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농학박사 학위논문
공간정보 분석기법을 이용한
산양삼 재배
경영지원시스템의 개발
Development of a Management Supporting System
for Mountain Ginseng (
Panax ginseng
) Cultivation
Using Spatial Information Analysis
2014년 2월
서울대학교 대학원
산림과학부 산림환경학전공
농학박사 학위논문
공간정보 분석기법을 이용한
산양삼 재배
경영지원시스템의 개발
Development of a Management Supporting System
for Mountain Ginseng (
Panax ginseng
) Cultivation
Using Spatial Information Analysis
지도교수 정 주 상
이 논문을 농학박사 학위논문으로 제출함
2014년 1월
서울대학교 대학원
산림과학부 산림환경학전공
한 희
한희의 농학박사 학위논문을 인준함
2013년 12월
위 원 장 (인)
부위원장 (인)
위 원 (인)
위 원 (인)
국문초록
산양삼은 밭 재배 인삼보다 약리작용에 있어 효능이 뛰어나고 경제적 가치가 높아 농민들이 선호하는 재배 작목 중 하나이다. 그러나 우리나 라에서는 산양삼의 거래특성상 산양삼 재배가 주로 영세한 개별 임가 중 심으로 은밀히 이루어지고 있기 때문에, 산양삼을 재배하는데 필요한 생 육 조건이나 재배 방법에 대한 정확한 정보의 취득이 어려워 산양삼 재 배 기술과 관련된 체계적 지식 습득에 한계가 있다. 특히 산양삼의 재배지 관리와 관련된 정보와 기술은 매우 부족한 상 황으로 대부분의 임가에서는 임가주의 경험에 의존한 재배가 이루어지고 있다. 고소득 임산소득자원으로서의 산양삼 재배는 일반적인 목재생산 위주의 임목관리보다 집약적인 관리가 요구되기 때문에 성공적인 산양삼 의 재배를 위해서는 산양삼의 생육‧생리적 특성에 기반한 합리적인 관리 체계의 확립이 필요하다. 이에 본 연구에서는 산양삼 재배의 과학적인 관리체계 확립을 위한 경영지원시스템 개발을 위해 다음과 같은 세 가지 연구를 수행하였다. 먼저 첫 번째 연구로서 GIS 공간통계모형을 적용한 재배적지 분석모 델을 개발하였다. 산양삼은 주변의 환경변화에 매우 민감하게 반응하는 식물로 미세한 환경 조건의 차이에 따라 그 생육이 크게 달라질 수 있는 데, 본 연구에서는 이러한 산양삼의 생육특성과 입지환경의 공간적 특성 을 고려하여 산양삼의 재배적지를 판별할 수 있는 공간평가모델을 개발 하였다. 연구 결과, 해발고, 사면향 등의 지형 조건과 산림 내 입사광량 및 토양의 수분 함량, 그리고 토양의 배수 특성을 나타내는 모래의 비율 이 산양삼의 생육에 주요한 입지환경 조건으로 도출되었고, 이를 기반으로 작성된 모델을 통해 대상지 내 재배환경이 좋은 적합지와 그렇지 못 한 준적합지를 비교적 정확하게 분류할 수 있었다. 특히 본 연구에서는 지리적 가중 회귀모형(Geographically Weighted Regression)을 이용하 여 산양삼의 생육과 입지재배환경과의 공간적 상호관계를 분석함으로써 재배적지 판별의 정확도를 높일 수 있었으며, 이를 통해 분석된 모델의 분류정확도가 약 84%로 나타나 재배현장에서 실무적으로 사용하기에 적합한 수준으로 판단되었다. 두 번째 단계로서 산양삼 재배임가의 연차별 생산원가를 고려한 수익 분석을 수행하였다. 이를 위해 대표적인 산양삼 재배임가를 선정하고, 임가주 면접 인터뷰와 현장 조사를 통해 수집된 경영관련 정보를 토대로 산양삼 생산과 판매에 따른 비용과 수익 흐름을 분석하였다. 분석 결과, 6년근 산양삼 재배를 통한 수익의 경우 임가당 순이익은 10a(300평)기준 22,303천원으로 계산되었으며, 이를 연수익으로 환산할 경우 약 3,186 천원으로 분석되었다. 또한 6년근보다 장기 년수의 산양삼을 생산할 경 우 더 많은 수익을 얻을 수 있었으며, 이 때의 수익은 연차별 생존율에 따른 수확량과 판매단가의 상승 효과가 함께 반영되어 결정되는 것으로 나타났다. 따라서 산양삼의 재배는 ‘투자 수익성이 있다’고 판단되었으나, 이와 같은 수익성을 담보하기 위해서는 재배 시기나 방법, 재배 장소 등에 따라 달라지는 재배삼의 수확량을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있는 재배 지 관리가 매우 중요할 것으로 판단되었다. 마지막 세 번째 단계로서 산양삼 재배 임가를 대상으로 경영계획 수 립을 위한 0-1 정수계획모형을 작성하고, 산양삼 재배를 위한 최적의 경영대안을 분석하였다. 분석 결과, 경영 시나리오의 연차별 예산과 보 속수확에 대한 제약을 완화함으로써 보다 큰 재배를 통한 수익을 얻을 수 있었고 그 중에서도 연차별 예산의 제약이 재배수익의 변화에 더 큰
영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 지속적으로 안정적인 수익을 창출 하기 위해서는 신규 파종이 꾸준히 이루어져야 하는데, 본 연구에서 작 성된 모형의 적용 결과 1년생의 재배면적이 분기별로 일정면적 이상 유 지되는 것을 확인할 수 있었다. 이처럼 보속수확을 위한 연근별 재배면 적의 분배는 재배의 안정적인 수익 창출에 매우 중요한 부분이며, 본 연 구에서 작성한 0-1 정수계획모형은 이러한 목적에 적합한 결과를 제시 하였다. 이와 더불어 본 연구에서는 재배지의 공간적인 특성과 위치를 고려한 경영계획의 수립을 통해 대상지 내 개별 경영구역의 재배적합도 에 따라 구체적인 재배 및 수확 시기 등을 결정할 수 있는 재배지의 연 차별 공간배치를 제시하였다. 이러한 결과는 주어진 예산 범위 내에서 재배 비용을 고려하여 최대의 수익을 얻기 위한 최적의 재배지 공간배치 를 유도할 수 있어 산양삼 재배에 매우 효과적으로 이용될 수 있다. 이상의 연구 결과를 통해 개발된 산양삼 재배의 경영지원시스템은 다 양한 공간정보 분석기법을 기반으로 산양삼의 재배적지 탐색이나 재배지 관리와 관련된 의사결정과정에 필요한 정보를 제공하고, 부족한 현장정 보의 한계를 극복할 수 있는 좋은 대안으로서 활용될 수 있다. 아울러 본 연구의 결과들은 재배의 경영적 관점에서 재배지 관리에 대한 정량적 인 분석결과를 제시함으로써 지속적이고 안정적인 수익 창출을 위한 합 리적인 임가경영에 도움을 줄 것으로 기대된다. 주요어 : 산양삼, 지리적 가중 회귀분석, 손익분기가격, 0-1 정수계획법, GIS 학 번 : 2009-30975
목 차
국문초록 ··· ⅰ
목 차 ··· ⅴ
표 목 차 ··· ⅸ
그림목차 ··· ⅺ
제 1 장 서 론 ··· 1
1-1. 연구 배경 및 필요성 ··· 1
1-2. 연구 목적 ··· 5
1-3. 연구 체계 ··· 6
제 2 장 연구사 ··· 9
2-1. 산양삼 재배적지 평가에 관한 연구 ··· 9
2-2. 산양삼 재배수익성 분석에 관한 연구 ··· 13
2-3. 산양삼 재배의 경영계획 수립에 관한 연구 ··· 15
제 3 장 GIS를 이용한 산양삼 재배적지 평가모델의 개발
··· 17
3-1. 서론 ··· 17
3-2. 재료 및 방법 ··· 19
3-2-1. 연구대상지 ··· 19
3-2-2. 산양삼 재배지 현장조사 ··· 20
3-2-3. 재배지 입지환경 분석 ··· 22
3-2-3-1. 지형 분석 ··· 22
3-2-3-2. 광 환경 분석 ··· 26
3-2-3-3. 토양 환경 분석 ··· 26
3-2-4. GIS 공간통계기법을 이용한 재배적지 모델링
··· 29
3-2-4-1. 재배 주요 인자 선정 ··· 29
3-2-4-2. 재배적지 분석모델 개발 ··· 29
3-3. 결과 및 고찰 ··· 33
3-3-1. 재배지 입지환경 특성 ··· 33
3-3-2. 재배 주요 인자 선정 ··· 37
3-3-3. 산양삼 재배적지 모델링 ··· 39
3-3-3-1. 모델 입력변수 선정 ··· 39
3-3-3-2. 로지스틱 회귀모형(LR)의 추정 ··· 41
3-3-3-3. 지리적 가중 회귀모형(GWLR)의 추정
··· 45
3-3-3-4. 모델의 타당성 검토 ··· 50
3-4. 결론 ··· 52
제 4 장 산양삼 재배의 수익성 분석 ··· 53
4-1. 서론 ··· 53
4-2. 재료 및 방법 ··· 56
4-2-1. 연구대상지 ··· 56
4-2-2. 자료의 수집 ··· 57
4-2-2-1. 산양삼 재배를 위한 생산체계 ··· 57
4-2-2-2. 산양삼 생존율 ··· 59
