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요약
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 14
제1절 연구개발의 목적 16
제2절 연구개발의 필요성 및 범위 17
제2장 국내외 기술개발 현황 18
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 22
제1절 연구결과 및 수행방법 24
제2절 세부과제별 연구수행 결과 28
제1세부과제 : 개체목 생장모델 개발 30
1차년도 ▶ 강원도 지역의 주요수종별 직경생장량 특성분석 32
2차년도 ▶ 개체목 생장모델 개발 40
3차년도 ▶ 개체목 생장모델 개발 보완 및 검정 60
제2세부과제 : 임분 생장모델 개발 98
1차년도 ▶ 주요수종의 생장 패턴 분석 100
2차년도 ▶ 주요수종의 임분생장모델 개발 114
3차년도 ▶ 주요수종의 임분생장모델 검증 및 보완 140
제3세부과제 : 기후변화 반응모델 개발 180
1차년도 ▶ 기후변화에 의한 식생 공간분포 예측 182
2차년도 ▶ 국가산림자원조사의 연륜정보를 이용한 소나무와 참나무의 생장반응 모델 194
3차년도 ▶ 국가산림자원조사의 연륜정보를 이용한 우리나라 주요 수종의 생장반응 모델 214
제4세부과제 : 통합 생장정보DB구축 246
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 290
제5장 연구개발결과의 활용계획 294
참고문헌 297
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I. 제목
"국가산림자원조사의 연륜정보를 이용한 주요수종의 생장반응 모델 개발"
II. 연구개발의 목적 및 필요성
산림자원의 효율적 관리와 과학적 경영을 위해서는 산림자원의 정확한 정보가 우선시되어진다. 따라서 본 연구는 국가산림자원조사의 연륜정보를 이용하여 우리나라 주요수종을 대상으로 흉고 직경의 생장과 다양한 인자들과의 관계를 분석하여 다양한 생장모델을 개발하고자 하였다. 단목 생장모델은 개체목별로 추정하기 때문에 이령림과 혼효림에도 적용할 수 있으며, 산림관리가 산림생장에 미치는 영향을 분석하는 도구로 사용될 수 있다. 따라서 본 연구는 우리나라 주요 침엽수림과 천연 활엽수림을 대상으로 수종별 단목 생장모델을 개발함으로써 산림경영자의 의사결정에 필요한 기초 자료 제공과 함께 주요수종의 생장량 예측을 파악하고자 수행되었다.
그리고 지속가능한 산림경영을 보다 효과적으로 수행하기 위해서는 이에 알맞은 산림경영계획이 매우 중요하며, 이에 따라 우리나라 산림에 가장 많이 분포하고 있는 주요 수종의 생장정보와 임분 구조를 파악하는 것은 수확예측 및 다양한 산림작업과 합리적인 경영을 위해서 필수적이라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라에 분포하는 주요수종의 임분에 대한 생장모델을 개발하고자 하였다.
또한 산림의 생장은 지형적, 물리적, 생물학적 조건뿐만이 기후적인 인자에도 영향을 받는 것으로 밝혀져 왔다. 따라서 미래에는 기후변화로 인해 과거 및 현재와는 다른 양상의 생장 패턴을 보일 가능성이 높고, 이에 따라 산림 생태계에 많은 변화가 야기될 것이라 추측된다. 그러나 우리나라에서 기후변화에 따른 산림의 생장을 모델을 통하여 예측한 결과는 미흡한 실정이며, 따라서 기후변화로 인한 산림부분의 적응 능력 향상과 합리적인 영림계획 수립을 위하여 기후변화에 따른 수종별 산림생장 반응을 예측하고, 현재 및 미래의 기후변화의 영향을 정량화 및 정성화 할 필요가 있다. 이를 위해서는 시스템구축에 기초가 되는 통합생장정보 DB구축이 반드시 필요하다.
III. 연구개발 내용 및 범위
● 개체목생장모델 개발
주요수종의 생장모델을 제작하고자 제 5차 국가산림자원조사 자료를 활용하여 정기 직경 생장량 및 생장모델 개발에 필요한 인자(수령, 흉고직경, 수고)를 추출하였다. 또한 임분 내 임목 간의 경쟁력을 설명하기 위한 경쟁지수(상대직경, 상대수고, 경쟁목의 수 등)를 제작하고 이용하였으며, 산림청에서 제공하는 수확재적표를 이용하여 지위지수를 산출하여 변수로 이용하였다. 다중선형회귀분석과 비선형회귀분석을 통하여 모델식을 도출해내고, Bias, RMSE 등의 통계적 검증을 통하여 적합한 식을 선정하였다.
● 임분생장모델 개발
연년 반경생장량을 측정하기 위하여 주요 10 수종을 선택하였으며, 주요 수종별 참나무류 분류를 실시하였다. 또한, 수종별 참나무류는 평균흉고직경, 평균수고와 임령 자료를 이용하여 분산분석을 실시하였으며, 영급별 수종 간에 비교를 실시하였다. 임분 분석은 표준지 내 흉고단면적이 75% 이상인 표준지를 대상으로 하였다. 임분에서 Weibull 직경분포함수의 모수추정을 위해 각각의 표준 내의 평균흉고직경, 최소흉고직경 및 흉고직경의 표준편차에 의한 직경분포의 모수를 추정하고 이를 이용하여 각각의 표준지 내의 직경분포를 추정하였다. 본 연구에서는 우리나라에 분포하는 주요수종에 대한 생장량 및 생장에 대한 자료를 구축하고, 이를 토대로 주요수종의 다양한 생장 분석을 통하여 임목과 임분에 대한 생장모델을 개발하고자 하였다.
