1. 서 론
2. 재료 및 방법
2.1 조사지역
2.2 조사 및 분석방법
3. 결과 및 고찰
3.1 분포면적과 생장특성
3.2 상대생장식
3.3 현존량
3.4 생산량
3.5 이산화탄소 흡수량
4. 결 론
1. 서 론
1999년 12월 준공된 남강댐 건설로 형성된 진양호는 매년 비홍수기 말부터 홍수기에 걸쳐 계획홍수위 EL.46 m (수면적 34.19 km2)에서 상시만수위 EL.41 m (27.56 km2)까지 표고차 m 정도 범위에서 면적 6.63 km2의 추이대(ecotone)가 형성된다. 이 추이대에는 다양한 초목들이 이입하였으나 천이과정을 거치는 동안 선버들군락이 우점종의 지위를 확보하면서 2003년에 최초로 주요 4개 지구에서 0.12 km2에 분포하는 것으로 확인된 이후 2023년에는 3.31 km2로서 지난 20년 동안 확장과 고사를 반복하면서 전체적으로는 약 26배로 급격하게 확장되었다(Jung et al. 2013, Kim 2022). 남강댐 저수지 선버들군락은 우리나라의 다목적댐과 저수지 중에서 가장 큰 규모의 특수한 사례로서 생태, 경관 및 수질 등의 환경적 측면에서 접근이 있었으나 지구온난화와 관련되어 숲으로서 주목을 받은 적이 없었다.
최근 이산화탄소 배출 삭감이 급선무인 우리나라에서도 가장 보편적인 한 가지 방안은 이산화탄소 농도를 저감하기 위하여 산림 등 광합성에서 이산화탄소를 동화시키는 숲을 활용하는 것이다. 일반적으로 식물에 흡수된 이산화탄소의 양은 형성된 생물량에 정비례하기 때문에 성장이 빠른 식물들이 훨씬 유리하다. 버드나무류는 극히 가벼운 종자를 다량으로 살포하여 하천의 범람원 등 습지에 재빨리 침입, 정착하는 선구수종으로서 러시아 중부지역에서는 최대성장에너지를 보였고, 이러한 높은 생물학적 생산성때문에 이산화탄소 흡수량이 배출량을 훨씬 초과하였다(Gorobets and Silva 2020). 이러한 측면에서 남강댐 저수지의 대규모 선버들군락이 이산화탄소 저감에 기여하는 순기능을 규명할 필요가 있다. 남강댐 저수지에 분포하는 선버들군락의 생산량은 흉고직경과 줄기·가지·잎·뿌리 및 꽃 사이의 상관관계를 이용한 상대생장법으로 추정 가능한 것으로 알려져 있다(Kira and Shidei 1967). 지금까지 하천변에서 흔하게 나타나는 선버들류에 대해서는 박실늪(Kim et al. 1999), 우포늪(Kim et al. 2007) 및 남한강과 낙동강(Han et al. 2010) 등에서 현존량, 1차 순생산량 및 유기탄소량 흡수에 대한 연구가 수행되었으며, 또한, 러시아 Don강 범람원에서 버드나무속 군락의 이산화탄소 흡수량에 관한 연구(Gorobets and Silva 2020)도 수행되었다.
본 연구에서는 남강댐 저수지에서 선버들군락의 이산화탄소 저감 특성을 파악하기 위하여 조사구에 대한 흉고직경, 수고, 수령, 밀도 및 기저면적 등 선버들군락의 생장 특성을 조사하였다. 또한, 남강댐 저수지 전체 선버들군락에 상대생장법을 적용하여 현존량, 생산량 및 이산화탄소 흡수량의 변화를 추정하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 조사지역
본 연구의 조사지역은 남강다목적댐 저수지의 저수면적 34.19 km2 내의 선버들군락으로서 경상남도 진주시, 사천시, 하동군 및 산청군에 걸쳐 위치하며(35°7′5″ ~ 35°17′6″N, 128°2′28″ ~ 128°57′18″), 표고 EL. 46.0 m 이하이다(Fig. 1).
