1. 서론

2022년 캐나다 몬트리올에서 개최된 제15차 생물다양성협약 당사국 총회(CBD COP15)에서는 쿤밍-몬트리올 글로벌 생물다양성 프레임워크(KM-GBF)를 채택하였는데, 해안(Coastal)을 해양과 별도의 생태계로 구분하여 독립적 관리 대상으로 언급하였다(UNEP, CBD-GBF). 또한 UN SEEA-EA (System of Environmental Economic Accounting-Ecosystem Accounting)에서는 연안 및 해양생태계의 자산가치를 국가 계정에 포함하도록 권고하고 있고, OSPAR 지역 연구에서 “해안 및 해양환경으로부터의 어류공급, 탄소격리, 야외레크리에이션” 등의 서비스를 정량화하였다(Blazquez et al., 2023). 이러한 국제적 흐름은 연안생태계가 제공하는 서비스를 객관적으로 평가하고 정책 의사결정에 통합해야 할 필요성이 높아지고 있음을 명확히 보여준다.

이러한 중요성은 학술 연구 동향에서도 입증된다. Brander et al.(2024)의 메타분석 연구에 따르면, 전 세계적으로 진행된 생태계 가치평가 연구 중 해안생태계 관련 연구가 산림생태계에 이어 세 번째로 높은 비중을 차지하는 것으로 나타났다. Barbier et al.(2011)은 하구, 염습지, 맹그로브, 산호초, 갯벌 및 해안사구 등 다양한 해안생태계의 서비스를 종합적으로 검토하며, 이들이 해안재해 완충, 해양 생물의 서식처 제공, 관광 자원 등 다면적인 생태계서비스에 기여함을 밝혔다. 이러한 해안생태계의 기능과 역할에 비추어 육상과 해양의 경계에 자리 잡은 해안사구 또한 그 생태적 가치가 높다. 해안사구의 침식조절 기능이나 휴양 기능은 생태계서비스의 가치가 높다고 할 수 있지만, 우리나라에서 그에 대한 정량적 가치 평가 연구는 아직 부족한 실정이다(정필모･서종철, 2024). 따라서 해안사구의 다양한 기능을 생태계서비스 지표로 체계화･정량화하여 지속가능한 보전･관리 기반을 마련할 필요가 있다. 이를 통해 해안사구가 지닌 인류와 생태계에 대한 가치를 객관적으로 평가하고 정책에 반영해야 한다(Seggi, 2019; Urbis et al., 2019; Arévalo-Valenzuela et al., 2021; Dang et al., 2021; Tiwari et al., 2025). 이러한 객관화를 위해서는 수치화에 대한 고민이 필요하다. 수치화는 어떤 현상, 개념, 속성 등을 숫자 또는 정량적 데이터로 변환하는 과정으로 정의된다(Shor, 2008). 다양한 지역에 대해 같은 데이터를 활용하고 같은 분석 방법을 적용하는 것은 일관된 평가를 위한 선행 조건이며, 우리나라에서 전국 단위로 제작된 다양한 지도들은 이러한 조건에 부합한다고 할 수 있다.

인류는 수천 년간 자연의 다양한 가치를 인식하고 이를 사회적 제도와 정책 설계에 반영해 왔으며, 생태계서비스의 정량적 파악은 지속가능한 의사결정의 기초가 된다(Pascual et al., 2023). 즉, 자연의 ‘기능적 가치’를 과학적으로 수치화하고 정책적 관점에서 반영하는 것은 향후 연안 관리 및 기후 적응 전략 수립에 필수적인 과제가 되고 있다. 이러한 맥락에서 해안사구의 생태계서비스 정량평가는 해안생태계의 기여를 구체적으로 파악하고 관리전략을 수립하기 위한 중요한 기초연구라고 할 수 있다.

우리나라에서는 2001년도에 최초의 해안사구 분포 및 보전 현황 조사를 통해 육지부에 133개소의 사구를 확인하였고(환경부, 2001), 그 후 보완 및 재평가를 통해 육상과 도서 지역을 통틀어 199개소의 사구가 약 34.5㎢에 걸쳐 분포하는 것으로 파악하였다(최광희･김윤미, 2015). 그 후 기존 조사 목록(2001년과 2015년 조사 결과)을 모두 포함한 207개 사구를 대상으로 훼손되었거나 사구의 특성이 사라진 사구들을 제외한 189개에 대해 경계 설정을 한 결과 분포 면적이 약 50.4㎢에 이르는 것으로 나타났다(강지현 등, 2024). 이렇게 도출된 해안사구 경계 데이터는 앞으로 진행될 해안사구 연구의 기초가 될 수 있으며, 기존에 구축된 우리나라 전국 단위 공간 자료와의 중첩으로 사구에 대한 여러 데이터를 정량적으로 획득할 기회를 제공한다. 특히 기후에너지환경부에서 제작한 토지피복지도는 토지 이용 및 국토 관리를 위해 활용되는데, 불투수층 면적 추정, 도시의 변화, 시설물 입지, 재해 발생 가능성 평가 등에도 사용된다(기후에너지환경부, 환경공간정보서비스).

