[논문]국가산림자원조사 자료를 활용한 소나무 연륜생장과 기후인자와의 관계분석

임종환; 박고은; 문나현; 문가현; 신만용

doi:10.14578/jkfs.2017.106.2.249

국가산림자원조사 자료를 활용한 소나무 연륜생장과 기후인자와의 관계분석
Analysing the Relationship Between Tree-Ring Growth of Pinus densiflora and Climatic Factors Based on National Forest Inventory Data 원문보기

韓國林學會誌 = Journal of Korean Forest Society, v.106 no.2, 2017년, pp.249 - 257

임종환 (국립산림과학원 기후변화센터) , 박고은 (국립산림과학원 기후변화센터) , 문나현 (국민대학교 산림환경시스템학과) , 문가현 (국민대학교 산림환경시스템학과) , 신만용 (국민대학교 산림환경시스템학과)

초록
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본 연구는 국가산림자원조사에 의해 수집한 소나무의 연륜생장 목편자료에 근거하여 연륜생장과 기후인자와의 관계를 구명하기 위해 수행되었다. 먼저 소나무의 연도별 생장패턴을 분석하기 위해 제5차 국가산림자원조사에서 수집된 1951년부터 2010년까지 60년 동안의 연륜생장 자료를 정리하였다. 또한 소나무가 분포하는 시군을 대상으로 일별 평균기온과 강수량의 기상정보에 근거하여 연도별 생장도일과 표준강수지수를 산출하였다. 이 정보를 이용하여 기후조건이 소나무의 연륜생장에 미치는 영향을 분석하기 위해 연도별 온도효과지수와 강수효과지수를 추정하였으며, 이들 변수를 독립변수로 하는 소나무의 연륜생장 추정식을 개발하였다. 마지막으로 이 추정식을 기후변화 시나리오 RCP 4.5와 RCP 8.5에 적용함으로써 기후변화가 소나무의 연륜생장에 미치는 영향을 예측하였다. 기후변화 시나리오를 적용하여 2011년부터 2100년까지 90년 동안의 연륜생장 변화를 예측한 결과 시간이 경과하면서 연륜생장이 감소하는 것으로 분석되었다. RCP 4.5 시나리오를 적용하면 상대적으로 생장감소가 적은 반면, RCP 8.5를 적용하면 2050년 이후에는 큰 폭으로 연륜생장이 감소하는 것으로 예측되었다. 본 연구에서 얻어진 결과는 소나무의 지역별 생장특성의 추정뿐만 아니라 기후변화에 따른 생장패턴의 변화 예측에 필요한 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to analyze the relationship between tree-ring growth of Pinus densiflora and climate factors based on national forest inventory(NFI) data. Annual tree-ring growth data of P. densiflora collected by the $5^{th}$ NFI were first organized to analyze yearly growth patterns of the species. Yearly growing degree days and standard precipitation index based on daily mean temperature and precipitation data from 1951 to 2010 were calculated. Using the information, yearly temperature effect index(TEI) and precipitation effect index(PEI) were estimated to analyze the effect of climate conditions on the tree-ring growth of the species. A tree-ring growth estimation equation appropriate for P. densiflora was then developed by using the TEI and PEI as independent variables. The tree-ring growth estimation equation was finally applied to the climate change scenarios of RCP 4.5 and RCP 8.5 for predicting the changes in tree-ring growth of P. densiflora from 2011 to 2100. The results indicate that tree-ring growth of P. densiflora is predicted to be decreased over time when the tree-ring growth estimation equation is applied to the climate change scenarios of RCP 4.5 and RCP 8.5. It is predicted that the decrease of tree-ring growth over time is relatively small when RCP 4.5 is applied. On the other hand, the steep decrease of tree-ring growth was found in the application of RCP 8.5, especially after the year of 2050. The results of this study are expected to provide valuable information necessary for estimating local growth characteristics of P. densiflora and for predicting changes in tree-ring growth patterns caused by climates change.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 우리나라의 대표 수종인 소나무를 대상으로 기후인자가 연륜생장에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다. 이를 위해 국가산림자원조사를 통해 수집한 소나무 연륜 생장 자료에 대해 연륜기후학적 방법을 적용하여 크로스데이팅과 표준화 과정을 거쳐 기초 통계량을 산출 한 후 연륜연대기를 작성하였다.

제안 방법

본 연구는 소나무를 대상으로 기후인자가 연륜생장에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행되었다. 이를 위해 제5차 국가산림자원조사를 통해 수집한 소나무의 목편생장 자료에 연륜기후학적 기법을 적용하여 크로스데이팅, 표준화, 기초통계량 산출, 그리고 연륜연대기를 작성하였다. 이와 같이 작성된 수종별 연륜연대기에 근거하여 기후인자에 의해 연륜생장을 추정할 수 있는 회귀식을 개발하고, 이 연륜생장 추정식을 기후변화 시나리오에 적용함으로써 시간 경과에 따른 소나무의 연륜생장 변화를 예측하고자 하였다.
이를 위해 제5차 국가산림자원조사를 통해 수집한 소나무의 목편생장 자료에 연륜기후학적 기법을 적용하여 크로스데이팅, 표준화, 기초통계량 산출, 그리고 연륜연대기를 작성하였다. 이와 같이 작성된 수종별 연륜연대기에 근거하여 기후인자에 의해 연륜생장을 추정할 수 있는 회귀식을 개발하고, 이 연륜생장 추정식을 기후변화 시나리오에 적용함으로써 시간 경과에 따른 소나무의 연륜생장 변화를 예측하고자 하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 기후 변화에 따른 소나무의 중장기 생장변화 예측에 필요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

대상 데이터

본 연구는 소나무의 연륜생장과 기후인자와의 관계를 분석하기 위해 제5차 국가산림자원조사에서 전국 단위로 수집한 소나무의 연륜생장 자료(Korea Forest Service, 2012)와 기상청에서 래스터 형태로 제공하는 1951년부터 2010년까지의 시군별 일 단위 기상정보를 사용하였다. 또한 중장기 연륜생장의 변화를 예측하기 위해 기후변화 시나리오 RCP 4.

