산림기사 조림학 필기 핵심 이론 및 실무 체계의 심층 분석 보고서

조림학

 

제1장 산림의 기원과 조림 작업 시스템의 체계적 분류

산림 조림학은 산림의 성립부터 생장, 갱신에 이르는 전 과정을 과학적으로 관리하는 학문으로, 산림기사 자격 취득을 위한 핵심 과목이다. 산림의 기원은 크게 종자에 의해 조성된 교림(High Forest)과 싹(맹아)에 의해 조성된 왜림(Coppice Forest)으로 나뉘며, 이들의 혼합 형태인 중림(Middle Forest)은 작업의 목적과 기술적 난이도에 따라 차별화된 관리 체계를 요구한다.   

1.1 교림과 왜림의 생태적 및 경영적 특성

교림은 주로 종자에 의해 양성된 실생묘를 식재하거나 천연 하종을 통해 조성된 산림으로, 높은 수고를 가지며 대경재 생산을 목적으로 한다. 교림은 생물학적으로 성숙한 후 열매를 맺게 되며, 장벌기 경영을 통해 우수한 형질의 목재를 생산하는 데 적합하다. 반면 왜림은 벌채 후 남은 그루터기에서 발생하는 맹아를 이용하여 갱신하는 산림으로, 연료재나 소경재 생산을 위한 단벌기 경영에 유리하다. 왜림 작업 시 가장 중요한 요소는 벌채 시기인데, 왕성한 맹아 발아를 유도하기 위해 양분이 뿌리에 저장된 겨울부터 초봄 사이, 특히 참나무류 임분에서는 늦겨울에서 초봄에 벌채하는 것이 가장 효과적이다.   

왜림 작업은 작업 과정이 비교적 간단하여 경제적이지만, 모든 수종에 적용할 수 있는 것은 아니다. 소나무나 잣나무와 같은 침엽수는 맹아력이 약해 왜림 작업종이 아닌 교림 작업종으로 분류되며, 아까시나무나 참나무류 등이 왜림의 주요 대상 수종이 된다. 이러한 갱신 기원의 차이는 산림의 구조와 관리 방식에 근본적인 영향을 미친다.   

1.2 중림 작업과 혼효림의 관리

중림 작업은 동일한 단위 면적 내에서 상층은 교림, 하층은 왜림으로 구성하는 복합적인 작업종이다. 이는 주로 일반 용재와 연료재를 동시에 생산하고자 할 때 채택되며, 높은 수준의 작업 기술을 필요로 한다. 하층목은 개벌에 의한 맹아 갱신을 반복하며, 상층목은 장기적인 용재 생산을 목표로 관리된다.   

산림의 수종 구성에 따라 단순림(순림)과 혼효림으로 구분할 수 있는데, 단순림은 단일 수종으로 구성되어 식재 및 관리가 용이하고 경제적 가치가 높은 나무를 대량 생산할 수 있는 장점이 있지만, 병충해와 기상 재해에 취약하다는 치명적인 약점이 있다. 반면 혼효림은 단순림보다 유기물의 분해가 빠르고 무기 양료의 순환이 잘 이루어지며, 산림 병해충 및 기상 재해에 대한 저항력이 높다. 동령적 혼효림을 조성할 때는 내음성이 비슷하더라도 생장 속도가 느린 수종을 먼저 식재하여 수관 경쟁에서 도태되지 않도록 조절하는 세심한 관리가 필요하다. 

산림 작업종 및 갱신 기원 비교 분석

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제2장 산림 갱신 전략과 천연 및 인공 조림 체계

산림을 새롭게 조성하는 방식인 갱신은 인공 조림과 천연 갱신으로 크게 구분된다. 인공 조림은 동령 단순림 형성이 많고 특정 목적의 수종을 집중적으로 육성할 수 있는 반면, 천연 갱신은 해당 지역의 환경에 오랜 시간 적응해 온 개체들을 활용하므로 생태적 안정성이 높고 조림 실패의 위험이 적다.   

