속리산 참나무류 도관내강면적연대기와 기후인자와의 관계분석 Relationships Between Vessel-lumen-area Time Series of Quercus spp. at Mt. Songni and Corresponding Climatic Factors원문보기
본 연구는 국내 속리산 참나무류 도관내강면적연대기를 작성하고, 작성된 연대기가 기후프록시로써의 활용 가능성이 있는지 확인하기 위해 수행되었다. 도관내강면적연대기 작성을 위해 3가지 측정 방법이 이용되었다. 방법 1과 2는 도관내강면적이 각각 $6,000{\mu}m^2$ (MVA-60)와 $7,500{\mu}m^2$ (MVA-75) 이상인 것만 이용하여 평균값으로 연대기를 작성하는 것이고, 방법 3은 각 연륜에서 가장 큰 도관내강면적(MAX)만을 이용하여 연대기를 작성하는 것이다. MVA-60과 MVA-75는 전년도 11월부터 당년 1월까지인 겨울철 강수량과 유의성에 근접한 정의 상관을 나타냈으나, MAX는 전년도 11월에 대해서만 유의성 있는 정의 상관을 나타냈다. 본 연구결과를 근거로 국내 참나무류의 도관내강면적은 연륜기후학 분야에서 기후프록시로써 활용이 가능함이 확인되었다.
본 연구는 국내 속리산 참나무류 도관내강면적연대기를 작성하고, 작성된 연대기가 기후프록시로써의 활용 가능성이 있는지 확인하기 위해 수행되었다. 도관내강면적연대기 작성을 위해 3가지 측정 방법이 이용되었다. 방법 1과 2는 도관내강면적이 각각 $6,000{\mu}m^2$ (MVA-60)와 $7,500{\mu}m^2$ (MVA-75) 이상인 것만 이용하여 평균값으로 연대기를 작성하는 것이고, 방법 3은 각 연륜에서 가장 큰 도관내강면적(MAX)만을 이용하여 연대기를 작성하는 것이다. MVA-60과 MVA-75는 전년도 11월부터 당년 1월까지인 겨울철 강수량과 유의성에 근접한 정의 상관을 나타냈으나, MAX는 전년도 11월에 대해서만 유의성 있는 정의 상관을 나타냈다. 본 연구결과를 근거로 국내 참나무류의 도관내강면적은 연륜기후학 분야에서 기후프록시로써 활용이 가능함이 확인되었다.
This study aimed to suggest a method to establish vessel-lumen-area chronologies in domestic Quercus spp. from Mt. Songni and to verify their potential as a climate proxy. In order to establish vessel-lumen-area chronologies, three options were applied to filter vessels. Options 1 and 2 use vessels ...
This study aimed to suggest a method to establish vessel-lumen-area chronologies in domestic Quercus spp. from Mt. Songni and to verify their potential as a climate proxy. In order to establish vessel-lumen-area chronologies, three options were applied to filter vessels. Options 1 and 2 use vessels having lumina larger than or equal to $6,000{\mu}m^2$ (MVA-60) and $7,500{\mu}m^2$ (MVA-75), respectively, to establish the chronologies by their mean values in each year, and option 3 uses the largest one (MAX) in each tree ring. MVA-60 and MVA-75 had mostly significant relationships with the winter precipitation between November in the previous year and January in the current year, however, MAX had only significant relationship with November precipitation in the previous year. Based on these results, it was verified that the potential of vessel lumina in domestic Quercus spp. could be a climate proxy in dendroclimatology.
This study aimed to suggest a method to establish vessel-lumen-area chronologies in domestic Quercus spp. from Mt. Songni and to verify their potential as a climate proxy. In order to establish vessel-lumen-area chronologies, three options were applied to filter vessels. Options 1 and 2 use vessels having lumina larger than or equal to $6,000{\mu}m^2$ (MVA-60) and $7,500{\mu}m^2$ (MVA-75), respectively, to establish the chronologies by their mean values in each year, and option 3 uses the largest one (MAX) in each tree ring. MVA-60 and MVA-75 had mostly significant relationships with the winter precipitation between November in the previous year and January in the current year, however, MAX had only significant relationship with November precipitation in the previous year. Based on these results, it was verified that the potential of vessel lumina in domestic Quercus spp. could be a climate proxy in dendroclimatology.
