본 연구의 대상지는 제5차 수치임상도내 벌기령이 단축된 4개 수종의 임분들을 대상으로 하였다. 분석 대상인 수종은 총 4종류로서 소나무(Pinus densiflora), 잣나무(Pinus koraiensis), 낙엽송(Larix kaempferi), 참나무류(Quercus spp.)이다.

제5차 수치임상도는 정사항공사진을 기반으로 제작되었으며, 축척은 1:25,000이다. 참나무류의 경우 수치임상도 내에서 개별 임상 코드로 분류되어 있으나, 전체 산림 면적 중 약 0.3%만 차지하고 있다. 참나무류는 국내 낙엽활엽수림을 이루는 주요 수종이며, 수종 점유율 또한 전체 수종의 63.9%에 이른다(Korea Forest Research Institute, 2012), 따라서 수치임상도내 참나무류만을 연구대상으로 한정할 경우, 벌기령 단축 효과를 전국 단위로 분석할 시 대표성을 가진다고 볼 수 없기에, 참나무류의 비율이 높은 활엽수림 전체를 포함하는 형태로 수정하였다. 최종적인 연구대상지는 소나무 1,389,915 ha, 잣나무 232,022 ha, 낙엽송 460,548 ha, 참나무류 1,502,534 ha로 구성되는 총 3,585,019 ha이다(Fig. 1).

Fig. 1. 
Study area with forest type distribution.

본 연구에서는 수확표와 제5차 수치임상도를 활용하여 벌기령 단축 전후의 산림 이산화탄소 흡수량을 파악하였다. 이 과정에서 임상도의 기재되어 있는 임분의 면적, 임상, 영급 정보를 활용하였으며, 단축 전과 단축 후 벌기령에 따라 각각의 벌채 및 재조림 시나리오가 설정되었으며, 각 시나리오에 따른 이산화탄소 흡수량이 Fig. 2와 같이 모의되었다.

Fig. 2. 
Flow chart for assessing effect of shortened final cutting age on future CO₂ absorption of forest.

2010년부터 2100년까지 각각의 벌기령에 따른 벌채/재조림 시나리오에 따를 시 전 수종에 걸쳐 벌채 횟수가 벌기령 단축 전 최대 3회에서 벌기령 단축 후 최대 4회까지 늘어나는 것으로 분석되었다. 최소 벌채 횟수도 1회에서 2회로 증가되어 모든 수종, 모든 영급에서 최소 2회의 벌채를 거치는 것으로 분석되었다(Table 4).

벌기령 단축 전 시나리오에서는 전국에 걸쳐 1∼2회의 벌채가 이루어지고 강원산간 지역의 중부지역을 중심으로 3회의 벌채가 이루어지는 임분이 분포하는 것으로 분석되었다(Fig. 3). 벌기령 단축 후에는 전국에 걸쳐서 3회의 벌채가 이루어지는 임분이 증가하였다. 총 벌채 횟수가 4회로 증가한 임분이 크게 증가하여 경기도, 강원도를 비롯한 중부지역에 다수 분포하는 것으로 나타났다.

Fig. 3. 
Total cutting times for before ad after shortening of final cutting age.

소나무의 경우, 모든 임분에서 총 2회의 벌채가 이루어졌으나, 벌기령 단축 후에는 전 지역에서 벌채 횟수가 증가하여 대부분의 임분의 벌채 횟수가 총 3회로 늘어났다(Fig. 4). 잣나무의 경우, 전 지역에서 1회 또는 2회였던 벌채횟수가 총 2회로 늘어났다. 낙엽송의 경우, 대부분의 임분에서 벌채 횟수가 3회에서 4회로 늘어났다. 참나무류의 경우는, 벌기령 단축 전에는 모든 임분의 벌채횟수가 총 2회였으나, 벌기령 단축 후에는 대부분의 임분에서 벌채횟수가 총 4회로 늘어났다.

Fig. 4. 
Total cutting times for each species in each scenarios.

참나무류의 벌채횟수가 급격하게 늘어난 데에는 벌기령 단축 정도가 모든 수종 중에서 가장 크기 때문으로 분석된다. 반면, 잣나무의 경우 소나무, 낙엽송과 마찬가지로 10년의 기간이 단축되었으나, 타 수종에 비하여 여전히 높은 벌기령이 벌채 횟수 증가를 최소화시킨 것으로 분석된다.

각 수종의 재적생장량에 근거하여 시나리오 기간 내 각 수종이 1ha 당 흡수하는 이산화탄소 흡수량의 총량을 산정하여 각 시나리오 별 2010년부터 2100년까지의 이산화탄소 흡수량 총 누적치와 증가치를 도표 및 분포 지도로 분석하였다. 그 결과, 대부분의 수종 및 영급에 걸쳐 이산화탄소 흡수량의 누적 총량이 늘어난 것으로 나타났다(Table 5).

