설악산국립공원 낙엽활엽수림의 탄소저장량 평가
이나연*
국립공원관리공단 국립공원연구원
Estimation of Carbon Storage in Three Cool-Temperate Broad-Leaved Deciduous Forests at Seoraksan National Park, Korea
Na-yeon Lee *
National Park Research Institute, Korea National Park Service, Namwon 590-811, Korea
요 약 :설악산국립공원산림생태계의탄소저장량을평가하기위하여외설악저항령지구, 내설악백담사지구, 남설 악점봉산지구로나누어대표낙엽활엽수림군락의식생권과토양권의탄소저장량을추정하였다. 식생권의탄소량은 119 ~ 156 tC ha-1의범위로 평균 약 147 tC ha-1정도의 양을축적하고 있다. 또한 토양권의탄소량은 48 ~ 124 tC ha-1
의범위로평균 약 91 tC ha-1 정도의양을 축적하고 있다. 토양권과 식생권을 포함한 생태계전체의 탄소저장량은
204 ~ 268 tC ha-1의 범위로 평균 약 238 tC ha-1 정도의 양을 축적하고 있다. 토양권 탄소량의 지구별 차이가 크게
나타났으며, 이 추정 값에는 고사목 탄소량의 평가가 누락되어 과소평가 되었다. 그러나 전체적으로는 다른 연구 결과와북한산국립공원낙엽활엽수림의결과와비교하여도매우많은양의탄소가저장되어있음을알수있다. 주요어 :낙엽활엽수림, 설악산국립공원, 현존량, 토양유기물, 탄소저장량
Abstract :Quantifying net carbon storage by forests is a necessary step in the validation of carbon sequestration estimates and in assessing the possible role of these ecosystems in offsetting fossil fuel emissions. Cool-temperate broad- leaved deciduous forests are one of dominant forest cover types in Asia monsoon climate regions. However, our understanding of how much storages carbon in these ecosystems is limited. The aim of this study was to estimation of carbon storage in three cool-temperate broad-leaved deciduous forests at Seoraksan National Park, Korea. The average biomass of trees was 147 tC ha-1 in the three stands and ranged from 119 to 167 tC ha-1. The total amount of soil organic matter at a 30-cm sampling depth in the three stands on an average was 91 tC ha-1. In addition, the total carbon pools of biomass and soil was approximately 238 tC ha-1, ranged from 204 to 268 tC ha-1. The total ecosystem carbon pools might be underestimated in this study because the amount of coarse woody debris was not included. Nevertheless, the amounts of carbon storage in three ecosystems at Seoraksan National Park, were higher than those of other studies significantly.
Key words :Biomass, Broad-leaved deciduous forest, Seoraksan National Park, Carbon storage, Soil organic matter
서 론
육상생태계에서 일어나는 탄소순환의 주된 흐름은 다음과 같다. 식생권에서 식물은 대기 중 이산화탄소(CO2)를 광합 성 작용을 통해 식물체에 고정한다. 반면 낮에도 밤에도 호흡작용을 통해 식물과 토양속의뿌리 및 미생물은 대기 중에 CO2를 방출하기도 한다. 또한 식물이 고정한 탄소가 낙엽과 낙지라는 유기물 형태로 토양권에 유입되어 축적된 다. 이렇게 쌓여지는 탄소의 일부는 미생물의 분해 작용에
의해 다시 대기 중에 CO2로 방출된다(이 2011). 육상생태 계에서 탄소동태를 파악하는 데에 기본이 되는 일 중 하나 는 각 생태계를 구성하는 저장고(reservoir)를 파악하는 것 이다. 육상생태계의 저장고는 크게 식생권과 토양권으로 구 분할수있다(이 2010).
특히 토양권은 중요성이 다음과 같이 높지만 보고된 자 료는 매우 적다(이 2010). 2009년 12월, 미국 지질조사소
(USGS)는 미국 영토 48주를 대상으로 토양에 730억 t, 산
림에 170억 t의 CO2가 축적되어 있다는 조사 결과를 발표
*Corresponding author E-mail: [email protected]
하였다. 이것은 미국이화석연료로배출하는 CO2의 50년분 에 상당한다(Sundquit and Robertson; 2009). 일본의 경우는 전국 산림 토양에 저장된 탄소량을 추정한 결과 약 54억 t 탄소로 평가하였다. 이 양은 수목 저장량의 약 5배(산림 수 목에 저장된 탄소는 약 11억 t)에 해당한다. 이 값은 16년 이상의 일본 전체 배출량에 해당하며(1년 배출 탄소 약
3억2000만 t 정도), 전 세계가 일 년간화석연료 소비로 배
출하는 CO2 양에필적한다. 이러한 이유로 IPCC 제4차 보
고서는 기후변화 대안을 제시한 내용 중 산림 분야가 유연 성과 비용대비 측면에서 효과가 높다고 평가하였다.
