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ISSN : 1229-3857(Print)
ISSN : 2288-131X(Online)
Korean Journal of Environment and Ecology Vol.34 No.3 pp.249-258
DOI : https://doi.org/10.13047/KJEE.2020.34.3.249

Origin and Storage of Large Woody Debris in a Third-order Mountain Stream Network, Gangwon-do, Korea

Suk Woo Kim2*, Kun Woo Chun3, Jung Il Seo4, Young Hyup Lim5, Sooyoun Nam6, Su Jin Jang7, Yong Suk Kim8, Jae Uk Lee9
2Div. of Forest Science, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(kimsw@kangwon.ac.kr)
3Div. of Forest Science, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(kwchun@kangwon.ac.kr)
4Dept. of Forest Resources, Kongju National Univ., Yesan-gun 32439, Chungcheongnam-do, Korea
(jungil.seo@kongju.ac.kr)
5Inst. of Forest Science, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(yhim@kangwon.ac.kr)
6Inst. of Forest Science, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(sysayks@gmail.com)
7Inst. of Forest Science, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(sujinjang@kangwon.ac.kr)
8Research Planning and Coordination Div., National Institute of Forest Science, Seoul 02455, Korea
(soilys@korea.kr)
9Dept. of Forest Environment System, Kangwon National Univ., Chuncheon 24341, Gangwon-do, Korea
(95jaeuk@gmail.com)
*교신저자 Corresponding author: kimsw@kangwon.ac.kr
21/04/2020 22/05/2020 26/05/2020

Abstract


This study aims to provide reference material for effective forest management techniques at the catchment scale, based on the field investigation of large woody debris (LWD) in 11 streams within a third-order forest catchment in Gangwon Province, Korea. To achieve this aim, we analyzed the morphological features of LWD pieces, and the storage and distribution status of LWD by stream order throughout the entire investigation. As a result, a total of 1,207 individual pieces of LWD were categorized into three types as follows: (ⅰ) 1,142 pieces (95%) as only trunk and 65 pieces (5%) as a trunk with root wad, (ⅱ) 1,015 pieces (84%) as non-thinned and 192 pieces (16%) as the thinned, and (ⅲ) 1,050 pieces (87%) as conifer and 157 pieces (13%) as broadleaf. Additionally, in-stream LWD loads (m3/ha) decreased with increasing stream order, yielding 105.4, 71.3, and 35.6 for first-, second-, and third-order streams, respectively. On the other hand, the ratio of LWD jams to the total LWD volume increased with increasing stream order, yielding 11%, 43%, and 49% for first-, second-, and third-order streams, respectively. Finally, a comparison of the in-stream LWD load with previous studies in several countries around the world indicated that in-stream LWD load was positively correlated with forest stand age even though the climate, topography, forest soil type, forest composition, stand growth rate, disturbance regime, and forest management practices were different. These results could contribute to understanding the significance of LWD as a by-product of forest ecosystems and an indicator of riparian forest disturbance. Based on this, we conclude that advanced forest management techniques, including treatment of thinning slash and stand density control of riparian forest by site location (hillslope and riparian zone, or stream order), should be established in the future, taking the forest ecosystem and the aquatic environment from headwater streams to low land rivers into consideration.



강원도 산지계류 내 유목의 기원과 현존량

김 석우2*, 전 근우3, 서 정일4, 임 영협5, 남 수연6, 장 수진7, 김 용석8, 이 재욱9
2강원대학교 산림과학부 조교수
3강원대학교 산림과학부 교수
4공주대학교 산림자원학과 부교수
5강원대학교 산림과학연구소 박사연구원
6강원대학교 산림과학연구소 박사연구원
7강원대학교 산림과학연구소 박사연구원
8국립산림과학원 연구기획과 연구사
9강원대학교 대학원 산림환경시스템학과 석사과정