강원지방 소나무의 V영급 이상 임분과 잣나무의 II영급 임분의 경우 각각 10 이산화탄소톤(tCO₂)과 28 이산화탄소톤(tCO₂)이 감소한 것으로 나타났다. 이는 90년이라는 시나리오 기간 중 조건에 따라 생장량이 높은 영급을 반복하는 횟수가 다르기 때문으로 분석되며, 해당 수종의 영급에 경우 단축된 10년간의 재적생장량을 초기영급의 재적생장량이 시나리오 기간 내에 보충하지 못해 나타난 것으로 분석된다.

공간적으로는 강원 산간지역과 중부내륙 산간지역, 그리고 제주도와 울릉도에서 벌기령 단축 후의 이산화탄소 흡수량이 크게 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 5).

Fig. 5. 
Total CO₂ absorption for 1 ha in each scenario (tCO₂/ha).

Fig. 6은 각 수종별 ha 당 시나리오 기간 내 총 이산화탄소 흡수량을 나타낸다. 소나무는 남부지역과 남동지역에서 총 이산화탄소 흡수량이 크게 증가한 것으로 나타났다. 잣나무의 경우, 경기도와 강원도 전 지역에 걸쳐서 총 이산화탄소 흡수량이 증가하였다. 특히 강원도 동북부 지역에서 가장 큰 증가치를 보였다.

Fig. 6. 
Total CO₂ absorption for 1 ha for each species in each scenarios (tCO₂/ha).

낙엽송과 참나무류는 전 지역에서 총 이산화탄소 흡수량이 증가하였다. 특정 지역에서 큰 변화를 보이기보다는 모든 지역에서 높은 증가치를 보였다. 이는 낙엽송과 참나무류의 단축 후 벌기령이 30년으로서 다른 두 수종에 비하여 짧기 때문에 산림의 재적생장량과 이산화탄소 흡수율이 높은 초기 영급을 더 반복해서 거치기 때문으로 파악된다(Pregitzer and Euskirchen, 2004).

소나무의 경우, 벌기령 단축 후, 단축 전에 비하여 6.5%의 이산화탄소 흡수량 증가율을 보였다. 잣나무, 낙엽송, 참나무류는 각각 1.1%, 6.9%, 12%의 증가율을 보였다. 벌기령이 50년에서 30년으로 단축된 참나무류가 가장 많은 증가율을 보였고, 벌기령이 60년에서 50년으로 단축된 잣나무가 가장 적은 증가율을 보였다(Table 6).

대상 산림 1 ha에서 90년 동안의 각 시나리오 기간 동안 최소 -28 tCO₂/ha에서 최대 168 tCO₂/ha까지 이산화탄소 흡수량에 변화가 있는 것으로 분석되었다(Fig. 7). 특히, 강원지방 소나무가 밀집해 있고, II영급 잣나무가 다수 분포한 강원도 지역에서 집중적인 이산화탄소 흡수량 저하가 있음을 공간적으로 확인할 수 있었다(Fig. 8(a), (b)).

Fig. 7. 
Changes in CO₂ absorption per ha.

Fig. 8. 
Changes in CO₂ absorption per ha for each species.

V영급 이상 소나무와 II영급 잣나무의 경우, 2100년까지의 시나리오 내에서는 이산화탄소 흡수량이 감소하는 것으로 나타났으나, 동일 시나리오를 2200년까지 지속할 경우, 다른 영급과 마찬가지로 이산화탄소 흡수량이 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 강원도 지역에서 나타난 특정 임분들의 이산화탄소 흡수량 저하는 약 200년 후에는 흡수량 증가로 전환될 것으로 보이며, 이는 Harmon et al.(1990)의 연구와도 부합되는 결과이다. 참나무류에서는 전 지역에서 이산화탄소 흡수량의 큰 증가가 있는 것으로 나타났다(Fig. 8(d)).

벌기령 단축 후에 기대되는 이산화탄소 흡수량이 가장 많이 증가한 수종은 참나무류로 분석되었다(Fig. 8(d)). 이는 벌기령 단축 전 시나리오에서 예상된 최대 벌채 횟수 2회에서 벌기령 단축 후 최대 4회까지 늘어난 벌채횟수와 연관이 있으며, 초기 재적생장량이 뛰어난 활엽수가 초기 영급을 자주 반복하기 때문인 것으로 파악된다. 반면, 가장 적은 증가율을 나타낸 잣나무의 경우 최대 벌채 횟수가 더 이상 늘어나지 않고, 단축된 벌기령 또한 타 수종에 비해 여전히 길어 벌기령 단축의 효과를 크게 받지 못 한 것으로 분석되었다.