서 론
도시화와 인간 활동은 생물 서식지 파괴, 화학오염, 소음 공해, 빛공해 등으로 생태계에 큰 영향이 미친다(Foley et al., 2005; Fischer and Lindenmayer, 2007; Grimm et al., 2008). 조류의 도시 생태 연구는 개체군 동태와 사회 구성 (Marzluff et al, 2001; Devictor et al, 2007)에 대한 도시화 의 영향을 나타내고 있고, 행동생태학자들은 최근 종간 상 호 작용(Francis et al, 2009) 및 조류의 통신에 인위적인 소음의 영향(Slabbekoorn and Peet, 2003; Slabbekoorn and Boer-Visser, 2006; Fuller et al, 2007; Mockford and Marshall, 2009; Luther and Baptista, 2010)을 강조했다. 그러나 그 동안 인위적 소음에 의한 생물의 영향에 대해서 는 널리 알려진 반면(Chan et al., 2010; Barber et al., 2009) 빛공해에 의한 생태계 영향은 크게 인식하고 있지 못하고 있다(Navara and Nelson, 2007, Rich and Longcore, 2006; Stone et al., 2009).
빛공해(light pollution)란 인공조명의 사용으로 인한 과 도한 빛 또는 비추고자 하는 영역 밖으로 누출된 빛이 주변 환경에 피해를 주는 상태를 뜻한다(Park, 2012). 빛공해 문 제는 천문 관측의 어려움에서 처음 인식되기 시작되었다 (Berry, 1976; Crelin, 2002; Tyson, 2002). 이후 빛공해와 관련된 연구는 주로 인한 도시 거주민의 건강 문제를 다루 었다. 최근에는 빛공해에 의한 생태계의 교란 등의 문제로 확대되고 있으나(Longcore and Rich, 2004; Miller, 2006), 아직까지 빛공해에 의한 야생동물 개체군의 영향 연구는 미흡한 실정이다(Bower, 2000; Harder, 2002; Le Corre et al, 2002).
빛공해의 생태학적인 영향 연구와 관련하여 특히 야생 동물에 미치는 영향에 대해 연구가 시작된 것은 최근의 일 이다(Rich and Longcore, 2006). 빛공해는 많은 야생동물의 멜라토닌 분배를 교란하여, 생활 습성 및 번식 주기를 교란 한다(Navara and Nelson, 2007). 대부분의 비행성 곤충은 주광성, 즉 빛에 이끌리는 습성을 가지고 있어 야간에 인공 조명 주위로 몰려드는데, 빛공해가 심한 지역에 서식하는 많은 야행성 조류와 파충류들은 야간 조명 근처에서 빛에 이끌려 몰려오는 곤충들을 잡아먹는 방식으로 포식 습성을 변경하는 것으로 알려져 있다(Longcore and Rich, 2004). 야간의 빛은 무척추 동물 군집의 조성(Davies et al., 2012), 해변가 쥐와 조류의 먹이행동(Bird et al., 2004; Santos et al., 2010) 참치의 스트레스 반응(Honryo et al., 2012), 박쥐 이동 전략(Stone et al., 2009) 등에도 영향을 미친다고 하였 다.
야생조류는 소리를 이용하여 세력권을 알리고, 배우자를 유인하며, 새끼와 의사소통을 한다. 이를 위해 새들은 다양한 소리를 사용하고, 환경이나 계절 등에 따라 소리도 변화하게 된다. 야생조류의 경우 인공조명은 일주기와 계절주기에 영 향을 미친다고 여겨저 왔으며(Rowan, 1937), 최근의 연구들 은 이러한 영향과 관련성을 제공하고 있다(Kempenaers et al., 2010; Titulaer et al., 2012; Dominoni et al., 2013).
