[논문]변량지수식을 이용한 전국 상수리나무의 입목수간재적표 추정

고치웅; 김동근; 강진택

doi:10.14578/jkfs.2019.108.3.357

초록
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본 연구는 Kozak 수간곡선모델을 이용하여 우리나라 상수리나무의 입목수간재적표를 개발하고자 수행하였다. 전국의 분포하고 있는 상수리나무를 총 2,700본의 표준목을 벌채하여 수간고별 직경과 수간석해 자료를 수집하여 생장특성을 조사하였다. 수간곡선식의 적합도 검정을 위하여 적합도지수(Fitness index), 편차(Bias), 평균절대편차(Mean Absolute Deviation)를 이용하여 모델의 적합성을 판단하였다. 추정된 모델의 적합도지수는 97%로 나타났고 편차는 0.017, 평균절대편차는 1.118로 높은 적합도를 보였다. 또한 현행재적표와 신규재적표의 재적간의 차이를 분석한 결과, 통계적으로 유의적인 재적차이를 보였다(p = 0.0008, <0.005). 이는 현실림을 반영한 신규재적표를 이용하는 것이 목재자원량의 평가시 손실을 줄이고 국가 및 지자체의 산림통계의 정확도를 향상시킬 것으로 판단된다. 본 연구의 주요한 결과인 추정된 수간곡선식을 이용한 입목수간재적표는 우리나라의 주요 활엽수종인 참나무류 중 상수리나무의 생장 정보 및 합리적 경영을 위한 경영제표가 될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to develop a stem volume table for Quercus acutissima in Korea by using Kozak's stem taper equation. In total, 2700 tree samples were collected around the country, and growth performance was investigated through compiling data on diameters by stem height and stem analysis. I...

This study was conducted to develop a stem volume table for Quercus acutissima in Korea by using Kozak's stem taper equation. In total, 2700 tree samples were collected around the country, and growth performance was investigated through compiling data on diameters by stem height and stem analysis. In order to test the stem taper equation's fitness, the fitness index (FI), bias, and mean absolute deviation (MAD) were analyzed. The fitness of the equation was estimated at 97%, bias as 0.017, and MAD turned out to be 1.118, respectively. Furthermore, there was a statistically significant volume difference between the current volume table and the new volume table (p = 0.0008, <0.005). The result indicates that using the new volume table that reflects the actual forest will reduce the loss when assessing wood resources and will improve the accuracy of forest statistics for national and local governments. A stem volume table, the main result of this research, which is utilized in the estimated stem taper equation, will provide growth information for Quercus acutissima, one of the main broadleaf species in Korea, and will function as a management indicator for rational forest management.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Location of the study area.
표 Table 1. Characteristics of surveyed sample trees.
표 Table 2. Applied stem taper equation for fitting of in Quercus acutissima this study.
표 Table 3. Accuracy assessment for estimation of Kozak’s stem profile model.
그림 Figure 2. Residual distribution of estimated diameter based on relative height.
표 Table 4. Parameters and statistics of Kozak’s stem profile model for Quercus acutissima.
그림 Figure 3. Stem taper curve patten of Quercus acutissima.
표 Table 5. Stem volume table for Quercus acutissima.
표 Table 6. Analysis of T-test between Original stem volume table and New stem volume table.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 최근 우리나라 산림의 영급 및 경급의 구조가 올라감에 따라 현행재적표의 적용이 현실임분을 반영하지 못하는 한계가 있어 우리나라 상수리나무에 대하여 전체경급에 적용할수 있는 수간곡선식을 개발하고 이를 이용하여 수피를 포함하는 입목수간재 적표를 개발하는데 있다.
본 연구는 우리나라 참나무류 중 상수리나무의 입목수 간재적표를 개발하기 위하여 전국의 분포하고 있는 상수리나무를 1/5,000 임상도상의 분포면적을 지역별로 구분 하여 분석 후, 분포면적의 비율에 따라 표본목을 선발하였다. 자료의 수집은 2018년 5월부터 10월까지 6개월간 경급별(소,중,대)로 균일하게 2,700본의 표준목을 벌채하였다.
본 연구는 우리나라의 전국적으로 분포하고 있는 참나무류중 상수리나무의 입목수간재적표를 개발하기 위하여 산림수종의 수간곡선 추정시에 적합도가 높은 식으로 알려진 변량지수식인 Kozak 수간곡선 모델을 이용하여 상수리나무 입목수간재적표를 개발하였다. 상수리나 무의 수간곡선 추정에 있어 Kozak 수간곡선 모델의 적합성을 검정하기 위하여 통계적인 검정으로 적합도지수(FI)와 편의(Bias), 평균절대편차(MAD)등을 이용하였고 상수리나무의 수간곡선을 추정하는데 있어서 적합한 식으로 평가되었다.

