Biochar in native Brazilian tree seedling production: growth responses to substrate replacement
브라질의 한 묘목 실험은 고품질 기질에 전정 폐기물 바이오차를 5~10% 혼합하는 것은 다섯 가지 자생 수종의 성장을 유의미하게 저해하지 않는 반면, 50% 대체율은 종 및 투입량에 따라 의존적인 방식으로 발달에 부정적인 영향을 미친다는 것을 입증했다.
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숲을 복원하는 것은 시간과의 싸움이자 비용과의 싸움입니다. 전 세계의 퇴화한 토지를 치유하기 위해 과학자들과 보존 활동가들에게는 묘목장에서 길러져 땅에 심길 준비가 된 수백만 그루의 건강한 나무 묘목이 필요합니다. 이 어린 나무들의 품질은 그들이 자라는 토양 혼합물, 즉 흔히 배양토라고 불리는 물질에 크게 좌우됩니다. 수십 년 동안 가장 좋은 혼합물은 고대의 습지에서 채취한 재료인 이탄토(peat moss)에 의존해 왔으나, 이는 효과적이지만 추출하는 데 환경적 비용이 많이 듭니다. 세계가 더 푸른 자연 재건 방법을 찾는 가운데, 연구자들은 바이오차(biochar)로 눈을 돌렸습니다. 이것은 나무 전지 작업물과 같은 식물 폐기물을 저산소 환경에서 태워 만든 숯과 같은 물질입니다. 바이och는 물과 영양분을 머금고 있을 수 있는 미세한 구멍들로 가득 차 있으며, 탄소가 풍부한 식물로 만들어졌기 때문에 탄소를 대기 중에서 격리하는 데 도움을 줍니다. 숲 복원가들에게 주어진 큰 질문은 간단합니다. 나무에 해를 끼치지 않으면서 비싼 이탄토를 대체하기 위해 이 바이오차를 묘목 토양에 섞을 수 있을 것인가 하는 점입니다. 만약 가능하다면, 우리는 지구를 돕는 동시에 더 적은 비용으로 더 많은 나무를 기를 수 있을 것입니다.
브라질 상파울루주의 한 묘목장에서 연구팀은 대규모 복원 프로젝트에 사용되는 다섯 가지 서로 다른 자생 수종을 대상으로 답을 찾기 위한 연구를 시작했습니다. 그들은 묘목이 성장에 어려움을 겪기 전까지 바이오차를 얼마나 많이 토양 혼합물에 교체하여 넣을 수 있는지 정확히 알고 싶었습니다. 연구팀은 전문 묘목장에서 이미 성공적으로 사용되고 있는 고품질 상업용 토양을 가져와 전지 폐기물로 만든 바이오차를 섞었습니다. 그들은 여섯 가지 서로 다른 토양 배치를 만들었습니다. 하나는 바이오차가 전혀 들어있지 않은 표준 혼합물로, 대조군 역할을 합니다. 나머지 다섯 가지 배치에는 부피 기준으로 증가하는 양의 바이오차가 섞였습니다: 5%, 10%, 20%, 35%, 그리고 마지막으로 매우 많은 양인 50%입니다. 그들은 총 750그루의 묘목을 심었으며, 각 토양 유형마다 다섯 종의 수종을 각각 125그루씩 심고 브라질의 자연 햇빛 아래에서 150일 동안 성장을 관찰했습니다.
결과는 명확하면서도 신중한 방향을 제시했습니다. 처음 몇 달 동안, 5%와 10%의 바이오차가 섞인 혼합물 속의 묘목들은 바이오차가 없는 표준 토양 속의 묘목들과 똑같이 건강해 보였고, 키와 굵기도 똑같이 자랐습니다. 이들의 높이, 줄기 굵기, 그리고 잎과 뿌리에 축적된 건조 중량에서 감지할 수 있는 차이는 없었습니다. 이는 상업용 토양의 일부를 바이오차로 교체하는 것이 안전하며 어린 나무에 해를 끼치지 않는다는 것을 시사합니다. 그러나 연구진이 더 높은 함량의 바이오차를 포함한 혼합물을 살펴보았을 때 이야기는 달라졌습니다. 토양에 50%의 바이오차가 포함되었을 때, 대부분의 종의 묘목들은 명확한 스트레스 징후를 보이기 시작했습니다. 그들은 대조군에 비해 키가 작아지고 줄기가 가늘어졌으며, 전체 생물량(biomass)도 적게 생성되었습니다. 50% 혼합물의 나무들은 가벼운 비율의 혼합물에 있는 나무들만큼 활기차지 못했습니다.
