수관화 위험성 평가에 필요한 소나무 수관층 연료특성을 분석하기 위해 수관 부위별로 연료량을 추정할 수 있는 상대생장식을 개발하고, 수관연료밀도를 분석하였다. 이를 위해 대구 팔공산의 소나무 임분을 대상으로 10본의 소나무를 벌채하고, 수간, 가지, 잎 부분의 고사여부와 가지의 굵기 별로 구분하여 무게를 측정하였다. 상대생장식은 흉고직경(D) 또는 흉고직경과 수고(H)를 이용하는 회귀식을 이용하여 추정하였다. 평균적으로 추정식 lnWt=${\alpha}+{\beta}lnD+{\gamma}lnH$의 결정계수가 가장 높고(${R^2}_{adj}$=0.835-0.996) 표준추정오차가 가장 낮았지만(SEE=0.074-0.638), 잎과 작은 가지 항목에서는 추정식들간 결정계수 및 표준추정오차의 차이가 미미하였다. 각 부위별 연료량을 수관체적으로 나눈 수관연료 밀도는 잎만을 고려했을 때 0.067 kg/$m^3$, 잎과 직경이 0.5 cm 이하인 가지까지 포함했을 때 0.097 kg/$m^3$로 나타났다. 흉고직경이 증가함에도 잎과 잔가지 부위의 수관연료밀도 증가폭은 미미하였다.
수관화 위험성 평가에 필요한 소나무 수관층 연료특성을 분석하기 위해 수관 부위별로 연료량을 추정할 수 있는 상대생장식을 개발하고, 수관연료밀도를 분석하였다. 이를 위해 대구 팔공산의 소나무 임분을 대상으로 10본의 소나무를 벌채하고, 수간, 가지, 잎 부분의 고사여부와 가지의 굵기 별로 구분하여 무게를 측정하였다. 상대생장식은 흉고직경(D) 또는 흉고직경과 수고(H)를 이용하는 회귀식을 이용하여 추정하였다. 평균적으로 추정식 lnWt=${\alpha}+{\beta}lnD+{\gamma}lnH$의 결정계수가 가장 높고(${R^2}_{adj}$=0.835-0.996) 표준추정오차가 가장 낮았지만(SEE=0.074-0.638), 잎과 작은 가지 항목에서는 추정식들간 결정계수 및 표준추정오차의 차이가 미미하였다. 각 부위별 연료량을 수관체적으로 나눈 수관연료 밀도는 잎만을 고려했을 때 0.067 kg/$m^3$, 잎과 직경이 0.5 cm 이하인 가지까지 포함했을 때 0.097 kg/$m^3$로 나타났다. 흉고직경이 증가함에도 잎과 잔가지 부위의 수관연료밀도 증가폭은 미미하였다.
To analyze the characteristics of canopy fuel in Pinus densiflora stand, which is essential to assess the crown fire hazard, allometric equations for estimation of crown fuel biomass were developed by subjectively categorized crown fuel component and crown bulk density was analyzed by available fuel...
To analyze the characteristics of canopy fuel in Pinus densiflora stand, which is essential to assess the crown fire hazard, allometric equations for estimation of crown fuel biomass were developed by subjectively categorized crown fuel component and crown bulk density was analyzed by available fuel component categories. Ten trees were destructively sampled at Pinus densiflora stand in Mt. Palgong in Daegu and their crown fuels were weighed separately for each fuel category by size classes and by living and dead. Regression equations that estimate crown fuel load by diameter at breast height(D) or additional total height(H) were derived. The adjusted coefficient of determination values were the highest (${R^2}_{adj}$=0.835-0.996) and standard error of estimate were the lowest (SEE=0.074-0.638) in the allometric equation lnWt=${\alpha}+{\beta}lnD+{\gamma}lnH$ in average. However, in needles and small branches categories, the differences in ${R^2}_{adj}$ and SEE between equations were not significant. Crown bulk density (CBD), which was calculated by crown fuel load divided by crown volume, was 0.067 kg/$m^3$ in average when only needles were considered as available crown fuel and 0.097 kg/$m^3$ when needles and branches (0-0.5 cm diameter) were considered. The increments of CBD of needles and small branches were little even when diameter at breast height increased.
