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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.19-26
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.19

Comparison of Height and DBH Growth Characteristics for Quercus acuta and Quercus serrata in Southern Korea

Joon Hyung Park1, Su Young Jung1, Byung Oh Yoo1, Nam Gyu Ju1, Kwang Soo Lee1, Yong Bae Park1, Hyungho Kim2*
1Southern Forest Resources Research Center, National Institute of Forest Science, 672 Jinjudaero, Jinju City, Gyeongsangnam-do 52817, Korea
2Department of Environmental Forest Sciences, Gyeongsang National University(Institute of Agriculture and Life Science), 501 Jinjudaero, Jinju City, Gyeongsangnam-do 52828, Korea
Corresponding author: Hyungho Kim Tel: +82-55-772-1857 Fax: +82-55-772-1859 khh@gnu.kr
October 2, 2015 November 7, 2015 November 26, 2015

Abstract

This study intended to estimate the height and DBH growth and compare the characteristics of Quercus acuta and Quercus serrata distributed in the southern region of Korea. For this, survey data a were collected from 28plots of Quercus serrata and 32plots of Quercus acuta between site index 10~12 distributed in the southern region. The survey data were analyzed with 4nonlinear growth model equations. Chapman-Richards formula showed the highest explanation power for both the estimated height growth model equation and DBH growth model equation for Quercus acuta and Quercus serrata. The comparison of growth between species showed that the initial height growth of Quercus acuta was slower than that of Quercus serrata, but the difference decreased as the age approached 50years. For DBH, Quercus serrata showed excellent growth from the beginning and onward. Therefore, it is necessary to apply differentiated stand management techniques considering the growth characteristics of the two species.


남부지역의 졸참나무와 붉가시나무의 수고 및 흉고직경 생장특성 비교

박 준형1, 정 수영1, 유 병오1, 주 남규1, 이 광수1, 박 용배1, 김 형호2*
1국립산림과학원 남부산림자원연구소
2경상대학교 산림환경자원학과(농업생명과학연구원)

초록

우리나라 남부지역에 분포하는 붉가시나무와 졸참나무의 수고와 흉고직경 생장을 추정하고 특성을 비 교하고자 하였다. 이를 위해 남부지역에 분포한 지위지수 10~12인 졸참나무 표준지 28개소와 붉가시나 무 표준지 32개소의 조사 자료를 4가지 비선형 생장모형식으로 분석하였다. 붉가시나무와 졸참나무의 추정된 수고생장 모형식과 흉고직경생장 모형식 모두 Chapman-Richards식의 설명력이 가장 높은 것 으로 나타났다. 수종간 생장비교 결과, 졸참나무에 비해 붉가시나무의 초기 수고생장이 느린 것으로 나 타났으며, 45년에 가까워지면서 그 격차는 줄어드는 양상이 나타났다. 흉고직경의 경우 초기부터 지속 적으로 졸참나무의 생장이 우수한 특성이 나타났다. 따라서 두 수종간 생장특성을 고려하여 차별화된 적정 임분관리기법이 필요할 것으로 사료된다.


    서론

    서론 우리나라 남부지역의 산림은 지형학적 위치와 나무의 생리적 특성상 인위적 교란, 태풍, 생물적 교란(소나무재선충병, 술껍질깍지벌레, 솔잎혹파 리), 무생물적 교란이 지속적으로 이어져왔다(Korea Forest Research Institute, 2013). 또한 남부해안 권역에는 생물적요인과 더불어 지구온난화 등 기후 변화로 인하여 기존 우점종인 소나무와 곰솔 이외에 졸참나무와 상수리나무 등과 같은 낙엽활엽수와 붉 가시나무, 구실잣밤나무 등의 난대상록활엽수가 출 현하고 있는 실정이다.

    낙엽성 참나무류는 우리나라 활엽수 중 67%의 분포면적을 차지하고 있으며, 중부 이남에 집중적 으로 분포하며, 이들의 왕성한 맹아력과 척박임지 에서의 높은 생산성을 가지고 있어 우리나라 산림 에서 우점하며, 제탄, 버섯재배 자목 등 용재로서 잠재적 효용성이 높은 수종이다(Lee et al., 2007). 난대상록활엽수의 대표수종인 붉가시나무 와 구실잣밤나무의 경우 온대 남부지역까지 북상 가능 수종으로 재질이 치밀하고 단단하여 가구재 로서의 용도개발 잠재성이 높으며, 남부지방에 심 각한 피해를 받고 있는 소나무나 곰솔의 대체수종 으로 적합하다(Kim et al., 2000; Kang et al. , 2002). 이러한 효용가치와 잠재성이 높은 난대상 록활엽수종은 낙엽성 참나무에 비해 관리기법의 체계화가 부진하며, 생장특성에 대한 구명이 부족 한 실정이다.