초록


이 연구는 강원도 산림유역 내 수계(총 11개 계류)를 대상으로 유목의 전수조사를 실시하고, 유목의 발생기원 추적과 함께 하천차수별 현존량과 분포형태를 분석하여 효과적인 산림유역관리기술의 마련을 위한 기초자료를 제공하고자 실시하였 다. 총 1,207개 유목의 개체목 형태를 3가지 유형으로 구분하여 분석한 결과, (1) 수간만 있는 것 1,142개(95%) 및 수간과 근주가 함께 있는 것 65개(5%), (2) 자연목 1,015개(84%) 및 벌채목 192개(16%), (3) 침엽수 1,050개(87%) 및 활엽수 157개(13%)로 나타났다. 유목의 현존량(m3/ha)은 1차수 105.4, 2차수 71.3 및 3차수 35.6으로 하류로 갈수록 점차 감소하였 다. 반면 유목의 총량에 대한 유목군의 비율은 1차수 11%, 2차수 43% 및 3차수 49%로 하류로 갈수록 증가하였다. 이 연구에서 조사된 유목의 현존량을 해외의 선행연구와 비교하면, 비록 각 국가·지역별로 기후·지형·산림토양·임분의 구조와 생장량·산림의 교란정도와 관리상태가 다르지만, 유목의 현존량은 임령과 정의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 이 연구의 결과는 유목을 산림생태계의 산물이자 산지수변림 교란의 지표로서 인식할 필요가 있음을 시사한다. 이를 토대로 앞으로는 산림유역의 생태계뿐만 아니라 하류의 수계환경까지 고려하여 숲가꾸기 산물의 처리나 수변지역의 임분밀도관리 등을 포함한 산림관리기술이 정립되어야 할 것으로 판단된다.



    서 론

    산지계류는 유역 수계망의 대부분을 차지하는 육수(陸水)역 의 연결고리로서 하류의 하천환경에 큰 영향을 미치는 하천차 수(stream order)법칙상 저차수(low order)의 소하천이다. 우 리나라의 경우, 상류에 해당하는 1~3차수의 계류는 전체 수계 연장의 88.9%로 매우 큰 비중을 차지하기 때문에 통합유역관 리와 수생태계 보호에 있어 매우 중요한 곳이다(Kim and Han, 2008). 특히 산지계류는 V자곡의 형태로 산림 내를 흐르며 주 변의 비탈면과 접하고 있어 산림동태의 영향을 강하게 받을 뿐만 아니라 주변 산림의 구조나 갱신동태에도 영향을 미치기 때문에 하류에 비하여 산림과의 상호작용이 강한 특징을 보인 다(Nakamura, 1995). 따라서 산지계류 주변의 산림에서 산불, 병해충, 강풍 및 산사태 등의 교란으로 발생한 도복목이 직접적으 로 계류 내로 유입될 경우에는 유목(流木, large woody debris) 화되며(Harmon et al., 1986), 이러한 도복목과 유목은 토사, 거석 등과 함께 산지계류의 계상을 구성하는 주된 요소로서 특징지어진다.

    유목을 산지계류의 고유한 특징 중 하나로 인식하게 되면서 유목의 지형학・생태학적 기능 규명에 관한 많은 연구가 진행되 어 왔다. 즉 산지계류 내에 존재하는 유목은 스텝-풀(step-pool) 지형의 형성(Marston, 1982;Richimond and Fausch, 1995), 유수에너지의 분산(Richimond and Fausch, 1995), 유수에 대한 수리저항능(hydraulic resistance)의 증가(Lienkaemper and Swanson, 1987;Wilcox and Wohl, 2006), 토사나 양분의 퇴적(Swanson and Lienkaemper, 1978;Bilby and Ward, 1989) 및 수생서식지의 형성(Bilby and Ward, 1989;Inoue and Nakano, 1998) 등에 크게 기여하는 것으로 보고되고 있 다. 이러한 연구들은 지난 수십 년간 주로 북아메리카를 중심으 로 활발하게 진행되었지만, 남아메리카(e.g., Cadol et al., 2009;Iroumé et al., 2014), 오세아니아(e.g., Baillie and Davies, 2002;Meleason et al., 2005), 유럽(e.g., Piégay, 1993;Hering et al., 2000;Diez et al., 2001;Gurnell et al., 2002;Dahlström and Nilsson, 2004), 동아시아(e.g., Chun et al., 1997;Inoue and Nakano, 1998;Seo and Nakamura, 2009;Shimizu, 2009; Chen et al., 2013)에서도 유목의 분포나 기능에 대한 연구사례가 보고되어 왔다. 결국 이러한 연구사례들은 전세계 적으로 유목이 산림생태계의 산물로서 산지계류의 물리・생태 적 환경에 있어 다면적 기능을 발휘하는 중요한 요소로 인식하 여 왔음을 시사한다.