한국에서도 최근 빛공해 실태에 대한 연구가 일부 수행되 었지만, 이들 연구는 대부분 인간들이 거주하는 도시 지역 에만 초점을 맞추고 있을 뿐(Ahn and Kim, 2004: Kong and Kim, 2010), 야생동물에 대한 빛공해 영향 실태는 파악 된 바가 없다. 한국의 경우 「인공조명에 의한 빛공해 방지 법」이 2012년 2월 제정되었고 2013년 2월 시행되었으나 (법제처 국가법령정보센터, 법률 제11261호), 아직까지 구 체적인 실행대책은 마련하지 못하고 있다. 이를 위해서는 빛공해로 인한 인간과 자연에 미치는 영향에 대한 기초연구 가 시급하다. 따라서 본 연구는 빛공해에 의한 생태계 영향 을 밝히는 기초연구로 박새를 대상으로 빛공해가 있는 도심 지역과 빛공해가 없는 국립공원 내 산림에서 박새의 새벽 울음 시작시간에 차이가 있는지 밝히는데 그 목적이 있다.
연구방법
1연구대상지 및 대상종
연구대상지는 빛공해 영향 지역으로 원주시 상지대학교 캠퍼스 녹지와 이에 대한 대조구로 치악산국립공원 서측 사면 계곡부 산림으로 설정하였다. 상지대학교 캠퍼스는 북 측으로 공업단지, 동측과 남측으로 고밀도심지, 북서측으로 고속도로와 인접해 있는 지역이다. 캠퍼스 내부는 야간에 가로등이 녹지를 비추며 건물에서 당직근무 및 연구 등에 의해 불빛이 지속적으로 녹지에 영향을 미치는 지역이었다. 대조구인 치악산국립공원의 서측사면 계곡부는 사유지로 출입이 제한되어 있어 일반탐방객에 의한 영향이 없으며 야간 조명이 설치되어 있지 않아 빛공해가 없는 지역이었다 (Figure 1).
연구 대상종은 박새로 선정하였다. 야생조류 소리를 24 시간 녹음하게 되면 각 대상지별로 서식하는 다양한 종들의 울음소리가 녹음된다. 이 중 박새는 울음소리가 명확하여 소리로 종식별이 용이하며, 모든 지역에서 서식하고 있었고 (Sallabanks and James, 1999), 새들 중에서도 새벽에 먼저 울고, 야간에는 울지 않는 특성이 있었다(Allard, 1930; Leopold and Eynon, 1961; Fisler, 1962). 따라서 울음소리의 식별 및 새벽 Song 특징이 명확한 박새를 대상으로 분석을 실시 하였다.
야생조류의 소리는 일반적으로 Song과 Call로 구분할 수 있다. 수컷의 Song은 암컷의 배우자 선택에 영향을 미치며, 수컷들의 자기 영역권을 주장하는 음성신호이기도 하다. Call은 간단하고 짧은 발성으로 되어 있고, 조난신호, Flying call, 가족이나 집단에게 경고하는 Signal call로 이용된다 (Gill, 2006). 즉, 박새의 새벽 울음소리는 자기 영역권 주장 및 배우자를 찾기 위한 Song에 해당한다.
2박새 울음소리 녹음
박새 울음소리 녹음은 Idam PRO U11 Digital voice recorder를 이용하였고, 외부전원과 대용량 SD메모리카드 를 장착하여 24시간 녹음을 실시하였다. 녹음기는 비의 영 향을 받지 않도록 건물 처마 하부에 녹지를 향하도록 설치 하였다. 녹음 파일 포맷은 MP3 320kpbs로 세팅하였다. 마 이크는 녹음기에 내장된 10mm 지향성 마이크 2대를 사용하 였고 윈드스크린을 장착하였다(Ki, 2014). 녹음기간은 상지 대학교 캠퍼스 녹지는 3월 26일~5월 30일까지, 치악산국립 공원은 3월 26일~5월 11일까지 실시하였다.
