서 론
전 세계적으로, 산불, 산사태, 목재수확작업에 의해 파괴･훼손된 산림을 복원하는데 높은 비용이 소요되며, 이는 지속가능한 산림 관리를 하는데 있어 큰 장애요인으로 작용한다(Crouzeilles et al., 2020). 이러한 이유에서 독일, 폴란드, 스위스 등 유럽지역과 미국에서는 산림조성 비용 절감과 기후변화에 대응하기 위한 산림관리를 위해 천연갱신(natural forest regeneration) 기술을 도입･개발하여 활용하고 있다(Chung et al., 2021; Dumroese et al., 2019; Kaliszewski, 2017; Min et al., 2017). 천연갱신은 모수의 종자가 자연적으로 퍼져나가거나 맹아가 발생되어 산림이 조성되는 기술로 정의할 수 있으며, 지역의 환경에 잘 적응된 수종으로 건전한 산림을 조성할 수 있고, 인공조림에 비하여 갱신(regeneration) 비용을 절감할 수 있다는 측면에서 더욱 주목받고 있다(Crouzeilles et al., 2020; Kaliszewski, 2017; Na et al., 2010; Park and Jeon, 2010). Kaliszewski(2017)는 인공조림과 천연갱신 후 6년간 풀베기(weeding), 보식작업(supplementary planting), 무육간벌(precommercial thinning) 과정의 총 작업 비용을 비교 분석하였으며, 천연갱신지 관리 비용은 인공조림지에 비해 약 3배 낮은 것으로 나타났다. 한편, 국내에서는 조림 후 7년간 식재, 지면긁기, 풀베기 과정의 총 작업비용을 계산한 결과, 천연갱신지 관리 비용은 인공조림지에 비해 약 2배 절감되는 것을 알 수 있었다(You et al., 2020). 따라서, 천연갱신 방법은 산림조성 초기비용을 절감하는 방안으로 활용될 수 있다고 판단된다.
우리나라 2019년 기준 소나무(Pinus densiflora S. et Z.)의 수확면적과 수확량을 살펴보면, 총 수확면적(100,588 ha)의 59.2%와 총 수확량(5.2백만 m3)의 33.3%로 가장 큰 비율을 차지하고 있다(Korea Forest Service, 2022). 특히, 소나무는 전통적으로 우리나라의 기후, 지형, 토양 등의 환경에 잘 적응하여 분포지역이 넓고, 건축재, 펄프재 등에 활용될 뿐 아니라 송이 생산에 이용되는 상당히 중요한 수종이다(Kwon et al., 2021). 국내 소나무림의 입지환경과 임분구조를 분석한 선행연구에 따르면, 소나무는 신갈･굴참나무, 물푸레나무 등과 경쟁하고 있으며, 하층은 주로 진달래, 생강나무 등이 나타나고 있기 때문에 소나무림을 유지하기 위해서는 강도 간벌과 하층식생을 제거하는 인위적인 간섭이 필요하다고 한다(Kwon et al., 2021).
한편, 최근 5년간(2016－2020) 우리나라 침엽수 조림실적을 살펴보면, 연 평균 약 14.3천 ha의 면적에 약 3.4천만본의 묘목이 식재되고 있다(Korea Forest Service, 2022). 특히, 소나무의 인공조림 면적(4.2천 ha)은 우리나라 침엽수 조림면적의 30%로 높은 비율을 차지하고 있다. 한편, Min et al.(2017)은 인공조림을 조림예정지 정리작업 후 묘목을 심는 활동으로 정의하고 비용을 계산하였으며, 이때 소나무의 조림비용은 단위면적당 7,415천 원이 소요되는 것으로 보고하였다. 또한, 산림청은 2022년 2월 24일에 “산림자원의 조성 및 관리에 관한 법률”에 의거 조림비용을 단위면적당 9,830천 원으로 고시하고 있다(Korean Law Information Center, 2022). 지속가능한 산림경영을 위해 정부는 나무를 심고 가꾸는데 소요되는 비용을 대부분 보조하고 있으며, 인공조림은 묘목대, 노무비, 운반비 등에 대한 비용이 상당히 높기 때문에 재정부담이 가중될 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 산림청은 천연갱신이 가능한 지역에 이 기술을 도입하여 조림비용을 절감하려는 계획을 가지고 있다(Chung et al., 2021; Min et al., 2017).
