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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.5 pp.51-62
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.5.51

Initial Survival Analysis of Pinus thunbergii and Quercus serrata Tree Belts in the Saemangeum Reclaimed Land

Hyun Kim, Chong-Kyu Lee*
Department of Forest Resources, College of Life Science, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 52725, Korea
Corresponding author: Chong-Kyu Lee Tel: +82-55-751-3243 Fax: +82-55-751-3241 E-mail: suam7@gntech.ac.kr
May 28, 2019 July 2, 2019 July 3, 2019

Abstract


In this study, the life table method, one of the survival analysis techniques, was applied to analyze the initial survival rate of tree belt due to the installation of windy fence in the Saemangeum reclaimed land. The life table method was used in many fields, such as medical and social science, to identify survival rates and median survival time by a survival period of the early tree belts according to the installation of the windy fence, and to analyze differences in survival rate through comparison by a survival function graph, a hazard function graph and each tree belt. The main results were 100% P-tb and 25% P-tb for Pinus thunbergii, which were 48.00 months of the median time, the 50% P-tb had a shorter median time of 20.85 months. Cumulative survival was the highest at 25% P-tb, the hazard rate was the highest at 50% P-tb. All of the Quercus serrata tree belts had a median time of 48.00 months, the cumulative survival rate was highest at 50% P-tb, and the hazard rate was the highest at 100% P-tb. As a result of the comparison of survival rates, the installation of windy fence affected the survival rate of P. thunbergii tree belts, significant differences were found, especially at 50% P-tb and 25% P-tb, 25% P-tb showed excellent results in terms of survival and hazard rates. On the other hand, in case of Q. serrata tree belts, the survival rate of the entire tree belt or the survival rate of each tree belt was not affected by the installation of the windy fence.



새만금 간척지 곰솔과 졸참나무 수림대의 초기 생존 분석

김 현, 이 총규*
경남과학기술대학교 생명과학대학

초록


본 연구는 새만금 간척지에서 방풍시설의 설치에 따른 수림대의 초기 생존율을 분석하기 위하여 생존 분석 기법 중의 하나인 생명표법을 적용하였다. 생명표법은 의학, 사회과학 등 많은 분야에서 활용하고 있는 방법 이며, 본 연구에서는 방풍책의 설치에 따른 초기 수림대 수목의 생존 기간별 생존율, 중위 시간 등을 생명표 를 통해 알아보고, 생존함수 그래프와 위험함수 그래프 그리고 수림대별 비교를 통해 생존율의 차이를 분석 하고자 하였다. 주요 결과로는 곰솔 수림대의 중위 시간은 100% P-tb와 25% P-tb에서는 48.00개월 이었 고, 50% P-tb는 20.85개월로 짧았다. 25% P-tb에서 누적 생존율이 가장 높았으며, 위험률은 50% P-tb가 가장 높았다. 졸참나무 수림대의 경우 모든 수림대에서 중위 시간은 48.00개월 이었으며, 50% P-tb에서 누 적 생존율이 가장 높았고, 위험률은 100% P-tb에서 가장 높았다. 생존율 비교 결과, 곰솔 수림대는 전체적 으로 방풍책의 설치가 생존율에 영향을 미쳤으며, 특히 50% P-tb와 25% P-tb에서 유의미한 차이가 나타났 는데, 25% P-tb가 생존율과 위험률 측면에서 우수한 결과를 나타내었다. 반면에 졸참나무 수림대의 경우 전 체 수림대의 생존율이나 수림대별 생존율은 방풍책의 설치에 영향을 받지 않는 것으로 분석되었다.



