서 론

기후변화, 대기오염, 도시열섬과 같은 도시 환경문제가 심화함에 따라 도시녹지의 생태계서비스에 대한 정량적 평가의 필요성이 커지고 있다. 특히, 가로수는 도시민 생활권과 밀접하게 이어진 도시숲 구성요소로서 탄소흡수, 대기오염 저감, 미기후 조절 및 수문 순환 조절 등 다양한 조절서비스를 제공한다(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2006). 이와 같은 도시 수목의 기능을 계량화하고 이를 경제적 가치로 환산하기 위한 도구로, 미국 산림청(U.S. Forest Service)은 ‘i-Tree Eco 모델’을 개발했다(Nowak et al., 2008). i-Tree Eco는 수목의 수종, 흉고직경, 수관 특성, 건강 상태 및 위치정보 등 현장조사 데이터와 함께, 지역별 대기오염 및 기상자료를 연계해 수목의 생태계서비스와 그 경제적 가치를 산정하는 대표적인 도시숲 평가모델이다(Nowak et al., 2008;Hirabayashi et al., 2011).

이 모델은 미국을 비롯해 영국, 캐나다, 호주, 중국 등 다양한 국가의 도시를 대상으로 광범위하게 활용됐으며, 도시 수목 특히 가로수의 생태계서비스와 경제적 가치를 정량화하는 데 널리 활용되는 대표적인 평가 도구로 자리매김했다(Raun et al., 2019;Tan et al., 2021). 예컨대, 영국 런던에서는 i-Tree Eco를 써서 약 840만 그루의 도시 수목이 연간 약 2,241톤의 대기오염물질을 제거하고, 약 77,000톤의 탄소를 흡수하는 것으로 평가됐다. 이 가운데 대기오염물질 제거와 탄소흡수의 연간 경제적 가치는 합산 약 1억 3천만 파운드 수준으로 보고됐다(Treeconomics et al., 2015). 또한 미국의 필라델피아, 뉴욕 등 주요 도시에서는 i-Tree Eco 분석을 통해 도시 수목이 탄소저장, 대기질 개선, 에너지 절감 등 다양한 혜택을 제공함을 입증하고, 이를 기반으로 가로수, 도시숲 계획과 관리정책 수립의 기초자료로 활용되고 있다(Nowak et al., 2016;Nowak et al., 2018). 이러한 모델 기반 분석은 도시 수목의 사회적·환경적 기여를 ‘숫자’로 보여줌으로써 정책결정자와 시민의 인식을 제고하는 데 중요한 역할을 하고 있다(Raum et al., 2019). i-Tree Eco를 통한 생태계서비스 평가는 단순한 녹지면적 중심의 도시녹화 정책에서 벗어나, 수목의 구조적 특성(예: 흉고직경, 생육상태, 수관폭 등)에 기반한 기능 중심의 녹지관리를 가능케 한다는 점에서 학술적·실천적 의의가 크다(Nowak, 2021). 나아가 탄소중립, 폭염 완화, 건강 불평등 해소와 같은 도시 지속가능성 의제에 있어, 과학적 수치를 기반으로 한 정책 도구로의 활용 가능성이 점차 확대되고 있다(Wolf et al., 2020).

그러나 한국의 경우, 도시 가로수에 대한 생태계서비스 평가 연구는 여전히 초기 단계에 머물러 있다. 일부 국지적 사례(e.g.Na et al., 2022;Choi et al., 2024)를 제외하면, 전국 단위 혹은 대도시 수준에서 수목의 생태계서비스를 계량화한 연구는 극히 제한적이며, 특히 가로수에 특화된 정량적 분석은 거의 부재한 실정이다. 이는 도시 수목이 제공하는 다양한 공공재적 기능을 간과한 채, 단순 조경 요소로 취급하거나 수종 선정과 식재밀도만을 중심으로 계획·관리해 온 관행과 무관하지 않다. 더욱이, 기후변화 적응과 탄소중립 달성을 위한 도시 기반 인프라로서 가로수의 기능이 강조되는 현재, 과학적 기반을 바탕으로 한 수목의 기능 분석 및 정량적 가치평가는 시급한 과제로 부상하고 있다.

이러한 과학적 가치평가의 중요성이 커지고 있음에도 불구하고, 현실의 가로수 관리는 여전히 생태계서비스 관점보다는 심미적·공간적 제약요인에 의해 주도되는 경향이 크다. 특히, 과도하거나 비정형적인 수목 전정, 토양다짐, 식재공간 협소, 수간의 기계적 손상, 병해충 관리 미흡 등은 수목의 생장과 기능 수행을 저해하는 주요 원인으로 지적됐다(Mullaney et al., 2015). 실제로 많은 도시에서 가로수는 전선, 간판, 보행공간 등과의 물리적 충돌을 회피하기 위해 미관 위주의 과도한 전정이 반복적으로 이루어지고 있으며, 이는 수관의 축소와 수고 왜곡을 초래해 광합성 능력 저하, 탄소흡수 및 오염물 제거능력 감소 등 생태계서비스의 질적 저하로 이어진다(Muscas et al., 2024). 아울러, 도로변 포장으로 인해 토양 통기성, 투수성, 유기물 함량이 낮은 상태에서 식재되는 경우가 많고, 관리 또한 미흡해 뿌리 생장이 제한되어 생육이 불량한 상태로 방치되는 사례가 적지 않다(Jim, 1998;Grabosky and Gilman, 2004).

