Comparative effects of natural forest coffee and coffee-based agroforestry systems on biomass and soil carbon stocks in the Yayu Coffee Forest Biosphere Reserve, Southwest Ethiopia

기술 요약: 천연림 커피와 커피 기반 농림업 시스템이 바이오매스 및 토양 탄소 저장량에 미치는 비교 효과

문제 제기
글로벌 기후 변화 완화는 특히 농업, 임업 및 기타 토지 이용(AFOLU) 부문 내에서 지상 생태계의 탄소 격리 능력을 강화하는 데 크게 의존하고 있다. 커피 기반 농림업 시스템(CAFSs)은 탄소를 저장할 수 있는 잠재력이 있는 것으로 인식되고 있으나, 에티오피아의 다양한 커피 생산 체계 전반에 걸친 바이오매스 및 토양 유기 탄소(SOC) 저장량에 관한 정량적 데이터는 여전히 제한적이다. 기존 연구들은 주로 지상 바이오매스나 얕은 토양층(통상 30cm 미만)에 집중해 왔으며, 상당한 탄소 저장이 일어나는 더 깊은 토양 층위는 간과해 왔다. 더욱이, 야유 커피 숲 생물권 보전지역(YCFBR)의 세 가지 주요 커피 관리 체계인 천연림 커피(NFC), 반산림 커피(SFC), 홈가든 커피(HGC)를 표준화된 방법으로 평가하는 비교 연구가 부족한 실정이다. 이러한 지식의 공백은 기후 스마트 경관 관리 및 탄소 금융 메커니즘을 위한 근거 기반 전략 개발을 저해한다.

연구 방법론
본 연구는 에티오피아 남서부 YCFBR에서 90개 플롯(각 체계당 30개)을 대상으로 층화 추출 설계를 활용하여 수행되었다. 비교된 세 가지 시스템은 다음과 같다:

• 천연림 커피 (NFC): 자연적으로 발생하는 커피가 존재하며 인간의 개입이 최소화된, 비교적 훼손되지 않은 숲.
• 반산림 커피 (SFC): 커피 생산을 높이기 위해 캐노피와 하층 식생을 선택적으로 솎아내는 중간 단계의 관리가 포함된 시스템으로, 숲의 구조를 유지함.
• 홈가든 커피 (HGC): 다양한 종, 빈번한 전정, 제초 및 높은 인간의 영향이 특징인 가옥 근처의 집약적 관리 시스템.

데이터 수집 및 분석:

• 바이오매스 평가: 20m × 20m 플롯에서 목본 식물(DBH ≥ 2.5 cm)과 커피 관목을 조사하였다. 커피 줄기 직경은 40cm 높이에서 측정하였다. 지상 바이오매스(AGB)는 산림 시스템의 경우 Chave 등(2014)의 범열대 알로메트릭 모델을, 홈가든의 경우 Kuyah 등(2012)의 모델을 사용하여 추정하였다. 지하 바이오매스(BGB)는 일반 방정식을 사용하여 계산하였다(Kuyah et al., 2012b). 낙엽 바이고매스는 부분 표본 추출을 통해 추정하였다. 탄소 분율은 0.47을 적용하였다.
• 토양 샘로: 수직 탄소 분포를 평가하기 위해 세 가지 깊이(0–30 cm, 30–60 cm, 60–100 cm)에서 복합 토양 시료를 채취하였다. 용적 밀도와 SOC 함량(Walkley-Black법 사용)을 측정하였다.
• 통계 분석: 세 시스템 간의 탄소 저장량을 비교하기 위해 일원 분산 분석(One-way ANOVA)과 Tukey의 HSD 사후 검정을 사용하였다.

주요 결과

• 바이오매스 탄소 저장량: 총 바이오매스 탄소는 HGC(33.2 Mg ha⁻¹)에 비해 NFC(61.9 Mg ha⁻¹)와 SFC(57.7 Mg ha⁻¹)에서 유의하게 높았다. NFC와 SFC 사이에는 유의미한 차이가 발견되지 않았다. 그늘 나무가 바이오매스 탄소를 주도하였으며, 전체의 83–87%를 차지했다. 반면 커피 식물과 낙엽의 기여도는 미미했다.
• 토양 유기 탄소(SOC) 저장량: 모든 시스템에서 토양 깊이가 깊어질수록 SOC는 감소하였다. 총 SOC 저장량(0–100 cm)은 SFC(259.7 Mg ha⁻¹)와 NFC(253.4 Mg ha⁻¹) 사이에는 유사했으나, HGC(211.5 Mg ha⁻¹)에서는 유의하게 낮았다.
• 생태계 탄소 저장량: 총 생태계 탄소(바이오매스 + SOC)는 SFC(317.4 Mg ha⁻¹)와 NFC(315.3 Mg ha⁻¹)에서 가장 높았으며, HGC(244.7 Mg ha⁻¹)를 유의하게 상회하였다.
• 탄소 풀 분포: SOC가 생태계 탄소의 지배적인 풀이었으며, 모든 시스템에서 총 생태계 탄소의 약 85%를 차지하였다.
• 모델 비교: HGC에 대해 Chave 등(2014)과 Kuyah 등(2012)의 모델로부터 도출된 바이오매스 추정치는 유의미한 차이가 없었으며, 이는 두 모델 모두 이 맥락에서 활용 가능하다는 것을 시사한다. 다만, 목재 밀도와 높이를 포함하는 Chave 등의 모델이 습윤 열대 우림에 더 적합하다.

의의 및 주장
본 연구는 관리 강도가 커피 경관의 탄소 저장량을 결정하는 핵심 요소라고 결론짓는다. NFC와 SFC 간의 유사한 탄소 저장량은 적절한 관리(SFC)가 생산을 지원하면서도 자연림과 유사한 생태계 탄소 수준을 유지할 수 있음을 나타낸다. 반대로, HGC에서 나타난 현저히 낮은 저장량은 캐노피 개방, 그늘 나무 제거, 빈번한 제초 및 낙엽 제거로 인해 유기물 투입이 감소하고 분해가 가속화되었기 때문이다.

저자들은 천연 그늘 나무를 보존하고 토양 교란을 최소 최소화하는 것이 탄소 저장량을 유지하고 기후 변화 완화를 강화하는 데 필수적이라고 주장한다. HGC 시스템은 탄소를 적게 저장하지만, 가계 생계와 식량 안보에 여전히 매우 중요하므로, 본 연구는 이 시스템의 사회경제적 이익을 해치지 않으면서도 격리 잠재력을 높이기 위해 그늘 나무 통합을 개선할 것을 제안한다. 이러한 결과는 지속 가능한 커피 관리, 생물 다양성 보전, 그리고 에티오피아의 기후 회복력 있는 녹색 경제 전략 내에서의 REDD+ 및 생태계 서비스 지불제(PES)와 같은 탄소 금융 메커니즘 개발을 뒷받침하는 과학적 근거를 제공한다.