숲가꾸기표준교재 - 산림경영 - 산림청
1. 산림측정 1
1. 산림측정 1.1. 임목측정 임업에서측정 (measurement) 은일반적으로기구를사용하여일정단목또는임분의크기, 규격, 범위등에대한수치를얻게되는행위로서, 우리는단목에대한수령, 수고, 직경, 지하고, 원목길이, 그리고임분에서도이와동일한, 집단개념의정보를얻을수있다. 이러한정보들은실제측정자와정보이용자에게관련연구또는업무에있어많은파생효과를가져다주며, 임업및산림관련연구의발전을위한근간이되므로정확한측정은중요한일이다. 산림에서의측정대상은앞서언급한나무의나이, 높이등의가시적인것뿐만아니라, 눈에보이지않는기온, 습도, 공간적경쟁등도측정할수있으며, 이를측정하는기구역시아주다양하여, 아날로그에서디지털및레이저에이르기까지첨단화에이르고있다. 1.1.1. 단목측정 1.1.1.1. 수령수령은그나무가살아온역사이기에환경적, 인위적영향들이고스란히나이테에나타나있어생장뿐만아니라기상학적인면에있어서도중요한척도가된다. 수령을알수있게해주는나이테는나무의줄기나뿌리의횡단면에나타나는동심원상의테를말하는데, 이테는형성층에서만들어내는세포들의생장차이때문에생긴다. 즉, 봄부터여름에걸쳐만들어내는세포들 ( 춘재 ) 은일반적으로지름이크고세포막이얇으며, 늦은여름부터초가을에걸쳐만들어내는세포들 ( 추재 ) 은지름이작고세포막이두껍다. 따라서춘재는색깔이엷고엉성해보이며, 추재는색깔이짙고치밀해보이는테가형성된것이다. 일반적으로침엽수에서는춘재와추재와의경계가뚜렷하지만, 활엽수에서는뚜렷하지않은경우가종종있다. 이들의너비는동일수종에서도어린나무는넓고, 늙 3
으면좁아지는것이보통이며, 간벌, 시비등육림작업이나, 강수량, 기온, 토양성분, 일조량, 병해충등환경조건에의해서도큰차이가생긴다. 임학적인측면에서수령을분류하자면, 크게현실령과경제령으로나눈다. 현실령이라함은임목종자가발아하여현재의임목상태가되기까지의수령으로서통상적으로말하는수령이다. 이에반해경제령은임분이용상편의를도모하기위하여정하는나이로본수령, 재적령, 평균생장량령, 단면적령, 흉고령, 표준목령, 수확표령등이있다. 앞서언급한바와같이수령은일반적으로나이테의수를셈해서알수있다. 그러나적도지역의나무들은균일하지않은나이테를가지는것이일반적이며, 심지어는나이테가전혀없는것들도있다고한다. 이를해결하기위해서식물학자들은몇년에걸쳐서나이테를구분할수있는나무들과, 그렇지않은나무의크기를서로비교하는연구방법을사용하기도하였다. 그러나같은나무라도나이에따라나무의생장속도는달라질수있으며, 같은종내에서도변이가매우심하기때문에이방법은정확도가떨어질수밖에없다. 이문제를해결하기위해서탄소동위원소를이용한연대측정방법을사용할수있는데, 이방법을사용한연구결과에의하면, 이전까지밝혀진나무의나이와는적지않은차이를보였다고하였다. 이와같이목측또는기타개괄적인측정에의한나무나이측정과과학적방법을이용하는측정간에는차이가생기기마련이다. 다음에설명하는바와같이수령의측정방법은생각보다다양하며, 정도차가항상발생하고있다. 가. 기록에의한방법나무를심을당시의조림부또는조사부에기록되어있는묘령 ( 苗齡 ) 에현재까지의경과연수를더하여나이를측정하며, 주로동일한연도에조성된인공림에서사용한다. 기록에의한수령측정은아주정확한것이기는하나, 측정자는해당나무가있는현장을직접방문하여확인하여볼필요가있다. 나. 나이테수에의한방법뿌리에가장근접한나무줄기단면을벌채할경우, 여기에나타나는나이테수가가장근접한나무나이라볼수있다. 그러나이나이테를바로정확한나이로판정할수없는이유는, 지면과같은부위에서나무를벌목하기가어려우므로대개지면에서어느정도의높이 ( 통상 10~30cm ) 에서벌목하기때문이다. 따라서수령은벌목 4
된 나무 단면의 나이테 수에다 수종별로 그 높이까지의 자라는 연수를 더하여 수령 으로 한다(수종에 따라 다르지만 보통 2 5년). 또한 일부 계곡 등지에 생육하는 나무는 토사 등으로 인 하여 줄기밑 상당부분이 묻혀 있으므로 벌목된 부위 의 나이테로서 그 나무의 나이를 측정함은 오류를 가져 올 수 있다. 이 방법이 실제로 나무의 나이를 측정할 수 있는 가장 정확한 방법이긴 하나, 노거수이거나 고가(高價) 의 임목에 대하여는 벌목에 의한 측정이 곤란하다. 다. 생장추(increment borer) 및 기타 측정 기기에 의한 방법 벌목이 곤란한 경우 아주 빈번하게 이용하는 방법 으로 그림과 같은 생장추를 이용한다. 뿌리 가까운 <그림 5-1-1> 생장추와 이를 부분(또는 흉고부분)에서 줄기의 중심을 향하여 생장 이용한 수령 측정 방법 추를 돌려 넣고 목편(core)을 뽑아내어 나무 중심까 지의 나이테 수를 세어 수령을 측정하는 방법이다(그 림 5-1-1). 이때 주의하여야 할 사항은 가능한 한 생장추의 송곳부위와 줄기는 직각을 이루어 야 하며, 수령을 측정하고자 하는 나무의 정 중앙부위를 뚫어야 정확한 결과를 측정 할 수 있다. 추출된 목편의 나이테 수와 측정위치만큼 자란 경과연수를 더하면 측정 대상목의 수령이 된다. 생장추와 유사한 'Registograph'라는 수령 측정기기가 있는데, 이 기기는 생장추와 는 달리 사람이 직접 손잡이를 돌려 목편을 추출하는 방법이 아니라 전기의 힘에 의 해 부착된 송곳을 줄기에 밀어 넣는 방식으로 바로 그 자리에서 춘재와 추재의 구분 을 그래프 상으로 볼 수 있으므로 다소 편리한 도구라고 볼 수 있다. 그러나 춘재와 추재를 구분하는 sensor 달린 송곳부분이 아주 약한 단점이 있어, 참나무류 또는 느 티나무류 등의 줄기가 단단한 나무, 특히 노거수 등 나이 측정이 거의 불가하므로 그다지 이용되지 못하고 있다. 그 외에 생장추에 의해 추출된 목편이나, 벌목에 의해 채취된 원판(disc)을 실내로 5
옮겨와나이테의개수, 폭및밀도등을정확하게측정할수있는기기가있다 ; 'Lintab', 'Win-Dendro', 'Dendroscope' 'Dendroxray', ' 디지털연륜측정기 ( 국내산 )' 등. 또한일부아주오래된노거수의경우에는탄소동위원소법을이용하여나이를측정하기도한다. 또한목재해부학적측정방법이있는데, 목편의횡단면에서시편을채취하여염색처리, 탈수, 치환, 봉입, 프레파레트제작등의과정을거친후전자현미경에의한세포관찰을한다. 이러한측정은아주정밀을요하거나, 법적인소송과정에있는민감한사안일때이용된다. 라. 줄기마디 ( 枝節 ) 에의한방법소나무나잣나무와같은소나무류는전년의초단부였던곳에서가지가규칙적으로발생하기때문에죽은가지의흔적이뚜렷하다. 이러한수종은현재붙어있는가지마디와죽은가지사이의흔적을세어수령을측정할수있다. 이방법은어린나무의나이가측정시이용하면정확한결과를얻을수있으나, 나이가들수록줄기아래쪽가지마디의흔적식별이어려워지므로노령 ( 老齡 ) 화된나무의수령측정방법으로서는바람직하지못하다. 마. 흉고직경에의한방법측정목의흉고직경과수령과의관계를나타내는함수식 (Age=f (D)) 을이용하는방법으로서, 개발된함수식에흉고직경측정치를대입함으로서수령을추정할수있다. 이와같은방법은측정이곤란한곳에위치한나무, 오래된노거수의경우나이테로서수령측정이곤란하므로개략적인수령을추정할때이용된다. 이방법은다소오차의범위가넓다는점이단점이며, 수령측정의대안이없을경우이용함이바람직할것이다. 이러한자료는산림과학원에서구축한임분수확표에서찾을수있으며, 수확표는임목이잘자라는곳 ( 지위가높은곳 ) 과못자라는곳 ( 지위가낮은곳 ) 으로나누어표기하고있다. 바. 혼합방법 ( 공동 ( 空胴 ) 된노거수나이측정 ) 대부분의나무는수령이증가하고직경이비대해짐에따라일정시점이되면줄기내부가썩어공동 ( 空胴 ) 화가진행된다. 썩지않은부분에대해서는생장추등으로목편을추출하여나이테개수로서수령을파악할수있지만, 공동화된부분의연륜을알지못하고는나무전체의수령을알수가없다. 따라서산림과학원에서는주변에 6
생육하는같은수종의어린나무를이용하여노거수유령기 ( 幼齡期 ) 나이를추정하고있다. 물론환경적인요인은생장의시공간 ( 時空間 ) 에있어공동된나무와어린나무사이에차이가날수있지만, 전혀다른지역의나무보다는주변의나무가생장형태나속도등이유사할것이라판단하여이용하는것이다. 쉽게말해서공동화가이루어진노거수의줄기내부에어린나무를끼워넣는다고보면될것이다. 주변에같은수종의나무가없을경우에는측정가능한나이테는생장추등으로측정하고, 그외에부분은앞서언급한흉고직경에의한방법을이용하는혼용방법으로추정할수가있다. 이방법으로산림과학원 (1994년) 에서는우리나라전역의대표적인노거수목에대한대체적인나이를추정한바있다. 1.1.1.2. 수고수고 (tree height) 는일반적으로임목이위치한지상부에서부터수간 (stem) 의최상초두부까지의길이이다. 수고측정은수간의굽음또는지상부의요철등에따라다소의측정치오차가발생할수있으므로주의를요하는측정인자이다. 또한수고의종류는다양하게나눌수가있다. 즉, 전체수고 (total height) 란앞서언급한바와같이최고생장지점까지의길이이며, 지하고 (clear length) 는가지가살아있는곳까지의수간길이, 근주고 (stump height) 는지상부에서근주끝까지의길이이며, 이는주로활엽수에 전체수고전체수고직경 x cm 일때수고말구직경 16cm 까지의수고최하부생지까지의수고수관목질부수관에근거하는수고이용가능또는상업적수고원목길이 근주부수고 서볼수있다. 그외에용재로서이용이가능한곳까지의 < 그림 5-1-2> 수고의종류수고인이용수고 (merchantable height), 수관의길이인수관고 (crown height), 수관부위에서의목질부 ( 또는가지 ) 가차지한수고인수관목질수고 (crown wood height) 등이있다. 7
수고는현존임분의환경조건에서의입지비옥도를판단하는데중요한인자이다. 임령과우세목수고로서지위를판정하게되는데, 동일임령에서지위가높다는것은낮은지위보다비옥도와생산력이상대적으로우수하다는의미이다. 수고측정에있어서는측정하고자하는대상물, 기구, 기구이용법이주요관련요인이며, 측정방법은크게두가지로나뉜다. ㆍ직접적인방법 ; 직접나무를올라가거나, 사다리를이용하여측정하는방법ㆍ간접적인방법 - 유사삼각형법을이용하는방법 - 입목간의거리, 각을이용하는방법이들두가지방법중에서직접적인방법은유묘나사람크기이하일때가능한방법이며, 간접적인방법에있어서도두번째방법인입목간의거리와각을이용하여측정하는방법이많이사용되고있다. 몇가지측고기를이용하여나무의수고를측정하는방법을소개하면다음과같다. ㆍ하가 (haga) 측고기 1 수고를측정하고자하는입목에서일정한수평거리 (10, 15, 20, 25, 30m 등 ) 에수고측정위치를정한다. 2 측고기의회전나사를돌려수평거리표시판을맞춘다. 이때입목과수고측정위치와의수평거리가 20m이면회전나사를돌려수평거리표시판에 20의수치가나오도록돌리면된다. 3 지시침유동나사를눌러지시침이자유로이움직이게한다. 4 이상과같이조정된측고기로접안공에눈을대고대물공을통하여입목의초두부를시준한다. 시준상태그대로지시침고정나사를눌러지시침을고정시키고이때지시침이가리키는수고표시판의수치 (A) 를얻는다. 5 같은방법으로입목의근원부를시준하여수치 (B) 를얻는다. 6 측정하고자하는입목의수고는 A+B가된다. ㆍ부루메라이스 (blume leiss) 측고기 1 수고를측정하고자하는입목에서일정한수평거리 (15, 20, 30m 등 ) 에수고측정위치를정한다. 2 측고기의접안공과대물공을통하여나무의초두부를시준하고시준상태그대로지시침고정나사를눌러지시침을고정시킨다. 3 이때입목과수고측정위치와의수평거리를 20m로정하였다면수평거리 20m란 8
의우측수고표시판의지시침이가리키는수치 (A) 를얻는다. 4 같은방법으로입목의근원부를시준하여수치 (B) 를얻는다. 5 측정하고자하는입목의수고는 A+B가된다. ㆍ순또측고기 (suunto hypsometer) 1 순또측고기는주로측정대상목과측자자의수평거리가 15m 또는 20m일때사용한다. 2 시공구를통하여입목의초두부를시준선에맞추어수치를읽는다. 3 측고기내부에있는눈금자는왼쪽이 20m일때, 오른쪽이 15m일때이용하는척도이다. 4 순또측고기는사용이간편하여현지에서이용빈도가높다. ㆍ덴드로미터 (dendrometer) 1 측정하고자하는입목에서일정한수평거리 (10, 15, 20m) 에수고측정위치를정한다. 2 거리측정용표판을 80cm간격으로조정하고대상목에수평으로설치한다. 3 단면적계수 k=4의프리즘을대물경앞에장치하고목측으로대상목으로부터대략 20m 떨어져서기계안쪽좌편에나타나는경사지시기의각도수치에프리즘의수치를맞춘다 ( 입목간거리가 20m일경우 ) 4 앞뒤로조금씩이동하면서표판의표식이중복되어일치하는지점이수평거리 20m 지점이된다. 5 지시침을풀고초두부를시준한후버튼을눌러지시침을고정시키고수치 (A) 를읽는다. 그리고같은방법으로입목의근원부를시준하여수치 (B) 를얻어, A+B 로서입목의수고를결정한다. ㆍVertax III 측고기 (vertax III hypsometer) 1 최근개발된기기로서초음파반응으로수고를측정하며, 부수적으로거리및각도까지측정할수있다. 그리고다른측고기에서와같이 10, 15m... 등일정한거리를떨어져수고를측정해야하는단점을보완하여초두부가보이는어느곳에서도수고측정이가능하다. 2 사용방법은먼저초음파발신기를측정대상수목의흉고부위에꽂거나, 부측정자가가슴높이에발신기를부착하고측정입목옆에선다. 주의할점은주변상황이발신기에서내는음파보다강한소리 ( 바람, 새울음, 차소리등 ) 가있을경우측정하지 9
