An integrated study on habitat fragmentation and animal-vehicle collisions involving mammalian species in the Republic of Korea

Abstract

Roads connect people but disconnect wildlife habitats. Roads cause negative impact on ecosystem by habitat fragmentation and animal-vehicle collision (AVC) which leads to decrease in population size and loss of biodiversity. In particular, terrestrial mammals are vulnerable to the impacts of roads, and among them, species with small population sizes such as endangered species, wide-ranging species, and those inhabiting edge habitats adjacent to roads are even more vulnerable to AVC. Moreover, AVC also causes damages to human safety and property. The risk to human safety increases with the body size of the wildlife involved in AVC. Therefore, to mitigate AVC, research on the negative impacts of roads and AVC are gradually increasing worldwide. In the Republic of Korea, studies on AVC have been limited to regional scale or along certain road types due to the lack of nationwide data. Accordingly, a guideline called “Guideline of road-kill survey and management” has been enacted by the Ministry of Environment (MOE) and the Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) in 2018, to undertake the AVC management across the country. Based on the established guideline, Korea Road-kill Observation System (KROS, nie-ecobank.kr/), the first web-based AVC data monitoring system in the Republic of Korea, was launched to integrate and manage scattered AVC data. As a result, research on national AVC has been enabled and analyses that can directly lead to policy for AVC mitigation has become feasible. This study aims to understand the impact of habitat fragmentation on mammalian species, to examine temporal and spatial patterns of AVC and to estimate annual AVC frequency in the Republic of Korea to establish scientific foundation for AVC mitigation. The purpose of chapter 2 is to understand how road networks influence mammalian species richness through habitat fragmentation and edge effect. The result showed that the Republic of Korea is fragmented into more than 6,000 habitat patches, with a 66% of these patches being less than 1 km2 in size, indicating a severe level of fragmentation. In addition, patch size and patch connectivity were significant factors explaining mammal richness, and large patches with high connectivity had higher species richness. Large and highly connected patches were distributed in demilitarized zone (DMZ) and national parks. Thus, protection on these areas and adjacent patches will contribute to maintain high biodiversity. To investigate the edge effects, three types of buffers were created at 1 km intervals from the roads, and species richness within each buffer was compared. The results showed that species richness in areas between 0 and 1 km from roads showed the highest