[논문]현실임분 생장특성에 의한 편백 임분수확표 개발

정수영; 이광수; 이호상; 배은지; 박준형; 고치웅

doi:10.14578/jkfs.2020.109.4.477

초록
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본 연구는 남부지방 대표수종인 편백 현실림의 생장 특성을 반영한 수확표를 작성하기 위하여 수행되었다. 200개소 이상의 편백의 표준지 생장조사 자료를 분석에 이용하였다. 기존의 임분수확표 작성 절차인 직경분포의 추정, 적합, 예측의 단계를 거쳤으며, 직경분포모델은 Weibull 함수를 이용하였다. 임지생산력을 평가하기 위한 기준인 지위지수(기준임령 30년)는 Chapman-Richards식을 이용하여 추정하였다. 임분수확표 작성을 위한 평균직경 등 여러 추정식은 적합도를 고려하여 최적의식을 선정하고 이용한 결과, 조사된 편백 현실임분의 지위지수는 10~18 범위에 있음이 밝혀졌다. 추정된 임분재적 모델은 편백림의 임분재적에 대해 62%의 설명력을 가지는 것으로 나타났다. 실재적과 추정재적 간의 잔차도분석 결과 '0'을 중심으로 모두 고른 잔차를 보여 본 추정 결과를 이용함은 문제가 없을 것으로 판단되었다. 이번 남부지방을 대표하는 침엽수인 편백에 대한 임분수확표 작성 결과가 현실의 산림경영에 폭넓게 사용되기를 바라며, 향후 편백 임분 생장이 더욱 안정화되고 생육발달로 장벌기 대경재 생산지가 많이 확보되면 더욱 개선된 수확표의 작성도 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We constructed a stand yield table for Chamaecyparis obtusa based on data from an actual forest. The previous stand yield table had a number of disadvantages because it was based on actual forest information. In the present study we used data from more than 200 sampling plots in a stand of Chamaecyp...

We constructed a stand yield table for Chamaecyparis obtusa based on data from an actual forest. The previous stand yield table had a number of disadvantages because it was based on actual forest information. In the present study we used data from more than 200 sampling plots in a stand of Chamaecyparis obtusa. The analysis included theestimation, recovery and prediction of the distribution of values for diameter at breast height (DBH), and the result is a valuable process for the preparation ofstand yield tables. The DBH distribution model uses a Weibull function, and the site index (base age: 30 years), the standard for assessing forest productivity, was derived using the Chapman-Richards formula. Several estimation formulas for the preparation of the stand yield table were considered for the fitness index, and the optimal formula was chosen. The analysis shows that the site index is in the range of 10 to 18 in the Chamaecyparis obtusa stand. The estimated stand volume of each sample plot was found to have an accuracy of 62%. According to the residuals analysis, the stands showed even distribution around zero, which indicates that the results are useful in the field. Comparing the table constructed in this study to the existing stand yield table, we found that our table yielded comparatively higher values for growth. This is probably because the existing analysis data used a small amount of research data that did not properly reflect. We hope that the stand yield table of Chamaecyparis obtusa, a representative species of southern regions, will be widely used for forest management. As these forests stabilize and growth progresses, we plan to construct an additional yield table applicable to the production of developed stands.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Characteristics of the surveyed data.
표 Table 2. Parameters of stem taper equation(Kozak's model) by species.
그림 Figure 1. Distribution of site index curve in Chamaecyparis obtusa stand.
그림 Figure 2. Comparison between measured volume and predicted volume in Chamaecyparis obtusa stand.
그림 Figure 4. Growth comparison between previous and estimate yield table in Chamaecyparis obtusa stand.
그림 Figure 3. Residual scattergram for predicted volume in Chamaecyparis obtusa stand.
표 Table 3. Parameters and fitness index (FI) of non-linear growth equations fitted mean for growth factors in Chamaecyparis obtusa stand.
표 Table 4. Stand yield and growth table of Chamaecyparis obtusa stand (Site index; 14).

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 편백의 임분관리를 위한 시업체계 개발 연구를 통하여 자체적으로 수집한 매목조사 자료와 국가산림자원조사 자료 등을 통합하여, 편백 현실임분 경영에 활용이 가능한 임분수확표 개발에 있다.
본 연구는 남부권역 대표적 수종인 편백에 대해 현실림 생장 기반으로 임분수확표를 새롭게 작성한 결과를 제시한 것이다. 현재까지는 편백 임분수확표를 삼나무와 함께 사용하는 공용 수확표를 사용하여 왔으나, 두 수종간 생장 형태 및 생육정도가 달라 산림현장 적용에 애로사항이 자주 발생하였는데, 최근 국립산림과학원에서 이들 두 수종의 현실임분의 시업관리를 위하여 생장량을 조사하게 되어 본 연구가 이루어지게 된 것이다.
것이다. 현재까지는 편백 임분수확표를 삼나무와 함께 사용하는 공용 수확표를 사용하여 왔으나, 두 수종간 생장 형태 및 생육정도가 달라 산림현장 적용에 애로사항이 자주 발생하였는데, 최근 국립산림과학원에서 이들 두 수종의 현실임분의 시업관리를 위하여 생장량을 조사하게 되어 본 연구가 이루어지게 된 것이다. 삼나무에 대한 연구 결과는 다른 논문에 게재될 예정이니 참고하시기 바란다.