천연갱신은 조림지 환경에 적응된 수종으로 갱신을 할 수 있을 뿐 아니라 묘목생산, 정지작업(soil preperation), 식재작업 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 임분밀도가 높은 지역에 밀도조절을 위한 작업과 임분밀도가 낮은 지역에 천연갱신 치수 이식 작업(blank-filling)이 추가적으로 수행되어야 한다(Kaliszewski, 2017). 특히, Kaliszewski (2017)는 인공조림과 천연갱신 후 6년간 무육간벌 작업 비용을 비교 분석하였으며, 천연갱신지에서의 작업비용이 약 3배 높은 것으로 계산하였다. 이는 천연갱신지에서는 생육초기부터 임분밀도가 높아 무육간벌 작업을 인공조림지보다 3년 정도 이른 시기부터 시작함으로써 나타난 결과라고 설명하고 있다. 한편, 국내에서는 You et al.(2020)는 소나무 인공조림과 천연갱신 방법의 산림조성을 위한 투입 비용을 비교 분석하였으며, 천연갱신은 조림예정지 정리작업, 식재작업, 정지 작업, 풀베기 작업 등 초기 산림조성 비용이 인공조림에 비해 적은 비용이 소요되기 때문에 경영효율성은 증가하게 된다고 보고하고 있다. 하지만, 천연갱신지에서는 풀베기가 끝난 후부터 치수들의 정상적인 생장에 도움을 주기 위해 밀도조절을 위한 어린나무가꾸기 작업이 필요하며, 이의 작업 생산성 및 비용 분석 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 특히, 임분밀도가 높은 천연갱신지에서 가치 있는 목재자원으로 육성하기 위해서는 치수밀도 조정작업을 통하여 인공림화 작업이 필요하지만 이에 대한 구체적인 작업방법이 없는 실정이다. 따라서, 본 연구는 천연갱신 방법을 통해 조성된 소나무림을 대상으로 어린나무가꾸기 작업 생산성 및 비용을 계산하는데 그 목적이 있다. 더 나아가, 임분 밀도가 높은 천연갱신지에서 효율적인 치수 관리라는 목표를 달성하기 위해 줄로 남기기, 골라남기기 작업 방법을 대상으로 작업 생산성 및 비용을 비교하고자 하였다.
재료 및 방법
소나무 천연하종갱신지 관리를 위해 실시하는 어린나무가꾸기 작업의 생산성 및 비용을 평가하기 위하여 강원도 삼척시 원덕읍 이천리 135임반 1소반에 위치한 임분을 선정하였다(Fig. 1). 연구대상지의 총 면적은 7.8 ha로, 자연적으로 소나무 종자가 산포된 후 발아･생육되는 형태의 임분으로 조성하기 위하여 2012년 단위면적당 65본을 남기는 방법으로 목재수확작업을 실시하였다. 이후 임지의 임분 밀도는 2021년 기준으로 ha당 3만 본으로, 평균 근원직경은 3.0 cm, 평균 흉고직경은 1.9 cm, 평균 수고 2.5 m의 소나무가 자라고 있었다. 또한, 해발고는 704 m, 사면경사는 30%, 사면방향은 북동향, 토성은 사질식양토로 이루어져 있다.
치수림의 밀도조절 작업은 경제림에서 소나무 용기묘를 식재하는 본수(3천 본/ha)로 조절하는 조건과 어린나무가꾸기 단계에서의 잔존 본수(2천 본/ha)를 기준으로 조절하는 조건으로 설계하였다. 효율적인 밀도조절 작업 방법을 개발하기 위해 줄로 남기기, 격자형 골라남기기, 불규칙형 골라남기기, 총 3가지 유형으로 분류하여 어린나무가꾸기 작업을 실시하였다(Fig. 2).
