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생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발

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Academic year: 2021

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생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발

Development of Ecoinformatics Biodiversity Assessment Tools

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참여연구원 사공희 (한국환경정책·평가연구원 선임연구위원) 주용준 (한국환경정책·평가연구원 부연구위원) 정슬기 (한국환경정책·평가연구원 연구원) ❚연구자문위원 (가나다순) 권영한 (한국환경정책·평가연구원 명예연구위원) 오일찬 (한국환경정책·평가연구원 부연구위원) 원혜림 (환경부 생물다양성과 사무관) 유정칠 (경희대학교 생물학과 교수) 이상범 (한국환경정책·평가연구원 선임연구위원) 정근채 (환경부 환경영향평가과 사무관) 허위행 (국립생물자원관 연구관) ⓒ 2019 한국환경정책・평가연구원 발행인 윤 제 용 발행처 한국환경정책・평가연구원 (30147) 세종특별자치시 시청대로 370 세종국책연구단지 과학・인프라동 전화 044-415-7777 팩스 044-415-7799 http://www.kei.re.kr 인 쇄 2019년 12월 26일 발 행 2019년 12월 31일 등 록 제 2015-000009호 (1998년 1월 30일) ISBN 979-11-5980-337-6 93530 인쇄처 디자인크레파스 02-2267-0663 이 보고서의 인용 및 활용 시 아래와 같이 출처를 표시해 주십시오. 이후승 외(2019), 「생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발」, 한국환경정 책・평가연구원. 값 7,000원

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생물다양성은 생태계를 유지하는 데 기초가 되는 개념으로 얼마나 많은 생물이 지구상에 살아가는가를 의미합니다. 생물다양성을 유지하는 것은 우리에게 중요하며, 환경보전을 위 한 정부의 많은 정책과 노력도 결국은 어떻게 생물다양성을 유지할 것인가로 귀결됩니다. 세계의 여러 국가가 생물다양성협약을 맺어 서로 협력하고 있으며, 우리나라의 경우는 2014년도에 제12차 생물다양성협약 당사국총회 개최국이자 의장국으로서 국제적으로 많 은 기여를 하고 있습니다. 특별히 2020년은 제15차 생물다양성 당사국총회가 개최되고 새로운 전 지구적 생물다양성 목표 및 전략계획이 채택될 예정이어서 생물다양성의 중요성 을 환기할 시점입니다. 생물다양성협약 이행뿐만 아니라 한반도에 다양한 생물이 지속적으로 생존할 수 있도록 정부시책에서부터 환경영향평가에 이르기까지 생물다양성에 대한 우선적인 검토와 분석을 요구하고 있지만 아쉽게도 생물다양성 현황을 파악하고 분석하는 데 한계가 있었습니다. 본 연구에서도 제시하였지만 평가를 하기 위한 기초적인 자연생태 조사의 한계성 등을 토대 로 평가의 문제점이 지속적으로 제기되어 왔지만 뚜렷한 해결점을 도출하지 못한 상황이었 습니다. 본 연구에서는 기존의 자연생태 조사 방법과 제도하에서 생물유전적 정보를 이용한 생태 정보학적 생물다양성 평가기법을 마련하고 한강권역 조류자료를 이용한 사례분석을 통해 좀 더 고도화된 생물다양성 평가를 실시할 수 있는 방법을 제시하였습니다. 또한 고도화된 생물다양성 평가기법의 활용 방향과 환경영향평가에서의 활용 로드맵을 도출하여 연구결과 를 구체적으로 어떻게 활용할지에 대해 제안하였습니다. 본 연구결과를 토대로 생물다양성 현황을 좀 더 구체적이고 실질적으로 평가하고 이를 통해 환경정책 및 환경영향평가 등에서 그동안 부족하였던 생물다양성 측면에서의 개선 및 후속연구가 진행되기를 기대합니다. 본 연구를 수행한 한국환경정책·평가연구원 환경평가본부의 이후승 박사, 사공희 박사, 주용준 박사, 정슬기 연구원께 감사를 표합니다. 바쁘신 와중에도 자문을 통해 연구에 도움

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다. 또한 우리 원의 권영한 박사, 이상범 박사, 오일찬 박사의 자문에도 감사를 표합니다.

2019년 12월 한국환경정책·평가연구원 원 장

윤 제 용

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요 약

Ⅰ. 연구의 배경 및 목적

1. 연구의 배경 ❏ 정책현안 및 연구의 필요성 ㅇ 경제개발에 따른 인구의 도시집중화는 야생생물 서식지 파편화를 통해 생물다양성의 지속적인 감소를 초래하고 있으며, 국토면적에 비해 다양한 개발사업이 증가하고 있는 우리나라는 생물다양성의 감소가 더욱 심화될 것으로 전망 ㅇ 생물다양성협약(CBD) 의제 중 영향평가(impact assessment)에 대한 우리나라의 이행 정도는 협약 권고사항과 차이가 있음 - 현재 환경정책 및 환경영향평가 등에서 생물 종 수 및 개체 수 위주의 평가는 생물다 양성에서 다루어야 할 종 다양성, 유전적 다양성, 생태계 다양성 미반영 ㅇ 우리나라는 국가생물다양성전략 및 환경영향평가 등에서 기초적인 수준의 생물다양 성 평가를 수행할 뿐, 융·복합적 평가기법 및 정책의 이행체계가 미흡 - 생물자원의 분포 및 개체군 변동 등의 국제적인 기준에 부합되는 자연자원에 대한 인벤토리와 데이터베이스 구축 및 지표개발 미흡 - 환경영향평가 등에서 생물현황 기초자료의 부족, 합리적인 생태계 평가기법의 부 재, 생물 종 및 서식지 보전을 위한 추진체계 정립 미흡 등의 한계 - 생물다양성 평가를 위한 생태·자연도 도입 및 생물상 조사항목 개선에도 불구하고 기초적인 출현 종 목록 및 산술적 다양성 지수 결과를 제시하므로 서식지 및 유전자 원 등의 생태계 건강성 악화 및 개발로 인한 훼손 파악이 미흡 - 특히 법정보호종에 대한 환경영향평가는 획일적인 영향 예측이나 저감방안 제시로 지역여건이나 생물 종의 생태적 특성이 미반영

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ㅇ 생물다양성 관련 정책 및 환경영향평가 등의 효율적인 운용과 생태계 지속가능성 평가의 선진화를 유도하기 위한 생태·유전정보 기반의 융·복합적 생물다양성 평가방 법 개발 및 정책·제도 개선이 필요한 시점 2. 연구의 목적 ❏ 생물다양성 평가 현황 및 문제점 분석 ㅇ 국내 생물자원에 대한 유전정보학적 계통분류 연구 현황과 국내외 생물 종 유전정보 협력지원 체계 분석 및 생물다양성 항목 작성 실태 그리고 융·복합적 평가체계를 고려한 개선방안 도출 ㅇ 대기질, 소음진동 등 생활환경 항목에 비해 정량적 평가기법의 개선이 늦은 생물다양 성 평가기법을 개선하기 위한 서식지 현황 및 생활사 등을 고려한 개선방안 분석 ㅇ 법정보호종뿐만 아니라 서식이 확인된 생물 종에 대한 다양성 분석을 통한 평가 가능 성 확대방안 모색 ❏ 생태정보학적 기법을 기반으로 한 생물다양성 평가기법 마련 ㅇ 생물유전정보를 이용한 계통적 다양성 기반의 융·복합적 생물다양성 평가방법 개발 ㅇ 생태정보학적 기법 소개를 통해 현재의 생물다양성 평가기법과 생태정보학적 기법의 차이점을 비교하여 생물다양성 평가에 생태정보학적 기법의 활용방안을 제시 ㅇ 한강권역 조류 현황자료를 이용하여 시범분석을 실시하고 생태정보학적 생물다양성 평가기법의 활용 방향을 제시 ㅇ 생물다양성 관련 정책 및 환경영향평가 등에서의 생태정보학적 생물다양성 평가기법 의 활용 방향과 ICT 기반 환경영향평가를 위한 생물다양성 평가 로드맵을 도출

Ⅱ. 생태정보학적 생물다양성 평가를 위한 방법론적 현황

❏ 환경부 및 농림축산식품부 등에서 생물자원에 대한 유전자원의 지속적 확보 추진

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ㅇ 국립생물자원관에서 ’08~’20년까지 계통수 작성 사업 추진 중 - 민간(대학 및 연구소)에서의 생물자원 현황은 집계되지 못하고 있음 ❏ 유전자원의 이용과 보전에 대한 국제 규정 및 정보 공유 체계 ㅇ 2010년 일본 나고야에서 ‘유전자원 접근 및 이익 공유(ABS)에 대한 나고야 의정서’ 채택 - 1992년 생물다양성협약(CBD) 채택 후, 생물유전자원을 포함한 자국의 생물자원에 대한 주권적 권리 인정