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문제 정의
본 연구는 기후 인자(온도, 강수량)와 졸참나무류 생장과의 관계를 밝혀 향후 예상되는 기후변화가 졸참나무류 생장에 어떠한 영향을 줄 것인지에 대한 예측 연구를 위한 기초자료를 구축하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
VA는 WinCELL PRO (Regent Instrument, Canada)로 측정하였으며, 실체현미경에 부착된 디지털카메라(Nikon DS-5mc, Japan)로 획득된 디지털이미지(2,560 × 1,920 픽셀)를 사용하였다.
도관내강면적(VA) 측정은 17본의 공시목 중에서크로스데이팅이 우수한 7본에서 추출된 생장편(8개)으로 실시하였다. 정확한 VA 측정을 위하여 선발된 생장편의 횡단면을 슬라이딩 마이크로톰(G.
반응함수분석에서 연륜폭생장과 조건별 도관내강 면적을 결정하는데 중요한 인자로 확인된 기후요소(기온, 강수)와 연대기들과 상호 비교하였다. 그 결과 모든 연대기들이 중요한 기후요소들과 유사한 연간변동 패턴을 나타냈으며, 상관분석에서도 신뢰성 있는 결과를 보여주었다(Fig.
선정된 연구지역에서 졸참나무류 우세목 17본을 선발하여 연륜폭(TRW: tree-ring width)과 도관내강면적(VA: vessel lumen area) 측정을 위해 생장추(∅ 5.15 mm)를 이용하여 생장편(increment core) 46개(Table 1)를 추출하였다(Fig. 1A).
속리산 졸참나무류를 이용하여 235년간의 연륜연대기(RW)와 45년간의 조건별 도관내강면적연대기(MVA-60, MVA-75, MAX)를 성공적으로 작성하였다. 군집분석 결과, 작성된 연대기들은 연륜연대기와도관내강면적연대기(MVA-60, MVA-75, MAX) 두 그룹으로 명확히 분류되었다.
고정 후에는 연륜경계가 잘 보이도록 생장편의 횡단면을 사포로 연마하였으며, 연마는 #80을 시작으로 #120,#320, #600 순으로 실시하였다. 연륜폭(TRW)은 실체현미경(Nikon smz800, Japan)으로 연륜경계를 확인하면서 0.01 mm 단위(LINTAB, RINNTECH,Germany)로 측정하였다(Fig. 2A). 측정한 생장편에 위연륜(false ring) 또는 실연륜(missing ring)이 존재하는지 확인하기 위하여 크로스데이팅(cross dating)을 실시하였다(Speer, 2010).
연륜폭과 도관내강면적에 저장되어 있는 다양한 정보들 중에 기후정보를 강조하기 위하여 임목 고유의 생물학적 생육추세(biological trend) (예, 수령) 및임분동태(stand dynamics) (예, 임분 내 교란 및 경쟁)(Fritts, 1976)와 관련된 정보를 제거하는 표준화를 실시하여 지수연대기(index chronology)를 작성하였다. 연륜폭은 1단계로 음지수곡선(negative exponential curve)을 이용하여 생육추세를 제거하고, 2단계로 평활스플라인 함수(smoothing spline, 50% 반응주기: 60년)로 임분동태를 제거(Fig.
도관내강면적(VA) 측정은 17본의 공시목 중에서크로스데이팅이 우수한 7본에서 추출된 생장편(8개)으로 실시하였다. 정확한 VA 측정을 위하여 선발된 생장편의 횡단면을 슬라이딩 마이크로톰(G.S.L.-1,Swiss)으로 절삭(Fig. 1B)한 후, 횡단면을 유성매직으로 칠하고, 흰 분필가루로 도관내강을 채웠다((Fig.1D). 이상의 과정을 통하여 도관내강과 세포벽 경계를 명확히 구분할 수 있어서 정확한 VA 측정이 가능하였다(Gärtner et al.