To analyze the characteristics of canopy fuel in Pinus densiflora stand, which is essential to assess the crown fire hazard, allometric equations for estimation of crown fuel biomass were developed by subjectively categorized crown fuel component and crown bulk density was analyzed by available fuel component categories. Ten trees were destructively sampled at Pinus densiflora stand in Mt. Palgong in Daegu and their crown fuels were weighed separately for each fuel category by size classes and by living and dead. Regression equations that estimate crown fuel load by diameter at breast height(D) or additional total height(H) were derived. The adjusted coefficient of determination values were the highest (${R^2}_{adj}$=0.835-0.996) and standard error of estimate were the lowest (SEE=0.074-0.638) in the allometric equation lnWt=${\alpha}+{\beta}lnD+{\gamma}lnH$ in average. However, in needles and small branches categories, the differences in ${R^2}_{adj}$ and SEE between equations were not significant. Crown bulk density (CBD), which was calculated by crown fuel load divided by crown volume, was 0.067 kg/$m^3$ in average when only needles were considered as available crown fuel and 0.097 kg/$m^3$ when needles and branches (0-0.5 cm diameter) were considered. The increments of CBD of needles and small branches were little even when diameter at breast height increased.
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문제 정의
따라서 본 연구는 수관화에 취약한 소나무림을 대상으로 수관화 확산 예측에 관련한 기초 자료를 마련하기 위하여 소나무의 잎과 가지 굵기 별로 부위별 연료량 상대 생장식을 추정하고, 연구대상지 소나무림의 수관연료밀도의 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 대구 팔공산의 소나무 임분을 대상으로 수관 부위별 연료량 추정을 위한 상대생장식을 개발하고, 대상 임분에 대한 수관연료밀도의 특성을 분석하였다. 추정된 모든 연료량 부위에 대해서는 평균적으로 상대생장식 lnWt=α+βlnD+γlnH에서 가장 결정계수가 높고 표준추정오차가 낮았지만, 수관화시 연소될 수 있는 잎과 작은 가지 항목들에서는 상대생장식들 간 결정계수 및 표준추정오차의 차이가 미미하였다.
제안 방법
3) lnWt=α+βlnD+γlnH 을 이용하였다(여기에서 Wt : 부위별 연료량(건중량, kg), D : 흉고직경(cm), H : 수고(m), α, β, γ : 추정모수).
Sando와 Wick(1972)이 제안한 것처럼 수관형태를 고려 하여 수관체적과 수관연료밀도를 추정하기 위해 현장조사시 표본목마다 1 m 단위로 수관폭을 측정하였다. 장축과 단축의 두 방향으로 구분하여 측정하였으며, 장축은 수관폭이 가장 긴 곳을, 단축은 이 축에 수직 방향으로 측정하였다.
표본목은 10 m×10 m의 Plot에서 실시한 산림조사 자료를 바탕으로 흉고직경별로 고르게 분포되도록 총 10본을 선정하였다. 각 소나무는 지표면에서 최대한 가깝게 벌채한 다음 수고를 측정하였고, 수간기준으로 1 m 간격마다 수관층 연료의 무게를 측정하였다. 수관층 연료는 크게 수간, 잎, 가지, 솔방울로 구분하였고, 가지는 직경 굵기를 기준으로 다시 0-0.
5-1 cm, 2-4 cm, 4 cm 이상으로 구분하여 무게를 측정하였다. 또한 각 수관 부위별로 고사 여부도 구분하였다. 현장에서 수집한 시료 중 20%는 실험실로 가져와 105ºC로 설정된 건조기에서 항량까지 건조시킨 다음 무게를 측정하였다.
수관 체적을 추정하기 위한 수관형태식은 신만용 등(1999)의 연구결과를 이용하였고, 수관 모형의 밑변은 장축과 단축의 평균 수관폭 길이를 이용하였다. 본 연구에서 수관연료밀도는 임분 단위의 수관층(canopy) 연료밀도와 달리 개별 소나무의 수관연료밀도를 의미하며, 수관연료량을 그 나무가 차지하고 있는 수관체적으로 나누어서 계산하였다. 이 때 잎 혹은 잎과 굵기별 가지의 범위를 설정하여 각각 수관연료밀도를 구분하여 산출하였다.