ㅇ 미국 국립생물공학정보센터(NCBI), 유럽 생물정보학연구소(EBI) 및 일본 DNA 데이 터 은행(DDBJ)에서는 유전정보를 등록하고 공유하는 체계를 구축 - 유전자 염기서열 정보 규제와 관련된 공유범위 확대 및 규제 해제 등 국제적 논쟁이 지속되고 있음 - 본 연구에서는 신약개발 및 생물복제 등에 활용되는 모든 유전자 정보가 아닌 생물 종 동정 및 생물다양성 평가를 위한 유전자 염기서열 정보만을 다룸 ❏ 생활사 특성을 고려한 생물다양성 평가체계 도입 필요 ㅇ 환경변화에 민감한 개체수준에서의 영향에 따른 개체군 규모에서의 차이가 생물다양 성 평가결과에 반영될 수 있는 평가체계 도입 - 취식, 확산, 이주 등 시·공간적으로 다양한 생활사는 생물다양성을 결정하는 데 중요한 요소로 작용할 수 있기 때문에 생물다양성 평가를 위한 계획 수립 단계에서 부터 긴밀하게 고려되어야 함 ❏ 생물상 조사의 한계성 및 평가의 제한성 ㅇ 전국자연환경조사 등 현재의 생물상 조사방법은 종 수 중심의 조사로 수립되어 생물 자원의 현황파악이라는 목적에는 부합하나 정책적 활용을 위한 생물다양성 및 종 다양성 등의 지표화를 하기에 미흡

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- 조류, 어류 등 일부 분류군에서는 개체 수도 함께 조사되어 다양성 분석이 가능하나 나머지 분류군은 종 수 중심으로 조사되고 있음 - 생물자원조사의 기본 지침이 될 수 있는 전국자연환경조사의 경우 현재 제5차까지 진행되어 오는 동안 조사 시기 및 방법 등이 바뀌고 있어 시계열적 생물다양성 평가의 한계를 초래함 ㅇ 전국적인 현황조사를 실시하는 데 분류군별 공간적 범위의 제한성으로 인한 통합적 다양성 분석의 한계 노출 - 전국자연환경조사의 경우 육상과 수계의 공간적 조사범위가 상이하여 생물다양성 평가를 통한 현황 및 변화 등을 분석하는 데 한계가 드러남 - 생물다양성 평가에서 종 다양성, 종 풍부도 등 평가 방법과 결과의 활용성이 다름에 도 불구하고 혼용하여 사용함으로써 정책적 혼란을 초래할 가능성이 있음 ❏ 생물다양성 평가체계를 고려한 개선방안 시급 ㅇ 생물다양성 평가의 다양한 지표의 활용방안 - 현재 국내에서 사용하는 생물다양성 평가지표는 대부분 종 수와 개체 수 등을 모두 요구하는 지표인바 평가가 제한적으로 실시됨 - 개체 수가 조사되지 않더라도 생물다양성을 평가할 수 있는 다양한 평가기법을 생물다양성 평가에 도입하는 것이 필요함 ㅇ 서식지의 기능적 특성 반영 - 종 수 개념의 생물다양성 분석은 서식지의 기능적 특성을 고려하여 분석스케일에 따라 달라질 수 있으므로 조사지역의 세분화 또는 자료 분석 시 서식역의 환경적 특성을 고려한 생물다양성 분석을 실시하도록 개선이 필요함 - 서식지 면적의 크기와 생물다양성은 비례하지 않으므로 적정 면적에서의 조사 또는 다양성 분석을 실시하도록 개선이 필요함 ㅇ 공간적 범위의 조정 개선 필요 - 생물다양성 평가가 요구되는 공간과 주변지역간의 관계 등을 평가하기 위한 공간적 범위를 평가에 활용하는 방안이 필요함

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- 환경영향평가의 경우 사업대상지와 주변지역 및 사업 전 및 사업 후의 생물다양성 차이를 분석하기 위한 공간적 범위의 적정성 평가가 필요함

Ⅲ. 생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발

❏ 생태정보학은 유전자 정보, 생물 시스템 각 계층 간의 정보 및 생태계 구성 기전에서의 거시적 보전을 위한 연구 ㅇ 전산-수리적 방법을 통한 생물 시스템(분자-세포-개체-개체군-군집-생태)의 정보를 유기적으로 종합분석하고 환경적 스트레스 및 교란의 해결을 통해 생태계 안정성 유지를 위한 생태 자료의 종합적 기법 구현을 연구함 ㅇ 생태정보학적 생물다양성 평가기법은 추가적인 조사 등의 변경보다는 현 체제의 보 완 및 분석의 다양화를 통한 평가기법의 고도화를 목적으로 함 ❏ 계통분류도를 이용한 생물다양성 평가 ㅇ 계통분류도에서 종과 종 사이의 계통적 거리(phylogenetic distance)는 종간의 차 이 또는 진화적 차원에서의 시간차이를 의미 - 종간의 진화적 및 분류학적 거리가 가까우면 근연종(allied species)이라 할 수 있음 ㅇ 생태정보학적 생물다양성, 즉 계통적 다양성(PD: phylogenetic diversity)은 계통 도상 종간의 모든 간선의 길이의 합으로 계산됨    × 



 ※ 계통도 내 간선의 수 , 간선 의 길이 , 간선 를 공유하는 종의 평균 풍부도(측정단위와 상관없는)  - PD값이 클수록 계통도상 거리가 먼 종들이 조사지역에서 서식하고 있음을 의미하 며, PD값이 작을수록 계통도상 거리가 가까운 종들이 서식하고 있음을 의미

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- 계통도상 거리가 가까운 종들은 생태적으로 선호하는 먹이, 서식환경 및 생활사 등이 유사하지만 거리가 먼 종들은 이러한 특성이 상이한 종들이라 할 수 있음 ㅇ 생물다양성 평가에서 우선적으로 고려해야 할 사항은 종의 차이점을 어떻게 측정할 수 있는가에 있음 - 산술적 평가방법에서는 조사지역에서 서식이 확인된 종 수와 개체 수를 이용하여 공간대비 적정한 다양성이 존재하는지를 분석하는 것이 주된 목적 - 생태정보학적 생물다양성 평가에서는 종들의 차이점, 즉 서식지(조사지역)에 속한 종의 생태 및 생활사적 차이(예: 선호하는 먹이, 서식환경 등) 등 생태적 지위에 차이가 있는지를 판단하는 것이 목적

Ⅳ. 사례분석: 한강권역 조류의 생물다양성 평가

❏ 한강권역의 환경적 특성에 부합하는 고도화된 생물다양성 평가결과 도출 ㅇ 한강권역 조사지역별 조류군집의 계통학적 생물다양성은 상류역에서 하류역으로 갈 수록 증가

자료: 국립생물자원관(2019); 환경부, 국립생물자원관(2019); Genbank, 검색일: 2019.6.15; A Global Phylo geny of Birds, 검색일: 2019.6.15. 자료를 바탕으로 저자 작성.

지도 자료: Mapme, “서울시”, 검색일: 2019.8.14.

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- 성산대교~행주대교 조사지역 이후부터 급격히 증가함 - 한강 지류도 공간적으로 하류역에 속하는 안양천과 오두산전망대~장남교에서의 다양성이 높음 - 계통분류상 서로 유사한 종들이 상류역에 많이 분포하나 하류역으로 갈수록 생활사 적 특성에 차이가 나는 종들이 많음을 의미함 ㅇ 조사지역간 생물다양성의 차이는 생태정보학적 생물다양성 평가방법이 좀 더 명확하 게 구분하여 제시 - 생태정보학적 생물다양성 평가결과는 성산대교~행주대교 조사지역 이후부터 급격 히 증가함 자료: 국립생물자원관(2015, 2016, 2017, 2018, 2019); 서울시(2017); 환경부, 국립생물자원관(2019); Genb ank, 검색일: 2019.6.15; A Global Phylogeny of Birds, 검색일: 2019.6.15. 자료를 바탕으로 저자 작성.

<그림 2> 한강권역 조류의 생태정보학적(계통학적) 생물다양성과 산술적 생물다양성 평가결과의 관계에서 시간적(B와 D, 조사시기) 및 공간적(A와 C, 조사지역) 구분

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❏ 광역적 측면에서의 생물다양성 현황을 분석 ㅇ 공간적 스케일의 차이에 따른 광역적 측면에서의 생물다양성 평가결과 비교 - 한강권역에서 서식하는 조류 현황을 국가생물종목록과 비교하였을 경우, 종 수의 비율은 약 16.1%이나 산술적인 비교인바 다양성 측면의 의미는 도출하기 어려움 - 반면 생태정보학적 생물다양성 평가는 한강권역이 약 40.3%의 생물다양성 가치를 지니고 있는 것으로 해석할 수 있음 ㅇ 생태정보학적 생물다양성 평가방법은 한강권역 조사지역간 생물다양성의 높은 상관 관계를 분석 가능 - 공간적으로 서로 연계된 지역에서의 생물다양성 분석을 통해 서식 생물상의 생태적 지위 및 생활사적 특성의 유사성을 분석할 수 있음 - 생태정보학적 생물다양성 결과가 종 다양성에 비해 정밀한 분석이 가능함을 의미함 주: 원의 색상은 상관계수(correlation coefficient)를 나타냄 자료: 국립생물자원관(2015, 2016, 2017, 2018, 2019); 환경부, 국립생물자원관(2019); Genbank, 검색일: 2019.6.15.); A Global Phylogeny of Birds, 검색일: 2019.6.15. 자료를 바탕으로 저자 작성.

