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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.6 pp.11-19
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.6.11

Current Growth Characteristics of Pinus densiflora in the Southern Region, Korea

Su-Young Jung1, Kwang-Soo Lee1, Joon-Hyung Park2*
1Warm Temperate and Subtropical Forest Research Center, Jeju, 63582, Korea
2Forest Technology and Management Research Center, National Institute of Forest Science, Pocheon, 11186, Korea
*Corresponding author: Joon-Hyung Park Tel: +82-31-540-1152 Fax: +82-31-540-1188 Email: parkjh1004@korea.kr
October 6, 2020 ; November 10, 2020 ; November 18, 2020

Abstract


This study was conducted to compare and analyze the growth characteristics of pine trees, Pinus densiflora in the southern region according to the taper rate of each region. Excluding the Gangwon region, 115 sites were surveyed and analyzed in three regions, including the central mountainous regions, the southern mountainous regions, and the southwestern coastal regions. The collected 189 stems were analyzed, and the stem curve was estimated using the Kozak equation to create a volume table for each region. The characteristics of developed stem volume table were compared and analyzed for each section by analyzing the taper rates by region. On the volume table developed for each region, taper rates in the southern mountainous regions and southwest coastal regions were relatively higher than those of the central mountainous regions in the section of DBH 15cm or less and tree height 10m or less. In particular, volume estimations between the central and southern mountainous regions, and between the central mountainous region and the southwestern coastal region, respectively showed a difference of more than 0.1 m3 per tree as the diameter class increased. On the other hand, the difference between the southern mountainous region and the southwestern coastal region was less than 0.05 m3 per tree. As the accumulation of pine stands in Korea increases and approaches the harvest season, it can be seen from the results of this study that the creation of a local volume table is required to accurately estimate the stand volume considering the growth characteristics between regions.



남부권역 소나무 현실임분의 지역별 생장 특성

정수영1, 이광수1, 박준형2*
1국립산림과학원 난대아열대산림연구소
2국립산림과학원 산림기술경영연구소

초록


본 연구는 남부권역 소나무의 지역별 완만도에 따른 생장특성을 비교 분석하고자 수행되었다. 강원지역을 제외한 중부 산간지역, 남부 산간지역, 서남해안지역 등 3개 권역에서 115개소를 조사·분석하였다. 수집된 189본의 수간석해를 실시하였으며, Kozak 식을 이용하여 수간곡선을 추정하여 지역별 간재적표를 작성하였다. 지역별 완만도 분석에 의해 구간별로 재적 특성을 비교 분석하였다. 흉고직경 15cm 이하, 수고 10m 이하에서는 중부 산간지역에 비해 남부 산간지역과 서남해안 지역의 간재적이 상대적으로 높게 나타났다. 특히 중부산간 지역과 남부 산간지역 간, 그리고 중부 산간지역과 서남해안 지역 간의 재적 추정치는 경급이 증가함에 따라 재적 격차가 커져서 본당 0.1m3 이상의 차이를 보였다. 반면, 남부 산간지역과 서남해안 지역의 차는 본당 0.05m3 이하로 적게 나타났다. 우리나라 소나무 현실임분의 축적이 증대되어 수확기에 근접함에 따라 본 연구결과로부터 지역 간 정확한 재적 추정을 위해서는 지역 간 생장 특성을 고려한 지방적 재적표의 작성이 요구되어짐을 알 수 있다.



    서론

    우리나라의 소나무림은 우리나라 전역에 분포해 있으며, 분포 면적은 1,447,439ha로 단일수종으로는 가장 넓은 면적에 분포해 있다(National institute of forest science, 2012). 분포량이 많은 만큼 소나무의 중요성 또한 높아서 조림과 숲가꾸기, 수확 등 산림경 영활동이 활발하게 진행되고 있다. 소나무림의 효율적인 산림경영을 위해서는 정확한 재적을 추정함으로써 실행 가능한 수확목표의 설정 이 우선되어야 하며(Kang et al., 2014;Ko et al., 2019), 산림사업 의 의사결정에 있어서 중요한 기초자료로서 활용 가능하다. 이러한 이유로 현재 산림청과 국립산림과학원에서는 소나무의 수간재적표를 제공하고 있으며(Korea Forest Service and National Institute of Forest Science, 2018), 지역별 특성을 반영한 정확도 높은 재적 추정을 위해 강원지방소나무와 중부지방소나무로 구분하고 있다.

