친환경 벌채(retention harvesting)에 따른 식물 및 토양, 곤충, 조류·포유류 군집의 초기 변화: 국내 두 가지 사례 연구

식생 조사에서 개체군별 중요치(IV)는 각 조사구에서 상대밀도(RD, 전체 개체수 중 해당 수종의 비율)와 상대피도(RC, 전체 피복 면적 대비 해당 수종의 점유 면적 비율)의 평균값으로 산출하였다. 종다양도의 경우 Shannon-Weaver(1949)의 지수(H’)를 산출하였다.

N_i는 i번째 종의 개체수, N은 전체 개체수, S는 종풍부도를 나타낸다.

종다양도지수의 변화량을 파악하기 위해 변동계수 CV(%)를 계산하였다(Abdi, 2010).

S는 표준편차, M은 평균을 나타낸다.

무인센서카메라 자료 분석에는 상대풍부도지수(Relative Abundance Index, RAI; O’Connell et al., 2011)를 사용하였다. RAI는 조사구별 총 관측 개체수(Number of independent detections)를 총 관측일(Toral camera trap days)로 나눈 후 100을 곱하여 산출하였으며, 100일 기준의 상대적 빈도를 나타낸다(Lamelas-López et al., 2020).

홍천 조사지의 식생은 주로 잣나무(Pinus koraiensis)림으로 구성되어 있으며, 대부분의 조사구에서 중요치(importance values)가 50% 이상을 차지하였다(Table 1). 신갈나무(Quercus mongolica)가 우점하는 조사구는 굴참나무(Quercus varialilis)와 혼생하였으며, 점차 침엽수림으로 확산되는 양상을 보였다. 벌채 이후 침엽수종의 중요치는 감소하였으나, 점차 침엽수림이 확산되는 양상을 보였다. 그러나 잔존구에서는 여전히 우점성을 유지하였다.

충주 조사지에서는 참나무류(Quercus spp.)가 우점하였으며, 산벚나무(Prunus sargentii), 아까시나무(Robinia pseudoacacia), 말채나무(Cornus walteri), 느티나무(Zelkova serrata), 신나무(Acer tataricum) 등이 함께 출현하였다. 벌채 이후에도 참나무류는 우점성을 유지하였으며, 일부는 그 우점도가 증가하였다.

벌채 후 홍천과 충주 두 조사지 모두에서 종다양도가 증가하는 경향을 보인다(Figure 3). 홍천 벌채구의 초기 종다양도 지수는 낮게 나타났으나(2022년: 1.10±0.08), 이후 조사에서 증가하였다(2023년: 1.31±0.13, 2024년: 1.28±0.09). 홍천 벌채구의 종다양도의 변동계수 CV(%)는 9.07%로 나타났다. 잔존구의 경우 2023년 종다양도는 낮게 나타났으나(2023년: 0.29±0.31), 1년 후 종다양도는 증가하였다(2024년: 1.18±0.08). 홍천 잔존구의 종다양도의 변동계수 CV(%)는 86.01%로 나타났다. 충주 벌채구의 초기 종다양도 지수는 낮게 나타났으나(2022년: 0.73±0.19), 이후 조사에서 증가하였다(2023년: 0.90±0.23, 2024년 1.05±0.16). 충주 벌채구의 종다양도의 변동계수 CV(%)는 17.86%로 나타났다. 충주 잔존구의 경우 2023년 종다양도는 낮게 나타났으나(2023년: 0.79±0.26), 2년 후 종다양도는 증가하였다(2024년: 0.88±0.08). 충주 잔존구의 경우 CV(%)는 7.15%로 나타났다. 두 조사구 모두에서 종다양도가 지속적으로 증가하는 경향이 관찰되었다([Figure 3(b)]). 그러나 잔존구와 벌채 영향 구역의 종다양도 변화는 벌채구와 홍천 조사지에 비해 상대적으로 낮게 나타났다.

Figure 3. Species diversity (Shannon-Weaver Index) changes in vegetation after retention harvesting for the a) Hongcheon and b) Chungju site.

Download Original Figure

홍천 조사지에서는 토양 유기물 함량, 유효인산, 토양 pH가 증가하는 경향을 보였다(Figure 4). 반면 충주 조사지에서는 질소 함량이 벌채 2년 후 회복하여 벌채 이전 수준과 유사한 수준에 도달하는 것으로 나타났다. 두 조사지 모두에서 CEC는 감소하는 경향을 보였으며, 토양 pH는 벌채 이후 점진적인 증가하는 경향을 나타냈다.