육상생태계에서 탄소의 움직임(탄소 동태)을 파악하는 것 은 대기 중 CO2를 저감하는 생태계 역할을 평가하는 데에 반드시 수행되어야 하는 일이다. 그러나 기후변화와 저탄소 녹색성장에부합하는국립공원의생태계가탄소흡수(저장)에 기여하고 있는것은 자명한 사실이나, 이에관한 가치평가 는 매우 적은 것이 현실이다.
최근 이 (2011)는 북한산국립공원 낙엽활엽수림의 탄소저장 량을 평가하였다. 토양권과 식생권을 포함한 생태계 전체의 탄소저장량은 142 ~ 156 tC ha-1의 범위로 평균 약 149 tC ha-1 정도의 양을 축적하고 있는 것으로 나타났다. 식생권의 탄
소량은 평균 약 93 tC ha-1, 토양권의 탄소량은 평균 약 55
tC ha-1 정도의 양을 축적하고 있다고 보고했다.
설악산국립공원은 우리나라 중앙부에 위치하고 있으며, 시베리아아구와 중국아구의 동식물이 교차되는 지역으로서 지리적으로 시베리아구의 바로 남쪽에 위치하고 있으며 지 형상 북한의 고지대와 연접하는 태백산맥 북쪽에 위치한 높은지대이기에시베리아구의동물들이남하하여서식하고 있다. 천연보호구역, 국립공원, 생물권보전지역으로 지정된 우리나라 식물자원의 보고이며, 온대중부의 대표적인 삼림 지대이다. 이 지역은 낙엽활엽수와 상록침엽수의 혼효림으 로 이루어져 있지만 부분적으로 단순림을 형성한 곳도 있 다. 식물분포는 북방계식물(눈잣나무 등)의 남한지대인 동시 에 남방계식물 (때죽나무 등)의 북한지대로서 그 중요성이 있다. 그래서세계적으로희귀한 자연자원의분포서식지로
1982년 유네스코(UNESCO)에 의해 우리나라 최초로 생물
권보전지역으로 설정되었으며 2005년 12월 IUCN(세계자연 보전연맹)으로부터 카테고리II(국립공원)로 지정되었다(설악 산국립공원).
본 조사는 설악산국립공원을 대상으로 생태계(토양-식생- 대기)의 물질순환 중 탄소를 중심으로 유기물의 저장고
(pool)인 토양과 식생에 저장된 탄소량을 평가하는 것을 목
적으로 실시하였다.
재료 및 방법 조사지 개황
수종을 포함한상세한 조사구 설명은 국립공원연구원 자 연자원조사 보고서(2010)를 참고하면 된다.
기상청 통계에 따르면 지난 30년간(1981∼2010년) 외설
악에 해당하는 속초시의 연평균 기온은 12.2oC, 평균 강수
량은 1,402.2 mm으로 나타났다. 월평균 기온은 8월이 평균 23.7oC로 가장 높고, 강수량은 8월이 293 mm로 가장 많은 것으로 나타났다. 내설악에 해당하는 인제의 경우, 연평균 기온은 10.1oC, 평균 강수량은 1,210.5 mm으로 나타났다.
월평균 기온은 8월이 평균 23.3oC로 가장 높고, 강수량은
7월이 307 mm로가장많은것으로나타났다(기상청 2011).
설악산국립공원 낙엽활엽수림의 탄소저장량 추정을 위해 한 조사구 선정 조사를 통해 외설악 저항령지구(이하 저항령), 내설악 백담사지구(이하 백담사), 남설악 점봉산지구(이하 점봉산)의 낙엽활엽수림을 대상으로 고정조사구(30 m×30 m,
0.09 ha)를 설치하였다. Figure 1은 설악산국립공원 전체의
격자를나타내고선정된고정조사구지점을표시하였다. 설악산국립공원 외설악 저항령지구, 내설악 백담사지구, 남설악 점봉산지구의 군락별 특성을 Table 1에 나타내었다.
