위적인 영향에 취약하며 복원이 힘든 것으로 알려져 있어 체계적인 관리를 통한 보호가 필요하다 (Fraser and Keddy 2005;Erwin 2009).
인위적인 요인에 의한 생물다양성의 변화는 생태계 건강성 평가 및 관리계획 수립에 필수적인 기초 자료이다 (Laurila-Pant et al. 2015). 특히, 빠르게 변화하는 도시생태계는 환경에 민감하게 반응하는 주요 지표종에 대한 모니터링이 필수적이다 (Kim et al. 2020). 높은 이동성을 바탕으로 먹이 자원 및 서식지 특성에 의존적인 조류와 포유류는 생태계의 변화에 반응하며, 다른 분류군과의 높은 상관 관계를 보여 생물다양성 지표로 많이 활용되고 있다 (Aslan et al. 2015). 따라서 대상지 내 정확한 생물다양성을 평가하기 위해서는 환경 요인의 변화를 반영한 모니터링이 시기별로 수행되어야 한다 (Järvinen and Väisänen 1979;Steele et al. 1984). 하지만 전통적인 채집 또는 현장관찰방식의 생물 모니터링은 시공간적 제한 및 비용적 한계로 인하여 데이터 취득이 제한적이라는 단점이 있다. 이를 보완 하기 위하여 시민과학, 환경DNA(Environmental DNA, eDNA), 카메라 트래핑(Camera trapping, CT) 등 새로운 모니터링 방식의 도입이 이루어지고 있다 (Rowcliffe et al. 2008;Larson et al. 2020;Choi et al. 2023).
카메라 트래핑은 무인 센서 카메라를 이용한 생물 모니터링 방법으로, 영상 촬영 및 소리 녹음을 통하여 시간과 위치 정보를 포함한 생물 데이터를 확보할 수 있다 (Rich et al. 2017). 시간대와 관계 없이 촬영된 데이터를 통하여 종을 동정하기에 야행성 생물을 포함한 생물종의 행동생태적 특성을 평가할 수 있으며, 연속적인 모니터링을 통하여 현장 관찰조사가 지닌 시간적인 한계를 보완할 수 있다 (Nichols and Karanth 2011). 카메라 트래핑은 비침습적인 조사 장치를 활용하여 인간의 영향을 최소화하는 지속가능한 모니터링 방법으로 (Rowcliffe et al. 2011), 포유류(Tobler et al. 2008;Espartosa et al. 2011)와 조류(O’Brien and Kinnaird 2008;Roncal et al. 2019), 양서·파충류(Hobbs and Brehme 2017) 등 다양한 분류군에 적용되어 유효성이 검증되었다. 국내에서 진행된 카메라 트래핑 연구는 포유류 또는 조류 등 하나의 분류군에 대하여 진행되었으며 배터리 효율을 목적으로 순간 포착되는 이미지를 활용하였다 (Chung et al. 2014;Kim et al. 2018;Choi et al. 2019). 이미지를 활용한 카메라 트래핑은 촬영되는 순간의 생물 움직임에 영향을 받기에 데이터 활용도가 낮아질 수 있으며 전통적인 현장 관찰방식의 조사에서 부수적으로 활용되는 청음 조사가 불가능하다는 한계가 있다. 단편적인 이미지가 아닌 연속적인 영상 자료를 활용할 경우, 이러한 한계를 보완할 수 있으며, 생물종에 대한 구분 없이 촬영이 진행되기에 한 번 수집된 자료를 통하여 다양한 분류군에 대한 연구를 동시에 진행할 수 있다는 장점이 있다.
