Original research article

Korean Journal of Soil Science and Fertilizer. 30 November 2023. 342-353
https://doi.org/10.7745/KJSSF.2023.56.4.342

ABSTRACT


MAIN

  • Introduction

  • Materials and Methods

  •   연구 대상지 선정

  •   토양시료 채취 및 기초분석

  •   토양 유기탄소 분획

  •   통계분석

  • Results and Discussion

  •   일반 관리 수준에서의 화산회토 초지 (NG) 토양 특성

  •   관리 수준에 따른 토양 특성 및 유기탄소 축적량과 안정성 비교

  •   관리 수준에 따른 초지의 기후 변화 완화 잠재력 산정

  • Conclusions

Introduction

초지는 육상 생태계 전체 면적의 약 30% 이상을 차지하며, 토양 탄소 343 Gt C를 저장하고 있다 (Whittaker and Likens, 1975; Conant et al., 2017). 특히, 다양한 초지 토양 유형 중에서 화산회토는 토양 내 유기탄소 축적량이 가장 높은 것으로 알려져 있는데, 이는 화산회토의 다공성 구조와 비결정질 점토광물인 알로판 (allophane)으로 이루어진 특징 때문이다 (Shoji et al., 1993; Nanzyo, 2007). IPCC 2019 개정판 (2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories)에 따르면, 화산회토의 유기탄소 축적량 기본값 (soil organic carbon reference, SOCREF)은 80 ton C ha-1로, 사질토양, 저활성 점토 (low activity clay, LAC), 고활성 점토 (high activity clay, HAC)에 비해 각각 383%, 251% 216% 높다 (IPCC, 2019). 이는 화산회토 초지토양이 전체 초지토양 중 상당한 양의 탄소를 저장하고 있음을 시사하며, 이는 국내 화산회토 초지의 유기탄소 축적량을 파악하는 것이 국가적인 탄소 흡수량 평가 및 관리에 있어 중요한 역할을 할 수 있음을 의미한다.

현재 국내 화산회토 초지의 토양 탄소 축적량은 IPCC 2003 GPG-LULUCF (good practice guidance for land use, land-use change and forestry)와 IPCC 2006 (2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories)의 Tier 1 방법에 따라 산정하고 있는데, 이는 SOCREF로 제시하는 80 ton C ha-1에 기반하고 있다. 하지만, Tier 1 수준의 기본값은 우리나라와 유사한 기후대에 속한 다양한 토양 환경과 생태계에서 측정된 값들의 평균치이기 때문에, 실제 국내 화산회토 초지의 토양 유기탄소 축적량과 다를 수 있다. 따라서, 국가 고유의 토양 유기탄소 축적 계수 개발을 위해 국내 화산회토 토양 실측 데이터가 필요하다.

화산회토 초지의 토양 탄소 축적량을 산정하는데 있어 또 다른 한계는 관리 수준을 고려하지 않고 있다는 점이다 (GIR, 2022). 현행 우리나라 온실가스 인벤토리 산정 방법에 따르면, 타토지에서 전용되어 초지 면적이 증가하는 경우에만 토양 탄소 축적량으로 산정되고 있다. 하지만 초지로 유지되는 경우에도 관리 수준에 따라 토양 탄소 축적량이 증가할 수 있다. 초지 관리는 일반적으로 비료 및 석회 시비, 목초 보파 등이 있는데, 이를 통해 목초 생산량 및 품질 향상과 더불어 토양 유기탄소 축적량도 증가한다 (Eze et al., 2018; Rui et al., 2022). 이러한 관리는 초지 토양의 유기탄소 분해 속도를 완화하여 토양 탄소 안정화에도 기여할 수 있다 (Doetterl et al., 2016; Bai and Cotrufo, 2022).