4-2-2-3. 산양삼 가격단가 ··· 61
4-2-2-4. 산양삼 생산의 비용요소 ··· 62
4-2-3. 투자의 수익성 분석 ··· 64
4-2-4. 민감도 평가 ··· 65
4-3. 결과 및 고찰 ··· 67
4-3-1. 생산원가 분석 ··· 67
4-3-2. 재배 수익성 분석 ··· 72
4-3-3. 민감도 분석 ··· 76
4-3-3-1. 재배 수익의 민감도 분석 ··· 76
4-3-3-2. 손익분기가격 분석 ··· 79
4-4. 결론 ··· 82
제 5 장 0-1 정수계획법을 이용한 산양삼 재배의 경영
계획수립 연구 ··· 85
5-1. 서론 ··· 85
5-2. 재료 및 방법 ··· 87
5-2-1. 분석 체계 ··· 87
5-2-2. 대상지 분석 ··· 88
5-2-2-1. 사례 임가 재배현황 ··· 88
5-2-2-2. 재배적합도 평가 ··· 91
5-2-2-3. 경영단위의 설정 ··· 93
5-2-3. 모형의 개발 ··· 96
5-2-3-1. 경영계획 수식모형 ··· 96
5-2-3-2. 경영 시나리오 ··· 102
5-2-3-3. 산양삼 재배의 생산·비용·가격함수 ···· 103
5-2-4. 모형의 적용 ··· 104
5-3. 결과 및 고찰 ··· 105
5-3-1. 최적 경영안의 비교 ··· 105
5-3-2. 경영 시나리오에 따른 재배지 변화 분석 ··· 109
5-4. 결론 ··· 113
제 6 장 종합결론 ··· 115
인용문헌 ··· 117
Abstract ··· 135
표 목 차
<표 3-1> 조사대상 재배임가 정보 ··· 21 <표 3-2> 재배지 조사항목 ··· 21 <표 3-3> TPI 지형분류 기준 ··· 24 <표 3-4> 지형분석 인자 ··· 25 <표 3-5> 광환경 분석 인자 ··· 26 <표 3-6> 토양환경 분석 인자 ··· 28 <표 3-7> 재배적합도에 따른 입지환경 비교(지형·임상 조건)··· 35 ··· 34 <표 3-8> 재배적합도에 따른 입지환경 비교(광·토양 조건)··· 34 ··· 36 <표 3-9> 산양삼 재배의 주요인자 조사 결과 ··· 37 <표 3-10> 주요 생육인자 간 상관관계 분석표 ··· 40 <표 3-11> 재배적지 분석모델의 입력변수 ··· 41 <표 3-12> 로지스틱 회귀모형(LR) 분석 결과 ··· 43 <표 3-13> 지리적 가중 로지스틱 회귀모형(GWLR) 분석 결과 ·· 45 <표 3-14> 재배적합도 분류 결과 ··· 50 <표 4-1> 조사임가 개황 ··· 56 <표 4-2> 산양삼 재배를 위한 연차별 과정 및 세부 작업 항목 ··· 58 <표 4-3> 산양삼 연차별 생존율 추정값 ··· 60 <표 4-4> 산양삼 재배 비용 요소의 항목별 자료 수집 방법 ··· 63 <표 4-5> 6년근 산양삼 재배(종자 파종)의 생산원가 ··· 68 <표 4-6> 6년근 산양삼 재배(묘삼 식재)의 생산원가 ··· 69 <표 4-7> 재배 임가의 수익성 분석 결과 ··· 73<표 4-8> 재배 준적합지에서의 수익성 분석 결과 ··· 74 <표 4-9> 재배 수익(종자 파종)의 민감도 분석 결과 ··· 77 <표 4-10> 손익분기가격 분석 결과 ··· 81 <표 5-1> 재배임가 A 개황 ··· 88 <표 5-2> 재배임가 A 재배현황 ··· 89 <표 5-3> 0-1 정수계획 수식모형 ··· 100 <표 5-4> 0-1 정수계획 수식에서의 변수 정의 ··· 101 <표 5-5> 경영 시나리오의 구성 ··· 102 <표 5-6> 재배 연차별 생존율 및 판매가격 ··· 104 <표 5-7> 경영 시나리오별 분석 결과 ··· 105
그 림 목 차
<그림 1-1> 연도별 임산물 생산액 변화 ··· 22 <그림 1-2> 연도별 산양삼 생산량 및 생산액 변화 ··· 23 <그림 1-3> 연구의 흐름도 ··· 27 <그림 3-1> 산양삼 재배임가 위치(경남 함양군) ··· 19 <그림 3-2> TPI의 개념도 ··· 23<그림 3-3> 서로 다른 scale factor에서의 TPI 산출 결과 ··· 24
<그림 3-4> 지리적 가중 회귀모형(GWR)의 추정 ··· 31 <그림 3-5> 산양삼 재배적지 분석모델 개발 절차 ··· 32 <그림 3-6> LR모형과 GWLR모형의 표준화 잔차의 공간적 변이 44 ··· 44 <그림 3-7> GWLR모형 회귀계수의 공간적 변이 ··· 47 <그림 3-8> 산양삼 재배적지 평가결과 ··· 51 <그림 4-1> 산양삼 재배과정의 흐름 ··· 57 <그림 4-2> 산양삼 재배의 연차별 비용 분석 결과 ··· 70 <그림 4-3> 산양삼 재배의 비목별 비용 분석 결과 ··· 71 <그림 4-4> 민감도 분석에 따른 재배 수익의 변동률 비교 ··· 78 <그림 5-1> 산양삼 재배의 경영계획 수립을 위한 분석 체계 ··· 87 <그림 5-2> 사례 임가 A의 재배지 도면 ··· 90 <그림 5-3> 사례 임가 A의 재배적합도 분석 도면 ··· 92 <그림 5-4> 경영단위 설정을 통해 재구성된 사례 임가 A의 ··· 85 재배지 도면 ··· 94 <그림 5-5> 경영단위 설정을 통해 재구성된 사례 임가 A의 ··· 85 재배적합도 분석 도면 ··· 95
<그림 5-6> 연차별 순수익(NPV)의 변화 비교 ··· 107
<그림 5-7> 연차별 파종면적(ha)의 변화 비교 ··· 108
<그림 5-8> 연차별 수확면적(ha)의 변화 비교 ··· 108
<그림 5-9> 연차별 재배면적(ha)의 변화 ··· 109
제 1 장 서 론
1-1. 연구 배경 및 필요성
최근 국민의 생활수준 향상과 청정 먹거리에 대한 높은 관심으로 인 하여 산나물, 약용식물, 버섯, 수실, 수액 등과 같은 친환경임산물에 대 한 사회적 수요와 그 중요성이 증대되고 있다(이경일과 장우환, 2003; 윤여창과 이지혜, 2004; 장철수, 2005; 김재성 등, 2009). 산림청에서 실시한 최근 12년간의 임산물생산조사1) 결과에 따르면, 산림 내 순임목생장액과 토석을 제외한 임산물의 총 생산액은 2001년 2 조 389억원에서 2012년 3조 1,997억원으로 약 56.9% 증가하였다. <그 림 1-1>에 나타난 바와 같이 품목별 생산액의 경우, 수실류와 산나물 를 비롯한 버섯, 용재 및 기타임산물2)의 생산이 증가하였고, 농용자재와 조경재의 생산은 감소한 것으로 나타났다. 특히 과거에 비해 수실류와 산나물, 용재, 기타임산물의 생산이 평균 약 200% 가량 크게 증가하였 는데, 이는 임가의 대표적인 소득작물로써 꾸준히 생산되어 온 밤, 대추, 잣 등의 일부 수실류 및 산채류와 더불어 산수유, 오미자, 오갈피, 산양 삼 등의 약용식물과 더덕, 두릅, 취나물 등과 같은 산나물 생산량이 최 근 들어 크게 늘어났기 때문이다. 우리나라 산간의 청정지역에서 자란 임산물은 웰빙(well-being)과 건강에 대한 국민적 관심과 함께 임업 임가의 대표적인 소득원으로 부각 되고 있다(김재성 등, 2009; 박용배 등, 2009). 산림청에서는 현재 약용 1) 2002년부터 2013년까지 산림청에서 매년 발간한 「임산물생산조사」보고서 를 분석하였음(2008년 이전 자료의 경우 「임산물생산통계」자료 이용). 2) 약용식물(산수유, 오미자, 오갈피, 산양삼, 둥글레 등)과 연료(흑탄, 목탄, 장 작, 지엽), 섬유원료, 톱밥, 목초액, 은행잎, 잔디, 칡뿌리 등을 포함.<그림 1-1> 연도별 임산물 생산액 변화 식물을 비롯한 산나물과 수실·버섯 등 다양한 자원에 대해 임산물소득원 의 지원 대상 품목3)으로 지정하고, 해당 임산물의 재배 및 생산과 관련 한 실무적 지원을 강화함으로써 임산물의 시장 확대와 생산기반 여건 개 선을 도모하고 있다(한상섭 등, 2008; 김재성 등; 권수덕 등 2010; 박용 배 등, 2011; 김동근 등, 2013; 이양수 등, 2013; 전권석 등 2013). 그중에서도 산양삼(山養蔘, Panax ginseng)은 경제적 가치가 높아 농 민들이 가장 선호하는 임간재배 약용식물 중 하나로(이동섭 등, 2007), 식용·약용의 여러 방면으로 이용가치가 높아 그 수요가 급속도로 증가하 고 있는 작물이다(장철수, 2005). 이동섭(2011)과 산림청(2012)의 자 료에 따르면, 전국적인 산양삼 생산량과 생산액은 2000년 320kg, 4억 32백만원에서 2012년 19,595kg, 438억 23백만원으로 매우 빠른 속도로 증가하고 있는데<그림 1-2>, 이러한 추세는 한동안 지속될 것으로 예 상된다(한상섭 등 2008).