    낙엽성 참나무류의 생장특성 관련 연구는 유묘의 생장(Park et al., 2004; Byun et al., 2007; Cho et al., 2009; Kwon et al., 2009; Shin et al., 2014)과 지위 및 적지 구명(Lee et al., 2004; Lee et al., 2007; Shin et al., 2012; Kim et al., 2013), 맹아 생장(Lee et al., 2000), 생장모형 개 발(Son et al., 1997; Shin et al., 2008; Seo et al., 2011) 등 다양한 방면에서 연구가 수행되었다. 반면 난대상록활엽수의 생장특성 관련 연구는 붉가 시나무의 수간곡선식 추정(Chung et al., 2010)과 구실잣밤나무의 생장과 토양의 관계(Kang et al., 2002)에 대해 보고되는 등 대체로 관련연구가 부족 하다. 또한 최근 남부지역의 산림에서 소나무와 곰 솔의 대체수종으로써 아교목층 이하에서 주로 많은 발생이 일어나고, 인공 조림 또한 활발한 난대상록 활엽수림에 대한 향후 임분관리기법은 낙엽성 참나 무림에 비해 그 방향성과 체계화가 부족하며, 이에 관련 연구도 부족한 실정이다.

    따라서 본 연구에서는 우리나라 남부지역에 분포 하는 낙엽성 참나무류의 대표 수종인 졸참나무와 난 대상록활엽수의 대표수종인 붉가시나무의 수고와 흉 고직경생장 모형식을 추정하고 이를 통해 수종간 생 장패턴차이를 비교함으로써, 생장특성을 고려한 임 분관리의 체계화에 기여하고자 한다.

    재료 및 방법

    1.분석자료

    본 연구의 대상지는 경남과 전남지역을 중심으로 2013년 4월부터 2014년 10월까지 표준지 조사를 실 시하였다. 표준지는 20×20m(400m2)의 크기로 조 사하였으며, 산술직경평균법에 의해 표준목 1본을 선정하여 수간석해를 위한 벌목을 실시하였다. 수간 석해 자료는 다양한 영급별 표준지의 확보에 어려움 이 발생하여 이를 보완하기 위해 생장모형 추정에 활용되었다.

    또한 지위지수 10~12(기준임령 30년)에 해당하 는 표준지만 추출하여 본 연구의 분석에 활용하였 다. 임지의 생산력을 나타내는 지위를 제한한 이유 는 임령 이외에 임분의 생장에 영향을 미치는 다른 환경인자를 최소화하기 위함이다(Son et al., 1997). 따라서 분석에 활용된 최종적인 표준지 개 소수는 졸참나무 28개소와 붉가시나무 32개소이다 (Table 1).

    2.수고와 흉고직경 생장추정

    본 연구에 적용된 비선형 생장모형은 Gompertz, Chapman-Richards, Hossfeld, Korf의 4가지 식 을 사용하였다(Table 2). Gompertz식은 1825년 인구의 연령분포를 알기 위해 개발된 후 임목의 생장량을 추정하는데 사용된 모형으로서, 감소 포인 트가 단 하나의 계수 즉, 점근의 크기가 a로서 통제 된다(Park & Chung, 1999). Chapman-Richards 식은 Gompertz식과 Logistic식 및 Mitscherlich식 을 모두 포함하는 광범위한 식으로서 모수 c의 제 한을 두지 않는데 의미가 있다(Son et al. , 1997). Hossfeld식은 1822년 발표된 이래 그 정확성을 여 러 학자들이 입증한바가 있다(Son et al., 1997). Korf식은 1939년 체코슬로바키아에서 발표된 이래 한정된 임목의 직경생장을 기술할 때 정확한 것으 로 알려져 있으며, 특히 Chapman-Richards식, Weibull식, Gompertz식 등보다 추정의 표준오차 가 더 적다고 보고된 바가 있다(Zeide et al., 1993).