3빛공해와 박새 새벽 울음 시작시간 분석
야생조류 울음 분석 프로그램은 Adobe Audition CC (version 6.0)을 이용하였다(Ki, 2014). 녹음된 파일의 sonogram을 확인하여 조류가 울기 시작한 구간을 확인한 후 새소리 청취와 sonogram 패턴을 확인하여 박새임을 동 정하고 시간을 기록하였다(Figure 2). 새벽 Song는 새들이 일출 전에 영역표시 및 구애를 위해 지속적으로 함께 우는 행위이며 간혹 새벽 Song 이전에 한두차례 울음을 내는 종 들이 있었으나 이는 새벽울음소리에서 제외하고 1시간 이 상 지속적으로 우는 종을 대상으로 하였다. 빛 공해지역과 자연지역의 새벽 울음소리 차이 분석은 SPSS 프로그램을 이용하여 독립표본 T검정을 실시하였다.
4환경요인과 박새 새벽 울음 시작시간 분석
빛공해 이외에 환경요인은 야생조류 울음의 중요한 변수 이다. 태양빛은 새벽 Song의 시작 시간에 영향을 미치는 강력한 요인이며(Thomas et al., 2002), 날씨는 조류에 의해 인식 되는 태양광의 양을 제한하는 요인으로서 새벽 Song 시작시간을 변화시킬 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 기존 연구에서 야생조류의 새벽 Song 시작시간에 영향을 미칠 수 있는 환경적 요인은 일출 시간, 달의 밝기, 구름, 강수량, 주위 온도 등이라고 하였다(Allen, 1913; Davis, 1958; Slagsvold, 1977; Thomas, 1999; Thomas et al,. 2002; Miller, 2006).
본 연구에서는 새들의 새벽 울음소리와 환경요인으로 일 출시간, 시민박명(Civil twilight), 항해박명(Nautical twilight), 천문박명(Astronomical twilight), 월출시간, 평균온도, 최 고온도, 최저온도, 운량을 박새의 Song 시작시간과 비교 분 석하였다. 시민박명은 태양이 지표면 6° 아래에 있을 때 시 작되어 해는 보이지 않으나 전체적으로 훤한 상태로 대략 일출 30분전을 뜻한다(Miller, 2006). 항해박명은 태양고도 가 지평선 아래 6~12°에 있을 때의 박명으로 하늘은 상당히 어둡고 밝은 별이 보이기 시작하나, 동시에 수평선도 불 수 있어 선원들이 천측을 하는데 편리하다. 천문박명은 태양고 도가 지평선 아래 12~18°가 될 때까지의 어두컴컴한 상태 를 뜻한다(http://www.korean.go.kr). 원주지역 일출시간과 시민박명은 천문우주지식정보 사이트(http://astro.kasi.re.kr) 을 통해 구하였고, 온도자료는 기상청(http://www.kma.go.kr) 의 자료를 이용하였다. 통계분석은 SPSS 프로그램을 이용 하여 Pearson의 상관계수를 이용한 상관관계 분석을 실시 하였다.
결과 및 고찰
1빛공해와 박새의 새벽 울음 시작시간 분석
도심 내 입지하고 있는 빛공해지역(상지대학교 캠퍼스) 과 자연지역(치악산국립공원)을 대상으로 박새의 새벽 울 음 시작 시간을 분석한 결과 빛공해지역이 자연지역보다 먼저 울음을 시작하는 경향이 뚜렷하였다. 박새는 주로 일 출 전에 첫 울음을 시작하였는데, 대부분의 조사일에서 상 지대학교의 박새가 먼적 울기 시작하였다. 빛공해지역과 자 연지역 박새 울음 시작시간에 대한 평균 비교 결과 유의한 차이를 나타냈다(t-test. p<0.05, Figure 3, Table 1).
이는 기존 연구에서 태양빛은 새벽 Song의 시작 시간에 영향을 미치는 강력한 요인이며(Thomas et al., 2002), Willow warbler(Brown, 1962), Golden-crowned sparrows(Holmes and Dirks, 1978) 등 다양한 종을 대상으로 한 연구에서 번식기간의 초기 절반동안 점진적으로 일출보다 앞서 새벽 Song을 시작하고, 빛공해가 심한 지역이 약한 지역에 비해 새들이 먼저 울음을 시작한다는 연구결과와 일치하였다 (Miller, 2006; Bruni et al., 2014; Kempenaers et al., 2010; Titulaer et al., 2012; Dominoni et al., 2013).
