Divergent biodiversity–carbon relationships across vertically distributed forest biomes on the Tibetan Plateau

숲은 종종 지구의 폐로 여겨지며, 이산화탄소를 흡수하여 나무와 잎 속에 저장합니다. 수십 년 동안 생태학자들은 단순하지만 심오한 질문을 두고 논쟁해 왔습니다. 즉, 더 다양한 종류의 나무를 보유하는 것이 숲의 이러한 기능을 더 좋게 만드는가 하는 점입니다. '생물다양성-생태계 기능 관계'로 알려진 지배적인 아이디어는, 다양한 종의 혼합이 마치 잘 기름칠 된 기계처럼 작동하여, 각 나무가 고유한 역할을 수행하고 햇빛과 물 같은 자원을 활용함으로써 집단 전체의 성장을 촉진한다는 것을 시사합니다. 그러나 자연은 결코 정적이지 않습니다. 숲은 나이가 들면서 더 높고, 더 밀도가 높고, 더 복잡하게 변합니다. 핵심적인 미스터리는 숲이 성숙함에 따라 다양성의 이점이 동일하게 유지되는지, 아니면 변화하거나, 약화되거나, 심지어 사라지는지 하는 점이었습니다. 이를 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 숲은 기후 변화를 늦추기 위한 우리의 가장 강력한 자연적 도구이며, 우리는 다양한 종을 섞어 심는 전략이 영원히 보상받는 전략인지 아니면 잠시뿐인 전략인지를 알아야 하기 때문입니다.

연구팀은 티베트 고원의 실제 살아있는 숲을 조사함으로써 이 퍼즐을 풀기 위해 나섰습니다. 단일 소규모 구역이나 어린 숲을 연구하는 대신, 그들은 따뜻한 저지대부터 추운 고지대까지 방대한 고도 범위를 아우르는 1,248개의 산림 구역 데이터를 분석했습니다. 이 구역들에는 거의 12만 그루의 나무가 포함되어 있었으며, 1979년부터 2017년 사이에 실시된 8번의 서로 다른 조사 과정을 통해 모니터링되었습니다. 이러한 장기적인 관점 덕분에 연구진은 숲이 어린 묘목에서 성숙한 거목으로 성장함에 따라 나무 다양성과 탄소 저장 사이의 관계가 어떻게 변하는지 관찰할 수 있었습니다. 그들은 네 가지 뚜렷한 유형의 숲에 집중했습니다: 낙엽 활엽수와 상록 활엽수가 섞인 혼합림, 순수 낙엽 활엽수림, 침엽수와 활엽수가 섞인 혼합림, 그리고 순수 침엽수림입니다.

연구진은 모든 숲을 종합적으로 살펴보면 답이 명쾌해 보인다는 사실을 발견했습니다. 즉, 더 많은 나무 종이 일반적으로 더 많은 탄소를 저장한다는 것입니다. 이는 다양성이 도움이 된다는 고전적인 아이디어를 확인시켜 줍니다. 하지만 연구진이 시간의 흐름과 다양한 숲의 유형에 따라 이 현상이 어떻게 전개되는지 자세히 들여다보았을 때, 이야기는 훨씬 더 복잡해졌습니다. 다양성의 긍정적인 효과는 일정하고 변하지 않는 힘이 아니었습니다. 대신, 그것은 숲의 유형과 숲의 연령에 따라 매우 다른 경로를 따랐습니다. 어떤 숲에서는 나무가 나이가 들면서 다양성의 이점이 사라졌습니다. 다른 숲에서는 이 이점이 강해졌다가 정체기에 접어들기도 했습니다. 몇몇 경우에는 관계가 역전되어, 가장 오래된 숲에서는 오히려 종이 많을수록 탄소 저장량이 적어지는 상관관계를 보이기도 했습니다.

숲의 유형은 엄청나게 중요했습니다. 겨울에 잎을 떨구는 낙엽 활엽수 중심의 숲에서는, 다양성으로부터 오는 촉진 효과가 숲이 젊을 때는 강력했지만 빠르게 사그라들었습니다. 이 숲들이 약 100년의 연령에 도달했을 때, 다양한 종을 보유하는 이점은 사라졌고 심지어 부정적으로 변했습니다. 연구진은 이것이 이 빠르게 성장하는 나무들이 공간을 빠르게 채워 서로를 밀어내고 빛을 두고 치열하게 경쟁하기 때문이라고 설명합니다. 캐노피(수관층)가 닫히고 나면, 더 많은 종을 추가하는 것이 숲의 성장을 돕는 것이 아니라, 나무들이 제한된 자원을 두고 서로 싸우게 만들 뿐입니다. 반면, 침엽수림은 다른 패턴을 보였습니다. 침엽수림의 다양성 혜택은 100년 전후로 정점에 도달했다가 서서히 감소했지만, 결코 부정적으로 변하지는 않았습니다. 주로 성장이 느린 침엽수로 이루어진 이 숲들은 더 오랜 시간 동안 다양성과 탄소 저장 사이의 관계를 더 안정적으로 유지했습니다.