    각 수종별로 추정된 모형의 결정계수(R2)가 가장 높은 모형을 선별하여, 수종간 수고와 흉고직경의 생장패턴을 비교하였다.

    결과 및 고찰

    1.수고 생장모형 추정

    각 수종별로 4가지 식을 이용하여 수고생장 추정 결과, 전체 추정 모형식의 설명력(R2)은 전체적으로 90% 이상으로 나타났다(Table 3). 그 중 졸참나무 는 Chapman-Richards식의 설명력이 0.93210로 가 장 높았으며, Hossfeld(0.93172) > Korf(0.93018) > Gompertz(0.92824)순으로 나타났다. 각 수종별 임분의 평균수고생장의 실측치와 추정치간 비교 결 과를 보면(Fig. 1), Gompertz식은 유년기에 과대치 가 추정되고, 타 모형식보다 조기에 점근이 형성되 는 양상이 나타나 부적합한 것으로 판단된다. Korf 식의 경우 유년기에 상대적으로 과소치가 나타났으 며, Hossfeld식은 Chapman-Richards식과 상당히 중첩되는 것으로 나타났다. 모형 설명력과 전체 추 정선을 고려해볼 때 Chapman-Richards식이 적합 한 것으로 판단된다.

    붉가시나무의 추정결과, 각 생장 모형식의 설명력 은 Chapman-Richards(0.96407) > Hossfeld(0.96404) > Korf(0.963852712) > Gompertz(0.96134) 순으로 나타났다(Table 3). 실측치와 추정치간 비교를 해보 면 Gompertz식은 유년기에 과대치가 추정되었으며, Korf식은 과소치가 나타났으며, 두 식은 모두 상대 적으로 이른 점근시점이 나타나 부적합한 것으로 판 단된다. 따라서 이들을 고려해 볼 때, Chapman- Richards식이 타 모형식에 비해 적합할 것으로 판 단된다. Fig .2

    2.흉고직경 생장모형 추정

    흉고직경의 생장을 각 수종별로 추정한 결과는 Table 4에 나타나 있다. 졸참나무의 경우 전체적 으로 약 77%의 설명력이 나타났으며, Chapman- Richards(0.77691) > Hossfeld(0.77690) > Korf (0.77445) > Gompertz(0.77362)순으로 나타났다. 붉가시나무의 결정계수는 Chapman-Richards(0.82961) > Gompertz(0.82948) > Hossfeld(0.82000) > Korf(0.81293)순으로 대체로 82% 전후의 설명력이 나타났다. 수고 생장식과 유사하게 Gompertz식은 유년기에 과대치가 추정되고, 타 모형식보다 조기에 점근이 형성되는 양상이 나타났으며, Korf식의 경우 유년기에 상대적으로 과소치가 나타났다. Hossfeld 식은 Chapman-Richards식과 상당히 중첩되는 양 상이 나타났으며, 모형 설명력과 추정치와 실측치간 비교를 고려해볼 때 졸참나무와 붉가시나무 모두 Chapman-Richards식이 적합한 것으로 판단된다.

    3.수종별 수고와 흉고직경 생장을 고려한 관리방안

    앞서 추정된 모형식 중 가장 정확도가 높게 나타 난 Chapman-Richards식으로부터 졸참나무와 붉가 시나무의 수고생장과 흉고직경생장을 추정한 결과는 Fig. 3과 Fig. 4에 나타나있다. 수고 총생장량의 경 우 초기부터 졸참나무의 생장이 빠르고 붉가시나무 의 초기생장은 상대적으로 더딘 것으로 나타났다. 시간이 흐름에 따라 졸참나무의 생장 감소 폭이 붉 가시나무에 비해 큰 것으로 나타났으며, 45년에 이 르러 붉가시나무가 졸참나무의 수고 총 생장량을 추 월하는 것으로 나타났다. 흉고직경 총생장량의 경우 졸참나무의 생장량은 큰 차이가 나타났다. 초기부터 차이가 발생하기 시작하여 시간이 흐를수록 점점 큰 폭으로 차이가 발생하였다.

