산불 발생 후 시간경과에 따른 산불피해지의 토양침식량의 변화과정 및 환경인자와의 관계를 비피해지와 비교분석하였다. 산불발생 후 시간경과에 따른 토양침식량은 산불 당해연도 11.2배, 1년경과 후 8.4배, 5년경과 후 2배, 10년경과 후에는 1.3배 정도 산불피해지가 비피해지 보다 더 많은 침식량을 보였다. 산불피해지의 토양침식률은 10년경과 후 산불 발생 당해연도와 비교하여 98% 정도 감소하여 산불발생 후 10년이 경과하면 산불피해지의 토양침식량은 비피해지와 거의 같은 수준으로 회복이 이루어지는 것으로 조사되었다. 산불피해지 및 비피해지의 토양침식량에 직접적인 영향을 미치는 인자는 단위강우량, 단위강우횟수, 누적강우횟수 등 강우인자가 중요한 영향 인자로 분석되었다.
우리나라의 경우 1990년대에 들어와서 산불발생건수 및 피해지역이 지속적으로 증가하고 있으며 산불피해지 복원기술은 주로 사방복구와 조림 등 녹화기술에 집중되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 동해안 산불피해지를 중심으로 산불특성, 임지환경을 고려한 내화수종의 선발 및 GIS 분석 기법을 적용하여 내화수림대를 조성하고 Virtual GIS의 활용을 통하여 공간정보자료가 산불피해지역 복원에 있어서의 경관생태학적 접근연구에 어떻게 활용될 수 있는 것인가에 대한 적용기법을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 GIS 분석기법을 적용하여 대형산불방지를 위한 산불 연소 특성을 고려한 내화수종을 GIS의 공간 분석을 이용하여 조성된 내화수림대에 적정 임분배치를 수행하였다. 아울러 연구 대상지의 나무 생장 모델을 이용하여 경년에 따른 산림경관을 조성하였으며 Virtual GIS를 활용하여 현실세계와 가장 유사한 3차원 지형을 구축하고 Tracking Simulation을 수행하였다.
가장자리는 산불 피해 후 산림생태계 변화 및 회복과정에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 산불피해지의 공간 자기상관성을 고려하여 산불피해지 가장자리 형성과 경관특성변수들과의 관계 분석에 목적을 두고 수행되었다. 연구대상지로는 2000년도에 발생한 삼척 산불피해지를 선정하였으며, 대상지내 경관특성변수 측정을 위하여 산불피해지 전 지역을 포함하도록 500 $m^2$ 격자를 생성하였다. 연구에 사용된 경관 특성 변수들로는 표고, 경사, TWI(Topographic Wetness Index), SRI(Solar Radiation Index)을 사용하였고, 연료유형변수와 토지피복 변수를 포함시켰다. 격자들은 산불피해지 경계선과 교차하는 격자는 가장자리로 그 외의 격자들은 내부지역으로 설정하였다. 공간자기 상관을 보정하기 위하여 경관 변형된 t-검정과 상관분석을 실시하였다. 분석 결과 산불피해지 경계 형성과 양의 관계를 보이는 변수는 TWI, SRI, 물, 전, 답, 개발지, 나대지이며, 음의 관계를 보이는 경관특성변수는 경사, 표고, 그리고 모든 연료 유형 변수들이었다. 특히 TWI은 r=0.437로 경계형성과 강한 양의 관계를 보였다. 따라서 산불 피해지의 경계는 산림과 이질적인 토지피복 혹은 토지이용이 존재하는 경우와 경사가 완만하고 표고는 낮으며, 토양 및 지표면의 상대습도가 높은 지형에서 형성될 가능성이 높은 것으로 나타났다.