<그림 3> 5개년도(2015-2019) 조사결과에 대한 조사지역간 생태정보학적 생물다양성과 종 다양성에 대한 상관관계

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Ⅴ. 생물다양성 평가 기술 활용 방향

❏ 생태정보학적 평가 기술을 활용한 환경정책의 우순선위 결정지원 ㅇ 산술적인 종 다양성 평가방법과 달리 생태정보학적 생물다양성 평가 기술은 종의 현황과 생태적 특성 등을 반영하는바 정책적 우선순위 결정에 활용 가능 ㅇ 생태정보학적 생물다양성 평가방법을 활용한 생물다양성 평가매트릭스(안) 체계 구 축 필요 - 산술적인 현황을 나타내는 종 풍부도와 생태정보학적 생물다양성 평가결과를 이용 한 조사지역(또는 사업지역)에 대한 생물다양성 평가체계 개발 가능 자료: Thompson et al.(2015)을 바탕으로 저자 재작성. <그림 4> 풍부도와 생태정보학적 생물다양성을 통한 생물다양성 평가매트릭스(안) 체계 ❏ 차세대 환경영향평가 기반 마련을 위한 생물다양성 평가 로드맵 구축 ㅇ ICT 기반 환경영향평가 기술 개발은 빅데이터, AI 및 공간·시각화 기술 기반의 환경 영향평가 기술을 개발하는 것으로 생태정보학적 생물다양성 평가 기술의 활용을 위 한 로드맵 제시 - 제1단계: 생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발(2019-2020) - 제2단계: 생물다양성 평가기법 도입을 위한 제도 기반 검토 - 제3단계: 생물다양성 평가결과 도출 및 검토 알고리즘 구축

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Ⅵ. 결론 및 학술적 성과

❏ 생물다양성 평가 및 정책적 활용에서 한계성을 극복하고 국가 생물다양성 현황 및 환경영향평가 등에서의 올바른 생물다양성 평가를 위한 생태정보학적 생물다양성 평 가 기술 개발 ㅇ 산술적인 생물다양성 평가방법의 한계성과 제한성 보완의 시급함 인식 및 자연환경 조사 등의 방법론적 개선 방향 도출 ㅇ 계통적 생물다양성 평가기법을 이용한 생태정보학적 생물다양성 평가를 한강권역 조류자료를 이용하여 분석 - 산술적 생물다양성 결과에 비해 한강권역에서의 공간적 및 시간적 차이점을 명확하 게 제시할 수 있음 - 국가 대비 한강권역 및 한강전체 대비 조사지역별 조류다양성의 현황 분석결과를 제시함 ㅇ 생물다양성 관련 환경정책의 우선순위 결정과 생물다양성 평가매트릭스를 이용한 등급화에 따른 정책지원 등 활용 방향 제시 ㅇ ICT 기반의 차세대 환경영향평가 토대 마련을 위한 로드맵 제시 ❏ 생태유전학적 생물다양성 평가기법의 도입과 계통적 다양성의 국내 첫 사례연구 결과 제시 ㅇ 종의 유전정보를 이용한 국내 조류 종에 대한 계통도 제시 ※ 유전적 정보를 이용한 조류계통도에 대한 국립생물자원관과의 추가적인 협력 연구의 필요성 도출 ㅇ 분자계통학적 관계를 이용한 생물다양성 평가기법의 활용연구 도출 ㅇ 군집생태학 연구에서 생태유전학적 기법의 활용 및 융합적 분석방법 제시 ㅇ 분석방법의 활용을 위한 R 분석코드 제공 주제어 : 생물다양성, 계통적 다양성, 지속가능성, 생태정보, 환경영향평가

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요 약 ···ⅰ 제1장 서론 ···1 1. 연구의 필요성 및 목적 ···1 2. 연구의 범위 ···2 3. 연구의 내용 및 수행체계 ···3 제2장 생태정보학적 생물다양성 평가를 위한 방법론적 현황 ···5 1. 생물자원에 대한 계통분류 연구 현황 ···5 2. 국내외 생물 종 유전정보 협력지원 체계 ···7 3. 융·복합적 분석에 기초한 생물 생활사전략 분석 ···10 4. 생물다양성 평가 항목 작성 현황 분석 및 문제점 도출 ···12 5. 생물다양성 평가체계를 고려한 개선방안 ···20 제3장 생태정보학적 생물다양성 평가 기술 개발 ···29 1. 생태정보학적 기법 소개 ···29 2. 생태정보학적 생물다양성 평가 기술 ···31 제4장 사례분석: 한강권역 조류의 생물다양성 평가 ···42 1. 한강권역 조류다양성 보호의 현황과 문제점 검토 ···42 2. 생태정보학적 기법 적용을 통한 한강 조류다양성 ···52 제5장 생물다양성 평가 기술 활용 방향 ···67

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제6장 결론 ···76

참고문헌 ···79

부 록 ···87

생태정보학적 생물다양성 평가를 위한 R code ···89

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<표 2-1> ‘한반도 주요 생물군 계통수 작성’ 사업의 연차별 분석 종 수 ···6 <표 2-2> 나고야의정서 제2조(용어사용) ···9 <표 2-3> 자연생태환경분야의 환경현황 조사방법 및 작성양식 ···16 <표 2-4> 생물 종 다양성의 정량화 방법 ···19 <표 2-5> 종 수만을 이용한 종 다양성의 정량화 방법 ···20 <표 2-6> 주요 동물군의 기능적 서식지 개념의 적용 ···23 <표 2-7> 공간 단위(scale)에 따른 생물다양성의 단계 ···24 <표 3-1> 계통분류도상 다양한 거리 계산법 ···38 <표 3-2> 생물다양성 평가의 공간적 범위를 고려한 계통적 거리 이용 다양성 평가지표 ···39 <표 4-1> 겨울철 조류 동시센서스 한강권 조사지역 현황 ···43 <표 4-2> 분석에 이용된 조류자료의 시·공간적 범위 ···43

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<그림 1-1> 연구 수행 체계도 ···3 <그림 2-1> ‘한반도 생물자원관 기원규명: 한반도 주요 생물군 계통수 작성’ 사업을 통해 도출된 한반도 자생 동물 유합 계통수 ···6 <그림 2-2> 생물유전자원 이용 및 개발 관련 인식의 변화 ···7 <그림 2-3> (a) 개체의 생활사가 환경변화에 따라 개체군에 영향을 주는 경로, (b) 취식, 확산, 이주의 과정으로 분류되는 생물의 이동 범위와 생물다양성 연구의 범위 ····11 <그림 2-4> 환경부 주요 자연자원 조사사업 일람표 ···13 <그림 2-5> 제1차 자연생태계 전국 조사 체계표 ···14 <그림 2-6> 제4차 전국자연환경조사 작성 지침 예시(소형포유류 및 양서류) ···15 <그림 2-7> 전국자연환경조사 조사지침 사례 ···17 <그림 2-8> 생물자원조사에서 생물다양성 분석 관련 조사 항목 ···18 <그림 2-9> 공간 단위에 따른 생물다양성의 단계 모식도 ···24 <그림 2-10> (a) 방형구의 크기와 종 다양성의 상관관계, (b) 선형 또는 정점 조사에서 영향을 받는 곳에서부터 위치가 확인된 지점까지의 거리와 다양성과의 관계 ··25 <그림 2-11> 사업대상지와 주변지역을 구분한 생물다양성 평가범위 개선방안 ···26 <그림 2-12> (a) 환경영향평가 조사지역의 세분화를 통한 베타(β) 다양성 결과 도출, (b) 전국자연환경조사에서 격자 간 베타(β) 다양성 결과 도출 ···27 <그림 2-13> (a) 아산만 논경지에 도래하는 조류의 다양성 월별 변화, (b) 월별 종 풍부도 변화 ···28 <그림 3-1> (a) 생태정보학 연관 분야, (b) 생태정보학적 자료 축적 모식도 ···29 <그림 3-2> 생태정보학적 생물다양성 평가의 모식도 ···30 <그림 3-3> 군집구성 과정 및 산술적 다양성 분석 결과의 개념도 ···31 <그림 3-4> 종 분화를 통해 형성되는 과정 ···32 <그림 3-5> 분자계통 연구의 모식도 ···33

