산림생장모델

왜 배우는가: 산림생장모델은 산림경영계획에서 벌기, 간벌, 수확량을 판단하는 근거를 제공하므로 실무와 시험에서 함께 다뤄지는 기본 주제이다. 임분, 직경분포, 단목의 세 단위를 구분하면 모델별 입력자료와 장단점을 한 번에 정리할 수 있다.

출제 이력: 제123회 3교시 4번, 제110회 1교시 11번, 제89회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

산림생장모델은 임분 또는 개체목의 미래 생장량과 수확량을 수학적으로 예측하는 모델이다. 답안 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓰고, 이어서 모델이 다루는 생장 단위의 세 가지 종류를 제시하는 것이 좋다. 임분생장모델은 평균값, 단목생장모델은 개체목, 직경분포모델은 그 중간인 직경급을 기준으로 생장을 예측한다고 이해하면 된다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 산림생장모델
• 임분생장모델
• 직경분포모델
• 단목생장모델
• 정적 임분생장모델
• 동적 임분생장모델
• 과정기반모델

2. 개념 풀이

산림생장모델은 임분 또는 개체목의 현재 상태를 입력하여 일정 기간 뒤의 생장량과 수확량을 추정하는 수학적 또는 컴퓨터 모델이다. 예측하는 시간 규모는 수 년에서 수십 년이며, 입력값으로는 수종 구성, 임령, 수고, 밀도 같은 임분 조사자료와 토양형, 배수등급, 연평균 기온, 강수량 같은 입지 특성이 쓰인다.

모델의 구조는 두 방식으로 나뉜다. 경험적 모델은 과거 관측값 사이의 통계적 관계를 재현하는 데 중점을 두며, 수목의 내부 구조나 작동 규칙은 따지지 않는다. 반면 과정 모델은 생장을 결정하는 기작과 과정을 명시적으로 모사한다. 과정기반모델은 생리 과정을 모델 안에 담아 환경과 기상 변화에 따른 산림의 생장 반응을 설명하는 모델이다.

모델은 생장 정보를 다루는 범위에 따라 구분하며, 세 모델의 차이는 다음 표와 같다.

세 모델은 연속적으로 이어진다. 직경분포모델에서 직경급을 하나로 두면 임분생장모델이 되고, 직경급을 입목본수만큼 세분하면 단목생장모델이 된다. 따라서 직경급의 수가 모델의 생장 단위를 결정한다고 이해하면 된다.

관리 조건에 따라서는 정적 임분생장모델과 동적 임분생장모델로 나뉜다. 정적 임분생장모델은 관리 방법이 하나로 고정된 상태에서 예측하므로 간벌 강도와 주기가 고정된다. 이 모델의 수확표는 임령, 수고, ha당 단면적 등을 인자로 쓴다. 동적 임분생장모델은 수확표의 ha당 단면적을 ha당 본수와 평균흉고직경으로 대체하여 쓰며, 관리 조건이 바뀌는 경우를 다룰 수 있다.

모델은 보정된 조건에서만 신뢰도가 높다. 대부분의 모델은 특정 지역과 수종 구성, 관리 방식에 맞춰 보정되며, 관리 방식은 동령림인지 이령림인지, 관리되는 숲인지 아닌지로 구분한다. 따라서 보정 조건을 벗어난 숲에 모델을 그대로 적용하면 예측값의 신뢰도가 떨어지고, 새 지역에 적용할 때는 자료로 다시 검증하는 절차가 필요하다.

산림생장 및 예측모델의 구축은 용도와 조건 설정, 모델 선정과 설계, 자료 수집, 자료 분석과 생장함수식 유도, 모델 구성, 검증의 순서로 진행한다. 이 순서에서 자료 수집부터 모델 구성까지가 실제 모델을 만드는 핵심 단계이며, 검증은 그 결과가 실측과 맞는지 살피는 마지막 단계이다.

3. 등장 배경과 필요성

산림은 조림 후 벌기에 이르기까지 장기간 생장하므로, 간벌 강도와 주기, 벌기 같은 관리 결정의 결과를 현장 조사만으로 미리 확인하기 어렵다. 산림생장모델은 현재의 임분 자료를 넣어 미래 생장을 추정함으로써 이 시간 차이를 줄인다. 같은 임분에 여러 관리 시나리오를 적용해 결과를 비교할 수 있다는 점이 가장 큰 필요성이다.

산림경영계획은 목재 생산량과 임지 수익을 함께 고려하므로 장기 수확량을 예측하는 도구가 기본적으로 필요하다. 수확표는 관리 방법이 하나로 정해졌을 때 임령에 따른 생장과 수확량을 제시하는 표이다. 따라서 간벌 방식을 바꾸는 판단에는 수확표만으로 답하기 어렵고, 이 한계를 보완하려고 관리 조건을 입력값으로 바꿔 넣을 수 있는 동적 모델과 개체목 단위 모델이 함께 쓰인다.

임분의 구조가 복잡할 때는 평균값 모델의 한계가 드러난다. 혼효림이나 천연림에서는 개체목마다 크기와 경쟁 상태, 입지 조건이 달라서 평균값만으로는 생장 차이를 설명하기 어렵다. 중국 장백산 천연림 연구에서는 10년 주기로 재측정한 영구표본점 자료를 이용해 15개 수종의 개체목 직경생장 모델을 단계적 회귀법으로 개발했다. 이 연구는 직경생장을 개체목 크기, 경쟁 상태, 입지 조건과의 관계로 분석했다는 점에서 단목생장모델의 접근을 보여 준다.

미국의 FVS는 FIA 표본점을 바탕으로 한 경험적 모델로서, 개체목 생장을 임분의 평균 특성의 함수로 모형화한다. 이처럼 모델은 지역별 체계적 조사 자료로 보정되므로, 영구표본점 같은 정기 조사 자료가 모델 개발의 기반이 된다.