말고대기하였다다시측정해야한다. 3 측정자는수목의초두부가보이는곳에서본체器機 (vertex III) 의전원을켜고액정화면에 'Height' 부분이나올때까지버튼을누른후, 발신기를향하여다시버튼을누르면투시화면상에 + 표시가나타난다. 이상태가입목과측정자간거리의측정이자동적으로되는것이다. 4 + 표시가나오면대상수목의상부초두부를향하여버튼을누르면해당수목의수고가측정된다. 이때흉고까지의높이는발신기가있는지점까지의높이를자동으로계산해주므로발신기높이를정확하게위치시켜야한다. 5 이때동일입목의지하고및일정부위의단면고가필요하다면, 측정자는움직이지말고수고측정상태에서, 측정하고자하는단면고또는지하고위치에 + 표시가있을때버튼만눌러주면그위치까지의높이를손쉽게측정할수있다. 동일목에서의측정횟수는 9번까지가능하며, 더이상은처음부터다시 setting시켜측정하여야한다. 하가부루메라이스순또 덴드로메타 Vertax III < 그림 5-1-3> 수고측정기구 수고를측정함에있어오차를유발시키는원인으로는 1 측정자와측정대상물간수평거리의측정오차, 2 바람에의한나무의흔들림, 3 나무의구부러짐, 4 측정 10
대상물과측정자간거리가너무가까워충분한각도가나오지않는것등이오차발생의중요원인이된다. 오차발생을억제시키기위해서는, 1 측정하고자하는나무끝과근원부가잘보이는측정지점을선정해야하며, 2 측정위치가너무가까우면오차가생기므로나무로부터의거리는적어도나무높이만큼떨어지도록하고, 3 기울어진나무를측정할때는과대치나과소치를발생할우려가있으므로주의를요한다. 또한 4 정단부를정확히확인하기어려운활엽수를측정할때도오류를범하기쉬우므로주의하여야하며, 5 경사진곳에서는등고선방향으로측정자의위치를이동시키는것이좋다. (A) (B) < 그림 5-1-4> 나무기울기에따른측정수고오차 그림 5-1-4(A) 는나무가측정자쪽으로기울어진나무을측정할때생기는오차로서나무의실제수고보다과대치를가지며, 그림 5-1-4(B) 는측정자반대방향으로기울어진나무를측정할때생기는오차로측정수고는과소치를갖는다. 기울어진나무의수고는측정자가가상하여똑바로나무를세운후, 측정하는방법이있을수있고, 다음과같은방법으로계산할수도있다. < 그림 5-1-5> 지표면과 10 이상기울어진나무 11
먼저측정기를이용하여지표면과수직인초두부까지의높이 (XY) 를측정한다음 ( 이때각 A는 90 이다 ), 나무의근원부 (Z) 에서부터기울어진나무의초두부 (Y) 가있는지점까지의수평거리를측정한다. 이측정치로서피타고라스정리를이용하여나무의높이를계산할수있다. 즉, 나무의높이 (m) = 길이 길이 XY길이가 12m, 기울어진거리가 7m라고한다면, 실제나무의높이는 13.9m가되는것이다. 1.1.1.3. 직경직경 (diameter) 은주로흉고직경 (diameter at breast height, DBH) 을말하며, 우리나라와일본에서는보통사람의가슴높이인 1.2m에서측정하는나무직경이나, 미국에서는 4.5ft(=1.37m), 그외대부분의나라에선 1.3m에서측정하고있다. 직경은일반적으로윤척, 직경테이프, 스피겔릴라스코프등으로측정이되며, 최근에는레이저측정기구인 Criterion, Ledha 등이이용되고있으나고가 ( 高價 ) 인점이문제다. 윤척 직경테이프 스피겔릴라스코프 Ledha 측정기 < 그림 5-1-6> 직경측정기구 12
직경을측정하는데에는몇가지법칙이있다. IUFRO의규정에의하면, 1 흉고직경의측정은평지에서는임의의 1방향을측정한다. 2 경사지에서는경사위쪽에서수목이지면과접하는점을기점으로하여가슴높이에서측정한다. 3 소위문어다리의뿌리구조를갖는나무는뿌리위쪽을기점으로하여가슴높이에서측정한다. 직경은입목재적산출시편이를도모하기위하여보통 2cm를하나의단위로묶는괄약을사용하는데, 보통 2cm괄약으로측정한다. 즉 8, 10, 12, 14, 16... 등과같이짝수만으로측정하며, 2cm괄약에서 6cm라함은 5.1cm~7.0cm, 8cm라함은 7.1cm~ 9.0cm를의미한다. 그러나학술연구와같이정밀을기하기위해서는 1cm괄약으로한다. 측정기구를이용하여직경을측정할때주의해야할사항은, 1 윤척다리의길이는측정하고자하는입목의반경보다길어야한다. 2 윤척의고정각과유동각은항상평행을유지하여야한다. 3 직경테이프를사용할때수평으로나무둘레를돌려감아야하며, 수피에완전히밀착되도록압력을주어서감은다음눈금을읽는다. 4 측정점을일정하게유지해야한다. 5 경사진산지에생육하는입목이나, 가지가흉고부위에서갈라진나무, 비정상적인수형의나무는주의를요하여측정한다 < 그림 5-1-7> 흉고직경측정부위및보정방법 우리나라에서는재적산출을위하여수고와직경을주로이용하나, 다른임업선진국에서는흉고단면적을주로이용하며, 직경은흉고단면적을산출하기위한인자로이용되고있다. 13
직경생장은형성층의활동으로이루어진다. 이형성층의활동에의해안쪽으로는목재유조직이, 바깥쪽으로는속껍질층이형성된다. 단목의직경생장은일정기간동안초기의생장으로부터마지막생장까지를의미한다. 연년생장은너무적어직경테이프나윤척등으로측정하기가다소곤란하다. 따라서이를몇년간의총생장을측정하여이를기간으로나누어연년생장량을구하기도한다. 일부연구에서는필요시며칠심지어몇시간사이의생장량을측정하기도하는데, 이때는아주정밀한도구즉, 마이크로다이얼측정기, 고정비대생장측정기 (dial dendrometer) 등을이용한다. 이들기구는 1/10~1/100mm까지직경생장을측정할수가있다. 1.1.1.4. 흉고단면적 흉고단면적 (basal area, BA) 은임목이나임분에서매우중요한측정인자이다. 이는임분밀도로서표시되며, 산림경영상간벌이나수확과같은의사결정을할때이용되고, 수확에서의한계벌채를정하는데에도이용된다. 일반적으로흉고단면적이ha당 10~30m2를갖는산림이활력있고건전한산림이라볼수있다. 물론임상에따라달라질수도있다. 흉고단면적은일반적으로나무가슴높이에서의단면적을말하며, 보통직경테이프등으로측정한흉고직경으로산출한다. 또한줄자로서측정한원둘레로서도산출이가능하며, 두경우모두나무의단면적은원형임을가정하여계산된다. ( 여기에서, BA는m2이며, d는cm ) 재적 ( m3 ) 을산출하는데는, 직경 ( cm ) 이라는 1차원적인개념보다흉고단면적 ( m2 ) 이라는 2차원적개념이더정확한정보를줄수있으며, 임분에서모든흉고단면적의합이바로임분의축적을계산할수있는유용한인자가된다. 또한동일수종이식재된경우재적은흉고단면적과밀접한관계를형성한다. 단면적의생장은다음식으로계산할수있다. ( 여기에서, Ig ; 흉고단면적생장, d 1, d 2 ; 첫번째해, 두번째해직경 ) 따라서단면적의생장은직경의차이로서도발생하지만, 전체직경의크기에따라일어난다. 그러므로단면적의생장은직경생장과는약간다른생장패턴을보여준 14
다. 수령이높고직경이큰나무는직경생장이낮더라도양호한단면적생장을할수있다. Week(1955) 에의하면특정지역의소나무직경생장이일정할경우단면적생장은직경이클수록크게증가한다고보고하였다. < 표 5-1-1> 일정한직경생장에서의직경크기별단면적생장 직경 ( cm ) 10 20 30 40 50 60 직경생장 ( mm ) 2 2 2 2 2 2 단면적생장 ( cm 2 ) 3 6 10 12 19 25 ( 자료 : 산림생장학 ( 번역 ), 변우혁등, 1996) 따라서동일나무에서는특이사항이없는한수간상부로갈수록직경생장은증가하지만, 단면적생장은감소한다 ( 변우혁등, 1996). < 그림 5-1-8> 소나무수간부위별상대단면적생장및직경생장 단면적생장의정점시기는일괄적으로말할수는없지만, 입지가좋고넓은간격으로식재된곳이그러지못한곳보다단면적생장이일찍정점에도달한다고볼수있다. 또음수보다는양수가더빨리도달하며, 강도의간벌을지속적으로실시한곳 15
이오랫동안높은단면적생장을유지한다고알려져있다. 1.1.1.5. 수관수관 (tree crown) 은나무의생존을위한에너지제공과광합성물질의흡수등의역할을하며, 이러한생산력뿐만아니라풍해, 설해등에대한안정성을위해서도중요한기관이다. 수관은공간배치, 간벌및시업등에따른생장을예측하는데유용한생장인자이며, 또한토양수분유효성에의한생장과도관련된다. 이인자는종종수관과기타임목특성치로서추정될수있는임목생장모델링을위하여필요한도구이다. 그림 5-1-9는침엽수와활엽수의일반적인수관구조와수관파라메터의계산등에대하여설명한그림이다. (A) 침엽수 (B) 활엽수 < 그림 5-1-9> 임상별수관의형태및크기 수관의수직투영면적을측정하는일은흉고에서의흉고단면적추정과관계되는아주복잡한문제이며, 수관외형은거의대부분이이웃한나무와의경쟁등으로불규칙적이기에좀더복잡한양상을가진다. 특히멕시칸삼나무와자작나무류및대부 16
분유카리나무등의수관은서로간의강력한적대감을갖는수종들로알려져있다. 민감한반응과심지어서로간의위해를일으키는일은대부분바람이불때이웃한나무들끼리발생한다. 임분구조적인측면에서수관의구성은내부적으로다소복잡한형태를갖는데, 간략히언급하고자한다. 임분수관은상층과하층으로크게대별되며, 이를다시세분하면일반적으로그림 5-1-10과같이 5등급의수관급으로구분할수있으며우리나라에서는우세목, 준우세목,... 등으로지칭한다. 각등급의임목을판정하는기준은다음과같다. < 그림 5-1-10> 산림내수관구성의일반적인형태 상층임관을구성하는수목 - 우세목 (dominant tree, D): 수관의발달이이웃나무때문에방해된적이없으며, 또확장되거나기울어지지않고수관및수간형태에이상이없는것 - 준우세목 (co-dominant tree, CD): 수관이이웃나무에의하여방해되거나또줄기생장이기울며형태가불량한나무로서, 이것은다시다음과같이 5가지로구분한다. ㆍ수관발달이지나치게왕성하거나위치가매우위로뛰어난것 ( 暴木, wolf tree) ㆍ수관발달이과약 ( 過弱 ) 하고줄기가매우가는것. ㆍ나무사이에끼어수관이압박을받아기울게생장한것. 17
ㆍ줄기가굽거나갈라진것. ㆍ피해를받은나무또는병에걸린나무. 하층임관을구성하는수목ㆍ개재목 (intermediate tree, Int.): 수관 ( 樹冠 ) 과수간형 ( 樹幹型 ) 은정상이지만생장이다소늦어진것을말하는데, 이웃나무가제거되면상층목으로발달할수있는소질이있는것ㆍ피압목 (overtopped tree, O): 아직살아있지만피압을받아장차양질의나무로발달할여지가없는것ㆍ고사목 (dead tree, d'): 넘어진나무나죽게된나무 1.1.1.6. 수피수피는종종이용가능한자원임에도불구하고목재이용전에제거되는것이일반적이다. 수피는전기또는열을발생하는데충분히이용할수가있으나, 목재생산의생산품으로인식되는경우는거의없고, 다만, 원예적인매개체나식물영양분으로상대적풍부성이뛰어나므로이용되고있다. 수피의두께와임목또는원목의총재적에서수피가차지하는비율이얼마나되는지를측정하는것은중요한일이다. 목재의순재적은필요시수피의재적으로부터유도해낼수있을것이다. 그리고수피의두께는다음인자의영향으로아주다양하게나타난다. ㆍ수종ㆍ수령ㆍ유전자형ㆍ생장율ㆍ임목이위치한곳수피두께는빈번하게수피계수 (bark factor, K) 로전환이된다. Meyer (1942) 는어떤주어진임분에서흉고직경과수피두께간의관계에서오는수피를포함하는직경과수피를갖지않는직경간에선형관계가있다고가정하고, 수피계수 K 를정의하였다. K = 수피없는직경 / 수피를갖는직경 18
수피두께의측정은그림 5-1-11에서보는바와같이수피두께측정기 (swedish bark gauge) 로서측정하는데, 이기구의사용은수피두께를측정하고자하는수간의수직방향으로기구를세워압력을가하면서수간쪽으로밀면목질부가장자리까지기구가삽입되며, 이때의기구눈금을읽으면한쪽방향의수피두께가된다. 이를 2배한것이측정목의수피두께가되는것이다. < 그림 5-1-11> 수피두께측정기임목이나원목에대한수피율 (bark percentage) 계산은다음의공식에의하며, 주로재적으로나타낸다. 수피율 = ( 여기에서, Vob ; 수피를갖는재적, Vub ; 수피없는재적 ) 산림과학원에서의연구결과인수피재적및수피율은다음과같다. < 표 5-1-2> 수종별수피재적 ( 단위 : m3 ) 수피재적 수간재적잣나무낙엽송강원지방중부지방리기다상수리소나무소나무소나무나무 신갈나무 0.01 0.004 0.003 0.004 0.096 0.003 0.008 0.004 0.05 0.007 0.007 0.007 0.096 0.007 0.015 0.012 0.10 0.011 0.013 0.012 0.096 0.013 0.024 0.021 0.15 0.014 0.018 0.016 0.096 0.018 0.033 0.030 0.20 0.018 0.023 0.020 0.096 0.023 0.042 0.039 0.25 0.022 0.028 0.025 0.095 0.028 0.050 0.048 0.30 0.025 0.034 0.029 0.095 0.034 0.059 0.056 0.35 0.029 0.039 0.033 0.094 0.039 0.067 0.064 0.40 0.032 0.044 0.037 0.093 0.044 0.075 0.072 0.45 0.036 0.049 0.041 0.093 0.049 0.083 0.080 0.50 0.039 0.054 0.045 0.092 0.054 0.091 0.087 0.55 0.043 0.059 0.049 0.091 0.059 0.098 0.095 0.60 0.046 0.064 0.053 0.090 0.064 0.106 0.102 0.65 0.049 0.069 0.057 0.089 0.069 0.113 0.109 0.70 0.052 0.074 0.061 0.088 0.074 0.120 0.115 0.75 0.056 0.078 0.064 0.087 0.078 0.127 0.121 0.80 0.059 0.083 0.068 0.085 0.083 0.134 0.128 0.85 0.062 0.088 0.071 0.084 0.088 0.141 0.134 0.90 0.065 0.093 0.075 0.083 0.093 0.147 0.139 0.95 0.068 0.097 0.078 0.081 0.097 0.154 0.145 1.00 0.071 0.102 0.082 0.079 0.102 0.160 0.150 자료 : 국립산림과학원 (2000) 19
