서 론
인간 활동이 기후에 영향을 미치기 시작한 것은 산업 혁명 초기인 18세기 중엽부터로 1970년부터 2004년 사이에 지구 온실가스 배출량은 70% 증가하였다. IPCC 4차보고서는 지 구 온난화로 인하여 약 100년간 지구상의 온도는 0.74 ℃상 승하였으며 우리나라의 평균 기온 상승률은 1.7 ℃로 지구 평균기온 상승률 보다 높게 나타났다고 보고하였다. 20세기 중반 이후의 이와 같은 현상의 원인은 인류가 배출한 온실가 스의 집적으로 인한 결과이며 급속한 기온상승은 기후변화 를 초래하여 생태계 위험수위가 높아질 것으로 예측되고 있 다. 국제사회는 지구온난화에 따른 기후변화에 적극 대처하 기 위하여 1988년 유엔환경계획(UNEP)과 세계기상기구 (WMO)에 의해 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)를 설치하였고, 1992년 유엔환경개발회의(UNCED)에서 기후 변화협약(UNFCCC)을 채택하였다. 1997년 일본에서 개최 된 제 3차 기후변화협약 당사국총회(COP3)에서는 교토의정 서를 채택하여 선진국(38개국)을 대상으로 2008∼2012년 동안 1990년도 배출량 대비 평균 5.2% 감축을 규정하였다. 현재 우리나라는 온실가스 감축 의무 국가는 아니나, 주요 온실가스인 이산화탄소의 배출량이 2009년도 세계 9위이 며 OECD 국가 중 이산화탄소 배출량 증가율 1위 국가로서, 탄소감축 부담을 요구받고 있다. 그리고 우리나라는 자발적 으로 2005년 기준으로 오는 2020년까지 온실가스 4%를 감 축하겠다고 발표하였다.
우리나라의 도시화율은 10년 사이에 80%에서 83%(2000 ∼2010년)로 증가를 보이 있고 2020년은 85.4%로 추정하 고 있다(http://kosis.kr). 그리고 온실가스 배출에서 에너지 부문은 81%에서 85%(2000∼2009년)로 9년 사이에 4% 증 가하였다. 이는 도시화에 따른 대량소비로 인해 인위적인 온실가스 배출이 증가하고 있는 것으로 보이며, 또한 Kim et al.(2011)은 전 지구적 기후변화인 지구온난화의 주원인 으로 주목되고 있는 온실가스는 공간적으로 주로 도시에서 발생하고 있기 때문에 도시차원에서의 대책이 무엇보다 필 요하다고 보고하였다. 이에 도시공원에서 탄소흡수, 산소 제공 등의 환경개선기능이 강조되고 있는 추세로, 대기 중 이산화탄소 농도 저감을 위한 수목의 식재는 가장 효과적인 수단으로 보고되었다(Laclau, 2003).
국내의 연구로는 Jo(1999a)가 강원도 일부도시의 녹지에 의한 탄소흡수와 에너지소비에 의한 탄소배출량을 산정하 였고, Park and Kang(2010)은 경기도 도시가로수의 탄소저 장량 및 흡수량을 산정하였다. Kim(2011)은 판교나들이공 원에서 수목의 탄소저장량 및 흡수량을 Hwang(2012)은 서 울숲 수목의 탄소저장량 및 흡수량을 산정하는 등 탄소흡수 원으로서 도시공원에 관한 연구가 수행되고 있으나, 도시공 원에 식재된 식재유형별로 정량화된 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도시공원의 식재유형별 탄 소저장량, 연간 탄소흡수량 산정 및 연간 토양호흡량을 측 정하여 비교⋅분석함으로써 기후변화 대응을 위한 효과적 인 도시녹지 계획과 관리를 위한 기초자료를 얻고자 하였다.
연구방법
1.연구대상지 선정
본 연구에서는 1989년에 조성된 천안시 서북구 두정동 397-1번지에 위치한 근린공원을 대상지로 선정하였으며, 전체면적은 11,300m2으로, 녹지가 10,891m2(89.2 %)로 가 장 넓은 면적을 차지하며, 산책로, 운동기구 등의 지역이 1,219m2(10.8 %)를 차지하고 있다. 공원의 식재현황은 상수 리나무, 아까시나무, 소나무, 단풍나무, 리기다소나무, 느티 나무, 메타세콰이아, 등이 분포하고 있으며, 그 중 식재유형 이 뚜렷한 소나무식재림(Pinus densiflora plantation), 상수리 나무군락(Quercus acutissima community), 상수리나무 - 아까시나무식재림(Quercus acutissima-Robinia pseudoacacia plantation), 아까시나무식재림(Robinia pseudoacacia plantation) 의 4곳을 선정하였고, 식생구조는 Braun-Blanquet(1964)의 전추정법을 이용하여 조사하였다(Figure 1).