이러한 배경에서, i-Tree Eco와 같은 과학 기반 모델을 활용해 현재 가로수가 실제로 어떤 생태계서비스를 제공하고 있는지 계량적으로 파악하고, 이를 바탕으로 도시 수목 관리의 방향성을 생태적 가치 중심으로 전환하는 시도가 요구된다. 이에 본 연구는 i-Tree Eco를 활용해 수원시와 의정부시의 가로수가 제공하는 생태계서비스를 비교·분석하는 데 목적이 있다. 도시별 가로수 관리 수준, 사회경제적·공간적 특성, 환경요인의 차이가 생태계서비스 산정 결과에 미치는 영향을 검토했다.

연구방법

1. 연구 대상지 선정

본 연구는 경기도 수원시와 의정부시를 연구 대상지로 선정해, 두 도시의 가로수가 제공하는 생태계서비스를 비교·분석하고자 했다. 두 도시의 선정은 도시 규모와 가로수 식재 여건이 유사한 동질적 비교가 아니라, 도시구조·인구밀도·녹지 관리 수준이 상이한 대조적 조건에서 생태계서비스의 총량과 단위 효율이 무엇이 달라지는지를 규명하기 위한 대비 설계에 따른 것이다.

수원시는 인구 약 122만 명, 행정구역 면적 121.05㎢의 대도시로서 총 38종 약 74,878주의 가로수가 식재되었다. 의정부시는 인구 약 46.1만 명, 면적 81.54㎢의 중소도시로 총 34종 약 19,967주의 가로수를 보유했다(Table 1). 두 도시는 행정구역 면적 약 1.5배, 인구 약 2.6배, 가로수 수량 약 3.8배의 차이를 보여, 도시 규모에 따른 총량 기반 생태계서비스의 차이를 비교·해석하기에 적합한 대조 쌍을 구성했다.

식재 수종은 비슷하더라도, 의정부시의 가로수는 평균 수고(7.02m) 및 흉고직경(20.27cm)에서 수원시(각각 5.56m, 18.51cm)보다 다소 큰 생육 특성을 보여, 식재 수량이 적더라도 개체 크기와 수관 발달이 단위 효율에 미치는 영향을 함께 검토할 수 있는 조건을 제공할 수 있다고 판단했다. 아울러, 두 도시는 모두 경기도 내에 위치해 기후·대기 조건이 유사하므로, 환경 조건을 일정 수준 통제한 상태에서 도시 구조적 차이가 생태계서비스에 미치는 영향을 비교하기에 적합한 대상지라 할 수 있다.

2. 적용 모델 및 생태계서비스 산정

본 연구는 도시 수목이 제공하는 생태계서비스를 정량적으로 분석하고, 이를 통해 도시 간의 환경적·경제적 차이를 비교하기 위해 미국 산림청(USDA Forest Service)에서 개발한 ‘i-Tree Eco 모델’을 활용했다. i-Tree Eco는 도시 및 교외 지역의 수목 구조와 기능을 평가하고, 이로부터 발생하는 생태계서비스의 양과 가치를 산정할 수 있도록 설계된 무료 소프트웨어 프로그램으로, 전 세계 다양한 도시의 녹지정책 및 수목관리 계획 수립에 활용되고 있다(Nowak, 2021;Raum et al., 2019). 본 연구의 분석 틀은 필라델피아와 뉴욕 등 기존 도시 평가 사례와 동일한 접근에 기반한다(Nowak et al., 2016;Nowak et al., 2018). 본 연구에서는 해당 모델을 통해 대상지의 가로수 생태계서비스를 평가했고, 이를 기반으로 도시 간 비교 및 공간 유형별 분석을 수행했다. i-Tree Eco는 현장조사를 통해 수집된 가로수 정보를 기반으로 ‘탄소저장량’, ‘탄소흡수량’, ‘산소발생량’, ‘대기오염물질 제거량’, ‘우수유출방지량’의 5개 항목에 대해 생태계서비스를 정량화하며, 각 항목의 기능적 결과는 ‘경제적 가치’로 환산된다(Table 2).

탄소저장량(carbon storage)은 현재 수목체의 지상부와 지하부 생물량에 저장되는 탄소의 양을 의미하며, 도시 수목의 장기적 탄소저장 기능을 나타내는 지표이다. i-Tree Eco는 수종, 흉고직경, 수고, 수관폭 등의 정보를 바탕으로 수목의 생물량을 추정한 뒤, 일반적으로 건조 생물량에 탄소 전환계수 0.5를 적용해 탄소저장량을 산정한다. 또한 도시 가로수는 개방된 생육환경에서 자라면서 산림 수목과 달리 수관 발달이 상대적으로 우세하고 수간 생장이 제한되는 경향을 보인다. 또한, 토양부피 제한과 물리적 교란 등 도시환경의 제약으로 인해 동일 흉고직경을 기준으로 할 때 산림 수목보다 실제 생물량이 낮게 형성한다. 따라서 산림 기반 생물량 방정식을 도시 수목에 적용할 때 과대추정이 발생할 수 있어, 이를 보정하기 위해 개방생장 수목에 대해 보정계수(0.8)를 곱해 결과치를 조정했다(Nowak et al., 2008).

더불어, 탄소흡수량(carbon sequestration)은 수목의 연간 생장에 따라 새롭게 고정되는 탄소의 양으로, 단기적인 기후조절 기능을 반영하는 지표이다. i-Tree Eco에서는 수목의 속(genus), 직경급 및 건강상태를 반영한 연간 직경생장량을 이용해 다음 해의 탄소저장량을 추정하고, 현재 시점과 다음 해 저장량의 차이를 통해 연간 탄소흡수량을 산정한다(Nowak et al., 2008;Nowak, 2021). 산소발생량(oxygen production)은 수목의 광합성을 통해 생성되는 산소량을 나타내며, 이는 탄소격리량을 기반으로 화학반응식의 양자 관계에 따라 계산된다. 일반적으로 1kg의 탄소를 격리할 때 약 2.67kg의 산소가 생산되므로, 탄소흡수량에 이 환산계수를 곱해 연간 산소발생량을 산정한다(Nowak et al., 2007). 이는 도시의 생물기반 건강성과 생존 기반 서비스를 평가하는 데 기여하는 중요한 지표이다.

