한라산 구상나무와 소나무의 시․공간분포에 영향을 미치는 환경요인 연구

Abstract

A grid-based area calculation method was developed using orthoimages of the temporal and spatial changes of Korean Fir (Abies koreana E. H. Wilson) and Korean red pine (Pinus densiflora Siebold & Zucc.), evergreen coniferous species, within the Hallasan National Park in 2006 and 2015 to investigate changes in crown density. The factors were then classified into abiotic and biotic factors, and the effects on coniferous forests were measured and classified in terms of time by expressing the degree of threat and expansion as exponential values. As for the distribution and crown density of the Korean fir in Hallasan National Park, the total area of ​​the coniferous species in 2015 was 626.0 ha, which declined by 15.2 % or approximately 112.3 ha compared to 738.3 ha in 2006. It showed the widest distribution in the section from 1,510 m to 1,700 m and 11°∼25° of slop range area in 2015. Crown density was decreased in all density grades. The total area of ​​the Korean red pine forest in Hallasan National Park was 1,259.9 ha, which increased by 4.1 % or 51.4 ha compared to 1,208.5 ha in 2006. According to the elevation, it showed the widest distribution in the section from 1,010 m to 1,400 m in 2015 with 1,003.0 ha, 79.6 % of the total area. In the case of crown density, high density areas decreased significantly, while the areas of the medium and small densities increased. As for the temporal and spatial changes of coniferous trees in Hallasan National Park, the total area of which the distribution density accounts for more than 11 % was 1,886 ha in 2015. The small density occupied the highest ratio with 47.8 % of the total area and the total area of coniferous trees in 2006 was 1,946.7 ha, 60.8 ha increase from that of 2015. The spatial change of coniferous trees in Hallasan National Park was analyzed by collecting and analyzing data from 11 environmental factors; 6 abiotic factors including temperature, precipitation, typhoon, Vapor pressure deficit, insolation, soil and 5 biological environmental factors including disease, pest, Jeju Sasa, wild animals, renewal rate from 2000 to 2015. The average temperature in the forest area remained fairly steady, but the amount of precipitation gradually increased. The precipitation in Spring, the first and second quarters, steadily increased. It is estimated that the four typhoons that occurred in 2012 deteriorated the growth conditions resulting from strong winds and soil loss due to concentrated rainfall. The daily average vapor pressure differential (VPD) of Seongpanak, Jindallaebat, and Witseoreum is 2.61 hPa, suggesting that the sub-alpine region of the mountain is affected by the marine climate. In Hallasan National Park, Jeju Sasa is distributed in 146 ㎢, which is 95 % of the total area, 153 ㎢. The distribution of Jeju Sasa in the lower layers of the coniferous forest of Mt. Hallasan was 95.6 % in 2006 and 96.4 % in 2015, which indicates that the management of Jeju Sasa seems urgent as its high density causes root competition and prevents the secondary growth forest. In order to maintain the forest, it is necessary to generate more seedlings than dead trees. Although Korean red pines dominate the upper layers of Yeongsil pine forest, no young pines have been reported. 11 elements, abiotic and biotic environmental factors that affect the area of ​​the community, have been identified. The degree of threat and expansion was classified into temporary, short-term, and long-term factors in the temporal concept with index values allocated and greater significance or weight was assigned to key elements that influence the degree of likelihood of risk, expansion or reduction in size. This is because it is subject to error or controversy to determine a single factor as the cause of the decline and expansion of the coniferous forest in Mt. Hallasan. When investigating the expansion and decline of forests, a numerical method was developed and applied based on major environmental factors. In terms of the threat and expansion index range, it was analyzed that the Korean fir forest is in the short-term threat range while the Korean red pine forest is in the short-term expansion range. These expansion or threat index evaluations are expected to be an effective approach for finding the characteristics of coniferous expansion and threat factors under the condition that biological factors are monitored along with the continuous measurement of reliable environmental factor in the target area.