이 지역은 습지로서 존재하며, 토양은 과거의 논으로 경작된 곳으로서 토양은 배수가 잘 안되는 미사질 토양이며, 선버들군락은 2003년 0.12 km2 로 시작하여 급격하게 확장되었다(Jung et al. 2013).
남강댐에 접해 있는 진주 기상관측소(해발 30.21 m)의 평년의 연평균기온은 13.7°C, 연강수량은 1,503.7 mm이다. 기상자료로부터 온량지수(warmth index) 113.9°C·month 및 한랭지수(coldness index) -9.1°C를 산정하였으며, 이들 지수를 기준으로 볼 때 남강댐 선버들군락은 난온대림(WI > 108°C)에 속한다.
2.2 조사 및 분석방법
본 연구에서는 조사군락의 단위면적당 현존량. 생산량 및 이산화탄소 흡수량을 조사하기 위하여 2023년 9월에 남강댐의 유입하천별로 남강 4 개소, 덕천강 7 개소, 완사천 9 개소, 오미천 8 개소 및 내촌천 8 개소 등 총 36 개소의 선버들 군락을 조사지로 선정하였다. 각 조사지의 선버들 군락 중심부에 10 m × 10 m의 방형구를 설정하고 수목의 매목조사를 실시하였다. 각 수목에 번호를 부여하고 흉고직경과 수고를 측정하였다. 또한, 선버들 군락의 현존량, 생산량 및 이산화탄소 흡수량의 시간에 따른 변화를 비교, 분석하기 위하여 남강댐 선버들 군락에 대한 식생분석 연구(Park et al. 2013)와 선버들 군락이 수질에 미치는 영향(Kim 2022)에서 조사된 방형구 조사자료를 포함하여 분석하였다.
또한, 선버들의 생장 특성을 비교하기 위하여 5 개 유입하천 주변의 5 개 조사구에서 10 그루씩 총 50 개 시료목을 벌목하여 수령, 흉고직경, 수고 및 수관을 측정하였다. 또한 상대생장식을 도출하기 위해 흉고직경급별로 각 조사구에 3~4 그루씩 18개 시료목의 고사 가지를 제거한 후 줄기, 가지 및 잎의 부위별 생물량을 측정하였다. 각 부위의 시료를 일부 채집하여 80℃에서 항량이 될 때까지 건조시킨 다음 건물량(dry matter weight, DW) (kg DW/plant)을 구해 선버들의 생중량을 건중량으로 환산했다.
지상부 현존량을 추정하기 위하여 시료목에서 얻은 생물량 자료를 이용하여 상대생장식을 도출하였다(Eq. 1). 이 상대생장식을 이용하여 매목조사 결과로부터 줄기, 가지 및 잎의 지상부 현존량을 추정하였다.
여기서, W (kg DM)는 시료목의 줄기(Ws), 가지(Wb) 및 잎(Wl)의 건중량, a 및 b는 계수, D는 흉고직경(diameter of breast height, DBH), H는 수고(height)이다(Kira and Shidei 1967, Kawaguchi et al. 2005). 상대생장식의 회귀식은 Excel 2016 (Microsoft Corp.) 소프트웨어를 이용하여 비선형 회귀분석법으로 구하였다. 각 조사지의 선버들 현존량은 본 연구에서 추정한 상대생장식을 이용하여 매목조사에 얻은 흉고직경과 수고로부터 추정하였다.
생산량과 이산화탄소 흡수량을 산정하기 위하여 선버들 군락의 연평균 생산량은 줄기와 가지의 현존량을 수령으로 나누고 여기에 잎의 현존량을 더하여 연평균 생산량으로 추정하였다, 또한 선버들의 탄소량은 건중량의 50%로 추정하였다(Pingrey 1976, Houghton et al. 1983, Nowak and Crane 2002). 수목의 이산화탄소량은 탄소와 이산화탄소 분자량 비율인 3.67을 탄소량에 곱하여 산정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 분포면적과 생장특성
남강댐 저수지 내의 선버들군락은 항공사진을 분석한 결과 저수지 연안대와 주요 지류 유입부의 상류 방향으로 확장과 고사를 반복하고 있으며, 면적 변동 내용은 Table 1과 같다.