    Gyeongnam National University of Science and Technology

    서론

    좁은 국토의 확장을 목적으로(Mitsch & Gosselink, 2000;Ahn et al., 2012) 우리나라는 간척사업을 시행해오고 있다. 특히 새만금 개발 사업은 전라북 도 군산과 부안을 연결하는 세계 최장의 방조제 (33.9㎞)를 축조하여 간척 토지 291㎢와 호소 118㎢ 를 조성하고 여기에 방조제 외부 고군산군도 3.3㎢ 와 신항만 4.4㎢ 등을 개발하여 경제, 사업, 관광을 아우르면서 글로벌 자유무역과 경제협력의 중심지를 건설하는 국책사업이다(Saemangeum Development and Investment Agency, 2015). 새만금 간척지는 토지의 확장을 통한 국토의 개발이 목적인만큼 글로 벌 정주·교류 거점도시, 활력 있는 녹색 수변도시 조성 등 5대 추진목표를 설정하고 있으며, 이 목표 의 성공적인 추진을 위한 전재조건은 녹지축, 쾌적 한 정주환경 조성 등을 위한 수림대의 조성이라고 해도 과언이 아닐 것이다.

    그러나 새만금 간척지와 같은 노출 간척토지는 낮 은 해발고에 따른 토양 염분 및 염분 지하수의 상 승, 해풍, 토지의 양분 부족 등으로 수목의 생육에 큰 문제가 되고 있으며(Choi, 2003), 특히 해풍에 의한 염분은 수목의 생육을 저하시키고 고사 시키는 결과를 초래하고 있다(Zhu, 2001;Munnus, 2002). 따라서 간척지에 수림대를 조성하기 위해서는 간척 지의 자연 제염(Lee et al., 2015b), 성토(Park et al., 2003;Lee et al., 2015b) 및 유공관(Ji et al, 2014) 등 인위적인 제염시설 설치, 방풍시설 설치 (Zhang et al., 2000) 등이 충분히 고려되어야 한 다. 또한 생육환경이 척박한 간척지에서도 살아갈 수 있는 수종을 선정하여 수림대를 조성하는 것 역 시 중요하다. 그러나 간척지에 식재가 가능한 수종 선정을 위한 연구는 해안지역에 생육하고 있는 식물 상 조사를 통한 내염성 수종 제시(Park et al., 2009;Kim, 2010a;Kim, 2010b), 염분 처리를 통 한 수목의 생육 및 생리적 반응(Park, 2008)에 대 한 연구가 주를 이루고 있는 실정이다. 따라서 척박 한 토양과 생육에 불리한 환경인 새만금 간척지에서 수림대를 조성하고 수림대 수목의 생존율을 높이는 동시에 이들이 육지에서와 같이 생장이 가능할 수 있도록 하는 다양한 연구가 필요한 시점이다.

    한편, 간척지에서의 수목 식재 및 생육에 관한 연 구에서는 생존율, 즉 식재 본수 대비 최종 조사 기 간의 생존 본수를 백분율(%)로 나타내어 식재 기반 이나 제염 및 방풍시설 등의 효과를 분석한 연구가 최근에 보고되었다(Kim et al., 2013;Lee et al., 2015a, Lee et al., 2015b). 그러나 이와 같은 방법 은 조사 시점 즉, 기간을 얼마로 하느냐에 따라 생 존율이 변경될 수 있는 여지가 있으며, 특히 생육 도중에 고사가 아닌 인위적 피해 등 여러 이유로 절 손목 처리가 되는 수목에 대한 처리에 대해 많은 고 민을 하여야하며, 이는 연구 결과에도 많은 영향을 끼칠 수 있을 것이다.

    따라서 본 연구에서는 정주여건 개선과 시설물의 차폐·보호 등을 목적으로 새만금 간척지에 수림대 를 조성할 경우 방풍시설의 설치에 따른 수림대의 초기 생존율 분석을 위하여 생존 분석(survival analysis) 기법을 적용하였다. 생존 분석 기법은 인구 학(Kim & Jeong, 2012), 의학(Hwang et al., 2005;Kim & Bae, 2006), 경영분야(Kim, 2009), 농업분 야(Kim et al., 2007;Kim et al., 2014) 등에서 주로 사용되는데, 이 기법을 수목의 생존율 분석에 적용하여 방풍책의 설치에 따른 초기 수림대 수목의 생존 기간별 생존율, 중위 시간(median survival time) 등을 생명표(life table)를 통해 분석하고 생 존함수 그래프와 위험함수 그래프 그리고 수림대별 비교를 통해 생존율의 차이를 분석하였다.