토양 유기탄소는 분해속도가 다른 다양한 형태로 존재하며, 이는 탄소 분획을 통해 구분한다 (Amundson, 2001; Hwang et al., 2022; Kim et al., 2022). 대표적인 탄소 분획은 LFC (light fraction carbon), Macro_POC (particulate organic carbon in macroaggregate), Micro_POC (particulate organic carbon in microaggregate) 및 MAOC (mineral-associated organic carbon)로 구분한다 (Abramoff et al., 2017). LFC와 Macro_POC는 상대적으로 크고, 덜 분해된 유기물로 구성된다 (Breulmann et al., 2014). 이는 미생물에 의해 쉽게 분해될 수 있어 결과적으로 탄소가 대기 중으로 방출될 가능성이 높다. 따라서 LFC와 Macro_POC의 탄소 안정성은 상대적으로 낮다. 반면, Micro_POC와 MAOC는 작고 광물 (mineral)과 긴밀하게 결합된 유기물로 구성되어 있다 (Amundson, 2001). 이러한 결합은 탄소의 미생물 분해를 방해하여 탄소가 토양 내에 장기간 저장되도록 한다 (Castellano et al., 2015). 그러나 국내 초지 토양을 대상으로 관리 수준에 따른 유기탄소 양과 안정화의 차이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 국내 관리 수준에 따라 변화하는 유기탄소 축적량에 대한 현장 기반 조사를 통해 인벤토리 산정 정확도를 개선하고, 토양 유기탄소 안정화의 토양 생태학적 접근을 통해 탄소 증진 기작에 대한 이해를 증진시킬 필요가 있다.

본 연구의 목적은 화산회토 초지 토양에 대하여 국가 고유의 토양 유기탄소 축적 계수 개발을 위해 국내 화산회토 초지 토양의 유기탄소 축적량을 실측하고, 관리 수준에 따른 국내 화산회토 초지의 토양 유기탄소 축적량 및 안정성의 차이를 파악하여 탄소 흡수원으로써 화산회토 초지의 잠재력을 평가하는 것이다.

Materials and Methods

연구 대상지 선정

연구 대상지는 국내 화산회토 초지의 99%가 자리하고 있는 제주도 초지 농가 중, 20년 이상 초지로 유지되었으며 IPCC 가이드라인에서 일반 관리 수준 (nominally managed grassland)에 해당하는 초지 농가 8곳을 선정하였다 (Fig. 1) (Park et al., 2021). 토양 탄소 축적량은 최소 20년 이상이 되어야 평형 상태에 도달한다고 간주하기 때문에 해당 조건에 맞는 농가를 선택하였다 (IPCC, 2003). 또한, IPCC 가이드라인에서 정의하는 초지 일반 관리 수준을 국내 환경에 적용시켰을 때, 이는 연간 1회의 비료를 시비하며 목초 피복률이 60 - 80% 수준인 초지에 해당한다 (Table 1) (IPCC, 2003). 위의 두 기준은IPCC 가이드라인에서 제시하는 Tier 1 수준의 SOCREF와 비교분석하고 국가 고유의 화산회토 초지 SOCREF 개발을 위한 기초 자료로 활용하기 위해 수립되었다. 추가적으로, 초지 관리 수준에 따른 토양 유기탄소 축적량 및 안정화 차이를 비교하기 위하여 20년 이상 초지로 유지되었고, 연간 2회의 비료를 시비하며 목초 피복률이 80% 이상인 높은 관리 수준의 초지 농가 2곳 (improved grassland)을 조사 대상지로 선정하였다 (Fig. 1, Table 1).

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Fig. 1.

A map of soil types (HAC = high activity clay, LAC = low activity clay, sandy, volcanics, unknown) at the national scale and location of study sites. The white diamonds and dots denote the study sites in nominally managed grassland (NG) and improved grassland (IG), respectively. The different uppercase letters in the map indicate study sites in NG and IG.

Table 1.

Definition for grassland management levels in IPCC guideline and domestic environment.

Management level IPCC definition Domestic definition
Nominally-managed
Grassland
(NG)
Represents non-degraded and sustainably managed
grassland, but without significant management
improvements
1. Fertilizer application once per year
2. Plant cover rate is 60 - 80%
Improved Grassland
(IG)
Represents grassland, which is sustainably managed
with moderate grazing pressure and that receives at
least one improvement (e.g. fertilization, species
improvement, irrigation)
1. Fertilizer application twice per year
2. Plant cover rate is over 80%

Domestic definition is modified from IPCC 2003 GPG-LULUCF.

