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문제 정의
- 연구대상 조경수종의 생체량 확장계수, 지하부/지상부 비율 등은 동일 성상의 산림수목과 상이하였다. 본 연구는 도시 조경 수의 직접 벌목과 근굴취의 난이성에 기인하여 산림수목의 관련 계수를 대용한 기존 연구의 오류를 개선할 수 있는 초석을 마련하였다. 본 결과는 정부나 기업의 도시녹지 사업과 관련하여 조경수목의 탄소저감을 평가하는 공공기반기술로서 유용할 것으로 기대한다.
- 기존의 관련 연구도 대부분 직접수확법이 아닌 간접적인 접근방법을 통해 수행한 것으로서 잠재적 오류의 검증과 보완을 필요로 한다. 본 연구는 중부지방 도시에 흔히 식재하는 5개의 향토 조경수종을 대상으로 직접수확법에 의해 개체당 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별로 탄소저장량과 탄소흡수량을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하여 도시녹지의 탄소저감을 구명하는데 필요한 기반정보를 구축하였다. 연구대상 수종은 관련 정보가 전무한 이팝나무, 살구나무, 전나무, 산수유, 주목 등이었다.
- 이들 조경수종의 탄소저장 및 흡수에 관한 확대 연구는 도시 전체의 식재수목에 의한 탄소저감 효과를 구명하는데 필요하다. 본 연구의 목적은 중부지방 도시에 흔히 식재하는 5개의 향토 조경수종을 대상으로 직접수확법에 의해 개체당 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별로 탄소저장량과 탄소흡수량을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하여 도시녹지의 탄소저감을 구명하는데 필요한 기반정보를 구축하는 것이다. 본 논문에서 탄소저장량은 수목이 생장하면서 여러 해에 걸쳐 축적한 총량을, 탄소흡수량은 수목이 한 해 동안 흡수한 양을 각각 의미한다.
제안 방법
- 수종별로 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 줄기 직경 크기를 고려하여 정상 생장하는 총 50개체의 수목을 구입하고 현장에서 근굴취를 포함하는 직접수확법에 의해 개체당 부위별 생중량을 측정하였다. 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분하여 채취한 표본을 건조시킨 후, 해당 개체의 부위별 및 전체 생체량을 측정하여 탄소저장량을 산출하였다. 수종에 따라 흉고직경 또는 근원직경 부위의 줄기 원판을 채취하여, 직경 생장을 분석하고 탄소흡수량을 산정하였다.
- 구입한 수목은 낙엽 전인 9월 초순~하순에 현장에서 직접 굴취하여 줄기, 가지, 잎, 뿌리로 구분한 부위별 생중량을 실측하였다(Figure 1 참조). 굴취 시 직경, 수관폭, 수고 등 각 개체의 크기를 측정하고, 수종별 3개소씩 생장공간의 토양을 채취하여 Korean Institute of Agricultural Science and Technology(2000)의 토양분석방법에 따라 생장기반의 물리화학적 특성을 분석하였다.
- 구입한 수목은 낙엽 전인 9월 초순~하순에 현장에서 직접 굴취하여 줄기, 가지, 잎, 뿌리로 구분한 부위별 생중량을 실측하였다(Figure 1 참조). 굴취 시 직경, 수관폭, 수고 등 각 개체의 크기를 측정하고, 수종별 3개소씩 생장공간의 토양을 채취하여 Korean Institute of Agricultural Science and Technology(2000)의 토양분석방법에 따라 생장기반의 물리화학적 특성을 분석하였다. 현장굴취 및 생중량 측정은 Korea Forest Research Institute(2007)의 바이오매스 조사ㆍ분석 표준방법을 부분적으로 참조해 수행하였으며, 그 구체적 방법은 Table 1과 같다.
- 5를 곱하여 탄소흡수량으로 전환하였다. 그리고, 직경, 수고 등을 독립변수로 반복적인 선형 및 비선형 접근을 시도하여, 수종별 생장에 따른 단목의 탄소흡수량을 추정하는 가장 적합한 회귀 식과 변수를 도출하였다.
