[미국] 뉴욕주립대 축소 가능성이 있는 지하수 역할 연구 발표

위성이미지·지하수 모니터링 데이터 활용…생태계 적용 가능한 지하수 수위 지표 제공

지하수위, 식물 아래로 보호받으세요… 조·어류 피난처 역할을 할 수 있습니다 미쳐 효과

뉴욕주립대학교(SUNY) 환경과학삼림대학(ESF)을 중심으로, 캘리포니아대학교 샌타바버라캠퍼스(University of California Santa Barbara, UCSB), 카디프대학교(Cardiff University), 사막연구소(Desert Research Institute, DRI) 공동 은 캘리포니아 전역의 지하수와 생물의 관계를 조사하는 연구를 수행하였고, 이 연구 성과는 네이터 워터(Nature Water)에 게재되었습니다. [사진출처(사진 출처) = 픽사베이(Pixabay)]

 

지하수는 전 세계적으로, 특히 지역에서 매우 중요한 자원입니다. 하지만 그 간 지하 가구를 유지하는 데 있어 도움을 주기 위해 노력하지 않았습니다.

여기에 뉴욕주립대학교(SUNY) 환경과학삼림대학(ESF)을 중심으로, 캘리포니아대학교 샌타바버라캠퍼스(University of California Santa Barbara, UCSB), 카디프대학교(Cardiff University), 사막연구소(Desert Research Institute, DRI) 공동 캘리포니아 전역의 지하수와 생물의 관계를 조사하는 연구가 이루어졌으며, 이 연구 결과는 『네이처 워터(Nature Water)』에 게재되었습니다.

이번 연구를 주도한 멜리사 로드(Melissa Rohde) 박사는 환경과학삼림대학 소속 존 스텔라(John Stella) 박사의 리파리안 에코하이드롤로지 연구실(Riparian Echohydrology Lab)에서 박사과정을 마쳤다. 로드 박사는 이번 연구에서 위성 이미지와 지하수 모니터링 데이터를 활용해 캘리포니아주의 「지속 가능한 지하수 관리법(Sustainable Groundwater Management Act)」 체계에 따라 민감한 생태계를 유지할 수 있는 지하수 수위와 계절 변화에 대한 기준치(Thresholds)를 확인했다. 

현재 로데환경컨설팅(Rohde Environmental Consulting, LLC)의 대표로 재직 중인 로드 박사는 "지구상의 담수의 대부분은 지하수지만, 이를 인정하거나 지속 가능한 방식으로 관리하지 않고 있어 인간과 자연 생태계에 심각한 영향을 미친다"며 “지하수는 대부분의 생태계에 매우 중요한 역할을 맡고 있지만, 수자원 관련 기관과 환경 보호자들은 지하수에 대한 수질 요구량을 거의 설명하지 않고 있다. 이를 조정하기 위해 우리의 연구는 실무자가 수자원을 분배하고 관리하는 데 사용할 수 있는 생태학적 기준치와 목표를 설정하는 데 간단하고 실용적인 접근 방식을 제공한다"고 설명했다.

이 연구는 38년간의 랜드셋(Landsat) 위성 이미지(1985~2022년)와 주 전체 지하수 관정 데이터를 활용해 주요 식물 군집에 미치는 영향을 조사했다. 주요 과제는 현장별 물조건을 가진 다양한 생태계에 적용할 수 있는 표준화된 지표를 개발하는 것이다.

연구팀은 생태계에 필요한 지하수를 결정할 수 있는 시간 경과에 따른 식생 녹색성과 지하수 수위의 기준값을 식별하는 새로운 방식으로 공동 데이터 변환 방법을 적용해 물사용 및 계획에 대한 의사결정을 내리는 데 도움을 줬다.

이 연구의 공동저자이자 환경과학삼림대학 연구소 부소장인 스텔라 박사는 “습지, 범람원, 강 하류와 같은 지하수에 의존하는 생태계는 생물 다양성에 있어 매우 중요한 역할을 맡고 있다.

