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문제 정의
- 본 연구는 산불 피해지에서 복원 방법 및 수종의 구성에 따라 미세 기후가 어떻게 변하는지에 관한 연구는 거의 이루어진 바 없어 산불 피해지에서 복원 방법 및 임분의 구성에 따라 임분 내 기상 패턴이 어떻게 변화하는지에 대해 구명하고자 수행되었다. 본연구에서 사용된 독립 변수로 임분을 구성하는 수종의 종류와 생장, 임분 밀도, 그리고 피복율이며, 이에 따른 종속 변수로는 임분 내 광량, 기온, 습도, 토양 온도, 그리고 토양 수분 함량이었다.
- 본 연구는 산불 피해지에서 복원 방법과 임분의 수종 구성과 생장에 따라 임분 내 미세기후 패턴이 어떻게 변화하는지에 대해 구명하고자 수행하였다.
제안 방법
- 수집된 데이터중 삼척 산불피해지의 S-1 조사구의 토양 수분함량 데이터는 2013년 4월 이후부터 센서 이상으로 데이터 분석에서 제외하였다. 그리고 각 조사구에 대한 임분 조사는 매년 9월 중순에 조사하였으며, 조사 항목은 출현종, 임분 밀도, 수고, 근원경, 흉고직경이었다.
- 데이터로거 설치를 통해 측정된 기상자료는 광량(W m− 2), 기온(oC), 대기 중 상대 습도(relative humidity, %), 토양 온도(oC), 그리고 부피기준 토양 내수분 함량(Soil water content based on volume, %)이며, 각각 solar radiation, air temperature, humidity, soil temperature, soil water content 로 표와 그림에 제시하였다.
- 본 연구는 산불 피해지에서 복원 방법 및 수종의 구성에 따라 미세 기후가 어떻게 변하는지에 관한 연구는 거의 이루어진 바 없어 산불 피해지에서 복원 방법 및 임분의 구성에 따라 임분 내 기상 패턴이 어떻게 변화하는지에 대해 구명하고자 수행되었다. 본연구에서 사용된 독립 변수로 임분을 구성하는 수종의 종류와 생장, 임분 밀도, 그리고 피복율이며, 이에 따른 종속 변수로는 임분 내 광량, 기온, 습도, 토양 온도, 그리고 토양 수분 함량이었다. 기상 조건은 대부분 광 조건에 영향을 받는 종속 변수이나, 임분을 구성하는 수목의 생장과 피복률에도 변화하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 2011년 12월부터 2013년 12월까지 고성 산불 피해 지와 삼척 산불 피해지 내 자연 복원지와 인공 조림 지의 임분 내 기온과 습도, 토양 온도와 수분 함량, 그리고 광량을 조사한 결과를 Table 1에, 시간 경과에 따른 각 변수의 변화와 변동계수를 Fig. 2와 Fig. 3에 나타내었다.
- 데이터로거 설치를 통해 측정된 기상자료는 광량(W m− 2), 기온(oC), 대기 중 상대 습도(relative humidity, %), 토양 온도(oC), 그리고 부피기준 토양 내수분 함량(Soil water content based on volume, %)이며, 각각 solar radiation, air temperature, humidity, soil temperature, soil water content 로 표와 그림에 제시하였다. 각 데이터는 2011년 6월부터 2013년 6월까지 2년에 걸쳐 15분 간격으로 수집하였다. 수집된 데이터중 삼척 산불피해지의 S-1 조사구의 토양 수분함량 데이터는 2013년 4월 이후부터 센서 이상으로 데이터 분석에서 제외하였다.
- 조사구의 설정은 산불피해를 입은 지역 중 능선을 기준으로 2km 이내의 거리에서 복원방법별로 자연 복원지 3개 지점(G-2, G-3, S-1), 인공 조림지 2개 지점(G-1, S-2)으로 구분하여 각 조사구당 10×30m 규모로 설정하였다. 모든 조사구는 최종적으로 2000년에 산불 피해를 받은 지역으로 각 조사 지점은 능선을 중심으로 북쪽 사면과 남쪽 사면으로 약 10~30m 가량 떨어진 위치에 설정하였다. 해당 지역의 연평균 기온은 16.
- 본 연구 대상지는 강원도 고성군 죽왕면과 삼척시 원덕읍 소재의 국유림으로서 고성은 1996년과 2000년에, 삼척은 2000년에 산불 피해를 받았으며, 해안으로 부터 약 4km 가량 떨어져 있다. 고성 조사지의 모암은 화강암이며, 평균 해발고는 약 100m 이다.