2.미기상인자 측정
천안시 두정근린공원에 Data logger (WatchDog 1000 Series, Spectrum Technologies Inc)를 설치하여 10㎝ 깊이 에서의 토양온도와 토양수분함량을, 1.5m 높이에서의 대기 온도와 광량을 2012년 3월부터 2013년 2월 까지 10분 간격 으로 자동 측정하였다.
3.수목 탄소저장량 및 흡수량 산정
수목의 탄소저장량 및 흡수량을 산정하는 방법은 광역지 역의 경우 국립산립과학원에서 제공하는 국가 산림지도(임 상도)와 영급별 이산화탄소 저장계수를 활용하는 방안과 도 시공원과 같은 미세지역의 평가에서는 수목의 흉고직경 또 는 근원직경, 수고, 개체수 등을 파악하여 상대생장식을 활 용하는 방안이 있다(Hwang, 2010). 본 연구에서는 교목활 엽수, 교목침엽수, 관목활엽수, 관목침엽수로 수종을 단순 화시킨 후 흉고직경(DBH)과 근원직경(DAG)을 근거로 회 귀식을 적용한 Lee(2003)의 방법을 사용하였다(Table 1). 대부분의 초본은 매년 흡수와 분해를 반복하여 탄소저장 및 흡수량이 극히 소량이므로(Jo, 1999b) 산정대상에서 제 외하였다. 각 식재유형별 수목의 흉고직경(DBH), 근원직경 (DAG)과 수고를 측정하고, 식재면적, 개체수 및 식생면적 당 식재밀도를 조사하였다.
4.토양호흡량 측정
소나무식재림, 상수리나무군락, 상수리나무-아까시나무 식재림, 아까시나무식재림에 각각 120㎝ × 80㎝ 크기의 방 형구를 설치하였으며, 방형구 안에 높이 7㎝, 지름 10㎝의 Collar를 6개씩 설치하여 토양에서 이산화탄소 방출량을 측 정하였다. 토양 이산화탄소 방출량은 LI-6400 (Licor 6400 Potable Photosynthesis System, Li-Cor Inc., Lincoln, NE) 에 적외선 가스분석기(Infrared Gas Analyzer)를 연결하여 2012년 3월부터 11월까지 매월 2회 측정하였다.
결과 및 고찰
1.두정근린공원의 미기상특성 및 식생
1)미기상특성
본 연구는 2012년 3월부터 2013년 2월 까지 1년간 측정 되었다. 토양온도는 8월에 최고치에 달하고 그 후 점차 감소 하여 대기온도의 변화와 유사한 경향성을 보였으나 토양의 열전도 및 열교환 작용에 의해 변화폭은 상이하게 나타났다. 토양수분함량은 태풍과 장마로 인하여 7∼9월에 높게 나타 나며 계절적인 변화와의 관계는 나타나지 않았다. 광량은 동절기에 높게 나타나고 잎이 무성한 하절기에 낮게 나타났 다(Figure 2).
2)공원의 식생
두정근린공원의 소나무식재림(Pd), 상수리나무군락(Qa), 상수리나무-아까시나무식재림(QaRop), 아까시나무식재림 (Rop)은 녹지면적의 42.1%를 차지하고 있다. 소나무식재림 과 상수리나무군락은 교목과 초본으로, 상수리나무-아까시 나무식재림과 아까시나무식재림은 교목, 관목, 초본의 층위 구조로 이루어져 있었다. 각 식재림의 교목과 관목의 흉고 직경, 식생면적당 식재밀도 등은 Table 2와 같다. 소나무식 재림에는 교목인 소나무와 초본층에 꽃마리, 토끼풀, 민들 레, 쑥, 양지꽃, 냉이 등이 분포하였고 상수리나무군락에서 는 교목층에 상수리나무, 초본층에 꽃마리, 민들레, 환삼덩 굴, 주름조개풀 등이 분포하고 있었다. 상수리나무-아까시 나무식재림의 교목층에는 상수리나무와 아까시나무, 관목 층에는 신갈나무, 아까시나무, 갈참나무, 싸리, 단풍나무 등 이 초본층에는 그늘사초, 기름새, 청미래덩굴, 쇠무릎 등이 분포하였다. 아까시나무식재림은 교목에 아까시나무, 관목 층에는 아까시나무, 밤나무, 갈참나무, 졸참나무 등이 초본 층에는 그늘사초, 찔레꽃, 꽃마리 등이 분포하는 것으로 조 사되었다.