가장 안정적인 결과는 침엽수와 활엽수를 결합한 혼합림에서 나타났습니다. 이러한 군락에서는 다양성의 긍정적인 효과가 어린 묘목부터 성숙한 거목에 이르기까지 숲의 전 생애 동안 일관되고 강력하게 유지되었습니다. 연구진은 이것이 서로 다른 유형의 나무들이 경쟁을 줄이는 방식으로 조화를 이루기 때문이라고 믿습니다. 침엽수와 활서엽수는 서로 다른 형태와 성장 습성을 가지고 있어, 단독으로 존재할 때보다 함께 있을 때 공간과 빛을 더 효율적으로 사용할 수 있게 해줍니다. 이러한 구조적 조화 덕분에 숲은 나이가 들어서도 다양성의 보상을 계속 누릴 수 있었습니다.

연구는 왜 다양성이 숲에 도움이 되거나 해가 되는지에 대한 비밀이 숲이 어떻게 구조를 구축하느냐에 달려 있음을 보여줍니다. 나무가 자라면서 그들은 주변 환경을 변화시킵니다. 나무들이 빠르게 자라 공간을 빠르게 채우면서 형태와 크기의 다양성을 별로 만들어내지 못하는 숲에서는, 다양한 종을 보유하는 이점이 사라집니다. 나무 사이의 경쟁이 너무 치열해져서 다양성의 독특한 이점이 상실되는 것입니다. 하지만 구조가 점진적으로 발달하여 복잡한 층위의 환경을 만들어내는 숲에서는, 다양성의 혜 ích이 훨씬 더 오래 지속될 수 있습니다. 연구진은 숲이 복잡한 구조(즉, 다양한 높이와 형태의 나무들이 풍부한 3차원적 서식지를 만드는 구조)를 발달시킬 때, 다양성의 긍정적인 효과가 지속된다는 것을 발견했습니다. 이러한 복잡성은 서로 다른 종들이 같은 자리에서 다투지 않고 공존할 수 있게 하여, 숲을 수 세기 동안 생산적이고 탄소가 풍부하게 유지해 줍니다.

이 연구는 우리가 숲에 대해 생각하는 방식을 변화시킵니다. 이는 "더 많은 다양성이 항상 더 좋다"는 규칙이 너무 단순하다는 것을 시사합니다. 다양한 종의 가치는 어떤 종류의 나무가 있는지, 그리고 그 숲이 어떻게 자라고 있는지에 달려 있습니다. 빠르게 자라는 활엽수 숲은 젊을 때는 다양성으로부터 큰 도움을 받을 수 있지만, 그 도움은 숲이 성숙함에 따라 사라질 수 있습니다. 그러나 서로 다른 유형의 나무가 섞인 혼합림은 그 도움을 아주 오랫동안 유지할 수 있습니다. 이 연구 결과는 탄소 저장을 극대화하기 위해서 우리가 단순히 아무 나무나 섞어 심어서는 안 되며, 그 나무들이 자라면서 어떻게 상호작용할지, 그리고 그들의 물리적 구조가 어떻게 진화할지를 반드시 고려해야 함을 암시합니다. 숲은 정적인 나무의 집합이 아니라, 가지와 잎의 배치가 다양성이 숲의 기후 변화 대응 능력을 돕느냐 방해하느냐를 결정하는 역동적인 시스템입니다.

연구진은 자신들의 발견이 특정 기후와 수종을 가진 티베트 고원의 자연림에서 나온 것임을 주의 깊게 언급했습니다. 그들이 발견한 패턴은 숲의 성장을 이해하는 강력한 새로운 방법을 제시하지만, 토양 조건이나 인간의 간섭과 같은 다른 요인들도 역할을 한다는 점을 인정합니다. 그들은 탄소가 숲에 추가되는 속도를 측정한 것이 아니라, 특정 시점에 저장된 총량을 측정했습니다. 이러한 한계에도 불구하고, 이 연구는 숲이 왜 다르게 행동하는지에 대한 명확하고 증거에 기반한 틀을 제공합니다. 이 연구는 단순히 다양성이 도움이 되는가라는 질문을 넘어, 언제, 어디서, 그리고 왜 도움이 되는가라는 더 복잡한 질문에 답합니다. 다양성을 숲의 물리적 구조와 연결함으로써, 이 연구는 탄소가 풍다한 숲을 만드는 열쇠가 다양한 종이 오랜 시간 동안 함께 번영할 수 있는 복잡하고 층위가 있는 구조를 육성하는 데 있다는 것을 제안하며, 미래의 숲이 탄소를 어떻게 저장할지 예측하는 로드맵을 제공합니다.