기후변화가 심화되면서 생태계 물 사용 효율성(WUE)에 대한 관심이 커지는 가운데 토양 수분이 식물 탄소 흡수를 늘리면 물 공급은 줄어드는 문제가 심각해질 수 있다는 분석이 나왔다. 특정 목표를 달성하려는 노력이 예상하지 못한 부분에서 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 통합적인 접근이 중요하다는 사실을 보여준다.

19일 네이처 자매지인 ‘커뮤니케이션즈 지구 및 환경(Communications Earth & Environment)’의 논문 ‘토양 수분과 대기 간 상호작용이 주도하는 육상 생태계의 탄소-물 교환 딜레마(Soil moisture-atmosphere interactions drive terrestrial carbon-water trade-offs)’에 따르면, 토양 수분이 증가하면 식물은 더 많은 탄소를 흡수할 수 있지만 그만큼 해당 지역에서 활용할 수 있는 물의 양은 줄어들었다. 반대로 토양이 건조해지면 식물의 탄소 흡수는 줄어들지만 해당 지역에의 물 가용성은 늘어났다. 식물이 탄소를 더 흡수할수록 물도 더 많이 쓴다는 얘기다.

연구팀은 토양 수분이 식생 및 대기와 어떻게 상호작용하며 물-탄소-에너지의 전지구적 순환에 영향을 미치는지 조사했다. 우선 토양 수분 역학에 의해 순생태계 생산(NEP)과 강수량-증발산량(P-E) 사이에 광범위한 탄소-물 상충관계(trade-offs)가 존재한다는 가설을 세웠다.

이를 입증하기 위해 연구팀은 최신 지구 시스템 모델(ESMs) 3개를 사용해 토양 수분이 다르게 설정된 3가지 시나리오를 비교했다. 이를 통해 토양 수분의 총 효과와 경향성 변동성이 식물의 탄소 흡수와 지역 물 가용성에 미치는 영향을 분리해 분석할 수 있었다.

또한 이 모델 결과가 실제 세계를 반영하는지 검증하기 위해 관측 기반 자료들(ERA5, FLUXCOM)을 함께 활용했다.

ERA5는 유럽 중기 날씨 예보 센터(ECMWF)에서 개발한 고해상도 글로벌 기후 재분석 데이터셋이다. 1979년부터 현재까지의 다양한 기상 및 기후 변수에 대한 상세한 정보를 제공한다.

FLUXCOM은 전세계 플럭스넷(FLUXNET) 관측소 데이터와 위성 관측, 기상 데이터를 머신러닝 기법으로 통합해 지구 육상 생태계의 탄소 물 에너지 흐름에 대한 전지구적 추정치를 제공하는 데이터셋이다.

이러한 방법들을 활용해 분석한 결과에 따르면 토양 수분은 식물의 탄소 흡수에는 긍정적인 영향을, 지역 물 가용성에는 부정적인 영향을 미쳤다. 또한 이 상충관계는 특히 건조한 지역에서 뚜렷했다. 반면 습한 지역에서는 그 영향이 상대적으로 적었다. 연구팀은 기후변화로 인해 토양이 더 건조해지면 이 상충관계가 더욱 심화할 수 있다고 전망했다.

물론 이 연구는 사용한 기후 모델마다 토양 수분이 탄소 흡수와 물 공급에 미치는 영향 크기가 다르고 극단적 기후 시나리오를 사용해 불확실성이 클 수 있다.

그럼에도 불구하고 이 연구는 지속가능한 발전목표(SDGs) 달성을 위해 생태계 물 사용 효율성을 높이는 일이 중요하다는 사실을 알려준다. 기후변화 완화(SDG 13)와 식량 및 물 안보(SDG 2, 6)라는 목표를 동시에 달성하기 위해서는 단순한 탄소 저장이 아닌 물 사용 효율성을 고려한 통합적 접근이 필요하다는 얘기다.