본 연구는 생태·경관보전지역으로 지정된 도시습지인 진관동습지를 대상으로 영상을 활용한 카메라 트래핑을 진행하여 계절에 따른 조류 및 포유류의 종다양성 현황을 확인하였다. 2011년부터 2021년까지의 문헌조사 자료와 본 연구에서 진행된 목견조사를 통하여 생물상 변화를 확인하였으며, 방법 간의 결과 비교를 통해 카메라 트래핑을 활용한 생물다양성 모니터링의 효율성에 대하여 고찰하였다. 카메라 트래핑을 통해 취득한 확장된 생물종목록을 통하여 보호지역 관리계획의 기초자료로 활용하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1. 연구 대상지
본 연구는 서울시 은평구 북한산국립공원 내에 위치한 진관동생태·경관보전지역 (진관동습지)을 대상으로 한다 (Fig. 1). 진관동습지는 면적 16,639 m2의 내륙습지로, 시가화지역 인근에 위치하고 있으나 북한산국립공원 내에서 가장 풍부한 생물다양성이 확인된 지역이다 (NPRI 2019). 풍부한 생물다양성을 바탕으로 2002년 생태·경관보전지역으로 지정되었으나 (Seoul 2003), 국유지가 아닌 개인 사유지로 이해관계로 인해 생물다양성 보호를 우선한 관리가 이루어지기 어려운 지역이다. 조경수 식재 및 생태계 교란식물에 의한 육화 진행 등 진관동습지의 환경 변화는 지속적으로 관찰되고 있으며 (Kim et al. 2016), 효과적인 모니터링을 바탕으로 한 보호 관리대책이 요구된다 (Hwang et al. 2014).
2.2. 계절별 카메라 트래핑
진관동습지의 생물다양성을 효과적으로 조사하기 위하여 무인 센서 카메라(BTC-6PXD; Browning, USA)를 통한 카메라 트래핑을 진행하였다. 조류와 포유류를 관찰하기 위하여 생물의 생존에 필수적인 수환경을 중심으로 구역을 나누었다. 유수환경 (Lotic)과 얕은 정수환경(Shallow lentic), 깊은 정수환경(Deep lentic)과 같이 3가지로 구분한 수환경을 대상으로 총 6대의 무인 센서 카메라를 설치하였다 (Fig. 1, Table 1). 생물종의 중복 촬영을 최소화하기 위하여 30 m 이상의 간격으로 설치된 카메라는 생물의 움직임을 감지하였을 때 10초간의 동영상을 촬영하도록 설정되었고, 최대한 많은 생물종을 포착하기 위하여 촬영 이후 지체되는 시간 없이 24시간 구동하였다.
진관동습지의 생물다양성 모니터링을 위하여 2022년 2월 16일부터 6월 16일까지 카메라 트래핑을 진행하였고, 총 5차례(2022년 2월 16일과 3월 16일, 4월 20일, 5월 5월, 6월 16일)의 현장조사와 메모리 수거 및 카메라 점검을 진행하였다. 취득한 영상은 생물종이 촬영된 영상과 촬영되지 않은 영상으로 구분하였으며 촬영 날짜, 시간, 관찰종을 기록하여 분석을 진행하였다. 조류는 Lee et al. (2020) 과 NIBR (2022)을 활용하여 육안 동정하였고 개체가 직접 촬영되지는 않았으나 음성이 녹음된 경우, Naturalis Biodiversity Center의 데이터베이스를 참고하여 소리 동정하였으며 (Xeno-canto Foundation 2024) 포유류는 Jo et al. (2018)을 통하여 육안 동정을 진행하였다. 이후 결과 분석을 위한 국내 조류의 도래 현황은 Lee et al. (2020)의 기준을 따라 텃새(Res)와 겨울철새(WV), 여름철새(SV), 나그네새(PM)로 구분하였다.
2.3. 현장관찰조사
현장관찰방식의 모니터링을 통한 진관동습지의 생물상을 파악하기 위하여 과거 문헌조사와 목견조사를 진행하였다. 문헌조사는 진관동습지를 대상으로 생물조사를 진행한 Hwang et al. (2014)과 Seoul (2014, 2022), Kim et al. (2016), NPRI (2019)의 자료를 취합하여 진행하였으며, 이를 바탕으로 2011년부터 2021년까지 진관동습지의 생물상을 파악하였다(Table 2). 2011년은 Hwang et al. (2014) 과 Kim et al. (2016)의 결과, 2013년은 Hwang et al. (2014) 과 Seoul (2014)의 결과를 취합하여 기록된 종의 최대개 체수를 반영하였다. 2016년은 Kim et al. (2016)의 결과를 활용하였으며, 2019년은 NPRI (2019)의 결과, 2021년은 Seoul(2022)의 결과를 반영하였다. 문헌조사 결과는 본 연구에서 진행한 목견조사와 카메라 트래핑 결과의 유효성 검증에 활용하였다.
