[논문]난대지역 붉가시나무의 수간곡선식 도출 및 수간재적표 작성

정수영; 이광수; 김현수; 박준형; 김재엽; 박천희; 손영모

doi:10.14578/jkfs.2023.112.4.417

[국내논문] 난대지역 붉가시나무의 수간곡선식 도출 및 수간재적표 작성
Derivation of Stem Taper Equations and a Stem Volume Table for Quercus acuta in a Warm Temperate Region 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.112 no.4, 2023년, pp.417 - 425

정수영 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 이광수 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 김현수 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 박준형 (한국산지보전협회) , 김재엽 (한국산지보전협회) , 박천희 (한국산지보전협회) , 손영모 (한국산지보전협회)

초록
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본 연구는 난대상록수종인 붉가시나무에 대한 수간곡선을 도출하고 이를 이용하여 수간재적표를 작성하기 위함이 그 목적이다. 분석에 사용된 공시목은 전남, 경남, 제주 등에서 수집된 688본이며, 수간곡선 도출을 위하여 적용한 수간곡선 모형은 Max & Burkhart 모델, Kozak 모델 및 Lee 모델 등이다. 3가지 모델 중 우리나라 붉가시나무 수간형태를 가장 잘 설명하는 것은 Kozak 모델인 것으로 분석되었다. 이 모델의 적합도는 0.9583, 편의는 0.0352, 추정치 표준오차의 백분율은 1.1439, 평균절대편차는 0.6751로 각각 나타났다. 붉가시나무의 수간재적표는 수간곡선을 설명하는데 최적인 것으로 나타난 Kozak 모델을 이용하였으며, 재적 계산은 수간고별 직경으로 Smalian 식을 적용시켜 산출하였다. 그리고 이전에 만들어진 붉가시나무 수간재적표 2가지(2007년, 2010년)와 이번에 만든 재적표(2023년) 간을 서로 비교하기 위해 분산분석을 실시하였다. 그 결과 2007년 완도지역에서 만든 재적표가 2010년과 2023년에 만든 재적표 보다 약 2배가 많은 값을 가지는 것으로 나타났다. 이번에 작성된 수간재적표(2023년)는 공시재료의 지역별 수집범위와 공시목이 많을 뿐만 아니라, 충분한 과학적 기반 하에서 만들어졌다. 따라서 전국단위의 공식적인 붉가시나무 수간재적표로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study was to derive stem taper equations for Quercus acuta, one of main evergreen broad-leaved tree species found in warm temperate regions, and to prepare a stem volume table using those stem taper equations. A total of 688 individual trees were used in the analysis, which were collected from Jeonnam-do, Gyeongnam-do, and Jeju-do. The stem taper models applied to derive the stem curve pattern were the Max and Burkhart, Kozak, and Lee models. Among the three stem taper models, the best explanation of the stem curve shape of Q. acuta was found to be given by the Kozak model, which showed a fitness index of 0.9583, bias of 0.0352, percentage of estimated standard error of 1.1439, and mean absolute deviation of 0.6751. Thus, the stem taper of Q. acuta was estimated using the Kozak model. Moreover,thestemvolumecalculationwasperforme d by applying the Smalian formula to the diameter and height of each stem interval. In addition, an analysis of variance (ANOVA) was conducted to compare the two existing Q. acuta stem volume tables (2007 and 2010) and the newly created stem volume table (2023). This analysis revealed that the stem volume table constructed in the Wando region in 2007 included about twice as much as the stem volume tables constructed in 2010 and 2023. The stem volume table (2023) developed in this study is not only based on the regional collection range and number of utilized trees but also on a sound scientific basis. Therefore, it can be used at the national level as an official stem volume table for Q. acuta.

Keyword

표/그림 (9)