인공조명에 의한 야생조류의 일주기 영향은 Blackbird (Mitchell, 1967), Song thrush(Van Lynden, 1978), European robin(King, 1966; Hollom, 1966; Labberte, 1978), Chiffchaff (Labberte, 1978), Dunnock(Van Lynden, 1978; Labberte, 1978) 등을 대상으로 한 연구에서 밤 또는 아침에 인공조명의 하에서 더 일찍 울음을 시작한다는 기록이 많다.
Bluethroat, Reed bunting, Nightingale(Outen, 2002)등 은 인공조명 하에서 야간에 노래를 한다는 보고도 있었다. 새들은 약한 세기의 빛에도 노래를 시작하며(Rawson, 1923), 인공조명은 먹이활동 시간을 늘릴 수 있다(Freeman, 1981; King, 1966). 또한 빛공해는 종내경쟁을 심화시키며, 야행성 포식자에게 노출의 위험을 증가시킨다(Molenaar et al, 1997). 중부 유럽에 서식하는 푸른박새(Blue Tit, P. caeruleus)의 수컷들은 빛공해가 심한 지역에서 아침에 더 일찍 울기 시작하고, 암컷들은 더 빨리 알을 낳는다고 조사 되었다. 일반적으로 푸른박새 암컷들은 아침에 일찍 우는 성숙한 수컷을 선호하는데, 야간 조명에 의해 수컷들의 아 침 울음 시간이 변하면 암컷이 새끼를 키울 능력이 부족한 미성숙한 수컷과 교미할 확률이 높아진다. 또한 번식기보다 너무 이른 계절에 새끼를 낳아 키우게 되면, 새끼를 키우기 에 충분한 양의 먹이를 구하기 어려워져 결과적으로 번식에 성공할 확률이 낮아지게 된다(Kempenaers et al., 2010).
기존의 연구를 토대로 본 연구결과를 분석해 보면 빛공해 로 인해 새벽에 먼저 울기 시작한 수컷 박새는 상대적으로 자연지역의 수컷 박새보다 암컷과 먼저 교미하여 암컷들이 자연지역보다 더 빨리 알을 낳게 될 가능성이 높다. 이는 적정 번식기보다 일찍 새끼가 부화함으로 해서 자연지역보 다 먹이자원이 부족할 가능성이 높아 새끼를 건강하게 키우 는데 제약조건이 될 수 있다.
본 연구는 빛공해가 야생조류의 Song에 영향을 미치는지 에 대한 첫 번째 국내연구로서 의의가 있다. 본 연구 결과는 기존 해외 사례와 유사한 결과가 도출되어 국내에도 빛공해 에 의해 야생조류가 영향을 받고 있음을 입증한 것이다. 한 국의 경우 아직까지 빛공해에 대한 생태계 영향 연구가 미 흡하며 이로 인해 빛공해라고 정의하기 위한 정확한 기준이 마련되지 못한 실정이다. 따라서, 향후 원주시 이외에도 서 울특별시, 부산광역시와 같은 대규모 도시를 대상으로 빛 공해에 의한 생태계 영향을 규명하여, 기준을 설정하고 빛 공해 영향 저감을 위한 대책을 수립해 나가야 한다.
2환경요인과 박새의 새벽 울음 시작시간 분석
본 연구에서 빛공해 이외에 어떠한 요인이 새벽 울음 시 작에 영향을 미쳤는지 파악하기 위해 일출시간, 시민박명, 항해박명, 천문박명, 평균온도, 최고온도, 최저온도, 월출시 간, 운량과 박새의 첫 울음소리와의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과 야생조류 울음 시작시간은 월출시간과 운량을 제 외한 모든 환경요인과 상관관계가 나타났다(Table 2).