대기오염물질 제거량(air pollutant removal)은 도시 수목이 대기 중 오염물질을 잎 표면과 기공을 통해 제거하는 양을 정량화한 지표로, i-Tree Eco에서는 오존(O₃), 이산화질소(NO₂), 이산화황(SO₂), 일산화탄소(CO), 미세먼지(PM₁₀, PM_2.5)를 대상으로 산정한다. 제거량은 시간별 대기오염물질 농도와 기상자료, 그리고 잎면적 및 수관 저항을 반영한 건식 침착 모형에 기반해 추정된다. 이 가운데 CO, NO₂, O₃ 및 SO₂의 침착속도는 공기역학 저항, 수관 저항 등을 이용해 계산되며, PM2.5는 문헌 기반 침착속도와 재비산 과정을 반영해 순제거량으로 산정된다(Hirabayashi et al., 2012; Nowak, 2021). 우수유출방지량(stormwater runoff avoided)은 수목이 강우를 수관에 일시적으로 차단·저장하고 증발시킴으로써 지표면으로 도달하는 물의 양과 도시 유출을 감소시키는 효과를 의미한다. i-Tree Eco에서는 시간별 강수 및 기상자료와 수관면적을 바탕으로 차단, 증발, 증산 및 유출 과정을 반영한 물수지 기반 모형을 이용해 우수유출방지량을 산정하며, 이를 통해 도시 수목의 물순환 조절기능을 정량적으로 평가한다(Hirabayashi, 2013;Nowak, 2021).

이러한 항목별 생태계서비스 산정은 다음의 입력자료를 기반으로 수행됐다. 현장조사 데이터로는 수종, 흉고직경, 수고, 수관폭, 수목 건강도 등의 수목 구조 정보가 포함되며, 지역자료로는 연 강수량, 평균기온, 상대습도, 풍속 등의 기상자료와 대기 중 오염물질 농도(O₃, NO₂, SO₂, CO, PM₁₀, PM_2.5) 등을 수집했다. 이 외에도 i-Tree Eco 모델의 내장 데이터베이스를 통해 수종별 생장률, 오염물질 침착속도, 수관저장능력 등이 자동으로 적용됐다.

최종적으로, 위에서 산정된 생태계서비스 항목은 경제자료를 적용해 화폐적 가치로 환산했다. 탄소저장 및 흡수량은 온실가스 배출권 시장의 평균 단가를, 대기오염물질 제거량은 각 오염물질의 사회적 피해 비용 또는 저감비용을, 우수유출방지량은 지자체 기준 빗물처리 단가를 적용했다. 산정된 항목별 경제가치는 모두 합산되어 도시 수목이 제공하는 생태계서비스의 총 경제적 가치를 추정했다(Nowak, 2021).

3. 연구 대상지의 생태계서비스 평가

1) 자료수집

연구 대상지의 가로수 데이터는 산림빅데이터거래소(www. bigdata-forest.kr) 및 공공데이터포털(www.data.go.kr)에서 수집했다. 해당 데이터는 지자체 담당 부서가 ｢산림자원의 조성 및 관리에 관한 법률｣에 따라 정기적으로 조사·관리하는 공식 법정관리 데이터로서, 수원시 74,878주·의정부시 19,967주에 달하는 전체 가로수를 대상으로 수종·흉고직경·수고·위치정보(GPS) 등 핵심 입력 변수가 체계적으로 구축되었다. 이는 두 도시 전체 가로수를 대상으로 생태계서비스를 전수 평가하는 본 연구의 목적에 부합하는 자료로서, 개별 현장조사로는 현실적으로 확보하기 어려운 도시 전체 스케일의 공간적 포괄성을 갖췄다는 점에서 적합성과 공신력이 있다고 판단했다. 다만, 최초 식재 시 수목 규격, 식재 연도, 수령 등의 이력 정보는 현행 공공데이터에 포함되어 있지 않아, 수목의 생장 경과와 생태계서비스 효율을 시계열적으로 해석하는 데 한계가 있으며, 이는 향후 가로수 관리 데이터베이스의 구축 항목으로 추가될 필요가 있다.

i-Tree Eco로 대상지의 탄소흡수량, 산소발생량 등의 생태계서비스를 산정하기 위해선 수관폭, 수관고(지하고)를 필요하나, 수집자료에는 이 데이터가 빠졌다. 은행나무, 왕벚나무, 이팝나무, 느티나무, 메타세콰이아의 순천시 가로수를 각 50그루씩 조사해, 이 데이터로 수고-수관폭-수관고에 대한 회귀식을 만들어 대상지의 누락 데이터를 추정했다. 조사가 어려운 수종은 수형이 비슷한 수종의 회귀식을 적용했다. 국내 주요 도시 가로수의 생육 특성을 비교한 선행 연구(Kim, 2021)에 따르면, 순천시 가로수의 평균 흉고직경(DBH)은 21.1±1.0cm로, 본 연구 대상지인 의정부시(20.27cm)와 수원시(18.51cm)는 모두 순천시의 오차 범위에 근접하거나 그 범위 내에 포함되며, 두 도시 모두 전국 평균(19.6±0.3cm) 수준에 해당했다. 수관폭·수관고는 흉고직경과 높은 상관관계를 가지는 특성상(Yoon et al., 2013), 흉고직경이 유사한 지역 간에 도출된 회귀식의 적용은 합리적 추정 범위 내에 있다고 판단된다.

