친환경 벼 재배지에서 물관리 방법별 메탄 배출 일변화에 관한 연구

1. 서론

온실가스(GHG)는 지구의 온실효과를 유발하는 대기 중에 존재하는 가스 상태의 물질로 온실가스의 농도의 증가는 지구온난화 및 그에 따른 심각한 기후변화를 유발하였다(Choi et al., 2019; Foley et al., 2011). 농업부문에서 배출되는 온실가스로는 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)가 있으며, 이 중 이산화탄소는 작물의 광합성 작용으로 상쇄되므로 온실가스 배출량 계산에 포함되지 않고, 메탄과 아산화질소에 의한 것만 포함한다(Jeong et al., 2010). IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)는 가이드라인에서 농업부문 배출원은 크게 축산과 경종으로 나누며, 이 중 경종부문은 벼 재배, 농경지토양 및 잔물잔사소각으로 구분하였다. 이 중 벼 재배에서 주로 발생되어지는 메탄은 지구온난화를 유발하는 가장 영향력이 있는 가스 중 하나로, 단위 질량당 지구온난화지수(GWP)는 이산화탄소의 25배에 달한다(Shindell et al., 2009). 복사 강제력에 의한 지구온난화 영향은 온실가스 전체에서 메탄이 이산화탄소 다음으로 많은 약 16%를 차지하고 있다(Butler and Montzka, 2020). 메탄은 이산화탄소와는 다르게 화석연료의 연소가 아니라, 생물적 요인인 메탄생성균의 활동에 의한 발생이 주요 배출원이 된다. 이러한 메탄생성균은 일반적으로 산소가 부족한 혐기적인 조건에서 유기물은 분해하여 메탄을 생성한다(Malyan et al., 2016). 벼는 대부분 논토양에서 담수상태로 재배되기 때문에 대표적 혐기적 조건 중 하나이며(GIR, 2019), 온실가스 배출, 특히 메탄 배출의 주요 원인 중 하나이다(Suepa et al., 2013). 전 세계의 인위적 배출량 중에서 8%가 벼 논에서 발생하는 것으로 알려져 있다(Saunois et al., 2020). 우리나라는 전체 경작지 면적 1,512,145 ha의 약 50%인 763,989 ha를 논 면적이 차지하고, 상당량의 온실가스가 논에서 발생되고 있는 실정이다(KOSIS, 2023). 국내 벼 재배에 따른 메탄 배출량은 6.0 Tg CO₂ep이다. 이는 총 메탄 배출량의 약 22%, 농업에서 발생되는 배출량의 51.2%를 차지한다(GIR, 2019).

현재까지 논에서 메탄 배출을 저감하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 중간낙수와 같은 물관리 기술이 메탄 배출을 감축하는데 효과가 있는 것으로 보고되었다(Itoh et al., 2011; Lagomarsino et al., 2016; Ma and Lu, 2011; Towprayoon, 2005). 우리나라에서도 이와 같은 연구가 수행되었는데, 상시담수와 비교하여 메탄 배출량이 간단 관개 처리시 66% 저감 가능하였고, 논물얕게대기 처리시 78%까지 감축이 가능하였다(Ahn et al., 2014; Kim et al., 2012). 중간낙수를 통해 토양 상태를 호기 조건으로 유지가 가능하여 메탄 산화를 촉진시켜 배출량을 감소시켰고(Kim et al., 2016), 벼 재배기간동안 토양 수분함량을 포화용수량으로 처리하였을 때 담수 8 cm 및 4 cm보다 메탄 발생량이 적었다(Lee et al., 2005), 논물 수위를 낮게 유지하거나 암거배수를 설치하여 토양 내 산소 확산을 용이하게 함으로써 메탄 배출이 저감되었으며(RDA, 2005), 벼 재배 중 중간물떼기 및 걸러대기(water saving drainage)를 처리하였을 때 상시담수 대비 큰 메탄 배출 저감 효과가 있었다(상시담수 대비 66 ~ 72% 저감)(RDA, 2012, 2013, 2017). 중간물떼기 재배방법은 이미 많은 농가에서 수행되고 있으며, 연구분야에서도 다른 메탄 감축 재배기술과 병합하여 복합적인 연구가 이루어지고 있다(RDA, 2020) 하지만, 논물관리 기술은 메탄 배출 저감이 가능하다고 보고되고 있으나, 중간낙수 기간중 강수현상에 따라 메탄 발생량에 큰 영향을 미치거나(Kim et al., 2016), 중간물떼기 이행이 어려운 논들이 다수 존재해 획일적인 물관리는 불가능하며(Gwon et al., 2022), 이에 정확한 가이드가 필요한 실정이다. 칸쿤에서 개최된 제 16차 기후변화당사국총회(COP16, 2016)에서 국가온실가스인벤토리, 감축행동 등의 내용이 포함된 개도국들의 격년갱신보고서(Biennial Update Report; BUR) 제출이 결정되었다(KEEI, 2015). 이러한 국제적 요구에 대응 하기 위해서 우리나라는 매년 국가온실가스인벤토리 보고서를 발간하고 있으며, 온실가스 감축목표를 계획하고 이행하기 위해서 주요 온실가스 배출원에 대한 정확한 배출량 조사는 중요하다(Kim, 2007).

