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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.48 No.3 pp.195-202
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2015.48.3.195

Using Text-mining Method to Identify Research Trends of Freshwater Exotic Species in Korea

Yuno Do, Eui-Jeong Ko, Young-Min Kim, Hyo-Gyeom Kim, Gea-Jae Joo, Ji Yoon Kim, Hyun-Woo Kim1*
Department of Biological Sciences, Pusan National University
1Department of Environmental Education, Sunchon National University
Corresponding author Tel: +82-61-750-3384, Fax: +82-61-750-3308, hwkim@sunchon.ac.kr
May 29, 2015 September 8, 2015 September 17, 2015

Abstract

We identified research trends for freshwater exotic species in South Korea using text mining methods in conjunction with bibliometric analysis. We searched scientific and common names of freshwater exotic species as searching keywords including 1 mammal species, 3 amphibian-reptile species, 11 fish species, 2 aquatic plant species. A total of 245 articles including research articles and abstracts of conference proceedings published by 56 academic societies and institutes were collected from scientific article databases. The search keywords used were the common names for the exotic species. The 20th century (1900’s) saw the number of articles increase; however, during the early 21st century (2000’s) the number of published articles decreased slowly. The number of articles focusing on physiological and embryological research was significantly greater than taxonomic and ecological studies. Rainbow trout and Nile tilapia were the main research topic, specifically physiological and embryological research associated with the aquaculture of these species. Ecological studies were only conducted on the distribution and effect of large-mouth bass and nutria. The ecological risk associated with freshwater exotic species has been expressed yet the scientific information might be insufficient to remove doubt about ecological issues as expressed by interested by individuals and policy makers due to bias in research topics with respect to freshwater exotic species. The research topics of freshwater exotic species would have to diversify to effectively manage freshwater exotic species.


텍스트마이닝 (text-mining) 기법을 이용한 국내 담수외래종 연구동향 파악

도 윤호, 고 의정, 김 영민, 김 효겸, 주 기재, 김 지윤, 김 현우1*
부산대학교 자연과학대학 생명과학과
1순천대학교 사범대학 환경교육과

초록


    서 론

    세계화와 무역활동 증가에 따른 국가 간 인적·물적 교 류가 확대됨에 따라 외래종 유입으로 인한 생태계 안정성 훼손과 경제적 손실이 전 세계적으로 심화되고 있다. 외래 종의 침입은 생태학적 피해뿐만 아니라 사회·경제적인 요 인에도 피해를 유발하는데 국제자연보전연맹 (International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN)의 발표에 의하면 생태계 위해 외래종에 의한 경제 적 손실은 전 세계적으로 매년 수천억 달러에 달한다. 이 러한 외래종 유입의 급격한 증가는 인간에 의해 발생되는 지구적 환경변화에 주요 상황으로 인식된다 (Rahel, 2002; Pimentel et al., 2005). 하지만 많은 외래종들은 명백하게 생태계 또는 사회·경제적인 피해를 입히지 않기 때문에 이들의 존재는 장기간 동안 알려지지 않을 수도 있다 (Williamson and Fitter, 1996). 그러나 일부 외래종은 고유 또는 토착종의 절멸과 같은 심각한 영향을 끼쳐 본래 생태계의 기능과 생물군집의 구조를 변화시킬 수 있다 (Clavero and García-Berthou, 2005). 담수 생태계에서도 외래종이 침입 하여 기존에 서식하고 있던 고유종들을 직접적으로 잡아 먹거나 고유종들과 먹이자원은 물론 공간적으로 경쟁하면 서 고유종이 감소하거나 사라지게 된다. 또한 담수생태계 에서 외래종은 1차소비자에서부터 상위포식자에 이르기 까지 다양하여 외래종이 유입되면 먹이사슬이 변형된다 (Strayer, 2010). 특별히 상호 연결성이 높은 담수생태계의 특성상 외래종의 확산이 매우 빠르게 진행되어 다른 생태 계에 비해 외래종에 대해 취약한 모습을 보인다 (Johnson et al., 2001).

