기후변화 시대의 도시 식물 생존 전략

오늘은도시라는 새로운 환경, 식물은 적응하고 있는가? 인공 생태계에서 식물이 살아남기 위해 바꾼 것들에 대해 알아보겠다.

식물은 원래 자연 생태계의 일부로 진화해왔다. 하지만 인간이 만든 도시는 자연과는 매우 다른 환경이다.
토양은 얕고 압축되어 있으며, 빗물은 빠르게 유실되고, 표면은 아스팔트와 콘크리트로 뒤덮여 있다.
게다가 여름철 도시의 열섬 현상은 기온을 주변 지역보다 5~10℃ 이상 높게 만들고, 수분 공급은 인위적인 관개에 의존한다.

기후변화가 이러한 도시 환경과 결합되면서 도시에서 살아가는 식물들은 이중의 생존 압력을 받는다.
기온 상승, 강우 패턴의 불규칙성, 공기 오염, 빛 반사, 수분 스트레스, 토양 산성화, 바람길 차단 등 다양한 스트레스 요인이
동시에 식물에게 작용한다. 그럼에도 불구하고, 도시의 가로수, 정원수, 벽면 녹화 식물들은 지금 이 순간에도 살아 있다.
이들이 살아남고 있다는 것은, 식물이 도시라는 특수한 ‘인공 생태계’에 적응하고 있다는 결정적인 증거다.

기후변화 시대의 도시 식물 생존 전략

이번 글에서는 도시 환경에서 식물이 기후변화에 맞서 어떤 생존 전략을 취하고 있는지, 그리고 이러한 전략이 향후 조경, 농업, 생태계 관리에 어떤 의미를 갖는지 깊이 있게 살펴본다.

도시가 식물에게 주는 복합적 스트레스

도시는 식물에게 생존하기 어려운 환경을 제공한다. 자연 생태계와 달리, 도시의 물리적 조건은 식물에게 여러 가지 스트레스 요인을 동시에 부여한다. 이러한 스트레스는 단일 요인으로 작용하는 것이 아니라, 고온, 건조, 대기오염, 인공광, 토양 압축, 미세먼지 축적, 바람 부족 등 다양한 환경 요소가 중첩되어 식물 생리와 조직 구조에 다방면으로 영향을 준다.

 

우선 도시의 열섬 현상은 대표적인 문제다.
건물, 도로, 콘크리트, 아스팔트 같은 인공 표면은 낮에 열을 흡수하고 밤에도 쉽게 식지 않기 때문에 도시의 평균 기온은 인근 농촌 지역보다 훨씬 높다. 이는 식물에게 지속적인 고온 스트레스를 유발하고, 광합성 효소의 활성을 떨어뜨리며, 기공 폐쇄 반응이 빈번하게 발생하게 만든다.

 

또한 도시에서는 토양이 얕고, 압축되어 있으며, 대부분 비투수성 구조물(포장도로, 보도블록 등)로 덮여 있어 빗물이 쉽게 뿌리층까지 스며들지 못하고 표면 유출된다. 이로 인해 식물은 만성적인 수분 스트레스를 경험하게 되며, 가뭄보다 더 빠른 속도로 토양 수분이 고갈되는 현상이 반복된다.

 

여기에 대기오염과 공해물질은 도시 식물의 생리적 손상을 가속화한다.
오존(O₃), 이산화질소(NO₂), 미세먼지(PM), 염화나트륨(제설제 성분) 등의 물질이 잎 표면에 침착되면 기공 기능이 저하되고 광합성 능력이 급격히 떨어진다. 일부 독성 물질은 세포 내로 흡수되어 엽록체와 미토콘드리아 같은 세포소기관의 기능까지 방해한다.

결과적으로 도시에 심겨진 식물은 고온, 건조, 독성물질이라는 복합 스트레스 환경에 동시에 노출되며, 자연 생태계보다 훨씬 높은 생리적 부담을 안고 생존하고 있다.

도시 식물의 생리적 적응: 생존을 위한 내부 변화

도시의 혹독한 환경 속에서도 일부 식물은 살아남고 있다.
그 이유는 이들이 외부 자극에 반응해 스스로 생리적 조절 메커니즘을 능동적으로 변화시키는 능력을 가지고 있기 때문이다.
도시 식물의 생존은 단순한 우연이 아니라, 기공 개폐, 호르몬 반응, 항산화 시스템의 활성화 같은 정밀한 생리적 적응 결과물이다.