Figure 4. Temporal changes in soil chemical properties of study sites, including a) organic matter contents (%), b) total N (%), c) available phosphorus (P2O5), d) cation exchange capacity (CEC; mol+/kg), and e) soil pH.

Download Original Figure

홍천 조사지에서는 2022년 10목 56과 93종, 2023년 12목 67과 157종, 2024년 11목 71과 190종이 관찰되었다. 친환경 벌채 후 2024년 기준 2022년도에 비해 1목 15과 97종, 2023년도에 비해 4과 33종이 증가하였다(Table 2).

충주 조사지에서는 2022년 11목 43과 100종, 2023년 6목 42과 101종, 2024년 9목 70과 249종이 관찰되었다. 친환경 벌채 후 2024년 기준 2022년도에 비해 27과 149종, 2023년도에 비해 28과 148종이 증가하였다(Table 2).

홍천과 충주 두 조사지 모두에서 2024년에 곤충 종다양도가 벌채 이전 및 전년도에 비해 증가하는 경향을 보였다(Figure 5). 홍천 벌채구의 초기 종다양도 지수는 낮게 나타났으나(2022년: 2.04), 이후 조사에서 증가하였다(2023년: 3.47, 2024년 2.98). 홍천 벌채구의 변동계수 CV(%)는 25.61로 나타났다. 잔존구의 경우 2022년 종다양도는 낮게 나타났으나(2022년: 1.61), 벌채 후 종다양도는 증가하였다(2023년: 3.10, 2024년: 2.98). 홍천 잔존구의 변동계수 CV(%)는 32.30로 나타났다. 홍천 대조구의 경우 종다양도 지수는 2022년에 비해 2023년이 소폭 감소하였으며(2022년: 2.76, 2023년: 2.45), 2024년에 증가하였다(2024년: 3.28). 홍천 잔존구의 변동계수 CV(%)는 14.87로 나타났다. 충주 벌채구의 초기 종다양도 지수는 낮게 나타났으나(2022년: 2.75), 이후 조사에서 증가하였다(2023년: 2.54, 2024년: 3.38). 충주 벌채구의 변동계수 CV(%)는 15.21로 나타났다. 잔존구의 경우 2022년 종다양도는 낮게 나타났으나(2022년: 1.67), 벌채 후 증가하였다(2023년: 2.24, 2024년: 3.47). 충주 잔존구의 변동계수 CV(%)는 37.24로 나타났다. 충주 대조구의 경우 2022년 이후 2년간 감소하였다(2022년: 3.28, 2023년: 2.51, 2024년: 2.68). 충주 대조구의 변동계수 CV(%)는 14.31로 나타났다. 조사구 모두에서 종다양도가 지속적으로 증가하는 경향이 관찰되었다([Figure 3(b)]).

Figure 5. Species diversity (Shannon-Weaver Index) changes in forest insect species after retention harvesting for the a) Hongcheon and b) Chungju site.

Download Original Figure

홍천 조사지에서 6과 4목 8종이 관찰되었으며, 대조구에서는 6과 4목 7종의 흔적이 발견되었다. 대조구는 조사지에 비해 종의 흔적이 적게 나타났다. 충주 조사지에서는 조사지에서 6과 3목 7종이 관찰되었고, 대조구에서는 4과 2목 6종의 흔적이 확인되었다. 특히 두 대상지 모두에서 멸종위기 야생동물 II급인 삵(Prionailurus bengalensis)과 담비(Martes flavigula)가 발견되었다.

홍천 조사지에서 무인센서카메라에 의해 기록된 종은 벌채구에서 4목 7과 8종, 잔존구에서는 4목 8과 12종, 대조구에서는 5목 10과 14종이었다(Table 3). 다람쥐(Eutamias sibiricus), 등줄쥐(Apodemus agrarius), 청설모(Sciurus vulgaris), 오소리(Meles leucurus), 너구리(Nyctereutes procyonoides), 삵은 잔존구에서 벌채구와 대조구보다 더 자주 관찰되었다. 충주 조사지에서 무인센서카메라에 의해 기록된 종은 벌채구에서 4목 6과 7종, 잔존구에서는 3목 7과 9종, 대조구에서는 4목 9과 13종이었다(Table 3). 충주 조사지에서는 무인센서카메라 자료 분석 결과, 관찰된 종수와 개체수가 시간에 지남에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 벌채구와 잔존구보다 대조구에서 더 많은 종과 개체가 기록되었다.