토지피복 기반 생태계서비스 평가에서 널리 활용되는 도구 중 하나는 InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs) 모델이다. 자연으로부터 얻는 재화와 서비스를 지도화하고 가치를 평가하기 위한 목적으로 개발되었으며, 현재까지 탄소저장량, 작물 수분, 서식지질 등 19개 항목의 세부 모델이 개발되어 있고, 각 모형은 토지피복지도를 기반으로 관련 인자를 투입하여 가치를 평가할 수 있도록 구성되어 있다(Stanford University, Natural Capital Project). InVEST는 전 세계적으로 다양한 생태계를 대상으로 적용되어 정책 의사결정 지원에 활용되고 있으며, 국내에서도 산림생태계, 하천 유역 등을 대상으로 적용 사례가 축적되고 있다. 그러나 국내 해안사구를 대상으로 InVEST 모델을 적용한 연구는 아직 보고되지 않았다. InVEST 분석에는 다양한 공간자료와 기본자료들이 요구되며, 우리나라의 생태 분야에서는 기후에너지환경부에서 제작한 토지피복지도를 통해 InVEST의 여러 모형을 활용할 수 있다.

본 연구는 선행 연구(정필모･서종철, 2024)에서 지적한 국내 해안사구 연구의 한계점을 토대로, 생태계서비스 정량 평가지도의 해안사구 적용 가능성을 실증적으로 검증하는 과정을 거친다. 이에 따라 우리나라 189개 해안사구를 대상으로 공간자료와의 중첩 분석을 통해 정량적 평가 결과의 적용 가능성을 검토하고자 한다. 구체적으로는 해안사구 경계 자료와 토지피복도 등 공간자료 기반의 InVEST 모델로 제작된 생태계서비스 평가 지도를 중첩하여, 사구별 평갓값 및 적용 한계를 분석함으로써 다음과 같은 연구 목적을 달성하고자 한다. 첫째, 생태계서비스 평가지도가 해안사구가 제공하는 생태계서비스 가치를 이해하는 데 활용 가능한지를 정량적으로 검증한다. 둘째, 토지피복지도에서 누락되는 영역(사빈, 갯벌 등)이 평가 결과에 어떤 영향을 미치는지를 분석한다. 셋째, 해안사구 생태계서비스 평가의 향후 개선 방향을 제시한다.

2. 연구 동향

1) 해외 동향

해외에서는 해안사구 시스템 자체를 주된 연구 대상으로 삼아 생태계서비스 평가 방법을 적용한 사례가 활발하게 발표되고 있다. 특히, 해안사구의 다양한 기능들을 정량화하고 공간적으로 매핑하며 사회적 인식 분석에 초점을 맞춰, 본 연구의 정량적 가치 파악 필요성과 궤를 같이하고 있다.

Drius et al.(2019)은 이탈리아 아드리아해 연안의 사구 지대(Natura 2000)를 대상으로 기후 조절, 침식조절, 레크리에이션 등 5가지 생태계서비스 기능을 지표화･매핑하여 복합적 기능을 정량적으로 입증하였다. 이는 해안사구가 여러 가지 서비스를 동시에 제공하는 다기능적인 생태계임을 공간 분석을 통해 확인한 사례이다. 또한 Dang et al.(2021)은 베트남 해안의 사구를 대상으로 전문가 매트릭스와 Bayesian Belief Network(BBN) 모델을 결합하여 18가지 생태계서비스 공급 기능을 평가하고, 토지 이용 변화 시나리오에 따른 변화를 예측하는 모델링 연구를 수행하였다. 이 연구들은 해안사구를 주된 대상으로, 모델링 및 공간자료를 활용한 서비스 제공량 수치화를 목적으로 하였다.

해안사구의 가장 핵심적 기능 중 하나인 조절서비스, 특히 침식조절 및 재해 저감 기능 정량화 연구도 다양하다. da Silva et al.(2024)은 브라질 북부 해안을 대상으로 사구가 ‘해안 침식 및 홍수 노출 감소 효과(자연의 해안보호 서비스)’를 InVEST에서 제공하는 해안취약성모델을 활용하여 정량화하였다. 분석을 위해 경계, 바람 및 파랑데이터, 수심 및 지형과 대륙붕 경계선, 서식지와 지형의 형태, 인구 데이터처럼 다양한 자료들이 사용됐다. Wedding et al.(2022)의 연구에서도 해안사구와 염습지를 대상으로 InVEST 모델을 활용하여 해안 침수 및 침식 위험을 줄여주는 생태계서비스를 평가하고 해변과 사구를 복원하는 프로젝트를 추진할 것을 정책 제안한 바가 있다.

사구의 비물질적 가치인 문화서비스와 이를 인지하는 사회 구성원들의 인식을 분석하는 연구도 비중있게 다뤄지고 있다. Arévalo-Valenzuela et al.(2021)은 칠레에 있는 해안사구에 대해 원주민 공동체와 지방 정부 관계자가 인식하는 서비스의 중요도 차이를 분석하여 이해관계자 간의 관점 불일치를 규명하였다. 미국 오대호 연안의 해안사구 방문객을 대상으로 문화서비스의 중요도를 설문 조사한 Richardson and Nicholls(2021)의 연구나, 콜롬비아 카리브해 연안에서 사구 경관의 물리적･인위적 매개변수를 기반으로 경관 품질을 등급화하는 ‘사구 경관 평가 시스템(DSES)’을 적용한 Rangel-Buitrago and Gracia(2024)의 연구는 사구의 심미적, 휴양적 가치를 정량적 혹은 객관적 도구로 평가하려는 시도로 볼 수 있다. 다만 문화서비스와 관련된 평가는 인간의 선호도와 관련된 측면이 크기에 정량적 평가로 이어지는 연구는 아직 다양한 방법론을 통해 시도되고 있다.

