중량식 라이시미터를 활용한 재배시기에 따른 조생종 벼의 물 필요량 평가

1. 서론

기후변화의 영향으로 우리나라는 40년간 전국적으로 연 평균기온, 최고기온, 최저기온이 상승하는 경향을 보이고 있으며 과거 30년(1912년~1941년) 대비 전국 평균 약 1.4℃ 상승한 것으로 나타났다(ME, 2020). 지구온난화에 따른 국지성 호우 및 가뭄은 우리나라에서도 발생하고 있는 재해로서 매년 피해 면적이 커지고 있으며 잦은 이상기변에 따라 수자원 확보의 불확실성이 커지고 있다(Sung et al., 2017). 물은 모든 생물에 필수적인 요소이기도 하지만 수자원 이용률 중 절반 이상은 농업용수로 쓰이므로 농업에서의 물을 확보하는 것은 매우 중요하다. 또한, 농업은 기후의 직접적인 영향을 받는 산업으로 기후변화에 따라 재배시기 및 기후지대별 작기 이동 변화가 발생하고 있으며(Jo et al., 2023; Lee and Kim, 2008) 작물별 적합한 생육조건이 충족되지 않을 경우, 생산성 및 품질이 떨어지게 된다(Hanjra and Qureshi, 2010; Kim et al., 2018; Ok et al., 2019).

벼는 숙기에 따라 조생종, 중생종, 만생종으로 구분할 수 있고 그중에서 조생종은 생육시기가 짧은 종이다. 2010년부터 2019년까지 중만생종이 84.1%로 가장 많은 벼농사가 이루어지고 있으나, 최근 추석 전 출하를 위한 조기, 적기 및 만기재배와 같이 목적에 따라 이앙시기를 달리할 수 있는 조생종 벼 재배가 증가하고 있다. 조생종은 다른 종에 비해 재배기간이 단축되어 병해충 방제 문제를 줄일 수 있으며, 기존 중만생종 위주 재배에 따른 노동력 및 농작업 배분 문제 등을 해결할 수 있다(Lee et al., 2022; Nam et al., 2013, 2018; Park et al., 2020, 2021). 조생종 벼의 연구 경향은 대부분 품질개선과 관련된 품종 개발 연구가 수행되고 있으며 기상요소에 따른 물 필요량 연구는 부족한 실정이다. 그러나 벼는 담수상태로 재배되므로 물 요구도가 높고 기온과 강수량과 같은 기상조건에 민감하게 반응하는 작물이며 Djaman et al. (2018)과 Omaid et al. (2018) 등 여러 연구에서 미래의 기후를 분석하였을 때, 평균온도가 상승함에 따라 증발산량 증가로, 물 소비량이 증가할 것으로 보고하고 있어 기후변화에 따른 벼 작물의 적정 물 필요량 연구가 필요하다(An and Cho, 2010; Jo et al., 2023; Lee at al., 2012). 최근, 물 필요량을 파악하기 위한 도구로써 라이시미터가 활발히 활용되고 있다(Anapalli et al., 2016; Kim et al., 2019; Meißner et al., 2010; Meissner et al., 2010). 중량식 라이시미터는 라이시미터의 한 종류로 하단에 설치된 로드셀(Load cell)을 활용하여 실시간으로 무게 변화를 통해 작물 생장 및 토양의 수분 이동을 감지하는 시설이며, 무게 변화를 통해 물 유입량과 물 유출량을 측정하고 티핑카운터(Tipping Counter)를 통해 지하유출량도 파악이 가능하여 물수지 산정에 용이한 도구이다. 일반적으로 라이시미터 연구는 교란된 토양에서 수행된 경우가 많지만(Kim and Lee, 2022; Oh and Koh, 2020; Seo et al., 2020) 토양이 교란될 경우, 토양수분 이동 양상에 영향을 미친다(Jung et al., 2015; Ok et al., 2018; Seo et al., 2017). 비교란 토양으로 충진되어 있는 비교란 중량식 라이시미터는 자연상태의 토양의 수분이동과 유사하기 때문에 현장토양과 보다 높은 적용성과 정확성을 보인다(Ok et al., 2018; Seo et al., 2016, 2017). 토성을 달리하여 토양의 이화학적 특성 연구 및 논과 밭토양에서의 작물계수, 물수지 분석 등이 수행되고 있으며(Kim et al., 2019, 2023; Ok et al., 2018; Tall and Pavelková, 2020), 센서를 활용한 토양수분 이동 특성 연구도 활발히 진행되고 있다(Seo et al., 2016). 또한, 증발산량을 직접 측정하는 도구로써 기준증발산량 및 식물의 증산량 산정 연구도 다수 수행되고 있다(Kim et al., 2018, 2019, 2020; Seo et al., 2020). 중량식 라이시미터는 작물의 생육에 필요한 물 소비량을 정량적으로 파악할 수 있어 수자원 공급 계획의 기초적인 연구 수행이 가능하고 시설의 정확성은 다양한 연구에서 증명되었다(Han and Seo, 2019; Liu et al., 2020). 따라서, 본 연구에서는 비교란 중량식 논토양 라이시미터에서 조생종 벼의 재배시기에 따른 물수지 분석 및 생육단계별 작물계수를 산정하여 물 필요량을 비교·평가하였다.

