기후변화가 산림 생태계의 탄소 순환, 수종 분포 및 생물군락 구조에 미치는 영향과 이에 대응하기 위한 모델링 및 산림경영의 복잡성 doc_id PCY_201501290907546771_2

때로는 산림이 탄소배출원이 될 수도 있다. 자연재해가 발생하거나 혹은 벌채나 조림지 정리 작업 후 갱신이 이루어지는 과정에서 토양이 노출될 경우, 탄소배출이 특히 심하다. 재해가 발생하면 유령림의 종속영양(heterotrophic) 토양호흡량이 최대가 되며 임령이 증가할수록 점차 감소한다. Pregitzer and Euskirchen(2004)은 임령 0-10, 11-30, 31-70, 71-120, 121-200년에 대해서 온대림 생태계의 평균 순 탄소흡수량이 각각 -1.9, 4.5, 2.4, 1.9, 1.7 tC/ha/yr으로 보고하였다. 만일 산림이 더 노령화된다면 호흡과 부후를 통해 배출되는 탄소량이 더 증가하여 광합성으로 흡수한 탄소량을 초과하게 되고 결과적으로 총 탄소저장량이 점차 줄어들 것이다. 이러한 현상은 밀도가 과도하게 높고 생산력이 낮은 산림에서 또한 기후변화로 기온이 높아진 지역에서 일어나기 쉽다. 하지만 성숙한 산림에서 생산성은 감소하더라도 고사유기물이나 하층식생, 토양 등에는 계속해서 탄소가 저장된다. 기온변화와 함께, 강우량 및 이산화탄소 농도 변화로 인한 개체목의 적응력 약화, 병해충, 악천후, 산불의 발생은 산림생태계 전체에 극적인 변화를 가져오게 될 것이다. 즉 경관 전체에 걸친 산림의 구성과 분포에 변화가 나타날 것이다. 특히 임상이 위도상으로 또한 고도상으로 이주하게 될 것으로 예상되고 있다(Walther et al. 2002). 한 예로, 록키산맥 지역에서 기온이 3.5℃(6.3℉) 증가하면 동식물의 서식지는 고도 2,000ft(≈ 667m), 북위 200mile(=320km)만큼 이동한다(Ryan 2000). 과거에는 한 세기 당 약 50km의 이주률을 보였으며, 특정 수종은 더 많은 이주률을 보이기도 했다(Schwartz 1993; Noss 2001). 하지만 현재의 기후변화 속도는 산림이 미처 대응할 수 없을 만큼 빠르게 진행되고 있다(Woodwell et al. 1998). 현재와 같은 온난화 속도라면 다음 세기 중에 북위 500km의 이주가 필요하게 된다(Schwartz 1993). 앞서 2장에서 소개한 것처럼, 기후변화는 산림생태계에 환경적인 스트레스를 주게 되며, 어느 특정 지역의 생육환경을 변화시켜서 수종간의 경쟁관계에 영향을 줄 수 있다. 서식환경의 변화로 어느 한 종이나 군락의 서식지가 확대 또는 축소될 수도 있지만, 대개는 위도 상 북쪽으로 그리고 해발고도가 높은 곳으로 종의 이동이 일어나는 것이 일반적이다. 과학자들은 기후변화에 따른 개별 종들의 이동으로 인해 생물군락이 기존과는 다른 모습을 가질 것이라고 예측한다. 즉 기존의 생물군락이 수종별로 해체되고 다시 재편되면서 기존에 볼 수 없던 “전혀 새로운 생태계”의 모습을 가질 수 있다는 것이다(Hobbs et al. 2006). 따라서 미래의 식생 분포를 예측하기가 어렵게 되었다. 중요한 문제는 산림생태계가 새로운 환경조건에 적응하는데 있어서, 산림경영이 과연 도움이 될 수 있을까 하는 것이다. 과연 산림경영이 변화하는 생태계의 가치를 보호하고 개선하고 조정하고, 또한 거기에 적응할 수 있을까? 경영계획을 수립하는데 있어서 과거의 지식이나 경험은 더 이상 도움이 되지 못하기 때문에, 가장 먼저 해결되어야 할것은 의사결정을 위해서 어떠한 변화가 필요한지를 예측하는 것이다(Perschel et al. 2007; Millar et al. 2007). 그럼에도 불구하고 모델은 매우 유용하게 사용될 수 있다. 한 예로 Rehfeldt et al.