해안사구와 관련된 해외의 연구 동향을 살펴본 결과, 해안사구 시스템에 대한 생태계서비스 평가는 여러 분야에서 정량화 및 공간 분석을 통해 활발하게 진행되고 있음이 확인된다. 이러한 경향은 본 연구에서 시도하고 있는 해안사구의 정량적 가치 파악에 대한 학술적 필요성과 당위성을 뒷받침한다.

2) 국내 동향

국내에서는 생태계서비스의 정량적 평가 연구가 여러 생태계를 대상으로 시도되고 있다. 박미정 등(2016)과 이훈종(2021)은 우리나라 생태계서비스 가치의 시공간 변화를 토지피복도를 기반으로 하여 분석하며, 생물다양성과 생태계서비스 손실의 장기적 영향을 강조하였다. 이 연구는 생태계서비스 분야에서 토지피복도의 활용 가능성을 확인할 수 있었다는 의의가 있다. 또한 박윤선･송영근(2024)도 토지피복 변화에 따른 생태계서비스의 우세 경향, 증감, 그리고 서비스 간 상쇄효과(Trade-off)를 분석했으며, 급격한 도시화가 생태계의 질을 하락시킬 수 있지만, 환경 관리 정책(예: 조림 정책)이 생태계 질과 생태계서비스를 향상하는데 기여했음을 시사했다. 이은혜･오충현(2023)은 하시동･안인 해안사구 생태경관보전지역을 대상으로 신속평가 도구(Rapid Assessment of Wetlands Ecosystem Services, RAWES)를 활용하여 평가를 수행한 바가 있다. 신속평가 도구는 대상 지역 이해당사자의 관점을 반영하는 평가 방법론으로, 수집된 데이터는 정성적 평가 결과라고 할 수 있다. 수치화된 결과를 합산하여 정량적 지표를 제시하였지만, 넓은 범위에서 질적 평가라는 한계가 있다.

기후변화, 산사태･홍수, 국토변화, 비점오염원 등 국토의 다양한 정보 인프라로 활용되고 있는 토지피복도는 2024년 국가승인통계로 지정되었으며, 2020년부터 인공지능 기술을 접목한 ‘지능형 토지피복 자동분류 시스템’을 통해 현행화 주기가 4개월로 단축되어 활용의 폭이 넓다고 할 수 있다(기후에너지환경부, 환경공간정보서비스). 토지피복도는 토지이용변화 분석에서 활용되어 도시개발 전후의 정량적 변화를 측정하고 도시계획 정책 수립의 근거자료로 제시되고 있으며(이영창 등, 2018), 행정구역별 토지피복 변화에 따른 토양 탄소 저장량 변화의 정량 산정을 통해 도시 및 개발 정책의 환경적 영향 평가 근거자료로 활용되고 있기도 하다(추인교 등, 2021). 종합적으로 생태계의 가치 추정이나 변화를 파악하기 위해서는 정량화된 자료 구축을 위한 모니터링이 필요하며, 토지피복지도와 같은 공간자료와 접목하여 데이터 기반의 모니터링, 공간정보의 융합, 정량적 평가체계를 수립할 필요가 있다고 할 수 있다.

국내에서 해안사구를 대상으로 진행된 연구들은 주로 편년 연구, 교육 대상으로서의 연구 등이 주를 이루고 있으며, 해안사구가 제공하는 가치의 정량적 평가 가능성에 대해서는 아직 미진한 상황이다(정필모･서종철, 2024). 토지피복도를 이용한 정량화 연구도 아직은 초기 단계여서 해안사구와 지도를 결부시킨 정량화 방안에 대한 고민이 필요한 시점이다. 다만 세부 생태계와 특정 유형의 생태계를 대상으로 생태계서비스를 접목시키려는 시도가 다양하게 나타나고 있어 이러한 방법론들을 고려한 접근을 할 수 있다. 우리나라 해안사구는 여러 분포 현황 조사와 보전 등급 평가가 진행된 바가 있어(최광희･김윤미, 2015; 강지현 등, 2024) 현황 파악에 용이하고, 토지피복도와 같은 공간자료가 구축되어 있어 이를 활용한 생태계서비스 평가 연구 기반이 갖춰졌다고 할 수 있다. 여기에 전세계적으로 생태계서비스 분야에서 널리 활용되고 있는 InVEST 모델을 활용한 정량적 분석은 과학적 근거를 제시할 수 있는 토대가 될 수 있다.

3. 연구방법

1) 연구 대상 및 공간데이터

연구 대상은 우리나라 189개 해안사구이며, 사구 경계 데이터는 강지현 등(2024)이 2016년 기준으로 제작한 자료를 활용하였다.¹⁾ 해당 자료는 기존 조사 목록(2001년과 2015년)을 모두 포함한 207개 사구 중 훼손되었거나 사구의 특성이 사라진 사구들을 제외하고 189개 사구의 경계를 설정한 것으로, 총 분포 면적은 약 50.4㎢에 이른다. 본 연구에서 사용한 해안사구 경계 자료는 사구 지형뿐만 아니라 전면의 사빈 및 조간대 일부를 포함하는 ‘사빈-사구 복합체’ 범위로 설정되어 있으며, 이는 비사 공급원과 사구 지형을 하나의 생태계 단위로 간주한 것이다.