<그림 1-2> 연도별 산양삼 생산량 및 생산액 변화 산양삼은 현재 우리나라의 주요 임산소득자원에 속하는 중요한 재배 작목으로서 정부에서도 재배시장의 확대와 거래 활성화에 큰 관심을 가 지고 있다. 이에 따라 산림청에서는 2012년에 산양삼을 특별관리임산 물4)로 지정하고 산양삼 품질관리제도를 도입하여 산양삼의 생산과정과 품질 등에 대한 안전성 검증 및 품질 인증을 시행하고 있으며(한국임업 진흥원, 2013), 산양삼의 재배관리와 관련한 기술개발에 많은 노력을 쏟 고 있다(농림부, 1998; 산림청, 2006; 한상섭 등, 2008; 박용배 등, 2009; 권수덕 등, 2010; 전권석 등, 2013). 하지만 산양삼은 서식환경에 매우 민감한 식물로, 임간재배 시 재배 적지의 탐색이나 생리적 특성을 고려한 재배기술의 개발이 어려운 것으 로 알려져 있다(우수영과 이동섭, 2002; 서세명 등, 2007). 또한 산양삼 은 다른 임산물과는 달리 상대적으로 고가에 거래가 되는 거래특성상 작 4) 「임업 및 산촌 진흥촉진에 관한 법률」제2조제3항의2
물의 재배가 주로 영세한 개별 임가중심으로 은밀히 이루어지고 있어(장 철수, 2005), 산양삼을 재배하는데 필요한 생육조건이나 재배방법에 대 한 정확한 정보의 취득이 어렵다. 따라서 체계적인 산양삼 재배기술의 개발과 보급이 미흡한 실정이며(최명섭 등, 2007), 대부분의 임가에서는 여전히 임가주의 경험에 의존한 재배가 이루어지고 있다. 더욱이 고소득 임산소득자원으로서의 산양삼 재배는 일반적인 목재생 산 위주의 임목관리보다 집약적인 관리가 요구되기 때문에 성공적인 재 배를 위해서는 산양삼의 공간적 생육 특성에 기반을 둔 합리적인 관리체 계의 확립이 필요하다. 하지만 아직까지 이를 위한 충분한 자료 수집과 분석체계가 자리를 잡고 있지 못하고 있는 실정이다. 이러한 여건 속에서 최근 여러 학문분야에서 중요하게 이용되고 있는 GIS(Geographic Information System)를 비롯한 다양한 공간정보 분석 기법은 산양삼의 재배적지 탐색이나 재배지 관리와 관련된 다양한 의사 결정과정에 필요한 정보를 제공하고, 부족한 현장정보의 한계를 극복할 수 있는 좋은 대안이 될 수 있다. 따라서 공간정보 분석기법을 활용하여 산양삼의 생육과 연계한 재배지의 공간특성을 이해하고 이에 따른 재배 관리를 효과적으로 지원할 수 있는 시스템의 개발은 과학적이고 체계적 인 산양삼 재배에 반드시 필요하다.
1-2. 연구 목적
본 연구의 목적은 산양삼 재배의 과학적인 관리체계 확립을 위한 재 배경영지원시스템을 개발하는데 있으며, 구체적으로는 다음과 같은 세부 목적을 갖는다. 첫째, 산양삼 재배지의 생육환경특성을 규명하고, 이를 토대로 GIS와 공간분석기법을 활용한 산양삼 재배적지 평가모델을 개발한다. 둘째, 산양삼 재배임가의 사례연구를 통해 산양삼의 생산원가와 수익 흐름을 조사·분석하고, 이에 기초하여 산양삼 재배의 경제성을 평가한다. 셋째, 산양삼 재배적지 평가를 통해 분석된 재배적합도와 재배지의 공간적 위치를 고려한 사례 임가의 재배경영계획을 수립한다. 이를 위해 재배지의 공간적 문제를 효과적으로 다룰 수 있는 0-1 정수계획 수식모형을 구성하고, 이를 이용하여 과학적이 고 합리적인 산양삼 재배를 위한 최적의 경영대안을 분석한다.1-3. 연구 체계
본 연구는 <그림 1-3>과 같은 절차에 따라 진행되었다. 먼저 제1장 에서는 과학적이고 체계적인 산양삼 재배경영지원시스템 개발의 필요성 과 이를 위한 연구의 구체적인 세부 내용 및 체계를 제시하고, 제2장에 서는 본 연구에서 목표로 하는 시스템 개발을 위한 세 가지 연구 주제에 관한 문헌을 고찰하여 연구의 기초방향을 설정하였다. 이후 제3장에서는 본 연구의 첫 번째 주제인 「GIS를 이용한 산양삼 재배적지 평가모델의 개발」을 위해 GIS 공간분석모델링기법을 이용하 여 산양삼 재배지에 대한 적지평가모델을 개발하고, 현장 적용을 통해 모델의 적용성을 검토하였다. 다음 제4장에서는 두 번째 주제인 「산양 삼 재배의 수익성 분석」을 위해 사례 임가의 재배경영실태 조사자료를 기반으로 산양삼 재배와 판매에 따른 비용과 수익의 흐름을 분석하고, 민감도 분석을 통해 산양삼 재배의 경제성을 평가하였다. 마지막으로 제5장에서는 세 번째 주제인 「0-1 정수계획법을 이용한 산양삼 재배의 경영계획 수립 연구」를 통해 제3장과 4장에서 이루어진 산양삼의 재배적지 평가모델과 재배 수익성 분석결과를 기반으로 사례 임가의 경영계획을 최종적으로 수립하였다. 특히 제5장에서는 공간적 문 제를 다룰 수 있는 0-1 정수계획모형(0-1 integer programming)을 이 용하여 산양삼의 재배적합도와 재배지의 공간적 위치를 고려한 재배경영 계획 수식모형을 개발하고, 개발된 모형을 이용하여 재배임가의 경영목 적에 맞는 최적의 경영대안을 제시하고자 하였다.제 2 장 연구사
2-1. 산양삼 재배적지 평가에 관한 연구
산양삼을 비롯한 임산물의 생산성과 임가의 수익성을 높이기 위해서 는 기본적으로 작물의 생육·생리적 특성을 고려한 재배지 선택이 매우 중요하다(Persons, 1998; 정주상과 김형호, 2001; 김윤영, 2002; 김의 경 등, 2006; 이병두 등, 2006; Case 등, 2007; 김현 등, 2011; Vaughan 등, 2011). 특히 산양삼은 재배지의 입지환경여건에 따라 생육 이 매우 민감하게 반응하는 식물로(서세명 등, 2007), 토양 조건이나 광 량과 같은 재배지의 환경은 연차별 생존율이나 최종 수확량 등에 큰 영 향을 미치는 것으로 보고되고 있다(우수영과 이동섭, 2002; 임주락 등, 2003; 이동섭 등, 2007; 서세명, 2010). 따라서 산양삼 재배에 적합한 산지의 선정여부는 성공적인 재배를 위해 요구되는 가장 중요한 전제조 건이다(산림청, 2006). 그러나 고가에 거래되는 소득 작물에 속하는 산양삼의 경우, 재배가 주로 영세한 개별 임가중심으로 은밀히 이루어지기 때문에(장철수, 2005), 산양삼을 재배하는데 필요한 생육조건과 재배적지 등에 대한 정 확한 정보의 취득이 어렵다(우수영 등, 2002; 이동섭, 2010; 김동근 등, 2013). 이에 산림청에서는 산양삼 재배기술의 보급과 산지재배 정착을 위하여 관련 기술개발에 많은 노력을 쏟아 왔으나(산림청, 2006; 이동섭 등, 2007; 한상섭 등, 2008; 이동섭 등, 2009; 권수덕 등 2010; 전권석 등 2013), 일반적인 관점에서의 재배지침 수준에 머물고 있어 실제 현 장에서 필요한 재배지 선정과 같은 중요한 의사결정은 여전히 임가주의 개인적인 경험과 판단에 의존하고 있는 실정이다.