데이터처리

기상청에서 제공하는 래스터 형태의 기상자료에 근거하여 연륜이 생성된 1951년부터 2010년까지 총 60년 동안의 기온 및 강수량 자료를 월단위로 변환하여 정리하였다. 이를 위해 연륜목편이 채취된 지역을 시군 단위로 분류한 후, GIS프로그램 ArcGIS 10.1과 통계프로그램 R 3.0.1을 사용하여 해당 시군의 월평균기온과 월강수량을 산출하였다.

이론/모형

목편 생장자료에 근거하여 연도별 연륜생장량을 파악하기 위해서는 크로스데이팅과 표준화 절차를 거쳐야 한다. 먼저 크로스데이팅은 연륜이 생성된 정확한 연도를 부여하는 절차로(Fritts and Swetnam, 1989), 이를 위해 본 연구에서는 그래프법(Holmes, 1983)을 사용하였다. 다음 단계는 표준화를 통해 수령에 따른 생물학적 추세와 경쟁과 교란에 의한 연륜 폭의 변동추세, 그리고 유전적 차이에서 나타나는 비기후인자를 제거하였다(Fritts, 1976).

성능/효과

이는 기후변화에 따른 연도별 강수량의 변이와 함께 지속적인 기온 상승이 연륜생장에 부정적인 영향을 미친 결과로 판단된다. 결과적으로 현재와 같은 기후변화가 지속될 경우 소나무가 분포하는 지역은 시간이 경과하면서 일정한 정도의 생장감소와 함께 분포지역은 높은 위도 또는 고산지역으로 이동할 것으로 예측된다.
이와 함께 소나무 연륜생장 추정식을 기후변화 시나리오에 적용하여 기후변화에 따른 소나무 분포 지역의 연도별 연륜생장 변화 추이를 예측하였다. 소나무의 최적 연륜생장 추정식은 온도효과지수(M_T)와 온도효과지수 및 강수효과 지수의 곱인 M_T × MP를 독립변수로 하는 모형 2가 가장 적합한 것으로 분석되었다.
한편 기후변화 시나리오를 적용하여 2011년부터 2100년까지 90년 동안의 연륜생장 변화를 예측한 결과, 시간이 경과함에 따라 소나무의 연륜생장은 감소하는 것으로 예측되었다. 기후변화의 강도가 낮은 RCP 4.

후속연구

이는 온도와 강수량 이외의 기후요인에 의해 설명될 수 있는 소나무의 연륜생장의 변화를 오차로 간주하였기 때문이다. 앞으로 연륜생장에 미치는 다른 기후요인에 대한 정보를 전국 단위로 수집한다면 좀 더 정확도가 높은 연륜생장 추정식을 개발할 수 있고, 이를 통해 기후변화에 따른 연륜생장의 변화를 보다 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기온 및 강수량 등의 인자를 파악해야 하는 이유는 무엇인가?	임목생장에 영향을 미치는 기후인자 중에서 가장 중요한 것은 기온과 강수량으로 알려져 있다(Sander, 1971; Kira, 1976; Woodward and Rochefort, 1991). 기온 및 강수량과 같은 기후인자가 임목생장에 미치는 영향을 구명하는 것은 임목과 환경요인 사이의 상호관계를 이해하는데 필수적인 과정이다. 특히 기후변화를 포함한 환경변화가 산림생태계에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 산림생태계의 주요 구성요소인 임목생장과 기후인자 간의 연관성에 대한 이해가 필요하다.
	기후변화 시나리오를 통해 결과적으로 소나무가 어떠할 것으로 예측되는가?	이는 기후변화에 따른 연도별 강수량의 변이와 함께 지속적인 기온 상승이 연륜생장에 부정적인 영향을 미친 결과로 판단된다. 결과적으로 현재와 같은 기후변화가 지속될 경우 소나무가 분포하는 지역은 시간이 경과하면서 일정한 정도의 생장감소와 함께 분포지역은 높은 위도 또는 고산지역으로 이동할 것으로 예측된다.
	기후변화로 인한 산림의 피해를 줄이려면 어떤 작업이 필요한가?	소나무는 우리나라 산림에서 차지하는 비중이 매우 높지만, 기후변화가 진행됨에 따라 생육분포 범위가 북쪽으로 이동하거나 고산지대로 축소될 것으로 예측되기도 하고 지구온난화의 영향으로 피해를 입을 가능성이 높은 것으로 예측된다(National Institute of Forest Science, 2015). 따라서 기후변화로 인한 산림의 피해를 최소화하기 위해서는 대책 마련이 필요한데, 이를 위해서는 소나무에 대한 연륜생장과 기후인자와의 관계를 구명하는 작업이 선행되어야 한다. 이와 함께 기후-연륜생장 관계식을 개발한 후 기후변화 시나리오에 적용하여 기후변화가 소나무의 연륜생장에 미치는 영향을 분석할 필요가 있다.

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