한반도에 도래하는 제비 (Hirundo rustica)의 서식지 이용과 기후변화 시나리오에 따른 잠재 서식지 분포 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The habitat selection of birds is influenced by various factors such as landscape types, food availability, habitat loss, nest predation, competition and climate change. Recently, changes in farming methods and farmland use have reduced natural landscapes while increasing artificial landscapes, resulting in a decrease in available habitats for bird populations. The increase in man-made landscapes has increased human occupancy and has also facilitated the adaptation of some species to new feeding methods and breeding site conditions. Some species, including barn swallows, breed in close proximity to human habitation, presumably reducing the risk of nest predation, brood parasitism and protecting from severe weather condition. However, little is known about the characteristics of species that have adapted to urbanization and the resulting changes in behavior, physiology, and life history. Barn swallows generally prefer farmlands, low vegetation, pastures and meadows, and habitats near water, where they forage and procure nesting materials. However, the global population of barn swallows is in decline due to the losses of foraging and breeding habitats, use of pesticides and subsequent loss of food availability, climate change, and predation.
In this study I investigate 1) the characteristics of barn swallow habitats in South Korea, using data collected through citizen science approaches 2) the characteristics of barn swallow habitats and nesting sites in Seoul Metropolitan City, using data collected through spatially balanced sampling and citizen science approaches 3) Selection of swallow nest site according to human presence 4) Current swallow Predicted future potential habitat suitable sites by distribution and climate change scenarios.
In this study, the majority of barn swallow distribution records were located in rice paddies, coniferous forests, dry agricultural fields, and residential areas throughout the country, and the probability of barn swallows appearing also increased in inland wetlands, oceans, and other urban infrastructure (e.g., recreational areas).
The results of habitat use by barn swallows in Seoul Metropolitan City, showed distribution of barn swallows in five out of 25 districts with a probability of 20% through the spatially balanced sampling method. The probability of barn swallows appearing in bare land, greenery and open areas, open water bodies, and residential areas increased, while the probability of swallows occurrence in public lands, industrial area, and transportation facilities decreased. As for the types of habitats where swallows appeared in Seoul, residential areas and greenery and open areas had the highest ratio. Similarly, breeding habitats of barn swallows were mostly distributed in artificial structures, such as walls of parking lots and above windows of houses. The nests were located at an average distance of 72.72±61.71m from open water bodies and 28.07±15.79 from greenery and open areas (n = 97). These results suggest that barn swallows require habitats such as green spaces adjacent to water bodies and artificial habitats such as human habitats for survival and reproduction.
According to the results based on country-wide data, barn swallows selected inhabited houses for nesting with a 95% probability, while selecting abandoned houses for nesting with only 5% probability. In the latter case, while the house itself was abandoned, it was located in an area with frequent human activity. This result suggests that swallows select places with frequent human activities as breeding habitats. The structure of the house was not significantly different between the inhabited and abandoned houses, and the degree of damage to the houses was significantly different. In particular, 97% of the houses were undamaged in the inhabited houses. And the number of old nests was significantly higher in inhabited houses than abandoned houses. This also suggests that inhabited houses where the number of old nests is high are potentially preferred breeding sites for swallows.
Finally, I conducted landscape modeling of relative suitable habitats through species distribution modeling. According to model predictions, the total area of suitable habitats for barn swallows in South Korea was 77,145.2 km2, which is 76.98% of the total area of South Korea. The most important variables in determining the potential suitable habitats of barn swallows were water bodies, agricultural area, and human activities rather than climatic variables. The distribution of suitable habitats was high in the southeastern and western coastal areas near the East, South and Yellow Seas. In particular, Jeju Island included regions with the highest habitat suitability. The inland area showed high habitat suitability along the Han and Nakdong rivers, which are major rivers in South Korea. On the other hand, mountainous areas located along the Baekdudaegan Range had low habitat suitability. In all future climate change scenarios, future suitable habitats tended to decrease, with a predicted habitat decrease up to 47.4% by 2090. Climate change tended to reduce suitable habitats in most areas bordering the southeast, midwest, inland riparian areas, and coastal regions. The Jeju Island showed the highest habitat suitability in model predictions based on future climate change scenarios, although the extent of predicted habitat suitability decreased noticeably compared to the current habitat suitability model. This study suggests that barn swallows are predicted to be negatively affected by climate change, land use change and that suitable habitats for barn swallows under future climate change scenarios will decrease by nearly half compared to the present.