산양삼의 재배적지에 관한 선행연구를 살펴보면, 먼저 산림청(2006) 은 재배자들의 현장 경험을 토대로 그 내용을 정리하여 산양삼의 재배적 지를 천연 활엽수림에 의해 해가림이 이루어지고, 배수와 통기가 양호하 며, 500m 이상의 해발고도가 되는 장소로 제시한 바 있고, 서세명 (2010), 이동섭(2011)은 보다 과학적인 실험자료에 근거하여 침엽수, 활엽수, 혼효림의 모든 수종에서 80%~90%의 울폐도, 경사도 15〫〫〫°~30°, 배수와 통기가 잘 되는 토양과 북동향의 방향 등을 제시한 바 있다. 또한 최근 국립산림과학원에서 발간한 「산양삼 표준재배지침」(전권 석 등, 2013)에서는 침활혼효림의 산림에서 80%~90%의 울폐도, 경사 도 15〫〫〫°~30°, 양토·미사질양토 및 사질양토의 토성, 북향·북동향·북서향· 동향의 방향을 산양삼의 재배적지 기준으로 제시하였다. 하지만 이러한 판단 기준들은 산양삼 재배지 선택의 일반적인 권장사 항일 뿐 현장에서 재배자들이 실무적으로 이용하기에는 부족한 점이 있 다. 특히 산양삼의 생육에는 광, 수분, 토양, 기후, 지형 등의 다양한 환 경 조건이 복합적으로 작용하기 때문에(우수영 등, 2002; Woo 등, 2007; Suh 등, 2010), 공간적 위치에 따른 미세한 환경 조건의 차이가 산양삼 생육에 중요한 영향을 미쳐 재배의 적합도가 달라질 수 있다(김 동근 등, 2013). 따라서 산양삼의 재배적합도를 보다 정밀히 평가하고 이를 실제 현장에서 이용하기 위해서는 대상지의 공간적 위치정보에 따 른 환경적 변이를 효과적으로 고려할 수 있는 공간정보 분석기법(spatial information analysis)이 요구된다(한승희와 김성길, 2010). 최근 국내외에서는 농작물을 비롯한 다양한 임산물의 재배적지 평가 에 GIS와 같은 공간정보 분석기법을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있 다. 먼저 Ellis 등(2000; 2005)은 미국 플로리다 주를 비롯한 미국 남동 부 지역의 혼농임업 재배적지를 탐색하기 위해 기후 조건과 토양특성을
고려한 GIS 기반의 적지평가모델을 개발한 바 있고, Ryan 등(2002)은 전통적인 지위지수의 개념을 발전시켜 공간상의 입지환경의 분포를 고려 한 호주의 임산물 재배지 평가모델을 제안한 바 있다. 또한 Shagbazi 등 (2009)은 이란 북서부를 대상으로 밀, 옥수수, 사탕무, 감자와 같은 주 요 작물의 재배적지를 분석하였고, 중국에서는 친링 산맥(Qinling Mountains)지역의 오미자 재배(Lu 등, 2012)와 국가 전체의 밀 생산 (Jing-Song, 2012)을 위해 GIS를 이용하여 대상지역의 기후 조건과 지 형을 공간적으로 고려한 재배적지 평가를 수행하였다. 한편, 흔히 서양삼으로 일컬어지는 화기삼(花旗蔘, Panax quinquefolius)의 경우, 자생적으로 분포하는 미국과 캐나다에서 오래전 부터 재배적지와 관련한 연구가 이루어져 왔는데(Baranov, 1966; Williams와 Duke, 1978; Lewis와 Zenger, 1982; Nantel 등, 1996; Nadeau 등, 1999; Hankins, 2000; Carrol과 Apsley, 2004), 최근에는 GIS등의 공간정보 분석기술을 이용하여 화기삼의 생육특성을 보다 정밀 히 고려함으로써 재배적지 평가의 정확도를 높이고 있다(Snow와 Snow, 2009; Vaugan 등, 2011). 반면 국내의 경우 산양삼의 재배적지에 관한 연구는 대부분 재배자들 의 경험을 바탕으로 작성된 자료정리 수준에 머물고 있다(박용배 등, 2009; 권수덕 등, 2010). 다만, 임간재배 되는 산양삼과 달리 밭에서 재 배하는 인삼(김윤영, 2002)이나 유자(임용호, 2000), 사과, 배, 포도 등 의 과수(허문희 등, 1994; 조명희 등, 2000; 김태준과 이근상, 2006), 산림에서 생산 가능한 고로쇠 수액(이병두 등, 2006), 복분자(이근상 등, 2007; 현병근 등, 2013), 산채류(현병근 등, 2010), 오미자(김현 등, 2011)를 비롯한 산약, 뽕나무(이양수 등, 2013) 등의 생산을 위해 GIS를 이용한 재배적지 분석 사례들이 있다. 하지만 이와 같은 연구들도
개별 작물의 재배지 입지환경을 공간적으로 정교한 수준에서 분석한 결 과에 기반을 두고 있지는 못한 실정이다. 더욱이 산양삼과 같은 초본식물의 경우 같은 환경 조건에서도 공간 적 위치에 따라 생육이 달라질 수 있기 때문에(Austin, 2007), 산양삼의 재배적지 탐색에는 보다 정밀한 공간정보 분석기법이 요구된다. 최근 산 림을 비롯한 자연생태분야에서는 동식물의 서식지나 분포지역, 혹은 재 배지 등을 효과적으로 평가하기 위해 공간통계(spatial statistics)기법이 많이 이용되고 있는데(Anderson 등, 2003; Zhang과 Shi, 2004; Wang 등, 2005; Wintle과 Bardos, 2006; Propastin 등, 2008; Elith 등, 2011; Propastin, 2011; Han 등, 2013), 지리적 위치에 따라 달라지는 산양삼 생육의 공간적 변이를 재배지 선택에 고려하기 위해서는 이와 같은 공간 통계기법의 이용이 반드시 필요하다(한희 등, 2012) 산림생태분야에서 활용되는 공간통계기법 중 지리정보를 활용하여 자 연생태와 관련된 많은 생태계 현상에 존재하는 공간적 상호 의존성을 분 석할 수 있는 대표적 공간통계기법으로는 지리적 가중 회귀분석(GWR: Geographically Weighted Regression)이 있다(Austin, 2007). GWR은 공간통계모형의 가장 핵심적인 두 가지 통계적 개념인 공간적 종속성 (spatial dependence)과 공간적 이질성(spatial heterogeneity)의 문제점 을 해결할 수 있는 공간통계기법으로(Fotheringham 등, 2002; 이성우 등, 2006), 최근 산림을 포함한 다양한 생태계 현상과 관련된 공간자료 분석에 많이 이용되고 있다(Zhang과 Shi, 2004; Wang 등, 2005; Lazarus 등, 2006; Hardy, 2010; Harris 등, 2010; Chen 등, 2012).
