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문제 정의
- 특히 난온대기 후권에서 생장하는 수종별 도시 조경수목의 탄소흡수 및 저장을 계량화한 연구는 부재하는 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 남부지방에 흔히 식재하는 일부 조경수종을 대상으로 직 접수확법을 통해 개체별 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별 생장에 따른 탄소저감을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하는 것이다. 본 연구는 남부지방 도시의 식재수목에 의한 탄소흡수원 역할을 구명하는데 유용할 것으로 기대한다.
- 따라서, 본 연구는 남부지방에 흔히 식재하는 3개 조경수종 을 대상으로 직접수확법을 통해 단목의 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별 생장에 따른 탄소저감을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하여 해당 지방 도시의 식재수목에 의한 탄소 흡수원 역할을 구명하는데 유용할 기반정보를 구축하였다. 연구대상 수종은 동백나무, 배롱나무 및 가시나무로서, 수종에 따라 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 줄기직경 규격을 고려 하여 정상적으로 개방 생장하는 총 30개체의 수목을 구입하고, 현장에서 근굴취를 포함한 직접수확법을 통해 개체당 부위별 생중량을 측정하였다.
- 또한, 상기한 직경의 가시나무, 동백나무 및 배롱나무 한 그루는 해마다 각각 8L, 5L, 2L의 휘발유 소비에 따른 탄소배출량을 상쇄하는 역할을 담당하였다. 본 결과는 연구 수종의 탄소저장 및 흡수와 관련 기존 연구가 전무하여 직접적으로 비교 분석할 수 없었으나, 타 조경수목이나 산림수목의 경우와 비교 분석하여 탄소저감 관련 조경식재에 필요한 기반정보를 제공하였다. 연구대상 수목의 생체량 확장계수는 수령 차이, 개방 생장에 따른 지엽밀도 차이, 관리에 따른 생장환경 개선 등에 기인하여 상록성 산림수목보다 큰 것으로 나타났다.
- 본 연구는 정부 또는 기업의 도시녹지 사업과 관련하여 남부 지방 도시에 식재된 대상 조경수종의 탄소저감을 계량화할 수 있는 초석을 마련하였다. 연구과정에서 나타난 대표적 난제는 식재수목의 벌목을 위한 다수 표본의 확보와 고가의 구입비, 표본수목의 근굴취를 포함한 직접 벌목과 부위별 생중량 측정, 다수 생중량 표본의 장기간 건조과정과 계량분석 등이었다.
제안 방법
- 굴취 시 Jo et al.(2014)의 방법과 같이 줄기직 경, 수관폭, 수고 등 각 개체의 크기를 측정하였다. 그리고 수종 별 3개소씩 생장공간의 토양표본을 채취하여 KIAST(2000)의 토양분석 표준방법을 토대로 생장기반의 물리화학적 특성을 파악하였다.
- 가시나무는 지상 1.2m의 흉고부위에서, 동백나무와 배롱나무는 근원부에서 두께 5~10cm의 줄기 원판을 채취하고, 바로 이중 비닐백에 넣어 연구실로 운반한 뒤 수종별 수령과 연간 직경생장률을 파악하였다. 원판 두께는 KFRI(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다.
- 연구대상 수종은 동백나무, 배롱나무 및 가시나무로서, 수종에 따라 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 줄기직경 규격을 고려 하여 정상적으로 개방 생장하는 총 30개체의 수목을 구입하고, 현장에서 근굴취를 포함한 직접수확법을 통해 개체당 부위별 생중량을 측정하였다. 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분한 표본을 채취하여 건조시킨 뒤, 해당 개체의 부위별 및 전 체 생체량을 파악하여 탄소저장량을 산정하였다. 수종별 흉고 직경 내지 근원직경의 줄기 원판을 채취하여 연간 직경생장을 분석하고, 탄소흡수량을 산출하였다.
- 구입 수목은 수종에 따라 10월 중순~하순에 걸쳐 현장에서 직접 굴취하여 줄기, 가지, 잎, 뿌리로 분류한 부위별 생중량을 측정하였다(Figure 1 참조). 현장굴취와 생중량 측정은 KFRI (2007) 및 Jo et al.
