26(3)-16 KE2012-34 조 우.pdf1.68MB

• 서 론
• 연구대상지 및 방법
• 1. 연구대상지
• 2. 조사분석 방법
• 1) 수목식재지 및 식재가능지역 선정
• 2) 수목의 탄소 저장․흡수량 산정
• 3) 탄소배출량 자료 이용
• 결과 및 고찰
• 1. 식재지 현황
• 2. 수목생장량
• 3. 식재가능지역 현황
• 4. 식재 수목의 탄소흡수량
• 5. 탄소흡수량과 배출량 비교
• 6. 연구의 한계

서 론

온실가스 배출에 따른 기후변화는 인류가 당면한 가장 중요한 환경문제이자 관심사이다. 특히 우리나라는 온실가스 배출에 따른 영향으로 지구 평균의 2배가량 빠른 속도로 기온이 상승하고 있으며 제주도 지역의 해수면 상승은 지구평균의 크게 상회하는 등(Kim et al., 2009) 기후변화에 취약성을 나타내고 있다. 그 영향으로 이상고온, 집중호우 등이 빈번히 발생하고 피해도 점차 커지고 있다. 전체 온실가스 중 이산화탄소(CO₂)가 기후변화에 미치는 영향이 약 50% 정도라는 점을 고려하면(Ciborowski, 1989; Rodhe, 1990) 기후변화 완화를 위해서는 대기 중으로 CO₂배출량을 저감하는 것과 함께 탄소의 흡수원을 늘리는 것이 중요하다. 식물은 육상생태계의 탄소 저장에 중요한 역할을 한다. 식물은 광합성 작용으로 CO₂를 고정하여 일부는 저장하고, 일부는 호흡작용으로 대기중에 방출한다. 식물이 고정한 탄소는 낙엽과 낙지라는 유기물 형태로 토양권에 유입 축적되며 그 중 일부는 미생물의 분해작용으로 대기중으로 방출되는 것이 육상생태계 탄소순환의 일반적 형태이다(Lee, 2011). 육상 산림생태계에서 CO₂흡수량은 토양호흡으로 인한 방출량보다 많기 때문에 산림의 확보는 기후변화 대응에 필수적이다. 교토의정서에서도 부속서 1에 속한 국가들은 자국의 온실가스 감축목표 달성에서 신규조림, 산림전용, 산림경영 등으로 온실가스 저감실적을 이용할 수 있도록 허용하고 있고 그 활동이 정해진 지침을 따른 경우 이행실적을 탄소배출권과 연계할 수 있도록 하고 있음을 고려할 때 산림의 보전과 추가식재지 확보는 매우 중요한 과제이다.  

우리나라에서 산림을 활용한 레저휴양공간 중 산림생태계 훼손이라는 문제를 안고 있음에도 개발 면적이 증가하고 있는 것은 골프장 조성이다(Kwon and Ro, 2003). 우리나라는 전체 국토면적의 약 64%가 산림으로 골프장 조성에 부적합한 지역이 대부분이다. 산림지역을 평탄화하고 조성하는 골프장은 지형의 파괴와 이에 따른 하천오염, 생물서식처의 소멸, 자연성의 상실 등의 유발과 함께 오랜 시간동안 수목과 토양에 축적된 탄소의 방출과 지속적 탄소흡수능력의 상실을 가져오게 된다. 그럼에도 많은 지방자치단체는 세입 확보와 일자리 창출에 기여할 수 있다는 이유로 골프장을 유치하기 위해 적극적으로 노력하고 있다(Ahn and Kim, 2006). 골프장의 조성을 근본적으로 막는 것이 어려운 현 시점에서 환경친화적 골프장의 조성과 기존 골프장의 환경 개선노력이 대안으로 제시되고 있다.  