우리나라에서는 최근 한희 등(2012)이 GIS와 GWR을 이용하여 산양 삼 재배적지를 평가한 바 있으며, 재배지의 입지환경특성에 따른 재배적 합도를 판별하기 위한 다양한 실험 연구가 현재 진행 중에 있다(김동근 등, 2013).
2-2. 산양삼 재배수익성 분석에 관한 연구
산양삼은 밭 재배 인삼보다 약리작용에 있어 효능이 뛰어나고(Mizuno 등, 1994; 정은미 등, 2010), 우리나라 산간의 청정지역에서 재배되는 친환경임산물로서 그 경제적 가치가 높아 국내 산촌임가에서 선호하는 재배작목 중 하나이다(이동섭 등, 2007; 김동근 등, 2013). 이에 따라 최근 산양삼의 재배자 수와 재배면적이 급격히 증가하는 추세에 있으나, 아직까지 국내 재배임가의 수익성 혹은 수익창출 모델에 대한 연구는 미 흡한 실정이다. 국내에서 산양삼 재배의 수익성에 관한 연구로는 대표적으로 임업연 구원(1998), 장철수 등(2000), 장철수와 이중웅(2000), 최명섭 등 (2007)이 재배임가 실태조사를 바탕으로 재배수익성을 분석한 사례가 있다. 먼저 임업연구원(1998)은 전국 6개 지역 36개 임가에 대한 경영 사례조사를 통해 산양삼 재배의 경제성을 분석하였고, 장철수 등(2000), 장철수와 이중웅(2000)은 계단식 묘삼이식 임간 재배의 경제성을 비용 수익분석을 통해 밝힌 바 있다. 또한 최명섭 등(2007)5)도 전북 진안군 의 임가를 사례로 재배과정에서의 투입비용과 판매수입을 고려한 수익성 분석연구를 수행하였다. 하지만 이 자료들은 비록 개별 산양삼 재배임가의 구체적 경영형태나 생산 체계에 따른 수익성을 고려하고자 하였으나 대체로 개괄적인 비용 과 수입을 대비하여 수익성을 분석한 것으로, 정책결정을 위한 자료로서 의 가치는 인정되지만 이 자료들을 이용하여 개별임가 단위의 의사결정 에 필요한 산양삼 재배의 수익창출모델을 제시하기에는 한계가 있다. 반면 화기삼을 생산하는 미국의 경우, 재배임가의 경영형태나 소요자 재들에 대한 자세한 현장 정보가 공유됨으로써 화기삼 재배를 위한 의사 5) 최명섭 등(2007)은 장우환(2001)의 자료를 인용하여 분석하였음.결정에 필요한 정보를 이용할 수 있다(Burkhart, 2011). 특히, 화기삼의 재배수익성과 관련하여 보다 실무적 관점에서 접근한 연구결과들을 찾아 볼 수 있는데, 일례로 Beyfuss(1999), Persons와 Davis(2007)는 현금 흐름분석(cash-flow analysis)을 통해 혼농임업(agroforestry)의 수단으
로 가치가 높은 화기삼 재배의 경제성을 평가한 바 있고,
Hankins(2000)는 화기삼의 생육을 고려한 재배지의 재배적합도에 따른 수익성을 분석한 바 있다.
또한 Burkhart와 Jacobson(2009)는 민감도분석(sensitivity analysis) 을 이용한 화기삼의 재무분석을 통해 생산단계별 비용과 재배기간, 이자 율, 판매가격의 변화 등을 고려한 재배의 수익성을 평가하였고, Burkhart(2011)는 미국 펜실베니아주 화기삼 생산을 위한 재배수익성을 분석하여 펜실베니아주 혼농임업 활성화를 위한 화기삼 재배와 지속적인 생산을 위한 정책제안을 한 바 있다. 화기삼 재배에 관한 이와 같은 연구결과들은 미국 내 화기삼 산업의 경쟁력과 투명하고 안정된 시장구조 형성에 큰 기여를 하고 있다. McLain과 Jones(2005)는 화기삼을 비롯한 미국 내 자생 약용식물의 임 간재배기술을 보편화하여 임업의 경쟁력을 높이기 위해서는 개별 임가중 심의 생산 및 재배실태에 대한 조사를 통해 비용과 수입에 따른 수익창 출 구조에 대한 이해가 선행되어야 한다고 설명하였다. 하지만 우리나라의 경우 산양삼은 물론 다른 임산물에 대해 개별 임 가의 수익성을 분석한 사례는 많지 않다. 다만, 인삼재배에 대한 투자 수익성 분석 연구(서상택 등, 2008)를 비롯하여 현재 국내에서 수요가 높은 임산물에 속하는 밤(김재성 등, 2004; 최수임 등, 2006; 박용배 등, 2007), 고로쇠 수액(김재성 등, 2011), 곰취(박상병 등, 2012)등에 관하여 재배수익성 분석 연구들이 수행된 바 있으나, 여전히 개별 임가 단위의 의사결정에 필요한 정보로 이용되기에는 어려움이 있다.
2-3. 산양삼 재배의 경영계획 수립에 관한 연구
재배의 경영적 관점에서 산양삼의 수확 시기의 선택이나 수확량의 조 절, 재배지의 공간적 배치 등은 성공적인 산양삼 재배에 매우 중요한 부 분이다. 하지만 대부분의 국내 산양삼 임가의 경우, 재배관련 정보와 기 술의 부족으로 인해 여전히 임가주의 개인적인 경험과 판단에 의존한 경 영이 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 성공적인 산양삼 재배를 위해서 는 재배의 효율성을 높이고 안정적인 수익구조를 유도할 수 있는 과학적 이고 합리적인 의사결정에 대한 연구가 필요하다. 1950년대 후반부터 산림분야에서는 산림자원의 효율적인 관리를 위 해 논리적이고 과학적인 의사결정에 따른 산림경영계획을 수립해오고 있 다(박은식, 1998). 이와 같은 산림경영계획은 복잡한 의사결정에 필요한 과학적인 분석과정을 기반으로, 산림경영분야에서 다루어야 하는 많은 현실 문제들에 대한 효과적인 대안을 제시할 수 있다(Davis 등, 2001). 이에 따라 국내외에서는 그동안 산림경영계획기법을 활용한 다양한 연구가 이루어져 왔는데, 먼저 국외의 경우 미국의 대표적인 국유림 경 영계획모델인 FORPLAN(Johnson과 Stuart, 1986)을 비롯하여 Navon (1971)이 개발한 Timber RAM, 미국 산림청의 산림 및 토지이용계획 모델인 RELMdss(Church 등, 2000), 뉴질랜드 산림경영계획모델인 FOLPI(Gracia, 1984), 핀란드 임업연구원에서 개발한 임분단위 산림경 영분석모델인 MELA(Lappi, 2002) 등이 산림경영 및 목재수확을 위한 종합적 분석모델로 개발된 바 있다. 국내의 경우 산림경영계획기법과 관련한 연구로서 주린원(1984), 이 영진(1989), 우종춘(1991), 장철수 등(1993), 정주상과 박은식(1993), 박은식(1994), 원현규와 우종춘(1996), 이종락과 장철수(1999), 박은식 과 정주상(1999; 2000), 장광민 등(2009b)이 선형계획법(linearprogramming)을 이용하여 목재생산을 위한 수확조절방법에 관한 연구를 수행한 사례가 있으며, 원현규 등(2006), 장재영과 우종춘(2007)은 선 형계획법의 하나인 정수계획법(integer programming)을 이용하여 벌채 의 공간적 문제를 해결하기 위한 목재수확계획을 수립하였고, 원현규 등 (2009)은 목표계획법(goal programming)을 산림경영문제에 적용하여 지속가능한 산림영급구조로의 유도를 위한 산림벌채수확량을 산출한 바 있다. 또한 국외에서 개발된 모델의 이용과 관한 연구로 장철수(1987)는 미국의 다목적 산림경영을 위한 수확분배모델인 Timber RAM의 국내 적용성을 검토하였으며, 권오복 등(1989)은 FORPLAN의 국내 적용성을 위해 모델의 구조를 분석한 바 있다. 특히 박은식(1998)은 미국의 산림 경영계획모델의 개념을 보다 발전시켜 지리정보시스템과 연계한 우리나 라 국유림 경영계획모델을 개발한 바 있다. 하지만 이와 같은 연구들은 모두 산림경영의 가장 기본적이고 전통적 목표인 목재생산을 위한 벌채수확조절을 목적으로 한 것으로서, 산림분 야에서 산양삼과 같은 비목재 임산물의 생산을 위한 경영계획을 수립한 사례는 극히 드물다. 더욱이 산양삼의 재배는 재배지의 위치와 재배적합 도 등과 같은 공간적 문제를 다룰 수 있어야하기 때문에, 일반적인 선형 계획모형에서 보다 발전된 형태의 수식모형의 개발이 필요하다. 그러나 최근 산림경영계획수립에 있어 중요한 관심사인 벌채공간의 인접성 (Gunn과 Richards, 2005)이나 야생동물의 서식지 문제(Bettinger 등, 2002; Wei와 Hoganson, 2008)와 같이 산림의 공간적인 문제를 다루는 경영계획과 달리 목재 이외의 임산물에 대한 재배경영계획 수립 연구는 아직까지 본격적인 연구단계로 진입하지 못하고 있다.