2022년 진관동습지의 생물상을 파악하기 위하여 진행된 목견조사는 카메라 트래핑과 동일한 기간 내에 총 5차례에 걸쳐 진행되었다. 갈대와 같이 키가 큰 습지 식생으로 인한 제한적인 시야와 습지 내부로의 낮은 접근성 등의 이유로 점 조사법(Ralph et al. 1993)을 이용하였다. 오전 9시부터 카메라가 설치된 6개의 지점 인근에서 20~30분씩 쌍안경을 이용한 목견조사와 종을 특정할 수 있는 소리를 활용한 청음조사를 병행하여 진행하였다.
3. 결 과
3.1. 계절별 카메라 트래핑 결과
2022년 2월부터 6월까지 121일 동안 진관동습지에서 카메라 트래핑을 진행한 결과, 총 14,742개의 영상을 취득하였으며, 그중 생물종이 촬영된 영상은 8,728개로 59.2%의 데이터 취득률을 보였다 (Table 3). 이를 분석한 결과, 121일 동안 총 20과 47종의 조류와 총 7과 8종의 포유류가 관찰되었다 (Table 4, Fig. 2). 계절에 따라 도래현황이 달라지는 조류는 2월에 12과 21종이 관찰되었고, 3월에는 12과 23종, 4월에는 13과 26종, 5월에는 17과 26종, 6월에는 7과 9종이 관찰되었다. 그중 텃새는 14과 24종으로 51%를 차지하였고, 겨울철새가 6과 9종으로 19%, 여름철새는 6과 8종으로 17%, 나그네새가 4과 7종으로 15% 순으로 분석되었다. 도래 현황이 2가지로 나타난 노랑배진박새(Periparus venustulus)의 경우, 겨울철새와 나그네새에 모두 포함하여 계산하였다. 포유류는 2월에 5과 5종이 관찰되었고, 3월에는 5과 5종, 4월에는 7과 8종, 5월에는 6과 6종, 6월에는 5과 5종이 관찰되었다.
3.2. 현장관찰조사 결과
문헌조사를 통하여 도출한 2011년과 2013년, 2016년, 2019년, 2021년 진관동습지의 생물상과 본 연구에서 진행한 5차례의 목견조사를 통하여 도출한 2022년 진관동 습지의 생물상을 취합한 결과, 총 33과 90종의 조류와 5과 6종의 포유류의 서식이 확인되었다. 현장관찰조사 결과, 조류는 2011년에 29과 74종이 관찰되었고, 2013년에는 21과 59종, 2016년에는 26과 52종, 2019년에는 16과 23종, 2021년에는 18과 30종, 2022년에는 14과 22종이 관찰되었다. 이에 따라 진관동습지의 조류 다양성은 시간에 따라 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다 (Fig. 3). 현장관찰조사 결과, 포유류는 2019년에 4과 5종이 관찰되었고, 2021년에는 3과 3종, 2022년에는 2과 2종이 관찰되었다.
3.3. 카메라 트래핑과 현장관찰조사 결과 비교
현장관찰방식을 통하여 확인한 2021년 진관동습지 생물상과 본 연구에서 2가지 모니터링 방법을 통하여 취득한 2022년 진관동습지 생물상을 비교한 결과, 복수의 모니터링을 사용한 2022년에 더 많은 종이 관찰되었다 (Fig. 4). 단일의 모니터링 방법을 이용한 2021년에는 총 18과 30종의 조류와 3과 3종의 포유류를 발견하였지만 복수의 모니터링 방법을 이용한 2022년에는 총 20과 49종의 조류와 7과 8종의 포유류를 발견하여 보다 확장된 생물종목록을 취득하였다. 조류의 경우, 2021년에 관찰된 18과 30종 중 27종을 관찰하여 90%의 일치율을 보였고, 포유류는 3과 3종을 모두 관찰하여 100%의 일치율을 보였다.