대상지의 연평균 강수량 및 평균기온 등의 기상 데이터와 오존, 미세먼지 등의 오염물질 데이터는 기상청 수원기상관측소를 기반으로 수원시의 데이터를 입력했다. 의정부시의 경우는 시 행정구역 내에 공식 기상관측소가 존재하지 않아, 인접 지역 중 기후 특성이 가장 유사한 동두천기상관측소의 데이터를 활용했다.

2) 평가 항목 및 분석

i-Tree Eco 모델을 활용해 대상지의 가로수가 제공하는 생태계서비스를 다각도로 평가했다. 먼저 수종별 식재수량과 수관면적 등 기초 정보를 바탕으로 각 도시의 가로수 현황을 분석하고, 이를 통해 가로수의 구조적 특성을 비교했다. 이어서 수종별로 산정된 탄소저장량, 탄소흡수량, 산소발생량, 대기오염물질 제거량, 우수유출방지량의 전체 가로수의 생태계서비스 총량을 산출했다. 이에 따른 경제적 가치를 계산하고, 그 가치를 대상지의 전체 인구로 나눠 1인당 가로수의 경제적 가치를 도출했다. 당시의 환율(2025년 5월 기준)을 고려해 미국 달러를 원화로 전환해 경제적 가치를 산출했다. 또한 개별 수목 단위의 기능적 효율을 평가하기 위해 수목 1주당 생태계서비스 값을 도출하고, 두 도시의 수종 및 식재 구조에 따른 생태계서비스 효율 차이를 분석했다.

아울러, 도시 내 공간 유형에 따른 생태계서비스의 차이를 비교하기 위해 ｢국토의 계획 및 이용에 관한 법률｣에 따른 용도지역 구분을 적용해 대상지를 주거지역과 상업지역으로 구분했다. 본 분석의 목적은 용도지역 자체의 효과를 규명하는 것이 아니라, 공간 유형별 생태계서비스 분포의 차별성을 탐색적으로 확인하고, 이를 근거로 주거지역과 상업지역에 대한 차별화된 가로수 관리전략을 제안하기 위함이다. 현행 가로수 관리정책은 도시 전체 단위로 수립되는 경우가 많아 용도지역별 특성을 반영한 맞춤형 관리 기준이 부재한 실정이며(Kim, 2021), 본 분석은 이러한 정책적 공백을 보완하기 위한 탐색적 접근에 해당한다. 용도지역별 대표성을 확보하기 위해 1km 격자 기반의 공간 표본 추출을 했으며, 유형별로 무작위로 20개 지점을 선정해 해당 지점 내 가로수의 생태계서비스 및 경제적 가치를 산정했다. 이후 용도지역 간 생태계서비스 수준의 차이를 정량적으로 비교하기 위해 독립표본 t-검정을 적용해 두 집단 간 평균값의 통계적 유의성을 검토했다.

결과 및 고찰

1. 전체 가로수 현황 및 엽면적

대상지의 가로수 식재현황과 엽면적을 분석 결과, 수원시의 가로수 총 식재량은 74,878주로, 의정부시 19,967주 대비 약 3.75배 높은 수치를 보였다(Figure 1a). 반면, 총 엽면적은 수원시가 3.40㎢, 의정부시가 1.42㎢로, 약 2.39배의 차이를 보였다(Figure 1b). 이는 가로수 개체수에서는 수원시가 현저히 많았으나, 엽면적에서는 그 차이가 상대적으로 작게 나타났다. 이러한 결과는 의정부시의 가로수가 평균적으로 더 큰 수관 또는 더 높은 개체당 엽면적을 가졌기 때문이다. 엽면적은 탄소흡수, 대기오염물질 제거, 강우 차단 등 도시 수목의 주요 생태계서비스와 밀접하게 연계되므로, 생태계서비스의 총량은 단순한 수목 개체수뿐 아니라 수관 발달 정도와 생육 상태의 영향을 크게 받는다(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008;McPherson and Peper, 2012).

또한, 두 도시 모두 특정 수종에 식재가 집중됐다는 점도 주목할 필요가 있다. 수원시에서는 느티나무, 은행나무, 이팝나무가 전체 식재량의 70.5%를 차지했으며, 의정부시에서도 동일한 수종이 75.5%를 구성했다. 이러한 편중된 식재 구조는 도시의 생물다양성을 저하할 뿐 아니라 병해충, 기후 스트레스에 대한 회복탄력성을 약화할 수 있다는 점에서 문제가 될 수 있다(Kendal et al., 2014). 도시 수목의 다양성 확보는 병해충 및 기후변화에 대한 회복탄력성을 높이고 생태계서비스 공급의 안정성을 유지하는 데 중요한 관리전략일 것이다. 결과적으로 수원시는 절대적인 식재 수량은 많지만, 단위 수목의 생육 조건이나 수관 발달이 다소 미흡한 반면, 의정부시는 수목의 크기나 수관 구조가 더 발달해 단위 면적당 생태계서비스의 질적 효율성이 높을 가능성이 크다. 두 도시의 특정 수종에 편중된 가로수 식재는 기후변화에 따른 안정적 생태계서비스 제공을 저해할 수 있다.