    반면, 집중호우 시 유목이 토석과 함께 하류로 유출되는 경 우에는 주택, 도로 및 교량 등의 시설물을 파손하고, 하천의 통수단면적을 축소시켜 홍수범람을 야기함으로써 생활권에 있 어서 직・간접적인 재해유발 요인이 되기도 한다(Ishikawa, 1994;Korea Forest Service, 2007). 우리나라는 강우가 집중 되는 6~9월에는 산사태가 빈번히 발생하며, 이로 인해 다량의 유목이 생산되어 유출된다(Korea Forest Service, 2007;Seo et al., 2011). 또한 숲 가꾸기 사업에서는 벌채목을 홍수위 밖으 로 제거하고 있지만, 대부분 임지 내에 그대로 방치되기 때문에 (Korea Forest Service, 2007) 집중호우 시 비탈면붕괴로 유 출될 가능성은 높다. 따라서 국내에서는 유목이 산지토사재해 의 한 원인으로 인식되면서 관련 연구도 모두 산사태 발생 후 유로 내에서의 분포 특성(e.g., Chun et al., 1997;Seo et al., 2011)에 초점을 맞추어 진행되어 왔다. 더욱이 우리나라에서 상 류의 산지계류는 유량이 적거나 간헐천(ephemeral stream)의 특성을 보이는 곳이 많기 때문에 평상시 산지계류 내에 퇴적된 유목의 다면적 기능은 제한적일 것으로 추측된다. 이러한 이유 에서 산지계류의 유목은 생태학・지형학적 측면에서 주목받지 못하고, 관련 연구도 활발히 진행되지 못했던 것으로 판단된다.

    무엇보다 중요한 것은 산지계류 내의 유목이 과거 주변 산림 내에서 발생한 입목 교란의 결과(Hedman et al., 1996)이기 때문에 특정 지역에 있어 산림교란의 지표로서 인식할 필요가 있다는 점일 것이다. 성공적인 산림유역관리를 위해서는 유목 을 재해의 원인이나 다면적 기능 측면에서 바라보기에 앞서 과거 산림교란의 추적자로서 그 발생학적 측면과 수계 내에서 의 분포 특성에서부터 접근할 필요가 있다고 판단된다. 이러한 배경을 바탕으로 이 연구는 강원도의 한 산림유역을 대상으로 수계 내에 분포하는 유목의 전수조사를 실시하여 유목의 발생 기원 추적과 함께 수계 위치별로 산지계류 내의 현존량과 분포 형태를 조사하고, 이를 해외 선행연구와 비교・검토함으로써 산 림유역관리의 체계 정립 및 기술 마련을 위한 기초자료로서 활용하고자 하였다.

    연구방법

    1. 연구대상지

    연구대상지는 강원도 홍천군 북방면 북방리 산 61-1 일원의 강원대학교 산림환경과학대학 부속 학술림 내 산림유역으로, 해발고도는 350~550m, 유역면적은 140ha이며, 상류에는 임 도가 개설되어 있다(Figure 1). 기상청 홍천관측소의 평년값 자료(1981-2010)에 따르면 연평균기온과 연평균습도는 각각 10.3℃와 69.5%이며, 연평균강수량은 1,405.4㎜로 이 중 73%가 여름철(6~9월)에 집중된다. 유역의 지질은 화강암과 화 강편마암이 주를 이루며, 이들이 풍화하여 형성된 양토와 사질 양토가 토양층의 대부분을 차지한다(Chun et al., 2006). 임상 은 잣나무림 36.8%, 일본잎갈나무림 11.2%, 활엽수림 51.6% (신갈나무 29.8%, 기타 21.7%) 등으로 구성되고, Ⅳ영급과 Ⅴ영급이 각각 46.9%와 26.8%로 전체의 73.7%를 차지하며 (Figure 1), 특히 수계를 따라 계안과 인접한 비탈면은 35° 이상의 급경사를 이루는 곳이 많다. 이 유역에서는 현지조사 전까지 솎아베기 등의 숲 가꾸기 사업이 시행된 이력은 없다. 다만 일부 비탈면에서 임도와 송전탑 개설 시의 지장목 제거 (2000년, 2003년 및 2007년)와 집중호우 피해 직후의 풍도목 제거(2002년, 2006년 및 2009년)는 소규모로 실시되었다. 이 유역의 유출구 기준 수계 차수는 3차수로서 1차수 9개, 2차수 2개 및 3차수 1개 등 총 12개의 계류로 구성된다(Figure 1). 이 중 1개의 1 차수 계류는 유수가 없는 오목사면의 형태를 보이며 길이가 짧기 때문에 계류로 보기 어려워 조사대상에서 제외하였으며, 조사한 11개 계류의 지형적 특징은 Table 1과 같다. 수계 내의 계상은 상류 일부 구간에 노출된 기반암과 거석 을 제외하면 대부분 호박돌과 자갈로 구성되며, 이들의 평균입 경은 68.5㎜이다. 또한, 수계 전체의 계상에는 산지비탈면 또 는 상류로부터 유입된 유목이 산재하고 있으며(Figure 2), 특히 2006년과 2009년 여름철의 집중호우 시 일부 구간에서 계안붕 괴 및 소규모 산사태로가 발생하여 다량의 유목이 계류 내로 유입되었다(Chun et al., 2006;Kwon et al., 2013).

