기후변화 대응을 위한 산림분야 감축활동 및 연구동향 미국의 사례를 중심으로

온실가스마다 지속기간이 다르다. 예를 들어 수증기의 온실효과는 보통 며칠간 지속되지만, 메탄은 대략 12년, 산화질소는 114년, 육불화황은 3,200년간 지속된다. 이산화탄소의 온실가스 지속기간은 경우에 따라 다르다(Bjorke and Seki 2005). 또한 온실가스에 따라 대기 순환 형태도 달라진다. 예를 들어 탄소 순환의 경우, 토양과 생물과 대기 중의 다양한 탄소저장고에서 일어나는 순환을 포함한다. 또한 다양한 인간 활동에 의해 탄소가 이산화탄소 형태로 배출된다. 이러한 인위적인 탄소배출은 탄소저장고의 변화를 가져오는데, 가장 중요한 변화는 토양저장고로부터 대기 중으로 배출이 일어나는 것이다. 산림은 광합성을 통해 탄소순환에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 광합성은 식물이 이산화탄소를 대기로부터 흡수하여 당분 혹은 식물 조직 및 기타 물질로 변형시키는 기초 과정으로, 단위면적당 총 광합성 양을 총일차생산량(gross primary production)이라고 한다. 산림은 자연 생태계의 가장 효율적인 탄소 저장고로써 지구 탄소 순환에 주요한 역할을 수행한다. 전 세계적으로 41억 ha를 차지하고 있는 산림은 지상부 탄소의 80%를 저장하고 있다(Dixon et al. 1994). 하지만 한편으로는 산림전용 및 열대지방의 산림파괴로 인해 전 세계 온실가스 배출량의 약 18%를 차지하는 등 매우 큰 온실가스 배출원이기도 하다(Stern et al. 2006). 이처럼 산림은 대기 중의 이산화탄소와 산소량을 안정화 하는데 매우 중요한 역할을 한다. 전 세계적으로 산림식생 및 토양에는 1조 1,460억 톤의 탄소가 저장되어 있으며, 이 가운데 37%는 저위도의 산림에, 14%는 중위도의 산림에, 49%는 고위도의 산림에 저장되어 있다(Dixon et al. 1994). 시간이 흐름에 따른 토지이용 및 토지피복 변화로 인해 산림의 흡수 및 저장량에 큰 변화가 나타나고 있으며, 특히 산림을 농경지로 전용하는 것이 변화의 주요한 원인이 되고 있다(Caspersen et al. 2000; Bolstad and Vose 2005). 또한 최근에는 도시 개발, 댐, 고속도로 및 기타 기반시설 건설로 인한 산림전용이 증가하고 있다. 산림의 특성은 기후에 의해 결정된다. 토양, 사면방향, 경사, 해발고와 함께 기후는 식물의 구성과 분포 및 생장을 결정한다. 그러므로 기후와 강우량 패턴의 변화는 전국적인 범위로 산림에 극적인 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 마찬가지로 기후 역시 산림의 영향을 받는다. 산림은 방풍림의 역할을 하고, 수관층은 토양, 물, 기온의 상호작용에 영향을 준다. 또한 산림은 온실가스 배출을 상쇄해주는 탄소 저장고의 역할을 수행할 수 있다. 2003년 미국의 산림은 7억 5천만 톤 이상의 이산화탄소를 흡수하였다(US EPA 2005). 신규조림이 이루어진 지역은 지표면 반사율, 즉 알베도(Albedo)를 줄이게 되고, 따라서 탄소격리로 인해 얻을 수 있는 복사강제력(온난화)의 감소를 모두 상쇄할 정도이다. 이처럼 산림과 기후는 어느 한쪽의 극적인 변화가 다른 쪽에도 영향을 미치는 상호작용(feedback)을 가진다. 때로는 이러한 상호작용이 적어서 어떤 변화가 반복적으로 일어나는 것을 늦추기도 하지만, 반대로 활발한 상호작용이 일어나서 초기의 변화가 반복적으로 일어나고 점차 급격해지는 결과를 가져오기도 한다(Woodwell et al. 1998; Fleming et al. 2002). 지구온난화가 가속되고 가뭄이 지속되면서, 미국 서부지역의 소나무좀(pine beetle)과 동부지역의 매미나방(gypsy moth) 등의 병충해 피해는 더욱 심각해질 것이다. 기후변화와 관련한 병충해 피해정도를 양적으로 분석하고 예측하는 것이 쉽지는 않지만, 몇몇 연구를 통해서 남부지역의 소나무좀의 피해정도가 현재보다 4~7.5배 정도 증가하여 연간 피해액이 4억9200만 불~8억6900만 불(5천7백억 원~1조2백억 원)에 달할 것으로 추정되었다(Gan 2004). 