    재료 및 방법

    1 수림대 개요

    본 연구는 곰솔(Pinus thunbergii)과 졸참나무 (Quercus serrata)로 구성된 수림대 시험지(35°53′ 36.8″N, 126°41′51.2″E, 전라북도 군산시 옥구읍 수 산리)를 대상으로 하였다(Fig. 1). 생존 분석을 위한 데이터는 2012년도 11월부터 2016년도 10월까지 수 림대에서 얻어진 4년간의 데이터(1회/월)를 분석에 알맞도록 가공하였다. 생존 분석의 대상이 되는 수 림대는 새만금 노출 간척지 내에 평균 풍향(북서풍) 과 직각으로 조성하였다. 수림대의 수종별 각각의 시험지 크기는 가로 7.4m(6열)×세로 14.0m(10열) 이고, 유공관(지름 100mm×4열), 성토(준설토: 산 흙=8:2, 성토높이 1.5m) 등의 식재 기반이 처리되 었으며, 식재간격은 1.4m×1.4m(2012년도 11월 식 재)으로 하였다(Kim, 2017).

    특히, 수림대 앞쪽(풍상)에는 무방풍책(무처리), 공극률 50% 방풍책, 공극률 25% 방풍책이 설치되 었으며, 각 수종별로 무방풍책 수림대(100% porosity tree belt; 이하 ‘100% P-tb’라고 표현함), 50% 공극률 방풍책 수림대(50% porosity windy fence tree belt; 이하 ‘50% P-tb’라고 표현함), 25% 공 극률 방풍책 수림대(25% porosity windy fence tree belt; 이하 ‘25% P-tb’라고 표현함)로 구분하 여 생존 분석을 실시하였다.

    2 분석방법

    본 연구에서는 수목의 고사 정도 즉, 생존율을 분석하기 위하여 생존 분석에서 주로 사용되는 방 법 중의 하나인 생명표법(life table method)을 이 용하였는데, 특히 생명표법은 표본의 수(N)가 50이 상으로 관측대상의 수가 비교적 많을 때 주로 이용 되는 방법이다(Song & Ahn, 1999). 생명표 분석 용 데이터는 수림대 조성 시점부터 연구 종료일까 지 48개월을 종료 시점으로 코딩하였다. 본 연구에 서는 생명표 분석을 위해 의학, 사회과학 등을 비 롯한 많은 영역의 연구에서 여러 개체를 쫓아가며 시간과 더불어 변화하는 상태를 분석하는 방법과 동일하게 코딩하였는데(Park, 2007), 여기서 수림 대 관리상 제초작업 도중 절단, 태풍이나 강풍에 의한 기상재해로 부러졌거나 넘어지는 등 피해를 받은 절손목과 연구 종료일까지 정상 생육하고 있 는 수목에 대해서는 연구 기간 내에서의 불완전한 생존 자료가 되므로 중도절단 된 자료(censored data)로 처리하여 분석에 활용하였으며, 고사목은 이벤트(event)로 처리하여 분석하였다.

    생명표 분석은 SPSS Statistics 21을 이용하였으 며, 간격은 3개월 단위로 생명표, 생존함수(survival function) 그래프 및 위험함수(hazard function) 그 래프를 분석하였고, 5% 유의수준에서 방풍책의 설 치에 따른 대응별 생존율을 비교하였다.

