산림복원 초기 탄소저장량 추정 개선을 위한 물오리나무(Alnus hirsuta) 어린나무 바이오매스 전환·확장계수 개발

임수빈*, 박기형

(국립산림과학원 산림생태연구과)

Development of Biomass Conversion and Expansion Factor for Improving Carbon Stock Estimation of Alnus hirsuta Saplings in Early-Stage Forest Restoration Areas

Subin Im*, Ki-Hyung Park

(Division of Forest Ecology, National Institute of Forest Science)

요약: 산림복원은 신규 탄소흡수원으로 주목받고 있으나 초기 단계는 대부분 어린나무(흉고직경 6 cm 미만)가 우점하고, 개체 간 생장 차이로 인해 탄소저장량 추정 불확실성이 크게 증가한다. 탄소저장량 추정은 상대생장식, 탄소배출계수를 이용하는 방법이 있다. 본 연구에서는 산림복원지 내 물오리나무(Alnus hirsuta) 어린나무 27개체를 대상으로, 흉고직경(DBH), 근원경(RCD), 수고(H)를 이용해 지상부·지하부·전체 바이오매스 상대생장식을 개발하고, IPCC 탄소배출계수 중 목재밀도(WD)와 바이오매스 확장계수(BEF)를 결합한 바이오매스 전환·확장계수(BCEF), 수고 대비 근원경 비율(H/RCD)을 이용한 크기 의존형 BCEF 모델을 개발하였다. 상대생장식으로 추정된 지상부 바이오매스를 기준으로, 고정형 BCEF와 크기 의존형 BCEF를 적용하여 구간별 편향(bias)과 바이오매스 추정오차(RMSE)를 비교하였다. 연구 결과, 개발된 상대생장식에서 근원경(RCD)이 가장 적합한 예측 변수로 확인되었으며, 결정계수(R²)는 0.88–0.93 범위로 나타났다. 고정형 BCEF는 높은 H/RCD 구간에서 높은 편향(15.8%)을 보인 반면, 크기 의존형 BCEF는 동일 구간에서 편향이 1.13%로 크게 감소하였다. 낮은 H/RCD 구간에서는 크기 의존형 BCEF가 고정형 BCEF보다 높은 편향을 보였다. 바이오매스 추정오차는 크기 의존형 BCEF가 고정형 BCEF 대비 약 32.1% 개선된 것으로 나타났다. 본 연구는 상대생장식 기반의 바이오매스 추정과 계수 기반 탄소 산정 방법을 연결함으로써, 산림복원 초기 구조적 이질성이 큰 현장 조건을 반영한 탄소저장량 추정 정확도를 향상시킬 수 있음을 보여준다.

Abstract: Forest restoration has gained attention as a potential carbon sink; however, carbon stock estimation during early restoration stages remains highly uncertain due to the dominance of young trees(DBH < 6 cm) and large inter-individual growth variability. Carbon stocks are commonly estimated using biomass allometric equations or carbon emission factor-based approaches. While allometric equations explicitly account for tree size and structure, emission factor approaches rely on fixed coefficients and may fail to adequately represent structural heterogeneity in early-stage stands. In this study, we developed allometric equations for aboveground, belowground, and total biomass using diameter at breast height(DBH), root collar diameter(RCD), and tree height(H) based on 27 Alnus hirsuta saplings in a forest restoration area. A biomass conversion and expansion factor(BCEF) was derived by combining wood density(WD) and the biomass expansion factor(BEF) within the IPCC framework, and a size-dependent BCEF incorporating the height-to–root collar diameter ratio(H/RCD) was further developed. Using allometric estimates of aboveground biomass as a reference, bias and root mean square error(RMSE) were compared between fixed and size-dependent BCEFs across three H/RCD classes. RCD was the most robust predictor(R² = 0.88–0.93). The size-dependent BCEF substantially reduced bias in high H/RCD classes(1.13% vs. 15.8%) and improved overall biomass estimation accuracy by 32.1%. These results demonstrate that incorporating structural information into emission factor–based approaches can improve carbon stock estimation during early stage of forest restoration.

Keywords: Allometric equation, Biomass, Carbon storage, Degraded land, Young tree

사사: 본 연구는 국립산림과학원 「산림훼손지 복원을 통한 탄소저장·흡수량 추정 연구」(FE0100-2022-01-2026)의 지원으로 수행되었음.