2. 연구 방법

2.1. 중량식 라이시미터 개요

본 연구는 전북특별자치도 완주군 국립농업과학원 (National Institute of Agriculture Sciences, NIAS)에 위치한(위도 35°49′29″, 경도 127°02′46″) 중량식 논토양 라이시미터(UGT, Germany)에서 수행되었다. 중량식 라이시미터는 표면적 1m², 깊이 1.5m의 원통형 시설로, 코어형태로 시료를 채취하여 비교란 상태의 논토양이 충진되어 있다(Fig. 1). 토양 시료 채취 및 작물 재배를 위해 표토(10 cm)는 교란되나, 심토는 비교란을 유지하여 실험을 수행하였다. 로드셀(Load cell)을 설치하여 무게변화를 통해 강수량과 관개량, 증발산량을 시간단위로 측정하며(Lee et al., 2017; Ok et al., 2018; Seo et al., 2016) 티핑카운터(Tipping Counter)로 지하유출량을 자동으로 기록하였다. 지표유거수는 60L 실린더에 수집하여 직접 무게를 측정하며 산정하였다. 본 중량식 라이시미터는 Ok et al. (2018), Kim et al. (2023), An et al. (2023)의 연구에서 활용된 도구이다.

Fig. 1.

Information of lysimeter station

2.2. 연구 작물 및 처리 방법

연구작물은 조생종 벼(조평)로 연구기간은 2019년, 2020년, 2022년 3개년 동안 수행하였다. 적기와 만기재배로 재배시기를 구분하였고 적기재배는 각각 2019년 5월 31일부터 9월 4일, 2020년 5월 20일부터 9월 10일, 2022년 5월 23일부터 9월 7일이었으며, 만기재배는 2019년 7월 10일부터 10월 16일, 2020년 7월 10일부터 10월 14일, 2022년 7월 11일부터 10월 12일까지이다. 생육단계는 생육기간을 참고하여 달관조사를 통해 활착기~분얼기, 유수형성기, 출수기, 등숙기 4단계로 구분하였으며, 활착기~분얼기와 유수형성기는 최고분얼기를 기점으로 구분하였고, 유수형성기는 대략 30~40일 사이로, 시험포장의 60% 이상의 벼에 유수가 형성되는 시점, 출수기는 40% 이삭이 나오는 시기까지로 하였다. 등숙기는 출수기 이후의 기간으로 정하였으며 등숙종료는 품종별 생육기간을 참고하였다.

작물별 표준재배법을 준용하여 재배하였고 양분은 비료사용처방의 표준시비량 기준(N:P:K = 11:4.5:5.7kg 10a^-1, 목표수량 500kg10a^-1기준)에 준하여 시용하였다. 관개방법은 연속관개(담수위 5cm 유지)로 하였으며 토성은 사양토(Sandy Loam, SL)와 미사질식양토(Silty Clay Loam, SiCL)를 사용하였다. 시험전 논토양의 물리적 특성은 Table 1에 나타내었으며 토성은 비중계법(Gee and Baude, 1986)에 따라 모래, 미사, 점토 비율을 산정하여 미국농무성의 토성삼각표(Soil texture triangle)에 따라 결정하였다. 용적밀도는 코아법(Blake and Hartge, 1986)에 따라 분석하였다.

