[STUDY NOTE] 논문요약/생물다양성을 증진시키고 싶다면, 혼합작물재배가 답이 될 수도 있다!

 

 

- 본 글은 아기 학부생이 혼자 논문을 공부하면서 작성한 글이므로 다소 정확성이 떨어질 수 있습니다. -

 

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논문을 공부하며 정리한 글입니다.

 

#1. 농업과 생물다양성의 관계

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생물다양성이 중요하다는 이야기는 모두가 들어본 적이 있을 것이다. 

 

그렇다면, 생물다양성이 중요한 이유가 무엇일까?

 

한 마디로 요약하자면

"생물다양성이 높을수록 인간이 더 살기 좋다!" 

 

필자가 위와 같이 생각하는 이유는 총 2가지가 있다. 

 

(1) 생물다양성이 높을수록 인간의 생존을 결정하는 생태안정도는 높아진다. 

생물들은 독립적으로 존재하나 서로 상호작용한다. 인간사회를 예로 들어보자. 어떤 유아집단에 태생적으로 노란머리인 어린이가 5명 있고 빨간 머리인 어린이가 1명 있다고 하자. 그러면 노란머리를 가진 아이들은 빨간 머리인 아이에게 자신들과 다르다는 이유로 집단 호기심을 가질 것이다. 그 호기심은 집단에서 빨간 머리 아이를 우상으로 만들수도 있고 따돌림의 대상으로 만들 수도 있다. 결국 그 집단은 단 한 명의 아이만이 전체를 지배하거나 전체에게 지배당하게 된다. 한명만 지나치게 편하거나 힘들어지는 것이다. 불균형이다. 결론적으로 독재를 하든, 따돌림을 당하든 빨간머리 아이는 비극적인 결말을 맞을 것이다. 빨간머리 아이가 사라지면, 노란머리 아이들은 어떻게 될까? 한동안 지배체계없이 평화롭게 지내다가 머리 색을 제외한 다른 부분에서 특이점이 있는 또 다른 아이를 찾는다면 이전과 동일한 비극적 결말로 마무리될 수도 있다. 그렇게 점점 한명씩 사라지다가 집단 자체가 사라질 수 있을 것이다. 또는 남은 노란머리끼리 평화롭게 잘 지낼 수도 있다. 하지만 만약 빨간머리와 노란머리만 존재했던 집단에서 빨간, 주황, 핑크, 노랑처럼 다양한 색깔의 머리가 존재했다면 어땠을까? 그렇다면, 이전 사례처럼 아이들은 빨간머리 아이에게만 집중하며 단순히 상하수직적인 지배체계를 형성하지 않을 것이다. 그보다 성격, 지식, 체력 등 다양한 요소별로 복잡한 우위체계를 가질 것이므로 한 사람만이 지나치게 힘든 불균형적인 사회가 형성되지 않을 것이다. 이는 생태계에서도 동일하게 적용된다. 생물이 다양해질수록 생물들은 서로 간에 복잡한 지배체계를 가지게 된다. 즉, 한 생물종이 특정 종의 공격에만 집중할 수 없는 것이다. 생물종은 생존을 위해 공격도 해야하고 방어도 해야하므로 자연스럽게 집단이 파괴되지 않고 집단으로 유지될 수 있다. 따라서 인간이 생존할 수 있는 환경이 더 잘 조성될 수 있다. (*인간이 최상위 포식자라고 할 수 있지만, 위협을 가하는 곰팡이나 미세생물들의 수가 과하지 않게 유지해주는 힘이 생태다양성에 의해 결정된다.) 

 

(2) 생물다양성이 높을수록 인간이 가진 여러 문제의 해법을 획득할 수 있다.

인류는 해결하지 못한 다양한 문제를 가지고 있다. 질병, 식량, 에너지 등 다양한 산업분야에서 아직 여러 문제를 해결하지 못했다. 이러한 문제는 생물자원을 통해서 해결하는 경우가 많다. 구체적인 사례를 들자면, 항암제와 항생제의 80%가 생물자원으로부터 제작되었으며 곤충, 다양한 생물유전자를 통해 개발한 새로운 작물을 통해 식량자원문제를 해결하고 있다. 