    2. 조사분석

    연구대상지에서는 2004년부터 현재까지 매년 1~2회에 걸 쳐 집중호우 전후로 비탈면붕괴, 본류의 계상변동 및 유목의 유출에 대한 모니터링을 지속적으로 실시해 오고 있다. 유목의 현지조사는 2010년 3월부터 6월까지 여름철의 집중호우로 인 한 유출량 증가 이전에 유역 내 11개의 계류를 대상으로 실시 하였고(Figure 1), 1차수 계류는 임도의 횡단에 따른 단절의 영향을 피하기 위하여 각 계류의 출구에서부터 임도 성토면 직하부까지만을 조사범위로 하였다. 현지조사 이후 현재까지 유목의 생산을 야기하여 계류 내의 현존량을 크게 증가시킬만 한 산사태나 계안붕괴는 발생하지 않았으며, 주로 집중호우 시 에 계상의 토사와 유목만이 간헐적으로 재이동하고 있다.

    이 연구에서 유목은 만수위 계류폭(bankfull width) 내에 분 포하는 것만을 대상으로 하였으며, 조사 결과의 신뢰성을 확보 하기 위하여 표본조사가 아닌 전수조사를 실시하였다. 만수위 는 현장조사 시 횡단면의 변화 또는 식생의 유무・변화 등(Cadol et al., 2009)으로부터 추정하였다. 만수위 계류폭은 모든 계류 에서 현장조사 시 약 20m 간격으로 측정하여 산술평균하였고, 계상물매는 ArcGIS 9.0(ESRI, 2004)을 이용하여 구하였다.

    유목은 크게 개체목(single piece)과 군(jam)의 두 가지 유 형으로 구분하여 조사하였다. 개체목은 대부분의 선행연구에 서 대상으로 한 중앙직경 0.1m, 길이 1m 이상의 크기(Seo et al., 2010)를 유목으로 간주하고, 이러한 개체목이 최소 3개 이상으로 이루어진 집합체를 유목군으로 정의하였다. 개체목 또는 개체목으로만 형성된 유목군은 각 개체목의 중앙직경과 길이를 측정한 후 원기둥으로 간주하여 체적을 산출하였다 (Comiti et al., 2008;Cadol et al., 2009). 이와 함께 유목의 발생 기원을 추적하기 위하여 현장조사 시 유목의 형태를 ① 수간만 있는 것 또는 수간과 근주가 함께 있는 것, ② 자연적으 로 발생한 것(이하, 자연목) 또는 벌채목, 그리고 ③ 침엽수 또는 활엽수로 구분하였다. 토사, 자갈 등과 혼재되어 있어 개 체목의 측정이 어려운 일부 유목군은 Piégay(1993)의 방법에 따라 육면체로 간주하여 폭, 길이 및 높이를 측정한 후 공극률 로서 0.7(Seo and Nakamura, 2009;Seo et al., 2011)을 적용 하여 체적을 산출하였다.

    결과 및 고찰

    1. 유목의 발생기원

    연구대상지 내 전체 수계를 대상으로 조사된 유목 개체목의 형태를 ① 수간만 있는 것 또는 수간과 근주가 함께 있는 것 (Category Ⅰ), ② 자연목 또는 벌채목(Category Ⅱ), ③ 침엽 수 또는 활엽수(Category Ⅲ)로 구분하여 나타내면 각각 Figure 3의 (A), (B) 및 (C)와 같다.