2.1 천연 갱신의 방법과 산벌 작업

천연 갱신은 인공 조림보다 관리가 어려운 측면이 있지만, 자연력을 활용하므로 비용 면에서 유리할 수 있다. 대표적인 천연 갱신 방법인 산벌 작업은 윤벌기가 완료되기 전 짧은 기간 동안 몇 차례에 걸쳐 벌채를 실시하여 임목을 제거하는 방식이다. 산벌 작업은 예비벌, 하종벌, 후벌의 3단계로 진행된다.   

* 예비벌: 갱신을 위한 준비 단계로 수관을 열어 광선을 도입하고 지표면 상태를 개선한다.
* 하종벌: 결실량이 많은 해에 종자의 낙하와 발아를 돕기 위해 1회 벌채를 실시한다.   
* 후벌: 하층에 새로운 임분이 형성되면 상층의 보호목을 완전히 제거하는 단계이다.   

산벌 작업은 개벌 작업에 비해 기술적 요구도가 높으며, 후벌 단계에서 어린나무가 손상되거나 반출 경비가 많이 들 수 있다는 단점이 있다.   

2.2 모수 작업과 택벌 작업

모수 작업은 종자 공급원이 될 우량한 나무(모수)를 일정 수(대개 ha당 15~30본) 남기고 나머지 임목을 모두 벌채하는 방식이다. 모수는 바람에 대한 저항력이 강해야 하며, 주로 소나무나 곰솔 같은 양수 수종의 갱신에 유리하다. 모수 작업은 음수 수종의 갱신에는 부적합하며, 모수가 많을 경우 이단림의 형태를 띠기도 하지만 기본적으로는 동령림을 형성한다.   

택벌 작업은 성숙한 나무를 선별적으로 벌채하여 이령림(나이가 다른 나무들이 섞인 숲) 구조를 유지하는 방식이다. 이는 환경 보전적 측면에서 매우 우수하지만, 지속적인 관리가 필요하고 벌채 및 운반 작업이 까다롭다. 독일의 Moller가 주장한 항속림(Dauerwald) 사상은 이러한 개벌을 금하고 간벌 형식의 벌채를 해마다 반복하여 산림의 생태적 연속성을 강조하는 개념이다.

주요 산림 갱신 작업종의 생태적 적합성

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제3장 임목 종자 생리학 및 종자 관리 실무

조림의 시작은 우수한 종자의 확보와 관리에서 비롯된다. 종자의 구조, 발아 생리, 저장 및 처리 기술에 대한 이해는 산림 자원 육성의 기초가 된다.

3.1 종자의 구조와 형질 

형성꽃의 구조와 열매의 관계를 이해하는 것은 종자학의 필수 요소이다. 난핵과 정핵이 만나면 배(Embryo)가 형성되며, 주피는 종피로, 배주는 종자로, 자방은 열매로 각각 발달한다. 정핵과 2개의 극핵이 만나 배유(Endosperm)를 형성하는 현상을 중복수정이라 하며, 이는 속씨식물(피자식물)의 전형적인 특징이다. 반면 소나무와 같은 겉씨식물(나자식물)은 중복수정을 하지 않으며 헛물관 세포를 가진다는 차이점이 있다.

3.2 종자의 정선 및 건조 처리

채취된 종자는 사선법(체질), 풍선법(바람), 수선법(물) 등을 통해 불순물을 제거하는 정선 과정을 거친다. 정선 후 종자의 수분 함량을 조절하기 위해 건조 작업을 실시하는데, 소나무나 낙엽송은 햇볕에 말리는 양건법을 사용하고, 포플러류나 오리나무류처럼 건조에 약한 종자는 통풍이 잘 되는 실내에서 반음건조법을 적용한다. 특히 밤나무나 도토리 같은 전분 종자는 수분이 소실되면 발아력을 상실하므로 습기를 유지하며 저장하는 보호저장법이 필수적이다.