    수고와 흉고직경의 연년생장량(Current Annual Increment; CAI)과 총평균생장량(Mean Annual Increment; MAI)의 변화를 수종별로 비교하기 위해 추정된 생장모형식을 이용하여 수고(Fig. 5)와 흉고 직경(Fig. 6)에 대해 산출하였다. 졸참나무의 연년 수고생장량의 최고점은 졸참나무의 경우 8년생일 때 0.437m/year로 나타났으며, 붉가시나무은 15년 생 일 때 0.399m/year로 나타나 졸참나무가 붉가시나 무에 비해 보다 빠른속도로 생장하고, 생장량도 많 은 것으로 나타났다. 또한 연년생장량과 총 평균생 장량이 서로 만나는 시점인 총평균생장량 최고점은 졸참나무가 11년생, 붉가시나무가 20년생일 때 인 것으로 나타났다. 졸참나무 흉고직경 연년생장량의 최고점은 25년생일 때 0.598cm/year이며, 총 평균 생장량 최고점은 45년생일 때 0.520cm/year으로 나타났다. 붉가시나무의 연년생장량 최고점은 31년 생일 때 0.425cm/year이며, 총 평균생장량은 57년 생일 때 0.373cm/year로 나타났다.

    결론

    우리나라 남부지역에 분포하는 붉가시나무와 졸 참나무의 생장특성을 구명하기 위해Gompertz식, Chapman-Richards식, Hossfeld식, Korf식 등 4가 지 모형식을 추정하였다. 추정결과, 두 수종의 수고 생장과 흉고직경생장에 대한 설명력이 가장 높은 모 형식은 Chapman-Richards식으로 나타나 이를 이 용하여 수종간 생장패턴 비교를 실시하였다.

    전반적으로 붉가시나무에 비해 졸참나무의 수고와 흉고직경생장이 양호한 것으로 나타났다. 하지만 붉 가시나무의 임분단위의 현존량은 졸참나무에 비해 높은 것으로 보고되고 있으며(Lee et al., 2005), 이는 붉가시나무와 같은 가시나무류의 특성상 높은 임분밀도를 유지하고 있어서 임분단위의 재적, 바이 오매스 등의 양적인 차이는 크지 않는 것으로 판단 된다. 또한 졸참나무에 비해 초기생장이 더디고, 임 분밀도가 높은 특성, 낙엽성 참나무류와 생장패턴의 차이 등은 붉가시나무와 같은 가시나무류의 관리기 법은 차별화가 필요하다는 것을 시사한다. 다만, 임 분 내 임목의 생장을 단순히 수고와 흉고직경의 생 장만으로 판단하는 것은 어려움이 따르므로, 향 후 임분구조와 임목형질, 임분단위에서의 재적생장 등 을 함께 고려하는 추가적인 연구가 필요하다.

    기존 낙업성 참나무류를 기준으로 마련된 숲가꾸 기 기법들을 적용하고 있는 현실의 난대상록활엽수 림은 생장특성의 차이에 의해 관리에 있어서 많은 문제점들이 나타나고 있다. 특히, 초기생장의 경우 3~4년의 차이만 발생해도 경영계획에 있어서 크게 작용하므로, 이에 대한 차별화가 반드시 필요하다. 따라서 난대상록활엽수림의 관리에 적절한 임분관리 기법의 마련이 필요한 시기로 판단되고 있다. 또한 생장패턴 이외에 밀식에 따른 자연낙지가 잘 일어나 지 않고, 많은 엽량을 요구하는 붉가시나무의 특성 상 어린나무가꾸기 단계부터 체계적인 관리가 되어 야 임분의 가치가 향상될 것으로 사료된다.

    Figure

    JALS-49-19_F1.gif

    Comparison of growth equations fitted to stand height of each species.

    JALS-49-19_F2.gif

    Comparison of growth functions fitted to stand DBH of Q. serrata and Q. acuta.

    JALS-49-19_F3.gif

    Comparison of height growth pattern to Q. serrata and Q. acuta.

    JALS-49-19_F4.gif

    Comparison of DBH growth pattern to Q. serrata and Q. acuta.

    JALS-49-19_F5.gif

    Comparison of height Current annual increment (CAI) and Mean annual increment(MAI) to Q. serrata and Q. acuta.

    JALS-49-19_F6.gif

    Comparison of DBH Current annual increment (CAI) and Mean annual increment(MAI) to Q. serrata and Q. acuta.

    Table

    Stand characteristics of Q. serrata and Q. acuta stands examined.

    Nonlinear growth equations fitted in the study.

    Note)*Y = Height or DBH, x = Age of trees, a, b, c = parameters.

    Parameter estimates for growth equations fitted to height of each species.

    Parameter estimates for growth functions fitted to DBH of each species.

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