추출된 생장편을 도관이 상하로 주행하도록 하여‘∪’자형 홈이 팬 나무틀에 접착제(twist & glue,UHU, Germany)를 사용하여 고정하였다.
2A). 측정한 생장편에 위연륜(false ring) 또는 실연륜(missing ring)이 존재하는지 확인하기 위하여 크로스데이팅(cross dating)을 실시하였다(Speer, 2010). 이는 각 연륜에 정확한 연대를 부여하는 필수적인 과정이다.
대상 데이터
추출된 생장편을 도관이 상하로 주행하도록 하여‘∪’자형 홈이 팬 나무틀에 접착제(twist & glue,UHU, Germany)를 사용하여 고정하였다. 고정 후에는 연륜경계가 잘 보이도록 생장편의 횡단면을 사포로 연마하였으며, 연마는 #80을 시작으로 #120,#320, #600 순으로 실시하였다. 연륜폭(TRW)은 실체현미경(Nikon smz800, Japan)으로 연륜경계를 확인하면서 0.
속리산국립공원 내 문장대로부터 약 300 m 떨어진 신갈나무-졸참나무 임분을 연구지역으로 선정하였다. 선정된 연구지역에서 졸참나무류 우세목 17본을 선발하여 연륜폭(TRW: tree-ring width)과 도관내강면적(VA: vessel lumen area) 측정을 위해 생장추(∅ 5.
데이터처리
TSAPWin 프로그램(RINNTECH, Germany)에서 제공하는 t 값(식 (1))과 G 값(gleichläufigkeit) (식 (2))을 이용하여 통계적으로 크로스데이팅을 실시하였으며(Baillie and Pilcher, 1973; Eckstein and Bauch1969), 최종 확인은 연륜폭 측정값으로 작성된 각 연륜연대기들을 육안으로 상호비교하는 그래프방법(graphic method)으로 하였다.
이상의 통계분석을 위하여ARSTAN 프로그램(Cook, 1985)을 이용하였다. 연륜 폭연대기와 조건별 도관내강면적 연대기들 상호간 존재하는 통계적 유사성을 근거로 동질적인 군집으로 구분하기 위하여 주성분분석(PC: principal component analysis)을 수행하였으며, SAS 프로그램(ver. 9.4, SAS institute)을 사용하였다.
85 이상을 기준으로 한다(Briffa and Jones, 1990). 이상의 통계분석을 위하여ARSTAN 프로그램(Cook, 1985)을 이용하였다. 연륜 폭연대기와 조건별 도관내강면적 연대기들 상호간 존재하는 통계적 유사성을 근거로 동질적인 군집으로 구분하기 위하여 주성분분석(PC: principal component analysis)을 수행하였으며, SAS 프로그램(ver.
작성된 연대기들 상호간 일치도와 연륜기후학적 가치를 통계적으로 확인하기 위하여 연대기 상호간 상관분석(Rbt: correlation between trees), 평균민감도(MS: mean sensitivity, 식 (3)), 모수설명신호(EPS:expressed population signal, 식 (4))를 구하였다(Briffaand Jones, 1990). 평균민감도는 연대기의 시계열에서 인접한 두 측정값간의 변이 크기이며, 생육환경변화에 대한 수목의 생장반응 정도를 평가하는 기초자료가 된다(Fritts, 1976).
3B). 표준화는 ARSTAN 프로그램(Cook, 1985)으로 실시하였다.