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<그림 3-8> 계통분류도 트리의 구조와 설명 ···36 <그림 3-9> 진화적 관점에서 경쟁에 의한 배제(competitive exclusion)에 따른 계통 분류학적 분배의 모식도 ···40 <그림 3-10> 종 수와 계통분류상 거리와 관계 ···41 <그림 4-1> 한강권역 조류의 다양성 분석을 위한 자료의 다양성 ···44 <그림 4-2> 한강권역 범위와 공간적 분포 그리고 주된 조류상 ···45 <그림 4-3> 한강권역 조류의 균등도(회색막대)와 우점도(파란색 실선)의 연도별 변화 ···47 <그림 4-4> 한강권역 조류의 균등도(회색막대)와 우점도(파란색 실선)의 계절별 변화 ···48 <그림 4-5> 한강권역 조류의 풍부도(초록색 막대)와 종 다양도(노란색 실선)의 연도별 변화 ···49 <그림 4-6> 한강권역 조류의 풍부도(초록색 막대)와 종 다양도(노란색 실선)의 계절별 변화 ···50 <그림 4-7> 한강권역 조류조사 구간별 국토환경성평가 등급별 비율 ···51 <그림 4-8> 한국 조류종(510종)의 계통분류도 ···53 <그림 4-9> 한강 조사지역별 조류군집의 계통학적 생물다양성 ···55 <그림 4-10> 한강권역 각 조사지역별 조류의 계통학적 생물다양성(붉은색 실선)과 종 다양도(노란색 실선)의 연도별 변화 ···56 <그림 4-11> 한강권역 각 조사지역별 조류의 계통학적 생물다양성(붉은색 실선)과 종 다양도(노란색 실선)의 계절별 변화 ···57 <그림 4-12> 한강권역 조류의 산술적 생물다양성 평가결과의 관계 ···58 <그림 4-13> 한강권역 조류의 생태정보학적(계통학적) 생물다양성과 산술적 생물다양성 평가결과의 관계 ···60 <그림 4-14> 한강권역 조류의 생태정보학적(계통학적) 생물다양성과 산술적 생물다양성 평가결과의 관계에서 시간적(B와 D, 조사시기) 및 공간적(A와 C, 조사지역) 구분 ···61 <그림 4-15> 한국 전역, 한강권역 및 조사지역별 조류의 생태정보학적(계통학적) 생물

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비교 ···63 <그림 4-17> 한강권역 생물다양성 지수에 대한 지역별 생물다양성 비율의 연도별 변화 ···64 <그림 4-18> 5개년도(2015-2019) 조사결과에 대한 조사지역 간 생태정보학적 생물 다양성과 종 다양성에 대한 상관관계 ···65 <그림 4-19> 계통분류도상의 거리와 군집구성 ···66 <그림 5-1> 환경정책 우선순위 결정지원의 예시 ···68 <그림 5-2> PD를 이용한 개구리류 서식지 보전정책의 우선순위 결정 사례 ···68 <그림 5-3> 풍부도와 생태정보학적 생물다양성을 통한 생물다양성 평가매트릭스(안) 체계 ··69 <그림 5-4> 차세대 환경영향평가 기반 마련을 위한 생물다양성 평가 로드맵 ···73

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ABS Access to genetic resources and Benefit-Sharing (유전자원의 접근 및 이익공유 과정)

CBD Convention on Biological Diversity (생물다양성협약) DDBJ DNA Data Bank of Japan (일본 DNA 데이터 은행) EBI European Bioinformatics Institute (유럽 생물정보학연구소) EIA Environment Impact Assessment (환경영향평가)

ICT Information Communication Technology (정보통신기술)

NCBI National Center for Biotechnology Information (미국 국립생물공학정보 센터)

PD Phylogenetic Diversity (계통적 다양성)

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제1장

서 론

1. 연구의 필요성 및 목적

경제개발에 따른 인구의 도시집중화는 야생생물 서식지 파편화를 통해 생물다양성의 지 속적인 감소를 초래하고 있으며, 국토면적에 비해 다양한 개발사업이 증가하고 있는 우리나 라는 생물다양성의 감소가 더욱 심화될 것으로 전망된다. 예를 들어, 우리나라는 육상보전 지역이 10.3%로 생물다양성 보전을 위한 UN의 최소 기준인 17% 그리고 OECD 평균인 16.4%에도 미치지 못하고 있다.1) 국민소득 3만 달러 시대로 가까워지면서 건강, 복지, 자연이용 및 개발의 지속가능성에 대한 요구의 증가와 함께 생물다양성 보전의 중요성도 함께 부각되고 있다. 국립공원, 습지 보호지역, 생태경관보전지역 등 국가보호지역의 신규 지정 확대를 육상보호지역 기준으로 17%까지 확대하는 것을 정책적으로 추진하고 있다. 또한 한반도 고유 생물 종 및 멸종 위기종 복원 등 생물다양성 확보를 위한 국립멸종위기종복원센터 개관, 국토·환경 연동제 및 전략환경영향평가 생물다양성 평가 항목 고도화 등을 통한 국토개발의 지속가능성 확보 를 위해 노력하고 있다.

하지만 생물다양성협약(CBD: Convention on Biological Diversity) 의제 중 영향평가 (impact assessment)에 대한 우리나라의 이행 정도는 협약 권고사항과 차이가 있다.2)

재 환경정책 및 환경영향평가 등에서 생물 종 수 및 개체 수 위주의 평가는 생물다양성에서 다루어야 할 종 다양성(species diversity), 유전적 다양성(genetic diversity) 그리고 생태

1) 환경부(2018). 2) 환경부(2018).

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계 다양성(ecological diversity)을 미반영하고 있다. 또한 멸종위기 야생생물이 2008년 221종, 2012년 246종 그리고 2017년 267종으로 지속적으로 증가하고 있는데 이는 법정 보호종 중심의 환경정책 및 환경영향평가 등에서 생물 종 다양성의 지속가능성을 고려한 영향평가 및 관련 제도의 마련이 시급하다는 것을 의미한다. 우리나라는 국가생물다양성전략 및 환경영향평가 등에서 기초적인 수준의 생물다양성 평가를 수행할 뿐, 융·복합적 평가기법 및 정책의 이행체계 마련이 시급하다.3) 특히 생물자 원의 분포 및 개체군 변동 등의 국제적인 기준에 부합되는 자연자원에 대한 인벤토리와 데이터베이스 구축 및 지표개발이 미흡하며, 환경영향평가에서 생물현황 기초자료의 부족, 합리적인 생태계 평가기법의 부재 그리고 생물 종 및 서식지 보전을 위한 추진체계 정립 미흡 등이 한계로 지적된다.4) 더욱이 생물다양성 평가를 위한 생태·자연도 도입 및 생물상 조사항목 개선에도 불구하고 기초적인 출현 종 목록 및 산술적 다양성 지수 결과를 제시하 므로 서식지 및 유전자원 등의 생태계 건강성 현황 및 개발로 인한 훼손에 대한 파악이 요구된다. 앞서 기술한 바와 같이 생물다양성 관련 정책 및 환경영향평가 등에서의 효율적인 운용과 생태계 지속가능성 평가의 선진화를 유도하기 위한 생태·유전학적 기반의 융·복합적 생물 다양성 평가방법 개발 및 정책·제도 개선이 필요한 시점이다. 따라서 본 연구는 국내 생물다양성 평가 현황과 생물자원 특히 유전자원의 연구 현황 및 국내외 협력지원 체계 등을 파악하고, 생태정보학적 생물다양성 평가기법을 제시한다. 또한 한강권역 조류 현황자료를 이용한 시범분석을 통해 개선된 평가기법의 정책적 활용 방향 그리고 ICT 기반의 차세대 환경영향평가 토대 마련을 위한 생물다양성 평가 로드맵을 도출한다.

2. 연구의 범위

본 연구는 생물유전정보를 활용한 생태정보학적 평가기법을 제시하고 시범분석에서 겨울 3) 권영한 외(2006). 4) 오일찬, 권영한, 노백호(2015).

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철조류동시센서스 자료 중 한강권역(팔당댐~장남교)을 대상으로 하였으며, 공간적 조사범 위가 일정한 2015~2019년도 조사 자료를 대상으로 한다. 생물유전정보는 게놈으로 알려 진 유전정보 전체가 아닌 유전자 염기서열 정보이며 제시한 생태정보학적 생물다양성 평가 에 이용된 생물 계통분류도를 작성하는 데 이용한 유전자 염기서열 정보를 의미한다.

3. 연구의 내용 및 수행체계

본 연구의 목적은 국가생물다양성전략 및 환경영향평가 등에서 기초적인 수준에 머물러 있는 생물다양성 평가를 고도화하기 위한 융·복합적 평가방법을 개발하고 정책·제도 개선 의 방향을 제시하는 데 있으며, 연구의 주요 내용 및 수행체계는 다음과 같다(그림 1-1 참조). 자료: 저자 작성. <그림 1-1> 연구 수행 체계도 첫째, 국내 생물자원에 대한 유전정보학적 계통분류 연구 현황과 국내외 생물 종 유전정 보 협력지원 체계를 검토하고 생물다양성 항목 작성 실태 현황 분석을 통한 문제점을 분석

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하여 융·복합적 평가체계를 고려한 개선방안을 도출하였다. 둘째, 생태정보학적 생물다양성 평가 기술을 제시하고 현재의 산술적인 생물다양성 평가 기법과 생태정보학적 평가기법과의 차이점을 비교하여 활용방안을 제시하였다. 셋째, 한강권역 조류 현황자료를 이용한 시범분석을 통해 생태정보학적 생물다양성 평가 기법의 장점과 기존 평가방법과의 연계 활용방안을 제시하였다. 또한 분석기법의 활용성을 높이기 위해 R code도 함께 제시하였다. 넷째, 생물다양성 관련 정책 및 환경영향평가 등에서의 생태정보학적 생물다양성 평가기 법의 활용 방향과 스마트환경영향평가 기반 마련을 위한 생물다양성 평가 로드맵을 도출하 였다.