“줄로 남기기(row operation: RO)”은 일정 간격을 제거 및 존치하는 열로 선정한 후 소나무 치수를 제거하는 작업 유형으로 정의하였으며 이때 존치하는 열의 폭은 30 cm, 제거하는 열의 폭은 1.5 m(밀도조절 3천 본/ha으로 조성하는 조건)과 1.9 m(밀도조절 2천 본/ha으로 조성하는 조건)로 설정하였다. “격자형 골라남기기(regular pattern operation: RPO)”은 일정 간격을 제거 및 존치하는 열로 선정하고, 존치하는 열에서 일정 간격을 제거하여 밀도조절하는 작업 유형으로 설정하였으며, 이때 존치하는 열과 제거하는 열의 폭은 줄로 남기기형과 동일하게 설계하였다. 특히, RO와 RPO 작업 유형들은 제거 및 존치하는 지역을 선정하는 작업과 제거목을 임지 내에서 처리하는 작업 공정이 추가적으로 필요하다. 이로 인하여 예초기 작업원 1인과 낫과 기계톱을 이용하여 산물정리하는 작업원 2인이 한 팀으로 구성되어 작업을 실시하였다. 한편, “불규칙형 골라남기기(irregular pattern operation: IPO)”은 인공조림지 치수림 단계에서의 어린나무가꾸기 작업 방법과 동일한 작업 과정으로 1.8 m × 1.8 m 격자(밀도조절 3천 본/ha으로 조성하는 조건)와 2.2 m × 2.2 m 격자(밀도조절 2천 본/ha으로 조성하는 조건)에 소나무 치수 한 본이 자라도록 하는 작업 과정으로 실시하였으며, 예초기 작업원 1인이 단독으로 작업을 수행하였다.
어린나무가꾸기의 작업 생산성을 분석하기 위해 작업시간, 작업량, 작업인원 등의 인자를 측정하였으며, 이를 위하여 시간 동작 연구 방법(time and motion study method)을 이용하였다. 이 방법은 산림작업시스템 또는 목재수확의 단위 작업(예: 벌도작업, 조재작업, 집재작업, 운반작업 등)의 생산성에 대한 정보를 구축하고, 다양한 산림환경 조건에서 작업 생산성 예측을 위한 모델을 개발하는데 널리 이용되고 있다(Lee et al., 2019; She et al., 2018).
순수작업시간(Productive Machine Hour: PMH)은 하나의 단위 작업 면적을 시작하고 종료하는 데까지 걸리는 시간으로 정의할 수 있으며, 스톱 워치(stop watch)를 이용하여 현장에서 직접 측정하였다. 특히, RO와 RPO 작업 유형은 제거 폭과 잔존목을 선별하는 시간을 구분하여 측정하였으며, 이 시간은 순수작업시간으로 포함하였다. 한편, 휴식시간, 예초기･체인톱의 수리 및 주유 시간 등의 지연시간(Delay)은 조사 항목에서 제외하였다. 즉, 순수작업시간(Productive machine hours, PMH)과 작업면적 인자들을 활용하여 다음의 수식과 같이 작업 생산성(Productivity, m2/PMH)을 계산한다.
작업비용(Operation cost, ￦/m2)은 어린나무가꾸기 작업에 사용되는 장비(예초기, 기계톱)를 소유하고 있으면서 연간 2,000시간을 사용한다는 조건에서 계산하였다(Table 1). 단위시간당 작업비용은 기계의 수명(machine life), 감가상각(depreciation), 잔존가액(salvage value), 기계이용률(machine utilization rate), 유류소모율(fuel consumption rate), 수리 및 유지비용(repair and maintenance costs)을 포함하고 있다. 인건비를 산출하기 위하여 대한건설협회의 2021년 하반기 적용 임금보고서 자료를 이용하였으며, 유류비는 한국석유공사의 오피넷 2022년 5월 4째주 평균 유가를 기준으로 계산하였다. 단위면적당 작업비용 계산에 사용된 수식은 다음과 같다.
Table 1.