생태계서비스 평가지도는 권혁수 등(2024)의 가이드라인을 토대로 전국 단위로 구축된 지도를 활용하였다. 이 지도는 기후에너지환경부에서 제작한 토지피복지도(기후에너지환경부, 환경공간정보서비스)를 기초로 하며, InVEST 모델 및 기타 평가 방법을 활용하여 주요 생태계서비스 항목별 가치를 공간적으로 표현하였다. 평가 항목은 공급서비스 2개(연간수자원공급량, 연간기저유량기여도), 조절서비스 7개(수질정화_질소, 수질정화_인, 탄소저장, 탄소흡수, 대기조절, 열섬저감, 침식조절), 지지서비스 2개(서식처질, 조류종다양성), 문화서비스 1개(생태관광) 등 총 12개 항목으로 구성되어 있다(표 1).

본 연구에서 활용한 생태계서비스 평가지도는 권혁수 등(2024)이 12개 평가 항목에 대한 산정 방법을 종합적으로 정리하여 전국 단위로 구축한 것으로, 각 항목의 산정 방법은 표 2와 같다. 평가 항목에 따라 InVEST 모델, 계수 적용, 종 분포 모델링 등 다른 방법이 적용되었으며, 토지피복지도를 기반으로 생물･물리 계수(biophysical coefficient)를 적용하여 생태계서비스 공급량을 산정한다.

각 평가 항목은 공간해상도가 10m부터 1,000m까지 다양하며, 이는 해안사구의 규모와 관련하여 평가지도 적용의 유효성을 판단하는 기준이 된다. 특히 1,000m 해상도의 생태관광 항목은 1픽셀이 1㎢에 해당하므로, 1㎢ 미만의 소규모 사구에서는 픽셀값이 사구 면적을 초과하여 유효 데이터 비율이 100%를 크게 웃도는 결과가 나타날 수 있어 해석에 주의가 필요하다.

2) 분석 방법

공간분석은 ESRI사의 ArcGIS Pro와 Python 환경에서 수행하였다. 분석 과정은 다음과 같은 단계로 진행되었다. 첫째, 해안사구 경계 파일과 생태계서비스 평가지도를 중첩(overlay)하여 사구별 서비스 공간 분포를 추출하였다. 이 과정에서 Python의 GeoPandas 라이브러리를 활용하여 벡터 데이터를 처리하고, rasterstats 라이브러리를 이용하여 래스터 데이터와의 중첩 분석(zonal statistics)을 수행하였다.

둘째, 각 해안사구 경계 내에서 생태계서비스 평가 결과가 존재하는 영역의 면적을 산출하고, 이를 사구 전체 면적으로 나누어 ‘유효 데이터 비율(valid data ratio)’을 계산하였다. 유효 데이터 비율은 다음과 같이 산출된다.

유효 데이터 비율 = (래스터 데이터 면적 / 사구 경계 면적)

여기서 래스터 데이터 면적은 각 평가 항목의 공간해상도를 고려하여 유효한 픽셀 개수에 픽셀 면적(해상도²)을 곱하여 계산하였다. 예를 들어, 10m 해상도의 탄소저장 항목의 경우, 유효 픽셀 개수 × (10m)² = 유효 픽셀 개수 × 100㎡로 계산된다.

셋째, 해안사구 경계 내에 누락 된 부분(사빈, 나지 등 토지피복지도에 미반영된 영역)의 면적을 고려하여 결과를 해석하였다. 해안사구는 육상과 해양의 경계에 위치하며, 사빈과 조간대 지역이 주요 구성요소임에도 불구하고, 토지피복지도는 해안선을 기준으로 제작되어 이들 영역이 누락 되는 경우가 있다.

넷째, 해안사구 단위의 생태계서비스 평가 적용 가능성을 판단하기 위해 유효 데이터 비율이 80% 이상 또는 90% 이상인 사구의 개수를 평가 항목별로 집계하였다. 이는 해안사구의 경계 데이터가 위성사진 판독과 현상 실사를 통해 설정되어 토지피복지도와 완전히 일치하지 않을 수 있으며, 래스터-벡터 중첩 분석에서 경계부 픽셀의 불일치가 발생할 수 있음을 고려한 것이다. ‘80% 이상’을 기준으로 설정한 것은 경계부 오차를 감안하더라도, 사구 면적의 대부분에서 유효한 평가가 이루어졌음을 의미하며, ‘90% 이상’은 보다 엄격한 기준으로 신뢰도 높은 평가가 가능한 사구를 식별하기 위함이다. 향후 유사 공간 분석에서 이를 기준으로 검증･개선될 수 있을 것으로 판단된다.

3) 사례 사구 선정

전체 189개 해안사구 중 규모와 보호지역 지정을 통한 관리 여부 등을 고려하여 사례 지역 4개소를 선정하였다(그림 1).

- 신두리사구(충남 태안군): 면적 3.710㎢로 국내 최대 규모이며, 천연기념물, 습지보호지역, 해양보호구역 등으로 지정되어 있다.

- 평대사구(제주 제주시): 면적 0.007㎢로 사구 목록 중 최소 규모이며, 중첩률 특성 분석에 활용하였다.

- 소황사구(충남 보령시): 생태･경관보전지역으로 지정되어 있으며(서해안), 군 작전지역에 접하고 있다.

- 하시동안인사구(강원 강릉시): 생태･경관보전지역으로 지정되어 있으며(동해안), 군부대 인접 지역으로 토지피복지도가 일부 누락(보안 처리) 되어 있다.

이들 사구는 규모와 위치, 토지피복도 중첩 특성이 다양하여, 생태계서비스 평가지도 적용의 한계와 가능성을 종합적으로 검토하는 데 적합하다.