제안 방법

편백에 대한 임분단위 수확량을 예측하기 위해서는 직경, 수고급별 개체목 재적을 알아야 하므로, 이를 알 수 있는 수간곡선식(Kozak식 이용 -식 1)을 도출하고, 이들 모수(parameters)를 임분 수확량 추정에 활용하고자 하였다. 수간곡선식의 모수는 산림청과 국립산림과학원에서 제시하는 ‘재적표'의 산정 기준과 일치하여야 하므로 국립산림과학원(National Institute of Forest Science, 2020)에서 분석한 내부 자료를 그대로 인용하였다.
편백에 대한 기존 수확표 상 생장량(Lee et al., 2009) 과금번 예측된 수확량 간을 ‘지위지수 14'를 기준으로 비교해보았다. Figure 4에 의하면 당초 법정림 개념으로 작성되었으리라 생각되는 이전의 수확표의 생장량이 오히려 현실림을 반영한 수확표보다 낮게 나타났다.

대상 데이터

편백림의 시업체계 구축을 위하여 이 수종이 생육하는 지역에서의 매목조사와 국가산림자원조사에서의 산림조사 자료 229 plots (0.04 ha)를 확보하였다. 구축된 자료의 개요는 Table 1과 같으며, 이들 자료 중 본수, 흉고직경 및 단면적 등이 평균값을 심하게 벗어나는 이상치를 제거하여 최종 분석단계에서는 168 plots를 대상으로 실시하였다.
04 ha)를 확보하였다. 구축된 자료의 개요는 Table 1과 같으며, 이들 자료 중 본수, 흉고직경 및 단면적 등이 평균값을 심하게 벗어나는 이상치를 제거하여 최종 분석단계에서는 168 plots를 대상으로 실시하였다.
수간곡선식의 모수는 산림청과 국립산림과학원에서 제시하는 ‘재적표'의 산정 기준과 일치하여야 하므로 국립산림과학원(National Institute of Forest Science, 2020)에서 분석한 내부 자료를 그대로 인용하였다.

이론/모형

임지생산력을 제시할 수 있는 지위지수는 매목조사 자료에서 임령과 우세목 수고 간의 관계를 Chapman- Richards식(식 2)으로 해석하였으며, 다른 식도 적용이 가능하였으나, 타 식에 비해 식의 유연성과 정도를 고려하여 이식을 채택하였다(Clutter et al., 1983; Gadow et al., 1992; Laar and Akça, 1997). 또한 지위지수의 기준연도는 30년으로 설정하였으며, 30년을 설정한 것은 지위지수의 중요변수가 수고를 포함하는 관계로 30년이 보통 수고 생장의 극점에 다다르며, 이후는 점근상태(asypmtotic)로 생장하기 때문에 이를 기준연도를 잡은 것이다(Lee et al.
임분수확표 작성의 근간은 직경급별 본수, 수고 분포 및 재적분포를 알 수 있도록 Weibull 직경분포확률함수를 이용하였다(Cao, 1997; Garcia, 1981; Shiver, 1988). 이를 활용한 것은 적정 임령에 따른 솎아베기 수행 시 어느 시점에 몇본의 입목이 벌목되고, 따라서 이들 물량은 얼마나 되는 지, 또한 솎아베기 후 임분의 직경분포를 쉽게 알 수 있고, 향후 직경분포의 변화 예측이 가능하기 때문이다.
편백 임분의 임지생산력을 예측할 수 있는 지위지수는 Chapman-Rechards 모델을 이용하여 도출하였으며, 그 결과는 식 3과 같다.

