중부지방 소나무와 참나무류의 반경생장량과 지형, 기후 인자의 관계 The Relationship Between Tree Radial Growth and Topographic and Climatic Factors in Red Pine and Oak in Central Regions of Korea원문보기
본 연구는 한국 중부지방의 소나무와 참나무류의 생장에 기후와 지형인자가 미치는 영향을 분석하였다. 입목의 반경생장량과 기상 인자간의 관계를 규명하기 위해 수목의 목편을 채취하고 연년반경생장량을 측정하였다. 본 연구에서는 연년반경생장량이 기본적으로 수령에 영향을 받는다고 가정하여 수령을 독립변수로 하는 생장량을 추정하고 이를 기반으로 수령 30년 일때의 생장량을 표준생장량으로 정의하여 추정하였다. 표준생장량의 공간분석을 통해 소나무 생장의 공간적인 변이성을 발견하였으며, Generalized Additive Model(GAM) 통해 지형 및 기상인자와 표준 생장량간의 관계를 밝힐 수 있었다. 기온상승은 소나무 생장에는 부(-)의 영향을 참나무에는 양(+)의 영향을 주며, 강수량 증가는 두 수종 모두에게 부(-)의 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, 표준생장량과 지형 및 기상 인자간의 관계식을 GIS기반 임상도의 소나무와 참나무류 공간분포에 적용하여 기온상승에 대한 소나무와 참나무류의 공간분포변화를 예측하였다. 이를 통해 우리나라의 소나무는 참나무류에 비해 기후변화에 취약하며, 60년 이후에는 동해안 및 남부지역을 중심으로 대부분의 소나무림이 참나무류림으로 대체될 것으로 예측되었다.
본 연구는 한국 중부지방의 소나무와 참나무류의 생장에 기후와 지형인자가 미치는 영향을 분석하였다. 입목의 반경생장량과 기상 인자간의 관계를 규명하기 위해 수목의 목편을 채취하고 연년반경생장량을 측정하였다. 본 연구에서는 연년반경생장량이 기본적으로 수령에 영향을 받는다고 가정하여 수령을 독립변수로 하는 생장량을 추정하고 이를 기반으로 수령 30년 일때의 생장량을 표준생장량으로 정의하여 추정하였다. 표준생장량의 공간분석을 통해 소나무 생장의 공간적인 변이성을 발견하였으며, Generalized Additive Model(GAM) 통해 지형 및 기상인자와 표준 생장량간의 관계를 밝힐 수 있었다. 기온상승은 소나무 생장에는 부(-)의 영향을 참나무에는 양(+)의 영향을 주며, 강수량 증가는 두 수종 모두에게 부(-)의 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, 표준생장량과 지형 및 기상 인자간의 관계식을 GIS기반 임상도의 소나무와 참나무류 공간분포에 적용하여 기온상승에 대한 소나무와 참나무류의 공간분포변화를 예측하였다. 이를 통해 우리나라의 소나무는 참나무류에 비해 기후변화에 취약하며, 60년 이후에는 동해안 및 남부지역을 중심으로 대부분의 소나무림이 참나무류림으로 대체될 것으로 예측되었다.
This study analyzed the impact of climatic and topographic factors on tree radial growth of Pinus densiflora and Quercus spp. in central regions of Korea. To find the relationship between annual tree radial growth and climatic factors, we took the core samples from individual trees and measured the ...
This study analyzed the impact of climatic and topographic factors on tree radial growth of Pinus densiflora and Quercus spp. in central regions of Korea. To find the relationship between annual tree radial growth and climatic factors, we took the core samples from individual trees and measured the tree radial width. On the assumption that the tree radial growth is related to the tree age, we estimated the radial growth by the tree age as an independent variable. Also, we estimated the standard growth, defined as the radial growth of trees aged 30. As results, we found the spatial auto-correlation in the radial growth of the red pine. Moreover, we also found the relationships between climatic and topographic and the standard growth using the GAM (Generalized Additive Model). Increase of temperature has negative impacts on the radial growth of Pinus densiflora, while it has positive impacts on the radial growth of Quercus spp.. On the other hands, increase of precipitation has negative impacts on the radial growth of both species. Lastly, we predicted the spatial distribution changes of Pinus densiflora and Quercus spp. using the temperature increase scenario and the Geographic Information System (GIS) based forest type map. We could predict that Pinus densiflora is more vulnerable than Quercus spp. to climate change so that the habitats of Pinus densiflora will be gradually changed to the habitats of Quercus spp. in eastern coastal and southern regions of Korea after 60 years.
