Vertical biomass boundaries: Effects of stump exclusion on aboveground biomass comparability and implications for forest-carbon accounting in Nepal

기술 요약: 네팔의 수직적 바이오매스 경계 및 그루터기 제외 문제

문제 제기
지상부 바이오매스(AGB) 추정은 산림 탄소 계량의 기본이지만, 모델 선택과 예측 변수뿐만 아니라 바이오매스 영역 자체의 일관되지 않은 정의로 인해 상당한 불확실성이 발생한다. 네팔에서 새롭게 개발된 산림연구훈련센터(FRTC)의 국가 알로메트리(allometric) 방정식은 30cm 그루터기 상단의 바이오매스만을 AGB로 정의하며, 기초부 0~30cm 구간을 명시적으로 제외한다. 이러한 경계는 운영 체적 추정 프레임워크와는 일치하지만, 지면 높이부터 포함하는 국제 표준(예: FAO 정의) 및 범열대 모델(예: Chave et al., 2014)과 비교할 때 수직적 불일치를 야기한다. 제외된 그루터기 바이오매스의 규모, 나무 크기 및 종에 따른 의존성, 그리고 이것이 AGB 추정치의 비교 가능성에 미치는 구체적인 영향은 아직 정량화되지 않았다. 본 연구는 "그루터기 제외" 방식과 "지면 높이" AGB 정의 사이의 간극을 다룸으로써, 경계 불일치가 탄소 계량에서 별도의 불일치 원인이 되는지를 규명하고자 한다.

연구 방법론
본 연구는 네팔의 주요 상업적 수종 7종(Alnus nepalensis, Castanopsis spp., Lagerstroemia parviflora, Pinus roxburghii, Schima wallichii, Shorea robusta, 및 Terminalia alata)을 대표하는 476그루의 나무에 대한 파괴적 샘플링 데이터를 활용하였다. 데이터셋은 그루터기 제외 AGB(FRTC 모델 보정용)와 별도로 측정된 30cm 그루터기 바이오매스를 모두 제공한다.

1. 바이오매스 재구성: 측정된 그루터기 바이오매스를 보고된 그루터기 제외 AGB에 더함으로써 지면 높이의 AGB를 재구성하였다.
2. 크기 및 종 의존성: 나무 크기(DBH)와 그루터기 비율 사이의 관계가 종 전반에 걸쳐 공통적인지 혹은 종 특이적인지를 결정하기 위해 스피어먼 서열 상관계수(Spearman's rank correlations)와 일반 가법 모델(GAMs)을 사용하여 그루터기의 지면 AGB 대비 비중을 분석하였다. 세 가지 GAM 공식을 테스트하여 DBH와 그루터기 비율 간의 관계를 검증하였다.
3. 비교 가능성 평가: 목재 밀도 데이터가 있는 328그루의 하위 집합에 대해, 범열대 Chave et al. (2014) 방정식을 사용하여 AGB를 예측하였다. 본 연구는 (a) 원래의 그루터기 제외 경계와 (b) 재구성된 지면 높이 경계라는 두 가지 조건 하에서 Chave 예측 AGB와 파괴적 측정 AGB 사이의 일치도를 비교하였다. Chave의 입력 변수(DBH, 수고, 목재 밀도)는 일정하게 유지하였으며, 오직 참조 바이오매스 정의만을 변경하였다.
4. 통계적 지표: 일치도는 평균 제곱 편차(RMSD), Lin의 일치도 상관계수(CCC), 그리고 예측값과 측정값 사이의 백분율 차이 감소율을 사용하여 평가하였다.