- (2014)의 방법과 같이 줄기직 경, 수관폭, 수고 등 각 개체의 크기를 측정하였다. 그리고 수종 별 3개소씩 생장공간의 토양표본을 채취하여 KIAST(2000)의 토양분석 표준방법을 토대로 생장기반의 물리화학적 특성을 파악하였다.
- 5를 곱하여 탄소저장량으로 전환하였다. 그리고 흉고 또는 근원직 경, 수고, 수관폭을 독립변수로 반복적인 선형 및 비선형 접근을 추진하여, 각 수종의 탄소저장량을 산출하는 가장 적합한 회귀식과 변수를 최종적으로 도출하였다.
- 01g 단위까지 그 무게를 측정하였다. 그리고, 부위별 표본의 생중량 대비 생체량의 비를 산정하고, 이를 해당 개체의 생중량에 적용하여 단목의 부위별 및 전체 생체량을 산출하였다.
- 이 탄소저장량은 가시나무 약 42L, 동백나무 20L, 배롱나무 14L의 휘발유 소비에 따라 배출되는 탄소량에 상당하였다. 또한, 상기한 직경의 가시나무, 동백나무 및 배롱나무 한 그루는 해마다 각각 8L, 5L, 2L의 휘발유 소비에 따른 탄소배출량을 상쇄하는 역할을 담당하였다. 본 결과는 연구 수종의 탄소저장 및 흡수와 관련 기존 연구가 전무하여 직접적으로 비교 분석할 수 없었으나, 타 조경수목이나 산림수목의 경우와 비교 분석하여 탄소저감 관련 조경식재에 필요한 기반정보를 제공하였다.
- 생중량 대비 건중량(이하 생체량으로 지칭)을 산출하기 위해 부위별 생체량 환산용 표본을 채취하고, 현장에서 10g 단위 까지 생중량을 실측하였다. 즉, 가시나무의 줄기는 2m 간격으로, 수고 2.
- 5~1kg을 채취하였다. 생체량 환산용 표본은 85℃ 건조기에서 항량이 될 때까지 건조시킨 뒤, 전자저울로 0.01g 단위까지 그 무게를 측정하였다. 그리고, 부위별 표본의 생중량 대비 생체량의 비를 산정하고, 이를 해당 개체의 생중량에 적용하여 단목의 부위별 및 전체 생체량을 산출하였다.
- 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분한 표본을 채취하여 건조시킨 뒤, 해당 개체의 부위별 및 전 체 생체량을 파악하여 탄소저장량을 산정하였다. 수종별 흉고 직경 내지 근원직경의 줄기 원판을 채취하여 연간 직경생장을 분석하고, 탄소흡수량을 산출하였다. 줄기직경을 독립변수로 생장에 기인한 수종별 단목의 탄소저장 및 흡수를 산출하는 활용 용이한 계량모델을 도출하였다.
- 연구대상 수목의 생체량 측정결과를 토대로 수종별 생장에 따른 단목의 탄소저장을 용이하게 추정하는 계량모델을 유도하였다. 즉, 수목의 목질부 및 잎의 평균 탄소함량은 생체량의 약 50%이므로(Pingrey, 1976; Chow and Rolfe, 1989; Song et al.
- 따라서, 본 연구는 남부지방에 흔히 식재하는 3개 조경수종 을 대상으로 직접수확법을 통해 단목의 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별 생장에 따른 탄소저감을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하여 해당 지방 도시의 식재수목에 의한 탄소 흡수원 역할을 구명하는데 유용할 기반정보를 구축하였다. 연구대상 수종은 동백나무, 배롱나무 및 가시나무로서, 수종에 따라 유목에서 성목에 이르는 일정 간격의 줄기직경 규격을 고려 하여 정상적으로 개방 생장하는 총 30개체의 수목을 구입하고, 현장에서 근굴취를 포함한 직접수확법을 통해 개체당 부위별 생중량을 측정하였다. 개체별로 줄기, 가지, 잎, 뿌리 등으로 구분한 표본을 채취하여 건조시킨 뒤, 해당 개체의 부위별 및 전 체 생체량을 파악하여 탄소저장량을 산정하였다.
