예쓰위안(葉思源)

중국지질조사국 칭다오해양지질연구소

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  글로벌 기후변화는 오늘날 인류사회의 지속가능발전을 저해하는 가장 엄중한 도전 중 하나이며, 인위적인 활동에서 방출되는 이산화탄소(CO2)는 글로벌 온난화 및 기후변화를 초래하는 중요한 요인이다. 이에 따라, CO2 배출 저감 및 카본싱크(carbon sink)의 증대는 각국 정부에서 온실효과를 통제하는 주요 조치가 되었다.

 

  해안 습지는 해초층(sea grass), 맹그로브 숲, 염습지 등을 포함하며 연안역 지역의 대표적인 ‘블루카본(blue carbon)’ 생태계(Mcleod et al., 2011)로 면적은 해양 면적의 0.5% 미만이지만, 저장된 유기탄소는 해양 유기탄소 매장량의 50%에 해당한다(Duarte et al., 2005). 또한, 해안 습지에는 SO4^2- 이온이 존재하기 때문에 CH4 배출을 제한함과 동시에 침수 조건에 처해 있어 산화 분해가 쉽지 않아 탄소 저장시간은 수백 년 또는 수천 년에 달할 수 있다.

 

  그러나, 지난 반세기 동안 천연 해안 습지에 대한 인간의 개입이 지속적으로 잦아지고, 기후 온난화에 따른 해수면 상승, 유역의 물과 모래 감소 등 원인으로 인해 해안 습지 면적이 급감하였으며, 저장된 유기탄소가 대량 산화 분해되어 대기 속으로 다시 방출되면서 대기 온실가스의 공급원이 됨과 동시에 온실효과를 한층 더 가중시켰다(Debanshi et al, 2022).

 

  이에 전 세계의 해안 습지 연구자들은 기후 온난화, 인간활동에 따른 해안 습지 카본싱크 프로세스와 영향 메커니즘을 중심으로 연구를 진행하고 있으며, 해안 습지 불루카본싱크 제어 메커니즘을 규명하고, 나아가 영향 요인 조절을 통해 해안 습지의 탄소 고정 및 카본싱크 증대라는 목적을 달성하고자 한다. 따라서, 기후변화와 인간활동 영향에 따른 해안 습지 카본싱크의 변화과정과 메커니즘을 연구하는 것은 자연적 요인 조절 기반의 해안 습지 카본싱크 증대와 관련한 시범사업을 개발하는 데 매우 중요한 의의를 지닌다.

 

 

  해안 염습지 생태계의 탄소저장고는 지상 바이오매스, 지하 바이오매스, 토양 탄소저장고를 포함하여 크게 세 부분으로 나눌 수 있다. 토양 탄소저장고는 주로 내생성 탄소와 외생성 탄소로 구성되며, 외생성 탄소는 수계를 통해 염습지 시스템으로 유입되며, 내생성 탄소는 주로 염습지 시스템에서 대형 식물 또는 조류의 광합성에 의해 발생하지만, 대부분은 이산화탄소 또는 메탄의 형태로 대기 속으로 되돌아간다.

 

  해안습지 블루카본 탄소저장고는 주로 식물 광합성에 의한 탄소 흡수, 탄소 퇴적 매립, 수계 탄소 흡수, 조석작용에 의한 탄소 흡수와 방출, 생태계 호흡 등 여러 프로세스의 상호작용과 균형에 의한 결과이며, 그 핵심 프로세스는 주로 다음을 포함한다: (1) 식생 광합작용을 통해 대기 속의 CO2를 흡수한다. 해안 염습지는 일반적으로 높은 순 1차 생산력을 가지고 있으며, 특히 하구지역에서 식생의 순 1차 생산력은 1745 g C·m^–2·yr^–1(Sousa et al., 2010)에 달할 수 있다. 이 과정에서 광합성 탄소 분배는 해당 생태계의 최종 카본싱크 기능에 중요한 영향을 미친다. 광합성 탄소 고정 근계와 토양 탄소저장고의 분배 및 이동 법칙은 퇴적 탄소저장고의 방향에 직접적인 영향을 미친다. 이 과정은 주로 퇴적물 공극수 염도, 영양염 등 비생물적 요인에 의해 제어된다. (2) 생태계 호흡작용을 통해 온실가스 배출이 이뤄진다. 해안 습지 광합성에서 고정된 탄소는 식물 호흡작용과 토양 미생물 광화를 통해 대부분의 1차 생산력을 대기 속으로 방출할 수 있으며, 조석작용에서 함유된 대량의 SO4^2–는 CH4 생성을 저해하여 해안 습지의 온난화 지수를 저감시킨다. (3) 퇴적 탄소 고정 프로세스. 해안습지 광합성 고정 탄소와 온실가스 배출의 탄소수지 잉여분은 퇴적물에 의해 신속히 매립되며, 이를 퇴적 탄소 고정 프로세스라고 한다. 해안 습지가 계속 아래로 퇴적되므로 토양 탄소저장고는 포화상태에 도달하기 어렵고, 저장된 탄소를 토양 속에서 수천 년 동안 보존할 수 있다(Radabaugh et al., 2018). 해안 침식, 유역의 물과 모래 감소는 퇴적 카본싱크 플럭스를 낮추고, 지면 침강과 해수면 상승은 카본싱크 속도를 높여준다. 해안 습지 카본싱크 핵심 프로세스 관련 연구 상황을 심도 있게 파악하고, 카본싱크 제어 과정의 주요 요인을 규명하는 것은 카본싱크 증대를 위한 수단을 효율적으로 제시하는데 중요한 의의를 지닌다.

