연구의 목적(연구의 필요성, 연구주제의 독창성 등 포함)

기후변화로 인해 생태계 기능의 교란이 가속화됨에 따라 전 세계 면적의 약 30%을 차지하는 산림생태계의 효율적인 보전과 관리를 위해 식생의 분포 및 구조의 변화에 대한 장기적인 연구가 미국, 영국, 캐나다, 호주 등의 선진국을 중심으로 한 유럽과 아메리카에서는 활발히 진행되고 있으나, 아시아와 아프리카 등지에서는 연구가 부족한 실정이며 특히, 모델링이 아닌 실측치에 기반한 연구는 아주 취약한 상태임

우리나라의 경우, 우리나라 면적의 64%를 차지하는 산림의 기후변화에 따른 장기적인 생태계 변화를 예측하고 이에 대한 적응전략을 도모하기 위해 KLTER (Korea long-term ecological research, 한국장기생태연구사업)과 같은 장기적인 모니터링을 위한 조사구 설치 및 연구조사를 실시해 오고 있으나 아직까지 기후변화로 인한 장기 산림 생태계의 영향을 평가하는 데 있어서 필요한 장기식생정보 및 토양, 환경 특성 등의 자료가 미흡한 실정임

더욱이, 지금까지 이루어진 대부분의 식생 분포 연구는 연구 대상 수종이 몇몇 대표 우점종/희귀/멸종위기 식물종 분포 중심의 식물상 조사이거나 소규모 영구조사구에서 수집된 산림생물종 분포도 조사 위주가 주를 이루고 있으며 분석도 다변량 통계분석을 이용한 단순 수종변화 현상 연구가 대부분으로 장기적인 식생 분포 변화 및 구조의 변화 양상에 대한 통합적인 연구가 부족한 실정임

최근, 대륙 전역에 걸쳐 수집된 산림식생 및 다양한 환경영향인자들의 복합적인 변화 과정을 다변량 통계분석(Multivariate statistical analysis), 회귀분석(Regression analysis) 및 베이지안 확률모형(Bayesian probability model) 기법과 같은 다양하고 고도화된 연구기법을 통해 장기적으로 식생 분포 및 구조가 시․공간적으로 여러 다양한 환경변화에 어떠한 방향성을 가지고 적응․변화해 가는지 예측함으로써 기후변화에 따른 산림 생태계의 탄력적 대응 및 관리 방안 제시에 필요한 과학적 기반을 제공하고 있음 (Ferry et al. 2011)

따라서 본 연구에서는 우리나라 산림 식생구조 변화 과정의 특성을 좀 더 종합적, 체계적으로 이해하기 위해 우리나라 남부의 대표적 명산이자 서울대 학술림인 지리산과 백운산 일대 880개의 20m*50m 영구조사구에서 (그림 1) 15년 이상 장기적으로 수집되어진 산림식생 자료를 (그림2) 이용하여 우리나라 산림 수종이 시간적으로 어떠한 방향성을 가지고 변화하는지 알아보고자 하며, 특히 수분이용을 둘러싼 수종간의 경쟁 관계를 구명하여 장기간에 걸친 산림 수종변화 양상이 주변의 여러 다양한 환경, 기후 조건과 어떠한 관계성을 가지며 변화하는지 군집과 종수준에서의 변화 양상을 동시에 고려한 계층적인 식생변화 모형을 구축하고자 함

연구방법 및 내용

연구내용: 서울대학교 학술림 지리산과 백운산에서 15년간 880개의 영구조사구에서 장기간 수집한 수종, 종별 흉고직경(DBH), 수고, 하층식생, 및 여러 환경 인자(방위, 경사, 토질, 심도, 습도, 지위, 지리, 임종, 임상) 자료를 이용하여 베이지안 계층모델(Bayesian hierarchical model) 기법을 이용하여 산림식생의 변화를 군집수준과 종수준의 상호 계층관계를 다양한 환경, 기후인자와 연계 구축하여 수종구성의 밀도(Density model)와 서식지(Habitat model) 변화 추이를 살펴보고, 계층분산분배(Hierarchical variance partitioning)와 나무결정 모형(Classification and Regression Tree Model: CART)을 통해 각각의 환경인자들이 장기적인 수종 구성변화에 미치는 영향성을 정량적으로 산출하여 우리나라 산림의 수종구성 변화에 중요한 역할을 하는 핵심 영향인자를 구명하고, 변화가 심한 수종과 실험구를 대상으로 안정성 동위원소(stable isotope)와 소형뿌리관측기(minirhizotron) 를 사용하여 수종간 수분, 양분에 대한 경쟁이 종 구성 변화에 미치는 영향을 구명하고자 함 (Cheng et al. 1991, Evans et al. 1986)

연구추진 방법 및 추진체계: 본 연구는 1) 베이지안 모델을 이용한 장기 식생조사에 대한 분석 및 식생변화 모델개발과 2) 안정성 동위원소와 소형뿌리관측기를 이용한 수종간 수분과 양분 경쟁을 통한 식생 변화 원인 구명의 두 분야로 나누어 시행되며 분야별로 각각 1명의 박사·석사 과정 학생, 총 4명의 보조 연구원이 참여할 예정임