value. The edge effect refers to an increase in the proportion of the edge area and a decrease in the proportion of the interior area. This leads to simplification of species composition, by increasing edge species abundance and decreasing interior species abundance. Moreover, among the nine species examined, roe deer was considered an interior species, not thriving near patch edge, and therefore prone to suffer from habitat reduction. By contrast, Eurasian otter, water deer and Siberian weasel were considered edge species, and therefore prone to be impacted by road through AVC. Therefore, I recommend keeping new road constructions in areas that already have small patch size and low patch connectivity to minimize further fragmentation, downsizing patch size, and avoid the impact of roads in new areas. Among various factors influencing AVC, landscape, traffic and season related factors are considered critical. In chapter 3 and 4, temporal and spatial patterns of AVC of two threatened species (leopard cat and Eurasian otter) and three ungulate species (roe deer, water deer and wild boar) were examined respectively. In the temporal analysis, AVC frequencies of the five species peaked in high activity seasons such as mating or dispersal seasons. During these seasons, animals expand their home ranges for finding mates or new territory, which can lead to high risk of AVC. In addition, factors critical for AVC were different among species and seasons. AVC of leopard cat, water deer and wild boar were highly influenced by both landscape and traffic related factors across seasons. For the three species, the one common important variable predicting AVC in traffic related factor in all seasons was the maximum speed. In general, AVC probabilities peaked in maximum speed above 90 km/h. Thus, lowering speed limit may contribute to mitigate AVC. Furthermore, AVC of Eurasian otter and roe deer were highly impacted by landscape related factors. Based on the results, to reduce AVC of the two species, it is recommended to install wildlife fence along the roads where AVC probabilities are highly predicted. In chapter 5, annual AVC frequency was estimated by comparison between KROS and past AVC monitoring datasets. The annual AVC frequency is estimated 458,241, which is nearly 20 times greater than the collected data from KROS. However, the estimated numbers need to be considered as minimum because there were many variables that could not be considered. Based on the results, I propose that AVC mitigation plan is necessary in the Republic of Korea. Moreover, I assume these results can contribute to make a valuable contribution to the development of effective policies aimed at mitigating AVC.;도로는 인간 생활을 연결하는 반면 야생동물의 서식지를 단절시킨다. 매년 증가하는 도로는 서식지 파편화와 로드킬을 일으키며 개체군 크기 감소 및 생물다양성 감소로 이어질 수 있어 생태적으로 부정적인 영향을 미친다. 