Spatially heterogeneous effects of landscape pattern evolution on water yield in the Liaodong Green Economic Zone (China): an integrated InVEST–MGWR analysis

지구의 표면을 거대하고 살아있는 스펀지라고 상상해 보세요. 이 스펀지의 어떤 부분은 울창한 숲처럼 두껍고 폭신폭신한 반면, 다른 부분은 도시의 거리나 갈아엎은 밭처럼 딱딱하고 평평합니다. 이 "스펀지"는 그저 가만히 앉아 있는 것이 아니라, 빗물을 빨아들이고 머금었다가 강과 시냇물로 흘려보냅니다. 과학자들은 이를 "수자원 생산량(water yield)"이라고 부르며, 이는 특정 지역이 우리가 사용할 수 있도록 만들어내는 담수의 양을 의미합니다. 하지만 까다로운 점이 하나 있습니다. 스pon지는 균일하지 않다는 것입니다. 숲, 농지, 도시와 같은 조각들이 어떻게 배치되어 있는지, 즉 땅이 어떤 모양과 크기로 나뉘어 있는지에 따라 흘러나오는 물의 양이 달라집니다. 이를 "경관 패턴(landscape own pattern)"이라고 합니다. 퍼즐 조각이 어떻게 배열되느냐에 따라 전체 모습이 달라지는 것처럼, 한 지역을 흐르는 물 또한 땅이 하나의 커다란 나무 덩어리인지, 아니면 수백만 개의 작은 조각들로 흩어져 있는지에 따라 달라집니다. 이 연결 고리를 이해하는 것은 매우 중요합니다. 왜냐하면 우리가 물을 현명하게 관리하고 싶다면, 단순히 비가 얼마나 내리는지뿐만 아니라 그 물을 처리하기 위해 땅이 어떻게 조직되어 있는지도 알아야 하기 때문입니다.

이 연구는 중국의 아름답고 구릉이 많은 지역인 랴오둥 경제 구역(Liaodong Green Economic Zone)을 대상으로, 지형의 변화하는 모양이 물의 흐름에 정확히 어떤 영향을 미치는지 밝혀내고자 합니다. 연구자들은 2003년부터 2023년까지 20년간의 미스터리를 풀기 위해 디지털 도구를 사용하는 탐정 역할을 수행했습니다. 먼저, 그들은 자연을 위한 초정밀 계산기라고 할 수 있는 InVEST라는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 매년 해당 지역이 생산하는 물의 양을 지도화했습니다. 그다음, 그들은 땅의 "조각보 패턴"을 살펴보며, 작은 숲 조각들이 얼마나 많은지 혹은 거대한 조각들이 얼마나 많은지와 같은 요소들을 측정했습니다. 마지막으로, 그들은 MGWR이라는 특별한 통계 도구를 사용했습니다. MGWR은 지도 전체에 대해 하나의 정답만을 제시하는 것이 아니라, 마법 돋보기처럼 모든 지점을 확대하여 그곳의 규칙이 서로 다른지 확인하는 도구라고 생각하면 됩니다. 어떤 곳에서는 숲 조각이 많아지는 것이 물의 흐름을 돕지만, 다른 곳에서는 그렇지 않을 수도 있기 때문입니다.

연구 결과 몇 가지 흥미로운 사실이 밝혀졌습니다. 첫째, 이 지역의 수자원 생산량은 지난 20년 동안 서서히 증가해 왔으나, 주로 강수량의 리듬을 따르기 때문에 매년 오르내림이 심했습니다. 물의 지도를 살펴보면, 마치 동남쪽에서 북서쪽으로 흐르는 폭포와 같습니다. 즉, 동남쪽 산간 지역은 물이 풍부하고 세차게 흐르는 반면, 북서쪽은 더 건조합니다.

하지만 진짜 이야기는 땅 자체에 있습니다. 지난 20년 동안 경관은 덜 "잘게 쪼개지는" 방향으로 변해왔습니다. 작고 흩어져 있던 땅 조각들이 더 크고 연결된 블록으로 합쳐지고 있는 것입니다. 연구자들은 땅이 파편화되지 않고 조각들이 커질수록 일반적으로 수자원 생산량에 도움이 된다는 것을 발견했습니다. 하지만 어떤 종류의 땅을 보느냐에 따라 이야기는 달라집니다.

농지를 자세히 들여다봤을 때 결과는 명확했습니다. 농지 조각이 많아지고, 가장자리가 늘어나며, 농지가 더 흩어질수록 일반적으로 수자원 생산량은 줄어들었습니다. 마치 농지가 물이 흘러나가기 전에 물을 빨아들이는 스펀지처럼 작용하는 것 같습니다. 반면에 숲은 다른 역할을 했습니다. 숲이 경관에서 차지하는 비중이 높아질 때, 이는 보통 수자원 생산량을 높이는 데 도움이 되었습니다. 하지만 반전이 있습니다. 숲이라 할지라도 "모양"이 중요했습니다. 만약 숲이 너무 작고 흩어진 조각들로 나뉘어 있다면, 하나의 크고 연속적인 숲만큼 물을 돕지 못했습니다.

그 마법의 돋보기(MGWR) 덕분에 발견한 가장 중요한 사실은, 지역 전체에 적용되는 단 하나의 규칙은 없다는 것입니다. 땅의 모양과 물의 관계는 "공간적 이질성(spatially heterogeneous)"을 가집니다. 이는 "어디에 있느냐에 따라 다르다"는 말을 멋지게 표현한 것입니다. 어떤 지점에서는 특정한 유형의 토지 변화가 물을 늘릴 수 있지만, 불과 몇 마일 떨어진 다른 지점에서는 똑같은 변화가 물을 줄일 수도 있습니다. 이 연구는 이 지역의 물을 효과적으로 관리하기 위해서는 '원 사이즈(one-size-fits-all)' 방식의 계획을 사용해서는 안 된다고 제안합니다. 우리는 지역의 경관을 하나의 퍼즐처럼 바라보아야 합니다. 즉, 숲을 크고 연결되게 유지하는 것이 도움이 되고, 농지를 잘게 나누는 것이 물 공급에 해가 될 수 있다는 점을 이해해야 합니다. 이러한 접근 방식은 지역의 구석구석마다 존재하는 독특한 땅의 모양을 존중함으로써, 우리의 수자원을 보호할 수 있는 더 나은 방법을 제시해 줍니다.