각 소나무는 지표면에서 최대한 가깝게 벌채한 다음 수고를 측정하였고, 수간기준으로 1 m 간격마다 수관층 연료의 무게를 측정하였다. 수관층 연료는 크게 수간, 잎, 가지, 솔방울로 구분하였고, 가지는 직경 굵기를 기준으로 다시 0-0.5 cm, 0.5-1 cm, 2-4 cm, 4 cm 이상으로 구분하여 무게를 측정하였다. 또한 각 수관 부위별로 고사 여부도 구분하였다.
본 연구에서 수관연료밀도는 임분 단위의 수관층(canopy) 연료밀도와 달리 개별 소나무의 수관연료밀도를 의미하며, 수관연료량을 그 나무가 차지하고 있는 수관체적으로 나누어서 계산하였다. 이 때 잎 혹은 잎과 굵기별 가지의 범위를 설정하여 각각 수관연료밀도를 구분하여 산출하였다. 연구 대상지 소나무림의 수관연료밀도 특징을 살펴보기 위하여 연료정의별로 수관연료밀도의 평균과 표준편차를 산출하였으며, 흉고직경의 크기에 따른 수관연료 밀도를 비교·분석하였다.
Sando와 Wick(1972)이 제안한 것처럼 수관형태를 고려 하여 수관체적과 수관연료밀도를 추정하기 위해 현장조사시 표본목마다 1 m 단위로 수관폭을 측정하였다. 장축과 단축의 두 방향으로 구분하여 측정하였으며, 장축은 수관폭이 가장 긴 곳을, 단축은 이 축에 수직 방향으로 측정하였다. 수관 체적을 추정하기 위한 수관형태식은 신만용 등(1999)의 연구결과를 이용하였고, 수관 모형의 밑변은 장축과 단축의 평균 수관폭 길이를 이용하였다.
추가적으로 수간과, 수간을 제외한 모든 수관 부위의 값을 합한 총수관연료량, 이를 살아있는 부위만으로 한정한 생(生)수관연료량과 죽은 부위만을 고려한 사(死)수관연료량으로 구분한 상대생장식에 대해서도 회귀분석을 실시하였다. 추정된 상대생장식의 적합성은 수정된 결정계수(R2adj)와표준추정오차(SEE)를 통해 파악하였다.
현장에서 수집한 시료 중 20%는 실험실로 가져와 105ºC로 설정된 건조기에서 항량까지 건조시킨 다음 무게를 측정하였다.
대상 데이터
연구 대상지는 대구광역시 동구 팔공산에 위치한 28년생 소나무림을 선정하였다. 이 지역은 소나무단순림 지역으로 2008년 5월 9일 산불이 발생하여 수관화로 확산된 지역이다.
표본목은 10 m×10 m의 Plot에서 실시한 산림조사 자료를 바탕으로 흉고직경별로 고르게 분포되도록 총 10본을 선정하였다.
데이터처리
H, 3) lnWt=α+βlnD+γlnH 을 이용하였다(여기에서 Wt : 부위별 연료량(건중량, kg), D : 흉고직경(cm), H : 수고(m), α, β, γ : 추정모수). 각 상대생장식의 모수는 수관 부위별 연료량과 흉고직경 및 수고 값에 자연로그를 취한 다음, 산점도를 통해 상관관계를 살펴본 후 회귀분석을 통하여 추정하였다. 추가적으로 수간과, 수간을 제외한 모든 수관 부위의 값을 합한 총수관연료량, 이를 살아있는 부위만으로 한정한 생(生)수관연료량과 죽은 부위만을 고려한 사(死)수관연료량으로 구분한 상대생장식에 대해서도 회귀분석을 실시하였다.
연구 대상지 소나무림의 수관연료밀도 특징을 살펴보기 위하여 연료정의별로 수관연료밀도의 평균과 표준편차를 산출하였으며, 흉고직경의 크기에 따른 수관연료 밀도를 비교·분석하였다.