This study analyzed the impact of climatic and topographic factors on tree radial growth of Pinus densiflora and Quercus spp. in central regions of Korea. To find the relationship between annual tree radial growth and climatic factors, we took the core samples from individual trees and measured the tree radial width. On the assumption that the tree radial growth is related to the tree age, we estimated the radial growth by the tree age as an independent variable. Also, we estimated the standard growth, defined as the radial growth of trees aged 30. As results, we found the spatial auto-correlation in the radial growth of the red pine. Moreover, we also found the relationships between climatic and topographic and the standard growth using the GAM (Generalized Additive Model). Increase of temperature has negative impacts on the radial growth of Pinus densiflora, while it has positive impacts on the radial growth of Quercus spp.. On the other hands, increase of precipitation has negative impacts on the radial growth of both species. Lastly, we predicted the spatial distribution changes of Pinus densiflora and Quercus spp. using the temperature increase scenario and the Geographic Information System (GIS) based forest type map. We could predict that Pinus densiflora is more vulnerable than Quercus spp. to climate change so that the habitats of Pinus densiflora will be gradually changed to the habitats of Quercus spp. in eastern coastal and southern regions of Korea after 60 years.
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문제 정의
본 연구는 소나무와 참나무류의 생장반응을 지형 및 기상인자와의 영향관계 분석을 통해 밝히고, 이를 기반으로 소나무와 참나무류의 공간 상관성 및 공간 분포의 변화를 예측해 보고자 수행되었다. 이에 생장량과 수령의 관계식을 통하여 표준생장량을 추정하였으며, 통계분석을 통하여 표준생장량과 TWI, 기온, 강수간의 영향관계를 분석하 였다.
입목의 생장은 일반적으로 연령, 밀도 및 경쟁, 지형, 토양등과 연관된 지위, 기온, 강수, 습도와 같은 기상인자에 의해 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 주요수종인 소나무 및 참나무류에 대해 입목생장과 수령, 지형 및 기상인자등과의 영향 관계를 구명하고 이를 기초로 소나무 생장의 공간 변이성을 예측하고자 하였다.
가설 설정
또한 본 연구에서는 이러한 표준생장량이 Topography Wetness Index(TWI)(Ramus and Jan, 2007), 기온(T), 강수량(P)에 영향을 받는다는 것을 가정하여 Generalized Additive Models(GAM)를 이용하여 다음과 같은 모델을 적용하였다.
본 연구에서는 개체목의 연년 반경 생장량은 기본적으로 수령에 영향을 받는다는 것으로 가정하여 다음과 같은 반경생장 모델을 구축하였다.
제안 방법
2008년도에는 이 채취된 목편을 측정하여 연륜생장 DB를 마련하였다(산림청, 2008b). 본 연구에서는 경기, 강원, 충청남북도의 중부지역을 선정하여 소나무 1,042본, 참나무 2,170본에 대한 생장량과 지형 및 기상인자 간 연관성 분석을 실시하였다. 각 개체목에 대한 생장 인자와 기후인자 등에 대한 개괄적인 내용을 Table 1에 나타내었다.
수목의 생장에 영향을 미치는 다양한 환경 인자에 의해 생장량의 변화가 다르므로 어떤 수령에 대한 반경생장량을 기준으로 하여 동등한 생장량으로 표준화 하고자, 수령 30년일때의 반경생장량을 다음과 같이 표준생장량(Standard Growth:SG)라 하였다.
본 연구는 소나무와 참나무류의 생장반응을 지형 및 기상인자와의 영향관계 분석을 통해 밝히고, 이를 기반으로 소나무와 참나무류의 공간 상관성 및 공간 분포의 변화를 예측해 보고자 수행되었다. 이에 생장량과 수령의 관계식을 통하여 표준생장량을 추정하였으며, 통계분석을 통하여 표준생장량과 TWI, 기온, 강수간의 영향관계를 분석하 였다. 기온상승은 소나무에는 부(-)의 영향을 주는 것으로 나타나, 소나무가 참나무류에 비해 기온에 취약하다는 사실을 확인하였다.