도시 식물은 우선 기공 조절 능력을 높여 수분 증산을 최소화하는 전략을 취한다.
도심의 기온이 높고 토양 수분은 부족하기 때문에 기공이 한 번 열릴 때마다 많은 수분이 날아가 손실된다.
이를 방지하기 위해 식물은 기공의 개폐 속도를 빠르게 조절하고,  이른 아침이나 해 질 무렵처럼 상대습도가 높은 시간대에만 기공을 열어 광합성을 효율적으로 수행한다.

이 과정은 아브시식산(ABA)이라는 스트레스 호르몬의 민감도와 깊은 관련이 있다. 도시 식물은 ABA 수용체의 반응 속도를 높이거나, ABA 생합성 유전자의 발현량을 조절하여 수분 부족에 더욱 민감하게 반응할 수 있는 생리적 구조를 갖추게 된다.

 

또한 도시 식물은 항산화 방어 체계를 강화한다.
도심 공기에는 오존, 질소산화물, 미세먼지, 유기화합물 등 세포 독성을 유발하는 물질이 다량 포함되어 있어 식물 내부에서는 ROS(활성산소종)의 생성이 증가하게 된다.
이를 방어하기 위해 식물은 SOD(초과산화물 디스뮤타아제), CAT(카탈라아제), APX(아스코르베이트 퍼옥시다아제) 등의
항산화 효소 시스템을 활성화하고, 이 효소들이 세포막, 단백질, DNA의 산화 손상을 막는 역할을 수행한다.

이처럼 도시 식물은 스트레스 환경에 대한 감지 능력, 반응 속도, 생리적 회복력이라는 내부 시스템을 조정하여, 인공적인 환경에서도 생명을 유지하고 있다.

구조적 적응: 도시 환경에 맞춘 외형 전략

도시 식물은 생리적 변화뿐 아니라 눈에 보이는 외형적인 구조 또한 도시 환경에 맞춰 변화시켜왔다.
이러한 구조적 적응은 단순한 생김새의 차이를 넘어, 생존과 직결되는 기능적 의미를 지닌 진화된 결과물이다.

먼저, 도시 식물은 잎의 구조를 바꾸어 작고 두꺼운 형태로 전환하는 소형화·다육화 경향을 보인다.
잎이 작아지면 증산 면적이 줄고, 잎이 두꺼워지면 내부에 수분을 더 오래 머무르게 할 수 있다. 일부 도시 식물은 엽육 조직이 다육화되어 짧은 시간 내에 비가 내릴 경우 수분을 저장해 두었다가 건기 동안 활용하는 능력을 갖추기도 한다.

 

도시에서 흔히 보이는 식물들 예를 들어 담장 식재용 사철나무, 회양목, 용설란류 등은 잎 표면에 왁스층(cuticular wax)이 두껍게 형성되어 있다.
이 왁스층은 물리적으로는 공기 중 수분의 증발을 막고, 화학적으로는 미세먼지와 오염물질의 침투를 방지한다.
또한 잎을 덮고 있는 큐티클층도 일반 식물보다 훨씬 발달되어 있어 도시 대기 조건에 최적화된 방어벽으로 작용한다.

기공의 분포와 형태 또한 도시 식물에 특화되어 있다.
도시 식물은 기공의 수를 줄이거나, 기공을 잎의 아랫면에 집중 배치하여 햇빛과 바람에 직접 노출되는 면적을 줄이고, 기공 주변에 털(trichome)이나 함몰 구조를 발달시켜 기공 내 습도를 유지하고 증산량을 줄인다.

이러한 구조적 특성은 도시라는 특수한 인공 환경에 의도적으로 맞춰진 형태학적 적응의 산물이라 할 수 있다.

인공 생태계에 맞춘 식물 선택과 도시 조경 전략

도시의 식생은 자연적으로 형성된 것이 아니라, 인간이 선택하고 배치한 결과물이다.
따라서 도심 내에서 살아가는 식물들의 생존력은 식물 자체의 생리적 적응력뿐 아니라, 사람이 어떤 종을 선택하고 어떤 환경을 조성했는지에 따라 결정된다.