< 표 5-1-3> 수종별수피율 수종잣나무낙엽송강원지방중부지방리기다상수리흉고소나무소나무소나무나무신갈나무 (%) (%) 직경 (%) (%) (%) (%) (%) 6cm 21.0 16.3 16.5 21.2 28.4 36.4 24.8 8 16.5 14.4 15.0 18.3 25.5 31.4 23.7 10 13.8 13.6 13.6 16.3 23.6 28.5 22.8 12 12.0 13.1 12.7 14.9 22.3 26.3 2나. 14 10.8 12.5 12.0 13.6 21.2 24.7 21.5 16 10.0 1나. 11.4 12.7 20.4 23.3 20.9 18 9.4 11.8 10.9 12.0 19.7 2나. 20.4 20 8.9 11.5 10.5 11.3 19.2 21.2 19.9 22 8.5 11.2 10.1 10.8 18.7 20.4 19.4 24 8.2 11.0 9.8 10.3 18.2 19.6 18.9 26 8.0 10.8 9.5 9.9 17.8 19.0 18.4 27 7.9 10.7 9.4 9.7 17.6 18.7 18.2 30 7.6 10.5 9.0 9.1 17.1 17.9 17.6 32 7.5 10.4 8.8 8.8 16.9 17.5 17.2 34 7.3 10.2 8.6 8.5 16.6 17.0 16.8 36 7.2 10.1 8.4 8.3 16.4 16.7 16.4 38 7.1 10.0 8.2 8.0 16.1 16.3 16.0 40 7.0 9.9 8.0 7.8 15.9 16.0 15.6 자료 : 국립산림과학원 (2000) 1.1.1.7. 수간임목의직경은근주부부터초두부로이동함에따라감소하며, 수간은불규칙적인완만한감소선 (taper) 을형성한다. 이러한선은수종에따라수간부위별로각기다른감소율을가지며, 이에따라수간형도달라진다. 수간형을이해함으로서다음의정보를획득할수있다. 수간재적과바이오매스의추정 목재생산량과현존량추정 임목의생장조건과경쟁의이해임목수간의형상은복잡하나, 기하학적인몇가지형태로개략적인수간형의모양을그릴수있다. 그러나여기서고려해야할점은수간형이불규칙적이라는점과 20
많은굴곡을갖는다는점이다. 특히수종에따라서천차만별이며, 지형에따라서도변한다. 또수간형과수관간의관계도상당히복잡한상호관련을한다. 따라서수관에영향하는인자들은또한수간형에도영향을한다. 이러한모든인자들을고려하여수간형을결정하는방법이지속적으로구명되고있다. 다음은수간형에대한몇가지기하학적형태의설명과형상을나타내는지수와수간곡선식의도입에대하여말하고자한다. 가. 수간형의기하학적형태임목의수간형태는크게포물선형 (paraboloid), 원추형 (conoid) 및나이로이드형 (neiloid) 3가지로나뉜다. 이들에대한일반적인식의형태는 y = kx r 로서, k는간곡선율 (rate of taper), r은회전체의형태 (shape of the solid), y는반경또는직경, x는정점또는마지막으로부터의거리를나타낸다. 수간의각부분은이들 3부분이결합되어형성된다. 임목의근주부는나이로이드형이며초두부로갈수록원추형을가지게되는데, 이를제외한임목의대부분은포물선형이차지하게된다. 포물선형은다시 2차와 3차포물선형으로나뉘게되며, Metzger 의하면임목은 3차포물선형과비슷하다고주장한바있다. 수간의형상을그림으로도식화하여보면다음과같다. < 그림 5-1-12> 수간의부위별형상나. 형수 (form factor) 형수란전체수간형태를한마디로요약해놓은것이라할수있다. 수간의재적은직경과수고가같은표준적인기하학적회전체의재적과비교된다. 일반적인형수는흉고형수 (breast height form factor) 를의미한다. 이흉고형수에대한표준적인기하학적형태는흉고단면적과수고가동일한원주라생각하면된다. 결국수간재적과 21
원주재적과의비가형수인셈이다. 이들형수가구해지는방법을간단히설명하면다음과같다. (A) 포물선형 (B) 원추형 (C) 나이로이드형 < 그림 5-1-13> 수간의부위별기하학적형상 형상별로회전을시킨것이바로임목의재적이되는데, 회전을시킨다는것은임목의근주부에서초두부까지를적분을한다는의미이다. 그림 5-1-13(A) 에서 2차포물선형의재적은다음의식으로구하게된다. V b = π b (kx r ) 2 dx = π b 0 0[ 1 (2r+1) (k2 x (2r +1) ) ] = π [ ( 1 2 k 2 x 2 ) ] = 1 2 ( πk / x b )x b = 1 2 ( 단면적 )( 수고 ), 따라서형수는 0.5 가된다. 이와같은방법으로형수를구한결과, 표 5-1-4 와같다. < 표 5-1-4> 수간형상별형수및회전체형태지수 (r) 수간형상 형수 회전체형수지수 원주형 1 0 3차포물선형 3/5 1/3 2차포물선형 1/2 1/2 원추형 1/3 1 나이로이드형 1/4 3/2 22
다. 수간곡선식 (1) 수간곡선식개발배경입목이나원목의형상을간단명료하게표현할수있는방법은그것의모양을그려보는일이다. 이들의모양은회전입방체 (solid of revolution) 와같이정형적인것이일부있으나, 대부분은비정형적인모양새를갖는다. 수간의형상은입목이나원목에있어동일한흉고단면적과높이를갖는가상원주체의체적에대한실제체적비를일컫는형수로서측정할수있다. 간형 (taper) 이란특정길이또는높이별직경의변화율이라볼수있다. 간형에는몇가지가있을수있다 ( 그림 5-1-14). 그림 5-1-14(a) 는동일한형상을갖지만간형이다른원목으로, 기부와초두부에서동일한단면적이지만다른길이를갖는다 (L1, L2). 그림 5-1-14(b) 는동일한단면적과길이를갖는평균적으로는간형이같다고볼수 < 그림 5-1-14> 원목의형상과간형있으나, 다른형태를보이고있다 ; (c) 는원추형인데비하여, (d) 는포물선형을갖고있다. 형상의비정형성은임목의형수뿐만아니라재적을산출함에있어복잡한문제를야기시키므로정확한예측이어려워질수밖에없다. 일반적으로비정형성의원인으로는다음을들수있다. 1 줄기마디에서의갑작스러운직경변화 2 형성층의피해에의한수간의기형생장점 3 심재부후에의한직경의변화 4 가지의교차에의한일정부위수간의직경증감 5 기타근원경확장, 버팀목, 수간의세로갈라짐 ( 야생조수등의피해 ) 등의영향따라서이러한변형이예상되는수간형을정확하게표현하기위하여, 통계적기법을이용한최초의수식을개발한 Höjer(1903) 이후많은학자들이 100여년동안연구를거듭하였으며오늘에이르고있다. 23
(2) 수간곡선식의미래수간곡선식은수간의일정부위에대한직경을예측하기위하여개발되어졌으며, 이를수간형상모델이라고도일컫는다. 이들예측은단면고별직경과전체수고등의단순한입력변수에근거한다. 식의구축은오래전부터계속되어왔으며, 다양한접근법이개발되어져왔다. 그렇지만임목크기, 생태ㆍ지리학적위치, 유전적특성, 수종등에따라최적식이달라지므로어떤특정식을정도면에서최고라고할수는없을것이다. 한편다양한수간곡선식개발을위한접근은다음의사실을필히주지할필요가있다. 예측에있어전체적으로는낮은편의임에도불구하고, 일부커다란편의가일어나는부위 ( 근주부 ) 가있다는사실 각수종들의수간형태에있어서로간의차이점이있다는사실을알아야하는데, 이를간과한다는사실 임목에있어수간형이란조형물처럼틀에맞춰진것이아니며, 계속적으로생장하는생물이기에현재가장최적의형태를설명하였다하더라도, 시간이지남에따라다르게설명해야할지도모른다. 이러한관점에서형수나형태지수등은정량화된임목에대한설명인자이므로개괄적인분석에이용하여야할것이며, 정밀ㆍ정확한수간형의이해를위하여선앞서밝힌국부적인편의를충분히고려하는수간곡선식의개발그리고수간형상에다양하게존재하는변곡점의파악과식의변수및차수의결정등이정도를제고하는데큰역할을할것이라생각된다. 우리과학원에서수행하는간곡선을이용하는재적표조제에있어서도, 직경및재적등을추정함에있어최대한편의를줄이는방안의강구와지속적인분석방법등의개발이요구된다. 1.1.1.8. 바이오매스바이오매스 (biomass) 란어떤지역내에생활하는임목의현존량 (standing crop), 생체량또는생물량이며, 이는 85~105 dry oven에서건조하여항량 ( 恒量 ) 에도달한중량인건중량으로표시한다. 과거임목은목재생산 ( 재적, volume, m3 ) 을위한이용가치로주로인식되고연구되었으나, 20세기후반부터임목의전체이용을위한 biomass 연구가활성화됨에따라 24
중량 (weight, kg ) 의개념이도입되기에이르렀다. 결국임목은총량적이용개념으로사회인식이전환되게되었다 ( 재적 중량 ). 또한 1960년대목재무역및산업에있어펄프와목재판넬등의많은거래가있었는데, 이들거래를위하여중량으로의거래단위가필요하게되었다. 그리고산림생태계생물적생산성에대한과학자들 (scientific fundamentalists) 의지속적인관심표현, Oil shock로인한나무 ( 목재 ) 의갱신가능한유용성에대한인식의향상, 온실가스저감을위한산림의평가단위로서의 Biomass 정보요구등에힘입어바이오매스연구가가속화되기시작하였다. 가. 임목의 biomass 평가 (1) 임목의전건비중전건비중 ( 또는목재기본밀도, anhydrous density or basic wood density) 은건중량에대한재적의비로서나타내며 (g/ cm 3 ), 이로서재적을중량으로전환시킬수있다 ( 재적 X 비중 = 중량 ). 그리고전건비중은임목에서의시료부위, 연기후변화 ( 춘재와추재비 ) 및입지 ( 고도의효과 ) 등에따라다양하며, 각국에서의전건비중범위는 0.04(Balsa) ~ 1.4( 특별한열대림내활엽수 ) 까지이른다고알려져있다. 비중이라는용어는유럽에서는無水밀도 (anhydrous density), 미국등영어권에서는목재비중 (specific gravity), 기본비중 (basic density), 목재기본밀도 (basic wood density) 등으로표시된다. 다음표는비중에대한유럽과우리나라간의자료비교이다. < 표 5-1-5> 유럽과한국과의비중자료비교 Kollmann Bürger( 스위스 ) 수종 ( 중앙유럽 ) 수종한국 * 평균비중 변이범위 평균비중 변이범위 Oak 0.66 0.55-0.73 0.65 0.39-0.93 참나무 0.80 Scots pine 0.46 0.38-0.56 0.49 0.30-0.86 강원소나무 0.39/(0.30-0.51) Weymouth pine 0.36 0.34-0.41 0.37 0.31-0.46 중부소나무 0.37/(0.27-0.60) European larch 0.53 0.43-0.66 0.55 0.40-0.82 낙엽송 0.40/(0.31-0.48) Silver fir 0.41 0.32-0.64 0.41 0.32-0.71 잣나무 0.37/(0.29-0.52) Douglas fir 0.48 0.42-0.53 0.47 0.32-0.73 Norway spruce 0.39-0.45 0.28-0.62 0.43 0.30-0.64 Birch - - 0.61 0.46-0.80 Beech 0.69 0.65-0.73 0.68 0.49-0.88 Hornbeam - - 0.79 0.50-0.82 자료 : 국립산림과학원 25
(2) 임목의생ㆍ건중량측정 바이오매스를측정하기위하여표준지표본목선정과처리공정에대하여바이오매스연구선진국인캐나다와우리나라간비교를하면다음과같다. < 표 5-1-6> 캐나다와우리나라간표준지의표본목선정비교 국가영급지위급 *1 임분수 캐나다 한국 0-20 0-20 21-40 21-40... 81+ 81+ U L U L... U L 2 2 1 1... 1 1 임분당각직경급별표본목수 I II III IV V VI 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1... 1 1 1 2 1 1 1 1 전체 전체 20 8 10 10 9 8 8 53 영급별상, 중, 하지역별구분 *2 자료 : Newfoundland Forest Research Centre Plot내경급별표본목선정 ( 약 10본 ) 주 ) *1 U : 州산림조사시우수한입지로판정된곳 L : 州산림조사시보통이하입지로판정된곳 *2 주로장령림이하의임분에서표본목선정 ( 펄프, 파티클보드등용도 ) 6 4 5 4... 5 4 표본목처리공정 ( 캐나다방법, * 국내방법 ) 1 흉고직경 9cm (6cm*) 이상인임목의主줄기측정과기록할항목 - 지상부부터초두부까지의전체수고 - 지상부부터줄기의수피포함직경이 9cm (6cm*) 되는지점까지의길이 - 흉고에서의수피포함직경 - 主줄기는지상부로부터 2m간격으로벌목 - 그루터기는가능한지상부에가깝게자르되실제 0.3m(0.2m*) 되는부위에서자르고, 여기에서수령을조사하여전체수령을추정 - 그루터기등각부분별 bole에대한생중량측정 - 원판은 2m간격으로 3~4cm두께로그루터기위부터시작하여초두부까지채취 - 시료의건조및측정 : 85~105 dry oven에서항량이될때까지건조후건중 26