- 직경을 독립변수로 생장에 따른 수종별 단목의 탄소저장 및 흡수를 산출하는 활용 용이한 계량모델을 유도하였다. 또한, 수종별 생체량 확장계수, 지하부/지상부 비율, 직경생장 등 생장특성 관련 부진한 실측 정보도 구축하였다.
- 또한, 상기한 직경의 이팝나무, 살구나무 및 산수유 한 그루는 6~10L의 휘발유 소비, 그리고 전나무와 주목의 경우는 1~3L의 휘발유 소비로부터 배출되는 탄소량을 해마다 상쇄하는 역할을 담당하였다. 본 결과는 대상 수종의 탄소저장 및 흡수와 관련된 기존 연구가 부재하여 직접적으로 비교 고찰할 수 없었으나, 타 낙엽성 및 상록성 조경수의 경우와 비교하여 탄소저감 관련 조경식재에 필요한 정보를 제공하였다.
- 01g 단위까지 생체량을 측정하였다. 부위별 표본의 생중량 대비 생체량의 비를 산출하고, 이를 해당 개체의 생중량에 적용하여 단목의 부위별 및 전체 생체량을 산정하였다.
- 생중량 대비 건중량(이하 생체량으로 지칭)을 산정하기 위하여 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등 부위별로 생체량 환산용 표본을 채취하고, 현장에서 10g 단위까지 생중량을 측정하였다. 즉, 이팝나무, 살구나무 및 전나무의 줄기는 2m 간격으로, 수고 2m 이하의 소형 수목표본을 포함하는 산수유와 주목의 경우는 1m 간격으로 두께 5~10cm의 원판을 채취하였다.
- 생체량 산정결과에 근거하여 수종별 생장에 따른 단목의 탄소저장량을 용이하게 추정하는 계량모델을 유도하였다. 즉, 수목의 목질부 및 잎의 평균 탄소함량은 생체량의 약 50%이므로 (Ovington, 1956; Reichle et al.
- 생체량 환산용 표본은 85℃ 하 건조기에서 무게가 더 이상 감소하지 않는 항량이 될 때까지 완전히 건조시킨 후, 3kg 용 전자저울로 0.01g 단위까지 생체량을 측정하였다.
- 수종별로 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 줄기 직경 크기를 고려하여 정상 생장하는 총 50개체의 수목을 구입하고 현장에서 근굴취를 포함하는 직접수확법에 의해 개체당 부위별 생중량을 측정하였다. 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분하여 채취한 표본을 건조시킨 후, 해당 개체의 부위별 및 전체 생체량을 측정하여 탄소저장량을 산출하였다.
- 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분하여 채취한 표본을 건조시킨 후, 해당 개체의 부위별 및 전체 생체량을 측정하여 탄소저장량을 산출하였다. 수종에 따라 흉고직경 또는 근원직경 부위의 줄기 원판을 채취하여, 직경 생장을 분석하고 탄소흡수량을 산정하였다. 직경을 독립변수로 생장에 따른 수종별 단목의 탄소저장 및 흡수를 산출하는 활용 용이한 계량모델을 유도하였다.
- 이팝나무, 살구나무 및 전나무는 지상 1.2m의 흉고부위에서, 산수유와 주목은 근원부에서 각각 두께 5~10cm의 줄기 원판을 채취하고, 즉시 이중 비닐백에 넣어 실험실로 운반한 후 수종별 수령과 연간 직경생장률을 분석하였다. 원판 두께는 Korea Forest Research Institute(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다.
- 중부지방의 식재공간과 조경수 농장을 현장 답사하여, 연구목표에 부합하는 개방 생장한 수목으로서 수종별로 각각 10개체씩, 총 50개체를 구입하였다. 즉, 수종별로 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 직경 크기를 고려하고, 해당 수종 고유의 수형을 유지하면서 수관 등이 정상적으로 생장한 개체를 굴취수목으로 선정하였다. 굴취수목 개체수의 결정은 수목 구입이나 측정과정에서 소요되는 비용 및 시간과 표본수의 충분한 확보라는 대립적 양 측면을 가감 조정한 것이다.
