Buffalo Grazing Effects on the Physical–Mechanical Quality and Load-Bearing Capacity of Hydromorphic Riparian Soils in the Brazilian Atlantic Forest​

브라질 대서양림의 저지대 계곡, 땅이 자연적으로 젖어 있고 토양이 종종 포화 상태에 가까운 곳에서는 지표면의 건강을 둘러싼 조용한 전쟁이 벌어지고 있다. 이것은 무기를 통한 전쟁이 아니라 무게와 물의 전쟁이다. 이 범람원의 토양은 수문형(hydromorphic)인데, 이는 물의 존재에 의해 형성되었음을 의미하며, 이로 인해 토양은 부드럽고 쉽게 압축된다. 무거운 동물들이 이 축축한 땅 위를 걸을 때, 그들의 발굽은 땅을 눌러 토양 속의 작은 공기 주머니들을 짜내고 입자들을 더 밀도 있게 채워 넣는다. 압축이라고 알려진 이 과정은 스펀지처럼 숨 쉬는 땅을 딱딱하고 밀도가 높은 판으로 변화시킨다. 그곳에서 자라는 식물들에게 이것은 재앙이다. 뿌리가 단단해진 토양을 뚫고 나갈 수 없으며, 물이 스며들지 못해 유출과 침식이 발생하기 때문이다. 농부들과 생태학자들은 이 민감한 습지에 대규모 가축 떼를 기르는 것이 생태계의 근간 자체를 파괴할 수 있다고 오랫동안 우려해 왔지만, 정확히 어느 정도의 피해가 발생하는지, 그리고 수분 함량이 결과에 어떻게 영향을 미치는지 정밀하게 파악하는 것은 어려웠다.

상파울루 주립대학교의 연구진은 리베이라 계곡의 버팔로 사육을 조사함으로써 이 구체적인 문제를 탐구하기로 결정했다. 버팔로는 보통 400에서 800킬로그램 사이의 무게를 가진 거대한 동물이며, 그 엄청난 크기는 그들 발밑의 지면에 상당한 압력을 가한다는 것을 의미한다. 연구팀은 이러한 가축 떼를 관리하는 서로 다른 방식이 토양의 물리적 강도와 안정성에 어떤 영향을 미치는지 이해하고자 했다. 그들은 이 지역에서 흔하며 배수가 잘 되지 않는 것으로 알려진 디스트릭 글레이솔(Dystric Gleysol)이라는 특정 유형의 토양에 집중했다. 명확한 그림을 얻기 위해, 그들은 단일 농장에서 네 가지 시나리오를 비교했다: 한 번도 방목되지 않은 손대지 않은 천연림, 30년 동안 가볍게 방목된 구역, 20년 동안 집중적으로 방목된 구역, 그리고 불과 1년 동안 집중 방목지로 전환된 최근의 구역이다. 과학자들은 동물의 발굽이 타격하는 상층부와 그 바로 아래 층의 두 가지 깊이에서 토양을 테스트함으로써, 동물의 스트레스가 지면을 통해 어떻게 전달되는지 확인할 수 있었다.

연구진은 단순히 외부에서만 토양을 관찰한 것이 아니라, 기계적 한계를 테스트하기 위해 샘플을 실험실로 가져갔다. 그들은 지면이 얼마나 압축되었는지를 보여주는 테스트인, 금속 프로브를 토양 속으로 밀어 넣는 데 드는 힘을 측정했다. 이 작업은 우기를 모사하여 토양이 매우 젖어 있을 때와 더 건조할 때라는 두 가지 조건 하에 수행되었다. 또한 그들은 토양 샘플을 기계로 눌러 지면이 영구적으로 변형되기 전까지 얼마나 많은 무게를 견딜 수 있는지 보는 압축 테스트를 실시했다. 이 "하중 지지 능력"은 토양이 다시 튀어 오르는 것을 멈추고 으깨지기 시작하는 지점을 알려준다. 마지막으로, 비가 내릴 때 토양이 얼마나 쉽게 씻겨 내려갈지를 나타내는 성질인 침식성을 계산했다. 이 수치들을 실질적으로 만들기 위해, 그들은 심지어 사진을 사용하여 버팔로가 진흙에 남긴 실제 발자국을 측정함으로써 발굽과 지면 사이의 정확한 접촉 면적을 계산했고, 이를 통해 각 동물이 지면에 가하는 정확한 압력을 결정할 수 있었다.

