서 론

낙엽 등의 산림부산물은 토양 내 유기물 및 다양한 양분을 제공해 주는 등 산림생태계에서 중요한 역할을 한다(Clark et al. 2001). 따라서 산림 생태계의 물질순환 을 이해하기 위해 낙엽량에 대한 정량적 측정 연구는 열대, 온대 및 한대(Hughes and Fahey 1994; Gower et al. 2001; Clark et al. 2008) 산림에 걸쳐 빈번하게 이루어지 고 있다. 이런 다양한 연구를 통해 낙엽량은 임분 상태 나 환경 인자에 따라 상당한 차이가 있음이 관찰되었으 나 (Hughes and Fahey 1994; Berg and Laskowski 2005; Starr et al. 2005; Yanai et al. 2012), 상대적으로 낙엽량의 샘플링 방법에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다 (Proctor 1983; Finotti 2003).

정확한 낙엽량을 측정하기 위해서는 표본크기, 즉 트 랩수를 증가시키면 되지만, 이를 위한 조사 인력과 시간, 비용 역시 고려해야 한다. 일부 연구에서는 낙엽량 측정 을 위해 이중 추출(double-sampling)을 통해 트랩수 감 소를 시도해 보거나(Dellenbaugh et al. 2007) 변동계 (coef- ficient of variation)를 계산하여 현재 트랩수가 충분한지 간단히 평가(Finotti 2003)하는 등의 노력들이 있었다. 하 지만, 실제 대부분의 조사지에서는 임분의 상태나 기후 등과 관계없이, 단지 조사구의 크기에 따라 트랩수나 트 랩 크기 정도만을 고려한 실험설계를 하고 있다.

본 연구의 목적은 미국 북동부 활엽수림을 대상으로 수년간 걸친 낙엽량 측정에 적절한 표본수를 알아보는 것이었다. 또한 낙엽 수집을 위해 필요한 트랩수가 임분 의 임령, 지형 및 연도별로 차이가 있는지 분석하여 추 후 낙엽량 측정 시 필요한 트랩수 결정에 도움을 주고 자 하였다.

재료 및 방법

1.조사지

본 연구는 미국 북동부 뉴햄프셔주 화이트마운틴에 위치한 활엽수림을 대상으로 실시되었다. 조사지는 연령 대별 차이를 알아보기 위해 조성되었으며 개벌 이후 천 연갱신되어 2003년 당시 15~129년의 임분 연령을 나 타내었다. 본 연구에 이용된 13개의 임분은 모두 비슷한 기후(1월 평균기온 -9°C와 7월 평균기온 18°C, 연평균 강수량 1,270 mm의 습윤대륙성)와 토양 (스포도솔, Spodosols)을 가지고 있으며 임분의 특성은 Table 1에 요약되어 있다. 흉고단면적은 2 cm 이상의 모든 수목의 흉고직경을 측정하여 산정하였다.

2.낙엽량 조사 및 분석

낙엽량 조사를 위해 1993년 8월 각 임분(0.25~0.5 ha) 내 15개의 사각형 트랩(가로세로 각 0.38 m, 면적 0.146 m2, 높이는 지면에서 약 0.35 m)을 설치하였다. 본 연구에 사용된 트랩은 북미 낙엽활엽수림 지역에서 주 로 사용되는 트랩의 모양과 면적, 설치 높이에 따라 설 치하였다. 낙엽은 1994~1996, 2003~2004의 5년 동안 매년 8월과 낙엽이 모두 떨어진 11월 두 차례에 걸쳐 수집되었다. 낙엽 수집 시 트랩 내 떨어진 가지나 열매, 종자는 제거하였다. 수집된 낙엽은 지퍼백에 넣어 실험 실로 운반한 후 60°C 건조기에서 3일 이상 건조 후 무 게를 측정하였다.

3.최소 필요 표본수

본 연구에서 매년 임분별 필요한 최소 표본수를 산정 하기 위해 Petersen and Calvin (1986) 식을 이용하였다.

최소 필요 표본수(n)=t²_as²/D²

ta는 스튜던트 t 통계량이고 a는 신뢰 수준, s는 낙엽량 의 표준편차, 그리고 D는 명시된 오차범위 (specified confidence interval)이다. 명시된 오차범위란 표본평균 내 허용가능한 오차범위를 의미한다. 본 연구에서는 95% 신뢰수준에서 명시된 오차범위를 각 10%, 20%를 사용 하여 최소 필요 표본수를 계산하였다.

4.통계 분석

낙엽량의 임분별 차이를 알아보기 위해 연도별 반복 측정 분산분석 (repeated measurement ANOVA)을, 연도 별 차이를 알아보기 위해 임분별 반복측정 분산분석을 시행하였다. 또한 임분별 차이에 영향을 주는 요인을 분 석하기 위해 임분의 최소 필요 표본수와 임령, 낙엽량, 해발고도, 경사도와의 상관관계를 분석하였으며, 역시 연 도별 차이에 영향을 주는 요인을 분석하기 위해 임분의 최소 필요 표본수와 낙엽량의 상관관계를 분석하였다. 모든 통계분석은 유의성 α=0.05 수준에서 SAS를 이용 하였다(SAS Institute Inc., 2009).