표 Table 1. General characteristic of sample plots in Quercus acuta.
표 Table 2. Taper equations selected for this study.
표 Table 3. Statistics for evaluating performance of taper equations.
표 Table 4. Parameter estimates for three taper equations in Quercus acuta.
그림 Figure 1. Stem taper curve pattern by taper models. (Note) dob: Diameter outside bark (cm), dob_m: Stem taper curve presented in Max & Burkhart model, dob_k: Kozak model, dob_L: Lee model
그림 Figure 2. Residual error scattergram for the diameter estimation by stem taper models.
표 Table 5. Stem volume table for Quercus acuta. (단위; D(DBH): cm, H(Height): m)
표 Table 6. ANOVA procedure table among 3 stem volume table in Quercus acuta.
표 Table 7. Duncan test grouping by the time of developing a volume table.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기후온난화 등으로 한반도에서 점차 생육분포 영역 확대가 예상되는 붉가시나무의 임목 생장특성을 반영한 수간곡선의 형태를 파악하고, 이를 이용하여 목재 거래 및 탄소계정의 기준이 되는 재적표를 도출하는데 그 목적이 있다.
우리나라 남부지방의 대표 상록활엽수인 붉가시나무에 대한 수간형태를 파악하고, 이를 이용하여 재적표를 개발하고자 본 연구를 수행하였다. 그동안 붉가시나무에 대한 재적표는 2007년과 2010년, 2회에 걸쳐 국소적인 지역의 표본목을 대상으로 만들어진 바 있다.

제안 방법

에서 수피를 포함한 직경을 각각 측정하였다. 그리고 이들 부위에서 원판을 채취하여 실험실로 이동한 후, 수간석해에 의한 방법에 의해 5년 단위로 수간고별 직경 자료를 측정하였다. 5년 단위의 원판 내부에서 측정되는 직경은 수피에 대한 정보가 없기 때문에, 수피가 측정된 원판 자료를 모두 모아 수간고 직경별 수피두께 추정식을 만들어 적용하였다.

대상 데이터

붉가시나무 수간곡선식 도출 및 수간재적표 작성을 위하여 조사, 측정된 입목 개체수는 총 688본이었는데, 조자자료는 2007년부터 현재까지 국립산림과학원에서 수집된 모든 자료를 취합한 것이다. 이들은 경남 고성과 진주, 전남 완도, 그리고 제주 서귀포 등지에서 정상적으로 생육하고 있는 개체목을 대상으로 입목을 벌목하여, 현장에서 수간고 0.

데이터처리

각 수간곡선 모형의 수간높이별 수간직경 추정 이행능력을 평가하기 위해, Table 3과 같이 추정모형의 적합성(Fitness index, FI), 편의(Bias), 추정치 표준오차의 백분율(Standard error of estimate, SEE%), 평균절대편차(Mean absolute deviation, MAD) 등의 검정통계량을 이용하였다.
본 연구에서 새롭게 만든 붉가시나무 재적표를 기존(2007년, 2010년)에 만들어진 붉가시나무 수간재적표와 차이를 비교하고, 재적표 활용에 대한 기준을 설정하기 위하여, 각 재적표에서 개체목의 수고와 직경급별 대표 재적을 추출하여 상호간 비교(ANOVA 분석) 하였다(Kim, 2000).
또한 2007년과 2010년 작성하였던 붉가시나무 수간재적표와 이번에 만든 수간재적표(2023년) 간에 어떠한 차이가 있는지를 다중검정(Duncan’s multiple test)하였는데, 재적 평균값이 2007년 수간재적표와 2010년·2023년 수간재적표로 크게 2개 그룹으로 구분되었다

이론/모형

붉가시나무의 최적 수간곡선 모델을 개발하기 위해 이용된 모델은 국립산림과학원에서 국내 10여 수종 이상의 수간재적표를 만들기 위해 검증하여 적용하였던 Max & Burkhart 수간곡선모형, Kozak 모형 그리고 Lee 모형 등을 그대로 원용하였으며, 이들 식의 형태는 Table 2와 같다.
Max & Burkhart 모형, Kozak 모형, Lee 모형을 이용하여 표준목을 대상으로 수간곡선을 도식화한 바 Figure 1과 같다
최적의 수간곡선모형이 도출되면 수간재적표를 만드는데, 본 분석에서는 먼저 측정된 수간고별 직경을 최적의 수간곡선식으로 곡선화한 후 이 곡선을 이용, 수간고 10 cm 간격으로 직경을 추정하고, Smalian식의 구분구적법 적용으로 개체목별 재적을 산출하였다(Kim, 1992). 개체목에 대한 재적을 수고와 직경급별로 배열한 것이 수간재적표가 된다.
Kozak 수간곡선모형을 이용하여 붉가시나무의 수간재적표를 작성할 수 있으며, 그 중 일부 구간의 재적표를 Table 5와 같이 표현할 수 있었다. 이 표를 이용하면 붉가시나무의 흉고직경과 수고에 따른 단목 재적을 얻을 수 있을 것이며, 용재의 매각 거래에 물량을 산정하는 기준이 될 수 있을 것이다.
수종별 수간곡선을 가장 잘 설명한다고 알려져 있는 Max & Burkhart 등 3가지 수간곡선 모델을 붉가시나무에 적용한 후, 각 모델의 적합도지수 및 기타 검정통계량 값으로부터 모델 적합도를 비교분석 해 본 결과 Kozak 식의 모형이 가장 높게 나타났다. 따라서 Kozak 수간추정모델을 이용하여 각 개체목의 수간고별 직경을 추정하고 이를 Smalian 식으로 구분구적하여 직경 및 수고급별 수간재적을 산출하였다. 또한 2007년과 2010년 작성하였던 붉가시나무 수간재적표와 이번에 만든 수간재적표(2023년) 간에 어떠한 차이가 있는지를 다중검정(Duncan’s multiple test)하였는데, 재적 평균값이 2007년 수간재적표와 2010년·2023년 수간재적표로 크게 2개 그룹으로 구분되었다.