- 각 데이터는 2011년 6월부터 2013년 6월까지 2년에 걸쳐 15분 간격으로 수집하였다. 수집된 데이터중 삼척 산불피해지의 S-1 조사구의 토양 수분함량 데이터는 2013년 4월 이후부터 센서 이상으로 데이터 분석에서 제외하였다. 그리고 각 조사구에 대한 임분 조사는 매년 9월 중순에 조사하였으며, 조사 항목은 출현종, 임분 밀도, 수고, 근원경, 흉고직경이었다.
- 임분내 기상자료를 측정하기 위해 데이터 로거(SU-4941, Ahlborn, German)를 각 조사구의 가운데 지점에 설치하였다. 데이터로거 설치를 통해 측정된 기상자료는 광량(W m− 2), 기온(oC), 대기 중 상대 습도(relative humidity, %), 토양 온도(oC), 그리고 부피기준 토양 내수분 함량(Soil water content based on volume, %)이며, 각각 solar radiation, air temperature, humidity, soil temperature, soil water content 로 표와 그림에 제시하였다.
- 조사구의 설정은 산불피해를 입은 지역 중 능선을 기준으로 2km 이내의 거리에서 복원방법별로 자연 복원지 3개 지점(G-2, G-3, S-1), 인공 조림지 2개 지점(G-1, S-2)으로 구분하여 각 조사구당 10×30m 규모로 설정하였다.
데이터처리
- 15분 단위로 측정된 기상 데이터는 SAS 9.2 와 SPSS 18.0을 이용하여 단위근 검정, 상관분석, 회귀분석을 실시하였다. 기온, 습도, 토양 온도와 토양 수분 함량은 실측 데이터, 일 평균값, 월 평균값, 연 평균값을 사용하였으며, 일사량의 경우 일 평균 합계를 기본으로 사용하였다.
- 기온, 습도, 토양 온도와 토양 수분 함량은 실측 데이터, 일 평균값, 월 평균값, 연 평균값을 사용하였으며, 일사량의 경우 일 평균 합계를 기본으로 사용하였다. 각 측정값에 대한 상관 분석 이후, 상관성이 높은 데이터를 활용하여 회귀 분석을 실시하였다.
- 0을 이용하여 단위근 검정, 상관분석, 회귀분석을 실시하였다. 기온, 습도, 토양 온도와 토양 수분 함량은 실측 데이터, 일 평균값, 월 평균값, 연 평균값을 사용하였으며, 일사량의 경우 일 평균 합계를 기본으로 사용하였다. 각 측정값에 대한 상관 분석 이후, 상관성이 높은 데이터를 활용하여 회귀 분석을 실시하였다.
성능/효과
- 습도와 수관 층을 구성하는 수목의 높이는 광량과음(−)의 상관 관계에 있었으며, 전체 수목이 평군 수고와 함께 임분 내 습도와 양(+)의 상관 관계에 있는것으로 나타났다. 1차 함수와 로그 및 지수 함수를 이용하여 회귀 분석한 결과 모두 일관적인 추세를 보이는 것으로 나타났고, 1차 함수를 이용하는 경우 로그 및 지수 함수 보다 더 높은 결정 계수를 보이는 것으로 나타났으나 이는 반복의 부족으로 나타난 결과로 보이며, 앞서 서술한 것과 같이 로그 함수의 형태의 회귀식을 이용하는 것이 알맞을 것으로 사료된다.
- 상관 분석 이후 선택된 인자를 이용하여 회귀분석을 실시하였는데 선형 회귀로 회귀 분석하는 경우 임분 밀도, 직경, 수고 증가에 기상 조건이 매우 극한적인 상황으로 변화한다는 결론을 지을 수 있어, 지수 함수와 같은 같은 형태의 곡선 회귀 분석을 실시하는 것이 알맞을 것으로 사료된다. 그러나 본 연구에서는 조사구가 5개에 불과하기 때문에 어떠한 형태를 사용하더라도 높은 정도의 회귀식을 산출하는 것은 어려운것으로 보여 직선 회귀 분석 또한 동시에 진행하여 그 추세를 확인하는 데 이용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. 회귀 분석한 결과는 Fig.
- 임분 내 습도는 임분 밀도와, 임분 내 기온과 수목의 수고와 음(−)의 상관 관계에 있는 것으로 나타나 임분 밀도와 수목의 생장이 증가할수록 임분 내부의 기온과 습도는 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 그러나 임분의 발달은 대부분 미세 기후의 전체 평균 보다는 변동계수와 같은 편차를 줄이는 형태로 더 큰영향을 주었으며, 수관 층의 수고와 임분 내 광량과 직접적인 관계에 있는 것을 감안하면(R2 =0.87), 임분의 구조는 광량에는 직접적인 영향을, 다른 미세 기후 에는 간접적인 영향을 준 것으로 사료된다. 한편 변동 계수의 경우 삼척 지역이 고성 지역보다 상대적으로 높은 값을 보였으며, 수목의 생장에 따라 감소하는 경향을 보였다.