각 개체목에 대한 생장 인자와 기후인자 등에 대한 개괄적인 내용을 Table 1에 나타내었다. 측정된 목편 연륜폭 자료를 기반으로 최근 10 년간의 평균생장량을 반경생장량으로하여 분석을 실시하였다. 중부 지역에 대한 과거 기상자료는 기상청에서 제공하는 전국 74개 관측지점에서의 일별 관측자료를 바탕으로 마련되었다.
04°C 만큼 증가한다고 예상하면 많은 소나무림이 참나무류림으로 대체될 수 있다고 예상할 수 있다. 표준생장과 지형 및 기상 인자간의 관계식을 GIS기반 임상도의 소나무와 참나무류 공간분포에 적용하여 기온상승에 대한 소나무와 참나무 류의 공간분포변화를 예측하였다. Table 4는 소나무가 쇠퇴하여 사라질 때 어느 정도의 기간이 소요되는지 지체기간을 나타내었다.
대상 데이터
2007년도에 국가산림자원조사를 통해 전국에 4 km간격으로 배치된 표본점에 대해 현지조사를 하고 목편시료를 채취하였다. 2008년도에는 이 채취된 목편을 측정하여 연륜생장 DB를 마련하였다(산림청, 2008b).
측정된 목편 연륜폭 자료를 기반으로 최근 10 년간의 평균생장량을 반경생장량으로하여 분석을 실시하였다. 중부 지역에 대한 과거 기상자료는 기상청에서 제공하는 전국 74개 관측지점에서의 일별 관측자료를 바탕으로 마련되었다. 관측지점과 미관측지점간의 거리와 관측치를 반비례관계로 하여 미관측지점들에 대한 추정치를 계산하는 거리자승역가산가중(IDSW, Inverse Distance Squared Weighting)기법을 적용하여 기상공간 분포자료를 제작하였다(Choi et al.
데이터처리
Gauss-Newton 반복 방법으로 SAS의 비선형회귀분석(NLIN Procedure)과 상관분석을 이용하여 아래와 같이 생장량과 수령의 관계식에 대한 계수의 각 통계값들을 도출 하고, 수령에 대한 생장추세를 확인 하고자 생장추정곡선을 나타내었다(SAS Institute, 1998).
통계프로그램인 SAS를 이용하여 반경생장량과 수령간의 관계식을 추정하고 SPLUS를 이용하여 공간 상관성을 분석하고 Variogram을 작성하였다.
이론/모형
중부 지역에 대한 과거 기상자료는 기상청에서 제공하는 전국 74개 관측지점에서의 일별 관측자료를 바탕으로 마련되었다. 관측지점과 미관측지점간의 거리와 관측치를 반비례관계로 하여 미관측지점들에 대한 추정치를 계산하는 거리자승역가산가중(IDSW, Inverse Distance Squared Weighting)기법을 적용하여 기상공간 분포자료를 제작하였다(Choi et al., 2009). Choi et al.
성능/효과
이는 고온에 따른 토양수분의 감소와 이로 인한 수분 스트레스가 임목의 생육에 영향을 미치는 것으로 사료된다(이상태 등, 2009). 또한, 강수량의 증가는 두 수종 모두에게 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
이에 생장량과 수령의 관계식을 통하여 표준생장량을 추정하였으며, 통계분석을 통하여 표준생장량과 TWI, 기온, 강수간의 영향관계를 분석하 였다. 기온상승은 소나무에는 부(-)의 영향을 주는 것으로 나타나, 소나무가 참나무류에 비해 기온에 취약하다는 사실을 확인하였다. 강수량의 증가는 두 수종 모두에게 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
기온이 매년 0.04°C씩 증가한다고 가정하였을 때, 60년 이후에는 동해안 인근지역과 남부 내륙지방을 시작하는 것으로 분석되었다.
강수량의 증가는 두 수종 모두에게 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 두 수종의 공간적 상관성을 비교해 본 결과, 소나무는 지역별로 생장의 변이를 보일 수 있는 반면, 참나무는 공간적인 상관성이 미미한 것으로 나타났다. 기온이 매년 0.
이는 고온에 따른 토양수분의 감소와 이로 인한 수분 스트레스가 임목의 생육에 영향을 미치는 것으로 사료된다(이상태 등, 2009). 또한, 강수량의 증가는 두 수종 모두에게 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
앞의 표준생장량과 기상인자와의 관계규명을 위한 GAM 분석에서 소나무 생장은 기온에 대해 부(-)의 영향을 준다는 통계적인 결과를 통하여, 생장에 큰 영향은 미치지 않지만 소나무가 참나무류에 비해서는 기온에 취약하다는 사실을 알 수 있었다. 기온이 매년 평균 0.
