국가산림자원조사 자료를 활용한 강원도 산림내 낙엽층의 탄소저장량 및 변화량 추정

1. 서 론

2015년에 파리협정이 체결되면서 기후변화협약에 참여하는 모든 당사국들은 전 지구적 온실가스 감축을 위하여 국가별 역량과 다양한 상황 및 공통의 그러나 차별화된 책임을 고려하는 상향식의 국가기여방안(Nationally Determined Contri-butions; NDC) 방식을 채택하였다. 이에 따라 2020년 이후부터 모든 당사국은 온실가스 감축 목표를 이행할 책임을 지게 되었고, 연간 국가 온실가스 배출량을 측정 가능하고 제3자에 의해 검증이 가능하도록 보고해야 한다(IPCC, 2006). 기후변화협약에서 낙엽층은 토지이용, 토지이용변화 및 산림(Land Use, Land-Use Change and Forestry; LULUCF)의 다섯 가지 탄소저장고 중 하나이다(IPCC, 2006). 낙엽층은 전체 산림 생태계 탄소저장량의 약 5%를 차지하고 있고(Pan et al., 2011), 국가 온실가스 인벤토리 보고와 국가 온실가스 인벤토리 감축 목표 설정에 있어 중요한 요인이 될 수 있다(Domke et al., 2016).

대부분의 부속서 I 국가들은 산림부문 국가 온실가스 인벤토리 보고를 위하여 국가산림자원조사(National Forest Inventory; NFI) 체계를 개편하여 NFI에서 수집된 자료를 활용하고 있다(Federal Environment Agency, 2015; Swedish Environmental Protection Agency, 2015; Statistics Finland, 2015). 특히 독일과 스웨덴은 국가산림자원조사와 토양조사 자료에서 수집된 자료를 산림부문 온실가스 인벤토리 보고를 위한 기초자료로 활용하고 있다(Federal Environment Agency, 2015; Swedish Environmental Protection Agency, 2015). 핀란드의 경우, 토양 및 유기물의 탄소저장량 산정에 Yasso 모델을 활용하고 있으며, 모형의 입력 값으로 국가산림자원조사에서 수집된 낙엽층 자료를 활용하고 있다(Statistics Finland, 2015).

우리나라도 산림부문 국가 온실가스 인벤토리 보고 시 국가산림자원조사 자료를 활용하고 있으나, 토양, 고사목, 낙엽층의 탄소저장량 및 온실가스 흡수량은 시계열 활동자료 및 배출계수 등의 부재로 산정하지 못하고 있다(GIR, 2016). 최근 우리나라의 국가산림자원조사 체계는 1992년 리우 환경개발회의(UNCED) 이후 지속가능한 개발의 원칙에 따라 지속가능한 산림경영 기반 연구의 필요성이 대두됨에 따라 2006년부터 개편되었다(KFRI, 2015). 개편된 제5차 국가산림자원조사(2006∼2010)는 계통적 추출법에 의해 집락표본점 및 부표본점을 전국에 배치하고, 매년 20%씩 총 5년에 걸쳐 임분 현황, 임목, 벌근 및 고사목, 낙엽층, 산림식생조사 및 토양특성조사 등이 조사되었고, 제6차 국가산림자원조사(2011∼2015)가 완료되면서 시계열 자료가 확보되었다(KFS, 2016a).

국내 낙엽층 탄소저장량 연구는 특정 임분의 낙엽층 탄소저장량 연구(Ju et al., 2015; Lee et al., 2013; Won et al., 2016)와 간벌에 따른 낙엽층 탄소저장량의 변화 연구(Kim. 2008; Ko et al., 2014; Yang et al., 2011) 등이 진행되었다. 그러나 기존 연구는 시계열적 일관성 및 대표성 등의 한계로 우리나라 탄소변화량을 추정하기에는 어려움이 존재한다. 따라서 전국단위로 시계열 자료를 확보할 수 있는 제5차 및 제6차 국가산림자원조사에서 수집된 낙엽층의 건중량, 탄소농도 등의 자료를 활용하여 강원도 산림내 낙엽층의 탄소저장량 및 변화량을 산정하고, 국가 온실가스 인벤토리의 적용가능성을 검토하고자 한다.

2. 재료 및 방법

2.1 연구자료

본 연구는 우리나라 전체 산림 면적의 약 22%를 차지하는 강원도 산림을 대상으로 하였다(KFS, 2016b). 강원도의 전체 면적은 2015년을 기준으로 1,683천 ha이며, 산림은 1,372천 ha로 강원도 전체 면적의 약 82%가 산림으로 구성되어 있다. 강원도 산림면적은 침엽수림이 31.8%, 활엽수림 38.4%, 그리고 혼효림이 27.2%를 차지하고 있으며, 전체 산림면적의 57%가 Ⅳ∼V영급으로 이루어져 있다(KFS, 2016b).