제 3 장 GIS를 이용한 산양삼 재배적지
평가모델의 개발
3-1. 서론
산양삼은 반음지성의 다년생 초본식물로서 일반적으로 서늘한 기후와 습윤하고 배수가 잘 되는 토양에서 잘 자라는 것으로 알려져 있다(산림 청, 2006; 이동섭, 2011). 현재까지 출판된 산양삼의 재배적지와 관련한 국내 문헌들을 살펴보면, 활엽수림이나 침엽수림 등과 같은 특정한 임상 조건과 일정 높이 이상의 수고, 북 혹은 복동의 사면 방향, 80~90% 정 도의 임간 울폐도, 배수가 잘 되는 사질양토나 양질사토의 토성, 일정 수준의 유기물 함량 등을 산양삼의 재배에 적합한 입지환경 조건으로 제 시하고 있다(임업연구원, 1998; 산림청, 2006; 권수덕 등, 2010; 이동 섭, 2011; 전권석 등, 2013). 하지만 이러한 조건들은 산양삼 재배의 참 고사항일 뿐 실제 현장에서 재배자들의 선택에 큰 도움을 주지는 못하고 있는 실정이다. 재배농민과의 면담을 통해 재배에 적합한 장소의 입지환경을 조사해 보면, 실제 재배자들이 재배지 선택에 있어 가장 중요하게 생각하는 요 인은 바로 광과 온도, 토양 내 수분 조건이다(김동근 등, 2013). 대체로 재배자들은 경험적으로 익힌 산양삼의 생육특성을 기반으로 서늘하고 습 윤한 지역에서 산양삼을 재배하고 있었으며, 특정한 임상이나 수고보다 는 생육에 알맞은 광, 온도, 수분 조건을 맞출 수 있는 임간 울폐율과 토양을 비롯한 고도, 사면방향과 같은 지형 조건 등을 중요하게 고려하 여 재배지를 선택하고 있었다. 하지만 이러한 입지환경 조건들의 경우 재배자 각자의 개인적인 판단과 경험에 의존하여 결정되는 것이 대부분으로, 현재 국내에서 미흡한 임간재배의 적지 선정 등의 표준적인 재배기술의 개발을 위해서는 산양 삼의 생육특성에 기반을 둔 재배적지 판별에 관한 보다 과학적이고 체계 적인 분석기법이 필요하다. 더욱이 산양삼은 주변의 환경변화에 매우 민감하게 반응하는 식물로 (서세명 등, 2007), 산양삼의 생육에는 다양한 환경 조건들이 복합적으 로 함께 작용하는 것으로 알려져 있다(우수영 등, 2002; Woo 등, 2007; Suh 등, 2010). 특히 산양삼과 같은 초본식물의 생육에는 공간적 위치 에 따른 미세한 환경 조건의 차이가 식물의 생육에 중요한 영향을 미칠 수 있기 때문에(Austin, 2007), 산양삼의 재배적합도를 판별하고 이를 실제 현장에서 이용하기 위해서는 대상지의 공간적 위치정보에 따른 환 경적 변이를 효과적으로 고려할 수 있는 공간정보 분석기법이 요구된다. 최근 산림생태분야에서는 식물 분포 및 서식지 적합도 평가 등을 위 해 대상 식물의 공간적 위치정보를 기반으로 그에 따른 생육특성을 반영 할 수 있는 공간통계분석기법을 많이 이용하고 있다(Wang 등, 2005; Propastin 등, 2008; Elith 등, 2011; Han 등, 2013). 공간통계기법은 생태계 자료 해석에서 빈번히 발생하는 정보의 왜곡(Mahecha 등, 2007; Han 등, 2010) 혹은 공간적 자기상관(spatial autocorrelation)의 문제 (Fortin과 Dale, 2005)로부터 벗어나 서식지 적합도나 식물종의 확률분 포 등으로 표현되는 종속변수의 공간적 상호의존성을 고려할 수 있는 공 간자료 분석기법으로서 지리적 위치에 따라 달라지는 산양삼 생육의 공 간적 변이를 효과적으로 분석할 수 있다. 이에 본 연구에서는 실제 산양삼 재배지의 현장조사 결과를 기반으로 재배지의 생육환경특성을 규명하고, GIS와 공간통계기법을 활용한 산양 삼 재배적지 평가모델을 개발하고자 하였다.
3-2. 재료 및 방법
3-2-1. 연구대상지
본 연구는 <그림 3-1>에서와 같이 경상남도 함양군의 산양삼 재배 임가를 대상으로 하였다. 함양군은 2012년 기준 산양삼 생산액이 전국 3위6)에 해당하는 시군으로(산림청, 2013), 예로부터 남덕유산 자락을 따라 산삼이 많이 생산되어 왔으며, 현재에는 지역 내 산양삼 재배임가 가 약 450여 가구에 이르는 우리나라의 대표적인 산양삼 특성화 지자체 이다. <그림 3-1> 산양삼 재배임가 위치(경남 함양군) 6) 2012년 산양삼 생산액 순위: 1)인제군 10,500백만원, 2)평창군 7,412백만원, 3)함양군 6,836백만원.3-2-2. 산양삼 재배지 현장조사
본 연구에서는 함양군 내 산양삼 재배임가 중 우수 재배임가로 선정 된 11개 임가를 연구대상지로 선정하고<표 3-1>, 2011년 5월에서 8 월, 2012년 5월부터 8월까지의 기간 동안 각 임가를 직접 방문하여 임 가주 면접인터뷰 및 재배지에 대한 현장조사를 실시하였다. 조사대상 임가의 산양삼 재배농장 위치의 평균 해발고는 약 786m로, 우수 재배임가로 선발되어 조사된 모든 임가가 600m 이상의 고지대에 위치하고 있었다. 또한 임가주들의 평균 재배경력은 약 10.8년이었으며 최소 6년 이상, 최대 18년에 이르는 재배경력을 보유하고 있었다. 한편 임가의 평균 농장면적은 약 13.5ha로 대부분의 임가가 전체 면적 중 일 부만을 산양삼 재배에 활용하고 있었다. 자료 분석을 위해 전체 임가에서 조사된 산양삼 재배지는 총 87개소 로, 조사된 개별 재배지는 재배적합성 측면에서 2개 등급(적합/부적합) 으로 구분되었다. 조사된 재배지는 현재 재배가 이루어지고 있거나 과거 에 재배가 이루어졌던 지역으로서, 각 재배지의 적합도는 현장 여건을 고려하여 임가주의 경험에 근거한 의견을 토대로 결정되었다. 재배지의 위치, 해발고, 사면방향 등의 기본적인 지형 정보를 비롯한 임상 정보는 현지 측정을 통해 수집되었으며, 현지 측정 시에는 임가주의 참관 하에 각각의 재배지에서 0.04ha 크기의 원형 조사구를 설치한 후 수종 비율, 임분밀도, 임령, 평균수고, 엽면적지수(LAI: Leaf Area Index)와 같은 정보를 측정하여 기록하였다.또한 토양 자료의 경우 현장에서 채취된 시료를 서울대학교 농생명과 학공동기기원 토양분석센터에 의뢰하여 별도의 토양시료분석을 수행하였 다. 구체적인 재배지 조사항목은 <표 3-2>와 같다.
