[논문]편백림의 임분밀도 관리 기준 탐색을 통한 시업체계 개선

정수영; 이광수; 김현수; 박준형

doi:10.14578/jkfs.2024.113.1.131

편백림의 임분밀도 관리 기준 탐색을 통한 시업체계 개선
Improvement of the Thinning System by Exploring the Stand Density Management Criteria for Chamaecyparis obtusa in South Korea 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.113 no.1, 2024년, pp.131 - 142

정수영 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 이광수 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 김현수 (국립산림과학원 난대아열대산림연구소) , 박준형 (한국산지보전협회)

초록
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본 연구는 편백림의 생산목표 달성을 위한 생육단계별 적정 임분밀도관리 기준을 추정하고, 이로부터 솎아베기 적정 시업체계를 개발하는데 그 목적을 두고 있다. 모집된 편백림 216개 표본점을 대상으로 임내 세장목 점유율과 임분밀도 간의 관계특성을 분석하여 임분밀도 관리기준 지표로서 제시된 상대수확량지수는 Ry 0.75로 나타났다. 이로부터 기존 편백 시업체계의 생산목표별 타당성 검정을 실시한 결과, 임령 증가에 따른 솎아베기 강도의 불균형과 지위에 따른 생장속도가 반영되지 못하는 문제점이 있었다. 본 연구를 통해 작성된 생산목표별 솎아베기 시업체계에서, 대경재는 ha당 353본, 498.1 m³・ha-¹ 수확 가능하였으며, 중경재는 703본・ha-¹, 376.2 m³・ha-¹, 소경재는 1,758본・ha-¹, 249.5 m³・ha-¹으로 나타났다. 이상의 결과로부터 작성된 시업체계는 다양한 경영 목표에 따라 일률적으로 적용할 수는 없으나, 우리나라 편백림의 생장특성을 반영한 임분밀도관리도로부터 획득된 결과로서 실증적 참조 기준을 제시하는데 본 연구의 의의가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to estimate the optimal stand density criteria for each growth stage of Chamaecyparis obtusa (Siebold & Zucc.) Endl. to achieve the timber production goal for cypress forests and develop an optimal silvicultural system for forest thinning. A relative yield index (Ry) value of 0.75, presented as a stand density management criterion index, was estimated by analyzing the relationship characteristics between the composition ratio and stand density of slender trees from 216 sample plots of the recruited cypress forests. The analysis of the feasibility of achieving each production target in the existing silvicultural system for C. obtusa revealed that the growth rate according to the parameters of forest land productivity, such as site index and thinning intensity according to the increase in age, was not properly reflected. In the thinning system for each timber production target analyzed in this study, 353 high-quality large hardwoods from 498.1 m3/ha, 703 high-quality medium hardwoods from 376.2 m3/ha, and 1,758 small-diameter hardwoods from 249.5 m3/ha could be harvested. Although the silvicultural system prepared on the basis of the results of this study cannot be uniformly applied according to various management goals, this study is meaningful in that it presents empirical reference standards based on the stand density management diagram that reflects the growth characteristics of cypress forests in South Korea.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Descriptive statistics on for Chamaecyparis obtusa stand data to derive stand density management standards
표 Table 2. Main growth model estimation results for developing stand density management diagram for C. obtusa.
표 Table 3. Criteria for applying thinning scenarios of cypress forests to achieve a predictable yield.
그림 Figure 1. The relation between relative yield index(Ry) and ratio of slender tree(H/D ≥ 80) on Chamaecyparis obtusa stands.
그림 Figure 2. Prediction of relative yield index change by applying current thinning criteria for plantation of 3,000 cypress trees per hectare.
그림 Figure 3. Prediction of the optimal thinning operation for each timber production goal based on Ry 0.75 for cypress plantations of 3,000 trees per 1 ha in Gochang, Jeong-up Prefecture, Korea.
표 Table 4. Prediction of stand growth change after applying the current thinning standard in Chamaecyparis obtusa plantations with 3,000 trees per ha.
표 Table 5. A newly established production system adjusted to the harvest target reflecting the growth characteristics of Chamaecyparis obtusa plantations
그림 Figure 4. Comparison of the thinning procedures between current and recommended silvicultural system for the scenarios of three harvest goals; Prescriptions A, B, and C(a 'one-off' thinning operation) for larger, middle, and small timber harvest, respectively.
그림 Figure 5. Tree damages of non treated plots in a long term thinning experiment on Cypress (Chamaecyparis obtusa) in Gochang prefecture, Mt. Moonsoo.
표 Table 6. Comparison of yield estimated by current and recommended thinning prescriptions for cypress stands.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 향상된 임지생산력 및 임분 생장 특성을 반영하여 편백림의 조림본수의 개선에 따른 현행 솎아베기 시업체계의 문제점을 도출하고, 임분의 안정성을 고려한 경영목표 달성 맞춤형 편백 솎아베기 시업체계 개발을 목표로 수행하였다.
, 2020). 따라서 일정 수준의 밀도에 도달하면 급격히 증가하는 형상비 추세선의 변곡점을 찾아서 임분밀도 관리의 적정 기준지표로 지정하고자 하였다.