성능/효과

Table 4에서 Kozak 모형이 적합도지수 및 기타 검정통계량 값에 있어 가장 우수함을 알 수 있었으며, 이 모형이 붉가시나무 수간곡선을 추정하는데 있어 최적식임을 알 수 있었다. 국내외 학술연구에서도 수종별 수간곡선을 설명함에 있어 Kozak 모델이 최적임을 제시한 사례가 다수 존재하고 있다(Son et al.
이에 반해 Kozak 모형은 앞선 두 모델과는 달리 그루터기 부분의 직경은 잘 설명하고 있었으며, 상대수고 전반에서 잔차도 “0”을 중심으로 상하 균형적으로 잔차가 분포하고 있음을 확인할 수 있었다. 결론적으로 세 모형의 잔차분포에서도 역시 Kozak 모형이 붉가시나무의 수간고별 직경을 추정하는데 최적임을 알 수 있었다.
따라서 분산분석에 따르면 재적표는 크게 두 그룹(2007년 재적표(A)와 2010년⋅2023년 재적표(B))으로 나누어지는 것으로 나타났다
수종별 수간곡선을 가장 잘 설명한다고 알려져 있는 Max & Burkhart 등 3가지 수간곡선 모델을 붉가시나무에 적용한 후, 각 모델의 적합도지수 및 기타 검정통계량 값으로부터 모델 적합도를 비교분석 해 본 결과 Kozak 식의 모형이 가장 높게 나타났다
우리나라에서 생육하고 있는 붉가시나무림의 임목 수간 형태를 파악하고자 Max & Burkhart 모형,Lee 모형, Kozak 모형을 후보모형의 추정결과를 비교한 결과 Kozak 모형이 3개 모형 중 최적 모형으로 선정되었다
시기별로 작성된 붉가시나무 재적표의 비교하기 위한 분산분석 결과(Table 6), 3개 재적표 집단에서 1% 이상의 유의수준에서 유의성이 인정되어, 시기별(2007년, 2010년, 2023년)로 작성한 재적표 간 일부 재적의 평균값이 차이가 있음을 알 수 있었다.
붉가시나무 임분에서 도출된 시기별 재적표를 상호 비교한 결과(Table 7), 완도지역에서 조사한 자료로 작성한 재적표의 평균값이 가장 높았으며, 제주지역(2010)과 이번(2023)에 조사 분석한 재적표 집단 간은 평균적으로 차이가 없는 것으로 나타탔다. 따라서 분산분석에 따르면 재적표는 크게 두 그룹(2007년 재적표(A)와 2010년⋅2023년 재적표(B))으로 나누어지는 것으로 나타났다.
2007년에 만들었던 재적표는 완도지역에 국한된 표본 수가 적었던 자료(약 30본)로 만들었던 관계로, 동일 직경과 수고에서 나타나는 재적의 평균값이 비교 대상 그룹(2010년, 2023년)과는 약 2배 정도 높은 값을 보였다. 이상의 결과로부터 2007년 재적표 자료를 전국단위로 확장시켜 활용하기에는 신뢰성 확보가 어려울 것으로 판단되었다. 이번에 작성된 수간재적표는 지역적으로 경남, 전남, 제주 등지의 붉가시나무 주요 생육지에서 확보한 표본목 688본 자료를 활용하여 과학적 기반하에 도출된 것으로, 해당 수종의 공식적 수간재적표로 활용하는데 충분한 신뢰성을 가질 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