(2006)의 연구에서는 미국 서부지역을 대상으로 기온과 강우량의 상호작용에 따른 식물과 기후간의 관계를 35개 유형으로 모델링 한 바 있는데, 이 연구에 따르면 지구온난화로 인해 아고산대림, 고산대림, 툰드라, 건조지대 산림이 점차 사라지고 대신 산악림(montane)과 초지가 증가할 것으로 예측하였다. 연간 강우량 대비 여름철 강우량의 비율, 여름-겨울의 기온차이가 매우 중요한 요소로 나타났으며, 이 두 요소 간에 관계가 매우 복잡하게 나타났다. Rehfeldt et al.은 미래 식생이 사막, 초지, 산지의 일반적인 특성들을 유지하더라도 식물조합에 있어서는 지금과 매우 큰 차이를 보일 것이라고 조언하였다. 이처럼 기후가 변화함에 따라 식물의 적합성이 악화될 수 있으며, 이에 따라 진화과정이 활성화 될 것이다. 모델링 효과는 더욱 정교해지고 있으며 예측 능력도 빠르게 진전되고 있다. 기후변화를 좀 더 잘 이해하고 대응하기 위해서는 광역적 수준보다는 경관적 수준의 분석에서 큰 진전이 있어야 한다(Refeldt et al. 2006). 모델을 효과적으로 사용한 사례로는 옐로우스톤 지역 생태계 모델을 들 수 있다. 변화된 기후와 산림생태계의 관계를 다루기 위해서 모델링기법이 산림경영에 많이 이용되고 있는데, 산림경영자는 모델링 결과를 이용하는데 있어서 매우 신중할 필요가 있다. 지구적 혹은 광역적 규모의 모델링은 전반적인 기후변화 추세를 예측하는데 도움이 되지만, 산주나 산림경영자들에게 필요한 지역적 규모의 모델링은 기후변화 추세를 정확하게 예측하기 어렵기 때문이다. 특히 산림과 같이 복잡한 지형을 가진 곳에서는 기후변화를 모델링하기 위해서 해상도 높은 공간정보와 일일 단위의 기상데이터들이 요구된다(Daly et al. 2007). 더구나 기후변화에 따른 생물학적 반응을 정확하게 평가하여, 지역단위로 혹은 소유경계 내에서 수종 간 혹은 산림군락 간 이동가능성을 판단하기란 매우 어려운 일이다. 게다가 산림경관의 파편화(fragmentation)와 이에 따른 개체군 이동의 상호관계와 같은 생태적 측면까지 고려할 경우 산림경영은 더욱 복잡해진다(Halpin 1997). 그래서 몇몇 학자들은 어설픈 대응이 아무 조치도 취하지 않는 것보다 오히려 더 큰 위험을 야기할 수 있다고 주장한다(Spittlehouse and Stewart 2003). 과거에 일어났던 장기간의 가뭄과 그로인한 환경 스트레스로 이미 대규모의 멸종과 산림경관 변화들이 나타나고 있다. 미국 남서부에서는 좀벌레(bark beetle)의 대규모 확산으로 폰데로사(Ponderosa) 소나무림과 피논(Pinyon) 소나무림이 피해를 입고 있으며, 이로 인해 산림 식생대(ecotones)의 변화뿐만 아니라 토양침식, 산불, 하층식생 간의 경쟁관계, 탄소순환체계 등 세부적인 부분에서도 변화가 일어나고 있다. 이와 유사하게 미국 콜로라도 주와 캐나다 브리티시 콜롬비아주에서도 기후변화로 인해, 특히 겨울철이 따뜻해지면서 소나무좀(Mountain Pine Beetle)이 창궐하여 로지폴(Lodgepole) 소나무림이 큰 피해를 입고 있다. 미국 내에서는 역사적으로 병해충과 질병으로 인해 연간 약 160만ha의 산림이 피해를 입고 있다(Birdsey and Lewis 2003). 최근에 크게 확산되고 있는 소나무좀 및 기타 병해충은 기후변화와 직접적인 연관성이 있는 것으로 보여진다. 2006년 한 해 캐나다 BC주에서는 소나무좀의 확산으로 인해 로지폴 소나무림 920만 ha가 피해를 입었고, 지금까지 총 1,400만 ha가 피해를 입었다(Carrol et al. 2004; BC Ministry of Forests and Range 2007). 2003년 남서부 8개 주에서는 150만 ha의 Pinyon 소나무림이 소나무좀의 피해를 입었는데 고사율이 90%에 육박했다. 최근에는 병충해로 인한 고사율이 산불에 의한 고사율과 비슷하거나 상회하고 있다.