Table 1.
Changes of Salix subfragilis community area from 2008 to 2023 in Namgang Dam reservoir
| Year | 2008 | 2011 | 2014 | 2017 | 2019 | 2023 |
| Area (m2) |
17.8 (100%) |
24.7 (139%) |
23.0 (130%) |
24.8 (140%) |
35.8 (202%) |
33.1 (186%) |
2003년 약 120,000 m2 범위로 형성된 선버들군락이 항공사진으로 처음 확인된 이후 급속하게 확장되다가 2012년~2013년 사이의 태풍 및 집중호우로 인한 고탁수 침수와 장기 관수로 고사가 발생함에 따라 감소했다(Jung and Kim 2017). 그러나 대규모로 형성된 군락에서 생산된 종자가 수면 및 바람을 타고 상류 및 연안으로 이동하면서 다시 확장되고 있음을 알 수 있다.
남강댐 저수지내 선버들군락에 대한 조사는 2012년(2011년 항공사진상 면적) (Park et al. 2013), 2022년(2019년 항공사진상 면적) (Kim 2022) 및 2023 (2023년 항공사진상 면적, 본 연구)에 수행되었으며, 각 년도별 조사결과는 Table 2와 같다. 시간의 경과에 따라 방형구 내의 평균본수, 평균흉고직경, 평균수고 및 평균수령이 증가하고 있다.
2023년 36개소의 방형구에서 조사된 수목은 선버들 1108 그루(89%), 왕버들 100 그루(8%), 신나무 외 4개 수종 37 그루(3%)을 포함하여 총 1,245 그루(100%)와 796 그루의 고사목이 조사되었다. 방형구 선버들 평균본수는 46본(고사목 제외)이며, 평균흉고직경 10.9 cm, 평균수고는 약 11.40 m, 평균 수관면적은 7.4 m2 로 분석되었다.
수목의 생장특성을 분석하기 위하여 벌목한 시료목 50 그루의 수고는 수령 7 년의 4.8 m에서 수령 31년에 14.4 m로 계속 증가하는 경향이었다(Fig. 2(a)). 수령과 흉고직경의 관계는 10년까지는 일정한 증가 경향을 보였으나 그 이후에는 다소 변동 폭이 큰 것을 알 수 있었다(Fig. 2(b)). 또한, 선버들군락의 수령에 따른 기저면적의 변화는 수령 7년부터 꾸준하게 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2(c)).
Table 2.
Changes in Characteristics of Salix subfragilis community from 2012 to 2023 in Namgang Dam reservoir (mean (min.-max.))
3.2 상대생장식
수목의 생장특성을 나타내는 두 변수 사이에는 의 상대생장관계가 있고(Huxley 1932), 현존량 상대생장식의 독립변수(x)로는 흉고직경(D) 또는 흉고직경 제곱(D2)과 수고(H)의 곱(D2H)가 일반적으로 적용되고 있다(Whittaker and Marks 1975, Kawaguchi et al. 2005, Cho et al. 2017). 본 연구에서는 남강댐 저수지내 선버들군락의 벌채한 시료목 사이에 성립하는 상대생장식과 수목조사 결과로부터 현존량을 추정하였다.
선버들군락의 벌채한 시료목으로부터 유도한 D2H과 줄기, 가지 및 잎의 건물량 Ws, Wb 및 Wl의 상대생장식은 0.1% 수준에서 유의하였으며(Fig. 3, Table 3), 선버들의 각 부위별 상대생장식은 Eq. 2와 같다.
Fig. 3은 18개 건조 시료목의 측정 결과를 이용하여 흉고직경의 제곱과 수고의 곱(D2H)과 줄기(Ws, kg), 가지(Wb, kg) 및 잎(Wl, kg) 값의 상대생장 관계를 나타낸 것이며, 흉고직경의 제곱과 수고의 곱에 대한 건물량의 관계에서 현존량의 크기는 줄기, 가지 및 잎의 순이었다. Table 3은 선버들군락의 상대생장식을 다른 연구 사례와 비교한 것으로서 남강댐은 박실지의 결과와 유사한 것으로 분석되었으며, 적용범위는 흉고직경 2 cm 이상이다.