In conclusion, this research investigated the type of land cover inhabited by barn swallows, the influence of humans on the choice of nesting sites for swallows, information on variables affecting current and future distributions of barn swallows in South Korea, and the distribution of suitable habitats under future due to climate change. This research contributes to the understanding of the distribution and landscape characteristics of nesting sites and habitats of barn swallows in Korea, as well as to the importance of climate variables, behavioral ecology, and evolution of barn swallows adapted to urbanization. To conserve and manage the swallow populations in Korea, I suggest ways to improve public awareness through education and citizen science, in order to prevent nest damage, encourage the installation of artificial nests, and ecologically manage changes in farmland and land use. I also propose a method for collecting spatio-temporal information on the prevention of predation by cats and the effects of climate change.

국문 초록 (Abstract)

조류의 서식지 선택은 경관의 종류, 먹이 이용 가용성, 서식지 감소, 둥지 포식, 기후변화, 미기후, 경쟁 등의 영향을 받는다. 최근 농법과 농경지 이용의 변화로 자연 경관이 감소하고 인공 경관이 증가하여 조류의 서식지와 개체수가 감소하고 있다. 인공 경관의 증가는 인간의 점유 공간을 증가시켰으며, 더불어 일부 종들의 새로운 먹이 조달 방법과 번식 장소 조건으로 적응시키는데 촉진하였다. 제비를 포함한 몇몇 종들은 인간 거주지에 번식하면서 둥지 포식, 탁란으로 인한 번식 실패의 위험을 줄일 수 있고, 악천후로부터 보호를 받는다. 그러나 동물과 인간과의 근접성, 도시화에 적응한 종의 특성과 그에 따른 행동, 생리학 및 생활사의 변화에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 제비는 농경지, 낮은 초목, 목초지 및 초원, 물 근처의 서식지를 선호하며, 이곳에서 먹이를 사냥하고, 목욕을 하거나 물을 마시고 둥지 재료를 조달 받는다. 그러나 현재 전세계적으로 제비의 개체수는 서식지의 감소, 비료와 살충제 사용으로 인한 먹이의 감소, 기후변화, 포식 등의 이유로 감소하고 있는 추세다.
이 연구는 전 세계적으로 도시화가 진행되어 서식지 경관이 변화하고, 개체수가 감소하고 있는 추세인 제비의 서식지 종류 및 특성에 대하여 1) 대한민국 전국을 대상으로 시민과학을 활용한 제비 서식지 종류 2) 서울특별시를 대상으로 공간균형표집 방법과 시민과학 방법을 활용한 제비의 서식지 종류와 둥지 장소 특성 3) 대한민국 전국을 대상으로 사람의 존재에 따른 제비의 둥지 장소 선택 4) 대한민국 전국을 대상으로 현재 제비의 분포 및 기후변화 시나리오에 의한 미래의 잠재적 서식 적합 장소를 예측했다.
본 연구는 대한민국 전국을 대상으로 제비가 논, 침엽수림, 밭, 주거지역에 가장 높은 비율로 분포하였고, 내륙습지, 해양수, 문화∙체육∙휴양지역에서 제비의 출현 가능성이 증가하는 것을 발견하였다.
서울특별시를 대상으로 체계적인 자료수집 방법인 공간균형표집 방법으로 서식지 이용을 분석한 결과 제비는 25개 구 중에서 5개 구에서 20% 확률로 분포하였다. 그리고 시민과학 방법으로 수집한 출현좌표와 통합하여 서식지 이용을 분석한 결과, 녹지 및 개활지, 하천 및 호소, 주거지, 나지 등에서 제비의 출현 가능성이 증가한 반면, 공공용도지, 교통시설지, 공업지에서 제비의 출현 가능성이 감소하는 것을 발견하였다. 서울특별시에서 제비가 출현한 장소의 서식지 종류는 주택지, 녹지 및 개활지가 가장 높은 비율로 나타났다. 제비가 번식한 장소는 창문
위, 주차장의 콘크리트와 벽돌로 지어진 1~3층 높이의 인간 거주지인 인공 구조물에 높은 비율로 분포했으며, 둥지는 하천으로부터 평균 72.72±61.71m, 녹지 및 개활지는 28.07±15.79m거리에 위치했다 (n = 97). 이 결과는 제비가 생존과 번식을 위해 녹지, 하천과 같은 서식지와 인간 거주지와 같은 인공 거주물이 필요하다는 것을 시사한다.