    외래종 침입에 대한 문제를 인식하고 국가적으로 관리 하기 시작한 것은 오래 전부터 진행되었다 (Elton, 2000). 특히, 1970년대 이후 도입된 외래종이 생태계에 미치는 부 정적인 영향이 알려지면서 생물학적 연구와 대중의 관심 도가 증가하기 시작하였다 (Simberloff et al., 2005). 우리나 라에서도 국제 교류의 증대와 애완의 목적으로 도입된 외 래생물의 유입이 증가되어 외래생물은 2011년 1109종에서 2014년 2167종으로 약 95%가 증가하였고 이후에도 지속 적인 증가가 예상된다. 2014년에 시행된 ‘생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률’에 따르면 외래종은 “외국으로부터 인위적 또는 자연적으로 유입되어 그 본래의 원산지 또는 서식지를 벗어나 존재하게 된 생물”을 지칭한다. 법률에 따라 외래생물 중 생태계의 균형을 교란하거나 교란할 우 려가 있는 생물을 생태계 교란 생물로 지정하여 관리하고 있다. 1998년 황소개구리, 파랑볼우럭, 큰입배스가 생태계 교란생물로 지정된 이후로 2013년 총 18종으로 꾸준히 증 가하였다 (환경부 고시 제2013-12호). 이에 환경부는 ⌈국내 도입 외래동물의 현황 파악 및 생태계위해성 등급 분류 연 구 (2006)⌋를 수행하고, ⌈제1차 외래생물 관리계획 (2014~ 2018)⌋을 수립하는 등 국가적인 차원의 노력이 이뤄지고 있다.

    최근 뉴트리아 (Myocastor coypus)나 큰빗이끼벌레 (Pectinatella magnifica) 등 담수외래종에 대한 대중들의 관심 이 높고 이들의 위해성에 대해 논의가 활발해졌다. 하지만 대중들의 관심에 비해 담수외래종에 대한 과학적이고 객 관적인 정보가 전달되지 못한 채 혼란만 가중되는 경향이 있다. 비록 국내에서 담수외래종에 대한 연구는 오랜 기간 많은 연구자에 의해 수행되었으나, 연구의 주제가 되는 종 은 개인의 관심에 의해 선택되는 경우가 많기 때문에 각 외래종의 연구 정도는 상이할 수 있고 현재까지 파악된 바 가 없다. 또한 연구주제 간의 관계와 그들의 정량적인 분석 을 통한 연구동향의 파악도 이루어진 적이 없어 추후 담수 외래종에 대한 연구방향을 설정하고 효율적인 담수외래종 관리방안을 수립하기에는 어려움이 있다.

    따라서 본 연구에서는 국내 담수외래종에 대한 연구동 향을 파악하고 연구주제 간 관계를 정량적으로 분석하는 데 초점을 맞추었다. 이를 위해 본 연구에서는 문헌정보학 적 방법과 텍스트마이닝 (text-mining)기법을 이용하였다. 텍스트마이닝기법은 무의미한 자연어 모음으로부터 패턴 을 찾아 새로운 정보를 추출하는 방법으로 데이터베이스 에서 추출된 핵심어 간의 경향과 관계를 찾는 데 유의하다 (Kostoff et al., 2001; Maimon and Rokach, 2005). 예로 Do 와 Skłodowski (2014)는 약 10여 년간 발틱지역 (Baltic region)에서 연구된 딱정벌레류의 연구동향을 텍스트마이 닝기법을 이용하여 분석하고 주요 연구주제를 추출하고 주제들의 변화를 파악한 바 있다. 또한 Gobster (2014)도 약 40년간 Landscape and Urban Planning 잡지의 연구동향 을 텍스트마이닝기법을 이용하여 주제의 연대별 변화를 파악하고 이들 간의 관계를 확인한 바 있다. 특히, 연구주 제 분석의 기반이 되는 학술발표 자료 및 발간 논문은 제 목, 초록 키워드 등 구조화된 형태로 생산되어 자료를 분 석하는 데 매우 유용하다. 또한 자료를 시각화하여 표현함 으로써 대중들이 쉽게 이해할 수 있는 자료를 도출하는 장 점이 있다.

    본 연구는 (1) 문헌학적 접근을 통해 연구시기에 따른 추 이와 담수외래종 연구분야별 논문편수 등을 확인하고 (2) 텍스트마이닝 (text-mining)기법을 이용하여 국내 담수외래 종 연구동향 파악하는 데 목적이 있다.

    재료 및 방 법

    1.국내 담수외래종 문헌 수집

    본 연구는 국내에 서식하는 담수외래종 17종 (포유류 1 종, 양서파충류 3종, 어류 11종, 식물 2종)의 학명과 국명 또한 일반검색어로서 “외래종”, “외래생물”을 학술검색 DB 인 Google Scholar, NDL (National Digital Library), DBpia, eArticle, KISS, KISTI에서 검색하여 수집하였다 (Table 1). 각 검색어가 포함된 학술발표초록, 발표논문에서부터 영문 제목과 영문초록, 핵심어, 발행연도, 학회지명을 추출하여 텍스트로 이루어진 원자료 (corpus)를 구성하였다.