가설 설정

생장 시뮬레이션은 기존 시업체계를 그대로 적용하는 것과 시업체계 개선을 위한 솎아베기 시나리오를 적용한 것으로 나누어 진행하였고, 두 가지 모두 ha당 3,000본 조림을 실시하는 것으로 가정하였다. 각 시뮬레이션을 통해 임령변화에 따른 흉고직경, 우세목수고, 임분밀도, 임분재적 등 임분 생장인자의 변화 양상을 예측치로 제시하여 비교하였다.
편백림 시업체계를 ha당 3,000본 조림으로 가정하고 적정 시업체계를 개발하고자 시뮬레이션을 실시하였다. 이때 적용된 시점은 적정 임분밀도 관리지표인 Ry 0.

제안 방법

중경재 목표 시업체계는 적용 지위지수 14, 벌기령 60년, 솎아베기 횟수 3회 이하, 소경재 수확 시업체계는 적용 지위지수 14, 벌기령 40년 및 솎아베기 횟수 2회 이하로 하였다. 각 시나리오별 솎아베기 시점은 임분밀도관리도의 상대수확량지수 Ry를 이용하여 적정 임분밀도 관리 기준선에 도달하는 시점으로 하였고, 솎아베기 강도는 본 수 기준 솎아베기율 50% 이하로 제한하고, 시뮬레이션 과정에서 솎아베기 이후 회복 양상을 고려하여 강도를 결정하였다.
생장 시뮬레이션은 기존 시업체계를 그대로 적용하는 것과 시업체계 개선을 위한 솎아베기 시나리오를 적용한 것으로 나누어 진행하였고, 두 가지 모두 ha당 3,000본 조림을 실시하는 것으로 가정하였다. 각 시뮬레이션을 통해 임령변화에 따른 흉고직경, 우세목수고, 임분밀도, 임분재적 등 임분 생장인자의 변화 양상을 예측치로 제시하여 비교하였다.
따라서 본 연구에서도 임분 내 형상비 80 이상의 개체목 점유 비율과 임분밀도관리도의 상대수확량지수(Relative Yield Index; Ry) 간 관계를 통해 임분 안정성을 고려한 적정 임분밀도 관리기준을 분석하였다. 이를 위해 상대수 확량지수에 따른 각 표준지 내 형상비 80 이상의 세장목 점유율 간 관계식을 추정하고 해당 곡선의 변곡점을 임분 밀도 관리기준 지표(Ry)로 설정하여 솎아베기 시나리오에 반영하였다.
임분밀도관리도를 활용한 생장 시뮬레이션은 컴퓨터가 발달하기 이전부터 임분밀도관리도 도표상에서 가늠하던 생장예측방법이 컴퓨터가 발달함에 따라 실제 컴퓨터상에서 수치적으로 예측하는 방법으로 국외에서 과거부터 꾸준히 소개된 바 가 있다(Ando, 1968; Newton, 2021). 방법은 지위지수별 우세목수고의 임령에 따른 예측 값을 각 시나리오의 벌기령까지 1년단위로 예측하고, 해당 수고값과 함께 조림본수를 임분밀도관리도의 각 곡선식에 대입하여 변화량을 예측하였고, 솎아베기 시나리오에 따라 해당 시점의 임령 도래 시 솎아베기 강도에 따라 ha당 본수 감소량을 적용하여 흉고직경과 수고, ha당 본수 및 재적의 변화량을 도출하였다.
임분밀도관리도는 등평균수고곡선과 등평균흉고직경곡선, 상대수확량지수 곡선, 자연고사선으로 구성되어 있으며, 시간의 개념이 포함되어 있지 않아서 지위지수분류곡선과 연계하여 시간의 흐름에 따른 생장변화를 예측한다. 본 연구에서 Park et al.(2018)이 제시한 편백 임분밀도관리도와 입목재적・바이오매스 및 임분수확표(National Institute of Forest Science, 2020)에서 제시한 편백 지위지수 분류곡선을 활용하여 적정 임분밀도 관리기준 탐색 및 적용, 수확목표별 임분 생장예측 절차를 거쳐 최종 편백 임분생장 특성 및 생산목표 맞춤형 적정 시업체계를 구축하였고 활용된 수식은 Table 2와 같다.
