토지 황폐화는 환경 건강, 식량 안보, 지속 가능한 발전을 위협하는 전 지구적 문제다. 조림은 토양 구조 복원, 수분 조절 강화, 탄소 격리, 생물 다양성 증진을 통해 토지 황폐화에 대응하는 중요한 자연 기반 해결책으로 부상하고 있다.
기존 연구에도 불구하고 황폐지 조림에 특화된 포괄적인 분석은 부족하다. 본 연구는 이러한 간극을 메우고자 문헌 계량 분석과 질적 검토를 통해 전 세계적인 동향, 식재 종, 생태적 영향, 복원 기술을 종합적으로 다루었다. 1993년부터 2024년까지 발표된 황폐지 조림 관련 논문 631편을 분석했으며, 연구 논문(87%)이 대부분을 차지했다.
결론적으로, 황폐지 조림은 광범위한 실증 연구와 학제 간 협력을 바탕으로 활발히 연구되는 분야다. 문헌은 다양한 유형의 출판물을 포함하며, 생태학적, 기술적, 사회경제적 영역 전반에 걸쳐 지식 생산과 확산을 가능하게 한다.
바이오매스 유래 바이오 숯을 토양에 적용하는 것은 탄소 격리 증진 및 기후 변화 완화를 위한 지속 가능한 전략으로 주목받고 있습니다. 본 연구는 포괄적인 문헌 분석을 통해 바이오 숯의 토양 탄소 격리 잠재력이 연간 0.7~1.8 Gt CO2-C(eq)에 달함을 확인했습니다.
높은 안정성과 C/N 비율을 가진 바이오 숯이 효과적인 탄소 격리를 가능하게 하며, 높은 다공성과 알칼리성(pH > 7.5) 토양에 바이오 숯을 고농도로 적용할 때 탄소 격리가 더욱 유리하게 나타났습니다. 바이오 숯 처리 토양에서는 프로테오박테리아와 산성세균이 우세한 세균 군집을, 그리고 아스코마이코타가 우세한 곰팡이 군집을 형성했습니다. 바이오 숯의 입자 크기, 다공성 및 적용률은 토양 미생물 바이오매스와 군집에 영향을 미칩니다.
폐기물 바이오매스로부터 생산된 바이오 숯은 대규모 적용 시 환경 친화적이며 경제적 타당성도 있는 것으로 평가됩니다. 향후 연구는 토양 내 불안정한 탄소 분획을 안정화하기 위한 바이오 숯-미생물 공동 공학 전략 개발, 지역별 토양 조건에 최적화된 바이오 숯 특성 탐색을 위한 기계 학습 도구 활용, 그리고 전과정 평가(LCA) 연구의 불일치를 해소하기 위한 탄소 회계 방법론 표준화에 초점을 맞춰야 합니다. 본 연구는 최적의 토양 탄소 격리 효율을 달성하고 실질적인 기후 변화 완화 전략을 개발하는 데 기여할 것입니다.
혼농임업 시스템은 경작지 환경 관리 및 탄소 격리 분야에서 상당한 주목을 받고 있으나, 바이오매스 및 토양 탄소 변화에 대한 불확실성은 온실가스 저감의 주요 과제로 남아 있습니다. 특히 다양한 혼농임업 시스템에서 탄소 저장량, 격리율 및 관련 불확실성에 대한 종합적인 글로벌 분석은 부족한 실정입니다. 본 연구는 다양한 기후대와 토양 유형에 따른 혼농임업 시스템의 탄소 저장량과 격리율을 정량화하고, 바이오매스 및 토양 탄소량 추정의 불확실성을 평가하는 것을 목표로 합니다.
129개 및 121개 1차 연구 데이터를 활용하여, 혼농임업 시스템의 글로벌 평균 탄소 저장량을 바이오매스에서 40.9 Mg ha−1, 토양(100cm 깊이)에서 159.1 Mg ha−1로 추정했습니다. 토양에 저장된 탄소량이 바이오매스보다 약 3~4배 더 많았습니다. 탄소 격리율은 각각 38개 및 27개 연구 데이터를 통해 바이오매스에서 5.7 Mg C ha−1 year−1, 토양에서 1.4 Mg C ha−1 year−1로 산정되었습니다.
농림목축 시스템은 더 높은 평균 바이오매스 및 토양 탄소 저장량을 보였으며, 농림 시스템은 더 높은 바이오매스 탄소 격리율을, 농림목축 시스템은 더 높은 토양 탄소 격리율을 달성했습니다. 온대 기후의 혼농임업 시스템은 열대 기후보다 더 많은 바이오매스 및 토양 탄소를 저장했으며, 아열대 기후는 열대 및 온대 지역보다 더 높은 바이오매스 및 토양 탄소 격리율을 보였습니다. 글레이졸(Gleysols) 토양에서는 더 높은 바이오매스 탄소 저장량을, 아레노졸(Arenosols) 토양에서는 더 높은 토양 유기 탄소 저장량을 나타냈습니다.
본 연구는 다양한 혼농임업 시스템에서 바이오매스 및 토양 탄소 저장량과 격리율, 그리고 이와 관련된 불확실성에 대한 최초의 추정치를 제공합니다. 이 결과는 경작지 기반 탄소 격리 전략 수립 및 기후 변화 완화 정책에 중요한 과학적 근거를 제시할 것입니다.