Estimation of Change in Soil Carbon Stock of Pinus densiflora Forests in Korea using KFSC Model under RCP 8.5 Climate Change Scenario

한국형 산림토양탄소모델(KFSC Model)을 이용한 RCP 8.5 기후변화 시나리오 하에서의 국내 소나무림 토양탄소 저장량 장기 변화 추정 연구

Global warming accelerates both carbon (C) input through increased forest productivity and heterotrophic C emission in forest soils, and a future trend in soil C dynamics is uncertain. In this study, the Korean forest soil carbon model (KFSC model) was applied to 1,467,458 ha of Pinus densiflora forests in Korea to predict future C dynamics under RCP 8.5 climate change scenario (RCP scenario). Korea was divided into 16 administrative regions, and P. densiflora forests in each region were classified into six classes by their stand ages : 1 to 10 (I), 11 to 20 (II), 21 to 30 (III), 31 to 40 (IV), 41 to 50 (V), and 51 to 80-year-old (VI+). The forest of each stand age class in a region was treated as a simulation unit, then future net primary production (NPP), soil respiration (SR) and forest soil C stock of each simulation unit were predicted from the 2012 to 2100 under RCP scenario and constant temperature scenario (CT scenario). As a result, NPP decreased in the initial stage of simulation then increased while SR increased in the initial stage of simulation then decreased in both scenarios. The mean NPP and SR under RCP scenario was 20.2% and 20.0% higher than that under CT scenario, respectively. When the initial age class was I, IV, V or VI+, predicted soil C stock under CT scenario was higher than that under RCP scenario, however, the countertrend was observed when the initial age class was II or III. Also, forests having a lower site index showed a lower soil C stock. It suggested that the impact of temperature on NPP was higher when the forests grow faster. Soil C stock under RCP scenario decreased at the end of simulation, and it might be derived from exponentially increased SR under the higher temperature condition. Thus, the difference in soil C stock under two scenarios will be much larger in the further future.

지구온난화는 산림 생산성을 증가시켜 토양으로의 탄소 유입량을 늘리는 한편 토양호흡량을 증가시켜 토양으로부터의 탄소 유출량도 늘리기 때문에, 온도변화에 의한 미래 토양탄소 저장량의 변화 경향은 불확실하다. 따라서 본 연구에서는 한국형 산림토양탄소모델(Korean forest soil carbon model; KFSC 모델)을 이용하여 RCP 8.5 기후변화 시나리오 하에서 국내 소나무림 토양탄소의 동태를 추정하였다. 국내에 분포하고 있는 소나무림 총 1,467,458 ha를 16개 행정 구역으로 나누고, 이를 다시 6개의 영급[1영급(1~10년), 2영급(11~20년), 3영급(21~30년), 4영급(31~40년), 5영급(41~50년), 6영급 이상(51~80년)]으로 나누어 모의 단위를 설정하였다. 각 모의 단위별로 2100년까지의 순일차생산량, 토양 호흡량 및 산림토양탄소 저장량 변화를 기후변화가 있을 때(RCP 시나리오)와 없을 때(CT 시나리오; constant temperature)로 나누어 추정하였다. 두 시나리오 모두 순일차생산량은 초기에 감소하다가 점차 증가하는 경향을 나타내었으며, 토양 호흡량은 초기에 증가하다가 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 현재 국내 소나무림이 유령림에서 장령림으로 전환되는 시점에 있기 때문으로 여겨진다. 또한, RCP 시나리오에서의 평균 순일차생산량 및 평균 토양 호흡량이 CT 시나리오에서보다 각각 20.2%와 20.0% 높게 나타났다. 한편, 토양탄소 저장량은 초기 임령이 1, 4, 5영급 또는 6영급 이상일 경우에는 CT 시나리오에서의 모의값이 RCP 시나리오에서의 모의값보다 높았으나, 2, 3영급일 경우에는 반대의 경향이 나타났다. 또한, 지위지수가 낮을 경우 지위지수가 높은 경우에 비해 토양탄소 저장량이 낮았다. 이는 임분의 생장이 빠르게 나타나는 경우, 온도에 의한 순일차생산량 변화의 영향을 더 크게 받았기 때문일 것이다. 모의 후기에 RCP 시나리오에서 토양탄소 저장량이 감소하는 경향이 나타났는데, 이것은 기온 상승에 의해 토양 호흡량이 지수함수적으로 증가하면서 호흡으로 인한 토양탄소 유출량이 상대적으로 많아지기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 현재의 기후변화 경향이 지속된다면 산림토양탄소의 손실량은 더욱 커질 것으로 예상된다.