 

 

그렇다면, 생물다양성을 높이려면 어떻게 해야할까?

답은 다양한 생물이 서식하던 공간을 보전하고 파괴되었던 서식지에서 다양한 생물이 살 수 있도록 복원해야 한다. 

 

따라서 기존에 다양한 생물들이 서식하던 토지에 하나의 식물만을 재배하는 농업은 생물다양성을 크게 파괴하므로 농업에 새로운 패러다임이 필요하다. 

 

흔히 농업은 '식물'을 생산한다는 점에서 친환경적으로 인식하기 쉽지만, 사실은 생물다양성을 엄청나게 파괴하는 행위이다. 

예를 들어, 계단식 농지와 열대우림의 화전 등이 있다. 

계단식 농지의 경우, 산에서 다양한 생물들이 서식하고 있는 숲을 벌목하고 벼와 같은 단 한종의 작물만을 심는다.

즉, 여러 식물과 곤충들이 서식하는 공간을 단 하나의 식물을 위한 공간으로 만드는 것이다.

결국 본래 서식하는 생물은 자신의 서식지를 잃게 되고 이러한 현상이 반복되면 멸종위기에 처하게 된다. 

 

 

그렇다면, 두가지 호기심을 가질 수 있다. 

 

Question 1

단일 종자를 재배하는 농지는 생물다양성이 낮아진다.
그럼 다양한 종자를 재배하는 농지의 생물다양성은 증가할까?

 

Question 2

자연림(농지로 개간되지 않은 본래 자연상태의 산림)과
다양한 종자를 재배하는 농지 중 생물다양성이 더 높은 곳은 어디일까?

 

 

 

 

오늘 이 두가지 호기심들을 해결해줄 논문을 소개하려 한다. 

 

 

 

 

 

#2. 재배 종자의 다양성에 따른 생물다양성의 변화를 연구한 논문 소개

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국제학술지 'nature' 2020/03/19호의 표지 (Volume 579 Issue 7799)

 

2020년 3월 19일, 국제학술지 'nature'의 표지는 코스타리카의 조류 중 하나인 부채머리 산적딱새(Royal flycatcher)로 인상깊게 꾸며졌다. 

 

갑자기 부담스러운 머리를 가진 새를 보여준 이유가 무엇일까?

 

왜냐하면, 당시 월간호의 대표논문이 "농업방식이 조류의 생물다양성에 미치는 영향"을 주제로 한 논문이었고 농업계에 큰 파장을 불렀기 때문이다. 

 

바로 스탠퍼드대 보전생물센터의 'Nicholas Hendershot'와 동료들이 작성한 'Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition'(집약농업은 조류 공동체 구성의 장기적인 변화를 주도한다) 논문이다. 

 

*Intensive farming(집약농업) : 농지 면적 당 자본과 노동을 크게 들여, 적은 토지에서 최대한 많은 생산물을 만드는 경작을 의미한다. 보통 단일작물 재배를 일컫는다. 

The Article of 'Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition'

 

중앙아메리카에 위치한 코스타리카 (Taken by Google-Map)

연구원들은 18년 간 코스타리카 4개 지역의 자연림과 농업지 48개 부지를 선정하여 토지 사용에 따른 생물다양성 데이터를 수집했다. 

 

그 결과, 위 두가지 호기심에 대한 해답을 밝힐 수 있었다. 

 

 

 

Question 1

단일 종자를 재배하는 농지는 생물다양성이 낮아진다.
그럼 다양한 종자를 재배하는 농지의 생물다양성은 증가할까?

Answer 1

재배하는 작물의 종류가 다양할수록 주변에 서식하는 생물의 다양성이 증가한다!

