산불피해 소나무 숲에서 20년간 숲 구조와 식물 종 구성의 자연복원 과정 = Twenty-year natural regeneration process of forest structure and plant species assembly in burned Pinus densiflora forests

국문 초록 (Abstract)

산불은 숲의 구조, 종 구성 및 천이 과정을 변화시키는 교란이다. 특히 대형산불은 다양한 유형의 숲과 입지에 영향을 미쳐서 경관 수준의 구조적 이질성을 더욱 증가시킨다. 2000년 4월 발생한 동해안산불은 우리나라의 기록적인 대형산불 (총 피해면적 23,794 ha)이다. 산불 직후 전체 피해지역을 조사한 결과, 피해정도와 초기재생정도가 다른 모자이크 경관이라는 사실이 확인되었다. 우리나라에서 산불피해 후 복원에 관한 연구는 대부분 산불 직후에 국한되었으며, 직접적인 방법으로 수행된 장기 연구는 매우 드물다. 따라서 본 연구는 첫째, 산불 후 20년간 숲 구조와 식물 종 구성의 직접적인 자연복원 과정 (복원 속도와 식생 유형)을 밝히고, 둘째, 이 과정에 미치는 산불피해정도 (지표화와 수관화), 초기재생정도 (상, 중, 하), 입지 및 시간의 영향을 밝히고자 하였다. 이를 위해서 산불피해정도와 초기재생정도가 다른 산불 전 소나무 숲에 영구조사구를 설치하고 시간에 따른 변화를 추적하였다.
연구 결과, 공통적으로 모든 군집에서 산불 2년 차에 초본층과 관목 2층 (높이 0.5~2 m)이 발달하였다. 이후 각 군집의 복원 속도는 초기재생정도와 비례하였다. 초기재생이 가장 빠른 수관화 ‘상’ 군집에서는 7년 차에 아교목층 (5~8 m)의 분화 후, 13년 차에 교목층 (≥ 8 m)이 발달하여 20년 차에는 4층 구조를 갖춘 초기 숲 (높이 9.9 m, 피도 24.7%)으로 복원되었다. 이에 비해 지표화 ‘중’과 수관화 ‘중’ 군집은 아교목층까지 그리고 수관화 ‘하’ 군집도 아교목층까지 발달할 것으로 추정되었다.
재생 군집은 1기 (1~2년 차)에 출현한 움싹재생종들 (평균 59.5%)와, 2기에 보충된 종자재생종들 (평균 40.5%)로 구성되었다. 수관화 군집에 비해 지표화 군집은 생존목에 의한 영향으로 재생군집의 종 수가 유의하게 적었다. 1기에 움싹재생으로 복원된 수관목본종이 모든 군집의 양적 발달에 가장 크게 기여했고 이는 후기까지 지속되었다. 특히 수관화 ‘상’ 군집에서 수관목본종들이 공간과 자원을 선점하여 층 구조의 분화와 발달에 기여했다 (2년 차 전체 피도 중 52.8%, 20년 차 76.2%). 반대로 수관화‘하’ 군집에서는 고사리를 포함한 다년생 초본의 우점도가 상대적으로 높았으며, 초기에 재생하지 않았던 소나무 유식물이 수년 후부터 정착하여 빠르게 생장 중이었다. 모든 군집에서 외래종과 1~2년생 식물의 영향은 미미했다.
Ordination 공간에서 산불 직후 미피해, 지표화 및 수관화 군집의 종 구성이 뚜렷하게 구분되어 피해정도에 따른 영향이 두드러졌다. 20년간 자연복원 후 지표화 군집의 수관층은 생존한 소나무가, 수관화 ‘상’과 ‘중’ 군집은 소나무가 선택적으로 제거된 후 참나무류가 그리고 ‘하’ 군집은 재생한 소나무와 참나무류가 혼합 우점하고 있었다. 산불 전 우점종인 소나무의 우점도는 산불 후 피해정도와 초기재생정도에 따라 달라져서 결과적으로 식생 상관이 바뀌었다. 지표화 군집은 미피해 군집과 비슷해지는 방향으로 복원 중이었다. 수관층의 상관이 달라진 수관화 군집의 종 구성은 소나무 우점 군집과 상당히 유사했다. 구성종 대부분이 움싹재생전략에 기인하고, 복원 과정에서 보충된 종자재생종도 입지 특성상 소나무 숲 구성종이기 때문일 것이다. 산불 후 20년간 복원은 재생이 빠른 곳에서 초기 숲 구조 복원과 참나무류의 수관층 우점을 의미할 뿐, 참나무 숲 단계의 전형적인 종 구성으로 천이를 의미하지는 않았다.