SG값들과 TWI, 기온, 강수간의 영향관계를 GAM을 통해 분석하여 Table 3과 같은 결과를 얻었다. 이를 보면, 기온상승은 소나무에는 부정적인 영향을 주는 반면, 참나무 에는 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 이는 고온에 따른 토양수분의 감소와 이로 인한 수분 스트레스가 임목의 생육에 영향을 미치는 것으로 사료된다(이상태 등, 2009).
후속연구
이러한 소나무 및참나무류의 생장에 미치는 인자별 특성에 대한 분석 결과는 향후 소나무 및 참나무류의 식재 및 갱신에 참조자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 이 연구의 모형을 토대로 지리형태학적인 공간정보를 이용하면 소나무와 참나무류 뿐만 아니라 모든 수종의 공간적 분포패턴을 밝히는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 더 나아가서는 장기적인 산림경영측면에서도 지형정보에 따라 출현 가능성이 있는 수종의 예측이 가능하여 그 위치에 적당한 조림수종을 선택하는데 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
04°C씩 증가한다고 가정하였을 때, 60년 이후에는 동해안 인근지역과 남부 내륙지방을 시작하는 것으로 분석되었다. 이러한 소나무 및참나무류의 생장에 미치는 인자별 특성에 대한 분석 결과는 향후 소나무 및 참나무류의 식재 및 갱신에 참조자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 이 연구의 모형을 토대로 지리형태학적인 공간정보를 이용하면 소나무와 참나무류 뿐만 아니라 모든 수종의 공간적 분포패턴을 밝히는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 더 나아가서는 장기적인 산림경영측면에서도 지형정보에 따라 출현 가능성이 있는 수종의 예측이 가능하여 그 위치에 적당한 조림수종을 선택하는데 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 소나무는 어떠한 인식을 가지고 있는가?
우리나라의 여러 수종 중 소나무는 양질의 목제품과 문화적인 가치로서 우리나라에서 가장 중요한 수종 중 하나로 인식되고 있다. 소나무는 개벌 후 자연적으로 갱신되 거나 식재되어 우리나라 산림면적의 27%가량을 차지하고 있다.
도시 속의 산림은 어떠한 기능을 제공하고 있는가?
지구면적의 약 1/3 정도를 차지하는 산림은 지구 전체 광합성의 2/3가량을 담당하고 있으며(산림청, 2007), 도시 속의 산림은 탄소흡수, 공기정화, 기온조절 등을 통해 쾌적한 생활공간을 제공하고 있다(김순아 등, 2009). 국토면적의 65%를 차지하고 있는(산림청, 2008a) 우리나라에서는 기후 및 환경변화에 따른 산림생장 및 분포의 변화가 중요하게 인식되고 있다.
소나무와 참나무류의 생장반응을 지형 및 기상인자와의 영향관계를 분석한 결과는 어떠한가?
이에 생장량과 수령의 관계식을 통하여 표준생장량을 추정하였으며, 통계분석을 통하여 표준생장량과 TWI, 기온, 강수간의 영향관계를 분석하 였다. 기온상승은 소나무에는 부(-)의 영향을 주는 것으로 나타나, 소나무가 참나무류에 비해 기온에 취약하다는 사실을 확인하였다. 강수량의 증가는 두 수종 모두에게 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 두 수종의 공간적 상관성을 비교해 본 결과, 소나무는 지역별로 생장의 변이를 보일 수 있는 반면, 참나무는 공간적인 상관성이 미미한 것으로 나타났다. 기온이 매년 0.04°C씩 증가한다고 가정하였을 때, 60년 이후에는 동해안 인근지역과 남부 내륙지방을 시작하는 것으로 분석되었다. 이러한 소나무 및참나무류의 생장에 미치는 인자별 특성에 대한 분석 결과는 향후 소나무 및 참나무류의 식재 및 갱신에 참조자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 이 연구의 모형을 토대로 지리형태학적인 공간정보를 이용하면 소나무와 참나무류 뿐만 아니라 모든 수종의 공간적 분포패턴을 밝히는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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