 

오늘날 도시 조경에서는 기후변화와 환경 스트레스에 강한 종을 우선적으로 고려하고 있다.
대표적인 예로 은행나무(Ginkgo biloba)는 매연과 공해에 강하고 병해충 피해가 적어 도시 가로수로 널리 활용되고 있다.
또한 회화나무(Sophora japonica)는 가뭄과 고온에 강하고 뿌리의 활착력이 뛰어나 기후변화에 대비한 내성형 조경 수종으로 각광받고 있다.

 

뿐만 아니라, 도시 조경 설계는 이제 수분 확보와 뿌리 공간 확보까지 고려하는 생태 기반 인프라(Green Infrastructure) 개념을 반영하고 있다. 투수성 포장재를 사용하거나, 빗물 유출을 지연시키는 레인가든(rain garden), 식재지 토양 깊이를 인위적으로 확보하는 방식 등은 모두 식물의 뿌리 생장과 수분 확보 능력을 향상시키기 위한 실질적인 전략이다.

 

최근에는 자생 식물이나 지역 토종 수종을 도시 조경에 도입하는 사례도 늘고 있다.
이들은 오랜 세월 동안 지역 기후에 적응해 온 유전형을 지니고 있어 기후변화가 심화될수록 고정된 내생 스트레스 저항성을 발휘할 가능성이 높다.

결국 도시 식물의 생존 전략은 식물의 생리적・구조적 적응과 인간의 선택, 설계, 유지관리 시스템이 유기적으로 결합되어 나타나는 결과물이라 할 수 있다.

결론: 식물은 도시에서도 진화한다 — 생태적 연속성과 기후 회복 탄력성의 중심

도시는 식물에게 자연 생태계와는 완전히 다른 조건을 제공한다.
도시의 환경은 그 자체로 극한이며, 온도, 수분, 토양, 공기질, 광량 등 식물 생장에 필수적인 요인 대부분이 불균형하거나 인위적으로 조정되어 있다. 이런 조건 속에서 식물은 단순히 생명을 유지하는 것을 넘어, 스스로의 생리, 구조, 유전 수준에서 적응의 방향을 바꿔가며 진화하고 있다.

 

도시 식물은 광합성을 위한 기공 개방을 더 민감하게 조절하고, 기공의 수와 위치를 바꾸며, 수분이 부족한 환경에 적응하기 위해
잎과 줄기의 구조를 다육질로 바꾸거나 표피층을 강화하는 선택을 해왔다.
또한 대기오염 물질에 대응하기 위해 항산화 효소를 더 빠르게 활성화하고, 단백질 구조를 안정화시키는 유전자를 더 많이 발현시키는 방향으로 자체의 생리 조절 네트워크를 진화적으로 재설계하고 있다.

 

이러한 생존 방식은 결코 우연이 아니다.
이는 식물이 도시라는 인공 생태계에서 외부 조건을 감지하고, 반응하며, 변화해 나가는 능동적 생명체임을 보여주는 명확한 증거다. 동시에 식물의 도시 적응은 우리 인간 사회에게도 중요한 메시지를 던진다.
기후변화가 심화되고, 도시 인프라가 더욱 확대되는 상황에서 식물은 단지 미관을 위한 장식물이 아니라, 기후 회복 탄력성과 생태 연속성의 핵심 매개체로 기능하고 있다.

예를 들어, 건물 벽면을 덮은 담쟁이덩굴이나 옥상녹화 식물은 단순히 미관을 넘어 열섬 완화, 미세먼지 흡착, CO₂ 저감 등의
환경적 기능을 수행하고 있으며, 도심 속 소규모 숲지와 거리 녹지는 곤충, 조류, 미생물의 생물다양성을 유지하는 작은 생태 허브로 작용하고 있다.

 

그러나 이러한 식물의 생존은 결코 저절로 유지되지 않는다.
도시에서의 생태적 회복은 식물의 적응 능력과 더불어, 사람의 배려와 생태 인프라 설계가 함께 이루어질 때 비로소 가능하다.

도시는 더 이상 자연의 반대말이 아니다.
오히려 도시는 기후 위기 시대에 새로운 방식으로 생태계가 복원되고, 실험되고, 유지되는 공간이 되어야 한다.
그리고 그 중심에, 인간과 식물의 협력이 있어야 한다.