군락의 단위 면적 당 흉고단면적의 합은 약 24.5 m2 ha-1~ 37 m2 ha-1의 범위로 평균 33 m2 ha-1이었고저항령지구, 백 담사지구, 점봉산지구 중 백담사 지구가 가장 낮은 값이었 다. 또한 임분 밀도는 평균 1080 tree ha-1로 나타났고, 730 Table 1. Characteristics of three cool-temperate broad-leaved deciduous forests, Seoraksan National Park.
Stand Sum of stem area Number of trees Mean DBH (m2 ha-1) (tree ha-1) (cm)
Jeohangnyeong 36.95 1540 15
Beakdamsa 24.54 970 14
Geombongsan 36.42 730 23
Figure 1. Location of the study sites (No. 31: Jeohangnyeong, No.
42: Beakdamsa, No. 102: Geombongsan) in Seoraksansan National Park.
tree ha-1~ 1540 tree ha-1의 범위였다. 평균 흉고직경은 17 cm
(범위, 14~23 cm) 정도로 나타나 점봉산지구가 매우 높은
흉고 직경을 지니고 있는 군락으로 나타났다(국립공원연구 원 2010b).
2010년 11월 고정 조사구 내 매목조사를 실시하고 흉고
직경 5 cm 이상의 상층식생에 대한 현존량(biomass)은 낙엽 활엽수림의 상대생장법(Allometric method)으로건중량추정
회귀식(손 등 2007)을 이용하여 간접 추정하였다. 또한 지
하부 생체량은 손 등(2007)의 지상부 현존량에 대한 비율 을 적용하여 추정하였다. 식생의 탄소 저장량은 건중량에 45%를 탄소함량으로 간주하여 추정하였다(IPCC 2001).
고정 조사구 내 임의의 장소 2지점에서 시료 채취 코어 를 이용하여 5 cm 깊이별로 30 cm 깊이까지 토양 시료를 채취하였다. 낙엽층은 30 cm×30 cm 크기의 면적에서 채취 하여 비닐 백에 담아 밀봉하여 실험실로 운반, 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 건중량에 대한 탄소함량을 면적으로 환산하였다. 낙엽층을 제외한 토양시료는 토양수분함량을 측정하여 용적밀도를 구하였다. 2 mm 체로 치어 2 mm 이 상의 석력 함량을 구한 후 토양시료는 원소분석기로 탄소 함량(%)을 측정하였다. 탄소함량에용적밀도를감안하여깊 이별토양저장량을추정하였다(국립공원연구원 2010a).
결 과 1. 현존량 및 식생권 탄소량
설악산국립공원의외설악저항령지구, 내설악백담사지구, 남설악점봉산지구의식생권현존량은부위별로줄기, 가지, 잎, 뿌리로구분하고, 줄기부분은 다시목질부와 수피로, 가 지 부분은 생지와 고사지, 그리고 당년생 소지로 추정하였 다. 설악산국립공원 외설악 저항령지구, 내설악 백담사지구, 남설악 점봉산지구 중에서 현존량이 가장 많은 곳은 남설악 점봉산지구이고 비교적 적은 양의 식생권 현존량(Figure 2, 264 t ha-1~ 372 t ha-1)은 내설악 백담사지구였다. 이것은 위
에서 설명한생태 군락특성에서 알 수 있듯이 백담사지구 는 평균 흉고직경이 외설악 저항령지구와 유사하나 개체 밀도가 2/3 밖에 미치지 못하는 이유로 인해 현존량 역시 낮은 것으로 사료된다. 설악산국립공원 낙엽활엽수림의 평 균 현존량은 약 327 t ha-1에 달했다.
상기 현존량을 바탕으로 식생권 탄소량을 추정한 결과, 줄기, 가지, 잎, 뿌리의 식생권 탄소량은 위 현존량과 마찬 가지 결과로줄기 부분이 가장높은비율을 차지하면서 세 지구는 현존량과 같은 경향으로 저항령지구와 점봉산지구가 유사하고 백담사지구가 낮은 경향을 나타내었다(119 tC ha-1
~ 167 tC ha-1). 설악산국립공원 낙엽활엽수림의 평균 식생권 탄소량은 약 147 tC ha-1에 달했다.