Table 1.

Physical properties by paddy soil depth of weighable lysimeter

3. 결과 및 고찰

3.1. 연구기간 동안 기상 특성

연구기간 동안의 기상특성은 Fig. 2와 같다. 적기재배 기준 2019년의 평균온도, 총 강우량, 누적일사량은 각각 25.4℃, 365.9mm, 1,537.3MJ m^-2였고 2020년은 24.0℃ 1,522.0mm, 1,694.7 MJ m^-2, 2022년은 25.1℃, 691.2 mm, 1,217.8MJ m^-2였다. 만기재배 기준 2019년의 평균온도, 총 강우량, 누적일사량은 각각 25.3℃, 565.7mm, 1,304.8MJ m^-2였고, 2020년은 23.1℃, 1,289.8mm, 1,217.8MJ m^-2, 2022년은 23.8℃, 536.1mm, 1,243.6MJ m^-2였다. 평균온도는 만기재배보다 적기재배에서 0.1~1.3℃ 높았고 강우량은 2019년은 만기재배에서 약 200mm 많고, 2020년과 2022년은 적기재배에서 각각 약 250, 150mm 많았다. 누적일사량은 2019년과 2020년에 적기재배에서 각각 200, 400MJ m^-2 많았고 2022년은 뚜렷한 차이가 없었다.

Fig. 2.

Comparison of average temperature and cumulative solar radiation, and precipitation between normal years (1991~2020) and 2019, 2020, 2022 year

생육단계로 구분하여 분석한 결과, 적기재배 기준 생육단계의 평균온도는 평년은 22.9, 26.2, 27.9, 26.0℃, 2019년은 22.9, 26.0, 29.8, 26.7℃, 2020년은 21.9, 23.6, 27.0, 26.4℃, 2022년은 22.4, 28.1, 26.1, 26.0℃로 2022년을 제외한 나머지 조건에서 출수기에 가장 높았다. 출수기는 7월 하순부터 8월 초순으로 온도가 높았으며 2022년은 다른 연도에 비해 6월 하순부터 7월 중순에 평균온도가 높아 유수형성기에 가장 높았다. 생육단계별 강우량의 경우, 평년은 202.7, 239.0, 71.7, 261.4mm, 2019년은 76.2, 161.8, 4.7, 123.2mm, 2020년은 193.0, 379.0, 195.0, 755.0mm, 2022년은 189.6, 33.3, 94.7, 373.7mm로 2022년을 제외한 나머지 연도에서 출수기에 가장 적고, 2022년은 유수형성기에 가장 적은 강우량을 보였다. 누적일사량을 분석한 결과, 평년은 621.7, 410.0, 138.0, 476.9MJ m^-2, 2019년은 601.8, 349.6, 164.1, 421.8MJ m^-2, 2020년은 846.4, 283.7, 81.6, 483.0MJ m^-2 2022년은 633.6, 247.6, 238.3, 499.0 MJ m^-2을 보였다. 만기재배 기준 생육단계의 평균온도의 경우, 평년은 27.0, 25.5, 22.7, 18.8℃, 2019년은 27.8, 25.8, 25.9, 22.0℃, 2020년은 25.0, 28.3, 26.3, 19.1℃, 2022년은 27.3, 26.5, 22.9, 20.3℃로 나타났고, 강우량의 경우, 평년은 313.5, 204.6, 32.1, 96.8mm, 2019년은 192.9, 108.3, 47.5, 277.1mm, 2020년은 1,057.0, 30.5, 105.0, 97.3mm, 2022년은 137.1, 261.6, 50.3, 87.1mm를 보였다. 누적일사량을 분석한 결과, 평년은 621.7, 410.0, 138.0, 476.9MJ m^-2, 2019년은 601.8, 349.6, 164.1, 421.8 MJ m^-2, 2020년은 846.4, 283.7, 81.6, 483.0MJ m^-2, 2022년은 633.6, 247.6, 238.3, 499.0MJ m^-2을 보였다.