성능/효과

본 자료는 국립산림과학원 (National Institute of Forest Science, 2020)에서 편백 1, 000 여본을 벌채하여 여기에서 얻어진 수간곡선식의 모수이며, 이에 대한 자세한 연구결과는 다른 논문에 제시될 예정이다. 수간곡선식의 적합도(FI)는 98% 이상으로 아주 높으며, 식의 잔차분포 편의(Bias) 역시 ‘0' 기준선을 거의 벗어나지 않아 본 식의 모수를 편백의 재적을 계산할 떄식의 사용이 무리가 없음을 알 수 있었다.
삼나무에 대한 연구 결과는 다른 논문에 게재될 예정이니 참고하시기 바란다. 임령에 따른 우세목수고로 지위지수를 산정한 결과, 현재 우리나라 편백의 지위지수는 10∼18 범위에 있는 것으로 나타났으며, 지위지수 14가 지위 “중”으로 보통의 임지 생산력을 갖음을 추정할 수 있으며, 이 지위지수는 기준임령 30년일 때의 우세목 수고 생장량이라 볼 수 있다. 임분수확을 예측하기 위하여 두 임분의 흉고직경, 흉고단면적, 수고 등의 생장식을 도출하고, 이를 Weibull 분포함수에 적용하여 먼저 재적을 산출한 결과 적합도는 62% 로 설명력은 약간 떨어지나 잔차분포도를 그려 본 바, ‘0' 을 중심으로 고르게 분포하고 있어 한쪽으로 치우치지 않으므로 임분재적 예측은 별다른 문제가 없는 체계임을 알 수 있었다.
임령에 따른 우세목수고로 지위지수를 산정한 결과, 현재 우리나라 편백의 지위지수는 10∼18 범위에 있는 것으로 나타났으며, 지위지수 14가 지위 “중”으로 보통의 임지 생산력을 갖음을 추정할 수 있으며, 이 지위지수는 기준임령 30년일 때의 우세목 수고 생장량이라 볼 수 있다. 임분수확을 예측하기 위하여 두 임분의 흉고직경, 흉고단면적, 수고 등의 생장식을 도출하고, 이를 Weibull 분포함수에 적용하여 먼저 재적을 산출한 결과 적합도는 62% 로 설명력은 약간 떨어지나 잔차분포도를 그려 본 바, ‘0' 을 중심으로 고르게 분포하고 있어 한쪽으로 치우치지 않으므로 임분재적 예측은 별다른 문제가 없는 체계임을 알 수 있었다. 이를 근거로 편백의 수확표를 작성하였으며, 이 자료가 남부권역 편백림 산림현장에서 산림경영의 의사를 결정하는데 유용하게 사용되기를 기대해 본다.

후속연구

산림자원의 선순환체계는 자연고사로 인한 이산화탄소 방출원으로 방치되는 등의 산지 임목의 형질을 개선시켜 에너지 자원 등으로 재활용하거나 기존보다 더 나은 부가가치를 창출할 수 있게 해 준다. 특히 사유림에 대한 소득 창출뿐만 아니라 재투자의 기회를 제공함으로써 실질적인 현실임분에 대한 산림경영 기반을 마련할 수 있을 것이다. 우리나라는 국토에 비해 기후대별로 다양한 수종이 생육하고 있으며, 남부지방에서는 조림을 통해 자원화 가능한 주요 목표 침엽수종으로 편백과 삼나무를 들 수 있다.
이러한 현실임분의 특성을 반영하여 적정 수확 목표를 달성하기 위해서는 편백 조림지의 생육단계별 적정 시업법 구명 및 임분밀도관리 기준 마련 또한 필요한 실정이다. 현실임분의 생장특성을 반영함으로써 목표 생산재의 생산을 위한 가지치기, 솎아베기에 대한 적정한 시업 기준, 횟수 등에 관한 의 적정 시업체계에 의하여 생육단계별 적정 임분밀도에 관한 새로운 체계가 최근 구체화되고있어 향후 목표생산재의 수확목표를 적기에 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
편백의 임분수확량을 산출하기 위하여 이용한 수간곡선식의 모수는 다음과 같다. 본 자료는 국립산림과학원 (National Institute of Forest Science, 2020)에서 편백 1, 000 여본을 벌채하여 여기에서 얻어진 수간곡선식의 모수이며, 이에 대한 자세한 연구결과는 다른 논문에 제시될 예정이다. 수간곡선식의 적합도(FI)는 98% 이상으로 아주 높으며, 식의 잔차분포 편의(Bias) 역시 ‘0' 기준선을 거의 벗어나지 않아 본 식의 모수를 편백의 재적을 계산할 떄식의 사용이 무리가 없음을 알 수 있었다.
, 2004). 그리고 최종적으로 이를 지위지수별 임령별로 수확량을 도출하게 되며(임분수확표), 이런 프로세스를 거치면서 나타나는 직경급별 본수, 재적분포 등을 솎아베기 시 적정량의 기준으로 이용할 수 있고, 또한 이를 솎아베기 이후의 생장 예측 등에 활용할 수 있게 된다.
임분수확을 예측하기 위하여 두 임분의 흉고직경, 흉고단면적, 수고 등의 생장식을 도출하고, 이를 Weibull 분포함수에 적용하여 먼저 재적을 산출한 결과 적합도는 62% 로 설명력은 약간 떨어지나 잔차분포도를 그려 본 바, ‘0' 을 중심으로 고르게 분포하고 있어 한쪽으로 치우치지 않으므로 임분재적 예측은 별다른 문제가 없는 체계임을 알 수 있었다. 이를 근거로 편백의 수확표를 작성하였으며, 이 자료가 남부권역 편백림 산림현장에서 산림경영의 의사를 결정하는데 유용하게 사용되기를 기대해 본다. 한편 편백의 현실림 생장자료를 수집하여 임분 수확 표를 작성하였으나, 아직 이들 두 임분이 70∼80년 이상의 제대로 형성된 노령림이 없고, 유령림 자료 또한 찾기가 어려워 장벌기로의 대경재 수확으로 경영방향을 잡을 때, 이에 대한 미래 생장 및 수확량의 정보를 제공하기는 어려운 실정이다.
한편 편백의 현실림 생장자료를 수집하여 임분 수확 표를 작성하였으나, 아직 이들 두 임분이 70∼80년 이상의 제대로 형성된 노령림이 없고, 유령림 자료 또한 찾기가 어려워 장벌기로의 대경재 수확으로 경영방향을 잡을 때, 이에 대한 미래 생장 및 수확량의 정보를 제공하기는 어려운 실정이다. 따라서 현재의 임분이 안정화되고 노령화되는 지금으로부터 20년 정도가 지난 후, 미래연구에서 더욱 성숙된 편백림을 대상으로 정도 높은 생장정보가 제시될 것으로 기대해 본다.

