기후변화 민감 반응 육상생태계 생물계절변화
이상훈 국립생태원 기후변화팀장 "심상치 않아"
반세기 겨울기온 상승 개엽, 개화 3.8일 빨라
봄철 기온변화 우리 텃새 산란시기 많은 영향
지구온난화 생태계 순환 먹이그물 불일치 연관

지구온난화 생태계 순환 먹이그물 불일치 연관

김영민 기자 | news@ecoday.kr | 입력 2019-12-26 09:18:08
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[환경데일리 김영민 기자]생물계절은 개화나 낙엽, 철새의 이동 등 식물이나 동물에서 계절적으로 나타나는 현상이며, 대상이 되는 생물에 따라 식물계절과 동물계절로 나뉜다.

지구온난화와 같이 생물이 생존에 적절하지 않은 생육환경에 놓였을 경우 생물은 생물계절의 변화, 서식분포의 변화, 그리고 형태적 변화나 유전자의 변화 등 다양한 수단으로 환경에 적응하기 위해 노력 한다. 이러한 상황에서 생물계절의 변화는 초기에 나타나며 변화를 파악하기 쉽고 상대적으로 관측하기 쉽기 때문에 생태계의 변화를 파악하기 위한 중요한 지표이다.

예를 들어 식물계절(발아, 낙엽, 성장기간 등)의 변화는 광합성을 통해 탄소·물의 순환에 영향을 미치며, 식물의 생장속도 변화나 생물종간의 상호관계 변화를 거쳐 생물종의 개체수나 서식 분포변화에 영향을 끼친다. 지구온난화가 생태계에 현저하게 영향을 끼칠 경우 생물종의 절멸리스크 증가 뿐만아니라 최종적으로는 생물다양성 감소나 생태계 서비스 저하를 일으킬 가능성이 있다.

생물계절에 관한 주요 연구대상 은 생물종의 시간적 변화나 지리적 경향, 그리고 기상·기후와의 관련성 등이 있다. 지구온난화에 따른 생물계절 영향을 살펴보면 생물계절의 단시간 변화뿐만 아니라 장기간에 걸친 변화를 대상으로 경향을 조사하는 것이 중요하다.  

 
한반도 생물계절에서의 기후변화는 겨울기온의 상승 혹은 짧아진 겨울에 의해 수목의 동아파열, 개엽과 개화 시기가 앞당겨지는 것이다. 이러한 현상은 유럽과 북미에서도 지난 반세기 동안 겨울기온의 상승으로 동아파열, 개엽, 개화시기가 평균 10년동안 1.2일에서 3.8일정도 빨라졌다.

특히 80년대 후반부터 개엽 이후 낙엽까지 생장기간이 11일이나 연장됐다(Menzel & Fabian, 1999). 많은 종들이 기후 변화의 결과로 생물계절 변화를 겪고 있는 것으로 보이며(Sparks & Carey, 1995; Crick et al., 1997; Menzel & Fabian, 1999; Roy & Sparks, 2000; Stefanescu et al., 2003, Hodgson et al., 2011), 생물계절 변화는 종이 기후변화에 반응하고 있다는 모든 증거의 많은 부분을 차지한다(Walther et al., 2002; IPCC, 2007; Hodgson et al., 2011).

그러나 이러한 변화를 이해하고 예측하는 것은 어려운 과제다(Visser, 2008; Hodgson et al., 2011). 곤충의 경우 식물을 먹이원으로 하며, 상위포식자인 새들에게는 먹이자원으로, 생태계 내에 생산자와 상위포식자를 연결하는 중간단계 역할을 담당한다.

▲타임랩스카메라를 이용한 점봉산 신갈나 무군락(위)과 완도수목원 붉가시나무군락 (아래)의 계절변화 영상


조류의 경우 생활사에서 기온은 많은 영향을 끼치며(Smith & Smith, 2006), 특히 번식시기는 기온과 밀접한 연관이 있고, 조류의 분포에도 영향을 줄 수 있는 요인 중의 하나로 번식기 동안의 기온 차이가 보고됐다(Leech & Crick, 2007).

동물계절 변화 연구는 곤충이나 조류 등을 대상으로 해 대부분 연구가 진행되고 있으며, 곤충의 경우 기온변화에 민감하게 반응하므로 봄철의 출현시기, 생물량의 변화 등를 대상으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 조류의 경우는 봄철의 산란, 부하, 이소시기 및 여름철새의 도래시기 등을 대상으로 연구가 이뤄지고 있다.


현재 인공새집을 이용해 우리나라 텃새인 박새와 곤줄박이를 대상으로 연구를 진행하고 있다. 예전에 인공새집 연구시 사다리를 가지고 다니며 조사를 했지만, 이럴 경우 인위적인 간섭이 많아 영향을 줄 수 있으므로 최근 내시경카메라를 이용 조사를 하고 사진촬영을 해 기록으로 남긴다.