제안 방법

본 연구에서 사용한 Kozak 수간곡선 모델의 적합성을 검증하기 위하여 Table 4에서 FI, Bias, SEE, MAD등의 값으로 모델의 적합성을 검정하였다. 또한 검정통계량 외에 상대수고에 따른 잔차의 분포를 확인하여 관측치와 추정치의 평균적인 범위를 확인하여 평균의 범위를 벗어나는 지 확인하였다(Figure 2).
또한 추정된 값이 모수의 참값에 대하여 평균적인 과소· 과대치를 주는지를 알아보고자 편의(Bias)와 잔차의 표준 오차의 백분율(SEE%)을 비교하여 모델의 상대적인 정도 를 평가하였다.
본 연구에서 사용한 Kozak 수간곡선 모델의 적합성을 검증하기 위하여 Table 4에서 FI, Bias, SEE, MAD등의 값으로 모델의 적합성을 검정하였다. 또한 검정통계량 외에 상대수고에 따른 잔차의 분포를 확인하여 관측치와 추정치의 평균적인 범위를 확인하여 평균의 범위를 벗어나는 지 확인하였다(Figure 2).
입목수간재적표는 각 표본목의 수피를 포함한 수간재적의 실측치를 가지고 수간고별 직경을 토대로 Smalian식을 이용한 구분구적법으로 계산하였다. 수간재적의 추정치는 측정된 수간고와 직경을 이용하여 모델별 수간곡선식을 도출한 후, 수간의 형태별로 나누어 재적을 산출하였다. 수간의 형태는 크게 3가지 형태로 나뉘는데 근주부는 나일로이드형 (neiloid)이며, 초두부는 원추형이(conoid)고, 이 양쪽 끝을 제외한 수간의 대부분은 포물선형(paraboloid)으로 구분하였다(National Institute of Forest Science, 2018).

대상 데이터

본 연구는 우리나라 참나무류 중 상수리나무의 입목수 간재적표를 개발하기 위하여 전국의 분포하고 있는 상수리나무를 1/5,000 임상도상의 분포면적을 지역별로 구분 하여 분석 후, 분포면적의 비율에 따라 표본목을 선발하였다. 자료의 수집은 2018년 5월부터 10월까지 6개월간 경급별(소,중,대)로 균일하게 2,700본의 표준목을 벌채하였다. 분석에 사용된 참나무의 평균 임령은 36.
현재 사용하고 있는 재적표(National Institute of Forest Science, 2015)는 흉고직경 6 cm부터 80 cm까지이며 수고는 5 m부터 35 m까지로 신규 입목수간재적표 역시 같은 범위내에서 재적표를 조제하였다. 입목수간재적표는 각 표본목의 수피를 포함한 수간재적의 실측치를 가지고 수간고별 직경을 토대로 Smalian식을 이용한 구분구적법으로 계산하였다.