량측정 2 흉고직경 1~5cm까지의임목 - 전체수고및흉고직경측정 - 3~4cm두께의원판을흉고부위에서채취 - 흉고직경이 1~2cm인임목은전체를시료로사용 3 흉고직경 9cm (6cm*) 이상인임목의가지시료채취및측정 - 떨어진나뭇가지와덤불을깨끗이제거한후표본목을 0.3m(0.2m*) 에서벌목 - 지상부로부터수관기부까지수고측정및기록 - 가지의제거와측정 < 침엽수가지의분류 > ㆍ죽은가지ㆍ기부직경이 3cm이상되는살아있는가지ㆍ기부직경이 3cm이하되는살아있는가지 (* 국내에서는살아있는가지와죽은가지 2그룹으로구분 ) - 각부분의생중량을측정및기록 < 침엽수가지의측정 > ㆍ임의적으로가지 3그룹에서 2개씩의가지를선정하거나, ㆍ그룹을구분않고최소 4개가지를선정하여실험실로이동 (* 국내이용방법 ) ㆍ건조후측정 < 활엽수가지의분류 > 살아있는가지는모두 2m길이로절단하여중앙직경을기준으로 3그룹으로구분ㆍ모든잎을포함하는가지직경 3cm이하ㆍ직경 3~9cm가지ㆍ직경 9cm이상가지ㆍ모든죽은가지는별도의제4그룹으로구분 (* 국내에서구분은침엽수와동일 ) < 활엽수가지의측정 > ㆍ4개그룹에대한생중량을기록및측정ㆍ임의로직경 3cm이하에있는그룹으로부터잎이있는가지 4개를선정ㆍ살아있는가지 2그룹과죽은가지그룹으로부터 3개의 disc 채취ㆍ채취된가지를실험실로이동 4 잎시료채취및측정 27
- 소지와잎은동일하게취급 - 상록수 ( 주로침엽수 ) 와낙엽수 ( 주로활엽수 ) 의시료채취시기조절 - 대부분의경우표본추출방법은무작위추출로서중간가지에서의표본추출 5 뿌리및그루터기시료채취및측정 - 뿌리에대한자료수집은 악몽 (nightmare) (Keays, 1971) - 뿌리 biomass 추정을위한방법개발ㆍ뿌리일부로서식에의한추정ㆍd 2 h 회귀값을이용한뿌리 biomass 추정ㆍ지상목질부에대한비로써추정ㆍ수관크기와뿌리간의관계는아직구명된바없음 - 뿌리의분류 ; 2mm & 2cm 표본목 biomass 추정식적용 1 시료의건조및측정 자료의수집및기각 추정식적용으로조사하지않고 biomass를추정할수있는정보제공 2 일반적으로이용되는추정식과비교 < 표 5-1-7> 바이오매스추정식이용상특징 Model 이용특징 W=a+bD 2 작은나무들에대한자료가부족할때유용 포물선형태로흉고직경에관한자료만을얻을수있을때유용 W=a+bD+cD 2 자료범위밖, 특히하한치보다작은범위에서의추정에오류발생포물선형태로흉고직경에관한자료만을얻을수있을때유용 W=bD+cD 2 작은나무들에대한자료가부족할때유용 W=a+bD 2 H 수고자료이용으로정확도증가 W=bD 2 H 수고자료이용으로정확도증가, 특히선호되는식 전체임목 biomass 구성요소비교 - 임목의전체 biomass에대한줄기, 가지, 잎및뿌리의비율은수종, 수령, 지위, 시업등에의존 - 줄기는수령이약 50년에이를때전체임목 biomass의 2/3에달함 28
ㆍ가지에의해표현되는비율은첫 10년동안증가하며 ( 점유율 12%), 그후일정상태유지ㆍ뿌리 1년생의비율은전체 biomass의 74% 를차지, 그후감소하여 50년생정도가되면 21% 이하ㆍ잎은같은기간내에있어 13% 에서 0.3% 까지도점유비감소 수고 (m) 19 16 13 10 7 4 1 건중량분포 줄기가지소지잎 0 10000 20000 30000 40000 건중량 (g) < 그림 5-1-15> 경기도광릉지역 47 년생잣나무림건중량분포 - 55년생잣나무인공림 ( 이경재, 1986) ㆍ줄기 ; 63% ㆍ가지 ; 18% ㆍ잎 ; 5% ㆍ뿌리 ; 13% - 광릉 47년생잣나무인공림 ( 임업연구원, 1998) ㆍ줄기 ; 74% ㆍ가지 ; 14% ㆍ잎 ; 12% 나. 임분의 biomass 평가 (1) 평가방법 - 평균목방법 (mean tree method) ㆍ임분에대한 평균목 선정ㆍ동령림일때평균목은평균흉고단면적을갖는임목을선정ㆍ임분내평균목은대개 5~10본정도벌채하며, 벌도목은 biomass를측정, 그리고평균목에대한줄기, 가지등의평균 biomass값을결정ㆍ전체 biomass = 임분의총본수 X 평균목의자료 국내 biomass 평가식개발에대부분이방법적용 - 수확방법 (harvest method) ㆍ제벌에의한임분의 biomass추정ㆍ임분의면적 / 전체표본면적비를이용한전체 biomass의계산 29
ㆍ적용가능한회귀식이용ㆍ다단추출법 (multi-stage sampling) ; 수확방법의진보된방법 (2) Biomass 추정에있어오차 - 조사구표본추출에의한표본오차ㆍ전체산림에서조사구를표본추출하여조사구내임목에대해흉고직경 ( 과수고 ) 을측정한후여기에바이오매스추정식을적용하여단위면적당중량을추정할때발생하는오차로실제로산림바이오매스조사시발생가능한오차 - 표본목표본추출에의한표본오차ㆍ전체산림에서표본목을추출하여단목바이오매스추정식을개발할때발생하는오차로단목바이오매스추정식개발시발생 (3) Biomass table 제작 - 캐나다, 미국, 노르웨이등의임목생중량, 건중량표제작 ( 흉고직경과수고변수 ) - 대부분지역적인 biomass table을구축 - 산림과학원에서는 1998~2001년까지 8개수종중량표조제완료ㆍ잣나무등 8수종수피포함수간생중량, 수피포함수간건중량, 수피포함이용생중량, 수피포함이용건중량등ㆍ예시 ( 잣나무생중량및건중량표 ) < 표 5-1-8> 잣나무의생중량표 ( 단위 : 수고 m, 흉고직경cm, 중량kg ) 흉 고 직 경 ** 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 DO* 3.9 16.2 33.9 57.1 85.8 120.0 159.7 204.8 255.4 311.5 373.1 440.1 6 7.6 13.6 21.2 30.5 41.5 54.2 68.6 84.7 102.5 122.0 143.1 166.0 7 8.9 15.8 24.7 35.6 48.4 63.2 80.0 98.8 119.6 142.3 167.0 193.7 8 10.2 18.1 28.2 40.7 55.3 72.3 91.5 112.9 136.6 162.6 190.9 221.3 9 11.4 20.3 31.8 45.7 62.3 81.3 102.9 127.0 153.7 182.9 214.7 249.0 10 12.7 22.6 35.3 50.8 69.2 90.3 114.3 141.2 170.8 203.3 238.6 276.7 수 11 14.0 24.8 38.8 55.9 76.1 99.4 125.8 155.3 187.9 223.6 262.4 304.3 12 15.2 27.1 42.3 61.0 83.0 108.4 137.2 169.4 205.0 243.9 286.3 332.0 고 13 16.5 29.4 45.9 66.1 89.9 117.4 148.6 183.5 22나. 264.3 310.1 359.7 14 17.8 31.6 49.4 71.1 96.8 126.5 160.1 197.6 239.1 284.6 334.0 387.4 15 19.1 33.9 52.9 76.2 103.8 135.5 171.5 211.7 256.2 304.9 357.9 415.0 16 20.3 36.1 56.5 81.3 110.7 144.6 182.9 225.9 273.3 325.2 381.7 442.7 17 21.6 38.4 60.0 86.4 117.6 153.6 194.4 240.0 290.4 345.6 405.6 470.4 18 22.9 40.7 63.5 91.5 124.5 162.6 205.8 254.1 307.5 365.9 429.4 498.0 19 24.1 42.9 67.1 96.6 131.4 171.7 217.3 268.2 324.5 386.2 453.3 525.7 20 25.4 45.2 70.6 101.6 138.3 180.7 228.7 282.3 341.6 406.6 477.1 553.4 * DBH만을이용하여계산한결과 ** W=-3.4565D+0.6848D2, W=0.0353D2H 식이용 30
< 표 5-1-9> 잣나무의건중량표 ( 단위 : 수고 m, 흉고직경cm, 중량kg ) 흉 고 직 경 * 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 DO 0.5 4.5 1나. 22.3 35.1 50.4 68.4 88.9 112.0 137.7 166.0 196.9 6 3.3 5.8 9.1 13.1 17.9 23.3 29.6 36.5 44.1 52.5 61.7 71.5 7 3.8 6.8 10.6 15.3 20.9 27.2 34.5 42.6 51.5 61.3 71.9 83.4 8 4.4 7.8 12.2 17.5 23.8 31.1 39.4 48.6 58.9 70.0 82.2 95.3 9 4.9 8.8 13.7 19.7 26.8 35.0 44.3 54.7 66.2 78.8 92.5 107.3 10 5.5 9.7 15.2 21.9 29.8 38.9 49.3 60.8 73.6 87.6 102.8 119.2 수 11 6.0 10.7 16.7 24.1 32.8 42.8 54.2 66.9 80.9 96.3 113.0 131.1 12 6.6 11.7 18.2 26.3 35.8 46.7 59.1 73.0 88.3 105.1 123.3 143.0 고 13 7.1 12.6 19.8 28.5 38.7 50.6 64.0 79.0 95.6 113.8 133.6 154.9 14 7.7 13.6 21.3 30.6 41.7 54.5 69.0 85.1 103.0 122.6 143.9 166.8 15 8.2 14.6 22.8 32.8 44.7 58.4 73.9 91.2 110.4 131.3 154.1 178.8 16 8.8 15.6 24.3 35.0 47.7 62.3 78.8 97.3 117.7 140.1 164.4 190.7 17 9.3 16.5 25.8 37.2 50.6 66.2 83.7 103.4 125.1 148.8 174.7 202.6 18 9.9 17.5 27.4 39.4 53.6 70.0 88.7 109.4 132.4 157.6 185.0 214.5 19 10.4 18.5 28.9 41.6 56.6 73.9 93.6 115.5 139.8 166.4 195.2 226.4 20 10.9 19.5 30.4 43.8 59.6 77.8 98.5 121.6 147.1 175.1 205.5 238.4 * W=-2.0209D+0.3233D2, W=0.0152D2H 이용 1.1.2. 임분측정임분 (forest stand) 이란일정면적을점유하는임목의집단으로서, 해당임분의수종구성, 영급, 임분상태등이매우동일하여인접한산림과구별될수있어야한다. 또한임분은하나의동일한육림작업이실행되는단위구역이다. 임분또는임반에대한정량적인정보는육림및경영방법의결정과직접적으로관련된다. 임분을측정함으로서다음과같은정보를얻을수있으며, 그외임분특성및지위인자등의관련정보수집이가능하다. - 임령 - 평균직경및기타직경분포추정인자 - 평균임분고및우세목수고 - 임분밀도 - 임분의혼효율및수종구성 - 재적및바이오매스 - 지위지수, 지위급및수확등급 (yield class) - 현생장량및예측 - 임분형질및활력도 31
- 수확다음에서는주로임분에서측정되는인자를소개하고, 동령림과이령림을구분하여특징과생장에대해서서술하고자하며, 먼저조사방법에대하여언급하고자한다. 1.1.2.1. 임분조사방법 가. 표준지조사표준지의재적을측정하고면적비례에의하여전림재적을측정하는방법이다. 이방법은면적이큰임분, 경제적가치가낮은임분, 임상이불균일한임분에대하여그다지높은정도를필요로하지않는경우에이용한다. (1) 표준지선정 1 임목의대소, 밀도등이전체의평균이라고생각되는곳 2 유사한수개소를선정, 조사하여평균한다. 3 초보자는평균보다좋은곳을잡는경향이있으므로주의를요한다. 4 가급적간단한형상을취함이좋다. 5 표준지의총면적은전체의 5~10% 정도로한다. 6 표준지의면적은 0.1~0.25ha로한다. 7 노령임분또는임상의변화가많은임분은면적을많이잡도록한다. (2) 표준지종류 ( 가 ) 원형표준지의설정 1 원형표준지의면적 (a) 을미리 0.1ha라든가 0.25ha라든가미리정해놓고이값을 r( 반경 )= a/3.14로환산하여반경을구한다. 2 Plot중심점에서 r( 반경 ) 의수평거리로 8방향을정하고나머지는목측으로수목의흉고점을 표시 ( 원내에들어갔을때 ) 또는 X표시 ( 안들어갔을때 ) 를하여주위점을정한다. ( 나 ) 대상표준지 ( 帶狀標準地 ) 의설정대상으로긴표준지를설정하는방법이며대의폭은보통 20~30m로한다 1 먼저중심점을측량하여결정한다. 32
2 일정한간격마다 10~15m폭의거리를중심점에서직각으로잡는다. 3 수고측정은중심점에서가까운지점에서수본씩측정한다. ( 다 ) 대선 ( 帶線 ) 표준지의설정 1 대선의폭은본수밀도가높은임분에서는좁게하고소임분에서는넓게하되보통 4~10m로한다. 대선은직선또는절선으로하되중심선은권척같은것을펼쳐서고정시킨다. 2 폭을 10m로한다면 5m의봉을가지고봉의 1단을중심선에밀착시켜이봉의범위내를 Plot으로한다. 3 입목의근부가봉의길이내에있으면측정을하고외에있으면측정하지않는다. 4 수고는중심선부근의것만측정한다. ( 라 ) Zetzsche의원형표준지설정임분의변화가크고표준지를정하기힘든경우에적합하다. 1 길이 3m의 pole로팔을수평으로펼쳐몸의축을 1회전시켜이범위내의입목을조사한다. 2 팔의길이는수평적으로 60cm가되므로반경약 3.6m의원을그리며원면적은약 41m2이다. 3 1ha의표준지를잡자면약 244개의 Plot를취하면된다. 4 이방법에서는수고는 5표준지간격으로측정함이좋다. (3) Plot의설정 ( 가 ) 표준지크기별설정 1 0.04ha원형 plot 원점을중심으로 8방향으로 Tape로소요반경을잡고원주상의입목에백묵으로 x 표시하여 plot의경계를명확하게한다. 경사지에서의반경은다음과같다. 경사 ( 도 ) 0 5 10 15 20 25 반경 (m) 11.28 11.30 11.36 11.48 11.64 11.89 경사 ( 도 ) 30 35 40 45 50 반경 (m) 1나.2 12.46 12.89 13.41 14.07 33