기존 「지속가능한 산림자원 관리 매뉴얼」에 제시된 편백 수확목표별 시업체계는 대경재 수확목표(Prescription A), 중경재 수확목표(Prescription B) 및 소경재 수확목표(Prescription C) 3가지를 제시하고 있다(National Institute of Forest Science, 2005). 본 연구에서는 기존 매뉴얼에 제시된 시업체계에서의 임령 증가에 따른 솎아베기 강도의 불균형과 지위에 따른 생장속도와 연계한 밀도조정 시업 시기가 상대적으로 반영되지 못하는 문제점 등을 해결하고자 각각의 수확목표별 시업체계의 개선을 목표로 기본적인 시업 기준값은 기존 매뉴얼에 제시된 기준을 적용하였다(Table 3). 일반적으로 지위가 높은 대경재 생산임지에 대해서는 동일식재밀도 대상지에 대해서는 지위가 낮은 중소경재 생산임지에 비해 울폐가 조기에 도달하므로 1차 솎아베기 시기는 상대적으로 조기에 시행되어야 바람직하다.
임분 생장예측을 위해 임분밀도관리도와 지위지수 분류곡선을 활용하였다. 임분밀도관리도는 등평균수고곡선과 등평균흉고직경곡선, 상대수확량지수 곡선, 자연고사선으로 구성되어 있으며, 시간의 개념이 포함되어 있지 않아서 지위지수분류곡선과 연계하여 시간의 흐름에 따른 생장변화를 예측한다.
임분 생장예측을 위해 임분밀도관리도와 지위지수 분류곡선을 활용하였다. 임분밀도관리도는 등평균수고곡선과 등평균흉고직경곡선, 상대수확량지수 곡선, 자연고사선으로 구성되어 있으며, 시간의 개념이 포함되어 있지 않아서 지위지수분류곡선과 연계하여 시간의 흐름에 따른 생장변화를 예측한다. 본 연구에서 Park et al.
임분밀도관리도와 우세목 수고 생장모델 간의 연계를 통해 생장예측 시뮬레이션을 실시하여 「지속가능한 산림자원 관리메뉴얼」에 기 반영된 편백 솎아베기 시업체계를 ha당 3000본 조림지에 적용 가능성 및 적절성 검토를 실시하였다(National Institute of Forest Science, 2005).
임분의 안정성을 고려한 임분밀도 관리기준 설정은 임분 경쟁지표 중 하나인 상대수확량지수 Ry와 임분 내 세장목(형상비 80이상) 본수 비율의 관계를 통해 분석하였다(Figure 1). 상대수확량지수와 개체목의 형상비의 관계는 정의 상관관계를 보이는 것으로 보고된 바 있다(Park et al.
따라서 수확목표별 시업체계 개선을 위한 생장예측 시나리오 적용 기준은 대경재 수확 시업체계의 경우 지위지수 적용은 지위 “상”에 해당되는 지위지수 16, 벌기령 및 솎아베기 횟수는 80년에 4회 이하로 하였다. 중경재 목표 시업체계는 적용 지위지수 14, 벌기령 60년, 솎아베기 횟수 3회 이하, 소경재 수확 시업체계는 적용 지위지수 14, 벌기령 40년 및 솎아베기 횟수 2회 이하로 하였다. 각 시나리오별 솎아베기 시점은 임분밀도관리도의 상대수확량지수 Ry를 이용하여 적정 임분밀도 관리 기준선에 도달하는 시점으로 하였고, 솎아베기 강도는 본 수 기준 솎아베기율 50% 이하로 제한하고, 시뮬레이션 과정에서 솎아베기 이후 회복 양상을 고려하여 강도를 결정하였다.
75를 기준으로 생산목표별 솎아베기 회수 및 강도를 분석한 결과(Figure 3, Table 3), 대경재 수확목표 시업체계(Prescription A)에 적용된 솎아베기 횟수는 총 4회이며, 1차 솎아베기가 15년에 솎아베기 강도 40%, 2차 23년에 솎아베기 강도 40%, 3차 37년, 4차 53년에 각각 적용되었다. 중경재 수확목표 시업체계(Prescription B)는 총 3회의 솎아베기가 적용되었고, 1차 솎아베기가 18년에 솎아베기 강도 40%, 2차 27년에 솎아베기 강도 30%, 3차 39년에 솎아베기 강도 30%, 4차 53년에 각각 적용되었다. 소경재 수확목표 시업체계(Prescription C)는 총 1회의 솎아베기가 임령 22년에 45%의 솎아베기를 적용하는 것이 타당한 것으로 나타났다.