그림 1.

해안사구 경계와 토지피복지도 중첩

4. 연구 결과

1) 해안사구 면적 분포와 평가 적용 가능성

189개 해안사구의 면적 분석 결과, 1㎢ 이상 규모의 대형 사구는 신두리사구를 비롯한 8개소로 나타났다(표 3). 전남 3개소, 충남･강원･전북･인천･부산에 각 1개소씩 위치하며, 가장 넓은 신두리사구는 3.710㎢, 가장 작은 평대사구는 0.007㎢로 약 530배의 면적 차이를 보였다. 1㎢ 이상의 대형 사구 중 도서 지역에 있는 사구가 8개 중 5개에 달한다는 점이 특이할 만 하다.

사구의 규모는 생태계서비스 평가지도의 공간해상도와 결부되어 평가지도 활용의 유효성을 좌우하는 중요한 요소이다. 특히 생태관광 항목의 경우 공간해상도가 1,000m × 1,000m에 해당하므로, 면적이 1㎢ 미만인 대부분의 사구에서는 유효한 평가 결과를 도출하기 어렵다. 반면, 10m 해상도를 가진 탄소저장, 탄소흡수, 대기조절 등의 항목은 소규모 사구에서도 비교적 유효한 평가가 가능하다.

2) 평가 항목별 중첩 분석 결과

해안사구 경계 데이터와 생태계서비스 평가지도를 중첩하여 도출된 래스터 면적, 유효 데이터 비율, 연간 제공량의 평균 및 표준편차는 표 4와 같다. 해안사구의 생태계서비스 평가항목별 연간제공량을 살펴보면, 연간기저유량기여도 평균 34,728 mm/yr는 해안사구의 투수성 사질토양 특성으로 강수의 지하침투율이 높아 나타난 결과로 판단된다. 탄소저장량 평균 1,368 tC는 사구 식생의 지상부 바이오매스는 낮지만 사질토양 내 유기탄소 축적이 기여한 것으로 해석된다. 침식조절량 평균 1,207 ton/yr는 후면 해안림(곰솔림)의 침식 저감 기여를 반영하며, 이는 육상 토양침식 평가로서 해안침식 방어 기능과는 구별된다. 수질정화 항목(질소 2.57 kg/yr, 인 0.55 kg/yr)이 낮게 나타난 것은 해안사구의 사질토양과 낮은 식생 피복률로 인해 영양염류 여과 기능이 제한적이기 때문으로 판단된다.

유효 데이터 비율의 평균을 기준으로 보면, 생태관광(916%)이 100%를 크게 초과하여 나타났는데, 이는 해당 항목의 공간해상도가 1,000m로 다른 항목의 해상도보다 커서 하나의 픽셀이 사구 경계 면적보다 큰 경우가 많기 때문이다. 연간기저유량기여도(120%), 탄소저장(101%), 대기조절(101%) 항목도 평균 100% 전후의 값을 보여, 대부분의 해안사구 경계 내에서 평가 데이터가 충분히 분포함을 의미한다. 유효 데이터 비율을 90% 이상으로 설정하는 경우, 연간기저유량기여도(170개), 대기조절(161개), 탄소저장(161개), 열섬저감(157개), 생태관광(100개) 순으로 해당 사구가 많았다. 반면, 탄소흡수(0개), 수질정화_인(2개), 수질정화_질소(5개), 연간수자원공급량(7개)은 활용할 수 있는 사구의 수가 매우 적은 것으로 나타났다.

특히 공급서비스에 해당하는 연간수자원공급량과 조절서비스 중 수질정화 관련 항목들은 유효 데이터 비율이 현저히 낮았다. 이는 해안사구의 특성상 토양이 사질이고 식생 피복률이 낮아, 토지피복 기반 모델에서 해당 서비스의 공급이 제한적으로 평가되기 때문으로 보인다. 또한, 사구 경계 내에서 사빈이나 조간대 등이 토지피복지도 작성 과정에서 위성사진의 촬영 시간에 따라 포함되지 않는 경우가 발생하여 평가가 가능한 면적 자체가 적어지는 영향도 있었다. 신두리사구의 경우 북서쪽의 사빈 지역은 일부만 갯벌로 포함되었고, 사빈의 상당 부분은 토지피복지도가 제작되지 않았다. 가장 면적이 좁은 평대사구는 대부분이 해변이나 암벽･바위에 해당하는 것을 알 수 있다(그림 1).

3) 사례 사구별 중첩률 분석

선정된 4개 사구의 생태계서비스 평가지도 중첩 특성은 다음과 같다(표 5). 해당 사구의 경계 내에 생태계서비스 평가 결과가 없으면 유효 데이터 비율은 0%로 표기되며, 지도에는 가장 낮은 수준의 범례에 해당하거나 ‘데이터 없음’으로 표현된다.

(1) 신두리사구

국내 최대 규모(3.710㎢)의 해안사구로, 사구 면적과 토지피복지도 간의 중첩률은 77.69%였으며, 대부분의 생태계서비스 평가 항목에서 비교적 유효한 결과를 보였다(그림 2). 연간기저유량기여도는 82.05%, 수질정화_질소 45.94%, 탄소저장 및 대기조절은 79.33% 등으로 나타났고, 12개 항목 중 ‘연간수자원공급량’과 ‘수질정화_인’의 결괏값만 0%로 분석되었다. 생태관광 항목이 100%를 초과하여 나타났고, 연간기저유량기여도-탄소저장, 대기조절-열섬저감 등의 순으로 유효 데이터 비율이 높았다. 신두리사구는 전사구, 사구 능선, 이차사구, 사구습지 등 다양한 지형이 형성되어 있고, 후면부에는 곰솔림과 초지가 분포한다. 이처럼 다양한 토지피복 유형이 나타남에 따라 대부분 항목에 평가 결과가 도출되었다.