2 0.05ha방형 plot 원점을중심으로하여북동남서의 4방향으로 Tape로서수평거리 15.81m를잡고이점이 plot의네모서리가되도록시준하여 plot의경계를정한다. 3 0.1ha장방형 plot 원점으로부터北으로 50m의중심선을설정하고중심선에서 10m간격으로양측으로각각직각으로 10m씩의폭을잡는다. 이들점을시준하여 plot의경계를정한다. 3 0.1ha정방형 plot 원점을기점으로하여북, 동, 남, 서의순으로수평거리 31.62m를 1변으로하는정4각형이되도록 compass로측량하여 plot의경계를정한다. 원형 plot 방형 plot 장방형 plot 정방형 plot (0.04 ha ) (0.05 ha ) (0.1 ha ) (0.1 ha ) 11.28m 31.62m 50m 31.62m 10m 10m 15.81m < 그림 5-1-16> Plot 의설정방법 ( 는실측위치와방향을표시 ) (4) 재적조사 1 Plot내에있는흉고직경 6cm이상의전입목에대하여수종구분을하고동시에흉고직경을 2cm괄약으로실측하여기입한다 2 Plot경계선상의입목은근원중심부가경계선내측에있으면측정하고외측에있으면측정하지않는다. 3 수고는 1m괄약으로경급별로 2~3본씩실측한다. 4 고손목은과거 5년간의고손한것과그외의것들을구별하여직경과수고를조사한다. 34
(5) 생장량조사 1 생장량은 plot내의표본목에생장추를삽입하여조사한다. 2 생장량조사목의본수는 1수종군에대하여 200 本정도가되도록하고수종군별로 plot당의조사본수를정한다. 3 생장량조사목은각직경계에걸쳐직경계별로 plot원점에가까운입목부터순차조사한다. 대병해목, 고손목은제외한다 4 생장량조사목은흉고직경 2cm괄약으로측정하고, 흉고부위에서목편을채취한다. 5 목편은수피후, 최근 5연간길이를cm단위로소수1단위까지측정한다. 6 생장량조사목의측정결과는각각야장에기입한다. (6) 표준지재적계산표준지에서측정된개개목에대한재적을재적표를찾아 1본씩계산하여, 표준지전체, 그리고ha당재적등을구하는방법이있을수있으나, 이는시간을너무많이요하는관계로, 이를계산할수있는프로그램을이용하면편리하고, 정확하게계산할수있다 ( 산림청홈페이지 자료실 산림인자료실 임목자원평가 프로그램다운받아이용 ) 1.1.2.2. 임령동령림 (even-aged stand) 의임령은보통발아시점부터계산된다. 하지만이방법이세계의모든나라에서모두통용되는것은아니다. 예를들면, 영국에서수확표상의임령은식재년도이후의경과연수이다. 이경우임령은나무의실제수령보다낮게추정된다. 따라서북반구에서는임분조성당시의수령에따라다르지만, 약 1~2년의임령차이가있다. 그러나식재임지에서직파로육성된나무의임령은나무자체의임령으로한다. 초기생존율이저조하고광범위하게손상되거나, 천연갱신이조기에발생된곳에서동령림은일정범위의다양한임령을포함하게된다. 단기간에조성된동령임분에있어, 정상적인조림관리및적용에영향을주지않는범위의임령을갖는임분은동령림으로간주된다. 임령범위의최대치는일반적으로기대윤벌기의 1/4까지를말한다. 임령범위의최대치에달하는임분에있어서, 평균치와직경, 수고, 재적의기대분포의이용은이러한임분을적절하게대표할수없기때문에주의를요한다. 35
이령림 (uneven-aged stand) 의임령에대해서는다양한정의가있다. 만약임분의상층은동령또는비슷한수령의임목으로구성되었고, 하층에는보다어린나무가있을경우, 재적산정시두가지영급에대한가중치가적용되어야할것이다 (Anuchin, 1970). 여러개의동령임목집단으로구성된임분의경우에는, 임목집단별점유면적에비례하여가중치를적용하여야한다 (Kramer et al., 1982). 임령에관한정보는주로경영계획으로부터알수있지만, 경영계획이나기타관련정보가없을경우에는, 생장추로취한입목의목편 (core) 이나또는벌채목의수간절단면에나타난나이테를직접측정해야한다. 생장추에의한목편추출시중심을벗어나거나, 벌목절단면의위연륜또는나이테의손실등의우려때문에, 수령의측정에있어서는수간석해 (stem analysis) 가비교적신뢰할만한방법이다. 하지만이러한방법도나이테가불분명할경우에는소용이없다. 동령림과이령림은생물적관점에서볼때표 5-1-10과같은차이점이있다. < 표 5-1-10> 동령림과이령림의생물적관점에서의차이점 구 분 동 령 림 이 령 림 임 관 균일하고얇은임관층 불규칙하고두터운임관층 풍 해 취약하여작업상주의요함 매우적음 작은나무 피압됨 장차유용임목으로됨 갱 신 짧은기간내에이루어짐 윤벌기전체에걸쳐이루어짐 지 력 유령림시임지노출되어감퇴됨 지력보호상유리함 입지정비 원하지않는수종정비가용이 수종정비가곤란 위험성 산불및병충해의위험이많음 산불및병충해위험성이적음 임상유기물 일시에다량이쌓임 지속적으로축적됨 한편경제적관점에서보면동령림은다음과같은장점을가지고있다. - 조림및육림작업 축적조사 수확등이더간편하다. - 일반적으로단위면적당더많은목재를생산할수있다. - 생산되는원목의질이우량하며규격이고르다. 또한, 이령림의경제적장점을들어보면다음과같다. 36
- 지속적수입이가능해소규모임업경영에적용할수있다. - 주기적벌채시마다가치가없는단목을제거할수있다. - 벌채는시장성을생각하여탄력성있게할수있다. - 천연갱신을하는데유리하다. - 병충해등각종유해인자에대한저항력이더높다. 1.1.2.3. 평균수고주어진입지에서나무가자랄수있는높이는임분밀도에의한영향을제외하면, 토양이나기후등의환경인자에의하여영향을받는것은확실하다. 수고생장은과다또는과소한임분에서는좋지않은영향을받는다. 과밀한임분에서수고생장은어는정도일정하기때문에재적은흉고단면적과직선적인관계를가진다. ha당임목본수를증가시킴으로써흉고단면적은많아지고, 또흉고단면적과재적이직성적인관계를갖는한밀도는수고의생장에영향을주지않는다. 임목본수가증가함에따라단면적이감소하면재적생장과수고생장은아마감소할것이다. 그러므로일반적으로축적이잘된임분을관리하면수고생장에는영향을주지않을것이다. 임분수고에는평균수고 (mean height), 우세목수고 (dominant height), 최고수고 (top height) 등이있을수있다. 여기에서평균수고란특정임분에서의평균적인수고로다음으로계산되고, 가중평균수고와는구별되며, 임업에서는산술평균보다는가중평균을더많이사용한다. - 산술평균임분수고 - 가중평균수고 ( 여기서, hi = 단목 i 의수고, n = 단목수 ) ( 여기서, gi = 단목 i의흉고단면적 ) 우세목의수고란임분내에서ha당약 100본정도의수고가높은나무에서측정한평균수고가되며, 최고수고란이와는약간의미가다른데, 이는ha당가장큰흉고직 37
경을갖는약 100여본에서측정한수고를말한다. 그러나실제이용에있어우세목의수고와최고수고는구별없이이용되고있으며, 우리입장에서는우세목수고가최고수고의의미로사용되고있다. 또한우세목수고는상대적으로간벌에의한영향을받지않기때문에지위를결정하는데일반적으로이용되고있다. 1.1.2.4. 평균직경평균임분직경 (average stand diameter) 은평균흉고단면적일때의직경으로정의할수있다. 직경은직선함수이고, 흉고단면적은면적함수이기때문에, 평균임분직경은현존하는나무의평균직경이아니다. 평균직경은임분을대표하는변수로서는부적당하다. 왜냐하면, 그것은한집단내에서매우크거나매우작은나무에의하여심하게영향을받기때문이다. 직경생장은임업인이상당한처리를가할수있는중요한인자중의하나이다. 임목본수가약간만증가하더라도평균임분직경은상당히감소한다는것으로알려져있다. 흉고단면적이증가하면재적은더크게증가하는반면에, 평균임분직경이감소하면임분의재적은감소하고이에따라임분의가치도감소할것이다. 전반적으로평균임분직경은밀도의조절에의해서영향을받을수있지만, 최종수확을할때수확량이감소되지않기위해서는밀도의조절이주의깊게이루어져야할것이다. 다음은평균직경을계산하는방법과직경분포에대하여알아본다. 가. 산술평균직경 (arithmetic mean diameter) 표본의수가 n인경우산술평균직경은 이며, 이경우표본추출이완전 임의추출이라가정한다면, 이평균은모집단평균을편의없이 (unbiased) 추정한평균직경이라할수있다. 산술평균은단목단기시비시험, 가지치기, 차대검정등과같은유형의시험연구에서주로임분조성후최초 1년동안의시업처리결과를조사하기위하여한정적으로사용된다. 그러나산술평균직경은평균흉고단면적또는평균재적에해당하는임목을대표하지못하고, 간벌에의해서영향을받기때문에산림경영을위한조사에서는별로유용하지못하다. 나. 평방평균직경 (quadratic mean diameter) 임분의평방평균직경은평균흉고단면적을가진임목을대표한다. 표본추정치는, 38
여러집단조사자료경우의산출공식은, 이며, 이다. 평방평균직경은평균재적을가진나무의직경추정에있어서다소간부정적으로편의추정 (negatively biased estimate) 을나타낸다. 수확표상또는생장모델에서목적변수로사용되는임분평균직경은항상평방평균직경으로산출된다. 와 의관계는, ( 여기에서 는직경분포에대한분산이다.) 따라서, 산술평균과평방평균간의차이는분산과평균직경의증가에비례한다. 직경분포의분산이평균직경과ha당임목본수의함수라고가정하면, 다음의공식이성립된다. Weise(1880) 는평방평균추정을위하여일반적인방법을도입하여, 직경분포중 60번분위수을채택할것을제안하였다. 평균재적을가지는임목의평균직경을추정하기위하여, Essed(1957) 는임목재적과흉고직경간의관계식을다음과같이표현하였다. ( 여기에서, 의파라메터 ) 다. 직경분포임분직경분포를설명, 예측하기위하여많은기법이있으나, 직경분포모델을이용하는것이가장보편적이다. 따라서직경분포모델의통계치가제공하는결과의신뢰성, 유연성, 효율성등을충분히고려하여야하며, 이모델은여타다른모델보다각광을받고있다. 이모델은입력에요구되는변수가임령, 지위, 그리고밀도의기본적인임분통계량으로한정되어있으나상대적으로세분화된정보를제공하는장점 39
을가지고있다. 하지만이모델을개발하기위해서는임분의직경분포를확률함수 (probability function) 를이용하여추정하여야하는어려움이있다. 결국직경분포모형의성패는얼마나정밀하게직경별본수를추정하느냐에달려있고, 그동안다양한형태의확률분포를이용하여직경분포를추정하고자하였다. 다음은임분의직경분포추정에가장일반적으로사용되는 Weibull과Beta 확률함수인데, 여기에서는 Beta 확률함수에대하여소개하고, Weibull 확률함수는다음장에서자세하게설명하도록하겠다. (1) Beta 함수임분의직경분포를추정하기위하여 Beta 확률분포를임학분야에처음적용한사람은 Clutter와 Bennett(1965) 인데 Beta 분포는다음과같이표현할수있다. f(x)=c(x-l) α (U-x) β L x U = 0, elsewhere (1) 여기에서, c= L U 1 (x-l) α (U-x) β 에의하여계산되는조정계수 (scaling factor), x = 입목의흉고직경, L = 베타분포에서추정해야할최소직경, U = 베타분포에 서추정해야할최대직경, 그리고 α,β= 베타분포에서추정해야할모수이다. 결국 Beta분포에서추정해야할모수는 L,U,α,β의 4개인데다음과같은방법으 로추정된다. 먼저 L과 U를추정하면, L = x L -w/2 (2) U = x U +w/2 (3) ( 여기에서, x L = 괄약된실측최소직경범위의중앙값, x U = 괄약된실측최대직 경범위의중앙값, w = 괄약된직경의범위 ) 한편 Beta 분포의모수 α 와 β는위에서추정된 L과 U, 그리고해당임분의실 측직경의산술평균과표준편차를이용한수학적방법에의하여추정된다 (Loetsch et al., 1973). α = Z(β+1)-1, (4) β = Z s 2 k(z+1) 2-1 -1 (5) Z+1 40
( 여기에서, Z = x k, x 1-x k = x-l k U-L, s 2 k = 의표준편차 ) s 2 (U-L) 2, 그리고 s = 실측직경 신만용등 (1997) 은인공림과천연혼효림에서 Beta 및 Weibull 함수의직경분포추정능력을검정한결과, 낙엽송인공림과천연림의상층을점유하고있는소나무는 Beta와 Weibull 함수가모두뛰어난직경분포추정능력을보였다고하였으며, 천연혼효임분의직경분포는기대하였던대로 Weibull 함수는정도가높게추정하고있지만, Beta 함수는적합하지못하였으며, 반면에천연림의하층에생육하는참나무의경우에는반대의결과가얻어졌다고연구보고한바있다. 1.1.2.5. 임분밀도임분밀도 (stand density) 는임분의생산력을추정하는데있어지위다음으로중요한인자이다. 지위의경우는인위적으로개선하기가어려우나, 임분밀도의경우는경영자가임의대로조절이가능하기때문에우리에게유리하게작용할수있는인자이다. 따라서현재임분밀도를정확하게측정하는것은중요하며, 또한여러가지방법이알려져있으나아직가장정확한판정방법은없다고보아야할것이다. 그리고먼저임목밀도의측정개념이전에입목도 (stocking) 와임분밀도의의미를명백히할필요가있다. 입목도란경영자가원하고자하는가장우량한임분이지니고있어야할입목수에대한현실입목수를주관적인입장에서나타낸것이다. 즉비교가능한이상적인임분의밀도에대한현실임분의밀도의비율적비교를의미하는상대적의미를내포하고있다. 입목도는수치를이용하여주관적으로상ㆍ중ㆍ하로나타내는데, 이는그기준이불분명하다는문제점을안고있다. 임분밀도란임목의양적인표현으로두가지로나타낼수가있다. 1 흉고단면적, 재적, 임목본수등을계수 (coefficients) 로나타내는방법과, 2 단위면적에대한입목수, 총흉고단면적의합계, 또는재적의절대치로나타낼수가있는것이다. 임분밀도는경영목적을불문하고임분발달과정에서가지고있어야할양을기준으로표현하는말이다. 일반적으로밀도가높으면단위면적당축적은높아지지만, 단목의직경이나재적생장은나빠지게된다. 따라서전체수량과단목의크기간의균형을어떻게이루느냐하는것이밀도조절의요체이다. 41