연구진은 또한 식물의 잎과 뿌리에 있는 영양분을 분석하여 식물 내부에서 어떤 일이 일어나고 있는지 측정했습니다. 그들은 50% 바이오차 토양 속의 묘목들이 질소, 인, 칼륨과 같은 필수 영양소 수치가 낮다는 것을 발견했습니다. 바이오차가 토양 부피의 절반을 차지하게 되면, 식물이 이용할 수 있는 영양소의 농도를 희석시켜 식물이 빠르게 성장하는 데 필요한 영양분을 사실상 굶기는 것으로 보입니다. 이 효과는 모든 나무에게 동일하게 나타나지는 않았습니다; 일부 종은 높은 농도에 더 민감했습니다. 하지만 일반적인 경향은 명확했습니다: 과도한 바이오차는 성장에 나쁜 소식이었습니다. 연구팀은 50% 혼합물이 또한 토양의 화학적 균형을 변화시켜, 식물이 남아있는 적은 양의 영양소를 흡수하는 것을 더 어렵게 만들 수 있는 수준으로 pH를 높였다는 점에 주목했습니다.
이 연구의 가장 중요한 시사점 중 하나는 바이오차에 있어 "많을수록 좋다"는 개념이 적용되지 않는다는 것입니다. 바이오차가 지속 가능성을 위한 유망한 도구이긴 하지만, 본 연구는 묘목장에서 작물에 해를 끼치지 않고 사용할 수 있는 양에 한계가 있음을 보여줍니다. 연구진은 최적의 지점이 낮은 범위, 구체적으로는 10% 이하의 대체율 사이에 있다는 것을 발견했습니다. 이 수준에서 바이오차는 성장을 저해하지 않았으며, 묘목들은 현장에 심어질 수 있을 만큼 충분히 튼튼했습니다. 연구는 바이오차가 표준 토양보다 나무를 더 잘 자라게 만든다는 것을 찾아낸 것이 아니라, 단지 적은 양은 해를 끼치지 않고 대체제로 사용될 수 있다는 것을 찾아낸 것입니다. 이는 복원의 경제학 측면에서 중요한 발견인데, 왜냐하면 적절한 혼합 비율만 유지한다면 수입 이탄토에 대한 의존도를 줄이기 위해 지역의 식물 폐기물을 사용하는 길을 열어주기 때문입니다.
실험은 정기적인 관수와 고품질의 기본 토양을 갖춘 이상적인 묘목장 조건에서 수행되었으므로, 결과는 더 척박한 환경이나 질이 낮은 토양에서는 다르게 나타날 수 있습니다. 연구진은 또한 이 묘목들이 야생에 심어졌을 때 더 잘 생존할지 여부를 테스트하지 않았으며, 바이오차 자체의 장기적인 탄소 혜cm 이익을 측정하지도 않았다는 점을 언급했습니다. 그러나 그들이 증명한 것은, 이 특정 자생 수종들에 대해 적당한 양의 바이오차가 실행 가능한 옵션이라는 점입니다. 이는 나무 전지 작업의 폐기물이 다음 세대의 나무를 기르는 자원이 되는, 더 순환적인 임업 경제를 향한 실질적인 단계입니다. 이 연구는 바이오차가 잠재력을 가지고 있지만, 반드시 정밀하게 사용되어야 하며, 무제한적인 양으로 작동하는 마법의 탄환이라고 가정해서는 안 된다는 것을 확인시켜 줍니다.
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