전주기상대를 기준으로 평년(1991~2020)과 비교하여 평균온도와 강우량, 누적일사량을 분석한 결과, 평균온도는 2019년 7월 중순부터 평년보다 높았으며, 2020년은 전반적으로 평년보다 낮은 평균온도를 보였다. 2022년은 평년과 유사하였으나 6월 중순~7월 중순과 9월 중순에 평년보다 다소 높았다. 누적일사량은 적기재배 기준 2019년, 2020년, 2022년 각각 93%, 86%, 66% 수준으로, 만기재배 기준 각각 88%, 82%, 85% 수준으로 모두 평년보다 낮았다. 총 강우량은 적기재배에서 2019년, 2020년, 2022년 각각 평년대비 47%, 148%, 86% 수준, 만기재배에서 88%, 200%, 83% 수준으로 2019년과 2022년은 평년보다 적었고 2020년은 잦은 강우이벤트로 많은 강우량을 기록하였다.

3.2. 조생종 벼의 연도별 물수지 산정 결과

2019년, 2020년, 2022년의 3개년의 물수지 산정 결과는 Table 2에 나타내었다. 2019년은 적기재배와 만기재배 모두 관개량과 지하유출량의 차이로 인해 미사질식양토보다 사양토에서 높은 물 유입량과 물 유출량을 나타내었다. 사양토는 미사질식양토보다 상대적으로 모래함량이 높으므로 지하로 투수되는 속도가 빨라 지하유출량이 많으며, Chae and Kim (2001)의 연구에서도 식양질 토양보다 사질 토양에서 지하유출량이 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서도 연속관개로 처리하여 지하유출량이 높을수록 관개량도 높다. 적기재배 물수지는 미사질식양토 –26.0mm, 사양토 –31.8mm, 만기재배 물수지는 미사질식양토 –15.2mm, 사양토 –104.2mm 값을 보였다. 2020년은 토성에 따른 물 유입량과 물 유출량의 차이는 다소 적었으나, 재배시기에 따른 강우량과 관개량은 적기재배에서 높았다. 이에 따라 적기재배의 물 유입량이 높게 나타났다. 적기재배 물수지는 미사질식양토 –860.6mm, 사양토 –994.2mm, 만기재배 물수지는 미사질식양토 –931.4mm, 사양토 –1,081.5mm로 물 유입량보다 물 유출량이 컸으며 이는 7월과 8월에 여러 번의 강우로 인해 지표유거량이 높았기 때문이다. 2020년은 2019년과 2022년에 비해 강우량이 적기 및 만기 모두 2~3배 높은 값을 보인 연도로(적기-만기 평균 1,410.4mm) 라이시미터 베셀의 수위를 초과하여 지표로 유거되는 양이 많았다. 지표유거량을 제외하여 물수지를 산정하면 적기재배 기준으로 미사질식양토는 –53.8mm, 사양토는 –147.2mm, 만기재배 기준으로 미사질식양토 –114.2mm, 사양토는 –356.0mm으로 나타났다. 2022년은 2019년과 유사한 경향으로 적기재배와 만기재배 모두 관개량과 지하유출량의 차이로 인해 사양토에서 더 높은 물 유입량과 물 유출량을 나타내었다. 재배시기별 비교시, 적기재배에서 더 높은 물 유입량과 물 유출량을 나타냈다. 만기재배보다 적기재배에서 유효강우량이 다소 높았는데 이는 강우이벤트가 발생한 시기에 담수위에 따른 차이에 의한 것으로 판단되며, 미사질식양토와 사양토의 유효강우량 차이도 이와 같은 이유인 것으로 판단된다. 적기재배 물수지는 미사질식양토 –53.1mm, 사양토 –2.9mm, 만기재배 물수지는 미사질식양토 –170.4mm, 사양토 –184.4mm로 나타났다. 3년동안 물 유입량보다 물 유출량이 높아 음의 물수지 값을 나타내었으며, 토성에서는 지하유출량의 차이로 미사질식양토보다 사양토에서, 재배시기는 2019년 미사질식양토를 제외하고 유효강우량이 적은 만기재배에서 음의 물수지 값이 높았다. 연도별로 비교하였을 때, 물수지 값의 차이는 강우량에 따른 차이로 유효강우량과 지하유출량 증감의 영향이 높았다.

Table 2.