결과는 물과 무게가 어떻게 상호작용하는지에 대한 명확하고 우려스러운 그림을 그려냈다. 연구는 토양 속의 수분량이 토양의 강도를 제어하는 가장 중요한 요인임을 발견했다. 토양이 젖어 있을 때, 토양은 훨씬 더 부드러워졌고 더 많은 무게를 지탱할 수 없었다. 토양이 마르면 훨씬 더 단단해지고 침투에 대한 저항력이 높아졌다. 그러나 토지의 이력 또한 그만큼 중요했다. 가축에 의해 한 번도 밟히지 않은 천연 식생의 토양은 가장 강하고 탄력적이었으며, 젖어 있을 때도 구조를 잘 유지했다. 반면, 20년 동안 집중 방목된 토양은 가장 심각한 퇴화를 보였다. 이러한 장기적인 방목은 토양을 매우 취약하게 만들어, 특히 시간이 흐름에 따라 손상이 축적된 깊은 층에서 비가 올 때 훨씬 더 쉽게 씻겨 내려가도록 만들었다.

아마도 가장 놀라운 발견은 서로 다른 방목 시스템이 수분에 어떻게 반응하는가 하는 점이었다. 천연 식생 아래의 토양은 높은 하중 지지 능력을 유지하며 안정적인 기반 역할을 했다. 동물이 존재하지만 과밀하지 않은 반-집약적 방목 시스템은 중간 단계의 안정성을 보여주었다. 하지만 집약적 방목 시스템, 특히 20년 동안 사용된 시스템은 수분 함량의 변화에 극도로 민감했다. 토양이 젖어 있을 때, 이 구역들은 구조적 무결성을 거의 완전히 상실하여 부드러워지고 영구적인 손상에 취약해졌다. 연구진은 집중적으로 방목된 구역의 토양이 젖었을 때 동물의 발굽에 대해 매우 적은 저항만을 제공하여, 지면이 더 부드러워지고 동물이 더 깊이 빠져드는 악순환을 만든다는 것을 관찰했다. 연구는 최근에 전환된 방목지가 이미 스트레스의 징후를 보이고 있다는 점에도 주목했는데, 이는 숲이 제거되고 동물이 도입된 직후부터 손상이 시작됨을 시사한다.

연구팀은 무거운 버팔로와 수문형 토양의 결합이 환경 퇴화를 위한 완벽한 폭풍을 만든다는 결론을 내렸다. 동물의 엄청난 무게는 배수가 잘 되지 않는 이 범람원 토양과 결합하여, 건조한 환경보다 훨씬 더 빠르게 압축 과정을 가속화한다. 연구는 이 습지에 대규모 가축 떼를 기르는 전통적인 관행이 세심한 관리 없이는 지속 불가능하다고 제안한다. 데이터는 이 수변 생태계의 건강을 보존하기 위해서 농부들이 토양이 포화 상태에 가까울 때 동물을 방목하는 것을 피해야 함을 나타낸다. 땅에 허용되는 동물의 수를 조절하고 지면이 회복할 시간을 주기 위해 위치를 순환시키는 방식으로 압력을 줄이는 것이 가능하다. 이 연구는 버팔로 사육이 이 지역의 중요한 경제 활동이지만, 지면이 가축과 그곳에 의존하는 숲을 모두 지탱할 수 있을 만큼 충분히 강하게 유지되도록 젖은 땅의 물리적 한계에 대한 깊은 존중과 균형을 이루어야 한다는 점을 확인시켜 준다.