- 직경생장률을 바탕으로 연간 증가된 생체량을 구하고, 이를 탄소량으로 전환하여 각 개체의 탄소흡수량을 산정하였다. 즉, 연간 직경생장률을 이용 하여 전년도의 직경을 구하고, 이 직경변수를 생체량 산정식에 대입하여 전년도의 생체량을 산출하였다. 현년도의 생체량에서 전년도의 생체량을 제감하여 생체량의 연간 증가량을 산정하였다(Nowak, 1994; Jo, 2002).
- 원판 두께는 Korea Forest Research Institute(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다. 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 분석한 생장률을 평균하여 산출하였다. 직경생장률을 바탕으로 연간 증가된 생체량을 구하고, 이를 탄소량으로 전환하여 각 개체의 탄소흡수량을 산정하였다.
- 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 분석한 생장률을 평균하여 산출하였다. 직경생장률을 바탕으로 연간 증가된 생체량을 구하고, 이를 탄소량으로 전환하여 각 개체의 탄소흡수량을 산정하였다. 즉, 연간 직경생장률을 이용 하여 전년도의 직경을 구하고, 이 직경변수를 생체량 산정식에 대입하여 전년도의 생체량을 산출하였다.
- 근원직경 10cm인 주목의 탄소흡수량은 동일 수령인 전나무의 약 12%에 불과하였다. 흉고직경 10cm인 이팝나무, 살구나무 및 전나무 한 그루는 3~10L의 휘발유 소비, 그리고 근원직경 10cm인 산수유 및 주목은 1~6L의 휘발유 소비로부터 배출되는 탄소량을 해마다 상쇄하는 탄소흡수원 역할을 담당하였다.
대상 데이터
- 도시 조경수종의 탄소저장 및 흡수(Jo and Ahn, 2012; Jo et al., 2013b), 식재현황(Bang and Lee, 1995; Jo et al., 1998a; 1998b; Park and Kang, 2010) 등의 선행연구를 검토하여, 중부지방에 흔히 식재하는 향토 조경수종 중 탄소저장 및 흡수 연구가 부재하는 5개 교목종을 연구대상 수종으로 선정하였다. 즉, 선정 수종은 이팝나무, 살구나무, 전나무, 산수유 및 주목이 었다.
- 연구대상 굴취수목은 이팝나무와 전나무의 경우 포천, 살구나무와 산수유는 충주, 주목은 홍천 등의 가로변이나 조경수 농장에 식재된 것이었다. 수종별 흉고직경은 이팝나무 3.
- 본 연구는 중부지방 도시에 흔히 식재하는 5개의 향토 조경수종을 대상으로 직접수확법에 의해 개체당 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별로 탄소저장량과 탄소흡수량을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하여 도시녹지의 탄소저감을 구명하는데 필요한 기반정보를 구축하였다. 연구대상 수종은 관련 정보가 전무한 이팝나무, 살구나무, 전나무, 산수유, 주목 등이었다.
- 즉, 선정 수종은 이팝나무, 살구나무, 전나무, 산수유 및 주목이 었다. 중부지방의 식재공간과 조경수 농장을 현장 답사하여, 연구목표에 부합하는 개방 생장한 수목으로서 수종별로 각각 10개체씩, 총 50개체를 구입하였다. 즉, 수종별로 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 직경 크기를 고려하고, 해당 수종 고유의 수형을 유지하면서 수관 등이 정상적으로 생장한 개체를 굴취수목으로 선정하였다.
- , 1998a; 1998b; Park and Kang, 2010) 등의 선행연구를 검토하여, 중부지방에 흔히 식재하는 향토 조경수종 중 탄소저장 및 흡수 연구가 부재하는 5개 교목종을 연구대상 수종으로 선정하였다. 즉, 선정 수종은 이팝나무, 살구나무, 전나무, 산수유 및 주목이 었다. 중부지방의 식재공간과 조경수 농장을 현장 답사하여, 연구목표에 부합하는 개방 생장한 수목으로서 수종별로 각각 10개체씩, 총 50개체를 구입하였다.