이론/모형
연륜폭과 도관내강면적에 저장되어 있는 다양한 정보들 중에 기후정보를 강조하기 위하여 임목 고유의 생물학적 생육추세(biological trend) (예, 수령) 및임분동태(stand dynamics) (예, 임분 내 교란 및 경쟁)(Fritts, 1976)와 관련된 정보를 제거하는 표준화를 실시하여 지수연대기(index chronology)를 작성하였다. 연륜폭은 1단계로 음지수곡선(negative exponential curve)을 이용하여 생육추세를 제거하고, 2단계로 평활스플라인 함수(smoothing spline, 50% 반응주기: 60년)로 임분동태를 제거(Fig. 3A)하는 이중표준화법(double detrending method)을 적용하여 지수연대기를 작성하였다. 반면, 도관내강면적(MVA-60, MVA-75, MAX)에는 평활스플라인 함수(50% 반응주기: 23년)만을 적용하여 도관내강면적 지수연대기를 작성하였는데, 이는 임령 증가에 따른 생육추세가 뚜렷하지 않은 성숙목 기간만이 연대기 작성에 사용되었기 때문이다(Fig.
성능/효과
MVA-60과 MVA-75를 기후요소와 비교한 결과는 매우 유사하였으나 MVA-60이 MVA-75보다 겨울철강수량에 대해 높은 정의 상관관계를 나타냈다. 반면 MAX는 MVA-60와 MVA-75와는 달리 전년도 11월 강수량에 대해서만 통계적으로 높은 정의 관계를 나타냈다.
특히, 연륜연대기는 당년 1월 온도에 대하여 신뢰성 있는 정의 상관관계를 나타냈으며,MVA-60은 전년도 11월과 12월 강수량 및 11월 온도, MVA-75는 전년도 11월 강수량 및 온도, MAX는 전년도 강수량에 대하여 신뢰성 있는 정의 상관관계를 나타냈다. MVA-75는 전년도 12월 강수량에 대하여 신뢰성 있는 상관을 보이지 않았으나, 전체적으로 MVA-60과 매우 유사한 기후인자와의 관계를 갖는 것으로 조사되었다.
특히 조건별 도관내강면적을 이용한 연륜연대학적 연구 결과에 따르면 6,000 µm2 이상의 도관내강면적의 평균으로 작성한 MVA-60이 7,500 µm2 이상으로 작성한 MVA-75보다 겨울철 강수량과 높은 정의 관계를 보였다. 각 연륜의 최대 도관내강면적을 이용하여 작성한 MAX는 MVA-60와 MVA-75와는 달리 전년도 11월 강수량에 대해서만 통계적으로 높은 정의 관계를 나타냈다. 이상의 결과는 국내 졸참나무류의 도관면적연륜연대기 작성 방법과 도관면적연륜연대기를 이용한 기후정보 복원연구에 중요한 기초자료가 될 것이다.
속리산 졸참나무류를 이용하여 235년간의 연륜연대기(RW)와 45년간의 조건별 도관내강면적연대기(MVA-60, MVA-75, MAX)를 성공적으로 작성하였다. 군집분석 결과, 작성된 연대기들은 연륜연대기와도관내강면적연대기(MVA-60, MVA-75, MAX) 두 그룹으로 명확히 분류되었다. 반응함수분석에 따르면 연륜연대기와 조건별 도관면적연대기는 각각 1월 평균기온과 겨울철 강수량과 정의 상관을 가졌다.
그 결과 RW와 각 도관내강면적연대기(MVA-60, MVA-75,MAX)와의 상관분석에서 상관계수는 0.07부터 0.10으로 매우 낮았으며, 도관내강면적연대기 상호간 상관분석에서는 0.59 (p < 0.01) 이상의 유의성 있는 상관계수를 보였다.
반응함수분석에서 연륜폭생장과 조건별 도관내강 면적을 결정하는데 중요한 인자로 확인된 기후요소(기온, 강수)와 연대기들과 상호 비교하였다. 그 결과 모든 연대기들이 중요한 기후요소들과 유사한 연간변동 패턴을 나타냈으며, 상관분석에서도 신뢰성 있는 결과를 보여주었다(Fig. 7). 결국, 봄철 기온 상승은 참나무류의 연륜폭 증가를 유도하고, 겨울철 강수량 증가는 참나무류의 도관내강면적 증가를 유도하였다.