그림 2.

해안사구의 평가항목별 분석 결과(신두리) ①연간수자원공급량 ②연간기저유량기여도 ③수질정화(질소) ④수질정화(인) ⑤탄소저장 ⑥탄소흡수 ⑦대기조절 ⑧열섬저감 ⑨침식조절 ⑩서식처질 ⑪조류종다양성 ⑫생태관광

(2) 평대사구

국내 최소 규모(0.007㎢)의 해안사구로, 사구 면적과 토지피복지도의 중첩률은 92.72%에 달했다(그림 3). 그러나 토지피복도 기준으로 해변과 암벽･바위로 구성되어 대부분의 생태계서비스 평가지도 분석 결과는 일반적이지 않은 경향을 보였다. 연간기저유량기여도는 208.6%의 유효 데이터 비율을 보였는데, 이는 30m 해상도의 픽셀이 사구 면적보다 커서 나타난 현상으로 보인다. 한편, 나지에 해당하는 해당 면적은 일반적 수량 분석 결과와 비교하면 높게 나타나 이상치로 판단된다.

그림 3.

해안사구의 평가항목별 분석 결과(평대) ①연간수자원공급량 ②연간기저유량기여도 ③수질정화(질소) ④수질정화(인) ⑤탄소저장 ⑥탄소흡수 ⑦대기조절 ⑧열섬저감 ⑨침식조절 ⑩서식처질 ⑪조류종다양성 ⑫생태관광

(3) 소황사구

생태･경관보전지역으로 지정되어 있으며, 사구 면적과 토지피복지도 간의 중첩률은 100%로 확인되었다(그림 4). 소황사구는 사구 경계에 해변(사빈, 갯벌) 지역이 포함되어 있지 않고 초기사구부터 설정되어 있어 기타 초지와 침엽수림의 면적이 대부분을 차지한다. ‘연간수자원공급량’과 ‘수질정화_인’ 항목만 데이터가 없는 것으로 나타났고, 생태관광 항목은 333.81%가 유효한 데이터 비율로 기록되었다.

그림 4.

해안사구의 평가항목별 분석 결과(소황) ①연간수자원공급량 ②연간기저유량기여도 ③수질정화(질소) ④수질정화(인) ⑤탄소저장 ⑥탄소흡수 ⑦대기조절 ⑧열섬저감 ⑨침식조절 ⑩서식처질 ⑪조류종다양성 ⑫생태관광

(4) 하시동안인사구

하시동안인사구도 군부대에 인접한 생태･경관보전지역으로 사구 면적과 토지피복지도와의 중첩률은 92.82%로 높게 나타났다(그림 5). 모든 항목에서 유효한 데이터 비율이 기록되었으나, ‘연간수자원공급량’과 ‘수질정화_인’ 항목은 0에 가까운 수치로 데이터가 없는 것으로 보인다. 생태관광 항목이 677.46%를 기록해 평가지도의 픽셀값에 좁은 사구 면적이 영향을 받음을 보여주고 있다.

그림 5.

해안사구의 평가항목별 분석 결과(하시동안인) ①연간수자원공급량 ②연간기저유량기여도 ③수질정화(질소) ④수질정화(인) ⑤탄소저장 ⑥탄소흡수 ⑦대기조절 ⑧열섬저감 ⑨침식조절 ⑩서식처질 ⑪조류종다양성 ⑫생태관광

4) 사구의 면적과 유효 데이터 비율의 관계

토지피복지도는 위성영상 촬영 시점의 해수면 경계를 해안선으로 설정하여 제작된다(한강홍수통제소, 국가수자원관리종합정보시스템). 해안사구는 조간대와 사빈을 포함하는 지형이지만, 토지피복지도는 기초 영상의 촬영 시기에 따라 해안선 이하 지역이 제외되기도 하므로 사구에 따라 영향을 받을 가능성이 있다. 또한 사구의 형태와 면적에 따라 평가항목에 영향을 받을 수도 있다. 길쭉한 형태의 사구(동해안)들은 평가항목 픽셀의 크기에 따라 여러 개의 픽셀이 조금씩 중첩되면서 유효 데이터 비율에 영향을 미치는 것으로 보인다.

평가항목 중 탄소저장, 탄소흡수, 대기조절, 열섬저감, 서식처질은 분석한 모든 사구에 유효한 데이터가 도출된 것으로 나타났다. 반면, 연간수자원공급량, 수질정화_인, 생태관광 항목은 상당수 사구에 유효한 데이터가 없는 것으로 나타나, 평가항목과 대상 지형의 적절성에 대한 검토가 필요하다.