Table 3.
Comparisons of biomass (drymass) allometric equations of Salix subfragilis in the different habitats of Korea.
| Species | Component | Baksil wetland | Woopo wetland | Nakdong River | Namgang Dam | Remarks | ||||
| a | b | a | b | a | b | a | b | R2 | ||
| Salix. subfragilis | Stem | -1.6305 | 0.9360 | -1.9830 | 1.0355 | -0.3945 | 0.4348 | -1.7258 | 0.9311 | 0.9689 |
| Branch | -2.2260 | 1.0489 | -1.4647 | 0.4531 | -0.5642 | 0.4344 | -2.2007 | 0.9916 | 0.9773 | |
| Leaf | -2.6291 | 1.0682 | -1.8013 | 0.6709 | -1.2941 | 0.4537 | -2.5528 | 0.9299 | 0.9540 | |
| Reference | Kim et al. 1999 (DBH>2 cm) | Kim et al. 2007 (DBH>3 cm) | Cho et al. 2017 (DBH>2 cm) |
This study 2023 (DBH>2.1 cm) | ||||||
3.3 현존량
남강댐 선버들군락의 시료목에서 얻은 수령과 현존량(kg DW/plant) 상관관계는 Fig, 4와 같다. 전체적으로는 수령이 증가하면 현존량도 증가하는 경향을 나타내지만 수령 7년부터 10년 사이는 완만하게 증가하고 수령 10년부터 16년까지 급격하게 증가하다가 16부터 20년 사이는 급격하게 감소하지만 20년부터 28년까지는 다시 급격하게 증가하고 그 이후에는 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 현존량의 변화는 2011년 9월 1일부터 2012년 4월 30일 사이의 242일간, 2012년 9월 1일부터 2013년 5월 31일 사이의 273일간 2회 장기침수에 따른 생육장애 및 고사로 인하여 현존량이 감소한 것으로 추정된다. 특히 2012년 7월 1일부터 2012년 9월 30일 사이에는 8회의 강우로 인한 30NTU (Nepthelometric Turbidity Unit) 이상의 고탁도가 발생했고, 아울러 2012년 8월 23일부터 2013년 2월 22일 사이의 180일 동안 남강댐 상시만수위 EL. 41.0 m 정도로 고수위를 유지하였으므로 고사로 인하여 선버들군락 면적이 감소하게 된 것으로 보이며(Jung et al. 2017), 선버들의 수령에 대한 단위면적당 현존량은 줄기 > 가지 > 잎의 순서이다.
Fig. 5는 남강댐 저수지의 선버들군락에서 단위면적(ha)당 현존량의 변화를 나타낸 것이다. 수령 16년까지는 대체적으로 햇빛, 토양 및 수분 등 환경 요인에 따라 양호한 상태의 성장을 보인다. 그러나 수령 16년 이후부터는 선버들군락 내에서의 수관 및 수고 등의 우열에 따른 생존경쟁 및 자기솎음질(self-thinning) 등에 의한 고사목이 발생하므로써 현존량이 변화하는 것으로 추정되며, 홍수시 탁수 침수에 의한 고사도 영향을 미친 것으로 보인다.