3.3 종자 활력 검사: 테트라졸륨(TZ) 테스트

종자의 활력을 신속하게 검정하기 위해 환원법의 일종인 테트라졸륨 검사가 널리 이용된다. 이는 종자 내 산화 효소(Dehydrogenase)가 살아 있는지 확인하는 방법으로, 테트라졸륨 용액이 살아 있는 조직의 호흡 작용에 의해 수소를 받아 붉은색의 포르마잔(Formazan)으로 변하는 원리를 이용한다. 활력이 있는 종자는 붉게 착색되지만, 죽은 종자는 색 변화가 나타나지 않는다. 이 방법은 휴면 중인 종자에도 적용이 가능하다는 큰 장점이 있다.

3.4 휴면 타파 및 발아 촉진 기술

많은 임목 종자는 채취 후 바로 발아하지 않는 휴면(Dormancy) 특성을 가진다. 이를 극복하기 위해 가장 많이 사용되는 방법은 노천매장법이다. 종자를 습한 모래와 섞어 땅속 50~100cm 깊이에 매장하는 이 방법은 후숙을 돕고 저온 습윤 상태를 유지하여 휴면을 타파한다.

* 황산 처리법: 옻나무, 피나무 등 종피가 딱딱한 종자의 침투성을 높이기 위해 사용한다.
* 냉수 처리법: 일본잎갈나무, 소나무 등의 발아를 촉진하는 데 효과적이다.
* 지베렐린(GA): 식물 호르몬을 처리하여 발아를 직접적으로 유도하기도 한다.

종자의 품질을 나타내는 효율(Efficiency)은 순량율과 발아율의 곱으로 계산되며(E = P x G), 이는 파종량을 결정하는 핵심 인자가 된다.

종자 관리 및 정선 방법 요약

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제4장 묘포 관리 및 우량 묘목 생산 기술

묘목의 품질은 조림 후 활착률과 초기 생장을 결정짓는 핵심 요소이다. 따라서 입지 선정부터 시비, 관리에 이르는 정밀한 묘포 경영이 요구된다.

4.1 묘포지 선정과 토양 환경

묘포지는 기계화 작업이 용이하도록 5도 이하의 완경사지가 적합하며, 배수가 원활한 사양토(사질양토)가 가장 이상적이다. 토양 산도는 침엽수의 경우 pH 5.0~6.5의 약산성이 적당하며, pH가 7.3을 넘어가면 미생물 활동은 왕성해지나 특정 영양소의 흡수 장애가 발생할 수 있다. 토심은 깊어야 하며 부식질 함량이 풍부할수록 우량 묘목 생산에 유리하다.

4.2 묘목의 연령 표시와 품질 기준

묘목의 연령은 파종상과 이식상에서 보낸 기간으로 표시한다. 예를 들어 '2-1묘'는 파종상에서 2년, 이식상에서 1년을 자란 총 3년생 이식묘를 뜻한다. '1-2-1묘'는 파종상 1년 후 이식상에서 2년, 그리고 다시 한 번 더 이식하여 1년을 경과한 4년생 묘목이다. 우량 묘목은 정아가 측아보다 발달되어 있어야 하며, 지상부와 지하부의 균형을 나타내는 T/R율이 적절해야 한다. T/R율 수치가 너무 크다는 것은 지하부에 비해 지상부가 과도하게 자랐다는 의미로, 이식 후 건조 피해를 입기 쉬워 충실한 묘목으로 보기 어렵다.

4.3 파종량 산출 공식과 실무 적용

정확한 파종량 계산은 종자 낭비를 막고 적정 묘목 밀도를 유지하기 위해 필수적이다. 파종량(W) 산출을 위한 기본 공식은 다음과 같다 : 

* W: 파종할 종자의 양 (kg 또는 g)
* A: 파종 면적 (m^2)
* S: m^2당 남길 묘목 수 (본/m^2)
* D: 1g(또는 1L)당 종자 입수
* P: 순량율 (순정 종자 무게 / 전체 시료 무게)
* G: 발아율 (실험실 발아율)
* L: 득묘율 (실제 묘목으로 남는 비율)

예를 들어, 500m^2의 면적에 m^2당 600본을 남기려 하고, 1g당 종자가 60립이며 순량율 0.9, 발아율 0.9, 득묘율 0.3인 경우의 파종량은 약 21kg으로 산출된다. 대립 종자는 점파(Spot sowing), 중립 종자는 줄뿌림(줄파), 소립 종자는 흩어뿌림(산파) 방식을 주로 사용한다.