    결과 및 고찰

    1 생명표 분석을 위한 데이터 코딩 및 기초결과

    곰솔과 졸참나무로 구성된 수림대의 생명표 분석 을 위한 데이터 코딩 결과, 곰솔은 전체 180본의 자 료가 코딩되었으며, 수림대 조성 후 4개월부터 고사 목이 발생되었다. 졸참나무의 경우는 148본의 자료 가 코딩되었고 수림대 조성 후 11개월 후부터 고사 목이 발생되었다(Table 1).

    2 생명표 분석

    생명표에 의한 곰솔 수림대의 초기 생존 분석 결 과, 100% P-tb의 구간 입력 수는 60본이었다. 구 간 중 취소 수는 9개월(6개월째 조사 시점 이후부 터 9개월째 조사 시점까지)에 1본, 33개월에 1본의 절손목이 발생하였고, 연구 종료시점까지 32본이 생존하였으며 전체 34본이 중도절단 된 데이터로 처리되었다. 종료사건의 수는 3개월에 2본, 6개월 에 5본, 15개월에 4본, 18개월에 15본으로 총 27본 의 이벤트(고사)가 발생되었다. 구간의 누적 생존 비율은 3개월까지 97%, 6개월까지 88%, 15개월까 지 82%, 18개월부터 연구 종료시점까지 56% 이었 으며, 위험률은 18개월에 12%로 가장 높았다. 생명 표법에 의한 생존 분석에서는 중위 시간을 분석하 게 되는데, 누적 생존함수 값이 0.5에 해당되는 생 존 기간을 말한다(Song & Ahn, 1999). 곰솔 100% P-tb의 중위 시간은 48.00개월 이었는데, 이는 연 구 종료일까지 누적 생존함수 값이 0.5 이상이었다 는 것을 의미한다. 곰솔의 50% P-tb의 구간 입력 수는 60본이었으며, 구간 중 취소 수는 9개월에 2본 의 절손목이 발생하였고, 연구 종료시점까지 28본 이 생존하여 전체 30본이 중도절단 된 데이터로 처 리되었다. 종료사건의 수는 3개월에 8본, 6개월에 2본, 15개월에 4본, 18개월에 16본으로 총 30본이 고사되었다. 구간의 누적 생존 비율은 3개월까지 87%, 6개월까지 83%, 15개월까지 76%, 18개월부터 연구 종료시점까지 49% 이었으며, 위험률은 18개월 에 15%로 가장 높았다. 곰솔의 50% P-tb의 중위 시간은 20.85개월 이었다. 이는 20.85개월 이후에 는 누적 생존함수 값이 0.5 이하로 낮아진다는 것 을 의미한다. 곰솔의 25% P-tb의 구간 입력 수는 60본 이었다. 구간 중 취소 수를 살펴보면, 절손목 은 발생되지 않았으며, 연구 종료시점까지 44본이 생존하여 전체 44본이 중도절단 된 데이터로 처리되 었다. 종료사건의 수는 3개월에 2본, 6개월에 3본, 15개월에 6본, 18개월에 5본으로 총 16본이 고사되 었다. 구간의 누적 생존 비율은 3개월까지 77%, 6개 월부터 12개월까지 92%, 15개월까지 82%, 18개월 부터 연구 종료시점까지 73% 이었으며, 위험률은 15개월과 18개월에 4%로 가장 높았다. 곰솔의 25% P-tb의 중위 시간은 48.00개월이었다(Table 2).

    Lee et al.(2015a)의 새만금 방조제 개활지에서의 연구에서는 곰솔의 3년 생존율이 100%라고 하였는 데, 이는 시험지의 위치나 조성 재료 등 식재 기반 의 차이에 기인하는 것으로 판단되며, 본 연구 결 과의 3년 생존율(49~73%)과는 차이를 보였다. 그 러나 Lee et al.(2015b)의 노출 간척지에서의 연구 에서는 곰솔의 1년 생존율이 89%이었으며, 본 연구 결과에서의 1년 생존율(83~92%)과 유사하였다.