토양시료 채취 및 기초분석

토양 샘플링은 각 농가의 면적을 고려하여 3 - 9개 지점에서 수행되었으며, 일반 관리 수준의 초지로 분류된 8개의 농가 (nominally managed grassland, NG)에서 총 40개, 높은 관리 수준의 초지로 분류된 2개의 농가 (improved grassland, IG)에서 총 6개의 토양시료를 채취하였다. 토양시료는 IPCC 가이드라인에 따라 0 - 30 cm 깊이에서 토양 코어 (직경 100 mm, AMS, USA)를 활용하여 채취하였고, 실험실에서 2주 간 풍건한 후 2 mm 체에 걸러 분석에 사용하였다. 기초분석에 앞서 채취한 토양이 화산회토임을 확인하기 위해서 초지 농가별 토양에 대한 유기탄소 함량 (25% 이하), allophane및 ferrihydrite와 같이 결정성이 약한 광물이나 Al(Fe)-유기복합체를 옥살산을 이용하여 추출한Al+½Fe 함량과 인산염 보유능을 분석했다 (Table 2) (Moon, 2009; Soil Survey Staff, 2014).

Table 2.

Carbon (C) content, phosphate (P) retention, and oxalate-extractable Al plus ½Fe (Al+½Fe) content in soils from each study site for volcanic soil verification.

Study site C content (%) P retention (%) Al+½Fe content (%)
A 6.7 ± 0.8 bcd 89.0 ± 2.6 a 1.1 ± 0.8 ab
B 5.1 ± 0.3 ab 85.3 ± 1.4 a 9.9 ± 3.8 a
C 4.9 ± 0.4 a 97.5 ± 1.4 c 12.7 ± 1.0 ab
D 6.1 ± 0.7 abc 99.0 ± 0.7 c 18.2 ± 1.1 c
E 7.6 ± 0.8 cd 99.3 ± 0.6 c 13.2 ± 1.3 abc
F 8.4 ± 0.4 de 98.7 ± 0.3 c 15.9 ± 0.4 bc
G 6.3 ± 0.3 abc 97.0 ± 0.6 c 14.3 ± 1.4 abc
H 6.4 ± 0.6 abcd 94.0 ± 1.2 bc 12.9 ± 1.2 ab
I 9.6 ± 0.5 ef 95.1 ± 1.7 bc 13.9 ± 1.0 abc
J 11.2 ± 0.6 f 90.2 ± 3.3 ab 10.7 ± 1.7 ab

Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among all sites at a p < 0.05 level.

토양 기초성상 분석은 토성, 석력비, 용적밀도, 세근 함량, pH, 총 탄소 및 질소, 유기탄소 함량에 대해 실시하였다 (Table 3). 토성은 비중계법에 따라 분석한 후 USDA의 기준에 따라 분류하였다. 석력비는 2 mm 체에 거를 때 위에 잔존하는 자갈의 무게를 재어 총 건조 토양 무게에 대한 2 mm 이상인 자갈 무게의 비율로 나타냈으며, 2 mm 이하의 뿌리는 핀셋으로 분리하여 무게를 측정하여 세근 함량을 측정하였다. 용적밀도는 코어 부피 (cm3) 내 존재하는 2 mm 이하 토양의 건조중량 (g)으로 계산하였다 (Eq. 1).

(Eq. 1)
Bulkdensity(gcm-3)=Weightofdrysoil(2mm)Volumeofcore

pH는 토양과 증류수를 1:5 (w/v)의 비율로 혼합하여 30분 교반 후 pH meter (Orion 3Star, Thermo, USA)로 측정하였다. 총 탄소 및 질소 함량은 원소분석기 (Flash EA 1112, Thermo, Bremen, Germany)를 이용하여 분석하였고, 유기탄소 함량은 1 M HCl로 산세척 과정을 통해 무기탄소를 제거한 후 원소분석기로 분석하였다. 토양 유기탄소 축적량은 IPCC 가이드라인에서 참조하고 있는 Batjes (1996) 식을 이용하여 계산하였다 (Eq. 2).