산불피해강도와 함께 가장자리 관련지역은 생태계회복에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있으나 연구가 미미한 상황이다. 따라서 이 연구는 산불피해강도와 가장자리 효과의 복합적 영향에 의한 산불 후 식생의 초기 반응을 분석하는 것을 목적으로 한다. 산불피해강도 즉 ${\Delta}NBR$는 삼척지역의 산불전과 후의 인공위성 이미지를 이용하여 계산되었다. 산불피해지는 231개의 $1-km^2$ 격자 단위로 구분하였으며, 격자들은 산불피해강도와 가장자리 지역의 포함 유무에 따라 4개의 그룹으로 재분류되었다. 4개의 그룹은 저강도 산불피해강도의 산불피해지 내부지역(그룹 A), 저강도 산불피해강도의 산불피해지 가장자리 지역(그룹 B), 고강도 산불피해강도의 산불피해지 내부지역(그룹 C), 고강도 산불피해강도의 산불피해지 가장자리 지역(그룹 D)을 포함한다. 4개 그룹 간 식생재생변화(${\Delta}NDVI$)는 T-test로 비교되었으며, 고강도 강도지역의 그룹 C(${\Delta}NDVI$ = 0.047)와 D(${\Delta}NDVI$ = 0.059)가 저강도 연소강도지역의 그룹A(${\Delta}NDVI$ = -0.039)와 B(${\Delta}NDVI$ = -0.036)에 비해 상당히 높은 식생재생을 보였다. 또한 동일 산불피해강도 지역에서 산불피해지 가장자리 지역이 내부지역에 비해 높은 식생재생변화가 관찰되었다. 즉 산불피해지 가장자리 지역의 그룹 B(${\Delta}NDVI$ = -0.036)와 D(${\Delta}NDVI$ = 0.059)는 산불피해지 내부지역의 그룹 A(${\Delta}NDVI$ = -0.039)와 C(${\Delta}NDVI$ = 0.047)에 비해 높은 식생재생변화를 보여주었다. 따라서 산불피해로 인한 이차적 피해를 최소화하고 연소된 산림의 회복을 위해 산불피해지 내부지역에 대한 적절한 회복전략이 요구된다.
본 연구는 지표화 산불피해지에서 우리나라에 가장 많이 분포하는 소나무, 잣나무, 낙엽송, 리기다소나무, 해송, 삼나무, 참나무류 등 7개 수종의 임목고사율을 조사 분석하였다. 조사결과 임목고사율은 삼나무>잣나무>소나무>해송>낙엽송>리기다소나무>참나무류 순이었다. 또한, 수간피해율이 높을수록 고사율이 높게 나타났고, 흉고직경이 클수록 고사율은 낮은 경향이었다. 특히 참나무류의 경우 수간 및 수관피해율이 30%이하에서는 거의 생존하는 것으로 나타났다.
산불피해지의 급경사면에 있어서 지표토사의 침식에 영향을 미치는 강우의 형태와 강도를 산불의 피해강도 및 경과년수별로 파악하고, 그에 따른 침식토사량의 변화와 그 원인을 해석하기 위해 2000년도에 발생한 산불피해지 가운데 강원도 삼척시 인근지역을 대상으로 저 중 고강도산불피해를 입은 산림에 각각 3개소씩, 총 9개의 조사구를 선정하여 침식토사량을 측정하였다. 그 결과, 산불피해의 강도가 감소함에 따라, 그리고 산불발생 후의 경과년수가 증가함에 따라 지표토양의 침식에 영향을 미치는 강우형태는 일강우량에서 실효우량으로 변화하였으며, 토양침식에 영향을 미치는 강우강도는 점차 증가하는 것으로 나타났다. 산불이 발생하게 되면 식생에 의한 강우차단이 저감될 뿐만 아니라 토양공극이 감소되어 침투능 역시 저하되며, 이러한 유수의 표면유출에 관여하는 물리적 생태학적 조건은 산불피해의 강도 및 경과년수에 따라 다양화된다. 이러한 현상은 산불피해지의 토양침식에 직접적인 영향을 미쳐 산불피해의 강도가 감소함에 따라, 그리고 산불발생 후의 경과년수가 증가함에 따라 침식토사량은 경감되었으며, 그 증가추세 역시 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 산불피해지의 다양한 물리적 생태학적 조건을 고려한 종합적인 복원 및 관리방안의 수립이 절실히 요구된다.
본 연구는 산불피해지에 형성된 참나무 맹아림의 생장특성을 파악하고 치수 무육을 통해 생산력을 증대시킬 수 있는 적정 시업체계를 확립하기 위하여 수행하였다. 조사지는 강원도 산불피해지 3개 지역과 비산불임지 9개 지역이다. 산불피해지의 경우 일반 참나무 맹아림에 비해 초기생장속도가 느리지만 갱신 후 15년 정도 지나면 흉고 직경이 10 cm에 도달하여 벌채 이용이 가능할 것으로 판단되었다. 4년생 때 그루터기당 맹아 본수를 조절하고 3년 경과 후 맹아목 평균 수고는 신갈나무의 경우 1본 3본 잔존구가 무처리구에 비해 1.3 m, 굴참나무의 경우 2본 잔존구가 0.9 m의 조절 효과가 나타났다. 맹아림의 임령과 무육방법에 따른 수고 및 직경생장 결과를 토대로 소경재 생산을 목표로 하는 참나무 맹아림 시업체계도를 작성하였다. 한편 생산기간을 단축하기 위해서는 맹아 무육이나 시비 처리 등의 시업관리가 필요한 것으로 판단되었다.