Comparison of water balance on different paddy soil texture and cultivation periods(Unit: mm)

3.3. 재배시기에 따른 생육단계별 작물계수 및 물 필요량 산정

재배시기에 따른 생육단계별 벼 작물계수를 Table 3에 나타내었다. 생육단계는 활착기~분얼기, 유수형성기, 출수기, 등숙기 4단계로 구분하였다. 적기재배 기준 작물계수는 0.97, 1.21, 1.61, 1.47, 만기재배 기준 0.86, 1.29, 1.26, 1.45로 산정되었다. 적기재배와 만기재배 모두 활착기~분얼기 단계에서 가장 낮은 작물계수를 보였고, 적기재배는 출수기에서 1.61, 만기재배는 등숙기에서 1.45로 높은 작물계수를 보였다. 작물계수는 기준증발산량과 실증발산량의 비로 산정하므로 작물의 생육과 기상요소의 영향을 많이 받아 대부분의 작물계수는 초기에 낮고 후기로 갈수록 높은 작물계수를 보이는데 본 연구결과에서도 유사하게 나타났다. 4단계의 작물계수 범위는 적기재배 0.95~1.61 만기재배 0.87~1.45 범위로 나타났다. Yoo et al. (2006)은 Penman-Monteith (PM) 식과 FAO Modified Penman (FMP) 공식으로 이앙재배와 담수직파재배를 구분하여 전국 9개의 작물계수의 평균을 산정하였으며 이앙재배-PM 0.78~1.58, 이앙재배-FMP는 0.65~1.35, 담수직파재배-PM 0.87~1.74, 담수직파재배-FMP 0.70~1.58의 범위를 제시하였다. 증발산량 평균 범위는 423.1~560.5mm 범위며, 본 연구의 증발산량 범위는 444.1~686.9mm로 본 연구에서 다소 높았으나, 작물계수는 유사한 범위로 나타났다. Tyagi et al. (2000)은 Penman-Monteith 기준 1.15, 1.23, 1.14, 1.02, FAO-Blaney and Criddle 기준 1.11, 1.19, 1.09, 0.97, FAO-56 기준 1.1-1.15, 1.1-1.6, 1.1-1.3, 0.95-1.05의 범위로 본 연구결과보다 생육초기에는 높고, 생육중·후기에는 낮은 값을 보였으며, 작물계수는 지역에 따라 차이가 발생한다고 보고하였다. Kumari et al. (2022)는 라이시미터를 활용하여 실제 증발산량, FAO Penman-Monteith와 Pan 계수를 활용하여 작물계수를 산정하여 상관분석 등을 수행하였으며 연구에서 제시한 실제 증발산량은 1.13±0.13, 1.27±0.2, 1.23±0.16, 0.93±0.18로 본 연구보다 생육초기에는 높고, 중·후기에는 다소 낮았지만, 엽면적 증가로 인한 생육중기에 최대, 생육후기에 식물 생장 감소 등으로 낮은 작물계수로 경향은 유사하였다. 연구에 따르면 작물계수가 높게 산정된 부분은 물이 정체되어 있기 때문이라고 보고하였는데, 연속관개로 물관리를 할 경우, 증발작용이 활발하므로 작물계수가 과대산정될 가능성이 있을 것으로 판단된다.

Table 3.

Comparison of water requirement of rice for normal years (1991~2020), 2019, 2020, and 2022