4.4 묘목의 관리 및 가식

묘목의 생장을 조절하고 산지 활착률을 높이기 위해 단근(뿌리 끊기) 작업을 실시한다. 또한 묘목을 굴취한 후 바로 식재하지 못할 때는 뿌리가 마르지 않도록 가식을 해야 하는데, 이때 수분이 너무 과다하면 뿌리가 썩을 수 있으므로 주의해야 한다. 해가림은 가문비나무, 잣나무, 전나무와 같은 음수 수종의 어린 묘목에 필수적이며, 동서 방향으로 길게 상을 구획하는 것이 광 조절에 유리하다.

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제5장 수목 생리학: 광합성, 수분 및 호르몬 체계

수목의 생리 기작을 이해하는 것은 기상 재해 대응과 무육 작업의 이론적 근거를 마련하는 데 중요하다.

5.1 광합성과 탄수화물 대사

수목은 광합성을 통해 에너지를 생산하며, 400~700nm의 유효 광파장 영역을 주로 이용한다. 광보상점은 광합성에 의한 CO_2 흡수량과 호흡에 의한 방출량이 같아지는 지점의 광도이다. 양수 수종은 음수 수종보다 광보상점과 광포화점이 높으며, 동일한 나무 내에서도 햇빛을 많이 받는 양엽은 음엽보다 책상조직이 발달하고 빽빽한 구조를 가진다. 생산된 탄수화물은 사부(체관부)를 통해 이동하며, 물과 무기 양료는 목부(물관부)를 통해 상부로 이동한다.

5.2 수분 포텐셜과 증산 작용

수분 포텐셜은 물의 자유 에너지 상태를 나타내며, 물은 포텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 토양의 수분 포텐셜이 뿌리보다 높아야 식물이 물을 흡수할 수 있다. 수목의 증산 작용은 잎의 수분 포텐셜을 높여줌으로써 촉진되며, 기공의 개폐는 엽육 세포 내부의 CO_2 농도와 아브시식산(ABA) 등의 호르몬에 의해 조절된다. 상대습도가 100%인 환경에서도 수목은 생장이 가능하지만 증산 효율은 급격히 떨어진다.

5.3 식물 호르몬의 기능

5.4 무기 양료와 필수 원소

수목 생육에는 17가지 필수 원소가 필요하다. 탄소(C), 수소(H), 산소(O)는 공기와 물에서 얻으며, 나머지 원소들은 토양에서 흡수한다.   

* 다량 원소: N, P, K, Ca, Mg, S (질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 황).   
* 미량 원소: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl, Ni.   

질소(N) 결핍 시에는 성숙한 잎부터 황화 현상이 나타나며, 칼슘(Ca)이나 철(Fe), 붕소(B)는 체내 이동성이 낮아 결핍 증상이 어린 잎에서 먼저 나타나는 특징이 있다. 특히 마그네슘(Mg)은 엽록소의 중심 원소이며, 인(P)은 마그네슘과 상호 흡수를 촉진하는 관계에 있다.

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제6장 산림 무육 및 숲가꾸기 실무 기술

조림 후 임분이 울폐되고 성숙하기까지의 관리 과정을 무육이라 하며, 이는 목재의 질을 결정하는 결정적인 단계이다.