산불 발생 후 시간경과에 따른 표면유출수량의 변화과정 및 환경인자와의 관계를 비피해지와 비교분석한 결과 산불피해지가 비피해지에 비해 산불 발생 당해연도인 1996년도에는 1.72배, 산불발생 후 1년이 경과한 1997년도에는 1.44배, 5년이 경과한 2001년도에는 1.38배, 10년이 경과한 2006년도에는 1.16배 정도 많은 표면유출수량을 보여 산불발생 후 10년이 경과하면 산불피해지의 표면유출수량은 비피해지와 거의 같은 수준으로 회복이 이루어지는 것으로 조사되었다. 산불피해지 및 비피해지의 표면유출수량은 단위강우횟수, 누적강우횟수, 단위강우량 등 강우인자에 직접적인 영향을 받는 것으로 나타났다.
산불 발생 이후 대부분의 지역에서 소나무보다는 참나무류로 천연갱신되는 패턴을 보인다. 그러나 능선부나 암반지대 등 척박한 곳에서는 소나무가 일부 생존하며, 때에 따라서는 임분을 형성하기도 한다. 따라서 본 연구는 산불피해지에서 능선부를 중심으로 소나무의 생장과 개체수를 조사하여 산불피해지에서 소나무의 천연갱신에 관한 기초자료를 제공하고자 수행되었다. 산불피해지에서 소나무 개체수의 변화는 1회 지표화 피해지인 5번 조사구에서는 산불 발생 후 초기 5년간 증가하는 패턴을 보여주었다. 이는 지표화에 의해 하층식생이 제거되고 지표화 피해로부터 생존한 개체로부터 종자가 지속적으로 유입되었기 때문으로 판단된다. 2회 전소화 피해지인 1, 2, 3, 그리고 4번 조사구의 경우 산불 발생 5년 이후부터 소나무 치수의 발생이 증가하는 패턴을 보였는데 이는 능선 근처에 소나무 잔존목이 존재하지 않아 종자의 유입이 어려워 소나무의 이입이 더뎠으나 시간이 경과함에 따라 토양 환경이 안정되고 종자를 생산하는 개체가 늘어 소나무 치수의 이입이 증가했을 것으로 사료된다. 소나무 수고의 상대 생장율은 임분에 관계없이 시간 경과에 따라 급격히 감소하는 경향을 보여주었으며, 이는 모든 조사구에서 공통적으로 나타난 결과이다. 따라서 산불피해지에서 자연 복원된 소나무의 수고 상대 생장율은 산불의 발생빈도나 형태와는 무관한 것으로 판단된다. 따라서 향후 개체수와 수고 생장속도에 영향을 끼치는 토양의 성질과 유실량, 그리고 주변 임분에서 자라는 참나무류의 생장에 관한 조사가 추가적으로 이루어져야 할 것이며, 한편, 생존한 주변 소나무 임분의 유전학적 동정을 통해 소나무 치수의 이입에 관한 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
최근 기후변화에 따라 세계적으로 산불이 빈번해지고 피해 규모가 커지면서, 이에 따른 산림 생태계 파괴, 인명 및 재산 피해가 증가하고 있다. 위성기반 산불피해지수는 객관적이고 신속한 산불피해지 파악을 가능하게 하고, 북한과 같이 접근이 불가능한 지역에 대한 분석에 유용하다. 이 단보에서는 전통적으로 사용되어 온 Normalized Burn Ratio (NBR)를 비롯하여, 식생활력도를 나타내는 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), 그리고 최근에 개발된 Fire Burn Index (FBI)와 Forest Withering Index (FWI)를 이용하여 북한지역 산불피해지 탐지를 수행하고, 4가지 지수의 비교 평가를 통해 한반도 적용 방안을 모색하였다. 향후 중소형 산불에 대한 적용가능성 검토와 딥러닝 영상인식의 활용 등이 추가적으로 연구되어야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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