Environment
수목 개체호흡 추정식의 개발로 탄소수지 연구가 비약적 발전
장종엽엔에스
2010. 1. 25. 22:20
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-20 | ||||||||
지구온난화의 완화효과로 주목 받고 있는 삼림의 탄소수지는 수목의 광합성(수입)과 호흡(지출)의 차감으로 정의되며, 온도로 결정되는 호흡이 그 수지를 좌우한다. 지금까지 개체의 크기와 개체 호흡의 관계식을 기초로 수 많은 삼림생태계의 탄소수지가 연구되어 왔다. 그러나, 삼림은 중량으로 약 1조 배 정도까지 다른 크고 작은 수목개체로 구성되어 있으며, 측정의 곤란함, 수종과 생육환경의 다양성 등에서 뿌리를 포함한 개체호흡을 추정하는 일반식은 정해져 있지 않았다. 새싹부터 큰 나무까지 수목 개체 전체의 호흡량을 측정하는 방법을 개발하고, 열대의 동칼리만탄(Kalimantan) 아한대의 시베리아에 걸쳐 64종류 271개의 “뿌리를 포함하는 개체호흡”의 실측에 의해 개체호흡의 일반적 추정방법의 개발에 성공하였다. 이것으로 지구온난화에 대처하기 위한 삼림의 탄소저장량의 해명에 발전이 있을 것으로 기대한다. 삼림의 탄소저장량을 정확히 추정하는 것은 삼림이 지구온난화 억제에 하는 역할을 명확히 밝히는 데 대단히 중요하다. 지금까지 삼림의 탄소수지 추정은 잎 하나, 줄기 일부의 호흡측정을 기초로 하여 수행하는 것이 일반적이다. 특히 뿌리를 포함하는 수목 개체 전체의 정확한 호흡측정은 극히 곤란하며, 연구사례는 거의 없었다. 이 연구에서는 수목 개체 중량과 개체 호흡의 관계를 실측에 의해 일반법칙화하고, 그것을 기초로 삼림 전체 호흡량을 추정하는 방법 개발을 목적으로 하였다. 종래는 수목개체호흡(W)과 개체호흡(R) 관계는 상대성장식(Allometric equation)이라 불리는 “단순함수”R=aWb, a: 계수, b: 지수)로 표현되었다. 현재, 기울기를 표현하는 지수 b가 3/4과 1이라는 설이 유력시되고 있다. 그러나, 개체호흡의 추정방법에 다양한 문제가 지적되고 있으며, 지금도 논쟁이 계속되고 있다. 본 연구에서는 독자의 방법으로 다수의 개체호흡법을 정확히 측정하였다. 그 결과, 기울기 3/4은 소(小)개체로, 기울기 1은 대(大)개체로 하였을 경우 거의 맞지 않았으며, 기존 식에서 전부 표현하는 것은 불가능하였다. 이 문제를 해결하기 위하여 개체가 클수록 기울기가 3/4로 작을수록 1에 점점 가까워지는 2상(相)계의 “혼합함수”가 통계적으로 최적의 수학모델이라는 것을 나타냈다. 이 신모델은 종래의 두 개의 유력설을 통합하여 새싹부터 큰 나무까지 많은 종류에 걸쳐 적응할 수 있는 새로운 호흡추정식으로서 탄소수지 연구에 큰 영향을 주게 될 것이다. 새싹부터 큰 나무에 걸쳐 호흡량이 2상(相)으로 변화하는 원인은 호흡하는 살아있는 조직이 차지하는 비율이 다른 것에 있다. 즉, 잎의 비율이 큰 새싹에서는 전체의 조직이 살아 있으므로 호흡은 중량 비례한다. 그러나, 큰 나무 개체 전체에서는 줄기 중심부분에서 호흡이 낮은 죽은 조직의 무게가 차지하는 비율이 크기 때문에 개체 중량 당 호흡이 낮아진다. 즉, 잎과 지지기관인 줄기와의 구성비율이 중력 등의 물리환경으로 변화하고, 그것이 2상(相)계의 수목 개체 대사의 생물학적 특성이라고 생각하였다. 수목성장은 새싹부터 큰 나무까지 1조배(10의 12승)에 이르는 대단히 큰 중량 폭에 따라 2상(相)으로 변화하는 개체호흡으로 제어된다. 삼림생태계의 탄소지수는 이러한 2상(相)계의 다이나믹한 신모델에 의해 특징지어 진다는 사실을 실측에서 발견하였다. 신모델은 종래 예측이 곤란했던 뿌리와 토양을 포함한 삼림생태계 전체의 탄소축적의 변동예측 연구에 크게 공헌할 것으로 기대된다 (그림 1) 식물 개체호흡의 측정 상태 (그림 2) 뿌리를 포함한 개체중량(Whole-plant mass)-전체 개체호흡(Whole-plant respiration)의 관계. (그림 3) 개체중량(plant mass)에 따라 변화하는 혼합관수의 기울기
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