환경친화적 골프장 조성 및 개선과 관련한 연구는 주로 시공단계에서 환경훼손을 최소화하는 방안을 설정하는 것이 주를 이루고 있다. Lee(2007)는 골프코스 조성 시 대상지의 환경적 특성을 적극적으로 고려한 환경친화적 골프코스의 설계방안을 제시한 바 있으며 Kim et al.(2003)은 기존 골프장을 대상으로 생태적 관점의 평가를 통해 개선방안을 제안한 바 있다. 기존 골프장의 적극적인 개선을 제시한 연구로는 Lee and Kang(2004)이 기존 골프장의 외곽 산림과 내부 조경식재지를 연결하는 공간의 식재모델을 구체적으로 제시한 바 있으며 Ahn and Kim(2006)은 골프장 내 연못의 생태적 관리방안을 제시하였다. 하지만 골프장의 친환경성과 관련된 연구동향을 볼 때 조성계획 시 훼손 억제를 위한 연구가 대부분이었으며 기존 골프장의 환경 개선을 위한 정량적 연구는 미미하였다.  

우리나라는 2013년 2월 '탄소흡수원유지및증진에관한법률' 시행을 앞두고 있어 정부뿐만 아니라 민간기업도 산림탄소 상쇄를 위한 노력을 기울여야 한다. 특히 이 법률은 산림의 탄소흡수기능 유지와 증진에 초점을 맞추고 있기 때문에 그동안 산림지역에 집중적으로 들어 선 골프장의 경우 탄소상쇄를 위한 노력을 다각도로 모색해야 하는 시점이다. 환경부는 최근 2년간 5개 분야에 대해 실시하고 있는 온실가스 환경영향평가제도 운영 결과 53개 개발사업에서 1,147만 톤의 온실가스 감축효과를 거둔 것으로 보고하며 2012년부터 모든 환경영향평가 대상사업으로 이 제도를 확대할 예정이다. 18홀 기준 골프장 개발사업의 경우 거의 대부분 환경영향평가 대상사업이 되므로 개발에 따른 CO₂저감 및 흡수방안 수립은 매우 중요하다.  

국내 레저휴양공간에서 수목식재의 CO₂흡수효과와 관련한 연구는 Jo et al.(1995)이 춘천시를 대상으로 도시의 레저휴양 활동지로 광범위하게 이용하는 도시녹지 수목의 탄소저장과 에너지절약 효과의 계량화 등을 시도하였고, 국립산림과학원이 서울시 도시공원을 대상으로 도시수목의 탄소저장과 흡수량을 산정하였다(KFRI, 2010). 경기개발연구원(GRI, 2009)은 경기도 도시공원의 탄소저장과 흡수량을 분석하고 저장 흡수량 증진을 위한 수목식재 방안을 제시한 바 있으나 그 외 연구는 미약한 실정이다.  

본 연구는 주로 산림 지역을 활용하여 조성되는 레저휴양공간인 골프코스를 대상으로 조성 후 식재공간 및 식재가능공간의 현황을 파악한 후 이들 지역의 수목식재가 레저휴양 활동과정에서 배출되는 탄소 흡수에 미치는 효과를 정량적으로 파악하는 것을 목적으로 하였다. 

연구대상지 및 방법

1. 연구대상지

본 연구 대상지가 위치하는 곳은 강원도 원주시 오크밸리 관광단지이다. 오크밸리 관광단지는 스키 활동을 중심으로 한 레저휴양공간(스키빌리지)과 골프 활동이 주로 이루어지는 레저휴양공간(골프빌리지)으로 구분되는데 본 연구대상지는 골프빌리지중 회원제로 운영중인 36홀 골프코스를 대상으로 하였다. 오크밸리 관광단지 내 골프코스는 자연성이 우수한 산림 내부에 위치한 우리나라 대표적 레저휴양공간으로 본 연구에서는 기존 식생이 존치되어 있는 산림지역을 제외한 176.5ha를 대상으로 하였다. 대상지는 골프코스를 포함하여 콘도 등 부대시설지역, 조경수식재지역, 저수지 등을 포함하고 있다.  

Figure 1. The location of the Oak Valley Resort in Gangwon Province

2. 조사분석 방법

1) 수목식재지 및 식재가능지역 선정

골프코스와 시설물 주변에 식재가능공간을 찾기 위해 1차로 대상지 전체를 답사한 후 건물 주변에 잔디만 식재된 지역 중 기능적으로 역할을 하지 않는 지역과 골프코스 내 골프라운딩에 영향을 미치지 않는 잔디식재지역 또는 식재밀도가 현저히 낮은 지역의 위치를 표기하였으며 이를 바탕으로 2차로 정사 보정된 정밀 항공사진을 기준으로 대상지 경계를 보완하였다. 이 때 영상은 픽셀 크기 30cm의 고해상도 영상을 이용하였다. 그 외 중밀도 이상 식재가 이루어진 지역도 위의 방법을 이용하여 추출하였다. 마지막으로 선정한 지역은 오크밸리 골프코스 관리자의 검증을 거쳐 골프경기에 영향을 미칠 수 있는 지역을 제거한 후 최종적으로 확정하였다.  