일반적인 지역의 80~90% 이상의 종은 어떤 형태로든 이러한 생태계에 의존하고 있을 수 있다"며 "우리는 매우 다양한 생태계 유형에 대한 경고 신호와 보존 대상을 식별하기 위해 데이터 세트에 간단한 통계적 접근 방법을 적용했다"고 설명했다.

연구에서 다루는 광범위한 지리적 범위와 긴 일정을 통해 연구팀은 2012~2016년 발생한 역사적 캘리포니아 가뭄과 같은 주요 기후 충격에 대규모 시스템이 어떻게 반응하는지, 지하수 의존 생태계가 탄력적인 가뭄 피난처 역할을 수행할 수 있는지 평가할 수 있었다.

이 연구의 공동저자이자 캘리포니아대 샌타바버라캠퍼스 공동저자인 다르 로버츠(Dar Roberts) 박사는 “약 40년에 걸쳐 캘리포니아주 전체를 대상으로 한 이러한 유형의 연구는 실제로 지난 몇 년 동안에야 가능해졌으며, 로드 박사가 개척한 접근 방법을 사용해 훨씬 더 넓은 지역에 걸쳐 유사한 연구를 수행할 수 있다는 가능성을 보여준다”고 말했다.

지하수에 의존하는 식물은 가뭄이 진행되는 동안 강 하류에 서식하는 조류나 어류와 같은 관련 종에게 중요한 가뭄 피난처 역할을 할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 그러나 가뭄이 진행되는 동안 지하수 수위가 식물의 뿌리 영역을 넘어 낮아지면 이러한 안전한 피난처를 잃을 수 있다.

이 연구의 공동저자이자 사막 연구소의 크리스틴 알바노(Christine Albano) 박사는 "이 연구에서 주목할 만한 점은 우리가 다른 종류의 식물 뿌리가 얼마나 깊이 뻗어있는지에 대해 알고 있는 것을 사용해 생태계 건강을 유지하기 위해 필요한 지하수 수위를 대략적으로 추정할 수 있다는 것"이라며, "우리는 지하수 수위가 더 낮은 곳에 비해 지하수 수위가 최대 뿌리 깊이의 약 1m 이내인 곳에서 식물이 더 건강하다는 것을 발견했다"고 설명했다.

연구팀은 그들의 접근 방식과 연구 결과가 캘리포니아와 그 외 지역의 물관리 의사결정에 도움을 주기를 기대한다.

이 연구의 공동저자이자 캘리포니아대 샌타바버라캠퍼스의 켈리 케일러(Kelly Caylor) 교수는 "이 연구는 지하수 관리자에게 물배분 및 생태계 복원 노력을 안내할 수 있는 데이터 기반을 제공할 수 있는 직관적인 현장별 측정 방법을 제공한다"고 말했다.

이 연구의 공동 저자이자 카디프대학교의 마이클 싱어(Michael Singer) 교수는 “전 세계적으로 식수 수요나 고부가가치 농업 지원뿐 아니라 다양한 목적으로 지하수 자원을 관리하려는 노력이 증가하고 있다"며 "우리의 연구는 캘리포니아와 그 외의 배수 유역 내 광범위한 수요를 지원하기 위해 지하수를 관리하는 방법에 대한 명확한 지침을 개발하는 데 건전한 기반을 제공한다"고 말했다.

[원문보기]

SUNY ESF Leads Groundbreaking Research in Groundwater’s Role in Ecosystem Sustainability

 

Until now, groundwater – a critical water resource around the globe, especially in dry regions – has been largely unstudied in its importance and role in sustaining ecosystems. A new groundbreaking research effort led by the SUNY College of Environmental Science and Forestry (ESF) in partnership with University of California Santa Barbara (UCSB), Cardiff University, and Desert Research Institute (DRI) examines the relationship between groundwater and ecosystems across California. Their innovative findings are featured in Nature Water.

Led by Dr. Melissa Rohde, who completed the study as part of her doctoral research in Dr. John Stella’s Riparian Echohydrology Lab at ESF, the team used satellite imagery and groundwater monitoring data to identify thresholds of groundwater depth and seasonal change that can support sensitive ecosystems throughout California under the state’s Sustainable Groundwater Management Act framework.