이와같이임분밀도는임분관리의중요한제어인자 (control factor) 로서이제까지많은척도가제안되었으며, 따라서이의정의나측정법은간단하지가않다. 가. 목측법이방법은유럽에서시작된것으로서수관의울폐와발달정도를육안으로판정하여임분생장을유도할수있다고한방법인데, 이를판정할수있는기준이되는법정상태임분밀도는어떻게측정해야할지가관건이다. 산림이위치한곳, 임분환경상태, 개인적시각차, 계절적환경등은밀도판정에대한방법으로서의목측법의의미는이미상실한것이나마찬가지이다. 나. 법정수확표에의한방법주로동령임분에서만들어진수확표는일반적으로임분밀도를측정할때가장사용빈도가높은기준이다. 이방법에의한특정임분밀도는동일한지위와임령을가지는수확표와조사하려는임분의관련인자즉, 흉고단면적, 임목본수또는재적을비교함으로서판정할수있는것이다. 관련인자에비교하는방법에대하여자세하게언급해보자. 1 흉고단면적이인자는어떤임분에서단위면적내포함되는모든단목의흉고단면적의합계로표시되며m2로써측정된다. 이값은비교적측정이용이하면서동시에밀도와의상관관계가높기때문에예전부터보편적으로이용되어왔다. 그러나흉고단면적은임목크기에대한정보를제시해주지못하는단점이있다. 2 재적임분밀도는종종재적에의하여표시된다. 대부분의임업경영목표들이직접 간접으로재적과결부되어있기때문에재적은합리적인밀도척도가될수있다. 그러나일반적으로직접적인밀도의척도로사용되기보다는보통수확표상의임분재적과같은어떤표준재적에대한상대적인값으로표현된다. 3 임목본수임목본수는측정이가장간편한것으로서, 지위와생육단계가같은동령단순림에있어서유용한임분밀도판정척도중의하나이다. 따라서동령단순림에대한많은생장및수확모델에있어이척도를임분밀도의입력변수로서사용하고있다. 법정수확표를이용하여임분밀도를판정하는것은평균적으로발달하는임분에서적용함이타당할것이며, 특정생장이빠른지역이나, 자연적고사목이많이발생하 42
는지역, 또한초기식재밀도등의변화가없거나너무많은변화가있는곳에서작성된법정수확표는기준이될수없으므로사전주의를요한다. 다. Reineke의밀도지수에의한방법 Reineke의임분밀도지수의방법은집약적인임분경영에있어서특정한목적을위하여임분밀도를조절하는데가장적절한수단이된다. 이지수는임분평균직경이동일한적정밀도동령림은동일수종으로구성되었을때단위면적당임목본수가거의같다고보고하였다 (Reineke, 1933). 임분밀도를평가하는데가장중요한인자는임분평균직경이지임령과지위는그다지영향을미치지않는다. Stage(1968) 은이밀도지수가동령림에주로적용할수있으나, 이령림에서도흉고단면적에의한방법보다더잘적용할수있을것이라하였다. Reineke 의임분밀도지수는임분발달에있어여러가지실질적인적용가치가높을것으로판단되며, 그이유는다음과같다. - 입지와임령에관계없이임분밀도를비교할수있으며, 서로다른종으로구성된임분에서도이용이가능하다. - 경영목적에적합한이상적인성숙임분밀도가주어졌을때, 미성숙상태에서적절한임분밀도를추정할수가있다. - 간벌과밀도조절을함으로써흉고단면적의적정수준을구할수있다. - 임분밀도지수는간벌효과에대하여흉고단면적에의해서만나타낼때보다더명확히보여줄수있다. 라. Bruce 의수확표에의한방법 Bruce가개발한것으로서서로다른형태로발달해온임분의법정상태를정확히측정할수없는법정수확표의단점을보완하기위하여임분평균직경, 임목본수, 수고로서미송에대한수확표를만들어임분밀도판정의기준으로삼았다. 그러나이방법은동일수종을비교할때만가능하며, 또한동일지역에서의비교만가능하다는단점이있다. 마. 수관경쟁에의한방법수관경쟁법 (crown competition method) 은공간경쟁이없는곳에서자라는임목의수관폭과수간직경사이에는높은상관관계가있다는단순한생물학적원리에입각 43
한것이다. 이방법은, 공간에대한수관경쟁력을파악할수있으며, 어떠한수종이다른수종보다밀도가높은임분상태에서도생육할수있는이유에대해서도설명할수있다. 그리고이방법에서는수령과지위의영향을받지않는생물학적특성을측정한다. 수관경쟁에의한방법은임목이이용할수있는생장공간의최대값과임분내에서생육하는데에필요한최소값에대한자료가제공되면서부터발달되었다 (Krajicek et al., 1961). 수간지름별수관투영면적에대한자료는, 수관면적과흉고지름의관계에있어서공간경쟁효과를배제하기위하여고립목을이용한다. 수관면적은흉고지름과밀접한관계가있으며, 그관계는동일수종내에서는지위나수령과는관계없이거의상수로나타낼수있다. 수관폭과흉고지름의관계에있어서, 침엽수와활엽수사이에는높은유의적인차이를나타내나, 참나무류의각수종사이에는유의성을인정할수없었다. 그리고고립목의경우에는흉고지름에비례하는최대면적이상의면적을차지하지않는것으로나타났다 (Alexander, 1971). 최대수관면적 (maximum crown area; MCA) 은일정한흉고직경을가지는하나의고립목이차지하는ha당백분율로나타내며, 차지하는면적은수식으로구할수있다. 수관경쟁요인 (crown competition factor; CCF) 은ha당최대수관면적의합으로나타낸다. 1ha내에있는모든임목이충분한수관발달을하고있으며, 피복율을 100% 라하면수관경쟁요인은 100이된다. 그러나, 동령림에있어서ha당임목본수라는관점에서볼때, 수관경쟁요인 100 의값은수종간에큰차이가있다. 적정밀도상태에있는아이오아주동부지역의참나무류동령림의수관경쟁요인은평균 200 정도이며, 콘톨타소나무임분의수관경쟁요인은 500이다. 어떤임분의수관경쟁요인이 200이란의미는, 임분내의단 목이고립목상태에서차지하는수관면적의에해당하는면적을차지한다는의 미이며, 수관경쟁요인이 75이면단목은공간을충분히이용하지않는상태를의미한다. 바. 임분밀도조절을위한임목간격적용각임목의근계와수관에의하여실제로요구되는생육공간을결정한다는것은대단히어려운문제이지만, 평균적인생육공간과직경등임목크기의관계는추정될수있다. 임목들은일반적으로그들의크기에알맞은생육공간을점유하고있고필요로하 44
기때문에모든임목간격계수 (spacing figure) 는직경 수고 수관폭또는수관재적과같은임목의크기를표시해주는척도에의하여결정되어야한다. 인공조림을한다든지, 간벌을할경우에임목간의거리를추정하는방법은, 1 임목의근계와수관이차지하는면적을정사각형의면적에의하여추정하는방법과, 2 원의면적에의해서추정하는방법이있다. 그러나두방법모두실제로이용되는면적을추정하는데에는오차가있다. 임목의근계와수관은일반적으로경쟁이일어나기전에는원형으로발달하기때문에, 정사각형에의한임목간거리의설정은입지의이용을충분히할수없다. 단순한원에의한방법의경우에는임목본수에있어서과대치를주게된다. 왜냐하면, 인접하는수관과근계사이에는중복되지않고점유되지않는공간이있어야하기때문이다. < 표 5-1-11> 생육거리의계산 생육거리 (d) d = = 정사각형 원 = d = = = 실제로나무에이용되는면적 임목간거리 (d) 또는단위면적당임목본수 (N) 는표에나타낸방법으로구할수있다. 이표에서, 임분밀도는ha당 300본으로계산한다. 이때, 임목당점유면적은 33.4m2가되며, 임목간의거리는정사각형에의할경우 5.8m, 원형에의할경우 6.5m가된다. 그런데, 정사각형 (5.8m) 을사용할때원으로차지하는면적은 26.4m2가되어, 전체의입지를충분히이용하지못하는상태가된다. 1ha를임목당 26.4m2의면적으로나누면ha당 380본이되어원래계산한ha당 300본보다임목본수가많아진다. 그러나생육면적은임목간의거리를산정하는근거가되며, 실질적으로식재거리는정사각형이나직사각형의생육공간을가정하여산정되고있으며, 최대효율을나타내는생육면적에의한임목간의거리에대한연구는빈약한실정이다. 사. 적정임분밀도의결정임분밀도의측정과여러가지임목간격지침의개발은아직기본적인문제를해결 45
하지못하고있다. 즉, 수종별 지위별그리고임분상태에따른적정임분밀도는무엇인가하는문제이다. 이에대해 Both(1925) 는 낭비가없는생육공간 (room to grow but none to waste)" 이라고간결하게답하였다. 그러나임목이생장하는데충분한생육공간은얼마이며, 무익한공간은무엇인가에대한판단지침즉, 적정밀도 (optimum stocking) 를위한간단한지침을마련한다는것은대단히어려운일이다. 적정 (optimum) 이라고하는말은삼림소유자의목적을달성하기위한최선 (best) 이라고하는의미이다. 이와같은목적이재정적인것이라면지위ㆍ수종ㆍ재적및임목가격뿐만아니라이들간의상호작용또한결정에포함되어야한다. 실제로임분밀도에관한결정은주로식재할때와간벌시에이루어지게된다. 이때경영목적을고려하지않고적정임분밀도를선택한다는것은어렵다. 즉경영목적이수원함양이나산림휴양등목재생산이외의것이라면목재생장을최적상태에서최대화하기위한임분밀도조절은큰의미를갖지못한다. 우리나라의경우각수종별로작성된수확표에근거하여표 5-1-12와같이평균흉고직경급에따른간벌후잔존기준본수를제시하여임분밀도조절을위한기준으로삼고있으며, 이는목재생산을목표로한것이다. 그러나지역에따라산림환경에맞게조절하여작성할수도있을것이다. < 표 5-1-12> 수종별평균흉고직경급별간벌후잔존본수기준표 ( 단위 : 본 / ha ) 수 종 잣 나 무 낙 엽 송 리기다소나무 강원소나무 중부소나무 삼 나 무 편 백 해송상수리나무 평균흉고직경급 ( cm ) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 1500 1500 2000 2300 1300 2200 2700 1700 1200 1300 1600 1800 1100 1860 2200 1400 1000 1100 1300 1500 960 1630 1700 1200 880 1000 1100 1300 860 1430 1510 1060 760 900 940 1100 780 1260 1330 950 670 800 810 950 710 1130 1180 850 600 700 710 840 650 1010 1070 750 530 600 630 740 610 890 950 660 480 530 560 670 620 440 490 500 610 400 410 470 380 390 440 360 370 410 340 360 380 320 350 350 980 880 800 730 660 600 540 500 460 430 390 350 300 340 330 ( 출처 : 산주를위한새로운임업기술, 산림청, 1995) 46
1.1.2.6. 흉고단면적흉고에서측정된수목의단면적을흉고단면적이라하며, 국제적으로 g의기호로통용된다. 일반적으로제곱미터 ( m2 ) 로표현된다. ha당입목의흉고단면적합계는 g m2 / ha로표시되며, 일반적으로수피를포함하여측정한다. 유령림의평균치는 10~20 m2 / ha이며, 성숙림의경우에는최대 60 m2 / ha까지달하며, 호주의유칼리임분에서는더높은수치를나타내기도한다. Dawkins(1958) 는열대림의평균흉고단면적이 35 m2 / ha정도라고제시한바있다. 임분흉고단면적은임분의목질부생산력을측정할수있는인자로서, 부분적으로는유전적인영향을받지만, 생물학적, 물리ㆍ화학적인환경인자에의해서도영향을받는다. 가. 지위와임령함수로서흉고단면적흉고단면적은임분을설명하는중요한특성중의하나이므로임분을설명하기위해서는지위와임령이흉고단면적에관여하는것을구명해야한다. 흉고단면적이임령에따라누적되는비율은임업에서가장명확히증가하는생장율이다. 다음그림은산림과학원 (2003년) 에서조제한강원지방소나무의지위별흉고단면적누적생장량을표시한것이다. < 그림 5-1-17> 지위, 임령별강원지방소나무흉고단면적생장곡선 47
각지위별로양호한생장패턴을보여주고있으며, 임령이증가함에따라흉고단면적누적생장량차는지위별로차이가더증가할것으로보여진다. 다음그림 5-1-18은국립산림과학원에서 2003년조제한임분수확표로서대표적인인공림형태의잣나무, 천연활엽수림형태의상수리나무및침엽수림인강원지방소나무의임령별흉고단면적누적생장곡선을나타낸것이다. 상수리나무의경우앞서학자들이연구한바와같이임분이관리되지않고, 천연상태로있을때조기에누적흉고단면적곡선이점근선을갖는다고했는데, 이를입증이라도하듯이 60년정도이후부터점근선을갖는것으로나타났다. 그리고잣나무와같은경우아직생장이이루어지고있으며, 특히강원지방소나무의경우는외국의미송이나솔송나무와같이앞으로계속누적흉고단면적은생장이이루어질것으로보인다. < 그림 5-1-18> 수종, 임령별흉고단면적생장곡선 ( 지위중 ) 1.2. 생장모델 1.2.1. 생장모델개요 생장모델은임목 ( 산림 ) 의나이가증가하거나또는시간이지남에따라변하는산림생산물의동태를기술하는것이라볼수있다. 다음과같은식의구성에있어표 48
현되는시간 (t) 과몇개의파라메터 (A, b, k) 및재적간의관계를생장모델의한예 (Gompertz model) 라고볼수있다. V = A e - b e - k t 생장예측은산림에서의생장에따른수확량및시장으로의판매계획을위해필요하며, 또한생장과비례하는벌채를결정하기위해서도필요하다. 토지이용자측면에서는특정한입지의합리적인경영결정을위해생장예측을필요로하기도한다. 또한생장모델은실행가능한투자옵션의비교를용이하게하기위한경제적인방향으로의정보를제공하는데이용하기도한다. 그리고다른경영체제및조림적시업하에서의선택과비교, 즉가장최적의생육공간, 간벌의주기및강도등을결정하는데도생장량에대한예측이필요하다. 또한예산의지출및세입을위해서도필요하다. 1.2.1.1. 생장모델의선택과임업에서의적용모델은한마디로진실에대한추론적인개념이며, 일부인식에있어잘못된것이있을수도있다. 따라서이용자들은모든모델들이잘못이있을수있으며, 일부는다른모델보다특별난유용성및정확성을가지고있을수있음을기억해야한다. 올바른모델의선택은이용자가적용함에있어최대의유용함을줄수있는것이어야하며, 선택은이용자의자료원과적용가능성에근거하여야한다. 이것이임분모델링을위한최고의접근법이다. 모델의임업에서의적용영역으로는다음을들수있겠다. - 입지평가 - 기대되는수확의추정 - 조림기법에따른생장연구 - 최고경영시스템구축 - 경영상제약에대한효과 - 목재질의평가이러한적용영역에필요한각각의모델은각기다른생장모델링의접근법을요구하며, 보통하나의모델로이런요구를모두제공할수없다. 그리고이런요건을만족하기위한모델을어떤것이라고확실히단언할수는없지만일반적인가이드라인은주어질수있다. 49