    2.문헌학적 분석

    구체적인 담수외래종에 관한 연구동향을 파악하고자 문 헌학적 연구의 일환으로 연도별 연구논문 수, 학회별 연구 발표 수를 비교하였다. 그리고 담수외래종에 대한 연구의 분야를 분류, 생태, 생리 및 발생 3가지로 인위적으로 나눠 분야별 연구 수를 파악하였다. 연구분야 간 논문 수의 차 이는 one-way ANOVA (SPSS Inc., USA)로 검정하였다.

    3.텍스트마이닝

    핵심어의 중요도 및 빈도수는 word cloud를 통해 시각 적으로 표현하였고 빈도수가 높을수록 크게 나타난다. 단 어 빈도 분석에는 Tagxedo 프로그램을 이용하였다 (http:// www.tagxedo.com).

    텍스트마이닝기법을 통한 주제어 간의 네트워크 (관계) 분석과 주제어의 중요도, 밀도 등은 VOSviewer 프로그램의 클러스터링 맵 (clustering map)과 네트워크 관계도 (network visualization)와 단어 밀도맵 (density map)으로 표현하였 다. VOSviewer는 VOS mapping technique과 VOS clustering technique을 이용하여 분석하고 이를 시각화시켜 준다. 네트워크 관계도는 핵심어의 동시 출현 빈도를 기준으로 연관성을 Kullback-Leibler 거리를 이용하여 공간적으로 표현한다. 또한 서로 연관성이 있는 핵심어들을 같은 색깔 을 통해 집단화 (clustering)한 후, 같은 색의 집단 안에서 도 동시 출현 빈도가 높을수록 거리상 가까이 위치하며 빈 도가 낮을수록 서로 멀리 떨어져서 위치한다 (van Eck and Waltman, 2009). 이는 두 개 이상의 핵심어가 하나의 문서 (논문, 특허를 비롯한 완결된 문서)에서 동시에 활용되고 있다면, 이 핵심어들이 서로 연관되어 있다는 가정을 바탕 으로 하고 있다 (van Eck et al., 2010). 중요도는 핵심어의 출현 수에 따라 자동적으로 결정되며 자주 등장할수록 네 트워크 관계도에서 크게 나타난다. 핵심어의 밀도도 출현 빈도에 따라 결정되며 밀도가 높은 핵심어 일수록 색깔이 빨강에 가깝고 밀도가 낮을수록 파랑에 가까운 색깔로 표 현된다. Word cloud를 통한 빈도 분석은 자료 전체에서 각 핵심어가 얼마나 잦은 빈도로 이용되었는가 단순히 표현 시켜 주는 반면 밀도맵에서는 연관성이 높은 핵심어들 집 단 내에서 각각 핵심어의 밀도를 표현하여 준다 (van Eck et al., 2010).

    결 과

    문헌학적 분석

    1970년부터 2014년까지의 담수외래종에 대한 논문과 학술발표초록은 총 245편이 발표되었다. 연도별 논문 수는 1980년부터 꾸준히 증가하여 2000년 전후해서 최고치를 보인 이후 감소하는 추세를 보였다 (Fig. 1). 90년대에 46.1 % (113편/총 245편)가 발표되어 가장 높은 비율을 보였고 2000년대에 35.1% (86편)가 발표되었다. 연도별로는 1996 년에 21편 (8.6%)으로 가장 많았고 2000년이 18편 (7.3%), 1998년이 16편 (6.5%) 순이었다 (Fig. 1a). 각 연구주제별 연평균 논문발행 수를 비교한 결과 (Fig. 2), 분류에 관한 논문은 1.42편±0.29 (평균±표준편차)이었고, 생태연구는 1.71편±0.34, 생리 및 발생에 관한 논문은 한 해 평균 5.7 편±0.84이었다. 생리 및 발생에 관한 논문이 분류, 생태에 대한 논문보다 유의하게 많았으며 (F=35.12, p<0.001) 분 류와 생태 주제에 관한 논문 수는 비슷한 수준으로 나타났 다 (Fig. 1b). 본 연구에서 원자료로 수집한 논문들을 발표 된 학회별로 분류한 결과, 총 56개의 학회 및 기관에서 담 수외래종에 대한 연구결과가 출간되었다 (Fig. 1c). 그중 가 장 많은 수의 연구결과가 출간된 학회는 한국수산과학회로 전체 학술발표 자료 중 48편 (19.6%)의 논문이 출간되었 다. 이어서 한국양식학회가 38편 (15.5%), 한국어병학회 17 편 (6.9%) 순으로 많았으며 이외의 상위를 차지한 학회들 대부분이 수산학관련 학회들이었다. 반면에 한국환경과학 회 (10편, 4.1%), 하천호수학회 (5편, 2.0%), 한국환경생태학 회 (4편, 1.6%), 한국환경생물학회 (3편, 1.2%) 등 생태 및 환경분야학회에서의 논문 발행 수는 적었다.