각 상대생장식의 모수는 수관 부위별 연료량과 흉고직경 및 수고 값에 자연로그를 취한 다음, 산점도를 통해 상관관계를 살펴본 후 회귀분석을 통하여 추정하였다. 추가적으로 수간과, 수간을 제외한 모든 수관 부위의 값을 합한 총수관연료량, 이를 살아있는 부위만으로 한정한 생(生)수관연료량과 죽은 부위만을 고려한 사(死)수관연료량으로 구분한 상대생장식에 대해서도 회귀분석을 실시하였다. 추정된 상대생장식의 적합성은 수정된 결정계수(R2adj)와표준추정오차(SEE)를 통해 파악하였다.
이론/모형
장축과 단축의 두 방향으로 구분하여 측정하였으며, 장축은 수관폭이 가장 긴 곳을, 단축은 이 축에 수직 방향으로 측정하였다. 수관 체적을 추정하기 위한 수관형태식은 신만용 등(1999)의 연구결과를 이용하였고, 수관 모형의 밑변은 장축과 단축의 평균 수관폭 길이를 이용하였다. 본 연구에서 수관연료밀도는 임분 단위의 수관층(canopy) 연료밀도와 달리 개별 소나무의 수관연료밀도를 의미하며, 수관연료량을 그 나무가 차지하고 있는 수관체적으로 나누어서 계산하였다.
성능/효과
추정된 모든 연료량 부위에 대해서는 평균적으로 상대생장식 lnWt=α+βlnD+γlnH에서 가장 결정계수가 높고 표준추정오차가 낮았지만, 수관화시 연소될 수 있는 잎과 작은 가지 항목들에서는 상대생장식들 간 결정계수 및 표준추정오차의 차이가 미미하였다. 각 부위별 연료량을 수관체적으로 나눈 수관연료밀도는 잎 부위만을 연료로 간주했 을 경우 0.067 kg/m3, 잎과 직경 1 cm 이하인 가지를 포함하였을 때 0.132 kg/m3 로 나타났다. 흉고직경이 커짐에도 불구하고 잎과 잔가지 부위의 수관연료밀도 증가폭이 미미한 것으로 나타났다.
Figure 2는 수관 부위별 수관연료밀도를 흉고직경의 크기에 따라 나타낸 것이다. 먼저, 잎 부위만을 연료량으로 간주한 경우 흉고직경이 큰 임목이나 작은 임목이나 수관 연료밀도가 거의 동일한 것으로 나타났다. 이는 Shinozaki 등(1964)이 잎을 제외한 기타 비동화기관의 밀도가 계속 증가하더라도 단위 면적당 잎면적밀도는 특정 시점이 지나면 일정하게 유지되는 현상에 대하여 고찰한 바와 같이, 본 연구 대상지의 조사 임분의 경우 임령이 28년인 중령림으로서 수관층이 어느 정도 울폐되었기 때문으로 판단되었다.
상대생장식 lnWt=α+βlnD+γlnH은 총수관연료량, 생수관연료량, 사수관연료량과 세부 수관 부위 중잎과 직경 0.5 cm 이하의 가지, 직경 4 cm 이상의 가지 부위에서 결정계수가 가장 높게 산출되었고, 표준추정오차는 낮은 것으로 나타났다.
세 가지 상대생장식 모두 흉고직경에 대한 모수 β가 양(+)의 값을 갖는 것으로 나타나 흉고직경이 클수록 수관연료량이 증가됨을 알 수 있다.
5-1 cm, 1-2 cm, 2-4 cm인 가지 부위에 대해서는 lnWt=α+βlnD 형태의 결정계수가 가장 높았다. 세 가지 추정식중, 독립변수가 D2H인 상대생장식은 수간부위를 제외한 추정된 모든 항목에 대해 결정계수가 가장 낮게 나타났다. 그러나 수관화시 직경 1 cm 이상의 가지는 거의 연소되지 않는다는 국외 연구결과(Shinozaki et al.