2. 토양권 탄소량
설악산국립공원의토양권탄소량을낙엽층에서부터 30 cm 깊이까지 Figure 3에 나타내었다. 일반적으로는 유기물층을 포함한 A층에 토양탄소량이 많이 분포하고 토양 깊이가 깊 어지면서 토양탄소량이 적어지는 경향이었다. 설악산국립공 원 백담사지구와 점봉산지구가 저항령지구보다 토양표면 낙
엽층부터 30 cm 깊이에서전체적으로토양탄소량이많이분
포하는것으로나타났다(Figure 4).
설악산국립공원 외설악 저항령지구, 내설악 백담사지구, 남설악 점봉산지구 중에서 전체 토양탄소량은 저항령지구가 토양 깊이가 얕아 가장 적은 약 48 tC ha-1 정도를 나타내 었고, 가장 많은 곳은 백담사지구로 약 124 tC ha-1 정도의 값으로 나타나 2배 이상의 차이를 나타내 지구별 차이가
매우 큰 것을 알 수 있다(Figure 3). 설악산국립공원 낙엽
활엽수림의 평균 토양탄소저장량은 약 91 tC ha-1 정도로 추정되었다. 설악산국립공원 외설악 저항령지구가 가장 적 은 값을 나타낸 것은 역시 천이과정 중에 있어 미성숙 토 양이라는 데에 그 이유가 있는 것으로 사료된다.
Figure 2. Biomass (t ha-1) of tree by components at three cool- temperate broad-leaved deciduous forests, Seoraksan National Park (stemwood, stembark, branch, foliage and coarse roots).
Figure 3. Carbon stocks of soil (tC ha-1) collected to a depth of 30 cm including forest floor litter at three cool-temperate broad-leaved deciduous forests, Seoraksan National Park.
3. 생태계 탄소량
설악산국립공원 낙엽활엽수림의 생태계 전체(토양권과 식 생권을 포함)의 탄소저장량을 Figure 4에 나타내었다. 설악 산국립공원 외설악 저항령지구, 내설악 백담사지구, 남설악 점봉산지구의낙엽활엽수림전체생태계의평균적인탄소저 장량은 약 238 tC ha-1 (범위, 204 t ha-1~ 268 t ha-1)로 평 가되었다.
각 지구별로는 저항령지구의 경우 토양권이 빈약한 반면 천이 발달단계로 식생권이 발달하여 식생권 비율이 매우 높은 것으로 나타났다. 반면, 백담사지구와 점봉산지구의 경우 토양권 발달과 함께 식생권도 매우 안정된 낙엽활엽 수림을유지하고있는것으로유추할수있다.
고 찰
설악산국립공원 낙엽활엽수림의 현존량은 중부, 남부, 남 산지역과북한산국립공원낙엽활엽수림과비교하여 (p< 0.05) 높은현존량을지니고있는것으로나타나, 강원지역의현존
량에 필적하는결과이다(Figure 5). 중부, 남부 및 남산 지역
과 북한산국립공원의 식생권 탄소량은 평균 약 100 tC ha-1 (53 t ha-1~ 93 t ha-1) 이하로 보고되었다. 그러나 설악산국립 공원의 식생권 탄소량(147 t ha-1)은 강원지역(170 t ha-1)에 필 적할 정도로 매우 많은 양을 저장하고 있는 것으로 나타났다.
2010년북한산국립공원자연자원조사시동일한방법으로 탄소저장량을평가한결과를비교하면설악산국립공원의현 존량이 북한산국립공원의 현존량(93 t ha-1)에 비해 평균 약 1.5배 많은 것으로 나타났다. 또한, Ohtsuka et al. (2010)의 연구결과 일본 중부 냉온대 낙엽활엽수림의 식생권 탄소량은 20년생 약 40 tC ha-1, 50년생 약 77 tC ha-1 정도로 평가되 어 설악산국립공원의 낙엽활엽수림이 2배 이상 많은 탄소 량을지니고있는것으로나타났다.