Table 4는 남강댐에서 선버들군락의 단위면적 및 전체 선버들군락에 대한 조사대상 년도별 현존량 및 생산량을 산정한 것이다. 2023년 기준 상대생장식을 적용하여 산정한 결과 2012년에는 3.40 ton/ha, 2022년에는 71.65 ton/ha 및 2023년에는 122.69 ton/ha로 약 21배와 36배로 증가한 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 남강댐 선버들군락이 전체적으로 급격하게 확장되면서 단위면적당 본 수가 크게 증가하였고, 시간의 경과에 따라 흉고직경 및 수고도 증가하였기 때문이다. 앞으로 남강댐 유입 지방하천 상류방향으로 선버들군락이 현재 추세로 확장된다면 현존량은 크게 증가할 것이다. 또한 이러한 결과는 Don강 범람원의 선버들군락의 수령(15년~65년)에 따른 생물량의 변화 22.8±1.47 ton/ha~60.7±1.09 ton/ha (Gorobets and Silva 2020), 낙동강 하안대의 선버들군락 생물량의 변화 1(수령 2년)~19.3 ton/ha/yr(수령 15년) (Cho et al. 2017), 일본 미에현(三重県)의 묵논에 형성된 젊은 선버들군락의 현존량 44.1~60.0 ton/ha (Kawaguchi et al. 2005)보다 크게 나타났다.
Table 4.
Changes in biomass (drymass) and annual production of Salix subfragilis community at the Namgang Dam
3.4 생산량
선버들군락의 생산량을 산정하는 방법은 줄기 건중량(Ws)과 가지 건중량(Wb)을 합한 건중량을 수령으로 나눈 후 잎의 건중량(Wl)을 더하면 수령 기간 동안의 연평균생산량을 구하는 것이다. 일년간 현존량 증분을 순1차 생산량으로 간주하고 그것을 추정한 결과를 Table 4에 나타내었다. 남강댐 선버들군락의 생산량의 경년적인 변화를 추정하기 위하여 본 연구에서 제시한 상대생장식을 2012년, 2022년 및 2023년에 대하여 각각 적용하여 산정하고 비교하였다.
남강댐 선버들군락의 단위면적당 순1차 생산량은 2012년 0.85 ton/ha/yr, 2022년 12.13 ton/ha/yr 및 2023년 17.37 ton/ha/yr 이며, 2012년 기준으로 2022년에는 약 14배, 2023년에는 약 20배로 증가하는 경향을 보였다. 이러한 경향은 남강댐 선버들군락의 본 수, 흉고직경 및 수고가 증가에 기인하고, 남강댐 전체적으로는 2022년보다 2023년 선버들군락 면적이 감소에도 불구하고 흉고직경, 수고 및 본 수의 증가로 현존량과 생산량이 증가하였다. 이러한 결과는 남한강 및 낙동강의 하천변 선버들군락의 순1차 생산량 16.7~31.2 ton/ha/yr(평균 22.5 ton/ha/yr) (Han et al. 2010)와 일본 미에현(三重県)의 묵논에 형성된 젊은 선버들군락의 순 1차 생산량 19.79 ton/ha/yr (Kawaguchi et al. 2005) 보다도 작았으나 러시아 Don강의 0.44~1.56 ton/ha/yr 보다는 훨씬 크게 나타났다.
본 연구는 줄기, 가지 및 잎의 지상부에 대한 현존량 및 생산량을 추정한 것이지만 Don강 범람원의 결과(Gorobets and Silva 2020)와 남한강 및 낙동강의 하천변의 결과(Han et al. 2010)에서 뿌리의 생산량 15~ 20% 정도를 감안하여 지상부에 더하면 남한강 및 낙동강의 하천변과 일본 묵논의 결과와 유사한 값으로 산정된다.
3.5 이산화탄소 흡수량
본 연구에서는 남강댐 선버들 지상부의 상대생장식으로 산정한 목질부 및 잎의 평균 탄소함량은 생체량의 약 50%이므로 연평균생산량에 0.5를 곱하여 연평균탄소흡수량으로 환산하였으며(Houghton et al. 1983), 이산화탄소량은 탄소와 이신화탄소 분자량 비율 3.67을 탄소량에 곱하여 산정하였다.
Table 5는 남강댐 조사결과에 의하여 산정된 현존량, 생산량 및 이산화탄소 흡수량을 산정한 결과이다. 해당년도의 조사구 평균값을 적용한 남강댐 선버들군락의 단위면적당 이산화탄소 흡수량으로 환산하면 2012년 1.56 ton/ha/yr, 2022년 22.26 ton/ha/yr 및 2023년 31.87 ton/ha/yr 이었으며, 면적 확대와 성장으로 순1차 생산량이 증가함에 따라 이산화탄소 흡수량도 증가하였다. 또한, 조사대상 수목 1,245 본 중 선버들이 1108 본으로서 약 89 %를 차지하므로 순수하게 선버들군락에 의한 단위면적당 연평균 이산화탄소 흡수량은 1.39 ton/ha/yr, 19.81 ton/ha/yr 및 28.36 ton/ha/yr로 추정되었다.
