[논문]피나무의 임지생산력지수 및 임분수확모델 개발

김소라; 임종수; 이선정; 송정은; 이혜림; 손영모

doi:10.14578/jkfs.2023.112.2.209

피나무의 임지생산력지수 및 임분수확모델 개발
Development of a Site Productivity Index and Yield Prediction Model for a Tilia amurensis Stand 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.112 no.2, 2023년, pp.209 - 216

김소라 (한국산지보전협회) , 임종수 (국립산림과학원 산림ICT연구센터) , 이선정 (국립산림과학원 산림ICT연구센터) , 송정은 (한국산지보전협회) , 이혜림 (한국산지보전협회) , 손영모 (한국산지보전협회)

초록
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본 연구는 국가산림자원조사 자료를 활용하여 피나무림의 임지생산력지수와 수확예측모델을 도출하기 위하여 수행되었다. 피나무의 임지생산력을 알 수 있는 지위지수는 Schumacher 모델로서 파라미터를 도출하였으며, 이 결과로서 지위지수분류곡선도를 작성하였다. 국내 피나무림 지위지수 분포는 8~16 범위에 있는 것으로 나타났다. 임령을 설명변수로하여 흉고직경과 수고를 추정하는 생장모델은 Chapman-Richards 모델과 Weibull 모델을 이용하여 각각 도출하였다. 추정 모델의 적합도는 각각 0.32, 0.11로 나타나 일반적으로 볼 때 낮은 값이었으나, 추정식의 잔차가 "0"을 중심으로 고르게 분포하여 식을 적용하는데는 문제가 없을 것으로 판단되었다. 피나무림의 임분축적 변화에는 흉고단면적과 지위지수가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 두 가지 인자를 적용시켜 피나무림의 수확모델을 도출하였으며, 모델에 대한 설명력은 약 94%로 높게 나타났다. 그리고 이들 수확모델의 잔차에 대한 정규성 및 자기상관 등에 대해서도 검증한 결과 문제가 없는 것으로 나타났다. 최종적으로 피나무림의 생장모델과 수확모델을 이용하여 임시로 활용할 수 있는 임분수확표를 제작하였으며, 이 자료에 의하면 피나무림이 70년생이 될 때, ha당 축적은 약 208 m³ 이 될 것으로 예측되었다. 본 연구의 결과가 밀원자원 및 목재로서 활용가치가 높은 피나무림에 대한 경영의사결정에 도움이 되기를 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to use national forest inventory data to develop a forest productivity index and yield prediction model of a Tilia amurensis stand. The site index displaying the forest productivity of the Tilia amurensis stand was developed as a Schumacher model, and the site index classification curve was generated from the model results; its distribution growth in Korea ranged from 8-16. The growth model using age as an independent variable for breast height and height diameter estimation was derived from the Chapman-Richards and Weibull model. The Fitness Indices of the estimation models were 0.32 and 0.11, respectively, which were generally low values, but the estimation-equation residuals were evenly distributed around 0, so we judged that there would be no issue in applying the equation. The stand basal area and site index of the Tilia amurensis stand had the greatest effect on the stand-volume change. These two factors were used to derive the Tilia amurensis stand yield model, and the model's determination coefficient was approximately 94%. After verifying the residual normality of the equation and autocorrelation of the growth factors in the yield model, no particular problems were observed. Finally, the growth and yield models of the Tilia amurensis stand were used to produce the makeshift stand yield table. According to this table, when the Tilia amurensis stand is 70 years old, the estimated stand-volume per hectare would be approximately 208 m3 . It is expected that these study results will be helpful for decision-making of Tilia amurensis stands management, which have high value as a forest resource for honey and timber.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. General characteristic of sample plots in Tilia amurensis stand.
표 Table 2. Parameters of the Schumacher model for dominant height estimation in Tilia amurensis stand.
그림 Figure 1. Distribution and classification curve of site index in Tilia amurensis stand.
표 Table 3. Parameters and statistic of growth model by factors in Tilia amurensis stand.
그림 Figure 2. Estimated growth curve and residual scattergram of dbh and height in Tilia amurensis stand.
표 Table 4. Stepwise regression analysis result influencing the stand volume in Tilia amurensis stand.
표 Table 5. Makeshift stand yield table available for Tilia amurensis stand.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 차세대 주요 밀원식물로 부상하고 있는 피나무에 대해 흉고직경, 수고, 흉고단면적 등의 기본적인 생장인자와 임령 간의 관계를 파악하여 수식화하고, 피나무 임지의 생산력을 알 수 있는 지위지수 모델을 국내 처음으로 개발하고자 하였으며, 아울러 몇 가지 생장인자를 활용하여 임목 수확량 예측이 가능한 임분수확모델을 도출하고자 하였다. 지위지수 모델은 임목생장의 적지를 판정할 수 있는 가장 기본적인 지표가 되므로, 향후 밀원단지 조성에 있어 주요한 지표로서 역할이 기대되며, 임분수확모델은 피나무의 여러 효용 중 밀원자원으로서의 가치 이후, 목재로서의 이용가치를 알아 볼 수 있는 중요한 기준이 될 것이다.
이 시점에서 현재까지 우리나라에서는 개발된 바 없는 피나무 임분의 생장과 수확을 예측하여 차후 밀원단지 조성 및 목재생산 단지의 관리에 가장 기본적인 경영 기준을 제공함이 본 연구의 목적이었다. 그러나 본 분석에 필요한 국가산림자원조사 자료를 수집하여 검토한 결과, 임목의 생장 및 수확 분석을 위한 표준지의 개소수가 충분하지 않음을 알 수 있었다.