- 수종별 흉고 직경 내지 근원직경의 줄기 원판을 채취하여 연간 직경생장을 분석하고, 탄소흡수량을 산출하였다. 줄기직경을 독립변수로 생장에 기인한 수종별 단목의 탄소저장 및 흡수를 산출하는 활용 용이한 계량모델을 도출하였다. 아울러, 연구대상 수종의 생체량 확장계수, 지하부/지상부 비율, 직경 생장률 등 생장특성 관 련 부재하는 실측 정보도 마련하였다.
- 남부지방의 식재공간과 조경수 재배농장을 현장 실사하여 연구목표 달성에 부합하는 개방 생장한 수목을 수종 별로 각각 10개체씩, 총 30개체를 구입하였다. 즉, 수종별로 유 목에서 성목에 이르는 일정 간격의 직경 크기를 고려하고, 수종 특유의 수형을 유지하면서 수관 등이 정상 생장한 개체를 굴취수목으로 선정하였다. 굴취수목 개체수의 결정은 수목 구입이나 측정과정에 필요한 비용 및 시간과 표본수의 충분한 확보라는 대립적 양면을 가감 조정한 것이다.
- 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 측정한 생장률을 평균하여 산출하였다. 직경 생장 분석결과를 바탕으로 연간 증가된 생체량을 구한 후 탄소함량비 0.5를 곱하여 각 개체의 탄소흡수량을 산정하였다. 즉, 연간 직경생장률을 이용하여 구한 전년도의 직경을 생체 량 산정식에 대입하여 전년도의 생체량을 산출하고, 이를 현년 도의 생체량에서 제감하여 생체량의 연간 증가량을 산정하였다(Nowak, 1994; Jo, 2002).
- 원판 두께는 KFRI(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다. 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 측정한 생장률을 평균하여 산출하였다. 직경 생장 분석결과를 바탕으로 연간 증가된 생체량을 구한 후 탄소함량비 0.
- 본 동백나무와 배롱나무의 동일 규격 기준 탄소흡수량은 산수유보다 적고, 주목보다는 훨씬 더 많았다. 흉고직경 10cm인 가시나무 한 그루는 약 8L의 휘발유 소비, 그리고 근원직경 10cm인 동백나무와 배롱나무는 2~5L의 휘발유 소비에 따라 배출되는 탄소량을 매년 상쇄하는 탄소흡수원 역할을 담당하였다.
대상 데이터
- 국내 도시의 조경수종 식재현황 관련 선행연구(KFS, 2014; DMC, 2017)를 검토하여 난온대 및 온대남부 기후권의 남부지 방에 흔히 식재하는 조경수종 중 탄소저감 연구가 부재하는 동 백나무(Camellia japonica), 배롱나무(Lagerstroemia indica), 가시나무(Quercus myrsinaefolia) 등 3개 교목종을 연구수종으로 선정하였다.
- 국내 도시의 조경수종 식재현황 관련 선행연구(KFS, 2014; DMC, 2017)를 검토하여 난온대 및 온대남부 기후권의 남부지 방에 흔히 식재하는 조경수종 중 탄소저감 연구가 부재하는 동 백나무(Camellia japonica), 배롱나무(Lagerstroemia indica), 가시나무(Quercus myrsinaefolia) 등 3개 교목종을 연구수종으로 선정하였다. 남부지방의 식재공간과 조경수 재배농장을 현장 실사하여 연구목표 달성에 부합하는 개방 생장한 수목을 수종 별로 각각 10개체씩, 총 30개체를 구입하였다. 즉, 수종별로 유 목에서 성목에 이르는 일정 간격의 직경 크기를 고려하고, 수종 특유의 수형을 유지하면서 수관 등이 정상 생장한 개체를 굴취수목으로 선정하였다.
