대기 로 부가 적 인 이산화 탄소 를 배출 시키 는 더욱 온난 해진 토양 http : / / mirian . kisti . re . kr / futuremonitor / view . jsp ? cn = GTB 2013010412 & service _ code = 03 KISTI 미리안 『 글로벌 동향 브리핑 』 2013 - 01 - 23 기후 변화 ( climate change ) 에 따라 보다 더 온난 한 기온 을 지니 는 토양 이 부가 적 인 탄소 를 대기 로 배출 시키 는 원인 이 되 고 있 으며 , 따라서 기후 변화 를 악화 시키 는 요인 이 될 수 있 다고 새롭 게 수행 된 연구 는 밝혔 다 . 영국 뉴햄프셔 대학 ( University of New Hampshire ) 소속 의 Serita Frey 교수 와 미국 캘리포니아 대학 ( UC - Davis ; University of California - Davis ) 과 해양 생물학 연구소 ( Marine Biological Laboratory ) 소속 의 공동 저자 들 이 수행 한 이 연구 는 토양 미생물 ( soil microorganism ) 이 기온 에 어떻 게 반응 하 고 기후 온난화 가 토양 으로부터 유래 한 이산화 탄소 흐름 ( carbon dioxide flux ) 에 어떻 게 영향 을 초래 할 것 인가 에 대한 예측 을 개선 할 수 있 는 새로운 시각 을 조명 하 고 있 다 . 토양 은 육상 생물 권 에서 가장 큰 유기 탄소 저 장소 로 유기 재료 의 미생물 분해 를 통하 여 연간 60 ~ 76 Pg ? C 를 배출 하 는 대기 중 이산화 탄소 의 중요 한 공급원 을 대표 하 고 있 다 . 토양 이산화 탄소 흐름 에 대한 1 차 적 인 제어 는 탄소 를 이용 하 는 미생물 군집 의 효율 성 에 달려 있 다 . 토양 - 대기 이산화 탄소 교환 에 대한 중요 성 에 도 불구 하 고 , 토양 미생물 효율 성 ( soil microbial efficiency ) 을 제어 하 는 요인 을 분석 한 연구 는 상대 적 으로 거의 없 다 . 이 연구 에서 , 연구 진 은 적응성 ( lability ) 을 달리 한 기질 로 수정 된 토양 에서 미생물 효율 성 에 대한 기온 반응 을 측정 했 다 . 또 연구 진 은 현장 에서 만성 적 인 토양 온난화 ( chronic soil warming ) 에 대응 하 는 미생물 효율 성 의 기온 민감 도 ( temperature sensitivity ) 를 조사 했 다 . 연 구진 은 유기물 을 이용 하 는 토양 미생물 이 지닌 효율 성 이 기온 과 기질 특성 ( substrate quality ) 에 좌우 되 며 , 보다 더 다루 기 힘든 기질 에 대하 여 기온 증가 에 따라 효율 성 이 감소 한다는 것 을 발견 했 다 . 토양 미생물 의 활동 은 연간 기준 으로 인간 활동 이 초래 한 이산화 탄소 배출 보다 10 배 이상 더 많 은 이산화 탄소 를 배출 한다 . 역사 적 으로 이러 한 이산화 탄소 배출 은 대기 로부터 식물 의 기체 의 흡수 에 의해 억제 되 어 왔 다 . 그러나 인간 의 활동 은 이러 한 균형 을 교란 시키 고 있 다 . Frey 와 공동 저자 인 UC - Davis 소속 의 Johan Six 와 Juhwan Lee , 해양 생물학 연구소 소속 의 Jerry Melillo 등 은 기후 변화 에 기인 한 증가 된 기온 이 토양 으로부터 배출 되 는 탄소 의 양 을 어떻게 변경 시키 는지 에 대하 여 의문 을 품 었 다 . 토양 미생물 은 매우 작 은 규모 를 차지 하 지만 , 대기 의 탄소 균형 ( carbon balance ) 에 있 어서 매우 중요 하 다고 Frey 는 밝혔 다 . 만약 기후 온난 화 로 인하 여 토양 이 따뜻 해진다면 , 대기 로 유입 되 는 탄소 의 흐름 이 근본 적 으로 변경 되 고 기후 변화 를 강화 시키 는 피드백 으로 이어질 것 이 라고 Frey 는 지적 했 다 . 이 연구 는 두 가지 다른 시나리오 하 에서 기온 과 식량 공급 에 따른 토양 유기체 ( soil organism ) 의 효율 성 을 조사 했 다 . 연 구진 은 토양 유기체 가 세포 조직 ( cellular machinery ) 을 유지 하 기 위하 여 식량 공급원 을 어떻게 완벽 하 게 이용 하 는지 를 조사 했 다 . 먼저 단기 시나리오 에서 , 연구 진 은 온난 한 기온 이 식물 의 뿌리 에서 배출 되 는 단순 한 식량 공급원 인 글루코오스 ( glucose ) 를 이용 하 는 토양 의 능력 에 거의 영향 을 끼치 지 못한다는 것 을 발견 했 다 . 부패 된 뿌리 또는 잎 에서 일반 적 으로 발견 되 는 보다 더 복잡 한 식량 공급원 인 페놀 에 대하 여 , 토양 은 보다 더 높 은 기온 에서 효율 성 이 60 % 감소 한다는 사실 을 보여 주 었 다 . 