    Word cloud를 보면, 무지개송어가 330회로 전체 자료에 서 가장 자주 사용된 단어로 나타났다 (Fig. 2). 무지개송어 (Oncorhynchus mykiss), 나일틸라피아 (Oreochromis niloticus) 역시 각각 323회, 170회로 높은 빈도로 사용되었으 며, 생물종명 이외에도 먹이 (diet, 219회), 단백질 (protein, 107회) 등의 단어 또한 자주 등장하였음을 알 수 있다. 반 면에 큰입우럭 (bass, 36회), 뉴트리아 (nutria, 15회), 서식처 (habitat, 35회), 사육 (breeding, 19회)과 같은 단어는 낮은 빈도로 언급되었다.

    원자료로부터 선정된 약 60개의 키워드들을 상호 연관 성을 토대로 하여 5개의 집단 (빨간색, 파란색, 녹색, 보라 색, 노란색)으로 구분되었다 (Fig. 3a). 5개의 집단은 연구대 상 담수외래종을 대표하며 파란색은 무지개송어 (rainbow trout, Oncorhynchus mykiss), 분홍색은 나일틸라피아 (nile tilapia, Oreochromis niloticus), 녹색은 뉴트리아 (nutria, Myocastor coypus)와 큰입우럭 (large-mouse bass, Micropterus salmoides), 황소개구리 (bullfrog, Rana catesbeiana), 노란색은 은연어 (coho salmon, Oncorhynchus kisutch)를 나타낸다. 빨간색 그룹은 연구내용을 나타낸다. 네트워크 관계도 (Fig. 3b)에서는 무지개송어와 나일틸라피아의 성장 (growth rate)과 먹이 (diet) 등에 대한 영향 (effect) 중심으 로 연구된 연구주제들이 서로 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 반면 뉴트리아나 큰입우럭, 황소개구리 등은 다른 군집들과의 네트워크 연결성이 적으며 숫자 (number), 종 (species), 성별 (sex) 등의 핵심어들로 구성되어 있다. 밀도 맵에서도 word cloud에서 나타난 바와 같이 무지개송어 (rainbow trout)가 가장 높은 밀도를 나타내어 원자료에 가 장 높은 빈도로 등장한 핵심어임을 알 수 있다 (Fig. 3c). 나 일틸라피아 (Oreochromis niloticus), 영향 (effect), 먹이 (diet) 또한 높은 밀도를 나타냈다. 반면에 뉴트리아 (nutria), 체 성분 (body composition), 사육 (breeding) 등은 낮은 밀도의 핵심어들로 보였다.

    고 찰

    연구결과 발간 수의 연간 변화는 전문가들의 관심을 반 영한다. 1990년대 이후 국내로 유입된 외래종의 수가 급격 하게 증가하였고 이들의 관리를 위한 연구가 필요한 시기 였다 (Bang et al., 2004). 더욱이 1992년 우리나라는 생물 다양성협약 (Convention on Biological Diversity, CBD)에 가입하면서 CBD의 주요 의제인 외래종 관리에 참여하게 되었고 이에 따라 1994년 외래종 관련 법안을 제정하고 1998년 생태계 교란 생물 지정 등 외래종 관리를 위한 일 련의 과정이 1990년대에 진행되었다. 따라서 이 시기에 담 수외래종에 대한 다양한 정보가 필요하였으나, 분석 결과 생물자원으로 활용하기 위해 증식방법이나 가공방법에 대 한 연구가 주를 이루는 것으로 확인되었다. 담수외래종과 관련된 환경문제는 사실 생태학적 연구와 직접적으로 연결 된 경우가 많은데 이들에 대한 연구는 부족한 것을 알 수 있다. 비록 2000년대 이후 최근에 들어서 담수외래종의 생 태학적 연구가 일부 진행되었지만 외래종을 관리하거나 퇴치하는 데 필요한 자료를 충분히 제공하지는 못하는 것 으로 보인다. 큰입우럭과 파랑볼우럭과 같이 담수외래어 종에 대한 연구가 다른 담수외래종에 비해 많은데 이들 연 구에서 도출된 결과는 외래어종 유무에 따라 종다양성이 나 종조성에 차이가 있다는 것이 주를 이룬다 (Ko et al., 2008; Lee et al., 2013). 다만 직접적인 피해나 영향을 나 타낸 연구결과는 부족하며 대부분 해외에서 연구된 결과 (Maezono and Miyashita, 2003; Takamura, 2007)를 바탕으 로 외래어종에 의한 피해나 영향을 설명하고 있다. 붉은귀 거북이나 뉴트리아 등 다른 담수외래종 역시 분포나 서식 처 특성에 대한 기술이 주를 이루고 있어 이들 종에 의한 담수생태계의 영향 또는 문제점을 설명하는 데는 연구결 과 상의 한계가 있다. 다만 사육을 위해 진행된 생리생장 의 연구의 결과는 비교적 뚜렷하므로 담수외래종과 관련 된 환경문제의 해결을 위해서는 현재까지 진행된 자원화 연구를 꾸준히 진행하여 이러한 종들의 경제성을 다시 확 보할 수 있는 방안을 찾거나 생리학적으로 개체군을 조절 할 수 있는 방안을 제시해야 할 것이다 (Allendorf and Lundquist, 2003).