2. 가로수 전체의 생태계서비스 및 경제적 가치 분석

실제 연간 탄소흡수량은 수원시가 353톤/년으로 의정부시의 약 91톤/년보다 3.88배 높았으며, 산소발생량 역시 수원시가 944톤/년, 의정부시가 244톤/년으로 약 3.87배의 차이를 보였다(Figure 2a). 이러한 결과는 수목의 탄소흡수와 산소발생이 수목의 생장량, 총 엽면적 및 수관 발달 정도와 밀접하게 이어진다는 점으로 설명되며(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008), 수원시가 의정부시보다 가로수 식재량과 총 엽면적에서 우위를 보인 데 따른 결과로 해석된다. 반면, 탄소저장량은 수원시가 약 4,773톤, 의정부시가 1,779톤으로 수원시가 약 2.68배 높은 값을 나타냈으나, 이는 식재량 비율(수원/의정부 약 3.75배)에 비해 상대적으로 낮은 수준이었다(Figure 2b). 탄소저장량은 수간과 가지와 같은 구조조직에 축적된 생물량에 비례하는 특성이 있으므로(Nowak and Crane, 2002), 이러한 결과는 의정부시의 수목이 평균적으로 더 큰 직경 또는 더 성숙한 연령 구조를 가져 단위 수목당 저장량이 상대적으로 높았기 때문이다.

연간 우수유출방지량은 수원시가 7,121㎥/년으로 의정부시의 3,959㎥/년보다 약 1.80배 높게 나타났다(Figure 2c). 이는 수원시가 의정부시에 비해 가로수 식재량이 많아 총 수관면적과 강우 차단 능력이 상대적으로 크게 확보된 데 따른 결과로 보인다. 도시 수목의 우수유출 저감기능은 수관 구조, 강우 특성, 증발산 및 수간 흐름 효과 등의 영향을 받지만, 도시 규모에서는 총 식재량과 수관 크기가 기능 총량을 좌우하는 중요한 요인으로 작용한다(Hirabayashi, 2013;Nowak, 2021;Dowtin et al., 2023).

대기오염물질 제거와 산소생산 측면에서도 수원시가 의정부시보다 각각 2.43배와 4.03배 높은 값을 나타냈다(Figure 2d, e). 이러한 결과는 대기오염물질 제거가 잎 표면과 기공을 통한 오염물질의 침착 및 흡수로 이루어지고, 산소생산이 연간 순 탄소흡수량에 연동된 광합성 결과로 산정되기 때문으로 이해될 수 있다. 식재량이 많고 총 엽면적이 큰 도시에서는 대기오염물질 제거 총량이 증가하는 경향이 있으며, 생장량이 산소생산량 역시 함께 증가할 가능성이 크다(Hirabayashi et al., 2022;Nowak et al., 2007)

한편, 생태계서비스의 경제적 가치 총량은 수원시가 601억 원, 의정부시가 209억 원으로 나타나 수원시가 약 2.88배 높은 수준을 보였다(Figure 3a). 이러한 차이는 두 도시 간 가로수 식재 규모의 차이에 직접적으로 기인하는 것으로 해석된다. 실제로 수종별 경제적 가치 분포 역시 식재량 분포(Figure 1)와 유사한 패턴을 보여, 총 경제적 가치는 식재량에 의해 크게 좌우되는 경향을 확인할 수 있다. 즉, 도시 단위에서 생태계서비스의 총 경제적 가치는 개별 수목의 기능보다 전체 수목 자원의 규모에 의해 지배되는 특성을 보인다. 반면, 인구로 보정한 1인당 경제적 가치는 수원시가 49,263원, 의정부시가 45,069원으로 두 도시 간 차이가 크지 않았다(Figure 3b). 이는 수원시의 높은 총 경제적 가치가 인구 규모에 의해 상당 부분 상쇄된 결과로, 도시 규모가 커질수록 생태계서비스의 절대량 증가가 반드시 체감 수준의 향상으로 직결되지 않았음을 알 수 있다. 수종별 경제적 가치 분포를 보면, 주요 수종에서 높은 기여도가 나타났으며, 이는 해당 수종의 식재 비율과 밀접하게 연동된 결과로 판단된다. 즉, 특정 수종의 기능적 우수성보다는 식재 비중이 전체 경제적 가치 구조를 결정하는 주요 요인으로 작용했음을 알 수 있다.

흉고직경에 따른 개체당 경제적 가치는 모든 수종에서 비선형적으로 증가하는 경향을 보였다(Figure 4). 특히 흉고직경이 커질수록 경제적 가치의 증가 폭이 확대되었으며, 이러한 양상은 중·대경목 구간에서 더욱 뚜렷하게 나타났다. 이는 수목의 크기 증가가 단순히 수간 직경의 증가에 그치지 않고, 수관 발달, 엽면적 확대, 생체량 증가와 연계되면서 탄소흡수, 대기오염물질 제거, 우수 유출 저감 등 다양한 생태계서비스 산정 항목에 복합적으로 반영되기 때문으로 해석된다.

수종 간 비교에서는 동일한 흉고직경 조건에서도 은행나무, 느티나무, 이팝나무, 왕벚나무 순으로 개체당 경제적 가치가 높게 나타났다. 또한 흉고직경 증가에 따른 경제적 가치의 상승 폭도 수종별로 차이를 보였으며, 은행나무와 느티나무에서 상대적으로 높은 증가 경향이 확인되었다. 이는 수종별 수관 구조, 엽면적 발달 양상, 생장 특성 및 생리적 기능의 차이가 생태계서비스 발현 수준에 영향을 미친 결과로 판단된다. 따라서 도시 가로수의 경제적 가치를 평가할 때는 단순한 개체 수뿐만 아니라 수종 특성과 흉고직경급을 함께 고려할 필요가 있다.