제안 방법

그러나 본 분석에 필요한 국가산림자원조사 자료를 수집하여 검토한 결과, 임목의 생장 및 수확 분석을 위한 표준지의 개소수가 충분하지 않음을 알 수 있었다. 다만 우리나라에 생육하고 있는 피나무의 생장과 수확에 대한 정보가 전혀 존재치 않은 현실을 조금이나마 해결해 보고자, 부족한 자료이지만 연구를 통해 생장ㆍ수확모델 개발 및 임시 임분수확표 등을 작성하게 되었다.

이론/모형

피나무림의 대표 생장인자인 흉고직경과 수고에 대한 생장모델을 도출하기 위하여 임령을 설명변수로 하는 비선형 추정식의 파라미터를 도출하였으며 이들 식에 대한 통계량을 검정 결과는 Table 3과 같다. 본 분석에 적합화시킨 모델은 흉고직경은 Chapman-Richards 모델, 수고는 Weibull 모델이었다. 생장인자별로 모델을 달리 적용한 것은 본 분석에 Chapman-Richards 모델, Weibull 모델, Schumacher 모델 등을 적용하여, 그중 모델의 적합도 지수(fitness index)가 가장 높은 값을 가지는 모델을 선택하였기 때문이다.
피나무의 임지생산력지수 즉, 지위지수 도출을 위해 Schumacher모델을 적용하였으며, 본래 지위지수는 우세목 수고와 임령 간의 관계에서 가져오는 것이므로, 현지 측정이 가능한 생장인자인 임령을 설명변수로, 우세목 수고를 반응변수로 하는 아래 식 6의 모델에 대한 파라미터를 먼저 도출하였다.