    지난 30여 년간 담수외래종에 대한 국제적 연구동향을 파악한 결과를 보면 국내 담수외래종에 대한 연구가 얼마 나 부족한지 명확하다 (Thomaz et al., 2014). 국제적으로 담수외래종의 영향, 확산 그리고 정착 등이 다양하게 연구 되어왔으며 이후 퇴치 또는 관리방안을 수립하기 위한 연 구가 진행되었다 (Sousa et al., 2014). 외래종에 대한 관리 방안 중에서도 그들의 사전 예방을 위해서는 수많은 정보 가 우선되어야 한다. 생리, 생태, 분류 등의 다양한 기본 정 보는 담수외래종을 효율적으로 관리할 수 있는 여건을 제 공한다. 하지만 초기의 관리 과정이 실패할 경우 이후의 관 리나 퇴치는 매우 어렵고, 비용 역시 증가한다 (Wittenberg and Cock, 2001; Simberloff et al., 2013). 따라서 연구자들 은 담수외래종에 대한 기본 정보를 수집하는 데 많은 노력 을 기울여야 할 것이며 수집된 정보는 객관적인 정보로 가 공하여 다른 분야 또는 연구자들이 손쉽게 공유할 수 있도 록 지원할 필요가 있다.

    적 요

    본 연구는 국내 담수외래종의 연구동향을 파악하기 위 해서 비정형 데이터로부터 키워드 간의 연계성을 파악하 는 데 적합한 텍스트마이닝 (text-mining)기법을 이용하였 다. 환경부가 지정한 담수외래종 17종 (포유류 1종, 양서·

    파충류 3종, 어류 11종, 식물 2종)의 학명과 국명 또한 일반 검색어로 이용하여 56개의 국내 학회 및 기관에서 발행된 총 245편 논문을 개체군 수준에서 분석하였다. 담수외래종 에 대한 연구는 90년대에 증가하여 2000년대 이후 감소하 는 양상을 보였으며 외래종의 생리 및 발생에 대한 연구가 분류, 생태에 대한 연구보다 유의하게 많았다. 특히, 무지개 송어 (44%/전체 논문편수), 나일틸라피아 (19%), 이스라엘 잉어 (8%), 은연어 (4%)와 같이 수산자원으로 이용하기 위 해 도입된 종들에 대한 연구가 많았다. 하지만 담수외래종 의 생태적 특성과 분포, 행동에 대한 연구는 뉴트리아와 큰입우럭, 황소개구리로 제한되어 있고 연구 수 역시 생리 및 발생 관련 연구에 비해 적었다. 지금까지 담수외래종들 의 위해성과 문제점은 계속 제기되고 있지만, 분석 결과 연구 주제가 편향되어있어 그들의 생태적인 문제를 해결 하기에는 정보가 부족한 것으로 보인다. 담수외래종의 효 과적인 관리를 위해서는 그들에 대한 다각적인 접근과 폭 넓은 연구주제의 설정이 필요하다.

    Figure

    KSL-48-195_F1.gif

    (a) Annual change in number of articles about freshwater exotic species in South Korea (b) Mean number of articles about freshwater exotic species in South Korea of Taxonomy, Ecology, and Physiology & Embryology (c) Change of number of academic articles about freshwater exotic species in South Korea. Abbreviation of publication societies and institutes of figure 1(c) was indicated in Appendix 1.

    KSL-48-195_F2.gif

    Word cloud.

    KSL-48-195_F3.gif

    Term map for exotic species researches in the South Korea (a) cluster density map (b) network map (c) density map.

    Table

    Scientific names of freshwater exotic species in South Korea as searching keywords

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