결과 및 고찰

임분별 최소 필요 표본수는 오차범위 10%에서는 1993 ~1994년 약 절반인 6개의 임분에서 현재 15개의 트랩 수보다 더 많은 트랩이 필요한 것으로 나타났으며, 오차 범위 20%에서는 대부분 필요한 트랩수가 10개 이하로 나타났다(Fig. 1). 본 연구에서 오차범위 10%일 경우, 일 반적으로 1 ha 미만의 한 임분에서는 10~30개의 트랩수 가 낙엽∙낙지량 측정에 적적하다는 연구결과 (Proctor 1983; Stocker et al. 1995)와 크게 다르지 않았으나, 현재 의 15개 트랩수가 특정 연도에서는 부족할 수 있다는 것으로 사료된다. 반면, 오차범위 20%에서는 현재의 15 개 트랩수는 필요 이상으로 많음을 알 수 있었다.

임분별 최소 필요 표본수는 반복측정 분산분석 결과 M3와 M5에서 높게 나타났다(p⁄0.01) (Fig. 1). 상관관 계 분석 결과, 임분별 최소 필요 표본수는 해발고도가 높고 (r=0.67, p=0.01) 경사도가 급할수록 (r=0.64, p= 0.01) 더 높게 나타났으며, 임령이나 낙엽량과는 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 최소 필요 표본수가 해발고 도 및 경사도와 양의 상관관계를 나타내었으나, 상관관 계가 지수함수 그래프와 유사하며 특히 M3, M5의 두 임분이 상관관계에 큰 영향을 준 것으로 관찰되었다 (Fig. 2). 즉, 두 임분을 제거한 이후 11개의 임분을 대상 으로 상관관계를 재분석한 결과 더 이상 상관관계를 보 이지 않았으며, 이를 통해 해발고도와 경사도는 일정 수 준 이상일 경우에만 최소 필요 표본수에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 이렇게 해발고도가 높고 경사 도가 급한 임분에서 더 많은 표본의 변동이 있는 것은 측정오류(measurement error)가 커질 수 있기 때문으로 사료된다. 예를들면, 트랩 설치 시 지면과 트랩의 경사도 에 차이가 날 수 있는 확률이 높아져 측정값에 더 큰 변이가 있을 수 있는 것 등이다.

연도별 최소 필요 표본수는 차이가 있었는데(p=0.02), 이는 1994년 필요한 트랩수가 1995년과 2003년에 비해 약 3배의 트랩수가 필요한 등 통계적으로 유의하게 많 았기 때문이었다. 온대 낙엽활엽수림에서 연도별 낙엽량 의 차이는 가뭄이나 태풍 등 기후적 요인에 의해 차이 가 있음이 보고되었으나(Huges and Fahey 1994; Newman et al. 2006), 본 연구에서는 연도별 필요 트랩수의 차이 는 연도별 낙엽량의 차이와 상관관계가 없었으며(p= 0.34), 특정 연도의 기후적 요인에도 영향받지 않은 것 으로 보였다. 따라서, 본 조사지의 연도별 최소 필요 표 본수의 차이는 임분의 특성, 기후, 지형, 낙엽량의 차이가 아닌 측정오류로 설명될 수 있다. 1994년의 트랩은 타 연도에 비해 평균 8% 트랩이 손실되는 등 가장 적은 트 랩수가 필요 표본수 산정에 이용된 점과 1994년 낙엽 수집 시의 측정자에 의한 오류 등이 1994년의 높은 필 요 표본수에 영향을 미친 것으로 사료된다. 따라서 필요 한 표본수를 계산하기 위해서는 본 연구에서와 같이 다 년간에 걸친 조사가 필요함을 알 수 있었다.

적 요

본 연구에서는 미국 뉴햄프셔주 13개 임분의 낙엽활 엽수림에서 5년간(1994~1996, 2003~2004) 낙엽량 측 정을 위한 최소 필요 표본수를 알아보았다. 임분별 최소 필요 표본수는 오차범위 10%에서는 현재의 15개 트랩 수와 비슷했으나, 1994년과 1995년은 타 년도에 비해 약 2배인 30개의 트랩수가 필요하였다. 오차범위 20%에 서는 5년간 13개 모든 임분에서 필요한 트랩수는 10개 미만으로 나타났다. 임분별로 최소 필요 표본수는 차이 가 있었는데 특히 경사가 급하고 해발고도가 높은 임분 에서 더 많은 트랩이 설치되어야 하며, 임분 연령이나 낙엽량과는 관계가 없음이 나타났다. 결론적으로 낙엽량 측정을 위한 최소 필요 표본수를 산정할 경우, 본 연구 에서와 같이 다년간의 샘플링이 필요하며, 임분의 지형 적 특성 역시 고려해야 함을 알 수 있었다.