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제2장

생태정보학적 생물다양성 평가를 위한

방법론적 현황

1. 생물자원에 대한 계통분류 연구 현황

지구상에 최초로 생물 종이 출현한 역사는 약 35억 년 전으로 추정되며 현재까지 약 170 만 종의 생물이 문헌에 기재되어 있다.5) 우리나라는 총 5만 827종의 자생생물이 국립생물 자원관의 국가생물종목록에 기록되어 있으며, 그 가운데 곤충류가 1만 8,158종으로 종 다 양성이 가장 풍부한 것으로 나타났다.6) 계통분류학은 생물 사이의 계통적 유연관계를 밝혀 이를 반영하는 계통분류체계를 확립하 고자 하는 생물학의 주요 학문 분야이다. 전통적으로 생물의 형태적 특성을 고려한 비교형태 학적 및 해부학적 계통분류와 최근 세포학적 분석(염색체 분석), 분자계통학적(DNA 염기서 열 분석) 및 화학적 분석(flavonoid 분석) 등 다양한 연구방법을 사용하여 대상 분류군의 정확한 실체, 한계, 분류학적 위치, 진화 메커니즘 및 계통적 유연관계를 규명하고 있다. 생물 계통수 작성에 대한 연구는 전 세계의 분류 및 계통 전공자뿐만 아니라 생물학 및 정보학 등 다양한 학문 분야의 연구자들이 합동하여 수행하여야 하는 대형 연구사업으로서 미국과학재단 NSF(National Science Foundation)에서는 AToL(Assembling Tree of Life)라는 사업명으로 2002년부터 Tree of Life 사업을 진행하였다.7) Tree of Life는 과

거와 현재의 모든 생물체의 기원과 계통적 유연관계를 표현하는 하나의 커다란 계통수 (super tree)로 정의된다. 과거 생물의 흔적부터 현존하는 생물체를 다루기에 매우 방대하

5) Hinchliff et al.(2015). 6) 환경부(2019).

(28)

고 전 지구적인 작업이지만, 분류학 연구에서 가장 중요한 임무로 본 프로젝트를 성공시키 기 위해 노력하고 있다. 우리나라의 생물 계통분류에 대한 연구는 국립생물자원관의 ‘한반도 생물다양성 기원규 명: 한반도 주요 생물군 계통수 작성: 동물(척추동물, 곤충, 무척추동물)’ 사업이 한반도 자 생생물 전체에 대한 계통수를 작성하여 한반도 생물다양성의 기원을 규명하는 목적으로 2008년부터 2020년까지 추진되고 있다.8)9) 2008년 1차 연도 사업에서는 무척추동물, 척 추동물, 곤충, 식물, 조류, 균류의 6개 분류군에서 한반도 자생생물 827종의 미토콘드리아 CO1 유전자 등의 유전자 마커를 통해 계통수를 작성하였고, 2010년도에는 총 600종, 2011년도에는 400종에 대한 계통수를 작성하여 총 2,427종의 계통수 작성이 완료되었다. <표 2-1> ‘한반도 주요 생물군 계통수 작성’ 사업의 연차별 분석 종 수 연도 2008년 2009년 2010년 2011년 합계 계통수 작성 종 수 827 600 600 400 2,427 자료: 국립생물자원관(2012)을 바탕으로 저자 작성. 자료: 국립생물자원관(2012). <그림 2-1> ‘한반도 생물자원관 기원규명: 한반도 주요 생물군 계통수 작성’ 사업을 통해 도출된 한반도 자생 동물 유합 계통수 8) 국립생물자원관(2012). 9) 국립생물자원관(2016).

(29)

2. 국내외 생물 종 유전정보 협력지원 체계

생물다양성협약은 전 세계적 환경파괴의 증가로 인한 생태계 손실 및 동·식물 멸종 등과 같은 생물다양성의 보전과 지속가능한 이용에 대한 전 지구적 문제를 함께 해결하기 위한 ‘환경조약’으로 시작되었으나 생물유전자원에서 발생하는 ‘이익공유’의 개념을 반영하면서 환경, 교역, 과학기술, 산업, 지적재산권 등이 유기적으로 연관된 복합한 성격을 갖게 되었 다.10) 생물다양성협약은 기본적으로 ① 생물다양성의 보전, ② 생물다양성의 지속가능한 이용, ③ 유전자원의 이용에서 발생하는 이익의 공정하고 공평한 공유(ABS: Access to Genetic Resources and Benefit-Sharing)의 세 가지 목적을 제시하며 인류 공동의 자산 으로 인식되던 생물유전자원의 주권을 인정하게 되었다. 자료: 환경부(2011). <그림 2-2> 생물유전자원 이용 및 개발 관련 인식의 변화 생물 유전자원에 대한 국제적 협약은 2017년 5월 19일 「나고야의정서」로 생물자원을 국가 소유의 주권으로 인정하는 것을 주된 내용으로 한다. 「나고야의정서」가 발효됨에 따라 10) 환경부(2018).

(30)

협약 당사국들은 관련법을 제정·공포하였는데, 우리나라는 「유전자원의 접근·이용 및 이익 공유에 관한 법률」(법률 제14839호, 2017.8.17 시행), 「유전자원의 접근·이용 및 이익 공 유에 관한 법률 시행령」(대통령령 제28246호, 2017.8.17 시행), 그리고 「유전자원의 접 근·이용 및 이익 공유에 관한 법률 시행규칙」(환경부령 제720호, 2017.11.27 시행)을 제정 하였다. 뿐만 아니라 야생생물, 농업, 병원체, 해양생물, 생명연구 등 유전자원에 대한 관리 체계를 확립하여 유전자원의 정보 관리를 위한 조직 기반을 마련하였다. 유전자원은 “유전의 기능적 단위를 포함하는 식물·동물·미생물 또는 그 밖에 유전적 기원 이 되는 유전물질 중 실질적 또는 잠재적 가치를 지닌 물질”11)로, 유전자원 관련 전통지식 은 “유전자원의 보전과 지속가능한 이용에 적합한 전통적인 생활양식을 유지하여 온 개인 또는 지역사회의 지식, 기술 및 관행”12)으로 정의할 수 있다. 다만 생물다양성협약에서는 ‘유전자원 이용’에 대한 정의를 내리고 있지 않기 때문에 “실질적 또는 잠재적 가치를 지닌 유전의 기능적 단위를 갖춘 생물물질을 모두 포함”13)하는 것으로 해석하고 있다. 또한 “생 물학에서 기능성에 대한 잠재적 가치 및 지식수준은 변화하고 있기 때문에, 용어정의에 사 용된 문구는 그 정의가 지식의 진화 및 기술의 최첨단을 포착한다는 점”14)에서 역동적이라 할 수 있다. 학술적 정의에서 유전자원은 크게 ① 게놈(genome) 또는 유전체(遺傳體)와 ② 시퀀스 (sequence) 또는 유전자 염기서열로 구분할 수 있다.15) 게놈은 한 개체의 유전자와 유전자 가 아닌 부분을 모두 포함한 총 염기서열로서 한 생물 종의 완전한 유전 정보의 총합을 의미하며, 시퀀스는 유전자의 부분 염기서열을 의미한다. 게놈은 주로 신약개발, 생물복제 및 종자산업 등 소위 경제적 이득을 발생시킬 수 있는 중요한 자원으로서의 가치를 지닌 것으로 간주되며, 시퀀스는 종 동정, 질병 진단 등 상대적으로 낮은 가치 또는 학술적 가치 로서 간주된다. 본 연구에서 사용하는 유전정보는 게놈이 아닌 생물다양성 평가를 위한 시 퀀스, 즉 유전자 염기서열 정보이다. 11) 국가법령정보센터, “생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률”. 12) 국가법령정보센터, “생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률”. 13) 국립생물자원관 ABSCH 유전자원정보관리센터, 검색일: 2019.6.22. 14) 국가법령정보센터, “생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률”. 15) Brooker(2018).