- 특히, 벌목 대상의 대형 수목을 확보하기가 불가하였고, 소형 수목임에도 요구하는 고가의 구입비는 표본수 확충의 제한요소 이었다. 본 연구대상 수목은 유목 내지는 성장과정의 표본들로서, 탄소저장 및 흡수를 포함한 연구결과의 적용은 대상수목의 직경범위에 국한함이 바람직하다. 향후, 남부지방의 다양한 수종과 대형 수목을 포함하는 추가 연구를 수행하여, 본 결과의 고찰과 더불어 저탄소 생활환경 창출에 기여하는 조경식재의 중요성을 강조할 필요가 있다.
- 연구대상 굴취수목은 동백나무의 경우 강진군, 배롱나무는 진주시와 하동군, 가시나무는 진주시 등의 정원, 가로, 조경수 농장에 식재된 것이었다(Table 1 참조). 가시나무의 흉고직경 은 수목에 따라 3.
이론/모형
- 현장굴취와 생중량 측정은 KFRI (2007) 및 Jo et al.(2014)의 바이오매스 조사ㆍ분석 표준방법 을 적용하였다. 굴취 시 Jo et al.
- 2m의 흉고부위에서, 동백나무와 배롱나무는 근원부에서 두께 5~10cm의 줄기 원판을 채취하고, 바로 이중 비닐백에 넣어 연구실로 운반한 뒤 수종별 수령과 연간 직경생장률을 파악하였다. 원판 두께는 KFRI(2007)의 표준에 따르되 취급 시 파손 방지, 그라인딩 작업의 효율성 등을 고려하여 줄기 굵기에 따라 결정하였다. 직경생장률은 각 원판의 4개 직각방향에서 측정한 생장률을 평균하여 산출하였다.
성능/효과
- 95 이상으로서 적합도가 양호하였다. Y절편 및 직 경의 회귀계수도 t검정 결과, 1% 수준에서 유의성을 나타냈다. 한편, 탄소저장량의 경우처럼 독립변수로서 줄기직경 외에도 수고, 수관폭 등을 고려하는 계량모델을 유도하였으나, F값이 유의하더라도 수고와 수관폭의 회귀계수가 5% 수준에서 유의하지 않았다.
- 94 이상으로 적합도가 양호하였다. Y절편 및 직경의 회귀계수 역시 t 검정 결과, 1% 수준에서 유의성을 나타냈다. 한편, 독립변수로서 줄기직 경 뿐만 아니라, 수고, 수관폭 등을 포함하는 계량모델을 도출한 결과, 유의한 F값을 보였으나, 수고나 수관폭의 r 2가 훨씬 낮았다(0.
- 계량모델 모두는 F검정 결과 통 계적으로 유의하였고(p<0.0001), r 2는 최소 0.94 이상으로 적합도가 양호하였다.
- 계량모델 모두는 F검정 결과 통계적으로 유의하였고(p<0.0001), r 2은 최소 0.95 이상으로서 적합도가 양호하였다.
- 한편, 상록수인 가시나무와 동백나무의 경우는 3년간의 잎 수명을 가정하여(Dirr, 2009; Rowntree and Nowak, 1991) 25% 엽량을 제감하였다. 그리고 흉고 또는 근원직경, 수고, 수관폭을 독립변수로 반복적인 선형 및 비선형 접근을 추진하여 수종별 생장에 따른 단목의 탄소흡수를 용이 하게 추정하는 가장 적합한 계량모델을 도출하였다.
- 98 범위로서 적합도가 양호하였고, Y 절편 및 직경의 회귀계수도 1% 수준에서 유의성을 나타냈다. 단목의 탄소저장량과 흡수량은 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이도 직경이 클수록 더욱 현저하였다. 흉고직경 10cm인 가시나무 단목의 탄소저장량과 흡수량은 각각 24.