자연림, 혼합작물농지, 단일작물농지의 종 풍부도와 연간 커뮤니티 유사도를 표현한 그래프 및 설명 (Taken by 'Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition', Nicholas Hendershot et al, 2020)

 

• 초록색 그래프 : 자연림
• 파란색 그래프 : 혼합작물농지
• 노란색 그래프 : 단일작물농지

• [그래프 A] 토지사용(피복)상태에 따라 고유종과 등재종의 수를 표현
• [그래프 B] 토지사용상태에 따라 고유종과 연구자들이 범위를 제한한 종의 수를 표현
• [그래프 C] 토지사용상태에 따라 IUCN 적색 목록(멸종위급종, CR)에 포함된 종의 수를 표현

종합하여 해석하자면, 신기하게도 고유종, 범위제한 종, 멸종위급종 모두 자연림 > 혼합작물농지 > 단일작물농지 순으로 한가지 종에 대한 개체수가 많았다. 즉, 특정 작물을 재배하는 농지보다 자연림에서 더 많은 동일 조류종이 서식하고 있다는 것이다. 

또한 혼합작물농지가 단일작물농지보다 더 높은 종 다양성 보전 기능을 가진 것을 알 수 있다. 왜냐하면 단일 작물을 위주로 재배한 농지는 생물종 수가 점점 줄었고 멸종위기종의 발견 횟수가 적어졌다. 뿐만 아니라 건기 등의 환경변화에 민감하게 조류의 종류와 수가 변화하였다. 하지만 여러 작물을 키울 때는 그 반대의 결과를 얻었다.

 

따라서 다양한 작물을 혼합한 농지가 많아질수록 멸종위기종을 보전하기 쉬우므로

단일작물농업보다 혼합작물농업을 더 장려해야한다는 결론을 내릴 수 있다. 

 

 

 

 

Question 2

자연림(농지로 개간되지 않은 본래 자연상태의 산림)과
다양한 종자를 재배하는 농지 중 생물다양성이 더 높은 곳은 어디일까?

 

Answer 2

자연림의 생물다양성이 다양한 작물을 재배하는 농지의 생물다양성보다 더 높다!

자연림, 혼합작물농지, 단일작물농지의 종 풍부도와 연간 공동체 유사도를 표현한 그래프 및 설명 (Taken by 'Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition', Nicholas Hendershot et al, 2020)

 

• 초록색 그래프 : 자연림
• 파란색 그래프 : 혼합작물농지
• 노란색 그래프 : 단일작물농지

• [그래프 A] 토지사용(피복)상태에 따라 연간 Community similarity를 비교함으로써 각 생태의 민감도 파악

본 그래프는 혼합작물농지 > 자연림 > 단일작물농지 순으로 Community similarity between years(연간 공동체 유사도)가 높다는 것을 보여준다. 즉, 자연림보다 혼합작물농지가 매년 더 비슷한 출현 종과 개체수를 가지는 것이다. 이는 혼합작물농지가 매년 기후변화, 가뭄과 같은 요인에 민감하게 반응하지 않고 이전의 자연상태를 유지할 수 있는 힘이 있다는 것을 의미한다. 다양한 작물을 재배하는 농지가 개간하지 않은 자연상태의 숲보다 더 안정된 생태계를 갖추었다는 뜻이다. 

* 공동체 유사도(Community similarity)란, 각 정점(구역)의 출현 종과 개체수를 활용해 정점 간의 유사도를 파악하는 것이다. 즉, 유사도가 높을수록 출현 종과 개체수의 관점에서 각 모집단이 유사하다는 것을 의미한다. Bray-Curtis는  커뮤니티 유사도를 결정하는 다양한 식 중 하나를 의미한다. 

 

• [그래프 B] 토지사용(피복)상태에 따라 Chao species richness를 비교함으로써 각 토지에 서식하는 종의 수 비교

본 그래프는 자연림 > 혼합작물농지 > 단일작물농지 순으로 Chao species richness가 높다는 것을 보여준다. 즉, 자연림이 혼합작물농지보다 더 많은 조류종을 가지고 있다는 것을 의미한다. 

* species richness(종 풍부도)는 생물다양성 지수 중 하나로 한 구역에서 서식하는 종의 수를 나타낸다. 즉, species richness 수치가 높을수록 해당 군집 내 종이 더 다양하다는 것을 의미한다.