    소나무의 지역적인 특성에 관한 연구는 과거 Uyeki(2015)가 수형의 종류를 총 6가지로 분류한 사례가 대표적이다. 보고에 따르 면 동북형, 금강형, 위봉형, 안강형 이외에도 중부·남부지방의 소나 무는 고산지형과 평지형으로 분류한 바 있다. 이에 근거하여 물질 생산에 관한 연구를 통해 안강형, 중남부평지형, 중·남부고지형 및 금강형으로 갈수록 현존량과 순생산량, 순동화율, 줄기 생산능률이 증가하는 경향이 있으며(Park & Lee, 1990), 20년생 이하, 20~40 년생 영급의 줄기밀도와 현존량 확장계수는 금강형과 중부지방소 나무 간 유의적인 차이가 확인되었다(Park et al., 2005). 또한 소나 무의 흉고직경-수고 생장패턴의 잔차 분포의 공간적 군집을 통해 4개의 그룹을 분류하여 소나무의 권역별 차이에 대해 검증한 바 있다(Park et al., 2016). 하지만 소나무 집단의 유전적 거리와 지리 적 분포 간에는 뚜렷한 연관성이 없고, 집단의 유전분화와 지리적 인접성도 상관성이 없는 것으로 검증되어 유전적 차이는 확인하기 어려운 현실이다(Ahn et al., 2015).

    그럼에도 불구하고 최근 일선 현장을 중심으로 현재의 수준보다 세분화된 지방적 재적표의 필요성에 대해 목소리가 높아지고 있다. 소나무의 수형, 물질생산 및 생장의 차이가 입증되었으나, 유전적 차이가 없다는 점을 고려해 볼 때, 소나무의 권역별 차이는 생육지 의 입지·토양 및 기후환경에 의해 나타날 가능성이 높다. 하지만 별도의 재적표를 사용하기 위해서는 기본적으로 흉고직경과 수고 생장 패턴의 차이보다는 동일한 흉고직경과 수고일 때, 수간 형태의 차이, 즉 완만도의 차이로 인한 재적의 차이가 발생할 가능성이 높다. 따라서 완만도가 지역적인 특성을 띄고 있다는 것이 증명되어 야 세분화된 지방적 재적표 작성에 대한 타당성이 마련될 수 있다.

    따라서 본 연구는 현재 중부지방 소나무로 통칭되고 있는 남부 권역의 소나무림 중 중부 산간지역, 남부 산간지역 및 서남해안 지역을 권역화하여 권역별 수간곡선 추정모델을 개발하고, 수간곡 선과 완만도의 직접적인 차이를 비교를 통해 현재보다 세분화된 지역별 재적 추정의 필요성을 검토하고자 한다.

    재료 및 방법

    1. 분석자료

    본 연구의 대상수종은 소나무이며, 전남, 전북, 경남, 경북 일대 지역에서 표준지 조사를 실시하여 수간석해 자료를 획득하였다. 이때 표준지 크기는 20×20m이며, 하나의 표준지에서 1~2개의 표 준목을 선정하여 지상부 20cm 위에서 벌채하였다. 벌채한 표준목 에서 약 10cm 두께의 원판을 채취하였고, 채취 부위는 벌채면과 벌채면에서 가까운 부위는 1m 간격, 그 이상의 부위에서는 2m 간격으로 하였고, 초두부는 길이에 관계없이 별도로 원판을 수집하 였다. 수집된 원판의 연륜 측정은 5년 간격으로 측정하여 수간곡선 분석용 DB를 구축하였다.

    소나무의 지역별 수간곡선 추정모델을 개발을 위해서는 소나무 분포 지역을 구분하는 기준이 필요하였다. 지역 구분은 강원지역을 제외한 중부 산간지역, 남부 산간지역, 서남해안지역 등 3개의 공 간적 권역으로 구분한 연구결과(Park et al., 2016)를 기준으로 하 여 권역별 간곡선식을 추정하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에 서는 강원지역을 제외한 중부 산간지역(CM), 남부 산간지역(SM), 서남해안 지역(SWC)의 3개 권역에서 수집된 수간석해 시료를 분 석에 활용하였다. 각 권역별 표준지 수는 중부 산간지역 24개소, 남부 산간지역 56개소, 서남해안 지역 35개소로 총 115개소의 표 준지 조사를 실시하였고, 수간석해 시료는 중부 산간지역 42본, 남부 산간지역 95본, 서남해안 지역 52본으로 총 189본의 시료를 수집 및 분석하였다(Table 1).