식재 밀도가 현저히 낮은 지역은 건축법 제42조제2항의 규정에 의한 조경기준에서 제시하고 있는 주거 및 녹지지역의 기준인 교목 0.2주/㎡, 관목 1.0주/㎡을 감안하여 관목을 제외한 교목 기준의 1/4인 0.05주/㎡(5주/100㎡) 미만으로 식재된 지역을 현장에서 지도화 하였으며 이를 바탕으로 항공사진을 통해 2차 검증한 후 세부 경계를 보정하였다. 선정된 식재지역을 대상으로 다시 현장조사를 통한 검증을 실시하였는데, 20m×20m 크기의 방형구 22개소를 설치하고 방형구 내 식재된 수목의 수량을 산정하여 보식이 가능한지를 최종적으로 판정하였다. 

2) 수목의 탄소 저장․흡수량 산정

육상생태계 산림이나 수림대 수목의 탄소저장량 분석은 수목부피와 탄소배출계수를 이용하는 IPCC의 방법(2003), 수목의 물리적 특성과 바이오매스 또는 탄소저장량과의 관계식을 유도하여 탄소저장량을 추정하는 상대생장법(Jo and McPherson, 1995; Nowak and Crane, 2002), 위성영상을 이용하여 파악한 식물지수와 지상조사 자료로 탄소저장량을 추정하는 방법(Brown, 2002; Jensen, 2005; Myeong et al., 2006)과 LiDAR 데이터로부터 계산된 수고 데이타와 지상조사 자료를 활용하여 추정하는 방법(Omasa et al., 2003; Garcia et al., 2010) 등이 활용된다. 본 연구에서는 바이오매스 상대생장법(Kim et al., 2011; Son et al., 2011)을 적용하였다. 상대생장식에 적용한 상수는 국립산림과학원이 국내산림의 12개 주요 수종에 대한 분석 결과 중 신갈나무 값을 사용하였다.  

광합성 활동으로 대기에서 식생으로 유입되는 탄소의 총량은 식생의 총일차생산량(Gross Primary Production, GPP) 으로 정의되며 GPP 중에서 식생의 뿌리호흡(Autotrophic Respiration, AR)을 뺀 나머지가 순일차생산량(Net Primary Production, NPP)이 된다. 순생태계생산량(Net Ecosystem Production, NEP)은 NPP에서 소비자호흡 즉, 동물과 미생물의 탄소분해 과정인 호흡으로 대기로 방출되는 타가영양체 호흡량(Heterotrophic Respiration, HR)을 뺀 값으로 산림 생태계 전체의 탄소수지를 의미한다(Koo et al., 2005; Lim et al., 2003). 본 연구에서는 우리나라 광릉 참나무숲을 대상으로 한 Lee et al.(2010)의 결과를 바탕으로 HR값을 4.1tC/ha로 적용하여 대상지 내 NEP를 추정하였다. NEP 추정 공식은 아래와 같다.

C(NEP) = Σ (a × DBHb× PDi × Ai) - Σ (HR × Ai × 10-5)
(C: Carbon (g), DBH: Diameter at breast height (cm), a: 417.035 (gC/cm), b: 1.916, PDi: Planting density for ith land cover type (trees/㎡), Ai: Plantable areas in ith land cover type (㎡), 10-5: unit conversion factor (ha/㎡), HR: 4.1tC/ha) 

대상지 내 생육 수목의 탄소흡수량 산정을 위해서는 기존 생육 수목의 생장량 추이 분석으로 신규 식재 수목의 생장 예측이 필요하며 앞서 제시한 공식의 흉고직경값을 구하는 기준이 된다. 이를 위해 연구대상 골프코스 인접지역에 생육하는 수목 목편을 추출하여 연간 생장추이를 분석하였다. 총 25주의 표본목(소나무 4주, 리기다소나무 3주, 상수리나무 5주, 신갈나무 5주, 일본잎갈나무 4주, 잣나무 5주)을 대상으로 목편을 추출하여 연도별 생장량을 측정하였다. 표본목의 향후 생장량은 전해년도 흉고직경(DBH)과 당해년도와 전해년도 흉고직경 차이(ΔDBH) 간의 회귀식을 도출하여 흉고직경 성장량을 예측한 다음 이를 다시 상대생장식에 대입하여 추정하였다.  