홍천 2022-2024년 조류 조사 결과 조사지에서 총 7목 24과 40속 52종 573개체, 대조구에서 총 7목 24과 40속 52종 220개체가 기록되었다. 충주 2022-2024년 조류 조사 결과 조사지에서 총 8목 24과 32속 39종 275개체, 대조구에서 총 8목 24과 32속 39종 241개체가 관찰되었다. 조사 결과, 두 조사지 모두 박새과(Paridae)를 포함하여 붉은머리오목눈이(Paradoxornis webbianus), 노랑턱멧새(Emberiza elegans) 등이 주요 조류 종으로 확인되었다. 충주 연구지에서는 멸종위기 야생동물 II급인 독수리(Aegypius monachus), 새매(Accipiter nisus)가 관찰되었으며, 홍천 연구지에서도 새매가 기록되었다. 벌채 이후 연구 대상지에서는 출현 종수와 개체수가 모두 증가하였다(Figure 6). 대조구에서는 출현 개체수는 증가한 반면, 출현 종수는 감소하는 경향을 보였다.

Figure 6. Species diversity (Shannon-Weaver Index) changes in bird species after retention harvesting for the a) Hongcheon and b) Chungju site.

Download Original Figure

산림 식생의 경우 친환경 벌채 이후 벌채구의 종다양도는 증가하는 경향을 보였으며, 이는 이질적이고 복잡한 환경이나 국지적 교란이 종다양도를 증가시킬 수 있다는 선행연구와 일치하였다(Barbour et al., 1980; Krebs, 1985; Kim et al., 2021). 벌채 후 수관량 증가로 토양 내 종자 발아가 촉진되어 종다양도가 증가한 것으로 나타났다(Lishawa et al., 2015). 또한, 하층부 광환경 개선은 초본 및 관목류의 번성을 촉진하여 종다양도 증가에 기여하였다(Zhang et al., 2023). 더불어, 벌채 후 조림 행동으로 인해 새로운 식재목 수가 일시적으로 증가하면서 종다양도가 높아졌다. 그러나 벌채 직후 며느리배꼽(Persicaria perfoliata), 환삼덩굴(Humulus japonicus)과 같은 덩굴식물 및 미국자리공(Phytolacca americana)과 같은 침입외래종의 점유 또한 종다양도 증가에 기여한 것으로 나타났다.

잔존구의 종다양도 증가는 가장자리 효과(edge effect)에 기인한 것으로 잔존구 주변부의 광환경이 개선되면서 하층식생의 번성이 촉진된 결과로 판단된다(Li et al., 2018). 그러나 잔존구의 변화 폭은 벌채구에 비해 상대적으로 낮았다. 이는 잔존구의 임분 구조가 그대로 유지되어 환경 변화가 제한적이었기 때문으로 해석된다(Nelson and Halpern, 2005). 보존된 임분 구조는 잔존구 내에서 천이 초기종의 확산을 저지하는 저항성 유지의 주요 요인으로 작용하는 것으로 보인다(Nelson and Halpern, 2005; Zenner et al., 2006).

산림 벌채 후 토양은 일시적인 유기물 손실을 겪으며, 이는 단기적으로 토양 환경을 변화시키고 장기적으로 토양 생산성에 영향을 미친다고 알려져 있다(Alban et al., 1978; Mann et al., 1988; Johnson et al., 1997). 특히 벌채로 인한 질소, 칼륨(K), 칼슘(Ca)과 같은 원소에서 영양분 손실이 크게 나타난 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서 관찰된 결과는 산림 관리자가 벌채 시 신중을 기해야 함을 시사한다.

CEC의 감소는 벌채 후 강우가 토양으로 유입되면서 용탈이 증가한 데 기인한 것으로 판단된다(Chen and Xu, 2005). 이러한 용탈 증가는 토양 pH의 증가를 유발할 수 있는데, Park(1995)은 벌채 후 토양 상부 50 cm 층에서 토양 pH가 상승하였으며, 이는 양이온 손실에 따른 결과라고 보고하였다. 그러나 Park(1995)은 벌채 2년 후에는 토양의 화학적 특성에서 유의한 변화가 없었으며, 6년 후에는 질소-질산태 농도가 벌채 이전 수준으로 회복되었다고 하였다. Lebo and Herrmann(1998)도 유사한 결과를 제시하였으며, 질소 용탈은 벌채 후 2-3년 내에 벌채 이전 수준으로 회복되었다고 보고하였다.

토양 pH의 경우, 벌채 이후 증가하는 것으로 나타났다. 이는 벌채 이후 수목에 의해 공급되는 수소이온이 감소하고, 무기토양으로부터 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)과 같은 2가 양이온의 증가에 기인하는 것으로 해석된다(Farahnak et al., 2022). 또한, 유효인산은 벌채 후 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 벌채로 인한 유기물 분해의 일시적 증가에 기인하는 것으로 해석된다(Noh et al., 2023).