- 6kg/주/년이었다. 본 동백나무와 배롱나무의 동일 규격 기준 탄소흡수량은 산수유보다 적고, 주목보다는 훨씬 더 많았다. 흉고직경 10cm인 가시나무 한 그루는 약 8L의 휘발유 소비, 그리고 근원직경 10cm인 동백나무와 배롱나무는 2~5L의 휘발유 소비에 따라 배출되는 탄소량을 매년 상쇄하는 탄소흡수원 역할을 담당하였다.
- 57cm/년이었다(Jo and Park, 2017). 본 연구대상 가시나무의 흉고직경 생장률은 상기한 도시 상록침엽수의 경우와 유사하였고, 산림수목보다는 약 1.5배 컸다. Jo et al.
- 본 연구에서 유도한 탄소저장 및 흡수를 산정하는 6개 계량 모델의 r 2은 0.94~0.98 범위로서 적합도가 양호하였고, Y 절편 및 직경의 회귀계수도 1% 수준에서 유의성을 나타냈다. 단목의 탄소저장량과 흡수량은 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 그 차이도 직경이 클수록 더욱 현저하였다.
- 상기한 계량모델을 적용하여 수종 및 직경별 탄소저장량을 산정한 결과(Table 5 참조), 수목 1주의 탄소저장량은 직경생 장과 더불어 증가하는 경향이었고, 직경급 간 그 차이는 직경이 클수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 커질 때마다 각 수 종의 탄소저장량은 최소 1.
- 탄소흡수량 역시 줄기직경 만을 독립변수로 적용 하여 산출하는 것이 현장측정 변수의 간소화, 수고 관련 적용 오차 제어 등 활용의 용이성이나 실용성이 더 높을 수 있다. 상기한 계량모델을 적용하여 수종 및 직경별 탄소흡수량을 산정한 결과(Table 7 참조), 수목 1주당 탄소흡수량은 탄소저장량과 유사하게 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 흡 수량의 차이도 직경이 클수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 커질 때마다 각 수종의 탄소흡수량은 최소 1.
- 수목 부위별 생체량의 평균 점유비는 수종에 따라 차이를 보였으며, 가시나무의 경우 줄기가 33%로서 가장 높았고, 이어서 뿌리와 가지 각각 28% 및 27%, 잎 12% 등의 순이었다. 소 교목성인 배롱나무는 가지 점유비가 가장 높은 36%이었고(줄기 30%, 뿌리 24%, 잎 10%), 동백나무는 뿌리 30%, 잎 25%, 줄기 24%, 가지 21% 등의 순으로서 특히 잎의 점유비가 타 수종에 비해 높았다. 수종별 굴취수목의 생체량 확장계수(줄기 생체량 대비 줄기, 가지 및 잎을 합계한 비율)와 지하부/지상 부 비율은 Table 3과 같다.
- 단목(單木)의 총 생체량은 직경에 따라 동백나무 1~16kg/주, 배롱나무 1~35kg/주, 가시나무 2~161kg/주 등이었다(Figure 2 참조). 수목 부위별 생체량의 평균 점유비는 수종에 따라 차이를 보였으며, 가시나무의 경우 줄기가 33%로서 가장 높았고, 이어서 뿌리와 가지 각각 28% 및 27%, 잎 12% 등의 순이었다. 소 교목성인 배롱나무는 가지 점유비가 가장 높은 36%이었고(줄기 30%, 뿌리 24%, 잎 10%), 동백나무는 뿌리 30%, 잎 25%, 줄기 24%, 가지 21% 등의 순으로서 특히 잎의 점유비가 타 수종에 비해 높았다.
- 본 연구는 정부 또는 기업의 도시녹지 사업과 관련하여 남부 지방 도시에 식재된 대상 조경수종의 탄소저감을 계량화할 수 있는 초석을 마련하였다. 연구과정에서 나타난 대표적 난제는 식재수목의 벌목을 위한 다수 표본의 확보와 고가의 구입비, 표본수목의 근굴취를 포함한 직접 벌목과 부위별 생중량 측정, 다수 생중량 표본의 장기간 건조과정과 계량분석 등이었다. 특히, 벌목 대상의 대형 수목을 확보하기가 불가하였고, 소형 수목임에도 요구하는 고가의 구입비는 표본수 확충의 제한요소 이었다.
