Divergent rainfall delivery, runoff response, and retained-material composition across contrasting Andean coffee systems

콜롬비아 안데스 산맥의 가파르고 안개 자욱한 경사지에서 커피 농부들은 종종 다른 나무들의 덮개 아래에 작물을 심곤 한다. 농업 임업(agroforestry)이라 불리는 이 관행은 더 시원한 미기후를 조성하고, 토양을 보호하며, 생물 다양성을 지원한다는 점에서 널리 찬사를 받는다. 이러한 차광 시스템의 핵심적인 약속은 이들이 거대한 스펀지 역할을 하여, 폭우를 흡수하고 물이 파괴적인 유출수가 되어 언덕 아래로 급격히 흘러내리는 것을 방지한다는 것이다. 논리는 매우 단순해 보인다. 나무가 많을수록 비를 받아낼 잎이 더 많아지므로, 이는 지면에 닿는 물을 줄이고 물이 흘러가는 것을 줄여줄 것이라는 생각이다. 그러나 상층부의 캐노피와 그 아래의 토양 사이의 관계는 결코 그렇게 단순하지 않다. 비는 균일하게 내리지 않는다. 잎에 가로막히거나, 가지를 따라 깔때기처럼 모이거나, 특정 지점에서 뚝뚝 떨어지며, 숲 바닥에 젖은 곳과 마른 곳이 뒤섞인 조각보 같은 상태를 만든다. 이러한 시스템이 실제로 어떻게 땅을 보호하는지 진정으로 이해하기 위해서, 과학자들은 비가 실제로 토양에 도달하는 양과 물이 도착했을 때 토양이 어떻게 반응하는지를 구분해야 한다. 만약 차광된 구역에서 유출수가 적게 나타난다면, 그것은 나무가 물을 더 잘 조절하고 있기 때문인가, 아니면 단순히 나무가 물이 땅에 닿기도 전에 대부분을 잡아버렸기 때문인가?

연구팀은 경사가 최대 52퍼센트에 달하는 언덕에서 커피가 재배되는 콜롬비아 안티오키아 주의 산타 리타 지역에서 이러한 층위들을 밝혀내기 위해 연구를 시작했다. 그들은 우기 동안 21주 동안 세 가지 서로 다른 유형의 커피 배치 방식을 모니터링했다. 첫 번째는 머리 위의 나무가 없는 상태로 자라는 노지 커피(open-sun coffee)였다. 두 번째는 넓고 커다란 잎을 가진 플랜틴(plantain) 식물과 함께 심어진 커피였다. 세 번째는 조밀하고 다층적인 캐노피를 형성하는 아보카도 나무로 차광된 커피였다. 연구원들은 각 구역 내에 떨어지는 모든 물방울과 표면을 타고 흘러나오는 유출수를 포집하기 위해 작은 격리형 구획을 설치했다. 또한 유출수에 실려 온 고체 물질을 수집하여, 그것이 부패하는 잎과 같은 유기물인지 아니며 광물질 토양인지를 분류하여 조사했다.

결과는 공중에서 일어나는 일과 지면에서 일어나는 일 사이의 놀라운 괴리를 드러냈다. 상부의 나무와 식물들은 실제로 엄청난 양의 비를 차단했다. 노지 커피 구역에서는 해당 지역에 내린 전체 강우량의 거의 88퍼센트가 토양에 도달했다. 반면, 아보카도 나무 아래의 커피는 약 40퍼센트의 비만을 받았고, 플랜틴이 있는 커피는 약 47퍼센트를 받았다. 식생이 토양에 닿기도 전에 절반 이상의 물을 효과적으로 차단하거나 방향을 돌려버린 것이다. 결과적으로, 차광된 구역에서 흘러나오는 총 유출수의 양은 절대적인 관점에서 볼 때 더 적었는데, 이는 애초에 도착한 물 자체가 적었기 때문이다.

그러나 연구원들이 토양 표면이 받은 물을 얼마나 효율적으로 유출수로 전환하는지를 살펴보았을 때, 이야기는 달라졌다. 가장 많은 비를 받은 노지 커피 구역이 오히려 받은 물의 비율 중 가장 작은 부분을 유출수로 전환했다. 차광된 구역은 훨씬 적은 양의 물을 받았음에도 불구하고, 자신에게 도달한 국지적 강우의 더 높은 비율을 흐르는 물로 전환했다. 이는 나무의 존재가 토양 표면이 물을 흡수하는 능력을 반드시 개선하지는 않는다는 것을 시사한다. 사실, 나무 아래의 토양은 그곳에 도달한 물의 더 높은 분율을 배출하는 것처럼 보였다. 따라서 차광 시스템에서 나타난 더 낮은 총 유출수는 지면이 물을 더 잘 보유하는 데서 기인한 것이 아니라, 캐노피가 필터 역할을 했기 때문에 나타난 결과였다.

유출수에 의해 씻겨 내려간 물질의 구성은 현상에 대한 세 번째 독립적인 단서를 제공했다. 아보카도 차광 구역에서 흘러나온 물은 낙엽이나 부패하는 식물성 물질으로 구성된 것으로 보이는 유기물을 전체 질량의 거의 60퍼센트까지 운반했다. 반면, 플랜틴 구역은 거의 50퍼센트에 달하는 광물질 토양을 운반하여, 그곳의 물이 맨 땅이나 광물 응집체를 줍는 데 더 효과적이었음을 시사했다. 노지 구역은 그 중간 어디쯤에 위치했다. 즉, 씻겨 내려가는 물질의 유형은 흐르는 물의 양을 따르지 않았다. 물이 가장 많은 시스템이 반드시 가장 많은 토양을 운반하는 것도 아니었고, 물이 가장 적은 시스템이 반드시 가장 적은 토양을 운반하는 것도 아니었다.

이러한 발견은 단순히 차광된 커피 농장에서 유출수가 적게 관찰되는 것을 보고 그 시스템이 물을 더 잘 조절하고 있다고 가정하는 일반적인 통념에 도전한다. 연구는 더 적은 유출수가 나무가 비를 잡아낸 결과일 수 있으며, 이것이 반드시 토양 성능의 향상을 의미하는 것은 아님을 보여준다. 나아가, 유실되는 토양의 성질—유기물이 풍부한지 혹은 광물질 토양이 무거운지—은 흐르는 물의 양과 직접적으로 연결되지 않은 요인들에 달려 있다. 산악 농장의 건강성을 제대로 평가하기 위해서, 과학자와 농부들은 단순히 현장을 떠나는 총 수량만을 바라봐서는 안 된다. 그들은 실제로 지면에 도달하는 비가 얼마나 되는지, 토양 표면이 그 특정한 양의 물에 어떻게 반응하는지, 그리고 어떤 종류의 물질이 운반되고 있는지를 측정해야 한다. 이러한 서로 다른 단계들을 분리해서 살펴볼 때만이, 우리는 나무가 진정으로 땅을 보호하고 있는 것인지, 아니면 단지 물이 떨어지는 방식만을 바꾸고 있는 것인지를 이해할 수 있다.