기후변화 대응을 위한 산림분야 감축활동 및 연구동향 미국의 사례를 중심으로

지구의 자연적 ‘온실효과’를 변화시키는 생물·물리학적 과정은 태양의 단파 복사에너지가 대기권 온실가스를 통과할 때부터 시작된다. 장파 복사에너지와 마찬가지로 단파복사에너지가 지구상에 흡수되었다가 재방출되면 온실가스에 의해 열이 대기 중에 남게 된다(Leggett 2007). 인간 활동으로 인해 배출되는 온실가스에는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 불소 화합물(수소불화탄소(HFC), 과불화탄소(PFC), 육불화황(SF6))이 있다. 반면, 인간 활동과 관련이 없는 온실가스로는 수증기(온실가스 중 가장 높은 비율을 차지함), 일산화탄소(CO), 산화질소(NOX), 비메탄 휘발성 유기화합물(NMVOCs, 혹은 줄여서 VOCs), 에어로졸이나 분진 등이 있다. 이산화질소, 비메탄 휘발성 유기화합물, 메탄은 지구 대류권의 또 다른 온실가스인 오존(스모그)을 형성한다. 대부분의 온실가스들은 지구상에 혼재하며 지구 온난화 효과를 일으킨다. 온실가스들이 지구의 복사균형에 영향을 미치는 방식이 유사하기 때문에, 다음과 같은 두 가지 척도에 의해 온실가스들의 영향력을 비교할 수 있다. 즉 복사강제력(외부요인에 의한 지구 복사균형의 변화정도)과 지구온난화지수(GWP)를 통해 비교가 가능하다. Leggett(2007)은 지구온난화지수를 “쉽지만 불완전한 근사치”로 언급하였다. 지구온난화지수(GWP)는 인간 활동에 의해 배출되는 주요 온실가스인 이산화탄소를 기준으로 한다(US EPA 2007b). 즉, 1파운드의 이산화탄소가 흡수할 수 있는 에너지양을 기준으로 다른 온실가스 1파운드가 흡수할 수 있는 에너지양을 비교한 수치이다. 예를 들어 어떤 온실가스의 GWP가 23이라면 이산화탄소에 비해 23배 높은 에너지를 흡수할 수 있으므로 온난화 잠재력이 23배 높다는 의미이다(US EPA 2007b). 주요 온실가스들의 GWP는 메탄 23, 산화질소 296, 수소불화탄소 120~12,000, 과불화탄소 5,700~11,900, 이산화황 22,200이다(Gerrard 2007). 생태적 기능에 대한 기후의 영향은 잘 알려져 있다(Stensethet al. 2002). 기후변화는 다양한 측면에서 산림에 영향을 미치게 될 것이다. 예를 들어 기온, 강수량, 대기 중 이산화탄소 농도 등의 증가를 가져와서 나무의 생장과 물의 이용에 직접적인 영향을 미칠 수 있으며, 또한 산불행태와 병충해의 범위와 피해강도에 영향을 미치는 등 간접적으로도 영향을 미치게 될 것이다. 기후변화는 산림의 분포와 구성을 바꾸어서 전체 생태계을 변화시킬 수 있는 잠재력이 있다. 경제적인 측면에서는 기후변화로 인해 목재생산에 유리할 수 있다(Irland et al. 2001). 미국 내 전체 목재수확량이 증가할 것으로 예상되고 있다. 하지만 산불 역시 급격하게 증가할 것으로 예상이 되고 있어서, 피해목, 방제비용, 휴양적·생태적 서비스의 손실 등도 크게 증가할 것이다. 중요한 것은 산림에 미치는 기후변화의 영향력이 지역에 따라 그 차이가 매우 크게 나타날 것이라는 점이다. 이산화탄소 농도의 증가와 더불어, 기후변화로 인한 기온과 강수량의 변화는 개체목의 활착과 생산력에도 영향을 줄 것으로 예상된다(Saxe et al. 1998; Nabuurs et al. 2002; Sacks et al. 2007). 온도와 강수량의 변화는 산림에 직접적인 영향을 주는데, 예를 들어 온도 변화는 서리와 열 스트레스를 줄 수 있고, 강수의 형태, 시간, 양의 변화는 눈/비, 가뭄/홍수 등으로 영향을 줄 수 있다. 한대림과 온대림 및 유럽 지중해 연안의 산림에서는 기온과 강수량의 증가로 생산력이 높아질 것으로 예상된다(Nabuurs et al. 2002). 