당신 이 기온 을 증가 시킴 에 따라 , 당신 은 보다 더 복잡 한 식량 공급원 에 대하 여 효율 성 이 감소 된다는 것 을 확인 할 수 있 을 것 이 라고 Frey 는 설명 했 다 . 효율 성 감소 는 토양 미생물 이 대기 로 더 많 은 이산화 탄소 를 배출 한다는 것 을 의미 한다 . 토양 이 온난 해질수록 더 많 은 이산화 탄소 가 대기 로 배출 될 것 이 며 , 기후 문제 는 악화 될 것 이 라고 Frey 는 밝혔 다 . 그러나 이러 한 효과 는 토양 이 18 년 에 이르 는 기간 동안 대기 기온 이상 으로 5 ℃ 이상 온난 해 지 는 두 번 째 시나리오 에서 감소 하 는 것 으로 나타났 다 . 토양 이 기후 온난화 를 시뮬레이션 하 기 위하 여 가열 될 때 , 우리 는 장기 적 관점 에서 지역 사회 에 더 효율 적 인 변화 를 관찰 할 수 있 었 다고 Frey 는 밝혔 다 . 토양 이 대기 로 배출 시키 는 이산화 탄소 의 양 을 감소 시키 면 , 교대 로 토양 에 의해 배출 되 는 이산화 탄소 가 기후 에 초래 하 는 영향 역시 감소 하 게 된다 . 그러나 이러 한 긍정 적 인 피드백 반응 은 원래 예측 했 던 것 만큼 강력 하 지 는 않 다고 Frey 는 밝혔 다 . 또 연구 팀 은 일반 적 으로 사용 되 는 생태 계 모델 에 따라 예측 했 을 때 , 토양 미생물 효율 성 에서 변화 가 토양 에서 장기 적 인 탄소 저장 에 어떻 게 영향 을 끼칠 것 인지 를 조사 했 다 . 이러 한 유형 의 모델 은 토지 사용 변화 와 기후 온난 화 같 은 다른 변동 에 반응 하 는 생태 계 탄소 역학 을 시뮬레이션 하 기 위하 여 이용 되 고 있 다 . 일반 적 으로 이러 한 모델 들 은 효율 성 이 고정 되 어 있 다고 가정 하 고 , 기온 또는 환경 조건 에 따라 효율 성 이 변화 하 지 않 는 것 으로 간주 한다 . 연구 팀 은 연구 진이 수행 한 실험 에서 관찰 된 것 에 따라 상응 하 는 탄소 이용 효율 성 을 변화 시켰 을 때 모델 에 의해 예측 된 것 처럼 장기간 토양 탄소 저장 에 초래 되 는 큰 효과 를 확인 했 다 . 기온 과 다른 환경 변수 에 반응 하 여 변동 하 는 효율 성 변수 를 통합 한 새로운 모델 이 필요 하 다는 것 이 확실 하 다고 Six 는 밝혔 다 . 연 구진 은 장기 적 인 온난화 가 토양 미생물 이 보다 더 효율 적 이 될 수 있 도록 토양 미생물 군집 을 변화 시킬 수 있 다고 가정 했 다 . 토양 을 구성 하 는 종 에서 의 변화 또는 다양 한 영양분 의 이용 가능 성 에서 의 변화 에 해당 하 는 유기체 적응 ( organism adaptation ) 이 이러 한 증가 된 효율 성 의 결과 를 얻 게 될 것 이 다 . 이 연구 는 매사추세츠 주 에 위치 한 피터 샴 ( Petersham ) 에 있 는 하버드 삼림 장기 생태 연구 부지 ( Harvard Forest Long - Term Ecological Research site ) 에서 수행 된 연구 를 기반 으로 하 고 있 다 . Frey 와 Melillo 는 지하 케이블 을 이용 하 여 9 제곱미터 의 지역 과 36 제곱미터 에 이르 는 두 곳 의 위치 를 18 년 에 상응 하 는 수준 으로 온난 화 시켰 다 . 이러 한 조치 는 연구 진이 이러 한 특별 한 환경 변화 ( 즉 , 장기 적 인 토양 온난화 ) 가 토양 기능 을 어떻게 변경 하 는지 를 조사 할 수 있 게 해 주 는 임상 ( forest floor ) 아래 에 난방 용 담요 를 설치 하 는 것 과 같 다고 Frey 는 밝혔 다 . 연구 진이 수행 한 연구 는 기후 온난화 가 보다 더 안 정한 유기 화합물 의 분해 역학 ( decay dynamics ) 을 변경 시킬 수 있 으며 , 따라서 기후 에 대한 긍정 적 인 피드백 을 갖 도록 하 기 위하 여 장기 적 인 측면 에서 미생물 군집 을 보다 더 효율 적 인 방향 으로 전환 시킴 으로써 약화 될 수 있 다고 제안 했 다 . 그림 1 > 하버드 삼림 장기 생태 연구 부지 ( Harvard Forest Long - Term Ecological Research site ) . Frey 와 Melillo 는 이 두 지역 을 지하 케이블 을 이용 하 여 온난 한 조건 으로 구현 했 다 . 그림 2 > 하버드 삼림 에서 UMass - Amherst 소속 의 대학원 생 인 George Hamaoui ( 우 ) 와 시료 를 채취 하 고 있 는 Serita Frey ( 좌 ) 그림 3 > 적응성 을 달리 한 기질 에 변화 를 준 삼림 에서 미생물 효율 성 에 대한 기온 반응 http : / / phys . org / news / 2013 - 01 - warmer - soils - additional - co 2 - atmosphere . html