강원도 낙엽층의 탄소저장량 및 변화량을 산정하기 위해 제5차(2008) 및 6차(2013) 국가산림자원조사 자료를 활용하였다(Fig. 1). 국가산림자원조사의 고정표본점은 집락표본점으로 총 4개의 부표본점으로 구성되어 있다(Fig. 2). 총 4개의 부표본점(S1, S2, S3, S4) 중 중심표본점(S1)내에서 3개의 조사구를 설치하고, 그 중 2개의 지점을 선택하여 낙엽층과 토양의 시료가 채취되는데 현장의 시료채취가 불가피하게 어려운 경우 부적합 사유를 감안하여 조사구 개수가 변경될 수 있다(KFRI, 2008; KFS, 2012). 토양조사는 제5차 국가산림자원조사 이후 10년 주기로 진행되기 때문에 시계열 자료를 확보할 수 없다. 따라서 제5차 및 6차 국가산림자원조사의 중심표본점(S1)에서 취득한 1∼2개 지점에서 채취된 낙엽층에 대한 탄소저장량만 산정하였고(Fig. 1), 낙엽층 탄소저장량 산정에 활용한 고정표본점의 개수는 2008년에 40개(침엽수림: 6개, 활엽수림: 23개, 혼효림: 11개)이고, 2013년도에 40개(침엽수림: 7개, 활엽수림: 25개, 혼효림: 8개)이었으며, 낙엽층의 탄소변화량을 추정하기 위한 동일 고정표본점의 개수는 총 38개였다(Table 1).

Fig. 1.

Sampling points of NFI5 (2008) and NFI6 (2013) in Gangwon provinces.

Fig. 2.

Sampling and plot designs for the National Forest Inventory (KFRI, 2010).

Table 1.

Total litter (L+FH) carbon stock and change in NFI5 (2008) and NFI6 (2013) in Gangwon province (mean±standard error)

3. 결과 및 고찰

3.1 강원도 산림내 낙엽층의 탄소저장량 및 변화량

강원도에서 제5차(2008) 및 6차(2013) 국가산림자원조사로 수집된 낙엽층의 탄소저장량은 Table 1 및 Fig. 3과 같다. 강원도 낙엽층 탄소저장량은 시간이 지남에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 통계적으로 유의하지는 않았지만 5년 동안 총 탄소저장량은 0.68±0.71 t C/ha의 탄소가 증가한 것으로 나타났다(Table 1). 임분 성숙에 따라 탄소저장량이 다소 증가하였는데, 이는 성숙한 임분에서 잔뿌리 및 목질부의 수피 등이 증가하여 낙엽층의 탄소량이 증가된다는 연구결과(Schulp et al., 2008)와 유사한 경향을 나타내고 있다. 반면, 터키의 구주소나무를 대상으로 토양탄소저장량을 200년간 모의한 자료에 의하면 임령이 증가함에 따라 낙엽층(O층)의 탄소저장량은 감소하지만, 일정 임령을 기준으로 서서히 증가하는 연구결과(Lee et al., 2016)와는 차이를 나타내고 있다. 본 연구에서는 통계적으로 유의하지 않지만 낙엽층의 탄소저장량이 시간에 따라 증가하는 경향인 것은 임분 성숙과 관련이 있을 것으로 판단된다. 실제로 제5차(2008) 및 6차(2013) 국가산림자원조사 고정표본점의 수관밀도 및 영급분포 변화정보를 분석한 결과, 제6차 국가산림자원조사 자료의 약 88%가 “76∼100%” 수관 밀도와 4영급 이상의 임분으로 변화된 것을 확인할 수 있었다(Table 2).

Table 2.

Frequency table of crown density and age class in NFI5 (2008) and NFI6 (2013) on Gangwon province

Fig. 3.

Litter (L+FH) carbon stock on Forest type in NFI5 (2008) and NFI6 (2013) in Gangwon province. Values with different indicated significant differences among three forest types on each NFI data at P<0.05. Horizontal bar indicates on standard error (NFI5: coniferous n=6, deciduous n=23, mixed n=11, NFI6: coniferous n=7, deciduous n=25, mixed=8).