주요 결과

• 그루터기 기여도: 30cm 그루터기는 지면 높이 AGB에서 작지만 무시할 수 없는 부분(평균 3.61%, 중앙값 3.09%, 범위 1.34–11.5%)을 차지했다. 모든 나무를 통합했을 때, 그루터기는 총 바이오매스의 2.57%를 차지했다.
• 크기 의존성: 나무 크기(DBH)와 그루터기 비율 기여도 사이에 강한 음의 상관관계가 나타났다(Spearman's $\rho = -0.766$). 그루터기는 작은 나무에서 더 큰 비율의 바이오매스를 차지했으며, DBH가 증가함에 따라 유의하게 감소했다. 이 패턴은 7개 수종 모두에서 확인되었다($\rho$ 범위: -0.667 ~ -0.850).
• 종 간 변이: 종 특이적 비선형 관계가 그루터기 기여도의 편차 중 약 **75%**를 설명했다. 평균 비율은 종에 따라 3.14%(S. robusta)에서 4.39%(S. wallichii)까지 다양했다.
• 비교 가능성에 미치는 영향: 바이오매스 경계를 지면 높이로 통일함으로써, Chave 예측값과 측정값 사이의 평균 차이가 20.1%에서 15.7%로 감소했다(4.39%포인트 감소).
  • RMSD는 581.0에서 536.0 kg tree⁻¹로 감소했다(7.74% 감소).
  • 일치도 상관계수(CCC)는 0.963에서 0.969로 개선되었다.
  • 이러한 개선은 평가된 5개 수종 모두에서 일관되게 나타났으며, 작은 나무에서 더 두드러졌다.

핵심 기여

• 경계 효과의 정량화: 본 연구는 고정된 물리적 경계(30cm)가 고정된 비율의 바이오매스 차이를 생성하지 않는다는 실증적 근거를 제공한다. 대신, 그루터기 바이오매스 제외는 크기와 종에 따라 달라지는 변수임을 입증했다.
• 정의적 오류의 격리: Chave 예측값은 고정하고 측정된 참조값만을 변경함으로써, 본 연구는 "정의적 불일치"를 다른 불확실성(예: 모델 구조, 목재 밀도, 수고)으로부터 분리해 냈다. 이는 국가 모델과 범열대 모델 사이의 겉보기 불일치 중 일부가 순수하게 서로 다른 바이오매스 경계에서 기인한 인위적 결과임을 보여준다.
• 방법론적 프레임워크: 본 연구는 보편적인 보정 계수를 가정하지 않고도 지면 높이 AGB를 재구성할 수 있는 프로토콜을 수립하여, 직접적인 비교를 가능하게 한다.

의의 및 주장
저자들은 서로 다른 알로메트리 시스템으로부터 얻은 추정치를 비교하거나 통합하기 전에 반드시 바이오매스 경계를 명시적으로 정의하고 통일해야 한다고 주장한다. 본 연구는 FRTC의 그루터기 제외 정의가 본질적으로 오류가 있는 것은 아니며 특정 바이오매스 영역을 추정하는 것이지만, 이를 지면 높이 AGB와 동일하게 취급하는 것은 체계적인 편향을 초래한다고 주장한다.

본 논문은 경계 조율이 FRTC 방식과 Chave 방식 사이의 일치도를 높이기는 하지만, 한 모델이 다른 모델보다 우월함을 입증하는 것은 아니라고 겸허히 결론짓는다. 남은 차이(약 15.7%)는 모델 구조, 보정 데이터, 예측 변수의 불확실성 등 다른 요인들을 반영할 가능성이 높다. 결정적으로, 저자들은 평균 그루터기 기여도(3.61%)를 국가 탄소 축량 계산을 위한 보편적 보정 계수로 적용하는 것에 대해 주의를 당부하며, 그 효과는 크기에 의존적이며 특정 산림의 직경 구조와 종 구성에 따라 달라질 것이라고 강조한다. 본 연구는 이러한 개별 나무 수준의 차이가 네팔의 임반(stand) 및 국가 규모의 탄소 추정치에 실질적인 영향을 미치는지 판단하기 위해 대표적인 산림 조사 데이터를 사용한 추가 평가를 촉구한다.