모니터링 방법에 따른 2022년 진관동습지의 생물상을 비교한 결과, 카메라 트래핑을 통하여 더 많은 종이 관찰되었다 (Fig. 4). 현장관찰조사를 통하여 14과 22종의 조류와 2과 2종의 포유류를 관찰하였으나 동일한 시기에 카메라 트래핑을 통하여 관찰된 종은 조류 20과 47종과 포유류 7과 8종이다. 이는 현장관찰조사에서 확인된 14과 22종 중 86.4%인 12과 19종을 포함한 결과이며, 포유류 2과 2종은 모두 관찰하였다. 또한 현장관찰조사에서는 관찰되지 않았던 15과 28종의 조류와 6과 6종의 포유류를 추가로 관찰하였다. 카메라 트래핑에서는 관찰되지 않았으나 현장관찰조사에서 확인된 생물은 3과 3종의 조류로 붉은배새매(Accipiter soloensis)와 파랑새(Eurystomus orientalis), 진박새(Parus ater)이다.
4. 고 찰
카메라 트래핑은 관찰카메라를 활용하여 생물종을 촬영하는 생물 모니터링 방법으로 현장관찰방식의 조사 대비 시간적인 범위가 넓으며 생태계에 끼치는 영향이 적어 지속가능한 모니터링 방법으로 부상하였다 (Silveira et al. 2003;Rowcliffe et al. 2011). 본 연구는 도시지역에 위치한 자연습지인 진관동생태·경관보전지역 (진관동습지)를 대상으로 인위적인 요인으로 환경과 함께 변화하는 생물 다양성을 보다 효과적으로 파악하기 위하여 카메라 트래핑 방법을 적용하였다. 과거 문헌조사 (Hwang et al. 2014;Seoul 2014;Kim et al. 2016;NPRI 2019;Seoul 2022)를 통하여 대상지의 생물다양성 변화 양상을 파악하였고 이를 참고하여 현장관찰조사와 카메라 트래핑을 병행하여 모니터링 방법에 따른 결과를 도출하였다. 2가지 모니터링 방법을 병행한 결과, 현장관찰조사를 통하여 총 14과 22종 의 조류와 2과 2종의 포유류를 관찰하였으며, 카메라 트래핑을 통하여 총 20과 47종의 조류와 7과 8종의 포유류를 관찰하였다. 동일한 시기에 같은 조사자가 진행한 모니터링 결과 비교를 통하여 카메라 트래핑이 더 많은 종을 관찰할 수 있는 모니터링 방법임을 확인하였다.
국내외에서 진행된 카메라 트래핑 연구는 포유류, 조류 등 다양한 분류군을 대상으로 사진을 활용하였다(Chung et al. 2014;Kim et al. 2018;Norouzzadeh et al. 2018;Randler and Kalb 2018). 그러나 본 연구에서는 영상을 이용한 카메라 트래핑을 통하여 육안 동정과 소리 동정을 동시에 진행하였으며 이를 바탕으로 다중검증이 가능한 높은 정확성의 모니터링을 진행하였다. 현장관찰조사는 각 분류군에 대한 전문인력이 현장에 직접 방문하는 방식으로 진행되어 많은 인력의 노력을 요구하지만(Beng and Corlett 2020), 카메라 트래핑은 한 번 촬영된 사진 또는 영상을 통하여 여러 분류군의 조사가 가능하기에 효율적이다 (Caravaggi et al. 2017). 또한 카메라 트래핑은 일출 및 일몰 시간대에 진행되는 현장관찰조사와 달리 모든 시간대에 대한 모니터링이 가능하여 시간적인 한계를 보완할 수 있다. 본 연구는 오전 5시와 오후 1시, 4시, 11시 등 일반적으로 현장관찰조사가 진행되지 않는 시간의 데이터를 활용하여 보다 풍부한 생물종목록을 도출하였으며 그 결과, 지난 10년간 관찰되지 않았던 4과 4종의 조류 (청둥오리(Anas platyrhynchos), 흰등밭종다리(Anthus gustavi), 칡때까치(Lanius tigrinus), 진홍가슴(Luscinia calliope)) 와 2과 2종의 포유류(청설모(Sciurus vulgaris), 등줄쥐(Apodemus agrarius))를 추가 관찰하였다. 이에 카메라 트래핑은 생물다양성을 효과적으로 파악하기에 적절한 모니터링 방법이라 할 수 있다.