한라산의 침엽교목인 구상나무와 소나무를 대상으로 한라산국립공원 구역 내 2006년부터 2015년 사이의 시․공간적 변화를 정사영상을 이용하여 격자기반 면적산출법을 개발하고, 수관 밀도별 변화를 조사하였다. 변화 요인으로 비생물적 요인과 생물적 요인으로 구분하여, 위협 및 확장정도를 지수값으로 표현하여 침엽교목림에 미치는 영향을 시간상으로 분류하였다. 한라산국립공원 내 구상나무림의 분포면적과 수관밀도는 2015년 구상나무림 전체면적은 626.0ha로 조사되었는데, 2006년 738.3ha에 비해 10년 동안 15.2%에 해당하는 112.3ha가 감소한 것으로 나타났다. 한라산 구상나무림은 해발고도 1,510m∼1,700m 구간에 가장 많이 분포하며, 경사는 11°∼25° 구간, 동쪽을 중심으로 북동과 남동방위에서 가장 많이 자생하는 것으로 분석되었다. 한라산 구상나무림 수관 밀도별 특성 변화와 구상나무 군락별 평균 수령을 반영하여 생육등급을 5단계로 구분하여, 개척기는 어린나무 생장이 많은 방애오름 일부지역이 해당되며, 도입기는 중밀도 등급의 확장이 두드러지는 방애오름 지역, 성장기는 수령이 71∼80년 사이에 해당하는 큰두레왓지역, 성숙기는 중밀도와 소밀도가 감소하는 영실 지역, 쇠퇴기는 전체적인 면적 감소가 이루어지는 진달래밭 지역이 해당된다. 한라산국립공원 내 소나무림의 전체면적은 1,259.9ha로 조사되었는데, 2006년 1,208.5ha에 비해 10년 동안 4.1%에 해당하는 51.4ha가 증가한 것으로 나타났다. 해발고도에 따라서는 2015년에 1,010m∼1,400m 구간에서 전체면적의 79.6%인 1,003.0ha로 가장 넓었으며, 수관밀도 등급변화는 조밀도 등급 면적이 대폭 감소한 반면, 중밀도와 소밀도급 면적은 증가하였다. 지표 경사에 따라서는 시간변화와 관계없이 전체적으로 증가하였다. 방위별로는 남사면을 중심으로 남서, 남동방향에 56.4%가 분포하여 10년 동안 27.8ha가 증가한 반면 북사면을 중심으로 북동과 북서 면적은 7.6ha가 줄어든 것으로 나타났다. 지역별 소나무림의 분포 변화는 영실 지역 일대가 2006년 이후 10년 동안 전체 증가 면적 중 49.6%인 25.5ha 증가하였고, 산벌음 계곡 우측을 포함하는 입석오름 지역은 20.4ha, 족은드레를 포함하는 개미등 지역은 7.4ha로 증가한 반면 속밭 지역은 1.9ha가 감소한 것으로 분석되었다. 한라산국립공원 내 침엽교목의 시․공간적인 변화는 수관분포 밀도가 11% 이상을 차지하는 전체면적은 2015년은 1,886ha로 조사되었다. 소밀도 등급은 전체면적의 47.8%로 가장 높은 비율을 점유하였으며, 2006년의 침엽교목의 전체면적은 2015년보다 60.8ha 많은 1,946.7ha로 나타났다. 이중 소밀도 등급에 해당하는 면적은 860ha로 전체의 44.2%에 해당한다. 한라산 침엽교목림은 10년 동안 수관밀도 등급이 낮아지고 있으며, 수관밀도 11% 이하의 등급제외 밀도로의 진행이 높아지고 있어 침엽교목의 생육환경 변화가 진행되고 있음을 짐작할 수 있다. 한라산국립공원 내 침엽교목림의 공간변화는 비생물적 환경요인으로 6가지, 생물적 환경요인으로 5가지, 총 11가지 환경요인의 자료를 2000년부터 2015년까지 수집하여 분석하였다. 산림지역의 평균기온은 거의 변화가 없으나, 강수량은 꾸준히 증가하고 있는 것으로 조사되었다. 특히, 봄철인 1～2분기 강수량은 꾸준히 증가한 것으로 분석되었다. 