▲점봉산 신갈나무군락(위)과 완도수목원 붉가시나무군락(아래)의 생물계절 변화 (GCC=G/(R+G+B)) 

식물계절 변화를 연구하기 위해, 이전까지는 특정 수종의 개체를 정해놓고 조사자가 직접 현장에 가서 조사하는 방법을 통해 연구를 진행했으나, 최근에 디지털카메라 보급과 통신발달로 인해 타임랩스카메라를 이용 정해 진 장소를 지속적으로 촬영하고 촬영된 사진은 인터넷 통신을 이용해 사무실에서 직접 받아서 식물계절 변화를 분석하는 방법이 해외에서 널리 사용되고 있다.


또한 대상지역 선정시 이전에는 단일 식생군락을 많이 선정 조사 분석했는 데 최근에는 신갈나무군락이라 하더라도 그 군락 내에 상반되는 소나무 등의 침엽수가 분포하는 군락을 선정한 지역에서 많은 분석이 가능하도록 대상지역을 선정하고 있다.

▲내시경 카메라를 이용한 인공 새집 촬영 영상 (Images of artificial birdhouses using an endoscopic camera)

두 지역은 남북으로 약 400km 정도 떨어져있어 계절적 차이가 명확하게 나타나고 있다. 그리고 타임 랩스카메라에 촬영된 영상은 RGB값을 이용 식물의 계절적 변화를 그래프로 분석하고 있다. 최근에 단순하게 RGB값중에 G값만 사용하는 것이 아니라 GCC값을 추출해 식물계절 변화를 분석한다.


2018년 점봉산 의 신갈나무군락과 완도수목원의 붉가시나무군락의 계절적 변화를 GCC값을 추출해 그래프로 나타내고 있다.


두지역 모두 식물계절 변화가 명확히 나타나고 있으며, 특히 가을철 점봉산의 신갈나무가 완도수목원의 졸참나무에 비해 낙옆이 빨리 지는 것이 확실히 나타나고 있다. 이러한 식물계절 변화와 기온 등의 기후인자를 이용해 기후변화에 따른 식물계절이 어떻게 영향을 받는지를 명확히 파악할 수 있다.

봄철 조류의 생물계절을 연구할 경우 둥지형성부터 산란시기, 포란시기, 육추, 이소시기 등을 대상으로 연구를 진행한다. 이렇게 조사된 자료를 바탕으로 기온 등의 기후인자와 비교해 기후변화로 인해 얼마나 영향을 받는지 분석한다.

▲충청남도 서천지역의 박새와 곤줄박이를 대상으로 지난 3년간의 첫 산란일, 첫 부하일, 포란기간, 번식 성공률을 나타내고 있다.

2019년 경우 첫 산란이 시작되는 3월에 평년보다 기온이 낮아 2018년에 비해 열흘 이상 산란일이 늦었으며 첫 부화일 또한 열흘 정도 늦어졌다. 이처럼 봄철의 기온변화는 우리나라 텃새의 산란시기에 많은 영향을 끼친다.  
 
기후변화로 인해 생태계는 다양한 영향들이 나타나고 있다. 아고산 지역의 구상나무 쇠퇴뿐만 아니라 산림생태계의 물질순환, 담수 생태계의 수질 및 플랑크톤의 변화, 기수생태계의 갯벌 및 염생식물의 영향에 이르기까지 다양한 분야에서 그 영향들이 나타나며 지구온난화가 진행됨에 따라 영향도 점점 커지고 있다(이상훈 외, 2018).


특히 앞에서 언급한 바와 같이 지구온난화로 인한 생물계절의 변화는 단순히 계절적인 현상이 앞당겨지는 것뿐만 아니라 이러한 현상들은 생태계 순환의 먹이그물 불일치에도 밀접하게 연관돼 있다.

봄철의 지구온난화 및 극한기상현상은 생산자와 소비자 간의 순환의 고리가 완전히 파괴돼 생태계에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.


하지만 아직 이러한 연구는 간헐적으로 이뤄지고 있지만 지속적으로 연구가 진행되고 있지 않 은 것이 현실이다. 기후변화로 인한 생태계의 조사와 연구는 지속해서 꾸준하게 이뤄져야 그 영향을 확실히 파악할 수 있음에도 불구하고 아직 많이 부족한 상태다.


또한 기후변화로 인한 생태계 영향은 국민들의 피부에 바로 와 닿는 현상이 아니라 인식이 많이 부족하다. 하지만 우리 인류는 생태계 없이는 살 수가 없다. 현재의 기후변화 영향은 자연적인 변화보다 우리 인간이 초래한 영향이 훨씬 크므로 우리가 책임지고 기후변화 완화 및 생태계를 지키기 위해 노력해야 한다.


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