3. 가로수 1주당 생태계서비스 및 경제적 가치 분석

도시 수목의 생태계서비스는 전체 식재량에 의해 결정되는 총량뿐만 아니라, 단위 수목당 제공되는 기능의 효율성 또한 중요한 평가 지표이다. 1주당 연간 탄소흡수량은 수원시가 4.88kg/년, 의정부가 4.61kg/년으로 유사한 수준을 보였으며(Figure 5a), 이는 수관 내 엽면적과 수목의 연간 생장량에 의해 좌우되는 탄소고정 과정과 밀접하게 관련된다(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008). 다만, 느티나무(Zs), 메타세쿼이아(Mg), 양버즘나무(Po) 등 일부 수종에서는 의정부시의 탄소흡수량이 더 높게 나타났는데, 이는 동일 수종이라도 입지 조건과 생육환경, 관리 상태에 따라 생장률이 달라질 수 있음을 보여준다.

반면, 1주당 탄소저장량은 의정부시가 92.6kg, 수원시가 68.7kg으로 의정부시가 약 1.35배 높은 값을 나타냈다(Figure 5b). 탄소저장량은 주로 수관과 가지 등의 구조조직에 축적된 생물량에 의해 결정되므로, 이러한 결과는 의정부시 수목이 평균적으로 더 큰 직경 또는 높은 연령 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 이는 단위 수목당 탄소저장 효율이 단순 식재량보다 수목의 현존량(biomass)과 밀접히 연관됨을 의미한다. 1주당 우수유출방지량도 의정부시가 0.51㎥/년으로 수원시의 0.19㎥/년보다 약 2.68배 높은 값을 보였다(Figure 5c). 이는 우수유출방지 기능이 수관면적과 수관 구조, 강우 특성, 증발산 및 수관 차단 효과 등의 복합적 요인에 의해 결정되므로(Hirabayashi, 2013;Nowak, 2021;Dowtin et al., 2023), 의정부시의 가로수가 단위 개체당 더 큰 수관 또는 더 유리한 강우 차단 구조를 가졌다는 점을 의미한다. 또한 1주당 대기오염물질 제거량 역시 의정부시가 0.101kg/년으로 수원시의 0.069kg/년보다 약 1.46배 높은 수준을 나타냈다(Figure 5d). 이는 의정부시 가로수가 단위 개체당 더 큰 엽면적 또는 높은 수관 밀도를 확보하고 있어, 잎 표면과 기공을 통한 오염물질의 침착 및 흡수 효율이 상대적으로 높았을 때문이다(Nowak, 2021;Hirabayashi et al., 2022).

산소발생량은 연간 탄소흡수량과 유사하게 두 도시 간 큰 차이를 보이지 않았는데(Figure 5e), 이는 산소발생량이 수목의 연간 생장과 탄소흡수량에 직접 연동되어 산정되는 특성과 관련된 것으로 해석된다(Nowak et al., 2007). 한편, 1주당 생태계서비스의 경제적 가치는 의정부시가 1,058,194원으로 수원시의 799,327원보다 높은 값을 나타냈다(Figure 6). 이는 수원시가 더 많은 가로수를 보유해 총 경제적 가치에서는 우위를 보였음에도 불구하고, 의정부시의 수목이 개체당 생태계서비스 제공 능력과 이에 따른 경제적 환산 가치 측면에서 상대적으로 높은 효율을 가지는 구조임을 의미한다.

4. 용도지역별 생태계서비스 분석

연간 탄소흡수량(Figure 7a)은 두 도시의 주거지역 및 상업지역 모두에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p > 0.05). 이는 탄소흡수는 개별 수목의 생장 특성과 엽면적, 기후조건에 영향을 받으며, 도시 용도지역 간의 식재 환경이 평균적으로 균질했을 가능성이 있다. 반면, 탄소저장량(Figure 7b)은 통계적 유의적 차이를 보였는데 주거지역에서는 의정부시가 수원시보다 통계적으로 유의하게 더 많았다(p < 0.001). 이는 주거지역 내 식재된 수목이 평균적으로 크거나 오래된 수종일 가능성을 나타낸다. 상업지구에서는 수원시가 유의하게 더 많은 탄소저장량을 기록했으며(p < 0.001), 이는 수원시의 상업지구가 장기적 도시계획에 따라 체계적으로 조성·관리된 결과일 수 있다. 탄소저장량은 수목의 흉고직경과 생물량에 직접적으로 비례하므로, 수목의 생육 상태와 조성 연차가 중요한 설명요인이 된다. 연간 우수유출방지량(Figure 7c) 역시 탄소저장량의 공간적 분포와 유사한 경향을 보였다. 주거지역에서는 의정부가, 상업지역에서는 수원시가 유의하게 더 높은 우수저감량을 기록했다(p < 0.001). 이는 우수저감 기능이 수목의 수관 크기, 피복도, 수종 특성, 지역 강우량 등 다요인에 의해 결정되며(Hirabayashi, 2013;Nowak, 2021;Dowtin et al., 2023), 특히 수관 저장능력과 강우빈도의 공간적 차이가 결과에 영향을 준 것으로 판단된다.

