군집유사도 지수

왜 배우는가: 군집유사도 지수는 두 지점의 식물군집을 같은 기준으로 비교하는 기본 도구이다. 생태복원에서는 복원지 식생이 대조구나 참조생태계에 얼마나 가까워졌는지를 판단하는 자료가 되며, 시험에서는 Jaccard 지수와 Sørensen 지수의 식과 두 지수의 차이를 묻는 문제로 나온다.

출제 이력: 제127회 2교시 1번, 제116회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

군집유사도 지수는 두 조사지점의 식물군집이 출현 종 구성에서 얼마나 닮았는지를 0~1 사이의 값으로 나타내는 지수이다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 쓰고, 이어서 두 지점의 공통 출현종수를 기준으로 계산한다는 점을 한 문장으로 덧붙인다. 공통 출현종은 두 지점 모두에서 나타난 종이므로, 군집유사도 지수는 결국 종 목록이 겹치는 정도를 수치로 바꾼 값이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 군집유사도: 두 지점 군집의 종 구성이 닮은 정도
• 공통 출현종: 두 지점에 함께 나타난 종
• Jaccard 지수: 공통 출현종을 두 지점 합집합 종수로 나눈 값
• Sørensen 지수: 공통 출현종의 두 배를 두 지점 종수의 합으로 나눈 값
• Dice 계수: Sørensen 지수와 같은 식으로 계산하는 유사도 계수
• 정성적 지수: 종의 유무만으로 계산하는 지수
• 정량적 지수: 종별 개체수를 함께 반영하는 지수

2. 개념 풀이

군집유사도 지수는 두 지점의 식물군집이 어떤 종으로 구성되어 있는지를 같은 기준에서 비교하여 수치로 나타낸 값이다. 식물군집은 지점마다 종 구성이 다르므로, 종 목록이 얼마나 겹치는지를 계산하는 것이 비교의 출발점이다. 이 지수는 두 군집 사이의 동질성 정도를 나타내며, 값이 1에 가까울수록 두 군집의 종 구성이 같고 값이 0이면 공통 출현종이 하나도 없다는 뜻이다. 두 지수 모두 값의 범위는 0~1 사이이며, 백분율로 나타내면 0~100%가 된다.

계산의 기본 자료는 세 가지 수이다. 지점 A에 나타난 종수를 a, 지점 B에 나타난 종수를 b, 두 지점에 함께 나타난 공통 출현종 수를 c라 한다. 종의 유무만 보는 정성적 지수는 이 세 수로 계산되며, 공통 출현종 수 c가 클수록 값이 커진다. 개체수까지 반영하는 정량적 지수는 종별 개체수 자료가 필요하며, 우점종이 바뀌었는지까지 드러낸다는 점에서 정성적 지수와 구분된다.

Jaccard 지수는 두 지점 종 집합의 합집합 종수를 분모로 쓰는 지수이다. 두 지점의 종수를 단순히 더하면 공통 출현종이 두 번 세어지므로, 분모에서 c를 한 번 빼서 합집합의 종수 a+b-c를 얻는다. 식으로 쓰면 다음과 같다.

$J = c / (a+b-c)$

여기서 J는 Jaccard 지수, c는 공통 출현종 수, a+b-c는 두 지점 전체 출현 종수이다. 공통 종이 많을수록 분자가 커져 J가 커지고, 한쪽 지점에만 있는 종이 많을수록 분모가 커져 J가 작아진다.

Sørensen 지수는 공통 출현종 수 c를 두 배로 하고 두 지점 종수의 합 a+b로 나누는 지수이다. 공통 종이 분자에서 두 번 세어지므로, 공통 종이 차지하는 비중이 Jaccard 지수보다 크게 반영된다. 식으로 쓰면 다음과 같다.

$QS = 2c / (a+b)$

여기서 QS는 Sørensen 지수이다. Dice 계수와 Sørensen 지수는 같은 식을 쓰며, Dice는 1945년, Sørensen은 1948년에 각각 발표하였다. 생물학 분야, 특히 종이나 유전자 집합을 비교하는 곳에서 이 계수가 많이 쓰인다.

두 지수는 서로 바꿔 쓸 수 있는 관계이다. 식을 정리하면 다음과 같다.

$QS = 2J / (1+J)$

따라서 같은 두 지점 자료에서 Sørensen 지수는 Jaccard 지수와 같거나 더 큰 값으로 나온다. 두 지수를 비교 답안에 쓸 때는 어느 지수를 썼는지 명시해야 하며, 여러 지점을 비교할 때는 한 가지 지수로 통일해야 결과가 일관된다.

값을 해석할 때는 조사 노력의 차이를 함께 본다. 한쪽 지점의 조사 면적이나 조사 시기가 다르면 출현 종수가 달라지고, 종수 차이만으로 유사도가 낮게 나올 수 있다. 그러므로 유사도 값은 조사 방법이 같은 조건에서만 직접 비교해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

식물군집의 종 구성은 지점마다 다르고, 같은 지점이라도 시기에 따라 달라진다. 현장 조사 결과를 비슷하다, 다르다와 같은 서술로만 적으면 판단 기준이 조사자마다 달라지므로, 종 출현 자료를 정해진 식으로 계산하여 객관적인 수치로 비교할 필요가 생겼다. 군집유사도 지수는 이러한 요구에서 식물생태학과 군집생태학의 기본 도구로 자리 잡았다.

생태복원 분야에서는 필요성이 특히 크다. 복원지의 식생은 목표로 삼은 참조생태계나 인접한 대조구와 비교해야 복원이 얼마나 진행되었는지 판단할 수 있다. 복원 후 시간이 지나면서 복원지와 대조구의 유사도가 높아지면 목표 군집에 가까워지고 있다고 해석하며, 반대로 낮게 머무르면 복원 방법이나 관리 방식을 다시 살펴볼 필요가 있다.