    2. 모델 개발 및 적합도 검정

    분석에 활용된 모델은 미국 캐나다 등에서 많이 이용되고 있으 며, 국내에서도 수간재적표 제작에 활용된 Kozak식(Kozak, 1988) 을 이용하였다. Kozak식(식 1)은 흉고직경과 수고를 변수로 이용하 여, 수간고별로 직경을 구할 수 있는 변량지수식으로 높은 설명력이 높은 점이 큰 장점이다(Ko et al., 2019). 소나무의 수간석해용 단면 고별 원판 시료 측정을 통해 획득된 자료를 식 1에 적용하여 모수 a1b1 를 추정하였고, 추정방법은 비선형회귀분석을 이용하였다.

    d = α 1 D B H a 2 a 3 D B H X b 1 Z 2 + b 2 ln ( Z + 0.001 ) + b 3 Z + b 4 e Z + b 5 ( D B H H )
    식 (1)

    where, DBH = diameter at breast height,

    X = 1 Z 1 p

    • p = inflection point,

    • Z =relative height ( h H ),

    • a1 and b1 = parameters

    모수 추정 후 적합도 검정을 위해 적합도 지수(Fitenss index: FI)를 이용하였다. FI는 비선형회귀분석에서 실측치와 추정치의 관계를 나타내며, 결정계수(R2)와 같은 의미로 활용된다. 또한 편 의(Bias)를 이용하여 모델 추정치의 치우침 정도를 검토하였고, 평 균제곱근오차(Root mean square error: RMSE)를 통해 추정치와 실측치의 차이를 확인하였다. 추가적으로 잔차 분포도를 작성하였다.

    3. 권역별 재적 비교

    권역별 차이를 비교하기 위해 완만도와 완만도 차이에 따른 재 적 추정 값의 차이를 분석하였다. 임목의 완만도는 수간 형상의 변화 정도를 수량적으로 나타내는 것이며, 수간의 재적과 밀접한 연관성이 있으므로 수간재적표를 조제할 때 고려해야 하는 중요 인자 중 하나이다(Kramer, 1996;Korea Forest Serviece, 2020). 완만도를 나타내는 여러 가지 방법 중 흉고 부위부터 초두부까지의 수간 중앙의 직경과 흉고직경의 비율을 나타내는 절대형율(Absolute form quotient)과 수간곡선을 직접 그려 각 권역별 완만도 특성을 파악하였다.

    결과 및 고찰

    1. 권역별 완만도 특성

    소나무의 완만도 특성을 분석하기 위해 조사·수집된 표준목의 절대형율을 산출하였다. 절대형율의 분포 범위는 대부분 50~90 사 이에 분포하는 것으로 나타났고, 흉고직경과 수고가 증가할수록 조 금씩 감소하는 경향을 보였다(Fig. 1). 추세선을 기준으로 완만도의 권역별 차이를 비교해 볼 때, 흉고직경 15cm 이하, 수고 10m 이하 에서는 중부 산간지역에 비해 남부 산간지역과 서남해안 지역이 상대적으로 높았고, 흉고직경 30cm 이상, 수고 15m 이상에서 소 폭의 권역 간 경향 차이가 확인되었다. 이상에서 측정된 개체목의 완만도 차이가 재적추정의 권역별 차이로 이어지는지는 알 수 없으 므로, 이 정도 수준의 차이가 실제 재적 추정에 어떠한 영향을 미치 는지 수간곡선 추정을 통해 검토하였다.