“A vast majority of our planet’s freshwater is groundwater, but we don’t acknowledge or manage it sustainably, resulting in serious consequences for humans and natural ecosystems,” said Dr. Rohde, now Principal at Rohde Environmental Consulting, LLC. “Groundwater is critical for many ecosystems, but their water requirements are rarely accounted for by water agencies and conservationists. To reconcile that, our study provides a simple and practical approach to detect ecological thresholds and targets that can be used by practitioners to allocate and manage water resources.”

Utilizing 38 years of Landsat satellite images (1985-2022) and statewide groundwater well data, the study examined impacts on key plant communities. A major challenge was to develop standardized metrics that can be applied across diverse ecosystems with site-specific water conditions. The team applied a common data transformation method in a new way to identify thresholds of vegetation greenness and groundwater depth over time that can determine groundwater needs for ecosystems, helping to inform decisions about water use and planning.

“Groundwater-dependent ecosystems such as wetlands, floodplains, and riparian zones have a very outsized importance on biodiversity. Upwards of 80 to 90 percent of species in a general region may be dependent on these ecosystems in some form or another,” said Dr. Stella, study co-author and Vice President for Research at ESF. “We applied a simple statistical approach to very large data sets to identify warning signs and conservation targets for a great diversity of ecosystem types.”  

The vast geographic scope and long timeline covered by the study, allowed the team to evaluate how large-scale systems respond to major climate shocks such as the historical California drought that occurred from 2012—2016, as well as where individual groundwater-dependent ecosystems can serve as resilient drought refugia.

“40년에 걸쳐 캘리포니아 주 전체를 대상으로 한 이러한 유형의 연구는 실제로 지난 몇 년 동안에야 가능해졌으며 Rohde 박사가 개척한 접근 방식을 사용하여 훨씬 더 넓은 지역에 대한 유사한 연구에 대한 가능성을 보여줍니다. ” 공동 저자인 UCSB의 Dar Roberts 박사는 말했습니다.

가뭄이 발생하는 동안 지하수와 연결을 유지하는 지하수 의존 식생은 강기슭의 새나 물고기와 같은 관련 종에 대한 중요한 가뭄 피난처 역할을 할 수 있다는 것이 발견되었습니다. 그러나 가뭄 동안 지하수 수위가 식물의 뿌리 영역을 넘어 깊어지면 이러한 안전한 피난처를 잃을 수 있습니다.

"이 연구의 주요 내용은 다양한 유형의 식물의 뿌리가 얼마나 깊은지에 대해 우리가 알고 있는 정보를 사용하여 생태계 건강을 유지하는 데 필요한 지하수 수준을 대략적으로 추정할 수 있다는 것입니다."라고 공동 저자인 Dr. Christine Albano는 말했습니다. DRI. "저희는 지하수가 더 깊은 곳에 비해 지하수 수위가 최대 뿌리 깊이 약 1m 이내인 곳에서 식생이 더 건강하다는 것을 발견했습니다." 

연구팀은 그들의 접근 방식과 연구 결과가 캘리포니아와 그 외 지역의 물 관리 결정에 도움이 될 수 있기를 희망합니다.

공동 저자이자 UCSB의 Kelly Caylor 교수는 "이 연구는 지하수 관리자에게 물 할당 및 생태계 복원 노력을 안내하기 위한 데이터 기반 기반을 제공할 수 있는 직관적이고 현장별 측정 방법을 제공합니다."라고 말했습니다.

“전 세계적으로 식수 수요나 고부가가치 농업 지원뿐만 아니라 다양한 목적으로 지하수 자원을 관리하려는 노력이 증가하고 있습니다. 우리의 연구는 캘리포니아와 그 밖의 배수 유역 내 다양한 요구 사항을 지원하기 위해 지하수를 관리하는 방법에 대한 명확한 지침을 개발할 수 있는 건전한 기반을 제공합니다.”라고 공동 저자인 카디프 대학의 Michael Singer 교수는 말했습니다.

[출처 = SUNY COLLEGE OF ENVIRONMENTAL SCIENCE AND FORESTRY ( https://www.esf.edu/news/2024/groundwater_nature_water_rohde.php ) / 2024년 4월 3일]