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<표 2-2> 나고야의정서 제2조(용어 사용) 협약 제2조에 정의된 용어가 이 의정서에 적용된다. 이에 더하여, 이 의정서의 목적상, (가) “당사국 총회”는 협약 당사국 총회를 의미한다. (나) “협약”은 생물다양성협약을 의미한다. (다) “유전자원 이용”은, 협약 제2조에 정의된 생명공학기술의 적용을 통한 것을 포함하여, 유전자원 의 유전적 그리고/또는 생화학적 구성성분에 관한 연구개발을 수행하는 것을 의미한다. (라) “생명공학기술”은, 협약 제2조에 정의된 바와 같이 특정 용도로 산출물 또는 공정을 개발하거나 변경하기 위해 생물학적 체계, 살아있는 유기체, 또는 그 파생물을 이용하는 모든 기술적 응용을 의미한다. (마) “파생물”은 유전의 기능적 단위를 포함하지 않더라도 생물자원 또는 유전자원의 유전자 발현 또는 대사작용으로부터 자연적으로 생성된 생화학적 합성물을 의미한다. 자료: 국립생물자원관 ABSCH 유전자원정보관리센터, “나고야의정서”, 검색일: 2019.6.22. 유전자 염기서열 정보를 규제하는 것에 대해 생물다양성협약(CBD), 식량농업기구 (FAO), 세계보전기구(WHO) 등 다양한 국제회의에서 논의가 진행 중이나 미국 국립생물공 학정보센터(NCBI: National center for Biotechnology Information)의 유전자 데이터 베이스인 GenBank에서는 유전자 관련 생명체의 학명과 NCBI Taxanomy Browser를 연계하여 분류학적인 생물체 종 정보 확인이 가능하며 종 정보에서 유전자지도 등을 볼 수 있도록 연계 서비스를 제공하고 있다.16) 또한 유럽의 EBI(European Bioinformatics

Institute)17)와 일본의 DDBJ(DNA Data Bank of Japan)18)에서는 GenBank의 실시간

미러사이트를 구축함으로써 NCBI와 동일한 서비스를 제공하고 있다. 하지만 브라질, 멕시 코 등 일부 국가들은 유전자 염기서열 정보가 자국 내 ABS 적용 대상이라는 입장을 취하고 있고, 많은 국가들이 “유전자원 이용자들이 유전자 염기서열 정보를 이용하여 ABS 의무를 회피하고 있음”을 주장하면서 해당 정보 접근 시 승인 획득 및 염기서열 정보 이용에 따른 이익 공유를 요구하고 있다.19)20) 16) 미국 국립생물공학정보센터, 검색일: 2019.6.15. 17) 유럽 생물정보학연구소, 검색일: 2019.6.15. 18) 일본 DNA 데이터 은행, 검색일: 2019.6.15.

19) ABSCH 유전자원정보관리센터(2017.7.18), “ABS Newsletter”, 검색일: 2019.4.30. 20) 한국ABS연구센터(2018).

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우리나라의 경우 과학기술부, 농촌진흥청, 산림청 및 환경부 등에서 생물자원 관련 연구 사업을 통하여 유전정보 연구를 진행하고 있으나,21) 연구결과가 부처별로 독립적으로 추진 되므로 통합적인 활용을 위해서는 개선이 필요한 실정이다.

3. 융·복합적 분석에 기초한 생물 생활사전략 분석

생물의 생활사(life history)는, 생물 개체가 초기 단계(부화 등)에서 성장 과정을 거쳐 번식, 노화 그리고 죽음에 이르는 일련의 변화 과정을 말한다. 생태학적 연구에서 생활사에 대한 연구는 기초적인 종 생태에 대한 연구에서부터 생물학적 및 비생물학적 요인들에 의한 생물의 영향 등과 같은 종합적인 연구에 이르기까지 다양하다.22) 예를 들어, 암 치료제 개발 및 생명연장(노화) 등과 관련된 의학 분야에서도 생물의 생활사를 통해 문제를 해결하려는 접근법이 증가하고 있다.23)

생활사전략(life history strategy)은 생태학적 적응도(ecological fitness), 즉 번식 성 공률이나 수명 등과 같은 생물의 결과물을 극대화할 수 있는 최적의 전략을 의미한다.24) 예를 들어, 박새는 보통 8~15개의 알을 산란하는데 실험을 통해 확인한 결과 최대 40~60 개의 알을 산란할 수 있다는 것이 확인되었다.25) 이 결과를 통해, 박새는 많은 알을 산란할 수 있는 능력을 가지고 있지만 산란 후 새끼를 키우는 데 필요한 비용(cost)과 몸의 상태 등을 고려하여 최적의 알 수를 결정하는 전략을 선택하는 것으로 알려져 있다. 또한 태평양 연어는 단회번식(semelparity)을 위해 바다에서 담수로 단 한 번 이동하여 번식 후 죽는 전략을 선택하며, 대서양연어는 다회번식(iteroparity)으로 여러 차례 번식기회를 가지는 전략을 선택하는 등 생물은 서식환경과 생태적 특성 등을 종합적으로 고려한 최적의 생활사 전략을 선택한다.26) 개체수준에서의 생활사는 환경변화에 매우 빠르게 반응하며, 결국 개체군 규모에 영향을 21) 국가생물다양성센터(2018).

22) Lee, Mangel and Peres-Neto(2016). 23) Flatt and Heyland(2011).

24) Derek(2001). 25) Lack(1954).

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줄 수 있다. 즉 환경변화가 개체의 생활사(예: 번식, 성장 등)에 미치는 영향은 큰 틀에서 개체군 변동을 유도하기 때문에 현재의 개체군 크기에 기반한 생물다양성 평가결과는 개체 수준의 생활사에 영향을 받은 결과이다. 예를 들어, 취식, 확산 및 이동과 같은 동물의 전략 적 행동에서 생물다양성에 관한 연구는 대부분 확산과 연계되며, 이는 생물다양성 평가에 중요한 요인으로 작용한다. 시간적·공간적 차이에 영향을 받는 생물의 생활사는 생물다양성 결과에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 논을 서식지로 이용하는 조류의 분포는 계절에 따라 달라질 수 있는데, 특히 추수가 시작되는 초가을에서부터 겨울까지는 논의 낙곡을 이용하는 기러기류의 개체 수가 크게 증가한다. 또한 산새류는 번식을 위해 도래하는 시기와 이동시기 등과 고도에 따라 분포하는 종이 달라질 수 있으며, 이는 결국 조사시기와 조사장소에 따라 생물다양성 평가결과가 달라질 수 있음을 의미한다. 따라서 생물다양성 평가 시 생활사적 특성(또는 전략)을 고려하는 것이 필요하다.

자료: (a) Claessen(2011); (b) Jeltsch et al.(2013).

<그림 2-3> (a) 개체의 생활사가 환경변화에 따라 개체군에 영향을 주는 경로, (b) 취식, 확산, 이주의 과정으로 분류되는 생물의 이동 범위와 생물다양성 연구의 범위

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4. 생물다양성 평가 항목 작성 현황 분석 및 문제점 도출

가. 생물상 조사의 한계성 생물다양성 평가를 위한 기초조사로서 전국자연환경조사, 겨울철 조류 동시센서스, 전국 무인도서 자연환경조사, 하구역 생태계 정밀조사, 백두대간 생태계 정밀조사, 생태경관우수 지역 발전조사 등 환경부의 생물자원 조사는 30년 이상 유지되고 있다(그림 2-4 참조). 시간적으로 1986년도부터 현재까지 그리고 공간적으로는 육수, 해역 및 육역 등 매우 다양 하고 풍부한 조사가 장기간 지속되고 있다. 특히 동·식물의 모든 분류군과 함께 서식의 기반 이 되는 토양 등 포괄적인 현황조사가 실시되고 있다. 예를 들어, 전국생태계 전국 조사(현 전국자연환경조사)는 <그림 2-5>에서 보듯이 동·식물상뿐만 아니라 지형 등과 같은 무생물 학적이자 환경적 특성을 고려한 조사도 함께 수행되고 있다. 하지만 생물자원의 현황파악이 라는 목적에는 부합하나 정책적 활용을 위한 생물다양성 및 종 다양성 등의 지표화에 있어 서는 조사에 비해 상대적으로 미흡하다.27) 27) 환경부, 국립생태원(2017).

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자료: 환경부, 국립생태원(2017).

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자료: 환경부, 국립생태원(2017). <그림 2-5> 제1차 자연생태계 전국 조사 체계표 생물상 조사에 따른 생물다양성 평가결과의 활용이 정책적으로 매우 중요하고 유용함에 도 불구하고 평가가 미흡한 것은, 전국자연환경조사 지침(동·식물상), 환경영향평가 작성 지침(자연생태환경분야) 등에서 일부 분류군을 제외한 대부분의 분류군에서 종 수 중심의 조사가 제시되었기 때문이다. 예를 들어, 조류, 어류 등 일부 분류군에서는 개체 수도 함께 조사하고 있지만, 대부분 종 수 중심으로 조사되고 있다(그림 2-6 참조). 또한 전략환경영향 평가 생물다양성 평가 항목과 환경영향평가(소규모 환경영향평가 및 사후환경영향조사)의 동·식물상 항목에서도 생물다양성에 대한 평가는 주로 조류, 어류 및 저서무척추동물에 한 하여 종 다양성(또는 종 풍부도) 분석이 실시되고 있다.