    2. 수간곡선모델 추정

    3개 권역에 대한 수간곡선모델을 추정하여 Table 2와 같은 각 권역 의 Kozak식의 파라메터 및 검정통계량을 도출하였다. 모수는 중부 산간지역이 –6.094~3.474의 범위, 남부 산간지역이 –4.080~2.275의 범위, 서남해안 지역은 –3.028~1.919의 범위로 나타났다. 임목 재 적·바이오매스 및 임분수확표(Korea Forest Service and National Institute of Forest Science, 2018)의 Kozak식 모수 범위와 비교 해 볼 때, 강원지방소나무와 중부지방소나무 모두 유사한 범위에서 추정된 것으로 분석되었다. 각 지역별 Kozak식의 적합도 지수는 전체 지역이 93% 이상의 높은 수준을 보였고, 편의는 0에 가까운 것으로 분석되었다. RMSE는 중부 산간지역이 2.863으로 가장 높 았고, 서남해안 지역이 0.989로 가장 낮은 것으로 나타났다. 지역 별 수간곡선모델의 상대수고에 따른 잔차분포 특성을 보면(Fig. 1), 잔차는 전반적으로 0을 중심으로 고르게 분포해 있다. 또한 상대수고 0.1 부근에서 대체로 오차의 범위가 좁은 것으로 나타나 는데, 간곡선식에 흉고직경이 독립변수로 포함된 것이 영향을 미치 는 것으로 알려져 있다(Kang et al., 2014).

    3. 수간곡선 비교

    3개 권역의 수간곡선모델을 이용하여 각각의 수간곡선을 작성하였 다(Fig. 3). 동일한 크기일 때, 재적의 차이 여부를 확인하기 위해 형상비의 변화에 따른 수간곡선의 변화를 비교하였다. 개체목의 크기 변화에 따른 완만도의 권역별 비교 결과(Fig. 3), 전반적으로 수간 상부에서는 중부 산간지역의 완만도가 가장 낮았고, 남부 산 간지역과 서남해안 지역은 유사한 완만도를 보였다. 수간 하부에서 는 중부 산간지역이 가장 높았고, 남부 산간지역, 서남해안 지역 순으로 분석되었다. 또한 흉고직경과 수고의 증감에 따라 수간곡선 의 패턴은 조금씩 변화를 보이고 있으며, 권역별 격차 역시 변화함 에 따라 동일한 재적표에서도 지역 간 재적 추정의 오차율은 개체 목의 규격에 따라 다를 것으로 예상된다. 결과적으로 지역별 완만 도와 개체목의 크기에 따른 완만도의 차이는 재적 추정치의 차이까 지 이어질 수밖에 없으며, 각 지역별 재적표 작성을 통해 추정치의 실질적인 차이와 특성을 확인이 필요할 것으로 판단하였다.

    4. 권역별 완만도 차이에 따른 재적의 차이

    완만도 차이에 따른 재적 추정값의 차이를 검증하기 위해 수간 곡선모델을 이용하여 각 권역별 재적표를 작성하였다. 이때 흉고직 경은 6cm부터 수확 단계에 가까운 40cm까지 추정하였고, 수고는 4m부터 25m까지 추정하였다. Table 3에서 흉고직경 6cm, 수고 4m 일 때의 재적 추정치는 3개 지역 모두 약 0.01m3로 유사한 수준이지만, 흉고직경과 수고 값이 증가할수록 권역별 차이는 커지 는 경향이 확인되었다.

    3개 권역의 재적 차이를 확인하기 위해 Fig. 3에서 중부 산간지 역 추정치에 대한 남부 산간지역, 서남해안 지역의 차와 남부 산간 지역에 대한 서남해안 지역의 차를 잔차 산출과 동일한 방법으로 나타내어 흉고직경과 수고에 따른 차이의 폭을 비교하였다. 그 결 과, 흉고직경과 수고가 증가함에 따라 재적 추정치의 차이는 점차 증가하는 경향을 보였다. 특히 중부산간 지역과 남부 산간지역, 중부 산간지역과 서남해안 지역의 재적 추정치는 수확기의 임목 크기에 가까워질수록 격차가 커져서 본당 0.1m3 이상의 차이를 보였다. 반면, 남부 산간지역과 서남해안 지역의 차는 본당 0.05m3 이하로 나타나 비교적 적은 차이가 나는 것으로 분석되었다.