벼를 재배하기 위한 총 물 필요량을 산정한 결과, 적기재배는 평년 452.7mm, 2019년, 2020년, 2022년은 각각 430.6, 615.2, 450.7mm, 만기재배는 평년 370.4mm, 2019년, 2020년, 2022년은 각각 335.1, 490.5, 306.2mm로 산정되었다. 적기재배를 기준으로 평년과 비교하였을 때, 2022년은 유사하였고 2019년은 5% 적은 물 필요량을 보였고, 2020년은 36% 높은 물 필요량을 보였다. 벼 재배기간을 고려하기 위해 물 필요량을 재배기간으로 나누어 산정한 결과, 평년, 2019년, 2020년, 2022년의 1일 평균 물 필요량은 각각 4.7, 4.4, 5.4, 4.2mm day^-1로 산정되었다. 평년 대비 2019년과 2022년은 물 필요량이 적었으며, 2020년은 가장 높은 값을 보였다. 2020년은 3개년 중 총강우량이 많은 연도였으나 누적일사량 1,694.7MJ m^-2로 높아 물 필요량이 높았다. 생육단계별 물 필요량은 유사하였으나, 2019년 출수기에 7.8mm day^-1로 상대적으로 높은 값을 보였다. 반면, 2022년은 평균 물 필요량이 가장 적었고 평년 대비 월별(5월~9월) 총 강우량은 적었지만, 평균온도는 낮고 누적일사량도 적어 가장 적은 물 필요량을 보였다. 연도의 생육단계별 물필요량은 출수기에 가장 많았으며, 이는 기상 특성에 따라 상대적으로 높은 평균온도와 적은 강우량에 의한 것으로 판단된다. 만기재배의 경우, 평년 대비 2019년은 11%, 2022년은 21%의 낮은 물 필요량을 나타내었고, 2020년은 평년보다 32% 높은 물 필요량을 나타내었다. 벼 재배기간을 고려하여 물 필요량을 산정한 결과, 평년, 2019년, 2020년, 2022년의 1일 평균 물 필요량은 3.8, 3.4, 5.1, 3.3mm day^-1로 2020년이 가장 높았다. 이는 2020년에 유수형성기와 출수기에 일 물 필요량이 각각 6.6, 6.5mm day^-1로 높았는데 유수형성기와 출수기 단계에서 다른 연도보다 평균온도가 높고, 강우량이 적었기 때문으로 판단된다. 재배시기별로 비교하였을 때, 물 필요량 및 1일 평균 물 필요량 모두 만기재배보다 적기재배에서 높았다. 물 필요량은 기상과 밀접하게 연관되어 있어 평균온도 및 적산온도와 같은 요소가 높을수록 물 필요량도 높아지는데, 적산온도 범위를 분석하면 적기재배 2,466.7~2,765.3℃, 만기재배 2,263.37~2,500.8℃ 범위로 적기재배가 높기 때문에 더 많은 물이 필요하다.

기상청에서 제시한 기후변화 시나리오 결과, 전북특별자치도 완주군 기준 RCP 2.6은 평균온도가 상승을 보이다 2071년 이후로 하강하지만, RCP 4.5와 6.0, 8.5 모두 상승하는 경향을 보였으며 특히, 8.5는 가장 높은 증가율을 보였다(Fig. 3). 이를 바탕으로 RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5 시나리오를 적용하여 2019년-적기재배 기준으로 기준증발산량(Penman-Monteith)의 증가율을 분석하였을 때, 2071~2100년 기준증발산량이 각각 0.9, 1.4, 1.5, 2.6%로 RCP 8.5 시나리오에서 가장 높은 증가율을 보였다. 본 연구에서 활용한 작물계수와 기준증발산량을 곱하여 물 필요량을 산정한 결과, 2019년 대비 RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5 각각 1.0, 1.5, 1.5, 2.7% 증가율을 보였다. 이처럼 평균온도가 상승할 경우, 증발과 증산 작용이 더욱 활발해지며 작물의 물 필요량이 높아질 것으로 판단된다. Incoom et al. (2022) 연구에서도 가나지역의 미래 기후 분석을 수행하였는데, RCP 4.5 및 RCP 8.5 시나리오를 적용하여 토마토와 양파의 2020년, 2050년, 2080년의 증발산량 증가율을 분석한 결과, 점진적으로 증가하는 경향을 보였으며 특히 RCP 8.5 기준 2080년에 5~18%로 가장 높은 증가율을 보였다. 관개 요구량 또한 2080년에 가장 높았으며 RCP 8.5 기준 6~27%로 가장 높은 증가율을 보였다. 또한, Abraham and Muluneh (2025)의 연구에서 지역 기후 모델(RCM)을 활용하여 RCP 4.5 및 RCP 8.5를 적용한 결과, 2080년대 작물의 물 요구량이 2.5% 증가하는 것을 확인하였으며, 기후변화로 인해 생장 기간이 점진적으로 짧아질 것으로 보고하고 있다. 이처럼 여러 연구에서 기후변화 시나리오를 적용하였을 때, 증발산량 증가로 작물의 수분 요구량이 증가하고 있다고 보고하고 있어 농업에서 보다 많은 수자원 확보가 요구될 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Projected average temperature results according to KMA climate change scenarios based on RCP (Wanju-gun, Jeollabuk-do)