    Category Ⅰ에서는 총 1,207개의 유목 중 1,142개(95%)가 수간만 있는 것이었고, 65개(5%)는 수간과 근주가 함께 있는 형태로 나타났다(Figure 3A). 유목의 형태 중 수간에 근주가 부착된 경우는 사면에서의 산사태, 계안붕괴가 주된 원인으로 알려져 있다(Wooster and Hilton, 2004). 따라서 65그루의 수목은 토층의 붕괴가 수반된 사면활동으로 인하여 하도 내로 직접 유입된 것으로 추정된다. 실제로 연구대상유역은 2006년 7월 태풍 에위니아 내습 시 집중호우의 영향으로 0.01~0.69ha 규모의 산사태가 다발하여 강원대학교 학술림 내에서 가장 큰 피해를 입은 지역으로 보고된 바 있다(Cha et al., 2006).

    Category Ⅱ의 경우, 총 1,207개의 유목 개체목 중 자연목 이 1,015개(84%), 벌채목이 192개(16%)로 숲 가꾸기에 따른 방치목에 비하여 자연적으로 발생한 유목의 비율이 매우 높게 나타났다(Figure 3B). 2006년 강원도 인제군 기룡산 유역에서 집중호우 피해 직후 실시한 조사에서도 하도 내에 퇴적된 총 1,009개의 유목 중 876개(86.8%)는 생목으로, 대부분이 계안침 식과 사면붕괴에 따라 입목이 유출된 것으로 보고되었다(Korea Forest Service, 2007). 과거 일부 언론보도를 통해 호우 시 벌채목이 해안까지 유출되어 피해를 유발한 것이 문제로 지적 된 바 있는데(Korea Forest Service, 2007), 2008년 제정된 지속가능한 산림자원 관리지침(산림청훈령 제971호)에서는 특히 계곡 주변에서 발생하는 숲가꾸기 산물을 안전한 구역으 로 이동하도록 규정하고 있다. 다만, 2006년 강원도의 사례와 이 연구에서 하도 내에 퇴적된 벌채목의 비율은 낮았지만, 숲가 꾸기 산물이 방치된 장소에서 산사태가 발생한다면 다량의 유 목으로 유출되어 하류에 피해를 유발할 가능성도 배제할 수 없다. 따라서 숲가꾸기 사업 시 발생하는 산물의 존치나 유효 이용 등의 처리방법에 대해서는 신중하게 검토할 필요가 있다 고 판단된다.

    Category Ⅲ에서는 총 1,207개의 유목 개체목 중 침엽수가 1,050개(87%), 활엽수가 157개(13%)로, 침엽수가 활엽수에 비 하여 높은 비율을 차지하였다(Figure 3C). 유역의 임상 구성비 는 침엽수 48% 및 활엽수 51.6%로 큰 차이가 없고, 수변역에 활엽수도 많이 분포하고 있다는 점을 감안한다면(Figure 1) 유 목화된 활엽수는 매우 적은 것으로 판단된다. 일반적으로 침엽 수림은 근계가 수평적으로 발달하는 수종이 많기 때문에 지상부 대비 지하부가 빈약하여 심근성인 활엽수림보다 풍해나 사면 붕괴에 취약하며(Chun et al., 1997;Korea Forest Service, 2007;Youn et al., 2011), 특히 침엽수 단순림이 일본잎갈나무, 잣나무 인공림일 경우 산사태가 많이 발생하는 것으로 알려져 있다(Korea Forest Service, 2006). 강원도 화천군의 산지계 류를 대상으로 실시된 Chun et al.(1997)의 연구에서도 계안이 일본잎갈나무와 참나무류로 구성된 혼효림이었음에도 불구하 고 집중호우 직후 하도 내에 퇴적된 총 유목 본수의 64%는 일본잎갈나무인 것으로 나타났다. 또한 일본의 산지계류를 대 상으로 한 Ishikawa(1994)의 연구에서도 계안림을 구성하는 수종과 달리 하도 내 유목의 60% 이상은 침엽수인 것으로 보고 된 바 있다. 그러나 2006년 강원도 인제군 기룡산의 집중호우 피해 조사에서는 총 1,009개의 유목 중 720개(71%)가 활엽수 로 나타났는데, 이는 계안의 활엽수림이 큰 파괴력을 지닌 토석 류 유하 시 유로의 침식과 확대 또는 계안붕괴로 인하여 유실된 것이 주된 원인이었다(Korea Forest Service, 2007). 이러한 결과를 종합하면 숲가꾸기 사업 시 임분구조의 개선과 함께 위치적 특성(사면・계안 또는 상류・중류・하류)에 따라 목표로 하는 산림의 붕괴방지기능, 토석류 포착기능 등을 고려한 임목 밀도 관리의 중요성(Korea Forest Service, 2007;Seo et al., 2011;Chun et al., 2019)을 시사한다.