- 본연구에서 사용된 독립 변수로 임분을 구성하는 수종의 종류와 생장, 임분 밀도, 그리고 피복율이며, 이에 따른 종속 변수로는 임분 내 광량, 기온, 습도, 토양 온도, 그리고 토양 수분 함량이었다. 기상 조건은 대부분 광 조건에 영향을 받는 종속 변수이나, 임분을 구성하는 수목의 생장과 피복률에도 변화하는 것으로 나타났다. 임분 내 습도는 임분 밀도와, 임분 내 기온과 수목의 수고와 음(−)의 상관 관계에 있는 것으로 나타나 임분 밀도와 수목의 생장이 증가할수록 임분 내부의 기온과 습도는 상대적으로 감소하는 경향을 보였다.
- 기상 조건은 임분을 구성하는 수목의 생장과 피복에 영향을 받는 것으로 나타났다. 그러나 임분구성은 대부분 미세 기후의 전체 평균보다는 변동계수와 같은 편차를 줄이는 형태로 영향을 주었으며, 수관 층의 수고와 임분 내 광량과 직접적인 관계에 있는 것을 감안하면(R2 =0.
- , 2001; Way and Oren, 2010). 따라서 본 연구에서 나타난 결과를 감안하면 현재 상태에서는 고성 지역의 자연 복원지(G-1)가 다른 조사구에 비해 안정된 상태로 판단된다. 그러나 선행 연구의 경우 대부분 30년 이상의 임분을 대상으로 하였기에 현재의 식생이 그대로 유지될 것인가에 대한 부분은 추가적인 연구로 밝혀야 할 사항이다.
- 따라서, 두 번에 걸쳐 산불이 발생한 고성 지역에서 자연 복원된 참나무류의 경우 토양 내 양분이 상대적으로 더 낮아져 생장이 둔화되었을 뿐 아니라, 두 번의 산불에 의해 피해를 입은 참나무류가 상대적으로 더 많은 수의 맹아를 발생함에 따라 삼척지역에 비해 수고 생장이 둔화된 것으로 보인다.
- 복원 방법별로는 변동계 수의 차가 통계적으로 유의하지 않았으나, 세부 기상 요소별로는 일정한 패턴을 보였다. 먼저, 광 조건과 이에 직접적으로 영향을 받는 기온과 습도의 경우는 변동계수의 차이가 작은 것에 반해, 2차적으로 영향을 받는 토양 온도와 토양 수분 함량의 경우는 그 차이가 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 따라서, 변동계수를 활용하여 복원 방법별 임분 내 미세 기후의 안정 성을 비교하기 위해서는 토양 온도와 토양 수분 함량을 우선적으로 확인하는 것이 옳은 것으로 사료된다.
- 상관 분석 이후 선택된 인자를 이용하여 회귀분석을 실시하였는데 선형 회귀로 회귀 분석하는 경우 임분 밀도, 직경, 수고 증가에 기상 조건이 매우 극한적인 상황으로 변화한다는 결론을 지을 수 있어, 지수 함수와 같은 같은 형태의 곡선 회귀 분석을 실시하는 것이 알맞을 것으로 사료된다. 그러나 본 연구에서는 조사구가 5개에 불과하기 때문에 어떠한 형태를 사용하더라도 높은 정도의 회귀식을 산출하는 것은 어려운것으로 보여 직선 회귀 분석 또한 동시에 진행하여 그 추세를 확인하는 데 이용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
- 수고 생장량은 삼척 산불 피해지가 고성 산불 피해 지에 비해 비교적 높게 나타났고, 피복률 또한 상대적 으로 높았다. 삼척 지역의 경우, 자연 복원지의 참나 무류가 인공 조림지의 소나무에 비해 높은 수고 및직경 생장을 보였으나, 고성 지역의 경우, 그 반대되는 경향을 보였다.
- 습도와 수관 층을 구성하는 수목의 높이는 광량과음(−)의 상관 관계에 있었으며, 전체 수목이 평군 수고와 함께 임분 내 습도와 양(+)의 상관 관계에 있는것으로 나타났다.
- 임분 내 광량은 자연 복원지에서는 평균 4,623W m−2 d−1로, 인공 조림지에서는 평균 3,891Wm−2 d−1로 나타나 일정한 경향을 보이지는 않았지만, 복원 방법 및 지역 간 유의한 차이를 보였다(p<0.01).