(Eq. 2)
SOCstock(tonCha-1)=i=1nB¯i×C¯i×(100-G¯i)×0.310×1n

where, B¯ : average bulk density at depths of 0 - 15 cm and 15 - 30 cm (g cm-3)

C¯ : average soil organic carbon concentration at depths of 0 - 15 cm and 15 - 30 cm (g C kg-1)

G¯ : average coarse fragment ratio at depths of 0 - 15 cm and 15 - 30 cm (%)

n : number of samples

Table 3.

Physical and chemical properties of soil in nominally managed grassland (NG) and improved grassland (IG).

Type Soil
texture
Coarse
fragment
(%)
Bulk
density
(g cm-3)
Fine
root
(g)
pH Total
carbon
(g C kg-1)
Total
organic
carbon
(g C kg-1)
Total
nitrogen
(g N kg-1)
NG
(n = 40)
Sandy
loam
18.4 ± 2.1 a 0.62 ± 0.01 b 0.9 ± 0.2 a 5.1 ± 0.1 a 77.5 ± 2.8 a 63.0 ± 2.6 a 6.2 ± 0.2 a
IG
(n = 6)
Sandy
loam
8.3 ± 2.8 a 0.52 ± 0.01 a 1.3 ± 0.6 a 5.0 ± 0.1 a 131.01 ± 7.3 b 103.9 ± 5.5 b 7.8 ± 0.3 b

n denotes the sample size of study sites.

Different letters in the same column indicate significant differences between the NG and IG sites at a p < 0.05 level.

토양 유기탄소 분획

본 연구에서는 NG에 해당하는 초지 농가 3곳에서 총 9개, IG에 해당하는 초지 농가 2군데에서 총 6개 토양 샘플로 밀도-크기 기반의 물리적 방법을 이용하여 토양 탄소 분획을 실시하였는데, 이는 토양 내 유기탄소를 분해속도가 빠른 LFC (light fraction carbon) 및 Macro_POC (particulate organic carbon in macroaggregate)와 분해속도가 비교적 느린 Micro_POC (particulate organic carbon in microaggregate) 및 MAOC (mineral-associated organic carbon)로 구분하여 토양 유기탄소의 안정성을 평가하는 대표적인 방법이다 (Fig. 2) (Hassink et al., 1997; Breulmann et al., 2014; Viret and Grand, 2019). 풍건세토한 시료 20 g은 1.6 g cm-3 SPT (sodium polytungstate) 용액 50 mL과 혼합하여 원심분리 후, 상층액을 여과 (53 µm nylon mesh, Flon Industry, Tokyo, Japan)하여 입자성 물질인 LFC를 획득하였다. 여과액과 침전물은 혼합하여 교반 (60 rpm, partial dispersion) 및 원심분리한 후, 상층액을 여과하여 Macro_POC를 획득하였다. 여과 후 침전물에 증류수 50 mL와 5 mm 입경의 유리 비드 (Korea Ace, Czech) 10개를 넣고 300 rpm으로 교반 (complete dispersion)한 후, 53 µm 체로 습식 체질하였다. 53 µm 이상은 Micro_POC, 이하는 MAOC로 구분하였다. 일련의 과정을 거쳐 획득한 각각의 분획 시료는 증류수로 3회 세척과정을 거친 후, 60°C에서 건조하여 무게를 측정하고 탄소와 질소를 분석하였다. LF와 Macro_POC 분획은 산세척 과정을 거쳐 무기탄소를 제거한 후 원소분석기를 이용하여 유기탄소 함량을 분석하였다.

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Fig. 2.

A schematic diagram of density and size fractionation methods (LFC = light fraction carbon, Macro_POC = particulate organic carbon in macroaggregate; Micro_POC = particulate organic carbon in microaggregate; MAOC = mineral-associated organic carbon).