그러나 카메라 트래핑은 해상도에 따라 크기가 작은 생물종은 동정하기 어려울 수 있으며, 움직임이 감지되고 촬영이 진행되기까지의 시간에 의하여 행동이 빠른 생물은 촬영되지 않을 수 있다. 본 연구에서는 수환경을 이용하는 생물을 관찰하기 위한 각도로 관찰카메라를 설치하였기에 교목층에 서식하는 생물종의 관찰이 제한될 수 있다 (Oliver et al. 2023). 현장관찰조사에서는 관찰되었으나 카메라 트래핑을 통해서는 관찰되지 않은 3과 3종의 조류(붉은배새매, 파랑새, 진박새) 모두 이에 속한다. 그외에도 식생의 생장에 따라 생물이 아닌 다른 움직임을 감지하거나 기온차로 인한 렌즈의 김서림 등의 문제로 낮은 데이터 취득률을 보일 수 있다. 본 연구에서는 2월과 6월 모두 약 15일 정도의 짧은 촬영 일수를 가졌음에도 불구하고 2월(24종)에 비해 6월(10종)에 현저히 적은 수의 조류가 관찰되었다. 이는 진관동습지에서 관찰되는 겨울철새와 여름철새의 비율에 따른 결과이며, 식생 생장에 따라 불필요한 데이터의 수가 증가하여 나타난 데이터 취득률(2월 67.5%, 6월 45.3%)의 차이에 따른 영향을 받았을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 비교적 좁은 면적의 대상지에 6대의 관찰카메라를 설치하여 현장관찰조사 대비 고밀도의 조사를 진행하였으며 그 결과 더 많은 종의 서식을 확인하여 확장된 생물종목록을 도출하였다. 이는 생물다양성이 감소하는 경향을 보이는 대상지에서 의미있는 결과이며, 인간의 영향을 지속적으로 받으며 변화하는 도시생태계의 생물다양성을 효과적으로 파악한 것이라 할 수 있다. 대상종과 환경 의 변화, 연구 목적 등에 따라 적절한 전략을 통하여 공간적인 한계를 극복한다면 카메라 트래핑은 효과적인 모니터링 방법이 될 수 있으며, 이를 통하여 도출된 생물종목록은 추후 복원 및 관리계획의 근거가 될 것으로 사료된다.
적 요
본 연구는 서울시 은평구 북한산국립공원 내에 위치한 진관동습지 내 관찰된 조류 및 포유류 조사 결과에 대해 카메라 트래핑 방법의 효율성을 확인하고, 생물다양성의 변화를 파악하는 효과적인 모니터링 방법으로 제안하기 위하여 수행되었다. 2022년 2월부터 6월까지 121일 동안 3가지의 수환경을 대상으로 총 6대의 카메라를 설치하여 카메라 트래핑을 진행하였다. 그 결과, 총 14,742개의 영상을 취득하였으며 데이터 취득률은 59.2%로 나타났다. 이를 분석하여 총 20과 47종의 조류와 7과 8종의 포유류의 서식을 확인하였다. 과거 생물조사 결과 비교를 위하여 2011년부터 지난 10년간의 현장관찰조사 결과를 취합한 결과, 총 33과 90종의 조류와 5과 6종의 포유류가 서식하는 것으로 확인되었다. 생물다양성이 감소하는 경향을 보이는 진관 동습지에서 카메라 트래핑을 통하여 확장된 생물종목록을 도출하였으며, 이는 지난 10년간 관찰되지 않았던 3과 3종의 조류와 2과 2종의 포유류를 포함한 결과이다. 현장관찰 조사가 지닌 시간적인 한계를 보완하는 카메라 트래핑은 적절한 카메라 설치 전략과 데이터 정제를 통하여 공간적인 한계를 극복한다면 효과적인 모니터링 방법이 될 수 있다. 다양한 분류군에 대한 카메라 트래핑을 통하여 도출된 생물종목록은 향후 복원 및 관리계획의 근거로 활용될 수 있다.