- 임분 내 습도는 임분 밀도와, 임분 내 기온과 수목의 수고와 음(−)의 상관 관계에 있는 것으로 나타나 임분 밀도와 수목의 생장이 증가할수록 임분 내부의 기온과 습도는 상대적으로 감소하는 경향을 보였다.
- 조사된 기상 조건의 경우 대부분 임분의 유형과 구성에 따라 다르게나타났다. 임분 내 습도의 경우 임분 밀도와, 임분 내기온은 수목의 수고와 각각 반의 상관 관계에 있는것으로 나타나, 임분 밀도와 수목의 생장이 증가할수록 임분 내부의 기온과 습도는 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 한편 변동계수의 경우 수목의 생장에 따라 감소하는 경향을 보였다.
- 전반적으로 수목의 수고 및 피도와 임분 내 기상 조건은 비교적 높은 정도를 가지는 것으로 나타났다 (R 2 >0.78).
- 한편 두 지역에서 복원방법별로 임목의 생장이 일정한 경향을 보이지 않았기 때문에 실질적으로 임분 조사 결과와 미세 기후와의 상관 분석 및 회귀 분석은 임분의 구성과의 관계를 확인하는 것이 알맞을 것으로 판단되었다.
- 87), 임분의 구조는 광량에는 직접적인 영향을, 다른 미세 기후 에는 간접적인 영향을 준 것으로 사료된다. 한편 변동 계수의 경우 삼척 지역이 고성 지역보다 상대적으로 높은 값을 보였으며, 수목의 생장에 따라 감소하는 경향을 보였다. 따라서 산불 발생 이후 시간 경과에 따라 상대적으로 안정된 상태를 지니는 것으로 해석되었다.
- 삼척 지역의 경우, 자연 복원지의 참나 무류가 인공 조림지의 소나무에 비해 높은 수고 및직경 생장을 보였으나, 고성 지역의 경우, 그 반대되는 경향을 보였다. 한편, 각 층의 피도를 조사한 결과, 수고 3m 높이 이상에서의 피도가 증가할수록 3m 이하의 피도는 감소하는 경향을 보였다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서 나타난 결과를 감안하면 현재 상태에서는 고성 지역의 자연 복원지(G-1)가 다른 조사구에 비해 안정된 상태로 판단된다. 그러나 선행 연구의 경우 대부분 30년 이상의 임분을 대상으로 하였기에 현재의 식생이 그대로 유지될 것인가에 대한 부분은 추가적인 연구로 밝혀야 할 사항이다.
- 따라서 산불 발생 이후 시간 경과에 따라 상대적으로 안정된 상태를 지니는 것으로 해석되었다. 그러나, 현재 단계에서는 산불 피해 이후 숲의 발달에 따른 임분 내부의 기상 조건의 변화상을 뚜렷하게 확인하고 일반화하기에는 많은 어려움이 있어 이를 위해서는 보다 긴 시간에 걸쳐 많은 지점에서의 기상 조건과 임분 현황을 지속적으로 조사되어야 할 것이다. 이후 일반화된 자료를 활용한다면, 임분 구조와의 관계 해석은 물론, 하층 식생 출현 등에 대한 해석에 도움이 될 것으로 기대된다.
- 그러나, 현재 단계에서는 산불 피해 이후 숲의 발달에 따른 임분 내부의 기상 조건의 변화상을 뚜렷하게 확인하고 일반화하기에는 많은 어려움이 있어 이를 위해서는 보다 긴 시간에 걸쳐 많은 지점에서의 기상 조건과 임분 현황을 지속적으로 조사되어야 할 것이다. 이후 일반화된 자료를 활용한다면, 임분 구조와의 관계 해석은 물론, 하층 식생 출현 등에 대한 해석에 도움이 될 것으로 기대된다.
- (2012), Pearcy(1983)는 광 조건에 따라 임분을 구성하는 잠재 식생이 점차 변화한 다고 보고하여, 임분 구조와 미세 기후 간에는 상호 작용적인 관계에 있다고 하였으나 본 연구에서는 수종에 따른 차이와 변동계수의 차이가 불분명하게 나타났다. 추후 지속적으로 데이터를 수집하여 분석한다면, 산불 피해 이후 숲의 천이 과정에 따른 임분 내부의 기상 조건의 변화상과 상호 작용에 관한 결과를 확인할 수 있을 것으로 판단되며, 이러한 결과는 이후 하층 식생의 분포, 잠재 식생의 변화의 이해에 도움이 될 것으로 보인다.
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