3) 탄소배출량 자료 이용

오크밸리 관광단지 내 골프코스의 추가 식재가 해당 지역의 탄소배출량을 얼마나 상쇄할 수 있을지 살펴보기 위해 추가 식재에 따른 탄소흡수량을 골프빌리지에서 배출되는 탄소량과 비교하였다. 골프빌리지 탄소배출량은 오크밸리관광단지 관리 담당자로부터 자료를 구하였다. 오크밸리 관광단지의 연간 탄소배출량 자료에 의하면 2010년도 기준으로 전체 탄소배출량은 5,505.0tC 이었으며 이중 골프빌리지의 탄소배출량은 전체 배출량의 약 57%를 차지하는 것으로 파악 되었다. 따라서 본 연구 대상지가 포함되는 골프빌리지에서 배출되는 탄소량은 3,137.9tC으로 이를 CO₂량으로 환산하면 11,515.9tCO₂이었다. 

결과 및 고찰

1. 식재지 현황

오크밸리 관광단지 조사대상 골프코스 식재지는 전체 조사대상 면적 중 30.3%를 차지하고 있었으며 나머지 69.7%는 잔디만 식재되어 있거나 수면 또는 모래, 시설지역이었다. 전체 식재지 중 식재밀도가 0.05/㎡이하로 낮은 지역은 전체 연구대상지 면적의 10.1%이었고 이는 식재지 중 1/3에 해당하였다. 중밀도 이상의 식재지 또한 일부 지역을 제외하면 식재밀도는 매우 낮은 것으로 조사되었다. 본 조사결과가 우리나라의 다른 골프코스 식재경향을 대표하는 지역이라 할 수는 없겠지만 일반적으로 골프코스 조성지역 중 기존에 식재된 곳이라도 추가적인 식재가 가능한 면적이 넓음을 알 수 있었다.  

Table 1. Distribution of existing forests by tree density in the study area

2. 수목생장량

오크밸리 관광단지 내 수목의 연도별 수목생육 경향을 분석하기 위해 목편을 추출하여 분석한 표본목 25주의 규격 및 위치 좌표를 나타낸 것은 Table 2이다. 표본목은 연구대상지 북측과 중앙부, 남측으로 나누어 고르게 분포하도록 설정하였으며 총 5종을 대상으로 선정 하였다. 추출한 목편 분석을 통한 수령의 산정에서 가슴높이까지 생장하는데 걸리는 시간은 고려하지 않았으며 추출된 목편의 나이테 수만 계산하였다. 분석결과 표본목 수령은 19년~66년의 분포를 보였으며 리기다소나무, 잣나무, 일본잎갈나무 등 식재수종의 수령이 비교적 낮았고 소나무의 수령은 상대적으로 높았다. 추출한 목편의 흉고직경은 15.6~50.8cm로 비교적 다양하였다.  

Table 2. Diameters at breast height (DBH), heights, ages, and locations of sample trees

탄소흡수량 산정을 위한 계산식 도출을 위해 조사 수목의 연차별 생장량을 측정하여 회귀분석을 실시하였으나 신갈나무를 제외하고 설명계수가 낮았다. 이에 본 연구에서는 식재수목의 연도별 탄소흡수량 산정을 위해 수목의 생장정도 추정을 신갈나무의 생장식에 따랐다. 아울러 참나무류가 오크밸리 관광단지를 상징하며 대표하는 수종이며 이중 신갈나무의 분포비율이 큰 점을 감안하여 향후 신규로 식재하는 수목의 종류도 신갈나무로 가정하고 계산하였다. 연차별 생장식은 아래와 같은 식으로 도출하였으며 도출된 식의 회귀계수가 음(-)수인 것은 수목이 어릴 때 빠른 생장에 의해 연간 탄소흡수량이 많은 반면 시간이 지날수록 생장이 느려지고 연간 탄소흡수능력이 줄어듦을 의미한다. 