통계분석

통계분석은 SAS 9.4의 일반선형모형 (generalized linear model, GLM)을 이용하여 유의수준 0.05를 기준으로 분산분석을 수행하였다. 분산분석은 초지 농가별 및 초지 관리 수준에 따라서 인산염 보유능, Al+½Fe 함량, 토성, 석력비, 용적밀도, pH, 총 탄소 및 질소, 유기탄소 함량, 토양 유기탄소 축적량, 분획별 유기탄소 축적량에 대해 실시하였다. 토양 유기탄소 분획에 대한 변동계수 (coefficient of variance, %CV)는 표준 편차를 평균으로 나누어 %로 나타냈다.

Results and Discussion

일반 관리 수준에서의 화산회토 초지 (NG) 토양 특성

일반 관리 수준의 화산회토 초지 (NG) 토양의 기본적인 물리화학적 특성은 Table 3과 같다. 모든 NG 토양은 사양토였으며 석력비는 평균 18.4%였다. 토양 용적밀도는 0.62 ± 0.01 g cm-3으로, 이는 다공성이 높은 화산회토 특성으로 인한 것으로 사료된다 (Dörner et al., 2022; Joshi and Bhatta, 2023). 토양 pH는 5.1 ± 0.1로 낮게 나타났는데, 이는 다른 연구에서 보고되는 화산회토의 pH와 유사했다 (Shoji et al., 1993; Iimura et al., 2019; Park et al., 2021).

토양 내 총 탄소와 질소 함량은 각각 77.5 ± 2.8 g C kg-1와 6.2 ± 0.2 g N kg-1으로 측정되었으며, 무기탄소를 제외한 유기탄소 함량은 63.0 ± 2.6 g C kg-1으로 나타났다. NG의 각 농가별 토양 유기탄소 축적량은 70 - 133 ton C ha-1이었으며, 평균값은 95 ton C ha-1로 나타났다 (Table 4). 이는 우리나라의 평균 토양 유기탄소 축적량 (46 ton C ha-1)과 비교했을 때 상당히 높은 수준으로 화산회토 초지 토양이 국내 주요 탄소 저장고임을 보여준다 (Park et al., 2021). 한편, 실측한 NG의 유기탄소 축적량은 IPCC 2006과 IPCC 2019 개정판에서 제시한 화산회토 초지의 SOCREF인 80 ton C ha-1 (IPCC, 2006)와 138 ton C ha-1 (IPCC, 2019)를 비교했을 때, IPCC 2006 대비 약 19% 높았으나 IPCC 2019 대비 31% 가량 낮았다. IPCC 2019 개정판에서 제시한 화산회토 유기탄소 축적량 계수가 유의하게 증가한 것은 타 지역대비 화산회토 유기탄소 축적량이 매우 높은 일본 자료 (Shirato et al., 2004)가 다수 추가되었기 때문이다. Shirato et al. (2004)에 나타난 일본 화산회토 유기탄소 축적량 범위는 33 - 235 ton C ha-1로 일본 내에서도 큰 차이를 보였다. 이는 IPCC에서 지정한 동일한 기후대 내에서도 지역 간 토양 유기탄소 축적량의 차이가 매우 큼을 보여주고 있으며, 국내 온실가스 인벤토리 정확도 개선을 위해서는 Tier 1 수준의 SOCREF가 아닌 Tier 2 수준의 국가 고유 계수가 마련되어야 함을 시사한다.

Table 4.

Soil organic carbon (SOC) stocks in each study site of nominally managed grassland (NG) and improved grassland (IG), and mean of NG and IG.

Management level Study site n SOC stock (ton C ha-1) Mean
NG
(n = 40)
A 5 107.2 ± 13.3 bcd 95.05 ± 4.5 a
B 3 74.8 ± 7.5 ab
C 9 70.2 ± 7.8 a
D 5 82.7 ± 4.1 abc
E 6 113.4 ± 11.9 cde
F 3 133.2 ± 9.1 def
G 6 96.4 ± 6.1 bc
H 3 104.4 ± 13.1 bcd
IG
(n = 6)
I 3 144.4 ± 13.2 ef 149.6 ± 8.5 b
J 3 154.8 ± 12.6 f

n denotes the sample size of study sites.

Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between all sites at a p < 0.05 level.