No. 임가 위치 해발고도 (m) 재배면적 (ha) 재배경력 (년) 표본점 수 (개소) 1 함양군 휴천면 610 11.0 7 6 2 함양군 안의면 708 15.4 11 8 3 함양군 서하면 849 36.7 6 10 4 함양군 서하면 640 11.0 17 7 5 함양군 서하면 775 20.5 18 12 6 함양군 서상면 920 6.0 9 6 7 함양군 서상면 860 11.7 18 8 8 함양군 서상면 850 10.0 8 9 9 함양군 병곡면 841 10.0 7 8 10 함양군 백전면 835 8.0 8 6 11 함양군 마천면 755 8.4 10 7 평 균 786 13.5 10.8 87a a합계 값 <표 3-1> 조사대상 재배임가 정보 구 분 조사항목 위치 및 지형정보 임가위치, 지형위치(계곡/능선/산록/산복), 사면향, 고도 임상정보 수종비율, 소밀도, 평균흉고직경, 영급, 평균수고, LAIa 토양정보b pH, 유기물함량, 전질소, 치환성 양이온(Ca, Mg, K. Na) 유효인산, 토성, 수분함량 a엽면적지수, b토양시료 채취 후 별도의 분석과정을 거쳐 취득된 정보임 <표 3-2> 재배지 조사항목
3-2-3. 재배지 입지환경 분석
본 연구에서는 산양삼 재배적지 선정을 위한 분석모델 개발을 위하여 먼저 현장조사와 재배임가 면접 인터뷰를 통해 기본적인 연구대상지 입 지환경정보를 구축하고, 산양삼 재배 관련 각종 문헌과 재배임가 면접결 과를 함께 검토하여 산양삼 재배의 주요 인자를 선정하였다. 다음으로 선정된 주요 인자가 재배적합도에 어떠한 영향을 미치는지 를 보다 구체적으로 분석하고 이를 모델에 반영하기 위하여 GIS 공간자 료 분석을 통해 개별 재배지의 지형을 비롯한 광·토양환경을 정밀히 평 가하였다. 분석에 이용된 자료로는 지형인자의 경우 국립지리원에서 제 공하는 1:5,000 수치지형도를 이용하였으며, 토양 및 광 인자의 경우 산 림청에서 제공하는 수치입지도와 본 연구에서 별도로 분석한 공간분석자 료를 이용하였다. 한편, 재배지 입지환경의 공간자료 분석에는 ESRI사의 ArcGIS 9.3 프로그램을 이용하였다.3-2-3-1. 지형 분석
산양삼의 생육은 해발고도와 경사도, 사면향 등의 기본적인 지형여건 은 물론 능선, 산복/산록사면, 계곡 등과 같은 지형적 위치에도 큰 영향 을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 기본적인 지형정보 인 해발고도, 경사도, 사면향과 함께 재배지의 지형적 위치와 주변 지역 과의 상대적인 기복차이를 나타내는 지형위치지수(TPI: Topographic Position Index)를 이용하여 재배지의 특성을 나타내었다. TPI는 인접지역에 대한 기복량 계산을 통해 산지에 나타나는 다양한 지형들을 쉽게 정량화할 수 있는 지수로(Weiss, 2001), 식물의 생육에영향을 미치는 지형 조건의 차이를 정밀하게 분석할 수 있어(Han 등, 2011) 산양삼 재배적지 분석에도 효과적으로 쓰일 수 있다. TPI 값은 주변과의 고도차에 따른 지형의 위치를 나타내는데, TPI 산출 알고리즘 은 특정 셀의 고도 값과 인접한 셀들의 평균 고도 값의 차이를 이용해 산출된다(Jenness 등, 2011). 즉, TPI 값이 양(+)의 값을 나타내면 특 정 셀이 주변보아 높은 지형임을 의미하고, TPI 값이 음(-)의 값을 나 타내면 특성 셀이 주변보다 낮은 것을 의미한다<그림 3-2>. <그림 3-2> TPI의 개념도 TPI를 이용한 산지지형의 해석은 동일 지형에 대해 서로 다른 공간 스케일에서의 TPI 값을 산출하고, 각각의 TPI 값과 경사도를 고려한 산 지지형의 분류를 통해 분석된다. <그림 3-3>에서와 같이 분석 공간의 scale factor를 어떻게 설정하느냐에 따라 동일 지점에서도 서로 다른 TPI 값이 산출될 수 있다. 따라서 산지지형의 형태적 특성을 정확하게 해석하기 위해서는 대상 지형의 특성이나 규모에 맞춰 TPI 분석에 적합한 scale factor 값을 선 택하는 것이 중요하다. 장광민 등(2009a)은 지형성장곡선과 기울기변화 곡선을 이용하여 국내 산지지형 분류를 위한 scale factor 선정방법을
제시한 바 있는데, 본 연구에서도 동일한 방법을 적용하여 연구대상지의 지형분류를 위한 적합한 scale factor를 선정하였다. 한편, 산출된 TPI를 이용한 지형분류 시에는 Jenness 등(2011)이 제안한 <표 3-3>의 분 류기준을 적용하여 개별 재배지를 포함한 주변의 지형을 능선부, 산복사 면, 산록사면, 계곡부로 구분하였다.
<그림 3-3> 서로 다른 scale factor에서의 TPI 산출 결과(Jenness 등, 2011)
지형구분 경사도 Small scale TPI Large scale TPI
능선부 - TPI ≥ 1 TPI ≥ 1
산복사면 - 1 > TPI > -1 TPI ≥ 1 산록사면 > 5° 1> TPI > -1 1> TPI > -1
계곡부 - TPI ≤ -1 TPI ≤ -1
이상의 절차를 통해 산양삼 재배적지 모델링에 이용된 지형분석 인자 는 <표 3-4>와 같다. 분석된 인자 중 해발고도와 경사도, 사면향은 수 치지형도로부터 불규칙삼각망(TIN: Triangulated Irregular Network)을 생성한 후 이로부터 지표면 분석(surface analysis)을 통해 각각의 인자 로 추출되었다. 이 때 사면향은 자료의 특성상 모델링에 직접 이용되지 못하므로, Beers 등(1966)이 제안한 선형변환식을 이용해 북쪽으로 치 우칠수록 2에 가깝고 남쪽으로 치우칠수록 0에 가깝도록 값을 변환하였 다. 또한 산출된 연구대상지의 TPI 값과 이를 기반으로 분류된 재배지 주변의 지형구분 자료도 산양삼 생육과 관련한 지형적 특성을 재배적지 모델링에 면밀히 반영하기 위하여 분석에 함께 이용하였다. 분석 인자 변수명 단 위 비 고 해발고도 Elev m GIS분석 경사도 Slope 도 사면향* Aspect -지형위치지수 TPI -지형구분 LandC
*A'=Cos(45 - A) + 1 [A':선형화된 사면향값(0-2), A:기존 사면향값(˚)]
3-2-3-2. 광 환경 분석
산양삼 재배지 내 입사되는 ‘광’은 토양과 더불어 산양삼 재배의 중요 한 인자로서 경사도, 재배지의 광 환경은 사면향과 같은 지형적 요인에 의한 부분과 임도밀도 조절이나 가지치기 등에 의한 임간 울폐도 부분으 로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 지형적 요인으로 인한 입사광량의 차 이를 McCune과 Dylan(2002)이 제안한 입사광량 분석식을 이용하여 산 출하였고, 임간 울폐도의 경우 현지조사 시 어안랜즈를 이용하여 임간의 울폐도를 반구형의 이미지 자료로 측정한 후 Delta-T Devices사의 HemiView 2.1 프로그램(Rich 등, 1999)으로 분석하여 엽면적지수로 변 환하였다<표 3-5>. 광 관련인자 변수명 단 위 비 고입사광량지수 SOLAR MJ/cm2/yr GIS분석
엽면적지수 LAI - 현지측정 <표 3-5> 광환경 분석 인자
3-2-3-3. 토양 환경 분석
일반적으로 산양삼 재배와 관련된 문헌(산림청, 2006; 이동섭, 2011) 과 본 연구에서 실시된 임가주 면접 인터뷰에 따르면 산양삼 생육에 있 어 ‘토양’은 매우 중요한 요인으로 알려져 있다. 구체적으로 산양삼 재배 와 관련된 토양의 특성을 살펴보면 토양배수, 수분함유정도, 유기물함량, 치환성 양이온 등과 같은 토양의 물리·화학적 특성으로 구분할 수 있다.따라서 본 연구에서는 앞서 제시한 지형과 광 환경 요인과 마찬가지 로 토양 환경 요인을 산양삼 재배적지 모델링에 보다 구체적으로 반영하 기 위하여 GIS를 이용한 재배지 토양 환경 분석을 수행하였다. 이를 위 해 먼저 토양 배수의 경우 산림청에서 제공하는 수치입지도 자료를 이용 하여 재배지와 그 주변의 ‘배수등급’ 을 평가하였고, 수분함유량과 관련 해서는 GIS 공간분석을 통해 산출 가능한 수분지수(TWI: Topographic Wetness Index)를 이용하였다. TWI는 지표면의 경사와 경사면의 면적을 고려하여 산출되는 지수값 으로 지형적 위치에 따른 수분량을 나타낸다(Beven과 Kirkby, 1979). 따라서 동일한 투영 면적에 대한 상대적 수분함유정도를 비교할 수 있다 (Sørensen과 Seibert, 2007). 즉, 경사도가 높거나 혹은 동일한 투영 면 적 대비 경사면의 면적이 작은 경우에는 배수가 상대적으로 잘 되고 수 분이 잘 모이기 어렵기 때문에 TWI는 낮은 값을 나타내고, 반대의 경우 수분이 잘 모일 수 있어 TWI가 높은 값을 나타내게 된다. TWI는 야생 동식물종의 분포 예측이나 서식지 접합성 평가 등과 관 련한 최근 산림생태분야의 다양한 연구에서 활발히 이용되고 있는데 (Zinko 등, 2005; Besnard 등, 2013; Moeslund 등, 2013), 국내의 사례 로는 Han 등(2011)이 광릉시험림의 초본식생 다양성을 분석하기 위한 주요 인자로 TWI를 이용한 바 있다. 본 연구에서는 연구대상지의 TWI 를 산출하기 위하여 수치지형도로부터 추출된 1m 격자 간격의 수치표고 모델(DEM: Digital Elevation Model)을 이용하였다.