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자료: 환경부, 국립생태원(2017)을 바탕으로 저자 재구성. <그림 2-6> 제4차 전국자연환경조사 작성 지침 예시(소형포유류 및 양서류) 또한 생물다양성 관련 조사에서 조사지역을 단일 수준의 획일화된 공간으로 지정함으로 써 생물다양성 분석 시 서식 공간에 따른 평가결과의 오류와 평가의 한계를 초래할 수 있다. 예를 들어, 전국자연환경조사 방법에 대한 지침에서 공간적 측면에서의 일관성이 다음과 같이 결여됨에 따라 생물다양성 협약 또는 환경영향평가 협의 시 생물다양성 측면에서 결과 자료를 이용하는 데 <그림 2-7>처럼 시간적 연속성과 입지적 타당성 측면에서 한계성이 도출될 수 있다.

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ㅇ 제2차 전국자연환경조사: 1997년부터 2005년까지 9년간 진행되었으며, 매년 4월에 서 10월까지 채집 및 관찰이 용이한 중점지역에서 실시 ㅇ 제3차 전국자연환경조사: 2006년부터 2013년까지 8년간 진행되었으며, 매년 2월에 서 10월까지 824도엽을 중심으로 실시 ㅇ 제4차 전국자연환경조사: 2014년부터 2018년까지 5년간 진행되었으며, 매년 4월부 터 11월까지 824도엽을 중심으로 실시. 단, 멸종위기종이 출현한 지역을 우선적으로 실시 ㅇ 제5차 전국자연환경조사(안): 2019년부터 2023년까지 5년간 실시 예정임. 일부 분 류군에서 제4차와 차이점이 있는 것으로 확인됨. 예를 들어, 양서·파충류의 경우 ‘다양성’, ‘멸종위기종 대단위 서식지’, ‘생태적으로 우수한 지역’ 등이 포함된 500도 엽을 선정하여 조사할 예정28) <표 2-3> 자연생태환경분야의 환경현황 조사방법 및 작성양식 분류군 조사항목 포유류 종명, 흔적 구분, 특이사항 조류 종명, 개체 수, 특이사항 양서·파충류 종명, 관찰 내용, 종별 특이사항 육상곤충 종명, 조사방법, 조사지(식초) 현황, 관찰 내용 어류 날씨, 채집방법(족대, 투망), 유속, 수색, 제방형태(자연, 돌망태, 석축, 콘크리트, 옹벽), 주변 토지이용현황(경작지, 주거지, 공장, 산림, 기타), 종명, 개체 수(치어, 성체), 기타 하천 현황 등 특이사항 저서성 대형무척추동물 날씨, 조사방법(정량, 정성), 유역환경(유역이용, 오염원), 수변환경(범람원의 이용, 제방) 플랑크톤, 부착조류 날씨, 조사방법(정량, 정성), 유역환경(유역이용, 오염원), 수변환경(범람원의 이용, 제방) 탐문조사 종명, 출현시기, 출현위치, 출현개체 수, 기타 자료: 국립생물자원관(2012)를 바탕으로 저자 재구성. 28) 장환진 외(2017).

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자료: 환경부, 국립생태원(2012)을 바탕으로 저자 재구성. <그림 2-7> 전국자연환경조사 조사지침 사례 나. 생물다양성 평가의 제한성 생물다양성 평가 및 기타 생태환경 평가를 위한 조사방법은 환경부에서 30년간 실시한 다양한 생물자원조사 사업별로 큰 차이가 없으며 큰 틀에서 분류군별 생태적 특성에 따른 차이가 있을 뿐이다(그림 2-8 참조). 물론 조사기간, 조사자 및 사업예산 등의 한계와 사업 의 목적에 따라 상이하거나 새로운 조사방법 도구(예: 드론, GPS 등)가 도입된 시점을 기준 으로 부분적인 차이가 있을 수 있다. 생물다양성 평가를 위한 기초적인 자원조사 시 일부 분류군에서 제한된 개체 수 조사를 하므로 생물다양성의 결과로 이용되는 종 다양성의 정량화된 방법이 <표 2-4>처럼 다양함 에도 불구하고 특정 분류군 또는 조사지역의 한계성 등 평가의 제한성이 나타나 정책적 활용도가 점가 낮아지고 있는 것으로 판단된다. 예를 들어, 조류, 양서·파충류, 어류 등에서 는 개체 수 조사가 함께 실시되는 분류군의 경우 종 다양성 또는 종 풍부도 등과 같은 생물다 양성 분석이 가능하여 철새 도래지나 번식지 등에 대한 보전정책 수립이나 환경영향평가 협의 시 주요하게 이용이 가능하나, 다른 분류군에서는 생물다양성 평가가 실시되지 못하고

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있다. 뿐만 아니라 공간적(서식역) 특성 반영의 한계로 생물다양성에 대한 국가지표, 즉 우 리나라의 생물다양성 현황과 국제 수준에서 생물다양성의 높거나 낮음을 통한 국제협약이 행 등의 조사 자료로 활용하기에 한계가 있다. 또한 생물다양성 평가에서 가장 많이 활용되는 종 다양성(species diversity)은 ① 단순 한 종의 수, ② 종 분포의 풍부도 또는 균등도, ③ 종 풍부도를 통한 종의 수와 같이 매우 다양한 의미로 사용되고 있다. 하지만 다양한 의미로 사용되는 생물다양성에 대한 용어를 혼용하여 사용함으로써 결과의 정책적 활용 시 혼란을 초래할 수 있다. 예를 들어, 종 풍부 도가 높음은 다양한 종이 서식하고 있음을 의미하고, 종 우점도가 높음은 서식환경의 악화 로 특정 종의 우점이 증가한 것으로 정책적 판단이 달라져야 하지만 생물다양성 평가결과로 통합하여 이용될 경우 잘못된 판단을 초래할 수 있다. 따라서 종과 개체 수 모두를 조사하거 나 종 수를 통한 생물다양성 평가방법을 개발 및 도입하는 것이 필요하다. 자료: 환경부(2019)를 바탕으로 저자 재작성. <그림 2-8> 생물자원조사에서 생물다양성 분석 관련 조사 항목

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<표 2-4> 생물 종 다양성의 정량화 방법 지수 종류 계산방법 변수 설명 종 풍 부 도 Margalef 지수  ln    : 전체 종의 수 : 총 개체 수 Menhinick 지수    Chao 지수     : 전체 종의 수 : 한 지역에서만 출현한 종의 수 : 두 지역 모두에서 출현한 종의 수 종 다 양 도 Simpson 지수    

   : 번째 종의 개체 수 : 총 개체 수 Shannon-Weaver 지수   ′ 

ln  : 번째 종의 개체 수 : 총 개체 수 : 전체 출현종 중 번째 종이 차지 하는 비율(확률) Hurbert 지수           

 

 

: 총 개체 수 : 번째 종의 개체 수 Hill의 개체 수 가중법 

 

    : 전체 출현종 중 번째 종이 차지 하는 비율(확률) : 가중치 종 균 등 도 Shannon 균등도지수  ln  ′ ′ : Shannon-Weaver다양도 지수 : 전체 종의 수 Simpson 균등도지수  : Simpson다양도 지수 : 전체 종의 수 Chrmargo 지수   

   : 전체 종의 수 : 전체 출현종 중 번째 종이 차지 하는 비율(확률) Smith Wilson지수         

ln  

ln 

 

: 전체 종의 수 : 번 째 종의 개체 수

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5. 생물다양성 평가체계를 고려한 개선방안

가. 다양한 지표의 활용 국내에서 사용하는 생물다양성 평가방법은 대부분 종 수와 개체 수 등이 모두 조사되어야 하는 방법들이어서 개체 수가 조사되었을 경우에만 종 다양성 평가 등으로 설명되는 생물다 양성 평가가 실시되고 있다(표 2-4 참조). 하지만 <표 2-5>처럼 개체 수가 조사되지 않더라 도 종의 서식(또는 관찰) 여부, 즉 종의 출현(presence) 및 비출현(absence)의 자료만으로 도 생물다양성을 평가할 수 있는 다양한 평가기법을 도입하는 것이 우선적으로 필요하다. 또한 개체 수에 대한 정보 없이 생물다양성을 평가할 수 있는 지표의 활용과 조사지역에 대한 공간적 크기를 조정하여 지역간 종 다양성을 평가하도록 유도하는 것이 필요하며, 특 히 조사지역과 연접지역과의 교차역에 해당하는 평가도 활용될 수 있도록 개선되어야 한다. <표 2-5> 종 수만을 이용한 종 다양성의 정량화 방법 지수 종류 계산방법 변수 설명 종 풍부도 Jackknife 추정지수  

  

: 전체 종의 수: 한 번만 확인된 종 수 : 총 개체 수 종 다양도 Hill의 다양성 비율     : Hill의 개체 수 가중법  : 서로 다른 가중치 HCDT 지수 

 

    

   : 전체 종의 수 : 전체 출현종 중 번째 종이 차지 하는 비율(확률) : 다양성 차수 Renvi 지수 

 ln

    

  

(43)

<표 2-5>의 계속 지수 종류 계산방법 변수 설명 종 다양도 Jackknife 추정지수     : 군집(지역)1의 종의 수 : 군집(지역)2의 종의 수 : 군집(지역)1과 2 모두 관찰된 종의 수 Sørensen 지수     Ochiai 지수  

  Anderberg 지수       Kulczynski 지수      Cody 지수  

     

Lennon 지수  min   

자료: Magurran and McGill(2011)를 바탕으로 저자 재작성.