    졸참나무 수림대의 초기 생존 분석 결과, 100% P-tb의 구간 입력 수는 51본이었다. 구간 중 취소 수를 살펴보면, 절손목은 발생되지 않았고, 연구 종 료시점까지 44본이 생존하였으며 전체 44본이 중 도절단 된 데이터로 처리되었다. 종료사건의 수는 18개월에 7본으로 총 7본의 고사가 발생되었다. 구 간의 누적 생존 비율은 15개월까지 100%이었으나 18개월부터 연구 종료시점까지 86% 이었으며, 위험 률은 18개월에 5%로 가장 높았다. 졸참나무 100% P-tb의 중위 시간은 48.00개월 이었다. 졸참나무 50% P-tb의 구간 입력 수는 48본이다. 구간 중 취소 수는 절손목은 발생되지 않았고, 연구 종료시 점까지 44본이 생존하여 전체 44본이 중도절단 된 데 이터로 처리되었다. 종료사건의 수는 18개월에 3본, 21개월에 1본으로 총 4본이 고사되었다. 구간의 누 적 생존 비율은 15개월까지 100%, 18개월까지 94%, 21개월부터 연구 종료시점까지 92% 이었으 며, 위험률은 18개월에 2%로 가장 높았다. 졸참나 무 50% P-tb의 중위 시간은 48.00개월 이었다. 졸참나무 25% P-tb의 구간 입력 수는 49본 이었 다. 구간 중 취소 수는 절손목은 발생되지 않았으 며, 연구 종료시점까지 41본이 생존하여 전체 41본 이 중도절단 된 데이터로 처리되었다. 종료사건의 수는 9개월에 1본, 12개월에 2본, 18개월에 4본, 33개월에 1본으로 총 8본이 고사되었다. 구간의 누 적 생존 비율은 6개월까지 100%, 9개월까지 98%, 12개월부터 15개월까지 94%, 18개월부터 30개월까 지 86%, 33개월부터 연구 종료시점까지 84% 이었 으며, 위험률은 18개월에 3%로 가장 높았다. 졸참 나무 25% P-tb의 중위 시간은 48.00개월이었다 (Table 3).

    한편, 노출 간척지에서의 졸참나무 생존율에 대한 유사 연구는 찾아볼 수 없었으나, Lee et al.(2015b) 의 노출 간척지 원지반에서의 수목 생존율에 대한 연구에서 졸참나무와 같은 참나무과(Fagaceae)인 상수리나무(Q. acutissima)는 시험지의 자연강우 제 염을 통하여 약 82%의 생존율을 보였으며, 졸참나 무에 대한 본 연구의 결과(84~92%)보다는 낮은 생 존율을 보였다. 이는 각각의 연구에서 유공관 설치, 성토, 방풍책 설치 등의 다른 식재 기반 처리가 수 목의 생존율에 영향을 미치는 것으로 판단되었다.

    곰솔 수림대의 생존함수 그래프를 비교해본 결 과, 21개월에 생존율의 안정화가 나타났는데, 이때 곰솔 25% P-tb에서 누적 생존율이 가장 높았으며, 다음으로는 100% P-tb, 50% P-tb 순이었다. 졸 참나무 수림대의 경우 100% P-tb는 21개월, 50% P-tb는 24개월, 25% P-tb는 36개월에 생존율의 안정화가 나타났는데, 최종적으로 50% P-tb에서 누적 생존율이 가장 높았으며, 다음으로는 100% P-tb, 25% P-tb 순이었다. 위험함수 그래프를 비 교해본 결과, 곰솔의 경우 50% P-tb와 100% P-tb는 18개월에 위험률이 높았는데, 오히려 50% P-tb의 위험률이 더 높았다. 25% P-tb는 15개월 에 위험률이 가장 높은 것으로 분석되었다. 졸참나 무 수림대에서는 모두 18개월에 위험률이 가장 높았 는데, 100% P-tb에서 위험률이 가장 높았으며, 다 음으로는 25% P-tb, 50% P-tb 순이었다(Fig. 2).