    2. 유목의 현존량

    계류 내에 존재하고 있는 유목의 총량을 수계차수별로 분석 한 결과(Table 1), 개체목과 유목군을 합한 총 현존량은 1차수 계류 4.8~30.8m3(평균 18.0m3), 2차수 계류 40.1~60.4m3(평 균 50.3m3) 및 3차수 계류 41.4m3로 나타났다. 이를 수계차수 별로 비교하기 위하여 단위유로평면적(ha)당으로 환산하면 1 차수 44.0~194.2m3/ha(평균 105.4m3/ha), 2차수 66.2~76.4 m3/ha(평균 71.3m3/ha) 및 3차수 35.6m3/ha로, 유목의 평균 현존량은 상류인 1차수에서 가장 높았고, 하류로 갈수록 점차 감소하였다. 유목군의 총량은 1차수 2.0m3, 2차수 21.6m3 및 3차수 20.3m3으로 상류에 비하여 하류에서 높았으며, 유목의 총량 중 유목군이 차지하는 비율 역시 1차수 11%, 2차수 43% 및 3차수 49%로 하류로 갈수록 크게 증가하였다. 유목의 총량 중 유목군의 비율을 만수위의 하폭과 계상물매와의 관계에서 살펴보면 하류로 갈수록 하폭이 넓고 계상물매가 완만해짐에 따라 증가하는 것으로 확인되었다(Figure 4).

    이러한 결과는 연구대상지에서 1차수의 계류에서는 유목의 현존량이 크지만 대부분 개체목의 형태로 분포하고, 2차수 및 3차수의 계류에서는 대략 절반 정도가 유목군의 형태로 존재함 을 의미한다. 일반적으로 유목의 현존량은 저차수(상류)의 계류 에서 크고, 하류로 갈수록 감소한다(Keller and Swanson, 1979;Lienkaemper and Swanson, 1987). 상류는 하류에 비하여 유목 의 길이에 대한 하폭의 비율이 작고 유목의 부유・이동에 필요한 유량이 극히 부족하며(Swanson and Lienkaemper, 1978), 계류 내의 거석(Seo et al., 2011)이나 도복목(Shimizu, 2009)이 장애 물로 작용하기 때문에 유목의 이동이 제한된다. 이러한 상류에서 유목의 이동을 초래하는 주요 메커니즘인 토석류가 발생하지 않 으면 계류 내에 장기간 체류하게 된다(Keller and Swanson, 1979). 반면에 하류로 갈수록 유목의 길이에 대한 하폭의 비율은 커지고, 유목의 부유・이동에 필요한 수심이 충분히 형성되기 때 문에(Lienkaemper and Swanson 1987;Gurnell et al., 2002) 유목은 비교적 쉽게 이동하게 된다. 더욱이 계상물매가 완만해지 면서 비탈면과 유로 사이에 2차 유로나 범람원 등의 퇴적공간이 발달하기 때문에(Gurnell et al., 2002;Abbe and Montgomery, 2003) 사면활동에 따른 유목의 직접적인 유입은 제한될 수 있다. 결국, 상류에서는 유목의 생산과 체류가 탁월한 대신에 이동이 제한(transport-limited)되고, 하류에서는 유목의 이동이 탁월한 대신에 생산이 제한(supply-limited)되는 특징을 보이게 된다(Seo et al., 2010). 이로 인하여 이 연구에서 유목의 현존량이 하류로 갈수록 감소하는 경향이 나타난 것으로 사료된다.

    한편, 상류일수록 도복목 또는 유목군의 집적으로 인하여 유로가 폐색(閉塞)되기 쉽다. 이 연구에서도 1차수에서 유목군 의 체적비율은 낮았지만 평균 높이는 하류보다 2배 이상 높게 나타나(Figure 5) 유로의 폐색 정도가 심했을 것으로 추정된다. 일본 홋카이도 사루가와(Saru river)의 4차수 지류유역에서 실 시된 연구(Shimizu, 2009)에서는 좁은 계류폭으로 인해 폐색 이 원인이 되어 전체 유목군의 92%가 1차수와 2차수 계류에 집중된 것으로 보고된 바 있다. 그러나 이러한 유목군은 체류와 재이동을 반복하며 하류로 유출되는 과정에서 파괴 또는 재형 성되기도 한다(Shimizu, 2009;Seo et al., 2010). 상류에서 발생된 토석류에 의하여 하류로 이동된 유목은 다시 유목군을 형성하며 충분한 유량을 가진 홍수가 발생하지 않는 한 쉽게 이동하지 않는다(Wyżga and Zawiejska, 2005). 따라서, 유역 내 수계에서 유목군의 분포는 각각 상류와 하류에서의 운송 메커니즘인 토석류 또는 홍수의 강도나 발생빈도에 의해 특징 지어질 것으로 판단된다.