참고문헌 (19)

Cao, Q.V. 1997. A method to distribute mortality in diameter distribution models. Forest Science 43(3): 435-442.

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Clutter, J.L., Fortson, J.C., Pienaar, L.V., Brister, G. H. and Bailey., R.L. 1983. Timber management: A quantitative approach. John Wiley & Sons. pp. 333.
Gadow, K.V. and Bredenkamp, B. 1992. Forest management. Academia. pp. 151.
Garcia, O. 1981. Simplified method-of-moments estimation for the Weibull distribution. New Zealand Journal of Forest Science 11(3): 304-306.
Korea Forest Service. 2019. Statistical yearbook of forestry. vol. 49. pp. 444.
Korea Rural Economic Institute. 2019. A study on the realization of forest resource recycling type forestry for a sustainable low-carbon society. PCAFRP (Presidential committee on agriculture, fisheries and rural policy). pp. 52.
Laar, A.V. and Akca, A. 1997. Forest mensuration. Cuvillier Verlag Gottingen. pp. 418.
Lee, K.H., Son, Y.M. and Bae, S.W. 2009. Tree volume, weight and stand yield table. National Institute of Forest Science. pp. 271.
Lee, K.H., Son, Y.M., Yim, J.S., Kim, R.H., Lee, S.J. and Koo, C.U. 2018. Guideline of forest measurement and survey. National Institute of Forest Science, Research Book, No. 113. pp. 191.
National Institute of Forest Science. 1987. Yield tables and site index tables. pp. 49.
National Institute of Forest Science. 2019. Development of treatment regime for forest management in Cryptomeria japonica and Chamaecyparis obtusa stands. Program II, Research Report. pp. 301-334.
National Institute of Forest Science. 2020. Analysis data of stem taper in Cryptomeria japonica and Chamaecyparis obtusa stand. Inner data (without printed).
Park, T.S., Kim, D.C., Kwon, O.B., Lee, M.W., Lee, S.S., Lee, R.H., Cho, Y.H., Kang, S.Y., Chung, Y.K., Byun, W.H. and Woo, J.C. 1992. Forest Management. Hwangmunsa. pp. 426.
Schumacher, F.X. 1939. A new growth curve and its application to timber yield studies. Journal of Forestry 37: 819-820.
Son, Y.M., Kim, S.W., Lee, S.J. and Lim, J.S. 2014. Estimation of stand yield and carbon stock for Robinia pseudoacacia stands in Korea. Journal of Korean Forest Society 103(2): 264-269.

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Son, Y.M., Lee, K.H., Chung, S.K., Kim, S.H. and Lee, W.K. 2004. Analysis of forest resources. National Institute of Forest Science, Research Book, No. 4. pp. 128.
Shiver, B.D. 1988. Sample sizes and estimation methods for the Weibull distribution for unthinned slash pine plantation diameter distributions. Forest Science 34(3): 809-814.
Weibull, W. 1951. Applied Linear Regression, 2nd. ed. Wiley, N.Y., pp. 324.
Yim, K.B. et al.. 1997. Silviculture. Hwangmunsa. pp. 349.

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