Estimated hourly costs of each machine in young tree tending operation
| Cost component | Brush cutter | Chainsaw |
| Sale price (₩) | 340,000 | 310,000 |
| Salvage value (%) | 10 | 10 |
| Machine life (year) | 4 | 4 |
| Depreciation (₩/SMHz) | 76,500 | 67,750 |
| Interest rate (%) | 17 | 17 |
| Ownership cost (₩/PMHy) | 71.75 | 65.41 |
| Fuel cost (₩/SMH) | 2,428 | 2,720 |
| Labor (₩/SMH) | 18,563 | 18,563 |
| Repair and maintenance cost (₩/SMH) | 38.25 | 34.88 |
| Total cost (₩/PMH) | 31,107 | 33,731 |
본 연구에서의 통계분석은 R 4.1.2. 통계 패키지를 활용하였으며, 밀도조절 유형별 작업 생산성의 통계적인 유의성을 검정하기 위하여 일원분산분석(one-way analysis of variance: ANOVA)을 실시하였다. 분산분석을 실시하기 전 집단 간 동질성을 검정하기 위해 Levene 방법을, ANOVA 실시한 후 어떤 집단이 유의성을 갖는지, 차이가 있는지를 검정하기 위해 Bonferroni 방법을 사용하였다.
결과 및 고찰
소나무 천연갱신 임분 30천 본/ha에서 단위면적당 3천 본으로 밀도를 조절하기 위해 실시한 줄로 남기기(RO), 격자형(RPO)･불규칙형(IPO) 골라남기기의 작업 생산성은 각각 176.4－197.4 m2/PMH의 범위로, 142.3－168.3 m2/PMH의 범위로, 240.0－534.3 m2/PMH의 범위로 분석되었으며, 이 결과는 Fig. 3과 Table 2와 같다. 한편, 단위면적당 2천 본으로 조절하기 위해 실시한 줄로 남기기 작업은 69.6－115.8 m2/PMH의 범위로, 격자형 골라남기기 작업은 48.7－114.4 m2/PMH의 범위로, 불규칙형 골라남기기 작업은 146.7－414.9 m2/PMH의 범위로 계산되었다(Fig. 3). 전체적으로 단위면적당 2천 본으로 조성하기 위한 밀도조절 작업의 생산성은 3천 본/ha 조절 작업에 비해 낮은 경향을 보였다. 또한, 줄로 남기기와 격자형 골라남기기의 작업 생산성에서는 통계적으로 유의한 차이(p < 0.001)를 보였다. 반면, 불규칙형 골라남기기 작업의 생산성은 밀도조절 조건에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다(p > 0.05).
Table 2.
Productivity observed in young tree-tending operation
| Treatment | Mean (m2/PMH) | Stdz | p-valuey |
| 3,000 trees/ha density level | |||
| Row operation | 188.6 | 10.9 | 0.0088 |
| Regular pattern operation | 155.9 | 9.1 | |
| Irregular pattern operation | 379.4 | 148.6 | |
| 2,000 trees/ha density level | |||
| Row operation | 91.8 | 20.9 | 0.0001 |
| Regular pattern operation | 84.6 | 33.3 | |
| Irregular pattern operation | 283.4 | 86.5 | |
단위면적당 3천 본으로 밀도조절하는 조건의 경우, RO와 RPO의 작업 생산성은 통계적으로 유사한 경향을 보였으나(p > 0.05), IPO 유형은 유의한 차이가 있었다(p < 0.001). 한편, 단위면적당 2천 본으로 밀도조절하는 조건의 경우, IPO 유형의 작업 생산성은 RO와 RPO 유형과 통계적으로 차이가 있는 것을 있었다(p < 0.001). IPO 작업은 RO와 RPO작업과 다르게 제거하는 부분과 남기는 부분을 선정하는 단위 작업 공정이 수행되기 않기 때문에 작업 생산성이 높게 나타난 것으로 보인다. 또한, RO와 RPO 유형의 작업 생산성은 통계적으로 유의한 결과를 보였으나, RPO 유형에서 작업 생산성이 감소하는 경향을 보였다. RPO작업은 일정 간격을 제거 및 존치하는 열로 선정하는 작업 후, 존치하는 열에서 일정 간격으로 존치하는 치수목을 선정하는 작업이 추가적으로 필요하기 때문에 이와 같은 결과가 나타난 것으로 보인다.