- 생중량 대비 건중량(이하 생체량으로 지칭)을 산정하기 위하여 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등 부위별로 생체량 환산용 표본을 채취하고, 현장에서 10g 단위까지 생중량을 측정하였다. 즉, 이팝나무, 살구나무 및 전나무의 줄기는 2m 간격으로, 수고 2m 이하의 소형 수목표본을 포함하는 산수유와 주목의 경우는 1m 간격으로 두께 5~10cm의 원판을 채취하였다. 뿌리는 그루터기와 타 부위로 구분하여 각각 1~3kg을, 가지는 해당 수목의 굵은 가지, 중간 가지 및 가는 가지의 구성비를 고려하여 이들을 골고루 섞어 1~2kg을, 그리고 잎은 약 1kg을 채취하였다.
이론/모형
- 2m의 흉고부위에서, 산수유와 주목은 근원부에서 각각 두께 5~10cm의 줄기 원판을 채취하고, 즉시 이중 비닐백에 넣어 실험실로 운반한 후 수종별 수령과 연간 직경생장률을 분석하였다. 원판 두께는 Korea Forest Research Institute(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다. 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 분석한 생장률을 평균하여 산출하였다.
- 굴취 시 직경, 수관폭, 수고 등 각 개체의 크기를 측정하고, 수종별 3개소씩 생장공간의 토양을 채취하여 Korean Institute of Agricultural Science and Technology(2000)의 토양분석방법에 따라 생장기반의 물리화학적 특성을 분석하였다. 현장굴취 및 생중량 측정은 Korea Forest Research Institute(2007)의 바이오매스 조사ㆍ분석 표준방법을 부분적으로 참조해 수행하였으며, 그 구체적 방법은 Table 1과 같다.
성능/효과
- 96 이상으로 적합도가 높았다. Y 절편 및 직경의 회귀계수도 t 검정 결과 모두 1% 수준에서 유의성을 보였다. 한편, 독립변수로서 직경뿐만 아니라, 수고, 수관폭 등을 포함하는 계량모델을 유도한 결과, 유의한 F값과 양호한 설명력을 보였으나, 수고나 수관폭의 회귀계수가 5% 수준에서 유의하지 않았다.
- 계량모델은 모두 F 검정 결과 통계적으로 유의하였고(p<0.0001), r2는 최소 0.92 이상으로서 적합도가 높았다.
- 5를 곱하여 탄소저장량으로 전환하였다. 그리고, 직경, 수고 등을 독립변수로 반복적인 선형 및 비선형 접근을 시도하여, 탄소저장량을 산정하는 가장 적합한 회귀식과 변수를 최종 도출하였다.
- , 2013b)보다 많았으나, 14cm 이상의 직경에서는 이들 수종보다 적었다. 근원직경 10cm인 산수유와 주목의 수령은 각각 13년 및 25년으로서, 탄소저장량은 동일 수령의 전나무에 비해 산수유는 약 30%, 주목은 88% 적었다. 휘발유 10L 의 소비는 약 5.
- 99 범위로서 적합도가 높았으며, Y 절편과 직경의 회귀계수도 1% 수준에서 유의성을 보였다. 단 목의 탄소저장량 및 흡수량은 모두 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이도 직경이 커질수록 증가하는 경향이 었다. 흉고직경 10cm인 단목의 탄소저장량 및 흡수량은 이팝나무가 각각 20.
- 2013b). 본 연구대상의 이팝나무, 살구나무 및 전나무의 흉고직경 생장률은 상기 국내 조경수종에 비해 8~44% 낮은 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 도출한 수종별 탄소저장 및 흡수를 산정하는 10개 계량모델의 r 2은 0.92~0.99 범위로서 적합도가 높았으며, Y 절편과 직경의 회귀계수도 1% 수준에서 유의성을 보였다. 단 목의 탄소저장량 및 흡수량은 모두 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이도 직경이 커질수록 증가하는 경향이 었다.
- Table 6은 상기의 계량모델을 적용하여 산정한 수종 및 직경별 탄소저장량을 나타낸다. 수목 1주당 탄소저장량은 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이는 직경이 커질수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 증가할 때마다 수종별 탄소저장량은 최소 1.
- Table 8은 상기의 계량모델을 적용하여 산정한 수종 및 직경별 탄소흡수량을 나타낸다. 수목 1주당 탄소흡수량은 탄소저장량의 경우와 유사하게 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 흡수량의 차이도 직경이 커질수록 증가하는 경향이었다. 즉, 직경이 2cm 증가할 때마다 수종별 탄소흡수량은 최소 1.