국내에서는 농업이 주는 긍정적 영향을 유지하는 환경친화적 지속 농업을 위한 노력이 이루어지고 있고, 토양의 유기탄소 저장 능력을 높일 수 있으며, 소득 증대가 가능한 친환경 농업의 형태로 변화하고 있다. 우리의 주식인 쌀도 예외일 수 없다(Yoon et al., 2007). 하지만, 친환경 벼 재배시 발생할 수 있는 온실가스에 대한 재평가는 미미한 실정이다.

따라서, 본 연구는 친환경 벼 재배지에서의 중간낙수와 얕게대기 및 얕게걸러대기 등의 물관리 방법에 따른 벼 주요 생육시기별 일일간의 메탄 가스 배출 양상의 변화를 살펴봄으로써, 온실가스 감축이 가능한 벼 재배 방법 개발 및 온실가스 관리에 필요한 기초자료로 활용하고자 본 연구를 수행하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 시험포장 및 물관리 처리구 설계

본 시험은 2022년 6월 10일부터 10월 25일 수확까지 경상남도 의령군 궁류면 압곡리에 위치한 친환경 벼 재배지(35.4336866N, 128.2652065E)에서 수행되었다. 시험 토양은 시험 전 10년동안 유기물로 유박(Milti Power Gold, Farmfriend, Korea)을 N-7.2 kg 10a^-1 시용하였던 곳으로, 토성은 양토(Loam)이며, 물빠짐이 약간 양호하였다. 시험지역 토양의 화학적 특성은 Table 1과 같다. 토양분석은 챔버 주변에서 오거(Ø 50.8 mm, Eijkelkamp, Netherland)를 이용하여 6회 샘플링한 것을 취합하여 분석에 이용하였고, 농촌진흥청 토양 및 식물체 분석법(NAAS, 2000)에 준하여 분석을 실시하였다.

Table 1.

Soil chemical properties before the experimental of diurnal variation methane emissions in rice field cultivation

물관리방법별 처리는 주당 평균 분얼수가 15개에 도달한 7월 13일부터 ① 중간낙수 2주 + 얕게대기(2MD-1), ② 중간낙수 2주 + 얕게걸러대기(2MD-2), ③ 중간낙수 3주 + 얕게대기(3MD-1), ④ 중간낙수 4주 + 얕게대기(4MD-1), ⑤ 중간낙수 4주 + 얕게걸러대기(4MD-2)로 하고, 상시담수(CONV)를 대조구로 설정하였다. 각 처리구의 면적은 600 m² 이상으로 설정하였다.

3. 결과 및 고찰

시험 전 토양은 pH가 5.06 ~ 5.24였고, OM은 20.9 ~ 28.9 mg kg^-1이었으며, 유효 규산 함량은 64.4 ~ 86.8 g kg^-1이었다(Table 1). Table 2와 같이 시험 후 토양 화학성에서는 pH는 물관리 처리별 차이가 없었고, EC는 4MD-1에서 0.40 dS cm^-1로 가장 낮았으며, 2MD-2에서 0.60 dS cm^-1로 가장 높게 나타났다. OM은 22.3 ~ 29.3 g kg^-1 범위로 조사되었다. 시험 후 토양 화학적 특성 조사에서는 물관리 처리에 따른 차이를 확인하기 어려웠다.

Table 2.