ΔDBH = c + d × ln(DBH)
(ΔDBH: 당해연도 생장량, DBH: 전해년도 흉고직경,  c = 1.958, d = -0.48)

3. 식재가능지역 현황

연구대상지에서 잔디만 식재된 지역 중 식재가 가능한 지역은 총 106,101㎡로 조사되었다. 기존 수목이 식재되어 있는 지역 중 식재밀도가 현저히 낮은 지역은 전체 대상지 면적의 10.1%를 차지하였다. Figure 2는 신규로 식재가능한 지역과 보식가능지역을 선정한 결과로 주로 홀과 홀의 경계부, 이동을 위한 도로주변부에 신규로 식재가능공간이 집중 분포하고 있었다. 골프코스는 기본적으로 수목이 식재되지 않은 넓은 오픈스페이스를 요구하는 바 신규로 식재가 가능한 면적은 넓지 않은 것으로 조사되었다. 그러나 식재밀도가 낮아 보식이 가능한 지역은 상대적으로 높은 면적비율로 분포하는 것을 알 수 있었다. 

Figure 2. Locations of plantable areas

Table 3. Plantable areas identified with aerial photography and ground survey

정밀 항공사진 분석을 통해 보식이 가능한 지역으로 판단한 지역을 대상으로 20m×20m(400㎡) 방형구 22개소를 선정하여 조사한 결과 방형구 내 식재된 수목은 1~13주 이었고 평균 식재주수는 6.3주이었다. 이는 1㎡당 0.016주 수준의 식재량으로 국토해양부 고시 조경기준에 제시하고 있는 주거지역과 녹지지역의 식재기준인 교목 0.2주/㎡, 관목 1.0주/㎡과 비교하여 현저히 낮은 수준의 식재밀도이었다. Lee and Lee(2000)의 연구에 의하면 식재 후 5년을 목표년도로 하였을 경우 교목 적정 식재밀도가 0.23주/㎡이라고 하였는데 본 연구결과 및 조경식재기준을 고려하였을 때, 이러한 지역은 탄소흡수량 증진을 위해 추가적인 식재가 충분히 가능하다고 판단된다.  

Table 4. Number of trees of 22 quadrat plots

4. 식재 수목의 탄소흡수량

식물체에 의한 탄소흡수량 추정은 골프코스 신규 식재 시기부터 20년간의 추정 결과로 계산하였으며, 흡수량 계산은 현재 잔디가 식재되어 있는 공간 중 신규로 식재가 가능한 지역, 기존 식재지역 중 저밀도로 식재되어 보식이 가능한 지역, 기존식재지 유지지역으로 구분하여 산정하였다. Lee and Kang(2004)은 골프장 리노베이션을 위한 식재모델을 제안하면서 교목층과 아교목층을 구성하는 수목으로 흉고직경 28cm의 대경목을 포함하여 총 23주를 제시하였으며 관목층에서는 교목성상의 수목 7주를 포함하여 33주를 함께 식재하는 것을 제시한 바 있다.  

위 연구에서 제시한 식재모델 중 교목층과 아교목층에 제시한 식재량을 흉고직경 10cm의 수목으로 산정한다면 ㎡당 0.3주를 조금 넘는 식재량이 된다. 본 연구에서 제시할 탄소흡수량 증진을 위한 식재에서도 수목식재 밀도를 높이는 것을 적용하였는데, 신규식재가 가능한 지역은 흉고직경 10cm의 수목을 0.3주/㎡의 밀도로, 추가적인 식재가 가능한 지역은 동일규격의 수목을 0.2주/㎡의 밀도로 식재하는 것을 가정하였다. 이렇게 식재할 경우 총 대상지에서 추가로 식재할 수 있는 수목은 67,336주이다. 이는 기존 골프장의 기능을 훼손하지 않는 상태에서 ha당 약 382주의 수목을 추가로 식재할 수 있음을 의미한다.  