5. 논의

국내 해안사구 연구는 편년 연구와 교육에서의 활용 등의 내용을 중심으로 수행되고 있다(정필모･서종철, 2024). 국내에서 생태계서비스의 정량적 평가는 다양한 분야에서 발표되고 있지만, 특정 지형을 대상으로 서비스 공급량을 정량화하는 방법은 아직 체계화되어 있지 않다. 지소(site) 단위의 지형 공간을 평가하기 위해서는 현장에서 취득한 다양한 데이터가 필요하지만, 동일 지형 공간(예: 해안사구)도 지역에 따라 별도의 자료수집이 필요하기도 하다. 해외에서도 사구 복원, 침식제어, 문화서비스 평가 등 다각적 접근이 시도되고 있으나(Lithgow et al., 2015; Van der Biest et al., 2017; Drius et al., 2019), 대부분 사례 지역 연구로 제한되어 있으며, 국가 단위 공간자료를 활용한 평가 연구는 여전히 부족하다. 따라서 정합도 높은 공간자료(토지피복도, 해안사구 경계 등)를 활용하여 모델 적용 가능성을 검증하는 연구가 필요하다. 이러한 과정에서 기존 해안사구 목록에 대한 보전 등급 재평가(최광희･김윤미, 2015)나 해안사구의 분포 및 경계 설정(강지현 등, 2024) 연구는 해안사구를 대상으로 한 정량적 평가를 위한 기반을 마련했다. 이와 함께 토지피복지도와 같이 국내에 기구축된 공간자료들은 동일한 기준으로 모든 분포 대상을 분석할 기회를 제공한다.

해안사구는 지역 주민이나 관광객에게 다양한 혜택(생태계서비스)을 제공한다(정필모･서종철, 2024). 따라서 해안사구의 기능(혜택)을 생태계서비스로 환산할 수 있으며, 이는 사구의 규모에 상관없이 생태계서비스가 발생한다고 할 수 있다. InVEST 모델과 ArcGIS 툴을 활용한 생태계서비스 평가지도는 동일한 기준의 분석 결과를 제공한다는 장점이 있었으나, 육상과 해양의 경계가 되는 해안선의 설정에 따라 사구 경계 내의 모든 공간이 분석되지 않는다는 한계가 발생하였다. 생태관광 항목에서 916% 같은 극단값이 나타난 이유는 InVEST 모델의 기본 픽셀 해상도가 다른 항목과 다르기 때문으로, 이는 평가지도의 기술적 한계로 볼 수 있다. 향후 래스터 해상도 통일화를 통해 개선될 여지가 있다. 또한 수질정화 항목이 대부분 50% 이하로 평가된 것은 평가지도의 한계가 아니라 해안사구 생태 특성의 반영이다. InVEST 모델의 수질정화 평가는 주로 하천-습지 연속체에 최적화되어 있으며, 해안사구의 소규모 담수습지는 고여진 물로 인한 제한된 수질정화 기능만 수행하기 때문이다. 따라서 해안사구에 대한 생태계서비스 평가 시 수질정화는 생략하거나 별도의 가중치 조정이 필요하다. 한편, 본 연구에서 활용한 침식조절 항목은 InVEST SDR(Sediment Delivery Ratio) 모델로 산정된 육상 토양침식량으로, 해안사구가 파랑이나 폭풍해일로부터 배후지를 보호하는 연안방호(coastal protection) 기능과는 구별된다. 연안방호 서비스 평가를 위해서는 InVEST Coastal Vulnerability 모델이 필요하나, 현재 국내에는 해안지형분류(Geomorphology), 사구 높이 구분, 해초류 분포 등 핵심 입력자료가 구축되어 있지 않은 실정이다.

해안사구에 대한 정량적 평가 기반 마련을 위해서는 이러한 한계를 고려한 분석 결과를 통해 한 걸음 나아가기 위해 고려할 조건이 필요하다. 먼저 토지피복지도 기반의 생태계서비스 평가지도를 해안사구 분석에 활용하기 위해서는 평가항목별 픽셀의 크기(10m, 30m, 1,000m)에 따른 유효 데이터 비율에 대한 고려가 필요하다. 이는 래스터-벡터 중첩 분석에 따른 경계부 픽셀의 불일치가 발생할 수 있기 때문으로 본 연구에서는 80%~90%를 유효한 수준으로 산정했다. 전국 단위 공간자료가 가진 해상도의 제한으로 인한 것이며, 향후 생태계서비스 평가지도의 업데이트에 따라 조건이 변경될 수도 있다. 둘째, 해안사구가 제공하는 혜택을 모두 담아내기 위해서는 토지피복지도 상에 사빈과 조간대가 포함될 수 있어야 한다. 토지피복지도 제작 여건에 따른 사안이며, 해안선에 인접한 해안사구 지형은 이에 대한 영향을 고스란히 받을 수밖에 없기에, 실제 현장 지형 조사를 통한 토지피복지도 개별 보완을 고려해 볼 수 있다. 실제 군부대 등의 특수 상황(위성사진 보안)을 제외하면 식생이 피복 된 곳까지 토지피복지도가 작성되어 있고 ‘나지’에 해당하는 사빈과 전사구 일부 지역만 제외되는 비율이 대부분이기 때문이다. 셋째, 해안사구 정기조사를 통한 모니터링에 활용하기 위해서는 토지피복지도 상에서 제외된 지역(군부대 등)의 현행화가 중요한데, 보안 사항을 유지하되 식생의 현황이 최대한 반영될 수 있도록 하거나, 식생 조사 결과를 임의로 반영하는 방안을 고려할 필요가 있다. 즉, 현재 기후에너지환경부와 국립생태원에 의해 진행되는 해안사구 생태계 조사 중 식생 조사 결과(식생도)와 토지피복지도를 비교하는 것이다. 이를 통해 해안사구 지역만 한정적으로 토지피복지도를 수정하여 생태계서비스 평가를 진행해 볼 수 있다.