6.1 풀베기와 덩굴 제거

풀베기는 조림목이 주변 잡초에 의해 피압되는 것을 막기 위해 실시한다. 첫 작업 시기는 생장이 왕성한 5~7월(여름)이 적당하며, 소나무나 낙엽송 조림지에서는 전면깎기를, 한풍해가 우려되는 곳에서는 둘레베기를 실시한다. 덩굴 제거 시 칡은 제거가 가장 어려운 대상이며, 선택성 호르몬 제초제인 디캄바 액제를 주로 사용한다. 단, 디캄바 액제는 30도 이상의 고온에서는 약효가 떨어지므로 기온이 낮은 시간에 작업하는 것이 유리하다.   

6.2 어린나무 가꾸기와 가지치기

어린나무 가꾸기는 조림 후 수관 경쟁이 시작될 무렵 형질이 불량한 나무나 목적 이외의 수종을 제거하는 작업으로, 주로 6~9월에 실시한다. 가지치기는 옹이가 없는 우량재 생산과 산불 예방(수관화 방지)을 위해 실시하며, 수목의 활동이 정지된 11월~2월(겨울)이 최적기이다. 가지치기 시 주의할 점은 다음과 같다:   

* 역지(수관의 가장 넓은 부분의 가지) 이하의 가지를 제거한다.   
* 활엽수는 지융부(가지 밑동의 부푼 부분)를 남기고 잘라야 상처 치유가 빠르다.   
* 포플러류, 삼나무, 낙엽송 등은 생가지치기를 해도 부후 위험이 적지만, 단풍나무나 벚나무는 썩을 위험이 크므로 신중해야 한다.   

6.3 솎아베기 (간벌)

임내 밀도를 조절하여 개체목의 직경 생장을 촉진하는 작업이다. 간벌은 수평적 구조보다는 수직적 구조의 안정화를 도모하며, 최종 생산될 목재의 형질을 개선한다. 간벌 후 잔존 본수 기준은 수종마다 다른데, 가슴높이 직경(DBH)이 20cm인 경우 참나무류가 소나무나 낙엽송보다 ha당 남겨지는 본수가 가장 적다.

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제7장 주요 조림 수종의 생태적 특성과 식별

우리나라의 주요 조림 수종들은 각기 다른 생태적 요구 조건을 가진다. 이를 정확히 파악하는 것이 적지적수(適地適樹)의 핵심이다.

7.1 소나무류와 침엽수 수종

* 소나무 (Pinus densiflora): 지역 품종이 다양하며(금강형 등), 나자식물 중 엽육 조직의 책상조직과 해면조직 분화가 뚜렷하지 않은 특징이 있다. 전형적인 양수이며 모수 작업에 적합하다. 소나무의 겨울눈은 붉은 갈색인 반면, 곰솔(해송)은 회백색인 것으로 구분한다.   
* 잣나무 (Pinus koraiensis): 잎이 5개씩 모여 나며, 종자를 정선한 후 즉시 노천매장하는 것이 발아에 유리하다. 어린 시기에는 내음성이 있으나 자라면서 광선 요구량이 많아진다.   
* 일본잎갈나무 (낙엽송): 산성 토양에 강하며 극양수의 특성을 가진다. 결실 주기가 5년 이상으로 길어 종자 수급이 까다로운 수종이다.   
* 전나무: 산벌 작업에 적합한 음수 수종으로 강원도 지역의 수하 식재에 자주 이용된다.   

7.2 주요 활엽수 및 특용 수종

* 참나무류: 신갈나무는 온대 중부의 대표 수종이며, 상수리나무는 개화 이듬해 가을에 열매가 익는 2년 주기 결실 수종이다.   
* 오리나무: 결실 주기가 짧고 종자가 매우 작으며, 질소 고정 능력이 있어 비료목으로 활용된다. 염기성 토양에도 잘 견딘다.   
* 버드나무 및 사시나무류: 종자 수명이 매우 짧아 채취 즉시 파종해야 하며, 습기가 많은 곳(저상)에 파종하는 것이 좋다.   
* 주목 및 개비자나무: 내음성이 가장 강한 수종들로, 주목은 종자의 미성숙 배 때문에 후숙 과정이 반드시 필요하다.