증가폭은 부위별로 다르게 나타났으며 잎보다는 가지 부위에서, 작은 가지보다는 큰 가지에서 증가폭이 큰 것으로 나타났다. 즉 흉고직경이 클수록 잎에 비해 큰 가지의 비율이 높아지는 것으로 나타났다. 한 임분 내에서 흉고직경이 클수록 수관급이 높은 개체라고 가정했을 때, 이는 우세목에 속하는 임목의 경우 이미 차지한 생장영역을 확고히 하기 위해 가지성장에 주력한다는 Shin(1989)의 연구결과와 비슷한 맥락에서 이해될 수 있다.
흉고직경이 커질수록 전체 및 수관 부위별 연료량이 증가하는 것으로 나타났다. 증가폭은 부위별로 다르게 나타났으며 잎보다는 가지 부위에서, 작은 가지보다는 큰 가지에서 증가폭이 큰 것으로 나타났다. 즉 흉고직경이 클수록 잎에 비해 큰 가지의 비율이 높아지는 것으로 나타났다.
추정된 모든 연료량 부위에 대해서는 평균적으로 상대생장식 lnWt=α+βlnD+γlnH에서 가장 결정계수가 높고 표준추정오차가 낮았지만, 수관화시 연소될 수 있는 잎과 작은 가지 항목들에서는 상대생장식들 간 결정계수 및 표준추정오차의 차이가 미미하였다.
Figure 1은 흉고직경에 대한 수관 부위별 연료량의 변화를 그림으로 나타낸 것이다. 흉고직경이 커질수록 전체 및 수관 부위별 연료량이 증가하는 것으로 나타났다. 증가폭은 부위별로 다르게 나타났으며 잎보다는 가지 부위에서, 작은 가지보다는 큰 가지에서 증가폭이 큰 것으로 나타났다.
132 kg/m3 로 나타났다. 흉고직경이 커짐에도 불구하고 잎과 잔가지 부위의 수관연료밀도 증가폭이 미미한 것으로 나타났다. 향후 수관화 행동 예측, 수관화 위험성 평가 등을 위해서는 이러한 수관연료특성에 대한 지속적인 연구가 요구되며, 아울러 수관화 발생지에서의 부위별 연소량 추정에 관한 연구가 요구된다.
후속연구
흉고직경이 커짐에도 불구하고 잎과 잔가지 부위의 수관연료밀도 증가폭이 미미한 것으로 나타났다. 향후 수관화 행동 예측, 수관화 위험성 평가 등을 위해서는 이러한 수관연료특성에 대한 지속적인 연구가 요구되며, 아울러 수관화 발생지에서의 부위별 연소량 추정에 관한 연구가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 대표적 침엽수종은?
우리나라의 대표적 침엽수종인 소나무는 전체 산림면적의 23.1%, 침엽수림 면적의 55%로 전국적으로 넓은 분포면적을 차지하고 있다(산림청, 2009).
소나무림은 활엽수와 달리 어떤 특징이 있는가?
1%, 침엽수림 면적의 55%로 전국적으로 넓은 분포면적을 차지하고 있다(산림청, 2009). 하지만 소나무림은 활엽수와는 달리 산불이 집중되는 봄철 시기에 수관층에 잎이 존재하고, 잎과 가지에 정유성분을 함유하고 있어 수관화로 확산될 가능성이 높아 산불에 취약하다. 따라서 산불이 지표화에서 수관화로 전이되는 방식을 구명하고, 솎아베기, 가지치기 등 산림관리를 통해 수관화를 방지하기 위해서는 수관층의 연료 특성 분석을 통한 수관화 잠재성 평가 기법 마련이 요구된다.
대구 팔공산의 소나무 임분을 대상으로 10본의 소나무를 벌채하고, 수간, 가지, 잎 부분의 고사여부와 가지의 굵기 별로 구분하여 무게를 측정한 이유는?
수관화 위험성 평가에 필요한 소나무 수관층 연료특성을 분석하기 위해 수관 부위별로 연료량을 추정할 수 있는 상대생장식을 개발하고, 수관연료밀도를 분석하였다. 이를 위해 대구 팔공산의 소나무 임분을 대상으로 10본의 소나무를 벌채하고, 수간, 가지, 잎 부분의 고사여부와 가지의 굵기 별로 구분하여 무게를 측정하였다.
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