겨울이 따뜻해지면 땅속에서는 무슨 일이 일어날까

눈 덮인 겨울 풍경을 바라보면 자연이 깊이 잠들어 있는 것처럼 보인다. 하지만 땅속에서는 작은 생명체들이 분주하게 움직이고 있다. 전년도 죽은 식물과 유기물을 분해하며 봄이 오면 식물들의 비료가 될 영양분을 만들어내는 토양 미생물들 말이다.

그런데 기후변화로 겨울이 따뜻해지면서 이 숨겨진 지하 세계에 심각한 변화가 일어나고 있다는 연구 결과가 나왔다. 로키산맥 초원에서 30년간 진행된 장기 연구에서, 기온이 2도 상승한 지역의 토양에서는 식물과 공생하는 유익한 균류가 눈에 띄게 줄어든 것으로 나타났다.

땅속의 숨겨진 파트너십

토양 속에는 지구상 식물 종의 75% 이상에서 발견되는 균근균이라는 특별한 균류가 살고 있다. 이들은 식물 뿌리 안에서 거미줄처럼 자라며, 식물이 필요로 하는 영양분과 수분의 최대 50%를 공급한다. 대가로 식물은 광합성으로 만든 탄소를 균류에게 제공하는 완벽한 상생 관계를 유지한다.

겨울철 눈은 이런 미생물들에게 담요 역할을 한다. 눈 위의 기온이 영하로 떨어져도 눈 아래 토양에서는 미생물들이 계속 활동하며 유기물을 분해할 수 있다. 하지만 비가 와서 눈이 녹거나 충분한 적설량이 확보되지 않으면 토양 속 물이 얼어버리고, 균근균도 함께 얼어 죽는다.

타이밍의 어긋남

연구진이 콜로라도 아고산 초원에서 실시한 실험에서는 더 심각한 문제가 드러났다. 2023년 4월 인위적으로 눈을 2주 일찍 녹인 결과, 균근균의 성장은 1주 앞당겨졌지만 식물 뿌리의 성장에는 변화가 없었다.

이는 식물과 균류의 생체리듬이 서로 다르기 때문이다. 식물은 빛과 온도에 반응하지만, 지하의 미생물은 온도와 영양분 가용성에만 반응한다. 따뜻한 겨울로 인해 균류가 식물보다 먼저 활동을 시작하면, 균류가 토양에서 흡수한 영양분을 식물이 제대로 받을 수 없게 된다.

사라지는 영양분

문제는 여기서 끝나지 않는다. 눈이 일찍 녹으면 토양의 영양분까지 함께 유실된다. 따뜻한 토양에서 미생물이 유기물을 분해하면 영양분이 토양 입자 사이의 공기와 물 주머니에 축적된다. 하지만 식물이 활동하기 전에 비가 오거나 눈이 녹으면 이 영양분들이 호수와 하천으로 흘러가 버린다.

이는 농경지의 비료 유출과 같은 효과를 낳는다. 영양분이 물로 흘러들어가면 조류 번식을 촉진해 저산소 데드존을 만들고, 정작 식물들은 영양분 부족에 시달리게 된다. 콜로라도 산악 초원부터 뉴잉글랜드와 중서부의 온대림까지, 겨울이 따뜻해지고 눈 위에 비가 내리는 지역에서는 이미 이런 현상이 광범위하게 관찰되고 있다.

생태계의 근본적 변화

30년간의 온난화 실험 결과는 충격적이었다. 지상에서는 초원이 사막 같은 관목지로 바뀌었고, 지하에서는 유익한 균근균이 현저히 줄어들었다. 이로 인해 식물들은 영양분을 흡수하는 능력이 떨어지고 추위와 가뭄 같은 환경 스트레스에 대한 저항력도 약해졌다.

이런 변화는 단순히 식물의 문제가 아니다. 소와 야생동물이 의존하는 풀과 야생화가 줄어들고 사막 환경으로 바뀌면서 먹이사슬 전체에 영향을 미치고 있다.

물론 생태계는 회복력이 있다. 생물들이 낮은 영양분 농도에 적응하거나 더 유리한 조건의 지역으로 서식지를 옮길 수도 있다. 하지만 식물과 균근균이 어떻게 적응하느냐에 따라 이 숨겨진 지하 세계의 미래가 결정될 것이다.