    3 방풍책의 설치에 따른 생존율 비교

    곰솔과 졸참나무 수림대의 방풍책 설치에 따른 생존율 비교 결과, 먼저 곰솔 수림대는 Wilcoxon (Gehan) 통계량이 6.448(p=0.040<0.05)으로 방풍 책의 설치에 따른 생존율의 차이가 유의미하였다. 대응별 생존율 비교 결과, 방풍책의 설치 유무와는 생존율에서 차이를 나타내지 않았다. 그러나 50% P-tb와 25% P-tb는 Wilcoxon(Gehan) 통계량이 6.241(p=0.012<0.05)으로 생존율에 차이가 있는 것 으로 나타났는데(Table 4), 특히 생존율과 위험률 측면에서 25% P-tb가 더 우수한 결과를 나타내었 다(Fig. 2). Kim(2017)은 곰솔 수림대의 생장과 수 림대 조성의 경제적 측면에서 공극률 50% 방풍책의 설치가 타당하다고 하였으나, 수림대를 조성함에 있 어서 중요한 요소 중의 하나라고 할 수 있는 수목의 생존율과 위험률을 최우선으로 고려할 때에는 공극 률 25% 방풍책의 설치가 타당한 것으로 판단되었 다. 한편, 졸참나무 수림대는 Wilcoxon(Gehan) 통 계량 1.527(p=0.466>0.05)으로 방풍책의 설치에 따 른 생존율의 차이가 유의미하지 않은 것으로 나타났 으며, 대응별 생존율 비교에서도 모두 유의미하지 않았다(Table 3). 졸참나무 수림대의 경우 누적 생 존율이나 위험률은 방풍책의 설치에 따라 차이는 있 었으나(Fig. 2), 통계적으로 유의미하지 않은 결과 를 고려할 때, 졸참나무는 방풍책을 설치할 수 없는 상황에서 수림대 조성에 적용할 수 있는 적합한 수 종인 것으로 판단되었다.

    본 연구는 새만금 노출간척지 내에 조성한 수림대 의 초기 생존 분석을 위하여 기존의 연구 방법인 조 사 시점에서 수목의 생존비율을 분석하는 방법이 아 닌 인구학, 의학, 사회과학 등의 분야에서 활용하고 있는 생존 분석 기법을 적용하였다. 이 기법은 자연 재해나 야생동물 등에 의한 절손목을 불완전 자료로 처리함으로써 기존의 분석 방법과 같이 고사목으로 처리하거나 표본에서 제외하는 등에 방법에 의한 신 뢰성 문제에 있어서 자유로울 수 있을 것이다. 또한 수목의 생존율을 분석함에 있어서 생존 분석 기법의 적용은 시간의 흐름에 따른 생존율과 생존함수 그래 프, 위험함수 그래프 및 다양한 처리구의 대응별 생 존율을 분석할 수 있으며, 기존의 방법보다는 좀 더 다각적인 분석이 가능하고 과학적인 결과를 제시할 수 있을 것이다.

    감사의 글

    이 논문은 2018~2019년도 경남과학기술대학교 대학회계 연구비 지원에 의하여 연구되었습니다.

    Figure

    JALS-53-5-51_F1.gif

    Location of the research area. Image source : Google Earth(Google Inc., 2016).

    JALS-53-5-51_F2.gif

    Graph of the survival function and hazard function of P. thunbergii and Q. serrata tree belts. Note: 100% P-tb=100% porosity tree belt(no windy fence), 50% P-tb=50% porosity windy fence tree belt, 25% P-tb=25% porosity windy fence tree belt.

    Table

    Data cording table of P. thunbergii and Q. serrata tree belts for survival analysis by life table method

    Life table of the P. thunbergii tree belt

    Life table of the Q. serrata tree belt

    Comparison by the windy fence for P. thunbergii and Q. serrata tree belts

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