하지만 다른 지역에서는 온도 상승으로 인해 절대 강수량의 감소 혹은 강수 형태의 변화가 나타날 것이다. 한 예로 적설량의 변화로 인해 계절적인 물부족 현상이 나타날 수 있다(Barnett et al. 2005; Trenberth et al. 2007). 이러한 물 부족 현상으로 인해 대기 중 이산화탄소 농도와 생육기간 증가로 기대되었던 생산력 증대가 감소될 수 있다(Wullschleger et al. 2002). 이산화탄소 외에 대개 중의 다른 성분들도 기온과 강수량의 변화에 따른 영향을 가중시킬 수 있다. 일반적으로 산림토양은 많은 양의 탄소를 저장하고 있기 때문에, 산림경영활동에 의해서 산림토양의 탄소저장 잠재력이 영향을 받게 된다. 토양에 저장되는 탄소량은 전체 자연생태계 저장량의 68%를 차지하고 있으며, 열대림에서는 50%, 온대림에서는 63%, 한대림에서는 84%로 지역마다 차이를 보이고 있다(Kimble et al. 2003). Bolstad와 Vose(2005)의 보고에 따르면, 남부 애팔래치아 지역의 경우 평균적으로 지상부 바이오 매스가 전체 탄소저장량의 37%, 토양이 44%, 굵은 뿌리(coarse roots)가 10%, 지표 리터층이 8%, 세근(fine roots)이 1%를 차지하고 있는 것으로 나타났으며, 임상에 따라서 차이를 보였다. 산림토양의 잠재적인 순 탄소흡수량은 연간 4,890만 ~ 1억 8,580만 톤(평균 1억 59만 톤)으로 나타났다(Heath et al. 2003). 벌채 직후에는 토양탄소량이 증가하다가 이후 십년 동안은 벌채이전보다 낮아지지만, 궁극적으로는 증가하게 된다(Heath and Smith 2000). 토양의 탄소저장량이 높은 산림생태계에서는 토양이 노출되거나 토양온도가 상승하지 않도록 해야 한다. 입목과 기타 식생은 6,100억 톤의 탄소(1톤=1,000kg=2,205파운드)를 저장한다. 입목과 기타 식생들은 광합성을 통해 이산화탄소 흡수하여 빛, 물, 영양소를 이용한 대사를 통해 줄기, 잎, 뿌리와 같은 조직의 형성 및 성장에 필요한 탄수화물을 만들어낸다. 반면 탄수화물과 산소를 이용한 대사활동을 하게 되고 호흡을 통해 이산화탄소를 발산한다. 매년 대기 중으로부터 5억톤에 달하는 이산화탄소가 식생에 의해 순 흡수가 일어난다(순일차생산력). 식생이 고사하면 탄소가 대기 중으로 배출된다. 고사에 의한 탄소배출은 산불에 의해 매우 빠르게 진행되기도 하고, 쓰러진 고사목이나 낙엽, 기타 잔존물이 분해되면서 천천히 이루어지기도 한다. 또는 목제품에 저장된 탄소처럼 아주 느리게 배출이 이루어지기도 한다. 식생에서 흡수한 탄소는 산림토양에도 저장된다. 고사물질이 지표면에 쌓이거나 혹은 잘려진 세근들에 의해 토양층에 탄소가 저장된다. 토양탄소는 식생이 분해되면서 천천히 대기 중으로 배출된다(Gorte 2007). 산림은 대기 중의 탄소를 바이오매스와 토양에 흡수함으로써 온실가스 농도를 줄여준다. 또한 목제품은 벌채된 나무에 저장된 탄소를 장기간 유지할 수 있다. 미국은 산림 면적이 전국토의 33%로 매우 광활하여 단위면적당 탄소흡수량이 조금만 늘어나도 전체 흡수량이 크게 증가하게 된다. 탄소저장고로서 산림의 잠재력은 현지 생산력과 다양한 저장고의 크기에 따라 결정된다. 산림 내에 존재하는 탄소저장고에는 토양, 리터(litter), 쓰러진 고사목, 서있는 고사목, 살아있는 입목의 줄기, 가지, 잎 등이 포함된다. 활엽수의 이산화탄소 흡수율은 일반적으로 침엽수에 비해 높지만, 침엽수가 대부분 상록수임에 반해 활엽수림은 낙엽성이므로 탄소흡수잠재력의 순흡수율에 있어서는 활엽수와 침엽수가 비슷할 수 있다. 임상과 임령에 따라서도 탄소흡수율이 달라질 수 있는데, 일반적으로 엽면적지수가 높은 (이령)혼효림이 상대적으로 높은 탄소흡수율을 보인다.