Figure 3. Annual carbon sequestration rate by newly planted trees

흉고직경 10cm인 신갈나무 67,336주의 신규식재를 가정하여 탄소흡수량을 분석결과 식재 이후 1년이 지났을 때 총 탄소흡수량은 392.9tC이었다. 이 중 ㎡당 0.3주를 식재하는 신규식재지역의 탄소흡수량은 185.7tC이었으며 ㎡당 0.2주를 식재하는 추가식재지역은 207.2tC만큼의 탄소를 흡수할 수 있는 것으로 분석되었다. 신규로 식재되는 수목에 의한 연간 탄소흡수량은 식재 이후 지속적으로 증가하여 15년째에 정점에 이르렀으며, 이후에는 조금씩 감소하는 추세를 보였다. 15년 이후의 탄소흡수량은 총 440.5tC이었다. 본 연구에서 산정한 수목생장추정식에서 보이는 바와 같이 어린 수목일수록 연간 생장량이 크므로, 총 탄소저장량은 적으나 신규로 흡수하는 탄소량은 많기 때문이다. 또한 시간이 지나면서 수목의 생장정도가 둔화되어 연간 탄소흡수량이 점차 줄어드는 경향을 보인다.  

5. 탄소흡수량과 배출량 비교

2010년도를 기준으로 할 때 본 연구대상지의 탄소배출량은 3,137.9tC이다. 연구대상지에서 추가적인 부지확보나 기존 시설의 제거 없이 기 조성된 골프장의 여유 공간만을 활용하여 식재량을 높여 흡수할 수 있는 탄소량은 조성 후 첫해에는 대상지의 연간 탄소배출량의 약 12.5%에 이르며, 신규로 식재한 수목의 탄소흡수량이 정점에 이르는 조성 후 15년이 경과한 시점에서는 연간 탄소배출량의 14.0%로 늘어나는 것으로 분석되었다. 오크밸리 관광단지는 향후 5년간 탄소배출량을 매년 5.0%씩 줄이는 계획(오크밸리 관광단지 내부자료)을 추진하고 있어, 신규식재와 감축계획이 성공적으로 이루어진다면 15년 후 흡수가능 탄소량은 단순히 식재된 수목에 의해서만 전체 배출량의 18.7%까지 증진시킬 수 있는 것으로 예측되었다. 

골프코스 조성지역은 여타의 개발유형에 비해 상대적으로 넓은 면적의 원형산림 존치지역을 함께 확보하는 것이 일반적이다. 산림이 조경식재공간에 비해 높은 수목생육밀도를 가지는 것을 고려하였을 때 자투리 공간을 적극적으로 활용하여 식재량을 증진시킨다면 골프코스의 탄소흡수능력은 여타의 개발지역과 비교하였을 때 매우 높을 것으로 판단된다. 기존골프장의 경우 향후 기존식재지 및 배후산림지역에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 종합적인 탄소흡수량의 예측이 가능할 것이다. 산림을 기반으로 한 레저휴양공간의 개발은 탄소수지에 큰 영향이 있음을 고려할 때 식물체 제거와 토양교란을 줄이기 위한 다양한 방안이 강구되어야 하며 동시에 개발 후 수목식재량을 최대화 할 수 있도록 하고 그에 따른 탄소수지 평가가 이루어져야 할 것이다.  

6. 연구의 한계

본 연구는 자연림에서 측정된 타가영양체 호흡량을 바탕으로 수목의 탄소흡수량을 산정하였다. 하지만 골프코스와 자연림은 명백하게 다른 환경을 가지고 있다. 따라서 골프코스에 식재되는 수목에 의한 탄소흡수 효과를 보다 정확히 예측하기 위해서는 대상지와 비슷한 조건에서 수행된 토양호흡 연구 자료가 필요하다. 그러나 국내에서 수행된 잔디 식재공간의 수목식재지에서 수행한 연구 자료가 전무하고 조사대상지가 골프 활동이 연중 이루어지는 곳이어서 분석에 어려움이 있어 본 연구에서는 자연림에서 측정된 자료를 이용했다는 한계가 있다.  

본 연구에서는 탄소배출량을 골프장 내부에서 배출되는 탄소량만을 기준으로 하였는데, 골프장 이용객이 이용을 위해 이동할 때 소비하는 에너지에 의한 탄소배출량을 함께 고려할 경우 탄소수지는 본 연구에서 제시한 수치보다 더 악화될 것으로 보인다. 향후 이에 대한 후속연구가 이루어져야 할 것이며 본 연구가 가정한 식재 시나리오들에 대해서도 보다 객관적인 데이터를 확보하여 검증할 필요가 있다.