대상 데이터

(2018)이 제시한 편백 임분밀도관리도의 모수 추정 결과를 기반으로 수식 1과 수식 2를 활용하였다. 이때 분석에 활용된 표본점은 제 6차 국가산림자원조사 편백림을 중 편백 순림에 가까운 전국 표본점 대상으로 한 표본점 216개소를 추출하였고, 그 기준은 「제7차 국가산림자원조사 및 산림의 건강・활력도 현지조사지침서」(Korea Forestry Promotion Institute, 2017)를 참고하여 흉고단면적 75% 이상 우점하는 임분을 순림으로 간주하였다. 추출된 표본점자료에 대한 기초통계량은 Table 1과 같다.

데이터처리

기존 시업체계(NIFoS, 2005)와 개선된 시업체계의 시뮬레이션을 통해 도출된 수확량 예측하여 비교하였다. Figure 4에는 편백림에 대한 3가지 수확목표별 기존(흑색실선) 및 개선(청색 실선)하고자 하는 시업체계를 각각 적용하여 조림부터 수확지점까지의 임분밀도관리도 상에서 임분단위 생장 동태를 비교분석 가능하도록 제시하였다.

이론/모형

, 2017). 상대수확량지수의 산출은 Park et al.(2018)이 제시한 편백 임분밀도관리도의 모수 추정 결과를 기반으로 수식 1과 수식 2를 활용하였다. 이때 분석에 활용된 표본점은 제 6차 국가산림자원조사 편백림을 중 편백 순림에 가까운 전국 표본점 대상으로 한 표본점 216개소를 추출하였고, 그 기준은 「제7차 국가산림자원조사 및 산림의 건강・활력도 현지조사지침서」(Korea Forestry Promotion Institute, 2017)를 참고하여 흉고단면적 75% 이상 우점하는 임분을 순림으로 간주하였다.