● 기후변화반응모델 개발
본 연구에서는 NFI 조사를 통해 구축된 생장목편DB를 이용하여 수목의 생장과 기후인자와의 관계를 밝혀, 기후 변화에 의한 우리나라 주요수종인 소나무, 참나무류, 낙엽송, 잣나무의 생장량 변화 가능성을 예측해 보고, 반경 연령생장모델을 구축함으로 미래 기후변화에 따른 수종별 생장 반응을 예측하여 국가적, 지역적 영림계획과 산림관리 의사결정을 돕기 위해 수행되었다.
● 통합 산림생장정보 DB구축
연륜생장정보 공간 DB는 측정된 목편의 연륜 자료와 표준지 조사 자료를 연계하여 GIS기반 DB로의 구축이 가능하다. 파일 형태는 MDB 포맷으로써 공간정보를 가진 데이터베이스 형태로 저장한다. 2007-2009년까지의 연륜 DB 구축과 더불어 개체목, 임분, 기후변화 반응 생장모델을 개발됨에 따라 종합적으로 운영할 수 있게 통합생장정보DB를 구축하여 유기적으로 연계하고자 하였다.
IV. 연구개발 결과
우리나라에 분포하는 주요수종에 대해 수종별로 단목생장모델을 제작하였으며, 그 적합성 여부를 판단하였다. 또한 산림경영에 실용적으로 활용할 수 있는 모델을 시도하였다. 비선형 분석을 통해 단목생장모델을 구축하여 선형분석과 비교할 수 있도록 하였다. 수종별 변수간 상관관계를 보면 잣나무의 경우 n, H/n, DBH/n, CI/n과 높은 상관관계가 나타났고, 소나무는 CI, n, DBH/n, H/n, 낙엽송은 n, H/n, DBH/n, RD, 참나무의 경우 n, H/n, DBH/n, CI/n 순으로 높은 상관관계를 보였다. 모든 수종에 걸쳐 0.77이상의 높은 결정계수가 나왔고, Bias와 RMSE를 이용한 검증을 통해 잣나무는 모델 1과 4, 소나무는 모델 4, 낙엽송은 모델 1과 5가 가장 오차가 적은 것으로 나타났으며, 참나무류는 모델 5에서 가장 낮은 값이 나타났다.
우리나라에 분포하는 주요수종에 대한 전반적인 생장정보를 구축하였으며, 수종에 따른 임목별 적합한 수고생장모델 개발과 임령에 따른 지위지수 추정식을 개발이었다. 또한 임분 단위의 수종별 직경생장모델을 개발하고 그 적합성 여부를 판단한 결과 전체 평균편의(MD)의 예측된 오차 범위에서 Chapman-Richards식과 Weibull식은 다른 식에 비해 굴참나무, 졸참나무, 상수리나무에서 비교적 높은 타당성으로 나타났으며, Schnute식은 신갈나무, 갈참나무에서 높은 타당성으로 나타났다. 또한 각 수종별로 기준 임령 25년에 대하여 대수적으로 변환하여 지위지수 곡선을 작성하였다.
선형 및 비선형 회귀 모형을 다양하게 구축하기 위해 일반 모형과 수령과 연령생장량에 자연 로그를 적용하는 치환모형을 고안하였으며, 이에 따라 다양한 기후반응 생장모형을 구축하여 수종별 모형 적합도를 결정계수(R²)를 통해 평가하였다. 결과적으로 다양한 기후변화 반응 생장모델을 개발하고 수종별로 적용하여, 수종별 최적 생장모형을 선택하였다. 모든 수종에서 생장모델의 결정계수는 0.80 이상으로 높게 산출되었다.
통합생장 목편 DB는 2007-2009년까지의 국가산림자원조사의 목편 생장 DB 자료를 기본 정보로 하여 개체목생장 반응모델과 임분생장 반응모델, 기후변화 반응 모델의 각 세부과제에 맞는 데이터베이스를 구축하였다.
V. 연구결과 활용에 대한 건의
본 연구 결과를 통해 주요 수종별로 장래 생장량을 예측하고, 그를 통하여 산림자원의 효율적 관리와 과학적 경영의 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
임목 및 임분의 장래 생장량을 예측을 통하여 산림경영의 계획과 성과를 판정하는데 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 연륜생장에 기후인자의 영향을 포함함으로써 기후변화에 따른 연륜생장 반응을 예측하는 모형으로 활용될 수 있을 것이며, 생장의 증감과 경쟁에 따른 수종변화 현상을 예측하는데 기초자료로 적용될 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 각 생장에 대한 공간상관성을 함께 고려해줌으로써, 향후 지속될 기후변화로 인한 수종별 생장반응의 공간적 이질성을 예측하는데 활용될 수 있을 것이다.
산림경영자 외에도 일반인들이 통합 산림 생장 정보 시스템(IGGS : Integrated Growth Graphics Systems)을 활용할 수 있을 것이다.
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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