 

해안 염습지 카본싱크 프로세스

 

 

  글로벌 변화 속에서 해양 블루카본으로 대표되는 자연 카본싱크는 종합적 효익이 가장 높고, 부작용이 가장 적으며, ‘자연 기반 솔루션’에 가장 적합한 탄소배출 완화방법으로서, 탄소중립을 달성하는 가장 효율적인 수단 중 하나가 되었다. 그러나 기후변화와 인간활동은 해안 습지의 카본싱크 기능에 지대하게 부정적인 영향을 미치며, 많은 해안 습지가 그 기능을 상실하고 있고, 심지어 일부 지역에서는 카본싱크에서 탄소원으로 전환되기도 하였다. 따라서, 인간활동을 어떻게 고쳐나가고, 기후변화 대응전략을 연구해 나가며, 해안 습지의 카본싱크 기능을 회복해 나가는 것은 생태계의 카본싱크 증대를 실현하는 핵심 기술 수단 중 하나이다.

 

  국내외에서는 이미 관련 연구를 진행하는 중에 있으며, 주로 다음의 세 가지 수단을 포함한다. 첫째, 습지 생태계 보호. 해안 습지 보호는 생태 보호와 블루카본싱크 증대를 결합한 것으로 해안 습지 카본싱크 증대를 실천함에 있어 유익한 발견이라 할 수 있다. 중국은 1992년 <람사르 협약> 가입 이래, 지금까지 16개의 국제 중요 습지와 7개의 국가 중요 습지를 지정하였지만, 이러한 보호구 설립의 주 목적은 생물다양성의 구현이었고, 카본싱크 증대에 관한 연구는 포함되지 않았다. 광둥(廣東)성 잔장(湛江) 지역의 맹그로브 숲 국가급 자연보호구 내 2015~2019년 사이에 심은 380 ha 규모의 맹그로브 숲은 자발적 탄소 본위제(VCS, Voluntary Carbon Standard)와 생물다양성 기준에 따라 개발을 진행하고 있으며, 이러한 행위는 중국 최초의 블루카본 보호 카본싱크 증대 및 생물다양성 제고와 관련하여 시너지 효과를 창출하는 모범사례가 되었다(Ullman et al., 2013). 둘째. 습지 생태 공학 복구. 연안역 블루카본 생태계에 대한 카본싱크 잠재력의 발굴, 복원 및 향상은 중국이 미래 기후변화에 대응함에 있어 가장 경제적이고 개발가치가 높은 생태학 수단 중 하나이다. 중국의 천연 해안 습지 면적은 1975~2017년 사이에 30-50% 감소하였으며, 해안 습지 생태공간을 효율적으로 회복시키고 습지 면적을 늘리는 것은 해안 습지 카본싱크 잠재력을 복원하고 향상하는 효율적인 기술 수단이다. 중국은 ‘남홍북류(南紅北柳)’ 생태 공학 프로그램을 실시하여 해안 습지 생태계에 갈대 4,000 ha, 나문재 1,500 ha, 위성류 500 ha(唐剑武 외，2018)를 신규 조성하였다. 요하(遼河) 삼각주에서는 수문 연계 조절, 토양 기질 개량 등 카본싱크 증대 기술을 활용하여 3년 간 복원작업을 진행한 결과, 신규 습지의 탄소 저장능력이 천연습지 대비 90% 이상인 것으로 나타났다. 파종을 통해 갈대 2만 묘(亩)와 나문재 1만 묘를 조성할 경우, 매년 탄소 고정량을 11만 톤 증가시킬 수 있다(Brix et al., 2014). 셋째. 습지 생태환경 조절. 습지 보호와 복원을 통한 카본싱크 증대와 비교했을 때, 습지 생태환경 조절은 ‘마이크로 제어’형 ‘블루카본’ 카본싱크 증대에 더 가깝다. 예를 들어, 육지 기인 오염물질의 배출과 수질의 부영양화 정도를 조절하여 습지 조석 등의 수문과정을 회복하면, 해안 습지와 연안 수역의 누적 ‘블루카본’을 증가시켜(焦念志 외, 2021) 지구 온난화 지수를 낮추고, 복사평형(radiative equilibrium)을 개선할 수 있다.