Kozak 수간곡선모형을 이용하여 붉가시나무의 수간재적표를 작성할 수 있으며, 그 중 일부 구간의 재적표를 Table 5와 같이 표현할 수 있었다. 이 표를 이용하면 붉가시나무의 흉고직경과 수고에 따른 단목 재적을 얻을 수 있을 것이며, 용재의 매각 거래에 물량을 산정하는 기준이 될 수 있을 것이다. 본 붉가시나무 재적표는 그간 일부 지역 즉, 완도 수목원 지역만의 조사(Son et al.
이 표를 이용하면 붉가시나무의 흉고직경과 수고에 따른 단목 재적을 얻을 수 있을 것이며, 용재의 매각 거래에 물량을 산정하는 기준이 될 수 있을 것이다. 본 붉가시나무 재적표는 그간 일부 지역 즉, 완도 수목원 지역만의 조사(Son et al., 2007)와 제주도 지역만의 조사(Chung et al., 2010) 분석결과와는 다르게 이들 자료를 포함함은 물론이고, 전남 완도지역에서의 추가 자료수집 및 전남 해남군, 경남 고성군 및 진주시 시험지 등에서의 수간석해 자료를 모두 포함하였기 때문에 현 수준에서는 공식적으로 붉가시나무 재적표로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.
우리나라에서 생육하고 있는 붉가시나무림의 임목 수간 형태를 파악하고자 Max & Burkhart 모형,Lee 모형, Kozak 모형을 후보모형의 추정결과를 비교한 결과 Kozak 모형이 3개 모형 중 최적 모형으로 선정되었다. 현재 우리나라의 난대상록활엽수종 중 조림수종으로 붉가시나무가 가장 대표적인 자원화 수종인데 이에 대한 재적표는 현재 상수리나무 등 낙엽성 참나무류의 재적표를 적용하고 있으나, 직경 수고급에 따른 재적의 차이가 발생하고 있어 본 연구결과로부터 작성된 재적표는 그 활용성이 높다고 할 수 있다. 하지만 본 재적표는 전국의 붉가시나무림을 대상으로 작성한 결과로서, 향후 붉가시나무 재적표 활용에 있어서 생육분포대별 예를 들면, 제주도, 진도, 완도 등의 서남해안 지역별 재적표 활용에 있어서는 지역별 생장특성을 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다.
현재 우리나라의 난대상록활엽수종 중 조림수종으로 붉가시나무가 가장 대표적인 자원화 수종인데 이에 대한 재적표는 현재 상수리나무 등 낙엽성 참나무류의 재적표를 적용하고 있으나, 직경 수고급에 따른 재적의 차이가 발생하고 있어 본 연구결과로부터 작성된 재적표는 그 활용성이 높다고 할 수 있다. 하지만 본 재적표는 전국의 붉가시나무림을 대상으로 작성한 결과로서, 향후 붉가시나무 재적표 활용에 있어서 생육분포대별 예를 들면, 제주도, 진도, 완도 등의 서남해안 지역별 재적표 활용에 있어서는 지역별 생장특성을 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다. 향후 연구에서 상수리나무 등 낙엽성 참나무류, 지역별 붉가시나무림에 대한 재적표에 관한 비교 연구가 추가로 필요할 것으로 판단된다.
하지만 본 재적표는 전국의 붉가시나무림을 대상으로 작성한 결과로서, 향후 붉가시나무 재적표 활용에 있어서 생육분포대별 예를 들면, 제주도, 진도, 완도 등의 서남해안 지역별 재적표 활용에 있어서는 지역별 생장특성을 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다. 향후 연구에서 상수리나무 등 낙엽성 참나무류, 지역별 붉가시나무림에 대한 재적표에 관한 비교 연구가 추가로 필요할 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 2007년 재적표 자료를 전국단위로 확장시켜 활용하기에는 신뢰성 확보가 어려울 것으로 판단되었다. 이번에 작성된 수간재적표는 지역적으로 경남, 전남, 제주 등지의 붉가시나무 주요 생육지에서 확보한 표본목 688본 자료를 활용하여 과학적 기반하에 도출된 것으로, 해당 수종의 공식적 수간재적표로 활용하는데 충분한 신뢰성을 가질 수 있을 것으로 판단된다.

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