1.2.1.2. 생장모델의현재와미래 가. 최근의전개보다최근에 Prognosis모델의새로운변종인 PROGNAUS모델 (Austria 의 Prognosis, 1996) 이개발되어졌다. 이는 Austria에서이용되는거리독립단목방법으로동령순림및혼효이령림둘다의발달을예측하고자만들어졌다. 이모델은 Austria Bohemian Massif 개별영구표준지에서타당성을검정한바있다. 또다른 Prognosis의변종으로는 PrognosisBC로 BC산림부자원조사프로그램으로인터넷상 (http://www.for.gov.bc.ca/ resinv/hompage.htm) 에서보고되었다. 또다른모델로한윤벌기이상의다른축적을갖는총생장및새로운임분생장을예측하기위하여 PP-MASAM(1996) 모델이개발되었는데, 평균목에기초한 PP-MASAM 은임분생장을예측하기위하여 4개파라메터를갖는다 ; (1) 총임분엽면적지수 (LAI), (2) cohort에서의ha당본수, (3) cohort당총엽면적지수, (4) 단위엽면적당임목생장. Favrichon(1998) 은열대이령천연림에서진계생장, 고사및생장을표현하는경영자중심의 인구통계학적행열모델 (demographic matrix model) 이라는새로운개념의모델을최근에개발하였다. 이모델의두가지특징으로 (1) 수종이생태적집단으로그룹화된다는점과 (2) 진계생장과천이확율이임분의상대적거리와그것의초기원시상태에종속된다는점이다. 이모델은임분동태와벌채후의종구성또는기타체계적인조림적처리를시뮬레이터할수있는도구를제공하였다는데의의가있다. 그러나이모델은아직발전의첫단계라할수있으며, 경영결정및정책의경제적인설명과벌채주기를분석하여야할과제를안고있다. 나. 모델링의미래 21세기에서의산림계획과경영에대한생장ㆍ수확모델링의열쇠는생태계를별개로나누는것이아닌하나로보는시각을가져야할것이다. 미래생장ㆍ수확의효과는수많은문제에직면할것이다. 즉임목의질과생산물수확에대한더많은정보를제공하여야할것이며, 기후변화, 산림전용, 산불등의환경적스트레스에대한장기적산림반응예측을할수있어야할것이다. Burkhart(1990) 는 21세기생장ㆍ수확모델링의전개는자료수집, 분석기법및계산기술에의존할것이라고지적하였다. 따라서생장ㆍ수확모델은산림경영에있어가장우선적인도구가될것이다. 50
미래에있어이령림에대한생장과수확의방법론은기계적모델에근거하여경험적모델뿐만아니라방정식시스템, 비선형임분표예측, Makov chains, Matrix model, 인공신경망기법등과같은다양한기법을통합하여구축될것이다. 또한혼합모델링뿐만아니라새로운컴퓨터기법 ( 이용자편의측면의객체중심프로그래밍 ), 임목시각화, GIS를이용한임목의공간적명쾌한정보제공등과같은이령림의생장과동태의진보된이해와모델링방법이구축될것이며, 이는대면적에서의이령림에대한미래생장과수확을계획하는우리의능력을촉진하는데확실하게도움을줄것으로보인다. 이것은미래산림경영자의정보요구를충족시킬수있는모델구축자또는연구자에게도움을줄것이며, 새로운세기의지속가능한산림경영에대한다양한의문사항에대한답변을제공하는데에도커다란기여를할것으로본다. 1.2.2. 단목생장모델단목생장모델은주어진임분에있어각단목을시뮬레이터하기위한모델이다. 많은단목모델은확률적으로고사율을시뮬레이터한다. 이런모델은크게두가지로구분된다. 즉, - 단목거리종속모델 - 단목거리독립모델 1.2.2.1. 단목거리종속모델단목거리종속모델은공간적자료를이용하여단목또는이의구성요소 ( 수관, 가지등 ) 를시뮬레이터한다. 이모델은임분또는표준지의각단목발달을시뮬레이터하기위해인접해있는나무들의크기와위치에대한정보를이용하며, 수확예측은단목의재적을합하고적절한확장요인을곱함으로서얻을수있다. 모델의발전과실제적이용은지속적인자료의누적이어야가능하며그러지않을시제약이따른다. 이들모델은또경쟁이라는중요한개념을수식화함으로써발전시킬수있다. 임분에있어임목간의경쟁은다음 5가지사실로요약될수있다. 1 식물은그들이생장함에따라그들의생육에맞게환경을바꾸며, 다른식물들의유용한자원을감소시킨다 ( 경쟁 ). 2 경쟁의가장기본적인메커니즘은공간적상호관계이다. 51
3 경쟁에의해죽은식물은생장원결핍에이은생장감소의결과이다. 4 식물은환경의변화에순응하고, 경쟁에반응하며, 경쟁의본질을바꾼다. 5 경쟁전개에있어수종간차이점이있다. 많은모델들은경쟁지수를간결한개념으로만들고자시도하였다. 그러나경험적인시도에서잘이행되고, 개념을구체화하여만족스럽게된단순한지수는아직없다. 많은경쟁지수는다음 4가지의목적을갖고연구에임하게된다. 1 경쟁적영향권 2 잠재적으로유용한면적 3 크기종속 4 울폐및광흡수면적경쟁적영향권에의한접근법은다음가정을기본으로한다. 1 각임목은임목의크기로서결정되는영향권이있다. 2 각임목별로나타나는경쟁은영향권의잠재적중첩에의해측정될수있다. 경쟁지수는잠재적인중첩면적으로표시할수있으며, 또한상대적인면적으로측정할수도있고, 임목크기별로측정할수도있다. 경쟁지수를산출하는방법에는여러가지가있을수있으며, 이를몇가지로나누어설명하면다음과같다. - 점유가능면적 (APA, area potentially available) 1 APA는총면적을입목의크기와위치에따라분할함으로서계산할수있다. 2 이러한면적분배는입목간의직선거리를, 나무의크기에따라가중치를적용하여분할하는방법에의한다. 3 혼효림의경우가중치는수종에따라다르게조정한다. 4 실질적으로중첩지역과 gap이없도록분배하기는매우복잡하다. 5 실험에의하면, APA는단일수종조림지의흉고단면적생장예측에매우유용하게활용되는경쟁지수중하나이다. - 크기와거리방법 1 이방법은모든경쟁입목의크기와입목간거리를기초로하여경쟁지수를계산한다. 2 이지수는대상목이주변경쟁목들과이루는각도의총합을기초로계산되며, 지수의한계치를정해둔다 ( 예를들면, 각도가초과되는경쟁목 ) 3 가장자리효과 (edge effect, 중심목과경쟁목간에있어중심목과같은방향에있는나무방향의경쟁은인정이되나반대방향은경쟁을계산할수가없다는것으로 52
이는보정해주어야함 ) 와계산시간을줄이기위하여, 경쟁분석이실시되는반경을정해두는것이필요하다. 적정반경의선택은나지에서생장한임목의조사자료를이용하면된다. - 울폐및광흡수면적방법각입목이하늘을볼수있는면적의비율로결정하는방법으로서, 때로는입목이마주하는하늘의방향에따라가중치를다르게적용한다 ( 예, 수직방향은많게, 수평방향은적게가중치를적용 ). 기준점 (reference point) 은나무의초두부가아니라수관의중심점이된다. 이것은신엽 (newer foliage) 의광합성활동이더욱왕성하다는것을고려한조정의의미가있다. 그러므로기준점은대상목의최근수관발육상태에따라달라진다. 1.2.2.2. 단목거리독립모델단목거리독립모델은각임목별또는크기급별로임목의생장을예측하며, 일반적으로크기및임분변량 ( 임령, 지위지수, 흉고단면적등 ) 의함수로표시된다. 이는모델을적용할때단목위치에대한정보는필요치않다. 정형적으로이런모델은세가지기본적인구성요소를갖는다. - 직경생장변수 - 수고생장변수 ( 또는, 흉고직경으로부터수고를예측하기위한수고-직경간의관계 ) - 확률론적으로일반화되거나생장율함수로부터예측이가능한고사변수다음은몇몇학자들에의하여생장모델을카테고리별로묶어구분한것을소개하고자한다. Munro(1974) 에의한분류는많은분류의기본과만날수있다. 이분류는단순림과이령림모두를포함하고있다. 여기에서는산림 ( 단목또는전체임분 ) 을기술하기위해서이용되었던그런단위에따라모델을기술하고있다. 그리고이세카테고리는아직까지대부분의분류에이용되고있다. 단목거리종속모델 단목거리독립모델 전체임분거리독립모델 < 그림 5-1-19> Munro(1974) 에의한산림생장모델의분류 53
보다최근에는모든기존의모델형태를포함할목적으로모델이분류되기도한다. Shugart (1984) 등은전체임분생장또는단목생장과같은단위수준으로모델을구분하였으며, 두번째단계로이령림과동령림을나누어모델을구분하였다. 마지막으로그는그림 5-1-20에서보는바와같이산림의공간적관계를다루었다. < 그림 5-1-20> Shugart(1984) 에의한산림생장모델의분류 또다른예로는임분과단목에근거한모델의두개카테고리로구성되는 Liu & Ashton (1995) 의분류가있다. < 그림 5-1-21> Liu & Ashton (1995) 의임목수준산림생장모델의분류 1.2.3. 임분생장모델 수많은생장모델들중에서그것들각각에채택된방법들을시험한다는것은불가능하며, 실제적용시에는기존의연구를바탕으로각모델에대한일반특성을고찰 54
하여적용을하여야할것이다. 복잡하게얽힌조건들을근거하여모델은다음과같이크게 3분야로나눌수있으며, 이분류는주로동령림의대상으로분류되었으나, 현재까지의이령림생장모델역시주로동령림에서파생되는것이므로이분류의범주를크게벗어나지않고있다. - 전체임분모델 (whole stand model) - 크기급모델 (size class model) - 단목모델 (single tree model) 상기와같이구분된모델은후자 ( 단목모델 ) 는앞절에서설명한바와같으며, 전자 ( 전체임분모델 ) 는임분에서의생장모델, 그리고크기급모델은두모델을절충한것이라보면된다. 1.2.3.1. 전체임분모델전체임분모델은다음과같은임분파라메터를기본단위로하는생장 수확모델이다. - 흉고단면적 - 임분밀도 ( 본수 ) - 임분재적 - 직경분포를결정하는파라메터이런모델은임분생장을시뮬레이터하기위하여상대적으로적은데이터를요구하지만, 미래임분에대한많은량의일반적정보를얻을수있다. 미래임분의직경분포를예측하기위한모델링접근법으로는단순한것에서부터아주정교한방법까지다양하게존재한다. 전체임분모델중초기대표적인것으로수확표를들수있는데, 수확표는임령, 지위급에따라기대되는수확량을표로서요약해놓은것이다. 이는임령별로동령림에서의예측되는수확량을표현하며, 수확량추정의가장오래된접근법중하나이다. 첫수확표는 1787년독일에서개발되었으며, 이후 100년동안 1000여종이상의수확표가공표되었다. 현대의수확표는수확량뿐만아니라임분고, 평균직경, 임목본수, 임분흉고단면적, 연평균재적생장량등을포함하고있다. 수확표는두가지로크게대별되는데, 이는정상수확표 (normal yield tables) 와가변밀도수확표 (variable density yield tables) 이다. 실은이들은따로따로구분이된다기보다가변밀도수확표와다른접근방법을통한정상수확표로부터단목생장모델까지를반영하는것이 55
라볼수있다. 가. 정상수확표정상수확표는이상적이거나완전한밀도또는정상적인임분에대하여임령및지위지수별기대되는수확량추정치를표형태로제공하는것이다. 일반적으로이표는임목및임시표본점의조사등으로데이터가수집된다. 표본점은여러입지조건을반영할수있게끔다양한임령에서완전한밀도또는정상적밀도비를갖는위치에신중하게설치하게된다. 단위면적당표본점재적은지위급에따라나열되며, 재적값은임령에따라명기된다. 임령에따른재적곡선은그래픽기법을이용하여각지위급별로그릴수있다. 따라서값은선택된지위급과임령에대하여곡선상에서읽을수가있다. 따라서수확표를이용함으로서유사한임분특성을갖는동령림에서의잠재적인수확량을제공받을수있으나, 천연림에서는한임분에너무다양한임령이구성되어있어만족스러운결과를가져오기가어렵다. - 경험적수확표경험적수확표라는용어는모든수확표가사실상특별한산림모집단에서의표본점조사에근거를둔경험적인것이므로잘못된오기라고볼수있다. 따라서이는정상수확표와유사하다. 이런표는보통완전또는정상적밀도가존재하는임분과는대조적인평균적임분에적용된다. 정상적임분과는달리자료수집이평균적인임분에서얻어진것이필요하다. 정상수확표에비하여경험적수확표의장점은시업이이루어지는산림경영하에서현실적수확량을보다근접하게나타내줄수있다는점이다. 현재의생장 수확모델링기법은정상적또는평균적밀도개념에의존하지않는다. 오히려임분예측시스템의한동적인부분으로서밀도를포함하고있다. 이런생장모델은일반적으로 가변밀도표 ( 또는식 ) 라불리어진다. 나. 가변밀도수확표많은가변밀도수확표가발표되었는데, 이런표는많은수종, 입지, 경영체제에대하여 5년간격으로수고, 단위면적당임목본수, 평균직경, 임분흉고단면적, 평균간재적, 단위면적당재적, 평균연년 / 누적재적생산량등을제공한다. 이런접근법은혼효림에응용될수있으며, 천연림에대하여압축된표형태의수확표를만들수있을것이다. 우세목과주요임분의흉고단면적은이령림에서확인될수있을것이다. 생장모델을구성하는하나의축으로생장함수 ( 또는식 ) 를들수있는데, 생장함수는표로표현되고평가되지만, 역으로의표를식으로전환할수는없다. 식은생장관 56