 

1975년-2017년 중국 습지 변화 추이

 

  반드시 짚고 넘어가야 할 것은 해안 습지 카본싱크 증대 실현에 대한 연구는 아직 초기단계에 머물러 있어 시급히 해결해야 할 핵심 과학 및 기술 문제가 여전히 많다는 점이다. 우선, 해안 습지의 탄소 플럭스, 탄소 저장량에 대한 데이터가 매우 적고, 탄소 고정의 핵심 프로세스와 메커니즘이 아직 명확하지 않다. 둘째, 해안 습지 모니터링 기술, 평가기준, 추산 체계 등에 대한 통일된 규범과 기준이 부재하여 탄소 저장량 추산과 관련한 차이가 비교적 크고 논쟁의 여지가 있어 해안 습지 블루카본 모니터링 및 추산 기술 기준에 대한 수립과 보완을 통해 국제적으로 통용될 수 있는 블루카본 추산 기술 체계를 편성하는 것이 시급하다. 셋째, 기후변화와 인간활동의 이중 영향에 따른 해안 습지 생태계의 카본싱크 기능과 카본싱크 증대 잠재력이 아직 계량화 되지 않은 상태이며, 이는 해안 습지 카본싱크 기능에 대한 전반적인 인지 및 정확한 평가를 제약하는 원인이기도 하다. 가장 중요한 것은 자연적 요인 조절 기반의 해안 습지 블루카본싱크 증대 기술과 종합 관리방법의 개발 및 규모화 응용을 통해 연안역 생태복원 계획의 수립과 해안 습지 카본싱크 증대를 병행하는 기술 수단을 마련함으로써, 해안 습지 생태 보호와 복원 및 카본싱크 증대라는 시너지 효과를 창출하는 것이다.

 

카본싱크 증대를 목적으로 하는 습지 복원 실천 방안 – 갈대 재배와 나문재 파종

(비고: a. 갈대 종묘 채집；b. 갈대 종묘 운송 및 시범구 현장 반입；c. 갈대 종묘 재배；d. 나문재 종자 발아시험 및 선종；e. 나문재 종자 운송 및 시범구 현장 반입；f. 나문재 파종)

 

 

  해안 습지가 중요한 카본싱크 자원이라는 점에 대해 과학계에서는 이미 공감대를 형성하고 있지만, 해안 습지 탄소 고정의 핵심 메커니즘은 아직 직접적인 증거가 부족하고, 카본싱크 기능과 카본싱크 증대 잠재력에 대한 시뮬레이션 평가는 불확실성이 비교적 높은 상황이다. 특히, 기후변화, 해수면 상승, 인간활동(연안 부영양화, 간척 프로젝트 등)이 해안 습지 생태계의 카본싱크 기능에 어떻게 영향을 미치는지, 해안 습지의 환경요인 조절을 통한 블루카본싱크 증대 잠재력은 어떠한지 등에 대해 현재까지는 정량적 연구 결과가 없는 상황이다.

 

  또한, 식물 광합성에 의한 탄소 분배 수단에 관한 많은 연구성과들은 육지 생태계 연구에서 도출된 것으로 해안 습지 생태계 탄소 순환의 핵심 프로세스를 규명했다고 보기는 어렵다. 따라서, 해안 습지 탄소 흡수 프로세스 관측 체계를 구축하고, 현장 관측-원격탐사-모형 시뮬레이션 등의 연구 기법을 확립하여 탄소 고정 프로세스 정밀화 관측 강화, 자연적 요인 조절 기반의 해안 습지 블루카본싱크 증대 기술과 종합 관리방법 연구개발, 규모화 응용 등의 진행이 시급한 상황이다.

 

  탄소 순환 제어 메커니즘을 연구하기 위해서는 전 세계 각 연구팀의 연구 데이터에 대해 메타분석을 진행하고, 이를 바탕으로 보다 강력한 규칙을 도출함으로써, 자연 기반의 카본싱크 증대 방안을 제시해야 하며, 이와 관련해 국제협력을 강화할 필요가 있다. 또한, 개발도상국은 해안 습지의 사회경제 및 생태환경 시스템 간의 상호작용, 그리고 지속가능 한 발전 목표 간의 관계에 대한 연구를 강화하고, 지속가능 한 해안 습지 생태계 이용 모델을 모색해야 한다. 또한, 해안 습지 생태계 카본싱크를 증대하는 동시에 경제, 사회, 생태의 조화로운 발전과 시너지 효과를 고려해야 한다(Ye et al, 2022). 마지막으로, 특별히 제시하고자 하는 사항은 블루카본싱크 자원의 보호를 위해서는 정부-산업계-학계-연구기관-사용자 간 협력 강화를 바탕으로 블루카본 과학 및 비즈니스 수익화 운영 모델을 구축하고, 해안 습지의 생태, 사회, 경제의 지속가능 한 발전을 추진해야 한다는 것이다.