2012년 발생한 4개의 태풍은 강풍에 의한 뿌리 흔들림 현상, 집중 강우에 의해 토양유실 등으로 생육 기반을 악화시켰으며, 다음해 2013년 3분기의 고온과 가뭄이 구상나무림의 변화에 강한 영향을 준 것으로 판단된다. 성판악, 진달래밭, 선작지왓의 일 평균 수증기압포차(VPD)는 2.61hPa로 한라산 아고산지역은 해양성 기후의 영향을 받는 것으로 판단된다. 구상나무가 적정 생육 가능한 일사량의 범위 평균 일사량이 약 1,380kWh/㎡·year이고 최소 500kWh/㎡·year에서 1,600kWh/㎡·year로 제시하였다. 한라산 침엽교목림 토양의 pH는 4.50으로 전반적으로 산성을 나타내었으며, 평균 유기물 함량은 22.23%로 조사되었다. 전 질소함량은 평균 함량은 0.69%로 나타났으며, 구상나무림은 0.79%, 소나무림은 0.58%였다. 한라산 침엽교목림의 유효인산은 평균 13.41mg/kg)로 조사되었다. 양이온치환용량(CEC)은 한라산 침엽교목림의 평균값은 26.23cmol+/kg이며, 구상나무림은 40.98cmol+/kg, 소나무림은 11,48cmol+/kg로 나타났다. 치환성양이온의 함량은 Ca2+>Mg2+>K+>Na+의 순으로 분석되었다. 한라산 침엽교목에 발생하는 병해는 시들음병, 혹병, 잎떨림병, 가지마름병, 잎마름병, 종자발아에 영향을 미치는 토양균류 등이 있으며, 해충은 솔나방, 솔잎혹파리, 솔껍질깍지벌레, 솔수염하늘소, 북방수염하늘소, 나무좀류, 솔알락병나방, 잎말이나방 등이 있었다. 한라산국립공원 내 전체면적 153㎢의 95%에 해당하는 146㎢에 제주조릿대가 분포하고 있으며, 한라산 침엽교목림 분포지역에 대한 제주조릿대 하층 분포는 2006년에 95.6%, 2015년에 96.4%로 거의 침엽교목 하층식생을 제주조릿대가 우점하고 있는 것으로 조사되었다. 제주조릿대 밀도가 높아 뿌리 경쟁이 발생하고 후계림을 이룰 치수의 발생이 이루어지지 못하고 있어 제주조릿대 관리가 시급한 것으로 보인다. 야생동물인 노루 섭식에 의해 구상나무가 12.1%의 피해가 발생하고 있으며, 설치류의 피해는 조사가 되지 않았지만, 제주등줄쥐는 한라산 해발 1,700m 고지 구상나무림에 높은 밀도로 서식하고 있어 피해가 예상된다. 숲이 유지되기 위해서는 고사목보다 치수 발생이 많아야 하지만, 영실 소나무림의 상층은 소나무가 우점하고 있으나 어린 소나무 발생이 없는 것으로 보고되었다.. 침엽교목림이 시․공간적인 변화 중 군락의 면적 감소나 증가 등으로 영향을 미치는 비생물적, 생물적 환경요인으로 11개 항목으로 구분하였다. 위협과 확장정도를 시간적 개념에서 일시적, 단기적, 장기적 요인으로 구분, 지수값을 부여하였고, 위협과 확장정도에 중요한 요인으로 작용하는 항목에 대해서는 가중치를 부여하였다. 이는 한라산 침엽교목림의 쇠퇴와 확장의 원인을 단일요인으로 판단하기에는 오류와 논란의 소지가 있어 숲의 확장과 쇠퇴를 판단할 때는 주요한 환경요인을 대상으로 수치화하여 판단하는 방식을 개발하여 적용하였다. 구상나무림 면적의 감소가 발생한 위협시기에 지수값의 범위는 위협을 지시하였으며 소나무림의 확장성에도 지수값의 범위에 있었다. 또한 최근의 시간적 위치에서의 한라산 침엽교목의 위치에 대한 지수값은 구상나무의 경우 단기적 위협범위에 있으며 소나무는 일시적 위협범위와 단기적 확장범위에 있는 것으로 분석되었다. 이러한 확장/위협 지수평가는 대상지역에 대한 신뢰성을 갖는 환경요인 측정값의 지속적인 축적과 더불어 생물학적 요인에 대한 모니터링이 병행되면 침엽수의 확장과 위협요인의 특성을 밝히는데 효과적인 접근방법이 가능할 것으로 판단된다.