한편, 단위면적당 3천 본으로 밀도조절을 위한 작업의 비용은 4.9백만 원/ha(RO), 5.9백만 원/ha(RPO), 0.9백만 원/ha(IPO)으로 계산되었다. 한편 단위면적당 2천 본으로 밀도를 조절하기 위해 실시된 작업의 비용은 10.5백만 원/ha(RO), 12.5백만 원/ha(RPO), 1.2백만 원/ha(IPO)으로 산출되었다. 국내 산림경영의 수익성을 분석한 보고서에 따르면, 낙엽송 인공 조림지 8년차에 실시되는 어린나무가꾸기 사업 비용은 1.6백만 원/ha으로 계산되었다(Min et al., 2017). 특히, 천연갱신지에서 실시한 골라남기기 유형을 제외한 작업이 인공 조림지에서의 어린나무가꾸기 비용에 비해 약 3－8배 높은 것을 알 수 있었다. 인공 조림지에서의 제거목은 조림목의 생장에 지장을 주는 유해수종, 덩굴류, 피해목을 제거하므로 천연갱신지 보다 작업량이 적어 비용이 적게 발생될 수 있는 것으로 판단된다. 이는 기존의 연구 결과와 상당히 일치하는 경향을 보인다(Kaliszewski, 2017). 인공조림지와 다르게 천연갱신지에서 치수가 불규칙하게 자라고 있어 이들이 잘 자라도록 관리하기 위한 작업시간과 작업량이 증가하기 때문에 작업비용이 상당히 높아지는 것으로 보인다. 천연갱신지에서의 작업비용이 높게 계산되었지만, 목재생산을 위한 우수한 형질의 소나무 치수를 육성하기 위해서는 인위적인 밀도조절 작업이 필요하다(Yagami, 2015). 한편, 불규칙형 골라남기기의 작업비용을 계산한 결과, 인공 조림지에 8년차에 실시되는 어린나무가꾸기 작업비용에 비해 상당히 낮은 양상을 보였다. 즉, 작업비용을 절감하면서 우수한 형질로 육성하기 위해서는 소나무 치수 생육단계에 맞는 작업 방법과 시기 규명이 필요할 것으로 판단된다.
결 론
천연갱신은 묘목 생산･소운반･가식, 식재작업 없이 후계림 조성을 유도하는 방법으로 인공조림에 비해 초기 산림조성 비용을 저감하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 천연갱신 임분은 치수밀도가 높거나 낮은 불규칙한 공간적 분포를 보이기 때문에 밀도조절을 위한 작업 비용이 높아질 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 천연갱신 임분의 밀도조절을 위한 어린나무가꾸기 작업의 생산성과 비용을 알아보고자 하였다.
천연갱신 임분에서 밀도조절을 위한 어린나무가꾸기 작업을 실시한 결과, 작업 생산성은 치수 제거량이 많아짐에 따라 낮아지는 경향을 보였으나, 골라 남기기 유형에서는 통계적으로 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다. 동일한 밀도조절 조건에서 작업 유형별 생산성을 비교한 결과, RO와 RPO에 대해서는 통계적으로 유의한 결과를 보였으나, 이 두 유형과 IPO을 비교하는 경우에 대해서는 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 한편, RO와 RPO유형의 작업비용은 IPO보다 상당히 높게 나타났는데, 이는 동일한 면적을 작업하는데 있어 작업시간과 작업인원이 많이 소요되기 때문이다.
본 연구에서는 천연갱신 임분의 어린나무가꾸기 작업을 시간동작분석 방법을 통해 작업 생산성과 비용을 살펴보았다. 향후 작업의 효율성을 측정할 뿐 아니라 치수 생장에 미치는 영향들을 추가적으로 조사하여 비용과 산림관리 측면을 동시 고려하는 천연갱신 임분에서의 어린나무가꾸기 작업 방법을 제시할 것으로 기대한다.