관리 수준에 따른 토양 특성 및 유기탄소 축적량과 안정성 비교

높은 관리 수준의 화산회토 초지 (IG) 토양의 기본적인 물리화학적 특성은 Table 3과 같다. 모든 IG 토양은 사양토였으며 석력비는 평균 8.3%였다. 토양 용적밀도는 0.52 ± 0.01 g cm-3으로, NG 토양에 비해 약 16.1% 낮았다. 이는 관리를 통해서 증가한 식물 뿌리 바이오매스가 토양 공극을 증가시켰기 때문으로 사료된다 (Conant et al., 2017; Yang et al., 2019). 일반적으로 높은 관리 수준이 이루어지는 초지에서는 식물 성장이 더욱 촉진되는데, 이는 IG에서 NG에 비해 지상부 바이오매스뿐만 아니라 지하부 바이오매스 또한 더 높을 수 있음을 의미한다 (Jongen et al., 2019; Choi et al., 2020; Yoon et al., 2023) 실측 결과, IG 토양 내 세근의 함량은 1.3 ± 0.6 g으로, NG 토양 대비 약 49% 높게 나타났다. 이는 초지 관리에 의한 식물 바이오매스의 증가가 지상부보다 지하부에서 더 크게 나타날 수 있음을 의미한다.

토양 내 총 탄소와 질소 함량은 각각 131.0 ± 7.3 g C kg-1와 7.8 ± 0.3 g N kg-1으로 측정되었다 (Table 3). 무기탄소를 제외한 유기탄소 함량은 103.9 ± 5.5 g C kg-1으로, NG 대비 63% 높게 나타났다. IG의 토양 유기탄소 축적량은 평균 150 ton C ha-1로 NG 보다 58% 더 높은 수준이었다 (Table 4). 관리를 통한 화산회토 초지의 유기탄소 축적량 증가는 Eze et al. (2018) 연구에서도 보고되었는데, 이 연구에서의 초지관리는 주로 비료 시비였고, 이를 통해 유기탄소 축적량이 최대 27% 증가되었다. 해당 결과는 토양 유기탄소 축적량이 초지 관리 수준의 향상에 따라 효과적으로 증진되었음을 보여준다. 한편, 보파를 통해서도 토양 유기탄소 축적량은 증가될 수 있는데, Conant (2012)에 따르면 목초 보파는 NPP (net primary production)를 증가시켜 연간 0.35 ton C ha-1에 해당하는 유기탄소가 추가적으로 저장될 수 있다고 보고한 바 있다.

NG와 IG의 토양 유기탄소를 분획한 결과는 Fig. 3과 같다. LFC와 Macro_POC는 IG와 NG 간에 유의한 차이는 없었다. 이는 IG에서의 식물 바이오매스는 NG에 비해 유의하게 높기 때문에 식물체 유기물 분해의 초기 산물인 LFC 또는 Macro_POC가 IG에서 유의하게 높을 것이라는 예상과는 상반되는 결과이다. 이는 LFC와 Macro_POC의 %CV가 각각 60%, 129%로 Micro_POC와 MAOC의 27%, 39%에 비해 높다는 점이 한가지 이유가 될 수 있다. LFC와 Macro_POC는 토양 탄소 순환에 있어 빠르게 분해되는 과정에 있기 때문에, 토양 채취지점별 변이가 클 것이고, 이에 따라 LFC의 평균 함량이 IG에서 NG에 비해 높음에도 불구하고 차이가 유의하지 않게 나타난 것으로 사료된다 (Cotrufo et al., 2013; Song et al., 2014).

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Fig. 3.

Soil organic carbon (SOC) stocks of each fraction in nominally managed grassland (NG) and improved grassland (IG). LFC = light fraction carbon, Macro_POC = particulate organic carbon in macroaggregate; Micro_POC = particulate organic carbon in microaggregate; MAOC = mineral-associated organic carbon. Different letters indicate significant differences between the NG and IG sites at a p < 0.05 level. Vertical lines represent standard errors, and n denotes the sample size of study sites.