연간 산소발생량(Figure 7d)은 탄소흡수량과 동일한 패턴을 보이며, 역시 두 도시 모두 주거지역과 상업지역 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 광합성에 기반한 산소 발생이 수관의 엽면적 및 기후요인에 크게 의존한다는 점에서 예상되는 결과이며(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008), 공간 유형에 따른 차이보다는 개별 수목 생리 특성의 영향을 더 많이 받은 것으로 해석된다. 대기오염물질 제거량(Figure 7e)은 주거지역에서는 두 도시 간 통계적 차이가 거의 없었고(p > 0.05), 이는 주거지역 특성상 교통량과 대기오염 수준이 상대적으로 낮고 식재 수종 및 구조의 차이가 작기 때문일 수 있다. 반면, 상업지역에서는 수원시가 의정부시보다 유의하게 제거량이 많았다(p < 0.001). 이는 수원시의 상업지역에 식재된 가로수가 더 크고 성숙하며, 도로와 인접해 있어 대기오염물질과의 접촉빈도가 높은 구조를 가졌기 때문이다. 마지막으로 경제적 가치 분석 결과(Figure 7f), 주거지구에서는 의정부시가 수원시보다 약 1.53배 더 높은 경제적 가치를 나타냈으며(p < 0.001), 이는 개체당 서비스 효율과 수목 생장 상태가 우수했다는 점을 의미한다. 상업지구에서는 수원시가 의정부시보다 약 4.86배 더 높은 경제적 가치를 보였으며(p < 0.001), 이는 수원시의 상업지구에서 수목의 수량과 규모가 모두 더 우세하다는 결과이다.

5. 종합고찰

가로수 총량 기반 생태계서비스는 식재량이 약 3.75배 많은 수원시가 탄소흡수량, 산소발생량, 대기오염물질 제거량, 우수유출방지량 전반에 걸쳐 의정부시보다 뚜렷한 우위를 보였다. 이는 도시 수목의 생태계서비스 총량이 총 식재량과 엽면적에 의해 일차적으로 결정된다는 선행 연구의 결과(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008)와 일치했다. 그러나 탄소저장량의 두 도시 간 배율(약 2.68배)은 식재량 배율(약 3.75배)에 비해 현저히 낮게 나타났으며, 이는 의정부시 수목이 평균적으로 더 큰 흉고직경과 성숙한 연령구조를 가져 단위 수목당 생물량 축적 효율이 높은 데 기인했다. 탄소저장량이 수간과 가지 등 구조조직에 축적된 생물량에 비례한다는 점을 고려할 때(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008), 이 결과는 식재 규모보다 개체의 크기 구조와 생장 단계가 탄소저장 효율에 더 큰 영향을 미침을 의미한다. 생태계서비스의 총 경제적 가치는 수원시(601억 원)가 의정부시(209억 원)보다 약 2.88배 높아 식재 규모의 차이를 반영했다. 그러나 인구로 보정한 1인당 경제적 가치는 수원시 49,263원, 의정부시 45,069원으로 두 도시 간 차이가 크지 않았다. 이는 도시 규모가 커질수록 생태계서비스의 절대량 증가가 반드시 시민의 체감 수준 향상으로 직결되지 않음을 보여준다.

아울러, 흉고직경에 따른 생태계서비스의 경제적 가치 변화는 비선형적으로 증가하는 패턴을 보였으며, 특히 중·대경목 구간에서 증가율이 많이 늘어났다. 수관면적 확대에 따른 광합성 증가, 증산 및 강우 차단 효과 증대, 대기오염물질 흡착 면적 증가 등 복합적인 생태계서비스 기능이 직경 증가에 따라 가속적으로 확대된다는 점이다. 즉, 도시 가로수의 생태계서비스 경제적 가치는 (1) 식재량에 의해 결정되는 총량 효과, (2) 인구 규모에 의해 조정되는 체감 효과, (3) 개체 크기(흉고직경)에 의해 증폭되는 구조적 효과라는 세 가지 요인이 상호작용해 형성된다. 특히, 가로수 직경 증가에 따른 경제적 가치의 비선형적 증가 패턴은 중·대경목으로의 안정적 생장 도모와 장기적 유지관리가 생태계서비스 향상을 위한 핵심 관리전략임을 시사한다(Nowak and Crane, 2002;Nowak et al., 2008;McPherson and Peper, 2012). 이는 단순한 식재 확대만으로는 생태계서비스의 질적 향상을 충분히 확보하기 어렵다는 점을 보여준다.

단위 수목당 생태계서비스 분석에서도 탄소저장량, 우수유출방지량, 대기오염물질 제거량 모두 의정부시가 수원시보다 높았으며, 이는 식재 수량보다 수목의 크기 구조와 수관 발달이 단위효율에 더 큰 영향을 미침을 확인한 결과였다. 이를 선행 연구와 비교하면, 동일 모델을 적용한 수원시 선행연구(Na et al., 2022)의 1주당 탄소흡수량(6.95kg/년) 및 탄소저장량(94.5kg/주)은 본 연구의 의정부시와 유사한 범위에 있었으며, Choi et al.(2024)의 서울 강남구(탄소흡수량 15.38kg/주/년, 탄소저장량 158.1 kg/주)·강북구(11.55 kg/주/년, 128.1 kg/주)는 본 연구보다 높은 수준이었다. 이러한 차이는 Na et al.(2022)이 수원시 전체 가로수의 57.6%(43,124주)만을 분석 대상으로 삼았고, Choi et al.(2024)은 공공데이터와 현장 실측을 병행해 개별 수목의 생육 특성을 더 정밀하게 반영한 방법론적 차이에서 주로 기인하며, 도시별 평균 흉고직경, 수관 발달 수준, 수종 구성의 차이 또한 주요 설명요인으로 작용했을 것이다.