더구나 기후변화가 더욱 심각해질 경우 병충해 역시 더욱 창궐해질 것으로 예상되었다. 과거의 몇몇 연구에서 교란과 이와 관련된 압박요인들의 상호관계를 파악하려고 노력한 바 있으나(Fleming et al. 2002), 아직까지는 이러한 상호작용을 충분히 설명할 만한 모델은 개발되지 못했다. 온난화로 인해 겨울철에 눈보다 비가 많이 내리면, 봄철에 산정부에 잔존해 있는 눈(spring snowpacks)의 양이 급격히 줄어든다. 캘리포니아 주의 경우 금세기 말에 이르면 현재 봄철에 산정부에 잔존해 있는 눈의 양이 90% 정도 감소할 것이다. 이처럼 산정부의 적설량이 줄어들면, 여름철이 더욱 길고 건조해지며 산불과 병충해의 위험도 크게 증가하게 된다. 병해충과 산불은 서로 상승작용을 하게 된다. 최근 미국 서부지역을 대상으로한 기후변화 모델링 연구결과에 의하면, 금세기말 워싱턴 주의 경우 연간 산불피해면적이 2~3배 정도 증가할 것이라고 보고되었다(Casola et al. 2006). 캘리포니아 주의 경우에도 금세기말까지 산불 피해면적이 연 평균 55% 정도 증가할 것으로 예측되었다(Cayan et al. 2005). 이처럼 산불이 대형화되면 산불예방 및 진압에 들어가는 비용역시 지속적으로 증가하게 된다. 지난 18년간 미국 산림청의 산불관리 비용은 전체 예산의 13%에서 45%로 크게 늘어나서 연방정부와 주정부에 상당한 재정 부담을 주고 있으며(USFS 2007), 산불관리에 많은 예산이 투자되면서 산림자원 관리를 위한 다른 프로그램들의 예산삭감이 불가피하게 되었다. 산불은 산림에서 탄소배출이 일어나는 가장 주요한 원인이 되고 있다. 2006년 한 해 동안 미국에서는 96,365건의 산불이 발생하여 3,997,467ha의 산림이 피해를 입었다. 이 가운데 83%는 인위적인 원인에 의해 발생하였지만, 지난 수 십 년 동안 이루어진 적극적인 산불억제정책(fire suppression policy) 및 기타 원인으로 인해 미국의 산림은 산불에 매우 취약한 상태가 되었으며, 이로 인해 산불이 대형화되고 임분변형(stand-replacing)이 일어나게 되었다. 1997년부터 2006년까지 미국 내에서 총 24,122,967ha의 산림이 피해를 입었다(National Interagency Fire Center 2007). 산불의 강도와 연소된 연료량의 변동성이 크기 때문에 산불에 의해 배출된 탄소량을 추정하는 것이 쉽지 않다. 보통 산림바이오매스의 건중량 1톤이 연소되면, 이산화탄소가 약 1.3-1.5톤, 일산화탄소가 0.05-0.18톤, 메탄이 0.003-0.01톤 배출되는 것으로 추정되며, ha당 평균 배출량은 약 29톤에 달한다(Sampson 2004). 산림교란의 또 다른 원인으로는 태풍, 얼음 폭풍우(ice storm), 가뭄, 홍수 등이 있다. 2005년에 발생한 태풍 카트리나는 미시시피, 루이지애나, 앨라배마 주에 걸쳐 200만 ha의 산림에 피해를 입혔으며, 약 3억 2천만 그루에 달하는 입목들을 고사시켰고, 이로 인해 1억 500만 톤의 이산화탄소를 대기 중으로 배출시켰다. 이는 미국 전체 산림의 연간순 흡수량에 달하는 양이다(Chambers et al. 2007). 벌채는 연간 약 400만 ha의 산림에서 이루어지고 있으며, 이 가운데 62%가 산벌에 의한 것이다. 흥미롭게도 1907년에도 벌채면적이 약 380만 ha로 현재와 비슷한 수준이었다(Birdsey and Lewis 2003). 산림은 임령 및 건강성에 따라서 탄소저장고가 되기도 하고 배출원이 되기도 한다. 비경영림이나 노령림의 경우 순 탄소배출원이 될 수 있는데, 특히 산불이 발생했을 때 순 탄소배출원이 될 가능성이 높다(Oneil et al. 2007). 미국의 산림들은 산불이나 병충해에 매우 취약한 상태에 있다. 특히 밀도가 과도하게 높은 연방정부 소유의 산림들은, 산림경영을 통해 탄소 흡수를 증진시키고 탄소배출을 감소시킬 수 있는 가능성이 매우높다.