대한민국 전국을 대상으로 사람의 존재에 따른 제비의 둥지 선택 연구 결과에 따르면 사람이 거주하는 인가를 95% 확률로 선택하였으며, 사람이 거주하지 않는 폐가는 5% 확률로 선택하였다. 제비가 번식한 폐가는 건물에 사람이 거주하고 있지 않았지만 시장 골목에 위치한 상가였고, 사람의 이동이 빈번한 장소였다. 이 결과는 제비가 인간이 거주하거나 사람의 이동이 빈번한 장소를 번식지로 선택한다는 점을 시사한다. 가옥의 구조는 인가와 폐가에서 유의미하게 다르지 않았으며, 가옥의 손상 정도는 유의미하게 달랐다. 특히 인가에서 손상되지 않는 가옥들이 97%의 비율로 분포했다. 그리고 오래된 둥지의 수는 폐가보다 사람이 거주하는 인가에서 유의미하게 많았다. 이 결과는 오래된 둥지의 수가 많고 사람이 거주하는 장소가 잠재적으로 제비의 번식지로 선호될 수 있다는 것을 의미한다.
마지막으로 제비의 상대적 적합 서식지 분포를 모델링한 결과 현재 제비가 서식하기에 적합한 서식지의 총면적은 77,145.2km2으로 대한민국 전체 면적의 76.98%로 나타났다. 제비의 잠재적인 서식 분포를 결정하는데 가장 중요한 변수는 물, 농경지, 인간의 활동이었으며, 동해, 남해, 황해 근처의 동남부, 서부의 해안가 지역에 적합 서식 분포가 높았다. 특히 남부지역인 제주도가 가장 높은 서식지 적합도를 보였으며, 내륙은 주요 하천인 한강과 낙동강을 따라서 높은 서식지 적합도를 보였다. 반면에, 백두대간 산맥을 따라서 위치한 산간 지역들은 모두 적합 서식 비율이 낮았다. 그리고 모든 시나리오에서 기후변화로 인해 미래의 적합한 서식지가 감소하는 경향을 보였으며, 2090년에 적합 서식지는 최대 47.4%까지 감소하였다. 동남부와 중서부, 내륙의 한강과 해안선을 경계로 한 대부분의 지역에서 적합 서식지가 감소하는 경향이 나타났다. 제주도는 현재 서식 적합 가능한 분포와 비교했을 때 눈에 띄게 감소하였으나 미래 시나리오 모델에서 가장 높은 서식지 적합성을 보였다. 이 연구는, 제비가 기후변화 및 토지이용의 변화에 영향을 받을 것으로 예측되며, 미래 기후변화 시나리오에 대해 제비가 서식 가능한 적합 서식지는 현재에서 절반 가까이 감소한다는 점을 시사한다.
본 연구는 제비가 서식하는 경관의 종류, 사람이 제비의 둥지 장소 선택에 미치는 영향, 현재와 미래의 제비 분포에 영향을 주는 변수들에 대한 정보 및 기후변화로 인한 미래의 상대적 적합 서식지 분포를 연구함에 따라 종의 분포와 경관 및 번식 장소의 특성, 기후변수의 중요성, 사람과 동물의 근접성 및 도시화에 적응한 제비의 행동과 생태 및 진화를 이해하는데 기여한다. 그리고 제비의 개체군을 보존 관리하기 위해 둥지 훼손을 방지하고, 인공둥지 설치를 권장하는 교육 및 시민과학을 통해 대중들의 인식을 향상시키고, 농경지 및 토지이용의 변화를 생태학적으로 관리하는 방안을 제시하며, 고양이에 의한 포식 방지 및 기후변화의 영향에 대한 시공간적인 정보 수집 방안을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. 연구 배경 및 목적 1
• Chapter 2. 시민과학을 이용한 제비 (Hirundo rustica)의 서식지 이용과 토지피복도 관계 연구 16
• Chapter 3. 서울특별시에 서식하는 제비 (Hirundo rustica)의 서식지 이용 및 둥지 장소 특성 연구 47
• Chapter 4. Do Barn Swallows (Hirundo rustica gutturalis) prefer to breed in inhabited houses in South Korea 94
• Chapter 5. 기후변화 시나리오에 의한 제비 (Hirundo rustica)의 상대적 적합 서식지 분포 예측 122
• Chapter 6. 연구 결론 160
• ABSTRACT (영문) 174
• 감사의 글 180