수종별 내음성 및 결실 특성 비교

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제8장 산림 토양학 및 환경 지수

산림 환경은 수목 생장의 토대가 되며, 물리적·화학적 성질에 따라 조림 성과가 달라진다.

8.1 토양의 층위와 물리적 성질

산림 토양은 상부로부터 유기물층(O) - 용탈층(A) - 집적층(B) - 모재층(C) - 모암층(R)으로 발달한다. 빗물에 의해 씻겨 내려온 부식, 점토, 철분 등이 쌓이는 곳은 B층(집적층)이다. 토양 입자 중 2.0mm 이상의 입경은 자갈로 분류하며, 식물의 뿌리 발달에는 식토(진흙)보다 사토나 양토가 더 유리하다. 토양 내의 물은 결합수, 흡습수, 모세관수 등으로 나뉘는데, 식물이 이용 가능한 수분은 오직 모세관수뿐이다.   

8.2 산림대와 기후 지수

* 온량지수 (WI): 월평균 기온이 5도를 넘는 달의 온도를 합산한 지수로, 식물의 수평적 분포를 결정한다.   
* 한랭지수 (CI): 월평균 기온이 5도 미만인 달의 온도를 합산한 지수이다.   
* 난대림: 연평균 기온 14도 이상의 지역으로 가시나무, 후박나무 등이 대표적이다.   
* 한대림: 한라산이나 설악산 상부의 가문비나무, 구상나무, 분비나무 분포 지역이다. 

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제9장 조림학적 분석 및 실무 계산의 요체

산림기사 시험과 실무에서 계산 문제는 정확한 수치 산출 능력을 평가한다.

9.1 식재 본수 및 밀도 계산

식재 본수는 면적을 식재 간격으로 나누어 산출한다.

* 정방형 식재: N = Area/d^2 (d: 식재 거리)
* 장방형 식재: N = Area/d_1 x d_2 (가로 x 세로 간격) 예를 들어 2ha(20,000m^2)에 가로 2.5m, 세로 2.0m 간격으로 식재할 경우, 20,000/2.5 x 2.0 = 4,000주가 필요하다. 식재 밀도가 높을수록 지하고(나무 아래쪽 가지가 없는 높이)는 높아지며, 연륜폭은 좁아지고 형질은 우수해진다.

9.2 수량 및 생장 지수 공식

* 종자 효율 (E): E = 순량율(P) x 발아율(G)
* 슈나이더 공식 (생장율 P): P = K/(n*D) (K: 상수, n: 연륜수, D: 가슴높이직경)
* 실중과 용적중: 1,000립의 무게를 실중이라 하며, 1L당 종자 입수는 용적중과 실중의 관계(C = B / (A / 1000))를 통해 계산한다.

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결론: 지속 가능한 산림 경영을 위한 조림학의 역할

본 보고서는 산림기사 시험의 핵심 과목인 조림학의 방대한 내용을 갱신, 종자, 묘목, 생리, 무육, 수종 특성이라는 유기적인 체계로 재구성하였다. 조림학은 단순한 나무 심기를 넘어, 식물 호르몬의 미세한 조절부터 토양의 화학적 조성, 그리고 전 지구적 기후 지수까지를 아우르는 정밀 과학이다.

특히 최근의 기후 변화는 기존의 산림대 분포를 변화시키고 있으며, 이는 조림 수종의 선택과 숲가꾸기 방식의 변화를 요구하고 있다. 예를 들어 난대 수종의 북상이나 고산 수종의 쇠퇴는 우리가 학습한 온량지수와 적지적수의 개념이 고정된 것이 아니라 동적으로 변화해야 함을 시사한다. 또한, 효율적인 파종량 산출과 정밀한 무육 작업은 산림 자원의 경제성을 극대화하는 동시에, 혼효림 조성을 통해 생태적 건강성을 확보하는 균형 잡힌 시각을 제공한다. 본 보고서에 정리된 심층적인 이론과 실무 데이터가 산림 전문가로서의 역량을 강화하고 산림 자원의 지속 가능한 이용을 실현하는 밑거름이 되기를 기대한다.