한편, 토양의 물리·화학적 특성의 경우 현재 수치 자료로 구축된 것이 없고 일반적으로 정밀한 실험분석을 통해서만 얻을 수 있기 때문에 별도 의 토양시료 분석을 수행하여 해당 정보를 취득하였다<표 3-6>.
토양 관련인자 변수명 단 위 비 고 토양배수 Baesu -GIS분석 수분지수 TWI -수분함량 WaterC % 토양분석 pH pH -유기물함량 Organic % 전질소 TN % Ca Ca mg/kg Mg Mg mg/kg K K mg/kg Na Na mg/kg P2O5 P2O5 mg/kg 모래비율 Sand % 미사토비율 Silt % 점토비율 Clay % <표 3-6> 토양환경 분석 인자
3-2-4. GIS 공간통계기법을 활용한 재배적지 모델링
3-2-4-1. 재배 주요 인자 선정
산양삼의 생육은 해발고도, 사면향, 사면위치와 같은 지형 조건을 비 롯하여 토양 배수와 수분함유량 등과 같은 토양 조건, 수종이나 수고, 임 간 울폐도와 같은 임상 조건 등 다양한 환경 조건에 영향을 받는다. 따라 서 재배지의 입지환경에 따른 재배적지 평가모델을 개발하기 위해서는 먼저 산양삼의 생육에 영향을 미치는 주요 인자를 선정할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 재배지 현장 조사 시 수행된 임가주 면접 인터뷰 결과와 기존의 산양삼 재배 관련 문헌에 기록된 정보를 바탕으로 산양삼 재배에 필요한 주요 인자를 선정하였다. 하지만 이러한 과정을 거쳐 선 정된 재배 주요 인자는 주로 재배자의 개인적인 재배경험과 판단에 의한 것이기 때문에, 과학적인 재배적지 모델개발을 위해서는 현장중심의 자 료 분석을 통한 주요 인자의 선정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 선정된 재배 주요 인자들을 대상으로 산양삼 재배 사례지의 생육입지환경을 재배적합지와 준적합지로 구분하여 비교 분석하였다. 이를 통해 연구대상지 내 산양삼 생육에 주요 인자를 재검 토하고, 실제 재배지 현장에서 적용 가능한 주요 인자를 선정하였다. 최 종적으로 선정된 재배 주요 인자는 이후 재배적지 분석모델 개발에 필요 한 입력변수로 이용되었다.3-2-4-2. 재배적지 분석모델 개발
산양삼 재배지의 경우 지형적인 위치나 토양의 특성 등에 따라 산양 삼의 생육이 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 최소자승법을 이용하는전통적 회귀분석방법은 단순 관측치를 기반으로 독립변수의 변화에 따른 영향을 분석하는데 매우 유용하지만 지리적 위치에 따라 달라지는 산양 삼 생육의 공간적 변이를 모델에 충분히 반영하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 최근 산림생태분야 연구(Zhang과 Shi, 2004; Wang 등, 2005; Propastin 등, 2008; Propastin, 2011)에서 시도되고 있는 다양한
공간통계 분석기법 중 하나인 지리적 가중 회귀분석(GWR:
Geographically Weighted Regression)을 이용하여 산양삼 재배적지 분 석 모델링을 수행하고자 하였다. 지리적 가중 회귀분석은 지리정보를 활용하여 자연생태와 관련된 많 은 생태계 현상에 존재하는 공간적 상호 의존성을 분석할 수 있는 대표 적 공간통계기법이다(Fotheringham 등, 2002). 이 기법은 <그림 3-4> 에서 보여주듯이 회귀식의 계수가 모든 지역에서 동일한 것이 아니라 공 간적 위치에 따라 달라지도록 모형화 할 수 있게 해준다. 즉, 알려진 어 떤 위치 에 대해 종속변수 와 개의 독립변수 가 있고, 회귀계수와 오차항이 각각 , 인 경우 회귀식은 <식 3-1>과 같이 표현된다. <식 3-1> ⋯ <식 3-1>이 일반적인 회귀모형과 다른 점은 각 항에 가 붙는 것 인데, 이는 모수의 추정이 주어진 위치 에 대해 이루어지고 그 위치에 대해서만 의미를 가진다는 것을 나타낸다. 본 연구에서는 산양삼 생육의 공간적 변이를 재배적지모델에 반영하기 위하여 지리적 가중 회귀모형을 이용하였다.
<그림 3-4> 지리적 가중 회귀모형(GWR)의 추정(Yu와 Wei, 2004) 한편, 본 연구에서는 모델의 종속변수가 재배적합지와 준적합지로 구 분되는 이항변수의 형태를 이용하였다. 이러한 경우 종속변수로 연속형 변수를 이용하는 일반 GWR 모형에서는 모델 적합 시 상당한 비선형 오 차가 발생할 수 있다(Fotheringham 등, 2002). 따라서 본 연구에서는 종속변수를 이항변수로 이용하는 지리적 가중 로지스틱 회귀모형 (GWLR: Geographically Weighted Logistic Regression)을 이용하여 산 양삼 재배적합도를 판단할 수 있는 모델을 개발하였다<식 3-2>. <식 3-2> ∼
⋯ GWLR를 통해 각 재배지의 적합도를 구분하는 방법은 일반 로지스틱 회귀모형에서와 같이 독립변수의 선형결합을 이용하여 한 집단(적합지 혹은 준적합지)에 속할 확률을 계산함으로써 이루어진다.<그림 3-5> 산양삼 재배적지 분석모델 개발 절차 재배적지 분석모델 개발 절차는 <그림 3-5>에서와 같이 세 단계로 나뉘는데, 첫 번째 단계에서는 앞에서 설명한 바와 같이 재배지 입지환경 자료 분석을 통해 재배 주요 인자를 선정한다. 다음으로 두 번째 단계에 서는 선정된 주요 인자를 대상으로 먼저 일반 로지스틱 회귀모형을 이용 하여 이후의 공간통계모델링에서 필요한 입력변수를 선정하고, 다시 GWLR을 이용하여 최종적인 산양삼 재배적지 분석모델을 개발한다. 이 때 일반 로지스틱 모형과 지리적 가중 로지스틱 모형 간의 비교를 통해 산양삼 재배지 내 입지환경의 공간적 자기상관 현상을 규명하고, GWLR 의 이용을 통해 개선되는 모델링의 정확도를 제시한다. 마지막으로 세 번째 단계에서는 개발된 모델을 연구대상지에 적용하여 재배적지 분석결 과의 타당성과 해당 모형의 적용성을 검증한다. 이를 위해 GIS 공간분석 기법 중 하나인 역거리가중치법(IDW: Inverse Distance Weighted)을 이용하여 대상지의 입지환경 조건 분포를 예측하고, 개발된 모형을 이용 하여 대상지 전체의 산양삼 재배적합도를 추정하였다.
한편, 산양삼 재배적지 분석모델링을 위한 모든 통계분석은 R 소프트 웨어를 이용하였고, 대상지의 재배적합도의 추정이나 예측결과의 공간자 료로의 변환은 ArcGIS 9.3 프로그램을 보완적으로 이용하였다.