나. 서식지의 생태 기능적 특성 반영 동물과 식물이 가지는 근본적인 생태 기능적 특성의 차이는 생물다양성을 평가하는 데 산술적 계산과 더불어 고려되어야 할 사항이다. 우선 식물과 달리 동물은 이동하는 생태적 특성을 가지므로 동물서식지는 넓은 의미에서 태어나 사망에 이르기까지 이용하는 모든 지리적 범위로 볼 수 있으며 다음과 같이 설명할 수 있다.29) ㅇ 공간역으로서 기능적으로 파악하지 않는 경우 행동권 또는 세력권을 서식공간역으로 해석 ㅇ 개체 또는 개체군에 대하여 사용되며, 이들이 외계와 관계를 맺으며 생활하는 구체적 인 장소를 의미 ㅇ 생활에 필요한 은신처나 먹이를 얻는 장소 29) 노태호 외(2007).

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ㅇ 지리적 위치, 지형, 기후 등 비생물적 요소와 은신처 제공 및 포피식 관계 또는 경쟁관 계에 있는 생물 포함 ㅇ 생물의 크기나 생활양식에 따라 서식지는 크기와 분포 형태가 다양 ㅇ 해양, 호소, 하천, 삼림, 초원, 사막과 같이 큰 것에서부터 수목의 구멍, 밑둥치 같은 작은 것까지 구분 종 수준에서 그 차이를 달리하는 생태적 특성이 있음에도 불구하고 생물다양성 평가 시 서식지의 생태 기능적 특성을 일반화하여 평가에 반영하는 것은 결국 생물다양성 결과가 의미하는 바를 평가하는 데 한계를 초래할 수 있다. 따라서 서식지의 기능적 특성을 다음과 같이 구체적으로 분류하는 것이 우선적으로 필요하다. ㅇ 경관(landscape): 최소 한 가지 이상의 서식지 요소가 관여하는 불균일한 공간역 ㅇ 연결성(connectivity): 경관에서 서식지나 피복 유형의 공간적 연속성의 유지 정도를 의미 ㅇ 통로(corridor): 비교적 좁은 띠 모양의 독특한 피복 유형 ㅇ 가장자리(edge): 서식지 경계에 가까운 생태계나 피복 유형의 표면적을 이루는 공간 역(단, 내부의 생태적 특성과 다른 환경조건을 지닐 수 있음) ㅇ 단편화(fragmentation): 큰 서식지가 피복 유형이 작거나 고립된 조각으로 절개된 결과 ㅇ 이질성(heterogeneity): 경관에 서로 다른 서식지나 피복 유형이 혼재하는 것처럼 구성된 상태 ㅇ 패치(patch): 주변과 다르게 나타나는 서식지의 표면적이나 모양새 ㅇ 기질(matrix): 경관의 배경이 되는 피복 유형으로서 광역적인 피복의 연결성이 유지 되는 특징적인 공간역

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또한 출생부터 사망까지 전 과정(생활사)의 세부적 분류는 <표 2-6>처럼 기능적 서식역을 파악하는 것이 필요하다. 예를 들어, 조류의 경우 부화 후 일정기간은 번식지(둥지)를 주 서식지로 삼고, 이동성이 확보된 후에는 취식지를 주 서식지로 활용한다. 주기성을 띠는 조류는 휴식지 및 월동지 기능을 지닌 공간역을 필요로 한다. 결국 생활사적 특성을 고려하 지 않은 현황자료 결과를 토대로 생물다양성을 평가하는 것은 잘못된 생물다양성 현황을 도출할 수 있다. 따라서 생활사적 특성이 반영된 현황조사 계획 또는 생물다양성 평가결과 의 정책적 활용을 위해 생물다양성 평가에서 생활사적 특성과 서식역을 고려한 평가체계로 개선되어야 한다. <표 2-6> 주요 동물군의 기능적 서식지 개념의 적용 구분 포유류 조류 양서·파충류 어류 곤충류 번식지 높음 높음 높음(산란지) 높음(미소적) 보통(제한적) 채식지 높음 높음 - 낮음 낮음 도래지 보통 높음 - 제한적 낮음 월동지 높음 높음 높음 낮음 보통 휴식지 높음 높음 - 낮음 낮음 자료: 노태호 외(2007). 뿐만 아니라 종 수 개념의 생물다양성 분석은 서식지의 기능적 특성을 고려하여 분석스케 일, 조사지역의 면적이 함께 고려되도록 개선되어야 한다. 즉 평가하는 스케일에 따라 알파 (α)와 감마(γ) 다양성으로 나누어 평가하고, 두 다양성 결과를 변화율(turnover)을 보기 위한 베타(β) 다양성으로 구분한다(그림 2-9, 표 2-7 참조). 하지만 현재 생물다양성 관련 자연자원 조사방법에서는 조사지역을 단일 수준의 공간으로 지정하여 조사하고 있는바 조 사지역의 세분화 또는 자료 분석 시 서식역의 환경적 특성을 고려한 공간의 세분화에 따른 생물다양성 분석을 실시하도록 개선하는 것이 필요하다.

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자료: Whittaker(1977): Roy and Roy(2015), p.19에서 재인용. <그림 2-9> 공간 단위에 따른 생물다양성의 단계 모식도 <표 2-7> 공간 단위(scale)에 따른 생물다양성의 단계 R.H.W. 단계 공간 단위 설명 다양성 측정 유형 - 지점(point) 특정 지역에서의 종 발견지점 목록 알파(α) 지방(local) 지방 개체군에서의 종 풍부도 목록 베타(β) 경관(landscape) 경관 내 지방 개체군 사이 종의 전환(turnover) 파생 감마(γ) 지역(regional) 전체 경관에서의 종 풍부도 목록 델타(δ) 지역(regional) 기후나 자연지리적 주요 변화에 따른 경관 사이의 종의 전환(turnover) 파생 입실론(ε) 지역(regional) 다른 경관의 넓은 지역의 종 다양성 목록 범지역(interregional) 더 높은 분류군 단위로 대체 파생

자료: Whittaker(1975, 1977); Stoms and Estes(1993); Whittaker et al.(2001); Ladle and Whittaker(20 11); 김지연 외(2013)을 바탕으로 저자 재작성.

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생태학적 이론에서 서식지 면적의 크기와 종 다양성은 비례하지 않는 것으로 알려져 있 다.30) 또한 과도한 조사면적에서의 종 다양성 평가는 종종 생물다양성의 지역(공간)적 특이 성이나 서식지의 기능적 특성이 미반영되어 생물다양성 평가결과가 왜곡될 수 있다. <그림 2-10>에서 보듯이 조사범위, 즉 생물이 서식하는 공간이나 거리가 증가할수록 생물다양성 은 비례하여 증가하지 않고 임계공간 이후부터는 일정하게 유지된다. 이러한 공간과의 연계 성은 자연자원조사 방법 중 선형조사에서도 결과에 영향을 줄 수 있다. 따라서 생물다양성 평가를 위한 적정 면적에서의 조사 또는 다양성 분석을 실시하거나 목표지점(target spot) 에서 거리에 따른 생물다양성의 변화 및 영향의 정도를 분석할 수 있도록 개선되어야 한다.

자료: Magurran and McGill(2011); Buckland(2001, 2004)를 바탕으로 저자 재작성.

<그림 2-10> (a) 방형구의 크기와 종 다양성의 상관관계, (b) 선형 또는 정점 조사에서 영향을 받는 곳에서부터 위치가 확인된 지점까지의 거리와 다양성과의 관계 다. 공간적 범위의 조정 개선 생물다양성 분석의 공간적 범위의 조정 개선이 필요하다. 예를 들어, 환경영향평가 등에 서 사업대상지와 주변지역과의 비교를 통해 공간적 차이에 따른 다양성 분석을 개선하도록 하여야 한다(그림 2-11 참조). 또한 베타(β) 다양성 분석을 통해 생물다양성 측면에서의

수치

Figure 1. Systematic biological diversity bird communities in the Han River, Republic  of  Korea
Figure 2. Categorized by time (B and D, survey period) and spatial (A and C, survey  area)  in  relation  to  ecological  biodiversity  and  arithmetic  biodiversity  evaluation
Figure  3.  Correlation  between  ecoinformatic  biodiversity  and  species  diversity  among  survey  areas  over  the  past  5  years  (2015-2019)
Figure  4.  An  assessment  matrix  (draft)  for  biodiversity  using  richness  and  ecoinformatic  biodiversity

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