연륜연대기(RW)와 조건별 도관내강면적연대기들을 이용한 주성분분석을 실시한 결과 제1주성분과 제2주성분으로 설명될 수 있는 변동이 각각 62.0%과25.3%로 총 변동의 87.3%였다(Fig. 4). 제1주성분과 제2주성분에 따르면 RW는 조건별 도관내강면적연대기들과 다른 그룹으로 구분되었으며, 연대기 상호 간 비교에서도 RW는 MVA-60, MVA-75, MAX와 다른 연간생육변동 경향을 나타냈다(Fig.
연륜폭으로 작성된 연륜연대기(RW)의 Rbt는 0.276으로 조건별 도관내강면적연대기의 0.21 (MVA-60:0.22, MVA-75: 0.19, MAX: 0.22)보다 높았으며, 연륜폭연대기의 ESP도 0.86으로 조건별 도관내강면적연대기의 0.65 (MVA-60: 0.66, MVA-75: 0.62, MAX:0.66)보다 높았다(Table 2). 연륜연대학에서 요구하는 일반적인 EPS 기준은 0.
반면 MAX는 MVA-60와 MVA-75와는 달리 전년도 11월 강수량에 대해서만 통계적으로 높은 정의 관계를 나타냈다. 이상의 결과를 근거로 참나무아속 도관면적연대기를 이용한 겨울철 강수량 변동에 대한 연륜연대학적 연구에서는 MVA-60을 이용하고, 전년도 11월 강수량에 대한 연륜연대학적 연구에서는 MAX를 이용하는 것이 유리할 것이다.
전체적으로 연륜연대기는 강수량보다는 온도와 높은 상관을 보인 반면, 조건별 도관내강면적연대기들은 강수량과 상대적으로 높은 상관을 보여주었다(Fig. 6). 특히, 연륜연대기는 당년 1월 온도에 대하여 신뢰성 있는 정의 상관관계를 나타냈으며,MVA-60은 전년도 11월과 12월 강수량 및 11월 온도, MVA-75는 전년도 11월 강수량 및 온도, MAX는 전년도 강수량에 대하여 신뢰성 있는 정의 상관관계를 나타냈다.
후속연구
본 결과는 향후 예측되는 기후변화로 인한 속리산지역 참나무류의 연륜폭과 도관내강면적 변화를 예측하고, 이에 따른 생장량 및 목질 변화를 예측하는데 중요한 기초자료로 활용될 것이다.
각 연륜의 최대 도관내강면적을 이용하여 작성한 MAX는 MVA-60와 MVA-75와는 달리 전년도 11월 강수량에 대해서만 통계적으로 높은 정의 관계를 나타냈다. 이상의 결과는 국내 졸참나무류의 도관면적연륜연대기 작성 방법과 도관면적연륜연대기를 이용한 기후정보 복원연구에 중요한 기초자료가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 전체 산림 중 가장 많이 차지하는 수종은?
우리나라 전체 산림(6,334,615 ha) 중 소나무 다음으로 많이 차지하는 수종은 참나무류로 약 15.4%에달한다(Korea Forest Service, 2016).
연륜에 해당년도에 대한 기후정보가 저장되는 이유는?
우리나라와 같이 계절변화가 뚜렷한 온대, 또는 한대지방의 수목 내 연륜폭은 형성층 활동 정도에 따라 결정되며, 형성층 활동의 정도와 기후인자 상호 간에는 높은 상관관계가 있는 것으로 밝혀져 있다(Deslauriers and Morin, 2005; Seo et al., 2007).
계절변화가 뚜렷한 온대, 또는 한대지방의 수목 내 연륜폭은 무엇에 따라 결정되는가?
우리나라와 같이 계절변화가 뚜렷한 온대, 또는 한대지방의 수목 내 연륜폭은 형성층 활동 정도에 따라 결정되며, 형성층 활동의 정도와 기후인자 상호 간에는 높은 상관관계가 있는 것으로 밝혀져 있다(Deslauriers and Morin, 2005; Seo et al., 2007).
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