4. 결론

본 연구에서는 중량식 라이시미터를 활용하여 적기 및 만기재배로 벼 재배시기를 구분하여 2019년, 2020년, 2022년의 조생종 벼의 물수지를 비교하였으며, 작물계수 및 물 필요량을 비교·평가하였다. 물수지는 관개량과 지하유출량의 차이로 인하여 미사질식양토보다 사양토에서 높은 물 유입량과 물 유출량을 보였다. 이는 모래함량이 높은 사양토에서 미사질식양토보다 상대적으로 투수속도가 빠르므로 지하유출 발생량이 많으며 지하유출량이 높을수록 관개량도 높아지게 된다. 재배시기별로 비교하였을 때 만기재배보다 적기재배에서 높은 물 유입량과 물 유출량을 보였으며 이는 관개량과 증발산량이 적기재배에 높았기 때문으로 판단된다. 작물계수는 4단계의 벼 생육단계로 나눠서 산정한 결과, 적기재배 기준 0.97, 1.21, 1.61, 1.47로 나타났고 생육초기에 가장 낮고 생육중기에 가장 높았다. 만기재배는 0.86, 1.29, 1.26, 1.45로 적기재배와 달리 생육후기에 높은 작물계수를 보였다. 작물계수를 통해 평년 및 연도별 물 필요량을 산정한 결과, 적기재배는 평년 대비 2022년은 유사하였으며 2019년은 5% 적었고, 2020년은 36% 높은 물 필요량을 보였다. 재배기간을 고려하여 산정하였을 때, 평년, 2019년, 2020년, 2022년의 1일 평균 물 필요량은 4.7, 4.4, 5.4, 4.2mm day^-1로 평년대비 2020년에 5.4 mm day^-1로 가장 많았고, 2020년은 총강우량이 많은 연도였지만 누적일사량도 많았기 때문으로 판단된다. 만기재배 기준 평년 대비 2019년은 11%, 2022년은 21% 적었지만 2020년은 32% 높은 물 필요량을 나타내었다. 벼 재배기간을 고려하여 물 필요량을 산정하였을 때 평년, 2019년, 2020년, 2022년의 1일 평균 물 필요량은 3.8, 3.4, 5.1, 3.3mm day^-1로 적기재배와 동일하게 2020년이 가장 높았다. 2020년은 유수형성기와 출수기에 일 물 필요량이 높았는데 두 생육단계에서 다른 연도보다 평균온도가 높고, 강우량이 적었기 때문으로 판단된다. 재배시기를 비교하였을 때, 만기재배보다 적기재배에서 물 필요량이 높았고, 이는 적기재배의 평균온도 및 적산온도 등이 만기재배보다 높았기 때문이다. 기상청에서 제공한 기후변화 시나리오로 미래 기후의 기준증발산량과 물 필요량을 산정하였을 때, 2019년 대비 2071~2100년 기준증발산량이 각각 0.9, 1.4, 1.5, 2.6% 증가율을 보였으며 물 필요량은 1.0, 1.5, 1.5, 2.7%로 RCP 8.5에서 높은 증가율을 보였다. 이처럼 평균온도가 상승할 경우, 증발과 증산 작용이 활발해지며 작물의 물 필요량이 높아질 것으로 판단된다. 중량식 라이시미터를 활용하여 물수지 요소별로 정밀하게 측정하여 물수지를 비교하였으며 생육단계별 작물계수를 산정하여 조생종 벼의 재배시기에 따른 물 필요량을 제시하였다. 기후변화의 대표적인 현상은 평균온도 상승이며 이로 인해 재배적지와 재배시기 변화 및 증발산량 등의 영향이 있으며 본 연구에서는 재배시기를 구분하여 평균온도와 강수량 등 기상요소가 벼의 물 필요량이 미치는 영향에 대해 분석하였다. 일반적인 재배방법인 적기재배에서 생육초기 단계부터 평균온도가 높은 만기재배보다 높은 물 필요량을 보이긴 하였으나, 생육단계별 분석시 평균온도가 높은 시기에 많은 물 필요량이 요구되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 도출된 결과는 벼 재배시기를 고려한 물관리 계획 및 농업용수 확보 등의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ014262012022)의 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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