식재유형별 교목의 흉고직경은 소나무식재림, 상수리나 무군락, 상수리나무-아까시나무식재림, 아까시나무식재림 에서 각각 8.4~20.5, 30.8~53.4, 10.2~50.1, 19.8~22.8㎝이 었고 총 식재주수는 147주로 조사되었다. 상수리나무-아까 시나무식재림은 혼효림으로 개체별 차이 폭이 크게 나타난 것으로 보였다. 교목의 식재밀도는 상수리나무-아까시나무 식재림＞소나무식재림＞아까시나무식재림＞상수리나무 군락 순으로 나타났으며 상수리나무군락은 조경식재가 아 닌 잔존림으로 생육밀도가 낮은 것으로 판단된다.
2.공원 식재유형별 수목 탄소저장량 및 연간 탄소흡 수량 분석
공원 식재유형별 식재면적당 탄소저장량은 소나무식재 림, 상수리나무군락, 상수리나무-아까시나무식재림, 아까시 나무식재림에서 각각 17.36, 88.63, 115.38, 49.88 ton C ㏊⁻ ¹이고, 연간 탄소흡수량은 1.04, 2.12, 6.47, 3.6 7ton C ha-1 로 나타났다. 개체목당 연간 탄소흡수량은 소나무, 상수리 나무, 아까시나무에서 각각 1.81, 17.86, 9.04 kg C·tree yr-1 로 상수리나무가 가장 높았다.
식재면적당 탄소저장량은 상수리나무-아까시나무식재림 의 탄소저장량이 42.5%로 가장 많고, 상수리나무군락 (32.7%), 아까시나무식재림(18.4%), 소나무식재림(6.4%) 순으로 나타났다. 연간 탄소흡수량도 상수리나무-아까시나 무식재림이 48.7%, 아까시나무식재림이 27.6%, 상수리나 무군락이 15.9%, 소나무식재림이 7.8% 순으로 기여도가 높 았다. 이는 상수리나무-아까시나무식재림의 식생면적당 식 재밀도가 다른 군락에 비해 월등히 높고 관목층이 잘 발달 되어 있기 때문인 것으로 판단된다. 두정공원에서 상수리나 무-아까시나무식재림의 탄소저장량을 Kim(2011)의 나들이 공원과 비교해 보면 식생면적당 식재밀도는 비슷하지만 탄 소저장량은 2배 정도 높았고, Hwang(2012)의 서울숲과 연 간 탄소흡수량을 비교했을 때도 2배 정도 높았다(Table 3). 상수리나무군락은 개체목당 연간 탄소흡수량은 가장 높게 나타난 반면 상수리나무군락의 연간 탄소흡수량은 비교적 적었다. 이는 상수리나무군락의 생육밀도가 낮고 관목층과 같은 하층식생구조가 빈약하며 특히 흉고직경이 30~50㎝ 에 이르는 수령이 오래된 수목으로 구성된 잔존림으로 연간 생장률이 낮기 때문인 것으로 판단된다. 소나무식재림은 식 재밀도가 높음에도 활엽수종에 비해 수목생장률이 낮고 식 생 또한 빈약한 하층구조로 이루어져 있기 때문에 활엽수림 에 비해 연간 탄소흡수량이 적은 것으로 판단된다.
3.토양호흡량 분석
1)식재유형별 토양호흡량
토양호흡량은 2012년 3월부터 11월까지 측정하였는데 동절기에서 하절기로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. 7월 에 토양호흡량이 가장 높고 3월에 가장 낮게 나타났으며 (Figure 3), 소나무식재림, 상수리나무군락, 상수리나무-아 까시나무식재림, 아까시나무식재림에서의 토양호흡량은 7 월과 3월에 각각 3.82, 4.15, 5.06, 5.09 μmol CO2 m-2 s-1와 0.51, 0.31, 0.65, 0.65 μmol CO2 m-2 s-1로 식생유형별 차이 를 보였다. 조사기간 동안 소나무식재림, 상수리나무군락, 상수리나무-아까시나무식재림, 아까시나무식재림에서의 평 균 토양호흡량은 각각 2.20, 1.90, 2.47, 2.51 μmol CO2 m-2 s-1로 상수리나무군락에서 가장 낮게 나타났다.