데이터처리

, 2014b). 또한 Kozak model을 이용하여 작성한 신규상수리나무의 입목수간재적표와 현행상수리나무 입목수간재적표의 재적차이를 알아보기 위하여 T-test 를 진행하여 통계적 차이를 확인하였다.
본 연구는 우리나라의 전국적으로 분포하고 있는 참나무류중 상수리나무의 입목수간재적표를 개발하기 위하여 산림수종의 수간곡선 추정시에 적합도가 높은 식으로 알려진 변량지수식인 Kozak 수간곡선 모델을 이용하여 상수리나무 입목수간재적표를 개발하였다. 상수리나 무의 수간곡선 추정에 있어 Kozak 수간곡선 모델의 적합성을 검정하기 위하여 통계적인 검정으로 적합도지수(FI)와 편의(Bias), 평균절대편차(MAD)등을 이용하였고 상수리나무의 수간곡선을 추정하는데 있어서 적합한 식으로 평가되었다. 또한 현행재적표와 신규재적표간의 평균을 비교한 결과 재적간에 통계적으로 유의적인 차이를 보였다(p<0.
또한 추정된 값이 모수의 참값에 대하여 평균적인 과소· 과대치를 주는지를 알아보고자 편의(Bias)와 잔차의 표준 오차의 백분율(SEE%)을 비교하여 모델의 상대적인 정도 를 평가하였다. 추정치 잔차의 절대값을 평균한 값인 평균절대편차(MAD)로 각 추정치 편차의 평균적인 크기를 알 수 있었으며 이들 통계량은 관측값와 추정값의 차이를 보여주는 것으로 값이 0과 근접할수록 높은 정도를 나타낸다. 한편 검정통계량은 수간곡선식의 추정이행능력만을 확인 할 수 있다.

이론/모형

상수리나무의 입목수간재적표를 조제하기 위하여 미국, 캐나다 등의 임업 선진국에서 많이 이용되며, 국내에서도 국립산림과학원에서 주요 수종 11개의 입목재적표 를 개발(National Institute of Forest Science, 2015)하는데 이용한 Kozak model(Kozak, 1988)로 상수리나무의 수간 곡선 추정식을 구하였다(Table 2).
현재 사용하고 있는 재적표(National Institute of Forest Science, 2015)는 흉고직경 6 cm부터 80 cm까지이며 수고는 5 m부터 35 m까지로 신규 입목수간재적표 역시 같은 범위내에서 재적표를 조제하였다. 입목수간재적표는 각 표본목의 수피를 포함한 수간재적의 실측치를 가지고 수간고별 직경을 토대로 Smalian식을 이용한 구분구적법으로 계산하였다. 수간재적의 추정치는 측정된 수간고와 직경을 이용하여 모델별 수간곡선식을 도출한 후, 수간의 형태별로 나누어 재적을 산출하였다.
수간의 형태는 크게 3가지 형태로 나뉘는데 근주부는 나일로이드형 (neiloid)이며, 초두부는 원추형이(conoid)고, 이 양쪽 끝을 제외한 수간의 대부분은 포물선형(paraboloid)으로 구분하였다(National Institute of Forest Science, 2018). 재적은 수간고를 10cm 간격으로 나누어 직경을 추정하고, Smalian식에 의한 구분구적법으로 산출하였다(Son et al., 2012; Kang et al., 2014b). 또한 Kozak model을 이용하여 작성한 신규상수리나무의 입목수간재적표와 현행상수리나무 입목수간재적표의 재적차이를 알아보기 위하여 T-test 를 진행하여 통계적 차이를 확인하였다.

성능/효과

또한 현행재적표와 신규재적표간의 평균을 비교한 결과 재적간에 통계적으로 유의적인 차이를 보였다(p<0.005).
005). 본 연구결과에 따르면 현행재적표는 현재 산림 상태를 기초로한 새로 개발된 신규재적표와 재적차이가 크게 나기 때문에 ha당 재적을 추정할 경우 차이가 크게 나타날 것이다. 이는 현행 재적표를 사용할 시에 현시대의 산림을 제대로 반영하지 못하여 임업경영상 기초자료로서 불합리하며 목재자원량의 평가시 과오차를 보일 것으로 판단되어 신규재적표를 사용하는 것이 활용도와 정확도 면에서 바람직 할 것으로 판단된다.
자료의 수집은 2018년 5월부터 10월까지 6개월간 경급별(소,중,대)로 균일하게 2,700본의 표준목을 벌채하였다. 분석에 사용된 참나무의 평균 임령은 36.7년생으로 나타났고, 평균 흉고직경은 20 cm 평균수고는 14.9 m로 나타났다(Table 1, Figure 1).
상대수고별 잔차를 비교하여 보면 전체적으로 0과 가까운 값을 나타내며 양의 값과 음의 값의 차이가 없는 것으로 적합성이 높은 것으로 판단되며, 추정된 수간곡선식의 적합도는 97%로 높은 적합성을 보였고, Bias는 – 0.0024로 0을 중심으로 평균과 크게 차이가 나지 않는 것으로 나타났으며 SEE는 0.9160으로 나타났다.
현행재적표와 신규재적표의 통계적 차이를 비교 한 결과, 새로 조제한 신규재적표의 평균재적이 높은 것으로 나타났으며 통계적으로도 유의적인 차이를 보일 정도로 재적의 차이가 큰 것으로 나타났다(p<0.005).