성능/효과

이 시점에서 현재까지 우리나라에서는 개발된 바 없는 피나무 임분의 생장과 수확을 예측하여 차후 밀원단지 조성 및 목재생산 단지의 관리에 가장 기본적인 경영 기준을 제공함이 본 연구의 목적이었다. 그러나 본 분석에 필요한 국가산림자원조사 자료를 수집하여 검토한 결과, 임목의 생장 및 수확 분석을 위한 표준지의 개소수가 충분하지 않음을 알 수 있었다. 다만 우리나라에 생육하고 있는 피나무의 생장과 수확에 대한 정보가 전혀 존재치 않은 현실을 조금이나마 해결해 보고자, 부족한 자료이지만 연구를 통해 생장ㆍ수확모델 개발 및 임시 임분수확표 등을 작성하게 되었다.
피나무에 대한 국가산림자원조사 표본점을 분석한 결과, 국소지형적으로 산복부(hillside)에 70%정도가 분포하는 것으로 나타났으며, 경사도는 31° 이상의 급경사지에 72%가, 그리고 해발고는 600 m 이상에 85%가 분포하고 있는 것으로 나타나, 현재 생존하는 피나무 군락은 다소 지형이 험하며, 해발고가 높은 지역에 분포함을 알 수 있었다.

후속연구

이러한 과대 추정치를 제외하면, 잔차의 분포가 대체적으로 “0”을 중심으로 고르게 분포하므로, 흉고직경과 수고 추정식 모두 현장에 적용함에 특별한 문제는 없을 것으로 보인다. 그리고 우리나라의 피나무 천연림은 다양한 임령으로 군상 분포되지 않으며, 소수의 군락지 형성에 따른 국가산림자원조사 표준지 개소수가 적음에 따라 조사의 한계가 있어, 현재로서는 본 분석의 결과가 최선의 선택이라고 판단된다.
향후, 최근에 국가차원에서 조림된 어린 피나무림과, 기존 산림에 일부 남아있는 장령기 이상의 피나무림 생장정보를 지속적으로 모니터링 및 분석함에 따라 꿀생산, 목재 생산, 의약품 재료 등으로 고부가가치가 높고, 복합경영이 가능한 이 수종에 대해 정밀한 정보가 제공될 것으로 본다. 또한, 더욱더 진척된 연구로서 본 연구에서 제시한 생장, 수확모델과 피나무의 화밀생산 간을 연계시킨 꿀생산 모델이 개발되어, 양봉업자에게 직접적인 도움을 줄 수 있기를 기대한다.
본 연구에 의한 생장 추정곡선은 25년 이상의 국가산림 자원조사 자료로 도출된 것이므로, 차후 피나무 임분의 유령기 생장에 대한 더 많은 정보를 수집하여, 피나무 임분 생애 전반(total growth period)에 걸쳐 이용할 수 있는 추정식을 구축할 필요가 있다고 본다.
본 연구는 차세대 주요 밀원식물로 부상하고 있는 피나무에 대해 흉고직경, 수고, 흉고단면적 등의 기본적인 생장인자와 임령 간의 관계를 파악하여 수식화하고, 피나무 임지의 생산력을 알 수 있는 지위지수 모델을 국내 처음으로 개발하고자 하였으며, 아울러 몇 가지 생장인자를 활용하여 임목 수확량 예측이 가능한 임분수확모델을 도출하고자 하였다. 지위지수 모델은 임목생장의 적지를 판정할 수 있는 가장 기본적인 지표가 되므로, 향후 밀원단지 조성에 있어 주요한 지표로서 역할이 기대되며, 임분수확모델은 피나무의 여러 효용 중 밀원자원으로서의 가치 이후, 목재로서의 이용가치를 알아 볼 수 있는 중요한 기준이 될 것이다.
향후, 최근에 국가차원에서 조림된 어린 피나무림과, 기존 산림에 일부 남아있는 장령기 이상의 피나무림 생장정보를 지속적으로 모니터링 및 분석함에 따라 꿀생산, 목재 생산, 의약품 재료 등으로 고부가가치가 높고, 복합경영이 가능한 이 수종에 대해 정밀한 정보가 제공될 것으로 본다. 또한, 더욱더 진척된 연구로서 본 연구에서 제시한 생장, 수확모델과 피나무의 화밀생산 간을 연계시킨 꿀생산 모델이 개발되어, 양봉업자에게 직접적인 도움을 줄 수 있기를 기대한다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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