2)토양호흡과 미기상인자와의 관계
본 연구에서 토양호흡과 미기상인자와의 관계에 대해 지 수함수를 이용한 회귀식을 적용하였다. 토양호흡과 미기상 인자 사이의 지수함수 회귀식의 R2는 토양온도＞대기온 도＞광량＞토양수분함량 순으로 나타났고, 특히 토양온도 가 토양호흡과 높은 상관관계를 보였다. 소나무식재림, 상 수리나무군락, 상수리나무-아까시나무식재림, 아까시나무 식재림에서 토양호흡과 토양온도 사이의 상관관계는 각각 R2= 0.682, 0.752, 0.873, 0.847로 나타났다(Table 4). 이러 한 결과는 토양호흡이 토양온도에 많은 영향을 받으며, 상 당히 높은 상관관계가 있다는(Davidson et al., 1998; Lee and Mun, 2001; Moon, 2004; Lee et al.,2012) 선행연구 결과와 일치한다. 토양수분함량 또한 토양호흡량에 영향을 주는 중요한 환경요인으로 보고된 바 있으나(Witkamp, 1969; Knapp et al., 1998) 본 연구에서는 크게 영향을 미치 지 않는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에서 6월의 경우 5월 보다 토양온도는 증가한 반면 토양호흡량은 약간 감소하는 현상이 관찰되었다. 이는 실제로 많은 연구들을 통해 토양 호흡량의 계절적 변화와 토양온도의 변화가 반드시 일치하 지 않으며(Son et al., 1994), Liu et al.(2002)이 토양온도 외에 또 다른 요소로서 토양수분함량이 토양호흡량에 영향 을 준다는 보고와 일치한다. 결과적으로 본 연구에서는 토 양수분함량은 토양호흡과 직접적인 상관관계는 낮게 나타 났으나 간접적으로 토양호흡에 영향을 미친 것으로 보인다.
3)연간 토양호흡량 추정
본 연구에서는 토양호흡과 토양온도가 높은 상관관계를 보이므로 일평균 토양호흡량을 적용하여 일평균 토양온도 와 지수함수 회귀식을 구하였고(Figure 4) 이를 이용하여 2012년 3월부터 2013년 2월 까지의 연간 토양호흡량을 추 정하였다(Table 5). 추정한 연간 토양호흡량은 소나무식재 림, 상수리나무군락, 상수리나무-아까시나무식재림, 아까시 나무식재림에서 각각 6.66, 5.33, 7.20, 7.25 ton C ha-1 yr-1 로 나타났다.
연간 토양호흡량은 소나무식재림, 상수리나무군락, 상수 리나무-아까시나무식재림, 아까시나무식재림에서 각각 45.7%, 51.3%, 47.4%, 47.7% 정도가 여름철(6월∼8월)에 집중되 었으며, 겨울철(12월∼2월)에는 각각 8.0%, 5.2%, 7.0%, 6.9% 정도로 추정되어 계절별 차이가 큰 것으로 나타났다 (Table 5). Kim(2008)은 무등산 소나무림의 연간 토양호흡 량을, Yu(2011)는 지리산 소나무림의 연간 토양호흡량, Lee(2013)는 월악산 소나무림의 연간 토양호흡량을 각각 7.28, 6.36, 11. 23 ton C ha-1 yr-1로 추정하였으며, Yu (2011)는 남산 아까시나무림에서 6.53 ton C ha-1 yr-1, Kim(2002)은 충남 공주시 상수리나무림에서 9.98 ton C ha-1 yr-1로 추정하였다.
본 연구 대상지에서 소나무식재림의 평균 흉고직경은 14.7㎝로 Kim(2008)은 소나무림의 평균흉고직경을 22㎝, Yu(2011)는 30-40㎝, Lee(2013)는 17.12㎝라고 보고하였 는데, 추정한 연간 탄소호흡량에서는 큰 차이를 보이지 않 았다. 이는 지역 간의 연평균 기온과 강수량 등의 기후의 차이, 토양호흡을 측정하는 방법, 토양의 물리적, 화학적 특 성 등에서 기인한 차이인 것으로 판단된다.
결론적으로, 두정공원의 식생유형 중 상수리나무-아까시 나무식재림의 탄소저장량과 연간 탄소흡수량은 타 식재림 에 비해 월등히 높아 공원의 탄소흡수원의 역할에 크게 기 여하였다. 이러한 결과는 식생의 교목식재밀도가 높고 수목 생장이 활발한 수령으로 구성되어 있으며 관목층이 발달하 여 탄소흡수량을 추가시키는 구조이기 때문으로 판단된다. 침엽수종인 소나무식재림은 식생면적당 탄소저장량과 연간 탄소흡수량이 가장 적은 반면 연간 토양호흡량은 높아서 탄소흡수원으로서는 비효율적인 것으로 판단된다.