후속연구

이는 현행 재적표를 사용할 시에 현시대의 산림을 제대로 반영하지 못하여 임업경영상 기초자료로서 불합리하며 목재자원량의 평가시 과오차를 보일 것으로 판단되어 신규재적표를 사용하는 것이 활용도와 정확도 면에서 바람직 할 것으로 판단된다. 또한 환경적 기능인 탄소저장량의 계산, 산림부분 온실가스 인벤토리등 다양한 산림사업 현장에서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구결과에 따르면 현행재적표는 현재 산림 상태를 기초로한 새로 개발된 신규재적표와 재적차이가 크게 나기 때문에 ha당 재적을 추정할 경우 차이가 크게 나타날 것이다. 이는 현행 재적표를 사용할 시에 현시대의 산림을 제대로 반영하지 못하여 임업경영상 기초자료로서 불합리하며 목재자원량의 평가시 과오차를 보일 것으로 판단되어 신규재적표를 사용하는 것이 활용도와 정확도 면에서 바람직 할 것으로 판단된다. 또한 환경적 기능인 탄소저장량의 계산, 산림부분 온실가스 인벤토리등 다양한 산림사업 현장에서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	참나무는 무엇인가?	참나무는 낙엽활엽수림의 대표적인 수목으로 우리나라는 식물지리학상 참나무대에 속하고 있어 전국의 어떤 지역에서도 찾아 볼 수 있다. 참나무류는 2015년 말 현재 활엽 수종의 전체 산림면적인 2,028,855 ha 중에 975,181 ha로 가장 많이 분포하고 있으며, 임목축적도 전체 263,738,277 m3 중 133,606,365 m3 로 전체 활엽수의 임목축적중 약 50% 의 높은 임목축적을 가진 수종이다(Korea Forest Service, 2018).
	참나무류는 2015년 말 어느정도로 분포하고 있는가?	참나무는 낙엽활엽수림의 대표적인 수목으로 우리나라는 식물지리학상 참나무대에 속하고 있어 전국의 어떤 지역에서도 찾아 볼 수 있다. 참나무류는 2015년 말 현재 활엽 수종의 전체 산림면적인 2,028,855 ha 중에 975,181 ha로 가장 많이 분포하고 있으며, 임목축적도 전체 263,738,277 m3 중 133,606,365 m3 로 전체 활엽수의 임목축적중 약 50% 의 높은 임목축적을 가진 수종이다(Korea Forest Service, 2018). 우리나라에 분포하는 참나무중 신갈나무는 군집을 이루고 서식하나 이를 제외한 나머지 참나무는 대부분 침엽수나 기타활엽수 또는 몇 가지의 참나무류와 혼효림을 구성하여 분포하거나 소면적의 순림으로 분산되어 분포하는 모습을 보이고 있다(National Institute of Forest Science, 2012).
	Ⅳ∼Ⅴ영급이 되는 임목축적의 비율이 상당히 증가한 이유는?	6%로 청·장년기에 해당하는 영급이 상당히 증가한 것을 알 수 있다(Korea Forest Service, 2013). 이는 입목의 재적을 산출할 때 기존의 현행재적표는 우리나라의 산림이 과거 어린임분의 상태의 전국적인 자료의 평균치로 이용하여 추정되었기 때문에 현재 임분특성을 반영하기 힘들고, 이는 통계적으로 과대·과소치의 추정치를 나타낼 수 있다고 판단된다.

참고문헌 (20)

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