토지피복지도의 장점은 주기적 갱신으로 토지피복의 변화상을 파악할 수 있다는 점이다. 특히 기존 토지피복 유형이 어떤 유형으로 변화됐는지 추적이 가능하여 생태계서비스 연구 분야에서도 상충관계(tradeoff)에 대한 논의에 유용하게 활용되고 있다. 따라서 토지피복지도를 기반으로 작성된 생태계서비스 평가지도 또한 해안사구의 모니터링 사업과 결부하여 해안사구의 가치 변화에 의미 있는 역할을 할 수 있다. 본 연구는 화폐가치 환산 이전 단계로서 물리량 기반의 생태계서비스 공급량을 평가하였다. 물리량 평가는 생태계의 실제 기능을 객관적으로 파악할 수 있으며, 향후 단위당 가치 적용을 통해 경제적 가치 산정으로 확장될 수 있다. 기존의 자연생태 위주 조사에서 나아가 사구가 제공하는 다양한 혜택에 대한 정량적 수치의 제시는 개발사업에 내몰리는 해안 지역에 대해 환경영향평가 등의 제도와 결부시켜 적절한 보전의 근거가 될 수 있을 것으로 판단한다.

본 연구는 개별 사례 지역 중심의 기존 연구에서 나아가 전국 단위 해안사구의 생태계서비스를 정량화하는 방법론에 처음 접근했다는 학술적 의의가 있다. 다만, 해안사구의 고유한 생태적 특성을 고려하여 제작된 공간자료가 아닌, 전체 생태계 평가를 위해 제작된 생태계서비스 평가지도를 활용함으로써 해안-사구 연계 시스템의 특성을 충분히 반영하지 못했다는 한계를 가진다. 또한, 분석을 통해 도출된 정량적 결괏값의 의미에 대한 심층적인 해석이 동반되지 못한 점, 그리고 해안사구의 핵심 조절 기능인 해안 침식 조절 서비스의 적용 및 논의가 미진했던 점은 향후 개선해야 할 과제이다. 이에 대한 미진한 부분은 후속 연구에서 평가지도 항목별 값의 학술적 의미를 육상 생태계와의 비교 분석을 통해 규명하고, 해안 침식 조절 기능에 특화된 평가 방법을 적용하는 방향으로 이어 나가고자 한다.

6. 요약 및 결론

본 연구는 우리나라 189개 해안사구를 대상으로 토지피복지도 기반의 생태계서비스 평가지도 적용 가능성을 정량적으로 검증하는 실증 연구로 진행되었다. 국가 단위 공간자료와의 중첩 분석을 통해 사구별 생태계서비스 평가 결과의 신뢰도와 한계를 식별하고, 항목별 적용성을 비교･분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 주요 결과는 다음과 같다.

첫째, 사구의 규모는 생태계서비스 평가지도의 공간해상도와 직결되어 평가 적용 가능성을 결정하는 핵심 요소임을 확인하였다. 분석 결과, 10m 해상도의 항목(탄소저장, 탄소흡수, 대기조절)은 소규모 사구에서도 비교적 유효한 결과를 도출할 수 있음을 보였으나, 1,000m 해상도의 생태관광 항목은 1㎢ 미만의 대다수 사구에서 평가 적용에 한계가 있음을 확인하였다.

둘째, 평가 항목의 적용 가능성에 뚜렷한 차이를 보였다. 연간기저유량기여도, 대기조절, 탄소저장, 열섬저감 항목은 90% 이상의 유효 데이터 비율을 보여 대부분 사구에서 신뢰도 높은 평가가 가능하였다. 반면, 탄소흡수, 수질정화 항목은 해안사구의 생태 특성(사질 토양, 낮은 식생 피복률, 소규모 담수습지)이 반영되어 적용성이 낮았으며, 이는 해당 모델이 하천-습지 연속체에 최적화되어 있기 때문으로 판단된다.

셋째, 토지피복도의 제작 특성상 해안선 인접 지역(사빈 및 조간대)이 누락되는 공간적 한계가 평가 결과에 영향을 미치고 있음을 확인했다. 이러한 한계를 보완하기 위해 본 연구에서는 국립생태원의 해안사구 정기 조사에서 확보되는 식생도를 토지피복지도에 반영하는, 현장 기반 자료 융합 방안을 제안하였다. 이는 토지피복도의 정확도를 높이고, 장기적으로는 해안사구 모니터링 체계와 연동하여 생태계서비스의 시계열 변화를 추적하는 데 기여할 것이다.

종합적으로 본 연구는 지형학적 특성 규명이나 교육적 활용 등에 집중되어 온 기존 해안사구 연구의 범위를 확장하여, 전국 단위 공간정보를 기반으로 해안사구의 가치를 정량화된 수치로 제시할 수 있는 방법론적 토대를 마련하였다는 데 의의가 있다. 비록 전체 생태계를 대상으로 만들어진 평가지도를 활용함으로써 해안 특화 기능인 침식 조절서비스의 적용과 산출된 가치에 대한 심층적 해석에는 일부 한계가 있었으나, 이는 향후 연구가 나아가야 할 구체적 방향성을 제시해 주었다고 할 수 있다. 해안 침식 조절서비스의 규명과 육상 생태계와의 비교 분석 연구가 이어진다면, 본 연구의 결과는 해안사구의 생태적 가치를 객관적으로 입증하고 합리적 연안 관리 정책을 수립하는 데 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.