    본 연구의 결과는 권역별 완만도의 차이에 따라 재적 추정치의 차이를 확인하는데 의미를 둘 수 있다. 하지만 이것은 지방적 재적 표의 필요성만을 반드시 의미하지는 않는다. 예를 들어 Table 3의 각 권역별 재적표에서 임목이 어느 정도 큰 규격에서의 재적 추정 치의 특성을 비교해 볼 때, 권역별 재적 차이보다 흉고직경급 2cm 의 증가에 따른 차이가 더 큰 값을 보이고 있다. 이러한 관점에서 현재 사용하고 있는 흉고직경급 2cm 단위보다 1cm 단위로 작성된 지방적 재적표를 작성하여 활용하는 것이 더욱 바람직할 것으로 사료되며, 나아가서는 흉고직경과 수고의 이변수로부터 개발된 지 역별 재적 추정식을 산림현장에 직접 보급함으로써 보다 정도 높게 현실임분의 재적을 추정할 수 있을 것으로 판단된다. 우리나라 중 장령 소나무림이 수확기에 근접하고 있어 임목의 재적 추정은 수익 과 직결되는 부분이므로, 산림현장에서 보다 정도 높은 재적 추정 에 대한 요구도가 더욱 높아지고 있다. 추가로 우리나라 소나무 분포지별 생장특성 차이를 알아보고자 실시한 본 연구는 3개 권역 으로 구분하여 조사된 자료를 통해 도출한 결과이므로, 향후 연구 에서는 조사 지역을 강원지역을 포함한 전국으로 더욱 확대하여 지역별 재적 특성 차이를 보다 세분화하여 구명할 필요가 있을 것으로 판단된다.

    Figures

    JALS-54-6-11_F1.gif

    The relation between absolute form quotient and growth variations. (A: DBH, B: Tree height)

    JALS-54-6-11_F2.gif

    Distribution of residual value by Kozak model of three regions (CM, SM, and SWC).

    JALS-54-6-11_F3.gif

    Comparison of stem tapers by two same diameter classes 15cm (A, C) and 30cm (B, D) in three regions. (CM, SM and SWC)

    JALS-54-6-11_F4.gif

    Region-specific difference in estimated stem volume between three regions. (a) and (b) from CM minus SM, (c) and (d) from CM minus SWC, (e) and (f) from SM minus SWC, respectively.

    Tables

    General description of three regions

    Parameter estimates for growth model to three regions

    Stem volume table developed for three regions

    References

    1. Ahn JY , Hong KN , Lee JW , Hong YP and Kang H. 2015. Genetic variation of Pinus densiflora populations in South Korea based on ESTP Markers. Korean L. Plant Res. 28: 279-289.
    2. Forest Service.2020. The dictionary of forestry terms. http:// www.huyang.go.kr/kfsweb/kfi/kfs/mwd/selectMtstWordDictionary.do?wrdSn=6564&mn=NKFS_04_07_01.
    3. Kang JT , Son YM , Kim SW , Lee SJ and Park H. 2014. Development of local stem volume table for Pinus densiflora S. et Z. Using tree stem taper model. KJAFM 16: 327-335.
    4. Ko CU , Kim DG and Kang JT. 2019. Estimating stem volume table of Quercus acutissima in South Korea using variable exponent equation. J. Korean Soc. For. Sci. 108: 357-363.
    5. Korea Forest Service and National Institute of Forest Science. 2018. Tree volume·biomass and stand yield table. Seoul, Korea. pp.7-58.
    6. Kozak A. 1988. A variable-exponent taper equation. Can. J. For. Res. 18: 1363-1368.
    7. Kramer H. 1996. Waldwachstumslehre. (Translation: Byeon, UH, Lee WH and Bae SW). pp. 61-123. eds. Ucheon Media. Seoul, Korea. (Original work published 1988).
    8. National Institute of Forest Science.2012. The economic tree, Pinus densiflora. Seoul, Korea. pp. 13-52.
    9. Park IH and Lee SM. 1990. Biomass and net production of Pinus densiflora natural forests of four local forms in Korea. J. Korean Soc. For. Sci. 79: 196-204.
    10. Park IH , Park MS , Lee KH , Son YM , Seo JH , Son YH and Lee YJ. 2005. Biomass expansion factors for Pinus densiflora in relation to ecotype and stand age. J. Korean Soc. For. Sci. 94: 441-445.
    11. Park JH , Jung SY , Lee KS , Kim CH , Park YB and Yoo BO. 2016. Classification of regional type for Pinus densiflora stands using height-DBH growth in Korea. J. Korean Soc. For. Sci. 105(3): 336-341.
    12. Uyeki H. 2015. On the physiognomy of Pinus densiflora growing in Korea and silvicultural treatment for its improvement. (Translation: Park YG). pp. 2-195. eds. Korean forest service. Seoul, Korea. (Original work published 1928).
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