태양빛은 새벽 Song의 시작 시간에 영향을 미치는 강력 한 요인이며(Thomas et al., 2002), 날씨는 조류에 의해 인 식 되는 태양광의 양을 제한하는 요인으로서 새벽 Song 시 작시간을 변화시킬 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 기존의 연구는 일출시간이 새벽 Song 시작 시간에 강력히 영향을 주고 있음을 입증했다. 선행 연구에서 Willow warbler가 번식기간의 초기 절반동안 점진적으로 일출보다 앞서 새벽 Song을 시작함을 밝혔다(Brown, 1962). 다른 연구에서는 Golden-crowned sparrows의 새벽 합창이 번식기 동안 일출 시간을 반영하고 있는 것으로 나타났다. Holmes and Dirks (1978)은 야생조류의 새벽 Song을 시작하는 중요 요인은 태양 방사선이라고 하였다.
Figure 4에서 볼 수 있듯이 박새는 일출시작 이전에 날이 밝아지기 시작하는 시민박명 전후에 첫 울음을 시작하였다. Thomas et al.(2002)의 연구에 의하면 눈이 클수록 낮은 빛의 강도에도 먼저 새벽 울음을 시작한다고 하였다. 즉, 야생조류는 태양이 떠오르는 일출 자체보다도 여명기에 눈 을 통해서 빛이 들어오게 되면 이에 반응하여 깨어나고 울 음을 시작하는 것으로 볼 수 있다.
온도와 새벽 울음소리의 상관관계는 평균, 최고, 최저온 도에서 모두 고도의 유의차가 나타났다(Table 2, Figure 5). 이는 주변 온도가 신진대사에 영향을 미치는 인자이며, 이 를 통해 새벽 Song 성능에 영향을 미친다고 한 연구결과와 일치하였다(Thomas, 1999). Great Tit와 Wrens(Garson and Hunter, 1979), European robin(Thomas, 1999)를 대상으로 한 연구에서도 새벽 Song과 온도 사이에 강한 양의 상관관 계를 나타낸 바 있다.
본 연구에서 월출시간은 새벽 울음과 상관관계가 인정되 지 않았다. 그러나 Leopold and Eynon(1961)의 연구에 의 하면 달빛도 야생조류의 새벽 합창에 영향을 미칠 수 있다 고 하였고, 최근 연구에서 White-browed sparrow weaver는 보름달이면서 지평면에서 여명이 밝아올 때 더 일찍 노래한 다는 결과도 있었다(York et al,. 2014). 따라서 향후 월출시 간 이외에 달주기 및 달빛이 야생조류의 새벽 울음에 어떠 한 영향을 미치는지에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 보 인다.
운량 또한 새벽 울음과 상관관계가 인정되지 않았다. Miller(2006)에 의하면 야생조류의 새벽 Song 시작 시간에 대한 하나의 변수는 구름의 양이며 큰 구름은 여명기에 태 양빛을 차단하여 새벽 Song을 지연시킨다고 하였다. 본 연 구에서는 일일 평균 운량을 나타낸 것으로 새벽 여명기의 구름양을 정확히 나타내지 못한 측면이 있다. 따라서 운량 과 새벽 울음과의 상관관계 분석은 장기간에 걸친 추가 연 구가 필요한 것으로 보인다.
야생조류의 새벽 Song 시작시간과 환경요인에 있어 빛 공해지역과 자연지역에 대한 통계적 차이는 나타나지 않았 다. 이는 연구대상지를 선정함에 있어 빛공해가 있는 지역 과 없는 지역으로 구분하여 선정하였기 때문에 두 대상지가 지역적으로 인접해 있어 환경적으로 유사한 조건이기 때문 이다. 환경요인에 의한 차이를 규명하기 위해서는 광역지역 에서 다양한 지점을 선정하여 연구를 진행해야 할 것이다.