종합하면, 두 도시 간 가로수 생태계서비스는 총량 측면에서 식재 규모에 의해 결정되는 반면, 1주당 기능 효율은 수목의 크기, 생육 상태, 수관 구조 및 입지 조건에 의해 크게 좌우된다. 특히 의정부시는 상대적으로 적은 식재량에도 불구하고 단위 수목당 기능 효율이 높게 나타나, 가로수의 질적 구조가 생태계서비스 제공 수준을 결정하는 중요한 요인임을 보여준다. 이러한 결과는 도시 가로수 관리의 패러다임을 단순한 식재량 확대에서 이젠 토양관리를 통한 생장 잠재력 증대와 수관 구조 특성을 고려한 가로수 관리, 즉 중·대경목으로의 안정적 생장 유도와 건강성 유지에 기반한 질적 관리 중심으로 전환할 필요성을 실증적으로 뒷받침한다(Nowak, 2021;McPherson and Peper, 2012).

한편, 용도지역별 분석에서는 의정부시가 주거지역에서, 수원시가 상업지역에서 상대적으로 높은 생태계서비스 기능을 보였다. 단, 본 분석은 용도지역 자체의 효과를 규명하기 위한 것이 아니라, 공간 유형별 생태계서비스 분포의 차별성을 확인하고 용도지역 특성에 부합하는 가로수 관리전략을 탐색적으로 도출하기 위한 것임을 전제할 필요가 있다. 본 결과의 용도지역 간 차이는 용도지역 자체의 속성에서 직접 기인하기보다, 도시별 가로수의 조성 시기, 관리전략, 식재수종 구성 및 용도지역 내 가용공간의 차이가 복합적으로 작용한 결과로 해석된다. 수원시는 가로수 조성·관리 매뉴얼과 기본계획 수립 등 비교적 체계적인 관리 기반을 갖추고 있어(수원시청 홈페이지, 가로수 현황), 이러한 관리체계의 축적이 상업지역 내 가로수의 구조적 안정성과 기능 발현에 긍정적으로 작용했다고 판단된다. 반면 의정부시는 민락지구 등 신규 개발지역을 중심으로 가로수 및 띠녹지가 계획적으로 조성된 사례가 확인되며(의정부시 홈페이지 보도자료), 비교적 최근의 조성 환경이 주거지역에서 단위면적당 생태계서비스 기능을 높이는 요인으로 작용했다고 생각된다. 다만, 이러한 용도지역 간 차이가 조성 이력·관리 수준·식재 수종 구성 등 복합 요인에서 비롯될 가능성은 본 분석의 방법론적 한계로, 동일 용도지역 내에서도 가로수의 구조적 특성과 관리 이력에 따라 생태계서비스 제공 수준은 크게 달라질 수 있다(Mullaney et al., 2015;Wolf et al., 2020). 따라서 용도지역별 녹지계획 수립 시에는 단순한 공간 구분을 넘어, 수목의 생장단계, 수관구조, 식재밀도 및 관리체계 등을 종합적으로 고려한 맞춤형 전략이 요구되며, 이를 위해 디지털트윈 기반 가로수 데이터베이스 구축과 i-Tree Eco 등 평가모델의 정기적 활용을 통한 데이터 기반 의사결정 체계의 마련이 필요하다(Nowak, 2021;Raum et al., 2019).

마지막으로 본 연구는 i-Tree Eco 모델을 활용해 두 도시 가로수의 생태계서비스를 정량적으로 비교·분석했으나, 몇 가지 방법론적 한계를 내포한다. 이 모델은 북미 산림수목 기반 상대생장식을 적용하므로, 국내 도시 가로수에 적용하면 수종별 생장 특성과 생육환경의 차이로 생물량과 탄소저장량 추정에 불확실성이 발생할 수 있다. 실제로 Yoon et al.(2013)은 대구시 주요 가로수 5개 수종을 대상으로 도시 가로수 전용 상대생장식을 개발했으며, 산림수목 기반 상대생장식을 적용하면 일부 수종에서 생물량이 크게 과대 추정될 수 있음을 보고했다. 본 연구에서는 개방 생육환경 수목에 대한 보정계수 0.8을 적용했으나, 이 계수만으로 국내 가로수의 수종별 생장 특성, 토양조건, 전정 및 관리 이력의 지역적 차이를 충분히 반영하기에는 한계가 있다. 또한 수목의 생육상태 미기재 항목에 모델 기본값을 적용했고, 엽면적지수 등 주요 파라미터는 연구자가 수정할 수 없는 내장 구조로 처리되므로(Nowak, 2021) 산출값에 불확실성이 존재한다. 대기오염물질 제거량은 광역 대기오염 농도와 기상자료 기반의 모델 구조상 개별 도로의 교통량·토지이용 특성 등 국지적 조건을 반영하지 못한다(Hirabayashi et al., 2012). 아울러, 조절서비스에 특화된 모델 특성상 경관·심리적 안정·생물 서식처 기능 등 문화서비스 및 지지서비스가 분석 범위에서 제외되어, 가로수의 실질적 생태계서비스 총량은 본 연구의 산정 결과보다 클 수 있다(Choi et al., 2024). 향후 연구에서는 국내 가로수 전용 상대생장식 개발, 토양환경·전정 이력·수령 등 관리 변수를 포함한 다변량 분석, 그리고 문화서비스를 포괄하는 통합적 평가 방법론의 적용을 통해 본 연구의 한계를 보완하는 후속 연구가 요구된다. 그런데도 본 연구는 i-Tree Eco 모델을 활용해 도시 가로수의 생태계서비스를 정량적으로 평가하고, 서비스 가치에 영향을 미치는 수종·흉고직경·수관구조 등 핵심요인을 구명함으로써, 데이터 기반의 가로수 관리정책 수립을 위한 기초자료를 제공했다는 점에서 학술적 의의가 있다.