이를 종합하면, 산불피해를 입은 소나무 숲은 산불 전 식생 구조 (움싹재생능 있는 식물종의 풍부도)와 피해정도의 영향으로 식생의 초기재생정도가 결정된다. 이후 초기 식생 자체와 변경된 입지 (가용 공간, 빛 유입, 건조한 토양) 및 종자재생을 통한 종 보충의 영향으로 후기 식생 구조와 종 구성이 결정된다는 사실을 밝혔다. 본 연구는 초기재생에 미치는 움싹재생전략 종 풍부도에 관한 선행연구의 결과를 뒷받침함과 동시에, 수관화 지역의 초기재생만을 설명한 한계를 보완하였다. 본 연구로 산불 직후에 쉽게 평가 가능한 ‘초기재생정도’가 산불 전 식생 구조의 반영이면서, 동시에 이후 복원 속도와 식생 유형을 평가할 수 있는 좋은 지표라는 사실을 확인하였다. 초기 숲 복원에 20년 정도 소요된다는 chronosequence 선행연구 결과는, 본 연구에서 초기 재생이 빠른 수관화 군집의 복원 시간과 일치하였다. 그러나 재생속도가 느리고 입지가 불량한 군집에서는 더 긴 시간이 소요될 것으로 추정되었다. 그럼에도 동해안산불 후 전체 피해지역 사전조사에서 약 80% 숲의 초기 재생이 빨랐던 점을 고려하면, 20년 내외의 초기 숲 복원은 여전히 소나무 숲의 산불 후 복원을 잘 설명한다고 볼 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Forest fires cause changes in forest structure, species composition, and succession processes. In particular, large-scale fires affect different types of forests and sites, further increasing the structural heterogeneity at the landscape level. The East Coast fire that occurred in April 2000 was the record large-scale wildfire in Korea (total affected forest area of 23,794 ha). Immediately after the fire, the landscape of the entire affected area was investigated. In Korea, most of the research after a forest fire has been limited to a few years after a fire, and long-term studies conducted in a direct way are lacking. Therefore, this study aimed, first, to elucidate the direct natural regeneration process of the forest structure and plant species composition for 20 years after a forest fire, second, to reveal the effects of burn severity (light and severe burn), initial regeneration (high, intermediate and low), site, and time. For this purpose, permanent plots were installed in the burned Pinus densiflora, and changes over time were tracked.
As a result, common to all stands, herbaceous and second shrub layers (0.5 to 2 m in height) appeared at Year 2. Afterward, the regeneration rate of each stand type developed at a rate proportional to the degree of initial regeneration. Stand with severe burn and high initial regeneration differentiated into subcanopy (5 to 8 m) at Year 7, and canopy (≥ 8 m) started to develop at Year 13. Then, in the 20th year, it was restored to an early forest with a 4-layer vertical structure (height 9.9 m, coverage 24.7%). In contrast, other stands were slowly regenerated and developed to the subcanopy stage.
Species composition of regenerating stands consisted of resprouter species introduced in the first phase (Year 1~2) (average 59.5%) and recruited seeder species in the second phase (average 40.5%). Light burn stands had significantly fewer species due to the effect of survived canopy trees when compared to severe burn stands. In the first stage, the resprouted canopy tree species contributed the most to the quantitative development of all communities, and this trend continued to the later stages. Among severe burn and high regeneration stands, canopy tree species contributed to the differentiation and development of vertical layers by occupying space and resources (52.8% in Year 2, 76.2% in Year 20). Conversely, in low regeneration stands, the abundance of perennials, including a fern Pteridium aquilinum var. latiusculum, was relatively high. Also, pine seedlings, which were not initially regenerated, were established and growing rapidly after several years. The abundance of alien species, annuals, and biennials in all stands was negligible.
The species composition of stands with different burn severity (unburn, light burn, and severe burn) after the fire were spatially distinct in the ordination space. After 20 years of natural regeneration, the survived pine tree dominates the canopy of the light burn stands, and it is being restored to a structure similar to the prefire pine forests. Conversely, severely burned high and intermediate regeneration stands dominated by Quercus, and low regeneration stands dominated by mixed pine and Quercus. As a result, the prefire dominated pine tree was selectively removed where regeneration was relatively good, resulting in the physiognomy of the stand being changed to Quercus. However, despite the change of stand physiognomy, the species composition of severe burn stands was similar to that of pine forests. This may be because a significant number of species regenerate with a resprouting strategy, and recruited seeders are also members of pine forests due to site conditions. Therefore, although restored to the early forest and converted to Quercus forests 20 years after the fire, most of the constituent species were still members of pine forests.
Overall, the degree of initial regeneration of burned pine forests was determined by the effects of prefire structure (abundance of resprouters) and burn severity. Afterward, it was found that the vegetation structure and species composition of the later period were determined as a result of the complex action of initial vegetation, site conditions (space, light, and soil), and recruitment of seeder species. This study supported a previous study that revealed the importance of prefire reprouters for initial regeneration. At the same time, the limitations of previous studies limited to severe burn stands were supplemented. As a result of this study, it was revealed that ‘the degree of initial regeneration' reflects the prefire vegetation structure and is a good indicator for predicting the regeneration and type of restored forests at the same time. The preceding chronosequence result that it takes about 20 years to restore to the early forest was consistent with the time required for severely burned high regeneration stands in this study. However, it was estimated that it would take longer to slowly recover poor stands. Nevertheless, considering the fact that the initial regeneration was fast in about 80% of the burned area after the East Coast fire, it can be said that the regeneration to the early forest within 20 years still explains the postfire regeneration of the pine forest well.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구방법 5
• 1. 연구지역 5
• 2. 영구조사구 설계 및 설치 6
• 3. 식생조사 8
• 4. 데이터 분석 10
• Ⅲ. 결과 11
• 1. 수직 층 구조의 자연복원 과정 11
• 2. 생장형 구성과 복원 숲 유형 17
• 3. 숲 구조의 복원 모식도 19
• 4. 숲 종 구성의 복원: 재생전략 및 생장형 21
• Ⅳ. 논의 34
• 1. 초기 숲 복원 시간 및 층 구조 재생 과정 34
• 2. 군집 구성종의 재생: 재생전략, 입지 및 시간의 영향 36
• 3. 산불은 소나무 숲의 천이를 가속하는가? 38
• Ⅴ. 결론 39
• Ⅵ. 참고문헌 40
• Abstract