성능/효과

그 외 문제점으로 확인되는 점은 솎아베기 강도의 불균형인데, Table 2에서 대경재 시업체계(Prescription A)의 시뮬레이션을 통해 도출된 솎아베기 강도는 1차 26.0%, 2차 40.7%, 3차 27.5%, 4차 48.5%로 나타나 각 차기마다 적용되는 솎아베기 비율의 차이가 확인되었고, 중경재 시업체계(Prescription B)도 유사한 상황이 나타났으며, 소경재 시업체계(Prescription C)는 1차(8.4%)에 비해 2차 솎아베기(36.7%)의 강도가 높았다. 일반적으로 산림의 생장곡선은 sigmoid curve 형태를 보이는데 생장절정기에 도달한 이후 점차 생장량이 감소하는 추이를 보인다(Yun et al.
따라서 수확목표별 시업체계 개선을 위한 생장예측 시나리오 적용 기준은 대경재 수확 시업체계의 경우 지위지수 적용은 지위 “상”에 해당되는 지위지수 16, 벌기령 및 솎아베기 횟수는 80년에 4회 이하로 하였다
75 도달 시점으로 하였고, 강도는 솎아베기 차수가 증가할수록 전차기의 솎아베기 강도를 넘지 않도록 하였다. 또한 솎아베기 강도는 임분밀도 기준 간벌율을 5% 단위로 증감시키면서 차기에 도달하는 시점에 회복 가능 여부를 체크하였으며, 최대 50%를 넘지 않도록 하였다. 솎아베기 횟수는 기 시업체계와 동일하게 대경재는 4회, 중경재는 3회, 소경재는 1~2회로 제한하였다(Table 5).
중경재 수확목표 시업체계(Prescription B)는 총 3회의 솎아베기가 적용되었고, 1차 솎아베기가 18년에 솎아베기 강도 40%, 2차 27년에 솎아베기 강도 30%, 3차 39년에 솎아베기 강도 30%, 4차 53년에 각각 적용되었다. 소경재 수확목표 시업체계(Prescription C)는 총 1회의 솎아베기가 임령 22년에 45%의 솎아베기를 적용하는 것이 타당한 것으로 나타났다. 임분밀도의 측면에서 경쟁지표인 상대수확량지수는 Ry 0.
75)에 도달할 때마다 솎아베기를 순차 적용하여 최종 수확목표지점에 도달하도록 하였다. 소경재 시업체계(Prescription C)는 기존 시업체계가 ha당 5,000본 조림 기준의 임분밀도 관리계획인 까닭으로 ha당 3,000본 조림으로 조림본수 감소에 따라 1차 솎아베기(솎아베기율 8.4%)가 다소 무의미해진 것을 육안으로 확인할 수 있으며, 이러한 점을 반영하여 1회의 솎아베기를 적용하여 최종 수확지점까지 이동하였다.
Figure 4에는 편백림에 대한 3가지 수확목표별 기존(흑색실선) 및 개선(청색 실선)하고자 하는 시업체계를 각각 적용하여 조림부터 수확지점까지의 임분밀도관리도 상에서 임분단위 생장 동태를 비교분석 가능하도록 제시하였다. 여기서 세장목이 다수 발생하기 시작하는 변곡점에 위치한 상대수확량지수 Ry 0.75를 기준으로 제시된 대경재(Prescription A)와 중경재(Prescription B) 시업체계는 1차 솎아베기 시점이 기존 시업체계에 비해 상대적으로 낮은 상대수확량지수에서 실시되는 것으로 나타났으며, 이후 밀도관리기준(Ry 0.75)에 도달할 때마다 솎아베기를 순차 적용하여 최종 수확목표지점에 도달하도록 하였다. 소경재 시업체계(Prescription C)는 기존 시업체계가 ha당 5,000본 조림 기준의 임분밀도 관리계획인 까닭으로 ha당 3,000본 조림으로 조림본수 감소에 따라 1차 솎아베기(솎아베기율 8.
소경재 수확목표 시업체계(Prescription C)는 총 1회의 솎아베기가 임령 22년에 45%의 솎아베기를 적용하는 것이 타당한 것으로 나타났다. 임분밀도의 측면에서 경쟁지표인 상대수확량지수는 Ry 0.75 시점에서 솎아베기를 하고 이후회복을 원칙으로 시뮬레이션하여 일관적인 임분밀도를 유지하는 것을 확인할 수 있다(Figure 4).
적정 임분밀도 관리지표인 Ry 0.75를 기준으로 생산목표별 솎아베기 회수 및 강도를 분석한 결과(Figure 3, Table 3), 대경재 수확목표 시업체계(Prescription A)에 적용된 솎아베기 횟수는 총 4회이며, 1차 솎아베기가 15년에 솎아베기 강도 40%, 2차 23년에 솎아베기 강도 40%, 3차 37년, 4차 53년에 각각 적용되었다. 중경재 수확목표 시업체계(Prescription B)는 총 3회의 솎아베기가 적용되었고, 1차 솎아베기가 18년에 솎아베기 강도 40%, 2차 27년에 솎아베기 강도 30%, 3차 39년에 솎아베기 강도 30%, 4차 53년에 각각 적용되었다.

후속연구

이러한 점은 대경재 시업체계 뿐만 아니라 중·소경재 생산 시업체계에서도 정도의 차이는 있지만 솎아베기 후 상대수확량지수의 회복이 이루어지지 못하고(Figure 2), 결과적으로 임분 단위 수확량 손실로 이어지게 된다. 따라서 시업림의 생산목표 달성 및 건전한 임분구조의 숲을 유도하기 위해서는 생육 단계별 임목 생장특성을 반영한 솎아베기 적정 강도 및 적정 시기를 구명하여 실증적인 편백 맞춤형 시업체계를 개발해야 한다.
이러한 점은 일정 시점 이후 임분 생장이 감소한다는 점과 동일한 임분밀도일 때, 지위 지수가 높을수록 생장속도가 빨라 개체간 경쟁시점이 더욱 조기에 이르게 도달하는 특성 때문으로 볼 수 있다. 또한 개선된 시업체계는 ha당 3000본 조림을 기준으로 하여 임분밀도 관리의 일관성을 보이므로, 어느 정도 균일한 연륜생장을 유도할 수 있을 것으로 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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