토양권의 탄소저장량(Figure 6)은 설악산국립공원의 토양 이 비교하는 타 지역 전체(평균 42 tC ha-1)보다 월등히 높
은 값을 나타내었다. 비교한 지역의 토양권 조사와 본 조 사는 토양의 조사 깊이가 동일하다(30 cm). 그러나 유기물 층을 포함한 북한산국립공원의 토양 탄소량이 평균 약
55 tC ha-1에 이르는 반면, 설악산국립공원의 토양 탄소량
은 평균 약 91 tC ha-1에 달해 설악산국립공원의 토양에 2 배에 가까운매우 많은양의 탄소가저장되어 있음이 밝혀 졌다. 일본 중부 낙엽활엽수림의 탄소저장량은 1 m 깊이까 지 조사되어 약 265 tC ha-1으로 보고하고 있다(Ohtsuka et al. 2010).
설악산국립공원 낙엽활엽수림 생태계 전체의 탄소저장량 은 평균 238 tC ha-1 으로 중부(114 tC ha-1), 남부(94 tC ha-1), 남산(133 tC ha-1)지역을 제외하고 강원지역(213 tC ha-1)의 낙엽활엽수림의탄소량과필적할정도의저장량이었음이밝 혀졌다(Figure 7). 특히, 북한산국립공원 낙엽활엽수림 생태 Figure 4. Total amount of ecosystem carbon storages (tC ha-1) at
three cool-temperate broad-leaved deciduous forests, Seoraksan
National Park. Figure 5. Amount of vegetation carbon storage (tC ha-1) at the three
sites of the current study, Bukhansan National Park and the three regions (Gangwon, Jungbu, Nambu, and Namsan) in Korea measured by Son et al. (2007).
Figure 6. Amount of soil carbon storage (tC ha-1) at the three sites of the current study, Bukhansan National Park and the three regions (Gangwon, Jungbu, Nambu, and Namsan) in Korea measured by Son et al. (2007).
계 전체의 탄소저장량은 평균 149 tC ha-1으로 설악산국립 공원 낙엽활엽수림이 북한산국립공원 보다 약 90 tC ha-1 가까운양을더저장하고있는것으로나타났다.
설악산국립공원낙엽활엽수림생태계의탄소량에대해평 가하였으나 이나연(2011)에서언급한바와같이탄소저장고 의 하나인 고사목에 대한 평가가 누락되어 있다. 고사목이 라 함은 서서 또는 쓰러져서 또는 토양에 파묻혀서 있는 대형 목질 리터로서 분해가 매우 느려 높은 양의 탄소가 저장되어 있는 항목 중의 하나이다. 이에 대한 추후 평가 를 통해 더 많은 양의 탄소가 설악산국립공원 낙엽활엽수 림 생태계에 저장되어 있음을 평가 할 수 있을 것이다. 향 후 고정조사구의 낙엽생산량 및 매년 같은 시기의 매목조 사를 지속적으로 수행하여 연간 탄소 고정량을 추정하여 설악산국립공원의 탄소 저장 능력을 평가하는 것이 중요할 것이다. 또한, 생태계 탄소저장량 뿐만 아니라 생태계에서 방출되는 탄소량을 평가하는 것과 광역적인 평가를 위해 모형과위성자료를이용한설악산국립공원전체의탄소저장
량과 탄소흡수능력을 평가하는 연구가 이루어져야할 것 이다.
감사의 글
본 연구는 국립공원관리공단이 실시하는 2010년 설악산 국립공원자연자원조사사업에의해수행된결과이다.
참고문헌
기상청. 2011.
국립공원연구원. 2010a. 북한산국립공원자연자원조사, 서울, 국 립공원관리공단.
국립공원연구원. 2010b. 설악산국립공원자연자원조사, 서울, 국 립공원관리공단.
손요환, 김동엽, 박인협, 이명종, 진현오. 2007. 한국참나무림의물 질생산과양분순환: 신갈나무림과굴참나무림의연구사례. 강원대학교출판부. 240pp.
이나연. 2010. 육상생태계의탄소순환 - 산림의순생태계생산량 -
국립공원연구지 1(3): 163-168.
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Sundquist E, J Robertson. 2009. New Science Estimates Carbon Storage Potential of U.S. Lands (http://www.usgs.gov/newsroom/
article.asp?ID=2362)
http://www.knps.or.kr/knpshp/visit/intro/info.jsp?g_parkcd=120400 (설악산국립공원).
(2011년 12월 23일 접수; 2012년 2월 24일 채택) Figure 7. Total amount of ecosystem carbon storage (tC ha-1) at the
three sites of the current study, Bukhansan National Park and the three regions (Gangwon, Jungbu, Nambu, and Namsan) in Korea measured by Son et al. (2007).