본 연구 결과는 소규모 벌채 및 친환경 벌채와 같은 경우 토양에 미치는 영향이 제한적임을 시사한다. 그러나 벌목 기계의 운행에 따른 경운이나 압밀과 같은 토양 교란은 여전히 발생할 수 있다. 토양은 시간이 경과함에 따라 안정화될 것으로 예상되지만, 추가적인 변화가 나타날 가능성도 있으며, 침엽수 조림지와 활엽수 조림지 간의 토양 발달 양상은 차이를 보일 수 있으므로 지속적인 모니터링이 필요하다.

산림 벌채는 식생 구조, 국지적 일조 조건, 미세기후를 변화시켜 곤충 군집의 구성과 다양성에 큰 영향을 미칠 수 있다(Summerville and Crist, 2002). 벌채 이후 산림 하층의 광환경 개선으로 인한 초본 및 천이 초기종의 번성은 다양한 곤충 종을 유입시켜 단기적으로 종다양도를 증가시킬 수 있다(Swanson et al., 2011). 특히 본 연구에서 나방류의 채집 개체수가 증가한 것은 비행 장애 요소의 제거에 기인한 것으로 해석된다. 또한, 벌채로 인해 형성된 서식지 자원(예: 초지의 확장, 그루터기 및 벌채 잔재물의 증가)은 딱정벌레목(Coleoptera)과 노린재목(Hemiptera)의 종수를 증가시키는 요인으로 작용하였다.

일반적인 개벌과 달리, 본 연구에서 적용된 친환경 벌채는 성숙 임분 구조를 보전하여 성숙 산림에 의존하는 종의 감소 우려를 완화하는 효과가 있었다. 본 연구 결과는 조사구의 곤충 군집이 다양한 종으로 구성되어 있으며, 벌채 이후 회복 과정을 거치고 있음을 시사한다. 그러나 친환경 벌채가 생태계 과정을 모방하려는 목적에도 불구하고, 비벌채 임분과 비교할 때 수관 지배 양상이 변화하는 것으로 보고된 바 있다(Swanson et al., 2011). 비록 본 연구에서는 다루지 않았지만, 벌목 기계로 인한 토양 교란은 지표성 곤충의 서식지를 저하시키며 부정적인 영향을 미칠 수 있다(Menta and Remelli, 2020). 따라서 산림 관리자는 회복 과정이 산림 유형, 기후 변화, 관리 이력 및 체계 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있음을 고려해야 한다. 부정적 영향을 완화하고, 벌채 이전 상태로의 회복을 보장하며, 생물다양성을 유지하기 위해서는 장기적인 모니터링이 필수적이다.

무인센서카메라 조사 결과 전반적으로 대조구에서의 포유류 RAI가 조사지보다 높게 나타났는데, 이는 벌채 1년 후(2023년)까지 서식지가 완전히 회복되지 않았음을 시사한다. 대조구의 서식지는 상대적으로 안정적이며 은폐 구조가 풍부하여 대부분의 포유류 종에서 높은 출현 빈도를 보인 것으로 판단된다. 그러나 충주 지역 노루의 경우는 벌채구에서 잔존구와 대조구에 비해 RAI가 높게 나타났다. 이는 벌채 이후 새롭게 형성된 초본류와 같은 먹이 자원 증가와 개방된 환경이 일부 종에게 더 적합한 서식 조건을 제공하여, 벌채구에서 활동 빈도가 높아진 결과로 해석된다(Augustine and McNaughton, 1998).

조사지에서 관찰된 조류 종수의 증가는 벌채 후 서식지의 회복이 진행되면서 다양한 조류 종의 서식지 이용이 점차 확대된 데 기인한 것으로 판단된다. 그러나 벌채 작업이 진행 중이던 2022년 여름과 가을에는 조류 활동이 일시적으로 감소했을 가능성도 있다. 일부 조류가 활동을 줄이거나 대체 서식지로 이동한 경우, 벌채지에서의 관찰 개체수는 일시적으로 감소할 수 있다. 반면, 본 연구 결과에서 대조구의 서식지가 비교적 안정적임에도 불구하고 조류 다양성이 감소하는 경향을 보였다. 이는 뚜렷한 환경 변화가 없는 상태에서 일부 특정 종의 개체수 증가에 기인한 종다양도 감소로 해석된다. 또한 벌채 작업 과정에서 일부 조류 종이 대조구로 이동함에 따라, 대조구에서 상대적으로 더 많은 종이 관찰되었을 가능성도 있다.