* Chao species richness란, Anne Chao가 개발한 species richness 식으로 희귀종이 누락된 종의 수에 대한 정보를 유추할 수 있다고 한다. (필자는 아직 이해를 못한 내용)

 

• [그래프 C] 토지사용(피복)상태에 따라 Abundance를 비교함으로써 각 토지에 서식하는 종의 개체 수 비교

본 그래프는 혼합작물농지 > 자연림 >  단일작물농지 순으로  Abundance가 높다는 것을 보여준다. 즉, 혼합작물농지에는 다른 토지 유형에 비해 특정 조류종이 흔하다. 그래프 B와 종합하여 사고하자면, 자연림이 혼합작물농지보다 조류 다양성이 높지만 특정 종의 개체수는 혼합작물농지가 더 높으므로 특정 종의 개체수 확장하기 위해 생태를 복원할 때, 무작정 자연림을 복원하기보다 혼합작물농지로 복원하는 것이 올바를 수 있다는 것을 시사한다. 

*Abundance는 각 종당 개체 수를 상대적으로 표현한 수치이다. 여러 종을 가진 군집 내에서 특정 한 종을 기준으로 계산한 상대비율이므로 Abundance가 높을수록 한 종이 다른 종에 비해 흔하고 풍부하다는 것을 의미한다. 

 

 

 

 

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[ 정리 ]

 

1

생물다양성을 높이고 싶다면, 단일 종자만을 재배하는 농사는 지양해야 한다.

 

2

멸종위기종 관리를 위해, 서식지를 복원할 때 자연림보다 여러 작물을 혼합하여 재배하는 농지가 더 효과적일 수 있다.

 

3

여러 작물을 혼합하여 재배하는 농업방식은 생물다양성을 증진시키고 지속가능한 식량생산에 기여할 것이다.  

 

 

 

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[처음으로 나름 전문적인 글을 써보고 느낀점]

1. 조금 더 논문을 음미해봐야겠다. 아직 이해되지 않는 부분이 너무 많다. 
2. 글을 조금 더 쉽고 재밌게 쓰고 싶다. (내가 쓰고도 읽기 싫어...)
3. 글의 논리가 부족한 부분도 많이 보인다. (내가 읽고도 고개가 갸우뚱..)
4. 그런데 다시 생각하고 싶지는 않다. (사실 머리에 과부하가 왔다..)
5. 이 글을 대체 누가 읽을까? 대체 누가??
6. 그래도 생각보다 재밌었다. 간만에 뉴런들이 쥐어짜내진 느낌이라 성취감도 높다.  

 

 

 

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[참고문헌]

•  https://www.natureasia.com/ko-kr/nature/highlights/102570

네이처 하이라이트：생물 다양성의 장기적인 변화를 유발하는 집약 농업과 기후 | Nature Portfolio

• https://www.theguardian.com/environment/2021/apr/15/just-3-of-worlds-ecosystems-remain-intact-study-suggests

Just 3% of world’s ecosystems remain intact, study suggests

•  https://www.theguardian.com/environment/2021/jan/11/50-countries-commit-to-protection-of-30-of-earths-land-and-oceanshttps://www.dongascience.com/news.php?idx=35292

More than 50 countries commit to protection of 30% of Earth's land and oceans

• https://www.dongascience.com/news.php?idx=35292

[표지로 읽는 과학]생물다양성 보전에 기여하는 농업

 

 

안녕하세요. 구독자분들.
갑자기 전문적인 지식이 적힌 글이 올라서 조금은 당황하셨을 것 같습니다. 
사실 저도 주간기록이나 맛집, 독후감과 같은 글을 쓰다가 
갑자기 나름(?) 학술적인 글을 쓰려니, 뇌정지도 오고 심리적 회피감도 들었습니다..
하지만 진로고민에 대한 해답이 명확해지면서 학문적인 지식이 필요할 것 같아 스스로 조금씩 지식을 쌓아나가려 합니다.
오늘 글을 쓰는 과정에서 논문 읽는 것이 힘겨워 언젠가는 때려칠 수도 있을 것 같은데요.
그래도 꾸준히 해보려 노력하겠습니다. 
또한 주간기록과 자기계발 관련 글도 계속해서 업로드할 예정이니 지켜봐주시길 바랍니다. 
그럼 좋은 하루 보내세요 :)