러시아 Don강의 수령 15년~65년된 선버들군락에서 30년생의 연생산량이 1.47 ton/ha/yr으로 최대였으며, 30년 이상된 수림에서는 생물량 축적률은 느려지고 잔해 축적률이 증가하였다. 또한, 이산화탄소흡수량은 수령 15년의 2.24 ton/ha/yr에서 25년의 2.39 ton/ha/yr으로 증가하다가 65년의 0.67 ton/ha/yr까지 감소하였다(Gorobets and Silva 2020). 또한, 남한강 및 낙동강의 하천변 버드나무군락의 1년간 탄소흡수량은 7.5~14.0 ton/ha/yr (평균 9.66 ton/ha/yr)이였다(Han et al. 2010).
남강댐 저수지 선버들군락의 이산화탄소흡수량은 Don강의 결과보다는 훨씬 크지만 남한강과 낙동강의 결과 27.53~35.45 ton/ha/yr 와 비슷하거나 작게 나타났다.
남강댐 저수지 선버들군락의 현존량, 생산량 및 이산화탄소흡수량을 산정하고 러시아 Don강, 남한강과 낙동강 하천변 및 일본 미에현(三重県)의 묵논에 대한 연구성과와 비교한 결과, 한국과 일본의 선버들군락은 하천, 댐 및 묵논으로 각각 다른 환경이지만 비슷한 생장특성을 나타내었으나 하천에 형성된 러시아의 선버들 군락은 전반적으로 생장력이 약한 것으로 분석되었다.
Table 5.
Changes in standing crop and annual absorption of carbon dioxide of Salix subfragilis community at the Namgang Dam
4. 결 론
남강댐은 우리나라의 다른 계곡형댐과 달리 남강의 중류 평지에 위치하고 있는 댐으로서 보강댐 건설 이후 상시만수위 EL. 41.0 m와 계획홍수위 EL. 46.0 m 사이의 넓은 완경사 연안 추이대에 선버들 등 버드나무 속 식물군락이 정착하여 남강댐 유입 지방하천 상류측으로 확장되고 있다. 2003년 0.12 km2 에서 2023년 3.31 km2로 확장 추세를 보이고 있다.
선버들의 생장특성을 분석한 결과 수령 7년 4.8 m에서 수령 31년 14.4 m까지 관찰되었다. 수령과 흉고직경의 관계는 10년까지는 일정한 증가 경향을 보였으나 그 이후는 다소 변동 폭이 있었다. 수령과 줄기 밀도는 수령 10년까지는 일정한 증가 경향을 보이다가 10년부터 20년 사이에서 변동 폭이 크게 나타났다. 남강댐 저수지에서 우점종인 선버들군락에서 채취한 시료목으로부터 상대생장식을 유도하여 현존량, 생산량 및 이산화탄소흡수량을 산정하였다. 남강댐 선버들군락의 생물량을 추정할 수 있으므로, 향후 수목관리에 유용하게 활용할 수 있을 것이다. 남강댐 선버들 군락의 지상부(줄기, 가지 및 잎)의 단위 면적당 현존량, 생산량 및 이산화탄소 흡수량은 시간의 경과에 따른 성장과 면적 확장으로 대폭 증가함으로써 이산화탄소 저감에 크게 기여하고 있다.
본 연구 결과를 바탕으로 종모 날림으로 인한 지역 주민의 생활불편 호소 등 역기능이 있지만 잉어과 등 어류의 산란장 및 서식처 제공, 생태 및 경관 등의 다양한 순기능에 더하여 이산화탄소 저감을 통한 기후변화 완화에 기여할 수 있다는 사실을 제시하였다.
