[데일리환경=유승철 기자] 온난화가 빠르게 진행되는 티베트 고원 영구동토 초원에서 콩과식물의 공생 질소고정이 식물 생장과 탄소흡수를 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 연구가 나왔다. 영구동토 해빙이 토양 탄소를 대기로 내보내는 과정에 관심이 집중돼 왔지만, 이번 연구는 식생이 필요한 질소를 어디에서 확보하느냐가 지역 탄소수지를 좌우할 수 있다는 점을 보여준다. 중국과 미국 연구진은 18일 국제학술지 ‘Communications Earth & Environment’에 ‘Symbiotic nitrogen fixation sustains carbon sinks under warming Tibetan permafrost region’ 연구를 발표했다. 연구진은 티베트 고원 323개 조사구에서 채집한 식물 시료 1047개를 대상으로 질소 안정동위원소(^15N) 자연존재비를 분석해 콩과식물과 비콩과식물이 사용하는 질소원을 추정하고, 지역 규모의 지상부 공생 질소고정량을 계산했다.분석 결과 조사 지점의 지상부 공생 질소고정량은 ㎡당 연간 0~7.43g의 질소 범위로 나타났고, 고도 3600~4000m 구간에서 가장 높았다. 질소고정량은 콩과식물의 지상부 생물량과 밀접하게 연결됐다. 연구진은 최근 수십 년 동안 지상부 생물량과 식물체 질소밀도가 증가한 지역이 공생 질소고정이 활발한 지역과 대체로 겹친다고 밝혔다.핵심은 질소 공급이 탄소흡수 능력을 얼마나 떠받치느냐다. 영구동토 지역에서는 온난화로 생육기간이 길어지고 식물의 탄소흡수가 늘 수 있지만, 식물이 이용할 수 있는 질소가 부족하면 생장 확대가 제한된다.연구진이 과정 기반 생태계 모형에서 공생 질소고정을 제거하자 순일차생산 증가가 사라지고, 티베트 초원은 탄소흡수원에서 탄소배출원으로 전환됐다. 이는 실제 고원 전체에서 질소고정이 사라질 것이라는 예측이 아니라, 모형 실험을 통해 질소고정의 기능을 분리해 본 결과다.이번 결과는 티베트 영구동토 생태계가 온난화에 반응하는 과정에서 ‘질소 부족’이 중요한 병목이라는 기존 연구와도 연결된다. 2025년 Nature Geoscience에 발표된 10년 장기 온난화 실험에서는 8년 이후 표층 토양의 질소 저장량이 대조구보다 평균 7.7% 감소했다. 올해 중국과학원 연구진이 발표한 별도 연구에서는 온난화 조건에서 이끼와 연계된 생물학적 질소고정 증가가 식물이 추가로 필요로 한 질소의 약 48%를 보충한 것으로 분석됐다.서로 다른 생물군이 질소 공급을 통해 식생의 온난화 반응을 조절할 수 있다는 점을 잇달아 보여준 셈이다.다만 이번 연구를 ‘영구동토 해빙의 탄소배출 위험이 상쇄된다’는 의미로 확대해석해서는 안 된다. 올해 티베트 고원에서 수행된 다른 연구들은 급격한 영구동토 해빙과 강한 온난화가 토양 탄소 방출을 키우고 일부 생태계를 탄소배출원으로 바꿀 수 있음을 보여줬다. 식물의 질소고정과 생장 증가는 탄소손실을 완충하는 한 과정이지만, 해빙 깊이와 수분, 토양 유기탄소 분해, 메탄 배출 등 다른 변화와 함께 전체 수지를 결정한다.연구가 제시한 또 하나의 의미는 기후·영구동토 모형에서 식생의 질소획득 전략을 더 구체적으로 다룰 필요가 있다는 점이다. 영구동토가 녹으면서 식물 군집과 분포가 바뀌면 콩과식물의 비중과 공생 미생물 활동도 달라질 수 있다. 연구 데이터는 영구동토 해빙이 콩과식물 생장에 상대적으로 유리한 조건을 만들 수 있음을 시사했지만, 이런 변화가 장기간 같은 방향으로 이어질지는 추가 관측이 필요하다.티베트 고원은 세계에서 가장 넓은 고산 영구동토 지역으로, 이곳의 탄소·질소 순환 변화는 지역 생태계를 넘어 기후 피드백과 연결된다. 이번 연구는 영구동토의 탄소수지를 온도와 해빙만으로 설명하기보다 식생 변화와 생물학적 질소 공급을 함께 봐야 한다는 근거를 보탰다. 앞으로는 콩과식물의 분포 변화와 실제 질소고정량을 장기간 추적하고, 토양 탄소 손실과 식물 탄소흡수를 동시에 측정하는 연구가 필요할 것으로 보인다.