    3. 선행연구와의 유목 현존량 비교

    이 연구의 결과를 해외의 선행연구와 비교하면(Figure 6), 연구대상지 내 산지계류에 퇴적되어 있는 유목의 현존량은 평 균 93.12m3/ha로 유럽의 일부 국가(Hering et al., 2000;Diez et al., 2001;Gurnell et al., 2002;Dahlström and Nilsson, 2004)나 미국의 뉴욕과 뉴햄프셔(Warren et al., 2009) 및 와 이오밍(Nowakowski and Wohl, 2008)에 비하여 큰 것으로 나타났다. 그러나 뉴질랜드(Baillie and Davies, 2002;Meleason et al., 2005), 캐나다의 앨버타(Jones and Daniels, 2008;Jones et al., 2011)와 브리티시컬럼비아(Chen et al., 2006), 미국의 콜로라도(Richmond and Fausch, 1995;Wohl and Goode, 2008;Jackson and Wohl, 2015), 캘리포니아(Benda and Bigelow, 2014) 및 오리건(Lienkaemper and Swanson, 1987), 코스타리카(Cadol et al., 2009) 및 칠레(Iroumé et al., 2014) 에 비하면 현존량은 매우 적은 것으로 나타났다. 비록 각 국가・ 지역별로 기후・지형・산림토양・임분의 구조와 생장량・산림의 교란정도와 관리상태가 다르지만, 유목 현존량 차이의 이유는 공통적으로 임령 구조에서 찾아볼 수 있을 것이다. 다수의 연구 에서 유령림보다 노령림의 현존량이 크고(Beckman and Wohl, 2014;Jackson and Wohl, 2015), 임령이 증가할수록 계류 내 유목의 현존량이나 개체수가 증가하는 것으로 보고되었다 (Hedman et al., 1996;Warren et al., 2009). 이는 임령이 증가할수록 임분의 흉고단면적이 크고, 직경이 큰 유목이 군을 형성하여 파편화된 소형의 유목들을 포착하며, 오랜 기간에 걸 쳐 풍해나 병충해 등의 교란을 받아 잠재적인 유목화의 가능성 이 있는 입목이 많기 때문이다(Beckman and Wohl, 2014;Jackson and Wohl, 2015). 이러한 이유에서 주로 Ⅳ~Ⅴ영급 임분으로 구성된 이 연구의 대상지에서는 유목의 현존량이 노령 의 임분을 대상으로 한 해외의 일부 선행연구(Harmon et al., 1986;Lienkaemper and Swanson, 1987;Meleason et al., 2005;Jones and Daniels, 2008;Wohl and Goode, 2008;Cadol et al., 2009;Jones et al., 2011;Benda and Bigelow, 2014;Iroumé et al., 2014;Jackson and Wohl, 2015)에 비하 여 상대적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다.

    우리나라의 산림대는 온대산림대가 주축으로, 해외의 선행연 구(Figure 6) 중 북아메리카 온대림 지역에서의 임령과 계류 내 유목의 현존량에 관한 정보를 담고 있는 Harmon et al.(1986)Warren et al.(2009)의 자료를 이용하여 이 연구의 결과와 함께 분석하였다. Harmon et al.(1986)의 자료는 10개 지역의 침엽수 림과 1개 지역의 활엽수림, Warren et al.(2009)의 자료는 2개 지역의 혼효림을 대상으로 조사한 것이다. 분석 결과, 임령과 계류 내 유목의 현존량은 통계적으로 유의한 정의 상관관계를 나타내었 다(Figure 7). 비록 Harmon et al.(1986)Warren et al.(2009) 의 자료에 산림교란(즉, 산불, 산사태 등) 등에 관한 구체적인 정보가 없고, 임상도 다르기 때문에 정확한 비교에는 한계가 있 지만, 향후 우리나라의 산림도 임령이 증가함에 따라 계류 내 유목의 현존량은 점차 증가할 것으로 추정해 볼 수 있다. 다만 Harmon et al.(1986)은 비시업 임분, Warren et al.(2009)은 1920년(일부 유역은 1900년대 초) 이후 벌채가 없었던 임분에서 조사된 결과로, 숲 가꾸기 등의 시업 여부에 따라 계류 내 유목의 현존량은 달라질 수 있다. 대표적인 사례로, 스웨덴의 노령림에서 진행한 Dahlström and Nilsson(2004)의 연구에서는 시업지 계 류 내 유목의 평균 현존량이 비시업지에 비하여 약 1/4 수준이었 던 것으로 보고되었다. 또한 유럽・뉴질랜드・북아메리카 및 남아 시아를 대상으로 한 Wohl et al.(2017)의 연구에서도 비슷한 결과가 확인되지만, 임상별로 보면 침엽수림은 시업지가 비시업 지의 약 1/2 수준으로 유의한 차이가 있는 반면에 활엽수림은 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 연구결과는 국내의 산림 유역관리기술 개발에 참고할 만한 사례라고 할 수 있다.

