기상 환경 모의를 위한 실외 온도 및 강수 조절 첨단시스템 구축 및 극한 기상 환경에 따른 주요 조림수종 생육 특성, 탄소 흡수량 분석 및 예측 모형 개발

본 과제는 산림에서 이산화탄소가 얼마나 저장되는지 예측하고, 간벌 및 수확벌채 같은 산림경영활동이 탄소저장과 생물다양성에 미치는 영향을 과학적으로 확인하려는 연구임. 연구목표는 간벌 및 수확벌채가 산림탄소 저장에 미치는 영향 예측 모형을 개발하는 데 있음. 연구내용은 기존 FBD-CAN에 간벌 및 수확벌채 모듈을 추가하고, 문헌조사로 모형 구조를 확정한 뒤 행렬 수식화, Data-model fusion과 현지조사 자료로 파라미터를 개발하여 코드화하는 과정임. 기대효과는 2050 탄소중립 시나리오 대응을 위한 과학적 근거자료 제공, 지속가능한 산림경영 정책·집행 기초자료 활용, 생물다양성과의 관계 파악을 통한 부정적 인식 대응 가능성임.

국내에는 산림 토양에서 지렁이를 대상으로 연구한 사례가 전혀 없으므로, 연구를 진행하기에 앞서 국내 산림 토양에 서식하는 지렁이 종, 분포, 서식밀도, 생태적 특성 등 기본 자료를 구축한다. 또한 실외에서 예비 실험을 통해 실제 측정에 사용될 각종 실험 장비를 점검하고 발견되는 문제점에 조기 대응하며, 실험 설계를 확정한다.연구 대상지는 지렁이의 생육에 영향을 미치는 인자인 기온, 습도, 토양 산도를 고려하여 우리나라 중부(충청도, 경북)와 남부(전남, 경남)의 활엽수림에서 선정한다. 연구 대상지에는 지렁이를 제거하고 지렁이의 출입을 철제 메쉬로 차단한 처리구와 지렁이를 제거하지 않은 대조구를 설치한다. 그리고 처리구와 대조구에 동위원소(13C, 15N)가 표지된 낙엽을 분쇄하여 동일한 양을 투입한 후 주기적으로 (1) 토양 호흡과 13CO2 분률, (2) 지렁이의 생체량, 탄소 및 질소 저장량, 13C와 15N 분률, (3) 토양 탄소 및 질소 저장량, 13C와 15N 분률, (4) 기타 환경 인자를 측정한다. 그리고 확보한 자료를 통계 분석하여 처리구와 대조구 간 차이를 확인한다. 예상되는 분석 결과는 다음과 같다: (1) 새로운 낙엽의 유입으로 단기적인 토양 호흡이 증가하나, 지렁이가 탄소 및 질소의 저장을 촉진하여 장기적으로는 토양 호흡이 감소할 것이다. (2) 토양 탄질률(C:N)이 증가할 것이다. 이는 지렁이 활동으로 인해 탄소 저장량은 증가하는 반면 질소는 가용성은 증가하여 저장량이 감소할 것으로 예상되기 때문이다. (3) 지렁이의 수직 이동으로 인해 토양 표면의 탄소 및 질소가 심층부로 운반될 것이다. 이와 같은 결과를 종합하여 지렁이 활동에 따른 토양 탄소 및 질소 동태를 정량적으로 구명할 수 있다.

본 연구과제의 최종목표는 13C과 15N 동위원소 추적을 통해 지렁이가 산림 토양의 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향을 구명하여 산림 토양의 탄소 흡수 및 산림 생산성 유지 능력에 대한 이해를 넓히는 것이다.