The impact of climate change and habitat urbanization on the breeding success of the Oriental magpie (Pica serica)

Abstract

기후 변화와 서식지 질 저하는 조류의 번식 생태에 영향을 미치는 주요 인위적 요인들이다. 기온 상승과 더불어 극한기후현상은 번식 시기에 대한 잘못된 신호를 전달하고 새들이 인식하는 먹이 최대발생시기와 실제 최대 발생 시기 간 불일치를 야기함으로써 새들의 번식 성공을 저해한다. 또한 도시화된 환경은 성공적인 번식을 위한 자연 자원이 부족하다. 극한기후현상과 도시화가 조류 번식에 미치는 부정적인 영향이 연구되고 있으나, 두 요인 간의 상호작용에 대한 연구는 부족하다. 본 연구에서는 장기 생태자료를 바탕으로 극한기후현상과 도시화된 서식지 요인이 까치(Pica serica) 개체군의 번식 성공에 미치는 복합적인 영향을 조사하였다. 서울대학교 캠퍼스(37.46N, 126.95E)의 준도시화된 서식지에서 까치 개체군이 22년간 모니터링되고 있다. 번식 성공에 대한 변수로 각 둥지의 이소 개체 수를 사용하였다. 일 최고기온 또는 일 최저기온을 평년 대비 90분위수 초과(TX90p, TN90p) 또는 10분위수 미만(TX10p, TN10p)인 날을 극한기온이 발생한 날로 정의하였으며, 각 둥지의 산란일, 부화일을 기준으로 한 각 번식 단계에서 극한고온 및 극한저온의 발생일수를 계산하였다. 또한 환경부에서 제공하는 토지 피복 지도를 이용하여 둥지 주변 75m 이내의 토지 피복 면적을 산출하여 서식지 요소별 면적을 계산하였다. 주성분 분석을 통해 기온 및 서식지 변수들을 구성하였으며 Akaike 정보 기준에 의거한 모델 선택 및 모델 평균화 기법을 사용하여 후속 모델에 사용할 변수의 하위 집합을 선택했다. 이러한 하위 집합을 사용한 전체 모델에서는 온도, 서식지 및 설명 변수로서의 이들 간의 상호 작용과 반응 변수로서의 번식 쌍의 생식 성능이 포함되었다. R을 사용하여 일반화된 선형 혼합 효과 모델, 선형 혼합 효과 모델을 구축하고 모델 선택을 수행했다. 극한기후현상과 도시화된 서식지 요소 간의 상호작용뿐만 아니라 번식 성과 매개변수에 영향을 미치는 요인들 사이의 중요한 상호작용을 발견했다. 특히, 개활지 서식지의 긍정적인 효과는 포란 전 기간 초기에 일교차가 큰 극한고온현상이 많이 일어날 때 강화되었지만, 낮은 일교차가 큰 극단적인 추운 날이 많을수록 감소하였다. 또한, 양육기의 극한저온현상은 도시화된 서식지의 해로운 영향을 강화시키고, 섭식환경의 긍정적인 효과를 무효화시킬 수 있다. 본 연구는 인간에 의한 환경 변화의 영향으로 연속적인 각 번식 단계에 발생하는 극한기후현상이 도시화된 서식지에 서식하는 조류 개체군에 미치는 영향과 그로 인한 번식성공 변화를 유추하였다.

Climate change and habitat degradation are the main anthropogenic drivers that impact the avian breeding ecology. Along with increasing temperature, extreme weather events lower reproductive success of birds by miscuing the timing of breeding and causing the mismatch between the perceived and actual peak prey abundance. Also, urbanized environment has insufficient natural resources for the successful breeding. Alt-hough the negative effect of extreme weather or urbanization on avian breeding performance has been studied, the interaction between the two factors is largely unexplored. In this study, I investigated the combined effects of extreme temperature and urbanized habitat factors on the breeding performance of the Oriental magpie (Pica serica) population based on the long-term ecological data. The population was monitored over 24 years in a semi-urbanized habitat located on Seoul National University campus (37.46N, 126.95E). I used the num-ber of fledglings of each pair to describe the breeding performance. I defined stage-specific temperature ex-tremes as the days with daily maximum temperature or daily minimum temperature above 90th percentiles (TX90p, TN90p) or below 10th percentiles (TX10p, TN10p) and calculated their frequency during each breed-ing stage. I also characterized the urbanization of the breeding environment by calculating the area of land cover within a 75m radius around a nest using the land cover map provided by the Ministry of Environment. Using R, I conducted model selection based on Akaike information criterion adjusted for small sample size (AICc) with the principal components of temperature extremes and habitat components and their interactions as the explanatory variables and the breeding success of the pairs as the response variable. I found significant interaction between extreme weather events and urbanized habitat factors that impacted the breeding perfor-mance of magpies. Specifically, the positive effect of open habitat was greater with extreme hot days in early pre-laying stage, but less with extreme cold days. Extreme cold events during the nurturing stage tend to rein-force the detrimental effect of urbanized habitat and nullify the positive effect of having larger foraging ground. This study demonstrated the impact of extreme weather on avian population living in the urbanized habitat and the resulting change in their breeding success during the consecutive reproductive stages under the effects of human-induced changes in surrounding environment.