- 본 결과는 연구 수종의 탄소저장 및 흡수와 관련 기존 연구가 전무하여 직접적으로 비교 분석할 수 없었으나, 타 조경수목이나 산림수목의 경우와 비교 분석하여 탄소저감 관련 조경식재에 필요한 기반정보를 제공하였다. 연구대상 수목의 생체량 확장계수는 수령 차이, 개방 생장에 따른 지엽밀도 차이, 관리에 따른 생장환경 개선 등에 기인하여 상록성 산림수목보다 큰 것으로 나타났다.
- 상기한 계량모델을 적용하여 수종 및 직경별 탄소저장량을 산정한 결과(Table 5 참조), 수목 1주의 탄소저장량은 직경생 장과 더불어 증가하는 경향이었고, 직경급 간 그 차이는 직경이 클수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 커질 때마다 각 수 종의 탄소저장량은 최소 1.3~최대 3.7배 증가하는 것으로 나타났다. 수종별로는 흉고직경 10cm 기준 가시나무가 24.
- 상기한 계량모델을 적용하여 수종 및 직경별 탄소흡수량을 산정한 결과(Table 7 참조), 수목 1주당 탄소흡수량은 탄소저장량과 유사하게 직경생장과 더불어 증가하였고, 직경급 간 흡 수량의 차이도 직경이 클수록 더욱 현저하였다. 즉, 직경이 2cm 커질 때마다 각 수종의 탄소흡수량은 최소 1.2~최대 3.0 배 증가하는 것으로 나타났다. 수종별로는 흉고직경 10cm 기 준 가시나무가 4.
- Y절편 및 직경의 회귀계수 역시 t 검정 결과, 1% 수준에서 유의성을 나타냈다. 한편, 독립변수로서 줄기직 경 뿐만 아니라, 수고, 수관폭 등을 포함하는 계량모델을 도출한 결과, 유의한 F값을 보였으나, 수고나 수관폭의 r 2가 훨씬 낮았다(0.82 이하). 수고를 포함하는 계량모델이 통계적으로 유의하더라도 현장조사 시 입목 상태의 정확한 수고 측정이 곤란하기 때문에 줄기직경만을 이용한 경우보다 오히려 산정 오차가 클 수도 있다(Whittaker and Marks, 1975; Park and Lee, 1990).
후속연구
- 따라서 본 연구의 목적은 남부지방에 흔히 식재하는 일부 조경수종을 대상으로 직 접수확법을 통해 개체별 탄소저장 및 흡수를 계량화하고, 수종별 생장에 따른 탄소저감을 용이하게 산정하는 계량모델을 개발하는 것이다. 본 연구는 남부지방 도시의 식재수목에 의한 탄소흡수원 역할을 구명하는데 유용할 것으로 기대한다. 본 논문에서 탄소저장은 수목이 생장하면서 여러 해 동안 축적한 총 량을, 탄소흡수는 수목이 한 해 동안 흡수한 양을 의미한다.
- 수고를 포함하는 계량모델이 통계적으로 유의하더라도 현장조사 시 입목 상태의 정확한 수고 측정이 곤란하기 때문에 줄기직경만을 이용한 경우보다 오히려 산정 오차가 클 수도 있다(Whittaker and Marks, 1975; Park and Lee, 1990). 본 연구에서 제시한 계량모델은 흉고 또는 근원직경만을 측정하여 수종별 단목 차원의 탄소저장량을 용이하게 산출하는데 활용할 수 있다.
- 본 연구대상 수목은 유목 내지는 성장과정의 표본들로서, 탄소저장 및 흡수를 포함한 연구결과의 적용은 대상수목의 직경범위에 국한함이 바람직하다. 향후, 남부지방의 다양한 수종과 대형 수목을 포함하는 추가 연구를 수행하여, 본 결과의 고찰과 더불어 저탄소 생활환경 창출에 기여하는 조경식재의 중요성을 강조할 필요가 있다.
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