특히 육상 포유류의 경우 도로로 인한 영향에 더욱 취약하며 그 중에서도 개체군 크기가 작은 멸종위기종이나 활동반경이 넓은 종, 그리고 도로와 인접한 가장자리 서식지에 서식하는 가장자리종은 로드킬에 더욱 취약하다. 또한 로드킬은 야생동물 뿐만 아니라 인간에게도 인적, 물적 피해를 야기한다. 특히 몸집이 큰 우제류와 같은 종들은 로드킬이 발생했을 때 사람에게 가해지는 위협이 작은 종들보다 더 크다고 알려져 있다. 이에 따라 로드킬을 줄이기 위해 전세계에서 도로의 부정적 영향과 로드킬 관련한 연구가 점차 증가하고 있다. 이전까지의 국내 로드킬 관련 연구는 전국적인 자료의 부재로 인해 국소적인 지역이나 특정 도로유형에서만 수행되어져 왔다. 이에 2018년 환경부와 국토교통부가 ‘동물 찻길 사고(로드킬) 조사 및 관리 지침’을 공동으로 제정함에 따라 국립생태원에서 관리하고 있는 로드킬 정보시스템(Korea Roadkill Observation System; KROS)에 의해 전국의 로드킬 자료가 하나의 플랫폼을 통해 모니터링 되고 있다. 이로 인해 전국적인 규모의 로드킬 관련 연구가 가능해졌으며, 과거에 비해 로드킬 저감을 위한 정책으로 직결될 수 있는 분석을 위한 기반이 마련되었다. 이에 따라 본 연구는 서식지 파편화가 국내 포유류 종에 미치는 영향을 알아보고자 하였으며 종별 로드킬 시공간적 특성 분석, 그리고 연간 로드킬 발생 건수를 추정하여 로드킬 저감을 위한 과학적 기반 마련을 하는 것에 그 목적이 있다. 챕터 2에서는 도로로 인한 서식지 파편화가 포유류 종에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 분석 결과 우리나라는 6천개 이상의 서식지 패치로 파편화되어 있었으며, 이 중 66%에 달하는 패치가 1km2 이하로 매우 작은 것으로 나타나 파편화 정도가 심각한 것으로 파악된다. 또한 패치 내 출현한 포유류 종 수와 패치의 면적, 패치의 연결성 간의 관계를 분석한 결과 면적과 연결성 모두 포유류 종 수에 유의미하게 영향을 미치는 것으로 나타났으며 값이 커질수록 포유류 종풍부도가 높아지는 것으로 나타났다. 큰 패치와 연결성이 높은 패치는 DMZ와 백두대간을 따라 많이 분포하고 있는 것으로 나타나 해당 지역과 인근 패치에 대한 보호가 생물다양성에 긍정적인 영향을 줄 것으로 판단된다. 서식지 파편화의 영향으로 나타날 수 있는 가장자리효과에 대해 알아보기 위해 도로로부터 1km 간격으로 3종류의 버퍼를 생성해 각 버퍼 안에 출현한 종 수를 비교한 결과, 도로에서부터 가장 가까운 1km 버퍼 내에서 출현한 종 수가 가장 많은 것으로 나타났다. 가장자리효과는 서식지 파편화로 인해 서식지 내 가장자리의 비율이 증가하고 내부면적이 감소하는 것을 의미하는데, 지속될 경우 가장자리종의 증가 및 내부종의 감소로 이어져 종 구성의 단순화를 일으킬 수 있다. 또한 수달, 고라니, 족제비, 너구리는 도로에서 가장 가까운 버퍼에서 출현율이 높아 로드킬 등 도로의 영향에 취약한 반면, 노루는 내부면적에서 출현율이 높아 서식지 파편화로 인한 가장자리 효과와 그로 인한 서식지 감소에 취약할 것으로 나타났다. 따라서 추가적인 서식지 파편화와 단절을 줄이기 위해 새로운 도로는 이미 파편화가 많이 일어난 지역에 건설하는 것이 포유류 다양성과 야생동물 보전을 위해 중요하다. 로드킬은 다양한 변수에 의해 영향을 받는데 그 중 경관, 교통, 계절 관련 변수가 가장 중요하게 꼽힌다. 이에 따라 챕터3과 4에서는 각각 멸종위기종인 삵, 수달과 우제류인 노루, 고라니, 멧돼지에 대해 다양한 변수를 이용한 로드킬 예측 모델링을 통한 시공간적 로드킬 특성에 대해 알아보고자 하였다. 계절별로 발생한 로드킬 건수 비교에서 5종 모두 번식기나 분산기와 같이 활동이 증대되는 시기에 로드킬이 가장 많이 발생하는 것으로 나타났다. 대게 번식기에는 짝을 찾기 위해 활동반경을 넓히게 되는데 이 과정에서 야생동물이 도로를 빈번히 건너게 되는 것으로 추측되며, 분산기에는 아직 미숙한 아성체 개체가 도로를 위협으로 인지하지 못하거나 분산하는 과정에서 도로를 빈번히 건너 로드킬로 인해 많이 희생되는 것으로 추측된다. 또한 종별로 각 계절별 로드킬에 크게 기여하는 변수의 특성이 매우 다른 것으로 나타났다. 삵, 고라니, 멧돼지의 로드킬은 모든 계절에서 경관과 교통 관련 인자들에 영향을 받는 것으로 파악되었다. 교통 관련 인자 중 제한속도의 영향이 공통적으로 중요한 인자로 나타났는데, 대부분의 경우 시속 90km/h이상에서 로드킬 확률이 가장 높은 것으로 나타나 제한속도를 낮추는 것이 로드킬 저감에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수달과 노루의 로드킬은 대체적으로 경관 관련 인자들이 중요한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 제시한 로드킬 예측 지도에서 로드킬 확률이 높게 나타난 구간을 중점으로 야생동물 유도울타리 설치와 함께 운전자의 경각심을 위한 주의표지판 설치가 필요할 것으로 판단된다. 챕터5에서는 과거 특정 지역에서 로드킬 정밀 조사를 수행한 데이터와 KROS데이터를 비교하여 연간 전국 로드킬 발생 건수를 추정하고자 하였다. 분석 결과 연간 발생하는 로드킬 발생 건수는 총 45만건 이상으로 추정되어 KROS를 통해 수집되는 자료의 20배에 달하는 수치로 나타났다. 이 중 몸집이 작은 설치류의 경우 자료 누락률이 99% 이상인 것으로 나타나 로드킬 자료 수집률은 동물의 몸 크기와 비례한다는 기존 연구 결과를 뒷받침한다. 하지만 본 연구에서 자료 부족으로 인해 연간 로드킬 발생 건수를 추정할 수 없었던 종이 있었기 때문에 본 추정치는 최소로 여겨져야 한다. 이에 따라 실제로 발생하는 로드킬은 직접 관찰 가능한 수 보다 훨씬 더 심각한 수준이며 이를 줄이기 위해서 로드킬 저감에 대한 노력이 이루어져야 한다고 판단된다.