    국내에서는 산림생태계의 물질순환 측면에서 고사목의 중요 성을 조명하고 있지만(e.g., Yoon et al., 2015;Lee et al., 2019), 산지계류 내로 유입된 유목은 토사재해의 원인(Chun et al., 1997;Korea Forest Service, 2007;Seo et al., 2011), 또는 하류에서 교랑 파손과 홍수범람 등의 문제를 일으키는 유 송잡물(Korea Forest Service, 2007;Kim et al., 2016)이라 는 부정적인 인식이 지배적이다. 그러나 산지계류 내 유목 현존 량의 감소가 유기물 공급이나 수생서식처의 감소로 이어지는 경우(e.g., Dahlström and Nilsson, 2004), 또는 물질순환이나 탄소흡수원 측면에서의 중요성(e.g., Yoon et al., 2015;Lee et al., 2019) 등을 고려한다면 향후 추가적인 연구를 통하여 산림교란의 지표인 유목의 동태와 생태학적 가치에 대한 재인 식은 필요하다. 이를 토대로 앞으로는 상류 산림유역의 생태계 뿐만 아니라 하류의 수계환경까지 고려하여 적절한 산림관리기 술이 마련되어야 할 것으로 판단된다.

    Figure

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    Map of the study area with stream network, forest type, and stand age.

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    Upstream view of large woody debris (LWD) retained in the study area. (A) LWD single pieces mainly recruited from hillslopes of a first-order (RL1) stream; (B) LWD jams and single pieces in a second-order (R1) stream.

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    Morphological features of LWD pieces. (A) Only trunk vs. trunk with rootwad (categoryⅠ); (B) non-thinned vs. thinned (category Ⅱ); and (C) conifer vs. broadleaf (category Ⅲ).

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    Ratio of jams to the total LWD volume for the relationship between bankfull channel width and channel slope.

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    Boxplot of the height of LWD jams grouped according to stream order. Thick solid lines within the boxes indicate the median values and the ends of the boxes represent the upper and lower quartiles. The whiskers represent the maximum and minimum values excluding outliers (defined as values at a distance that is 1.5 times the interquartile range); open circles represent outliers. Significant differences (Kruskal-Wallis post-hoc test; p<0.05) are indicated by contrasting letters (a, b) above the boxes. Values above each box indicate the mean ± standard deviation.

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    Boxplot of LWD load in stream channels grouped according to country. “N” indicates the number of the studied streams. Note: aAlberta(mature stands of age≥100 years): Jones and Daniels (2008);Jones et al.(2011), bBritish Columbia: Chen et al. (2006), cColorado(old-growth and non-old growth stands): Richmond and Fausch (1995), Wohl and Goode(2008), Jackson and Wohl(2015), dCalifornia (mature and 200- to 1000- year-old stands): Harmon et al.(1986), Benda and Bigelow (2014), enorthern New York and New Hampshire (20- to 370- year-old stands): Warren et al.(2009), fnorthern Wyoming: Nowakowski and Wohl (2008), gOregon (85- to 500-year-old stands): Harmon et al.(1986), Lien-kaemper and Swanson (1987), hCosta Rica (old-growth stands): Cadol et al.(2009), iChile (young and old- growth stands): Iroumé et al.(2014), jcentral Europe: Hering et al.(2000), knorthern Spain: Diez et al.(2001), lSweden(old-growth stands): Dahlström and Nilsson(2004), mUK: Gurnell et al.(2002), nNew Zealand(mature and old-growth stands): Baillie and Davies(2002);Meleason et al.(2005).

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    Relationship between stand age and LWD load.

    Table

    Summary of the studied streams

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