낙엽층의 탄소저장량은 조사지점 및 모형의 구조에 따라 변이가 매우 크고, 영향을 미치는 요인들도 수종, 낙엽층 두께, 경사, 모재, 산림경영활동 등으로 다양하다(Ko et al. 2014, Gruneberg et al., 2014; Schulp et al., 2008). 국가산림자원조사에서 조사되는 간벌 등 시업이력자료를 활용해 시업에 따른 낙엽층의 탄소저장량 변화를 분석하려 하였으나, 전체 80개 표본점 중 7개 표본점에서만 숲가꾸기 및 조림 등이 이루어진 것으로 나타나 정확한 원인분석을 수행하기 어려웠다. 정확한 탄소저장량 변화의 원인을 구명하기 위해서는 표본점 내 기초정보 및 변화에 대한 지속적인 모니터링과 이력관리가 필요한 것으로 판단된다.

강원도의 낙엽층 탄소저장량은 임상별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 제5차 및 6차 국가산림자원조사에서 임상별 낙엽층 탄소저장량은 침엽수림, 혼효림, 그리고 활엽수림 순으로 나타났다(Fig. 3). 제5차(2008) 및 6차(2013) 국가산림자원조사에서 모두 침엽수림에 해당하는 표본점의 낙엽층 탄소저장량(NFI5: 6.08±0.95 t C/ha, NFI6: 7.36±2.11 t C/ha)이 활엽수림(NFI5: 3.33±0.34 t C/ha, NFI6: 4.19±0.37 t C/ha)의 탄소저장량보다 높게 나타났으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(Fig. 3, P<0.05). 이전 연구에서도 이와 동일한 연구 결과가 보고된 바 있으며(KFS and Kopfi, 2013; Schulp et al. 2008), 일반적으로 침엽수림의 낙엽층은 활엽수림의 낙엽층보다 분해하기 어려운 물질도 구성되어 있기 때문이다(Berg, 2000). 또한 침엽수림의 토양은 활엽수림의 토양보다 pH가 낮아 토양 내 미생물의 활동이 감소하여 부식층보다 건전한 잎으로 구성된 낙엽이 더 많이 존재한 결과로 판단된다(Thuille and Schulze, 2006). 따라서 침엽수림의 낙엽층 탄소저장량은 활엽수림보다 많으며, 높은 탄소고정효과를 가진다고 할 수 있다. 그러나 그 외 탄소저장고인 바이오매스와 토양의 경우 단위면적당 탄소저장량 및 배출계수 등은 활엽수림에서 침엽수림보다 높은 것으로 알려져 있기 때문에(KFS and Kopfi, 2013; GIR, 2016), 향후 산림의 전체 탄소저장고에 대한 탄소저장량 평가 연구가 필요한 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구는 시계열로 수집된 국가산림자원조사 자료를 활용하여 낙엽층의 탄소저장량 및 변화량을 산정하고, 국가 온실가스 인벤토리의 적용가능성을 검토하기 위하여 수행되었다. 제5차 및 제6차 국가산림자원조사의 2008년 및 2013년도에 수집된 강원도지역의 고정표본점을 대상으로 낙엽층의 탄소저장량 변화량을 산정한 결과, 통계적으로 유의하지는 않지만 5년 동안 낙엽층의 탄소저장량은 0.68±0.71 t C/ha 증가한 것으로 나타났다. 또한 침엽수림의 탄소저장량이 활엽수림의 탄소저장량보다 높은 것으로 나타났으며, 이전 연구와 동일한 경향인 것으로 나타났다. 부속서 I 국가들은 국가 온실가스 인벤토리 보고 시 국가의 현실 상황을 잘 반영하고, 측정·보고·검증(MRV)이 가능하도록 보고하기 위해 국가산림자원조사에 의해 주기적으로 수집되는 자료를 활용하고 있다. 즉, 국가 온실가스 인벤토리 보고에는 국가의 산림 상황을 잘 반영하여 주기적으로 정확하게 수집된 자료를 활용하는 것이 중요하다. 따라서 국가 온실가스 인벤토리 보고 시 낙엽층의 탄소변화량을 보고하기 위한 하나의 방안으로 국가산림자원조사 자료의 활용을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 현재까지 국내 국가 온실가스 인벤토리 보고서에서 보고되지 않은 낙엽층의 탄소저장량 산정 방안으로 국가산림자원조사 자료의 활용성을 검토한 시범연구로 국가 온실가스 인벤토리에 바로 적용하기에는 무리가 있다. 따라서 향후 전국 단위의 표본점을 대상으로 탄소변화량 평가 연구를 수행한다면 국가 온실가스 인벤토리 보고 수준 Tier 2에 준하는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgments

본 연구는 “국립산림과학원 일반과제(국가산림자원조사 자료의 융복합 활용기술 개발)” 및 “산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 연구개발사업(신기후체제 대응 산림분야 국가 온실가스 인벤토리 산정체계 및 탄소계정 고도화 연구: 2017-044B10-1719-BB01)”의 지원으로 수행되었습니다.

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