계를표현하는축약적이면서편리한방법이다. 생장식은단목을식별할수없는데이터로부터개발된다. 이런추정치는재측정기간에모든임목이현존하고있는곳에서는만족할만한결과를가져올것이나, 갱신또는고사와같이재측정시동일한대상목이없을시는만족스럽지못할것이다. 계산은보통나무크기의순위는변하지않는다는가정하에서이루어진다 ( 즉, 2번째큰나무는항상 2번째큰나무로남음 ). 이가정은좀처럼만족할수가없고, 이는단목을식별할수있는자료를이용하는편이오히려바람직할것이다. 1.2.3.2. 크기급모델크기급모델은모델링의가장기본적인단위를단목의크기급을대상으로한다. 크기급이라는용어는크기가급을구성하는데가장공통적기준이되므로편리함때문에이용이된다. 다른기준, 즉수종, 임령등도또한급을형성하는데이용될것이다. 크기급접근방법은전체임분모델과단목모델간의절충선이라보면된다. 다양한크기급모델은전형적인임분표예측 (stand table projection) 방법에서그기원을찾을수있다. 임분표예측방법은임분자료에서직경급에근거를두고동일크기에다양한크기급을배분시킨다. 그러나임분은표준크기급으로배분할필요는없다. 그것은임분특성과유사하게임목의그룹을형성할수있을것이다. 직경만이크기급의기준은될수없으며, 수고도또한이용되기도한다. 가. 임분표예측접근방법임분표는각각이다양한크기급별로임목본수를나타내주는표형태로요약이되어있다. 축적표는또한각각이크기급별재적 ( 또는중량 ) 을표형태로요약하고있다. 혼효림에있어서는각수종또는수종그룹별에대한행열이있을것이다. 크기급은보통동일크기의직경급으로구성된다 ( 즉, 8-10, 10-12... cm, dbh). 이들표는일반적으로조사자료를요약할때이용된다. 그리고혼효림에대해서여러유명한모델이기개발되었다. 임분표예측은동령림및이령림의미래임분형을예측하는데이용되는가장오래된기법중의하나이다. 이방법은추정된직경생장 ( 및고사량 ) 을표에입력하여조정된현재임분표로부터미래임분표를예측한다. 유용한자료에근거하여직경생장추정치는여러가지정보를획득할수있다. 57
- 추측 - 단순요약표 - 생장량 - 회귀분석이방법은자료의수가적고, 계산이어려울때이용된다. 많은연구자들이요약된표본점자료로부터진계생장 ( 차기크기급으로이동한임목본수 ) 을추정하기위한단순한식을제공한바있다. 컴퓨터는계산의부담을덜어주었고, 임분표는회귀분석에의해준비된생장식으로갱신될것이다. 그러나 경험에서나온추측 은데이터가불충분할때큰이점이될것이다. 임분표예측방법에는 3가지의방법이이용된다. - 크기급경계방법 (the class boundary method) - 이동율방법 (movement-ratio method) - Wahlenberg Method 크기급경계방법은각직경급상의모든임목이크기급의중심점에위치해있고, 또한모든임목은그들의현재크기와활력에관계없이동일평균생장율을갖는다는그런가정을가지고있다. 그러나이는다른크기급경계도있을수있고, 일부적용에있어불편한점이있을수있다. 그리고직경의자연적인생장을측정할수가없으며, 그러기때문에예측된임분은초기임분이가졌던동일한수의크기급을생각하게될것이다. 이동율방법은각직경급에서임목이직경급에있어동일하게분포하고있음과동일한생장율을갖는다는가정을가지고출발하게된다. 각직경급에서 이동율 은계급폭과평균생장량으로결정되고, 이는다음계급으로의이동되는임목본수를가리키게된다. 단지몇몇의임목만이있는임분을예측하는데는일부임목들의끝수를반올림할것인가를결정하면된다. 대량의임목이있는임분에서는끝수를어디에서받아들여야할지와가장많은계급에서의임목경급분포가거의동일하지않으므로가장큰임목의예측되는생장에서편의를유도해야할지를생각해야한다. 그러나이들양쪽다단목생장의분산을무시한것이다. Wahlenberg 방법은어느직경급에서의생장율변이를계산하기위하여시도되는방법이다. 이것은이동율보다는실제임목의이동을이용하여계산되는방법으로주로이령림의생장변화를구명하기위하여이용된다. 다음은모델형태별이아닌임분을구성하고있는집단내에서구분해야할모델, 즉, 58
동령림과이령림으로구분하려설명하겠다. 1.2.3.3. 동령림의생장모델생장예측은필요에따라단기또는중장기간의예측을요구하며, 생산물과크기급별로전체임분재적또는일부재적을요구할수있다. 다양한임상조건, 다양한목적물및생장ㆍ수확모델이용자의요구등을생각한다면, 수많은모델접근법이개발되는것은하등의놀랄일이아니다. 이런접근방법에는특정의임분재적에서부터일부단목에대한정보를제공하는모델까지아주다양하다. 모든생장모델은구조적인복잡성과자세히제공되는수많은산출물에도불구하고다음과같은하나의본질적인목적을갖는다. 일정시점에서의단위면적당재적, 흉고단면적, 임목본수등과같은임분특성의추정을제공하기위하여 동령림에서의생장식은수령및기타임분특성의함수로서연간단위면적당직경, 흉고단면적또는재적의생장을예측할수있으며, 수확식으로는특정임령에서얻게되는직경, 임분흉고단면적또는전체재적생산량을예측할수있다. 임분생장모델은산림에서일어나는자연적인생장동태를추상적으로설명하고있다고볼수있다. 이는임분구조및구성상에서발생하는 3가지임분상의환경인자를갖게된다. 먼저직경또는흉고단면적과같은생장을들수있는데이는측정이쉽고예측또한용이하다. 다음은자연적인고사인데, 이는고사본수, 고사수종, 고사목의크기등을추정하는데아주어려움이있다. 마지막으로는치수의발생및생장으로서이인자는진계생장 (ingrowth, 일정흉고직경급내로의생장이진행되는것 ) 으로예측이가능하며, 일부모델은맹아발생으로치수생장을시뮬레이터하여예측하기도한다 ( 그림 5-1-22). 59
< 그림 5-1-22> 임분생장모델과관련된임분내환경인자 생장모델은임분에서얻게되는다양한조건하에서생장을예측할수있도록적절한수학적체계로구축되며, 모델은다음으로구성된다. - 일련의방정식 - 이러한식에포함되는변수의수치적인가치 - 이러한식을연결하기위한논리의필요성 - 모델을구축하기위해요구되는컴퓨터코드임분생장모델에있어그밖의어려운것은개개목의공간적위치, 그들의직경, 수고및수관크기등을모델화해야한다는복잡성을들수있다. 이런모델은목재의질을나타내거나, 합판또는제재목의생산량을예측할수있는시뮬레이터로의전환을할수도있을것이다. 1.2.3.4. 이령림의생장모델많은임령을갖는임목으로구성되는집단을소위이령림이라부르며, 이령림에있어서는, 수관층에있어임목들은수고가다르며, 수직적인크기에있어비정규적인임분형상을갖는다. 작은면적의이령림에대한직경분포는현저할만하게아주큰비정규성을나타낼것이다. 이런유형의산림은임령, 크기, 수종분포의변이때문 60
에, 평균임령, ha당평균입목수, 평균수간크기또는ha당평균재적, 표준편차와같은변수는모집단을설명하기에부족하다. 이러한산림에서는보통각수종별로비정규분포에기초한더욱복잡한자료가요구되며, 가장일반적인것이직경또는흉고단면적빈도와재적빈도이다. Murphy & Farrar(1982) 등에의하면이령림은다음의특성을갖는다고언급한바있다. (1) 다양한직경급, (2) 밀도 ( 일반적으로흉고단면적으로표현 ) 그리고 (3) 한직경급과이동직경급간의임목본수비율 q 이령임분의구조는각단목의수령, 수종, 공간적분포에따라그구조특성이동령단순림과비슷할수도혹은아주다를수도있다. 기존의나무들이생장하면서새로운개체들이종자발아, 움등에의해발생하고, 이들의일부는간벌, 택벌등간섭에의해발생한생육공간을점하면서좀더빠른생장을하게된다. 이러한일반적인과정은제한된생육공간에대한경쟁과정으로볼수있으며, 새로형성된영계 ( 齡階 ) 의나무는, 기존의영계의나무들에의한영향이더있다는것을제외하고는, 동령림과유사한발달형태를보인다. 일단교란에의해발생한생육공간이다시채워진이후에는새로운단목의활착은극히어렵다. 그다음단계에는제한된전체생육공간내에서의경쟁의결과로어떤단목들은점차생육공간을넓혀나가는반면어떤단목들은좁아지게된다. 가. 이령림생장모델의전개초기그림형태의모델로부터발달하여고도로정밀하게변화된컴퓨터모델까지생장모델은아직까지도산림경영의중요한도구로자리매김하고있다. 지난세기의생장모델에서 4가지중요한발전이있었다. (1) 동령림의단순한임상에서혼효이령림으로의조림적초점의이동, (2) 모델에있어인과관계에서혼합적인생장에의관심, (3) 생장 수확뿐만아니라산림경영목적의변화, (4) 컴퓨터활용성의증대등. 이령림에대한모델의발전은 20세기의절반이지나던때에수확표의형식으로시작되었다. 1949년에 Wiedemann 은동령으로된가문비와너도밤나무혼효이령림에대한수확표를구축하였다. 그러나많은적용은되지않았는데, 수많은임분동태에서의변이와자료의부족이그원인이되었으며, 이가바로적용에제한을받은것이다. 단지두수종이혼효될때를고려하더라도가능한임분구성요소는아주많아 61
질것이다. 포함되는수종을제쳐두고라도임분은혼효, 임분기원 ( 식재또는천연갱신 ), 식재형태및여러작용에영향받는입지조건에따라수종간에기여하는차이가있을것이다 (Holmes and Reed, 1991; Larson, 1992; Bartelink,1999). 그럼에도불구하고이령림에대한모델의수요는 1970년대후반부터급속도로증가하고있다 (Pretzsch, 1999). 이령림에대하여모델은크게두가지궤적을가져왔는데, 그것은새로운경험적생장수확모델과기계적인생장모델이다. 후자의것은경험적인기술보다는인과관계를이용하여생장조건과수종에기초해서생장을추정하는모델이다 (Jarvis and Leverenz, 1983; Landsberg, 1986). 나. 이령림생장모델의접근방법이령림을시뮬레이터하기위하여모델가들이처음직면하는것은첫시작점으로전통적이고경험적인수확표어느것이냐하는점이다 (Wiedemann, 1949). 또한보다최근에경험적인접근방법은이령림을모델화하기위해선택되고있다 (Alimi and Barrett, 1977; Deusen and Biging,1985). 그사이에부분적으로컴퓨터성능의발전, 모델의공간적분석의증대, 그리고최근에개발된경험적생장 수확모델은대부분단목수준이며, 또한직경생장으로생장을설명하고있다 (Biging and Dobbertin, 1995). 경험적접근방법의주요한결점은경험적연관성의한계적유효성에기인한모델의제한적적용성에있다. 1980년대에산림생장을시뮬레이터하기위한수종과생장조건에기초한기계적인모델이개발되어졌으며, 초기에는단지이령림에대하여만연구되었다. 최근에는이령림에기계적방법을적용하고자하는시도가이루어지고있다. Kramer (1995) 는수종간의경쟁에서생물계절학 (phenology) 의규칙을연구하면서혼효림에대한일반적인탄소균형모델을개발하였다. 이모델은처음에기후변화측면에서의연구를위하여개발되어졌다. Szwagrzyk (1997) 와 Bartelink (1998) 에의한모델은보다산림경영쪽으로이슈를맞추고있다. 이들모델은기계적관계를포함하면서도강력히임목의상대생장쪽으로도기능을갖고있다. 그들은임목수준의시뮬레이션접근방법과기능적인연관관계를조합시켰다. 여기에서의주요한결점은아주많은량 ( 자세하면서도생태-물리사회학적자료까지 ) 의자료가필요하다는것이다. 결과로서이런모델에서의인과관계가아직기술되고있다. 이런모델은원칙적으로산림경영보다는연구측면에서응용이더적합할것이다. 다음표는경험적모델과기계적모델간의특징을서로비교한것이다. 62
< 표 5-1-13> 경험적모델과기계적모델간의비교 이용자 경험적모델기계적모델임업전문가, 경영자대학등연구자 산림경영 높음 낮음 연구 중간 높음 서비스제공 좋음 낮음 예측기간 단기간 장기간 복잡성 낮음 ~ 높음 높음 융통성 중간 낮음 모델변수 적음 ~ 많음 많음 표준지 많음 없음 ~ 극히적음 측정인자 지위지수, 임분특성 온도, 광선, 물, 양분및방해 1.2.4. 생장모델링의어려운점 1.2.4.1. 이령림연구와집중력의문제동령림경영의연구는독일과오스트리아에서많은연구가수행되었으며, 이령림경영에대한이론은프랑스와스위스에서연구가진행되었다고볼수있다. 비록남부 Arkansas 에서의 loblolly-shortleaf 소나무임분에대한이령림의조림적시스템의개발과 1930년대초 Lake주의북방활엽수림에서의이령림연구등이있었으나, 이들이령림경영은단순히동령림이론을따른것에불과하였다 (Hann & Bare, 1979; Baker et al., 1996). 결론적으로이령림만의유일한시스템의개발은일부생태계에대하여극히제한되어연구되어졌다고볼수있다. 1.2.4.2. 자료와실험문제생장수확모델이현재의산림축적을알고자이용되거나, 조림적시업효과방법을평가하기위해사용된다면, 산림자원조사자료와실험또는연구자료가필요할것이다. 그러나역사적으로이령림모델링을위한유용한자료는특정산림형에국한되었다고언급한바있다. 비록산림갭모델 (Forest gap models) 이 20년이전에이미이 63
용되었지만 (Botkin et al., 1972; Shugart & West, 1977; Shugart & Smith, 1996), 적절한자료의수집이어려웠기때문에자료에대한검정을거의할수가없었다. 실험의결핍은이령림에있어일반적으로참고할수있는시스템의부족과이러한임분구조를기술할수있는기본적인방법의부족에서그원인을찾을수있다. 그럼에도불구하고이령림에서의표본추출절차와자료수집에대한최근의성취는미래모델개발, 계산및검정을증진시키는데일조할것임에틀림이없다. 1.2.4.3. 기타모델링이론접근문제동령림에서이용되는임령과지위지수와같은일부변수들은이령림에직접적으로적용할수가없다. 이령림은임령에있어현저할만하게다르게구성되므로임령은생장및수확을예측하는데유용하지가않다. 게다가임령변수인지위지수를이용하는지위평가는내성이강한수종에있어재생산을고려할때초기억압으로인한생장저조로그결과가문제시된다. 변수로서임령이나지위지수를이용하는생장수확모델은미국의이령림분석을위해제안되었다 : PRONOSIS, FREP, STEM, TWIGS, PP-MASAM, PROGNAUS 등. 그러나사실이령림에서개발된모델링기법은동령림에서응용될수밖에없는실정이다. 1.3. 임목자원평가 현재우리의산림은자원이성숙화됨에따라기존에분석된유령 ( 幼齡 ) 단계가아닌현실림에대한정확한재적및수확량등에대한분석ㆍ평가ㆍ예측이필요하고, 또한경영정책이다양해지고있는시점에서이들목적에부합되는정보를제공할필요가있으며, 또한각종시업의사결정을지원하는사용자중심의평가시스템구축이요구되고있다. 세계적으로도산림을다목적, 다자원적으로인식함에따라산림경영의패러다임을지속가능한산림경영 (SFM) 으로삼아기준과지표및시행, 모니터링에대하여활발한활동과많은연구가수행되고있다. 우리나라에서도 SFM 개념은도입되었지만, 이행단계는아니며, 현지이행을위하여다각적인연구수행단계에있다. 이러한산림경영목적과경영패러다임의급진적변화에대응하고, 앞서밝힌바 64