- 수종별 계량모델은 모두 F 검정 결과 통계적으로 유의하였고(p<0.0001), r2는 최소 0.96 이상으로 적합도가 높았다.
- 연구대상 조경수종의 생체량 확장계수, 지하부/지상부 비율 등은 동일 성상의 산림수목과 상이하였다. 본 연구는 도시 조경 수의 직접 벌목과 근굴취의 난이성에 기인하여 산림수목의 관련 계수를 대용한 기존 연구의 오류를 개선할 수 있는 초석을 마련하였다.
- 수목부위별 생체량 점유비는 개체에 따라 다소 차이는 있으나, 이 팝나무, 살구나무 및 산수유는 평균적으로 줄기가 39~44%로서 가장 많았고, 다음으로 뿌리 27~31%, 가지 18~28%, 잎 3~12% 등의 순이었다. 전나무는 줄기 33%, 가지 31%, 잎 21%, 뿌리 16% 등의 순이었으며, 주목의 경우 뿌리 34%, 가지 27%, 줄기 25%, 잎 14% 등의 순이었다. 전나무의 뿌리 비율은 타수종의 경우보다 적었는데, 이는 단근처리 후 2년 동안 생장한 개체들이기 때문인 것으로 분석된다.
- 수목 1주당 탄소저장량은 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이는 직경이 커질수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 증가할 때마다 수종별 탄소저장량은 최소 1.3~최대 2.8배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 수종별로는 흉고직경 10cm 기준 이팝나무가 20.
- 수목 1주당 탄소흡수량은 탄소저장량의 경우와 유사하게 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 흡수량의 차이도 직경이 커질수록 증가하는 경향이었다. 즉, 직경이 2cm 증가할 때마다 수종별 탄소흡수량은 최소 1.2~최대 2.1배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 수종별로는 흉고직경 10cm 기준 이팝나무가 5.
- Y 절편 및 직경의 회귀계수도 t 검정 결과 모두 1% 수준에서 유의성을 보였다. 한편, 독립변수로서 직경뿐만 아니라, 수고, 수관폭 등을 포함하는 계량모델을 유도한 결과, 유의한 F값과 양호한 설명력을 보였으나, 수고나 수관폭의 회귀계수가 5% 수준에서 유의하지 않았다. 수고를 포함하는 계량모델이 통계적으로 유의하더라도, 현장조사 시 수고의 정확한 측정이 곤란하기 때문에 직경 만을 이용한 경우보다 오히려 추정오차가 클 수도 있다(Whittaker and Marks, 1975; Park and Lee, 1990).
후속연구
- 본 연구는 도시 조경 수의 직접 벌목과 근굴취의 난이성에 기인하여 산림수목의 관련 계수를 대용한 기존 연구의 오류를 개선할 수 있는 초석을 마련하였다. 본 결과는 정부나 기업의 도시녹지 사업과 관련하여 조경수목의 탄소저감을 평가하는 공공기반기술로서 유용할 것으로 기대한다. 향후, 남부지방을 포함하는 다양한 생장환경의 조경수를 대상으로 추가 연구를 수행하여 본 결과의 고찰과 더불어 조경분야의 저탄소 녹색성장에 일조할 필요가 있다.
- 수고를 포함하는 계량모델이 통계적으로 유의하더라도, 현장조사 시 수고의 정확한 측정이 곤란하기 때문에 직경 만을 이용한 경우보다 오히려 추정오차가 클 수도 있다(Whittaker and Marks, 1975; Park and Lee, 1990). 본 연구에서 제시한 계량모델은 직경 만을 측정하여 수종별 단목의 탄소저장량을 용이하게 산정하는데 활용할 수 있다.
- 본 결과는 정부나 기업의 도시녹지 사업과 관련하여 조경수목의 탄소저감을 평가하는 공공기반기술로서 유용할 것으로 기대한다. 향후, 남부지방을 포함하는 다양한 생장환경의 조경수를 대상으로 추가 연구를 수행하여 본 결과의 고찰과 더불어 조경분야의 저탄소 녹색성장에 일조할 필요가 있다.
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