관리에 의한 영향을 가장 많이 받은 분획은 상대적으로 분해속도가 느린 Micro_POC였는데, 이의 축적량은 IG에서 88. ton C ha-1로 NG보다 53% 더 높았다. 반면, 분해속도가 느린 또다른 분획인 MAOC 축적량은 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 이는 20년 이상 유지된 안정된 초지에서 관리 수준 변화에 따른 토양 탄소의 증가는 미사토나 점토 등과의 결합에 따른 안정화 보다는 입단 형성을 통한 입자성 유기물의 안정화 기작이 우세함을 시사한다. 미사토나 점토 등과의 결합은 토성에 따른 상한선이 있어 유기탄소 저장 증진에 한계가 있으나, 입자성 유기물의 안정화에 따른 탄소 저장은 상한선 없이 계속 증가할 수 있다는 점 (Cotrufo et al., 2019)에서 우리의 결과는 화산회토 초지가 탄소 흡수원으로써 높은 잠재력을 가지고 있음을 보여준다. Mosier et al. (2021)의 결과 또한 본 연구 결과와 일치하는데, 관리 수준에 따라 분해속도가 빠른 분획 (본 연구에서 LFC와 Micro_POC에 해당하는 light POM fraction)에서는 유의한 차이를 보이지 않았지만 입단 형성을 통한 입자성 유기물 분획 (본 연구에서 Micro_POC에 해당하는 heavy POM)은 약 15% 증가함을 보고하였다.

관리 수준에 따른 초지의 기후 변화 완화 잠재력 산정

온실가스 배출 상쇄에 초지 관리 수준 향상이 기여하는 바를 평가하기 위해서 국내 화산회토 초지 전체 면적을 일반 관리 수준으로 간주하고, 여기에 높은 관리 수준이 도입되었을 때의 토양 유기탄소 축적량 증가를 산정하였다. 제주도 화산회토 초지를 모두 NG라고 가정했을 때 토양 유기탄소 축적량 총량은 985.2천 ton C인데, 관리 수준을 IG로 증진시켜 20년간 유지했을 때의 토양 유기탄소 축적량 총량은 1,555.5천 ton C까지 증가될 수 있다. 즉, 연간 104.6천 ton CO2가 토양에 흡수될 수 있으며, 이는 제주도 농업부문 배출량의 29%를 상쇄시킬 수 있는 양에 해당한다. 본 연구 결과는 제주도와 같이 화산회토 초지가 우세한 지역의 지자체 탄소 중립 달성에 있어서 초지 관리가 유효한 수단이 될 수 있음을 보여준다.

Conclusions

본 연구에서는 화산회토 초지의 관리 수준에 따라 NG와 IG에서의 토양 물리화학적 특성과 토양 유기탄소 축적량을 조사하였다. NG 토양은 우리나라 평균 토양 유기탄소 축적량에 비해 높은 유기탄소 축적량 (95 ton C ha-1)을 보였고, IPCC 2006 SOCREF와 비교했을 때 19% 높은 값으로 나타났다. 이는 국내 온실가스 인벤토리 정확도 개선에 기여할 수 있는 Tier 2 수준의 국가 고유 계수이다. IG는 NG에 비해 토양 유기탄소 축적량이 훨씬 더 높았으며, 특히 입자성 유기물 형태인 Micro_POC 분획에서 큰 증가를 보였다. 또한, NG에서 IG로 관리 수준을 향상시켜 제주도 화산회토 초지의 토양 유기탄소 축적량을 증가시킬 경우, 연간 104.6천 ton CO2가 토양에 흡수되어 제주도 농업부문 배출량의 29%를 상쇄할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과는 초지 관리에 따라 이산화탄소 흡수가 입자성 유기물의 안정화를 통해 지속적으로 증가될 수 있음을 시사하는 결과로, 화산회토 초지의 토양이 지속 가능한 탄소 순환 관리와 기후 변화 완화에 핵심적인 역할을 할 수 있음을 보여준다. 따라서 이러한 초지의 향상된 관리가 제주도 및 화산 활동의 영향을 받은 지역의 탄소 중립 목표 달성에 크게 기여할 것이다.

Acknowledgements

This work was carried out with the support of “Cooperative Research Program for Agriculture Science & Technology Development (Project No. RS-2020-RD009205)” Rural Development Administration, Republic of Korea.

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