Soil chemical properties after the experimental of diurnal variation methane emissions as influenced by water management methods in rice cultivation

벼가 재배된 경상남도 의령군의 기후적 특성은 Fig. 1과 같이, 중간낙수가 시작되는 7월 13일 이후 약 5일간 강우가 없었지만, 중간낙수 기간과 장마기간 겹쳐 7월 18일에 71.1 mm day^-1의 많은 비가 내리는 등 4주차가 종료되는 8월 10일까지 약 10일 정도 0.1 ~ 22.5 mm day^-1가량의 비가 내렸지만, 물꼬 정비를 통하여 중간낙수 처리구는 퇴수로를 확보하여 빠른 배수를 유도하였다. 모든 중간낙수 처리구에서 토양이 건조됨에 따라 논 지표면이 갈라진 것을 확인할 수 있었다. 일평균기온은 23.0 ~ 30.8℃로 나타났으며, 전체 조사기간 일평균기온 중 7월이 26.6 ~ 26.7℃로 가장 높았고, 8월과 9월은 24.2 ~ 25.5℃로 비슷하게 나타났다.

Fig. 1.

The changes of climate characteristics in rice cultivation field

토양 Eh는 6월 17일과 중간낙수 시작 전 측정한 7월 13일에서 처리간 차이가 없었다. 이는 모든 처리구가 담수상태였기 때문인 것으로 판단된다. 중간낙수 2주 처리가 종료되어, 관수한 후 조사 한 7월 27일에서 아직 관수하지 않은 3MD와 4MD에서 95 ~ 98 mV 로 양의 값을 보였으며, 관수하여 담수상태인 CONV은 –299 mV 로 가장 낮았다. 2MD-1는 –101 mV였고, 2MD-2는 –133 mV로 나타나, CONV 보다 각각 –198, 166 mV 더 높았다. CONV와 같이 담수상태였지만, 중간낙수 이행으로 토양에 물이 없는 동안 산화 상태가 유지되었고(Jang et al., 2023), 이후 관수해도 토양 Eh 값이 CONV 보다 더 높게 나타났다. 이후 8월 ~ 9월 조사에서도 얕게대기와 얕게걸러대기 처리를 위해 관수를 했고, 강우도 있었기 때문에 상시담수를 제외하고 처리간 큰 차이가 없었다.

Table 3.

Soil Eh at different growth stages of rice cultivation in relation to diurnal variations in methane emission

물관리 방법에 따른 메탄 발생량 일변화를 조사하기 위해 중간낙수 2주 종료 후인 7월 27일 ~ 28일에 2MD에 관수 한 후 조사하였다. 메탄 발생량은 대조구인 CONV이 19.8 ~ 41.1 mg m^-2 hr^-1였고, 일 평균 발생량은 29.1 mg m^-2 hr^-1였다(Fig. 2). 처리 중 발생량이 가장 적었던 4MD-2는 4.7 ~ 13.6 mg m^-2 hr^-1로 나타났고, 일 평균 발생량은 8.2 mg m^-2 hr^-1로, CONV 대비 71.8% 감소하였다. 관수한 2MD-1과 2MD-2는 CONV 대비 46.5, 50.4% 감소하였다. 3MD-1은 CONV 대비 61.1% 발생량이 더 적었고, 4MD-1은 CONV 대비 61.3% 감소하였다. 모든 물관리처리에서 일 평균 메탄 발생량이 CONV 대비 46.5 ~ 71.8 % 저감 가능한 것으로 나타나, 중간낙수 처리로 메탄 발생량을 저감할 수 있을 것으로 생각된다. CONV를 포함한 모든 처리구에서 14시에 메탄 발생량이 가장 많았고, 이후 점차 메탄 발생량이 감소하다 2시에 발생량이 가장 적었으며, 그 이후 증가하는 경향을 보였다. 이는 논토양에서 메탄 배출량은 온도에 많은 영향을 받기 때문에 일출 이후 증가하다 이른 오후 절정에 달하며, 밤에는 발생량이 떨어진다는 연구결과(Neue et al., 1994)와 유사한 경향으로 본 실험에서도 메탄 발생량은 온도의 변화에 직접적인 영향을 받은 것으로 판단된다.

Fig. 2.

The diurnal variations of methane emission as effected by water management methods in rice cultivation (July 27 ~ 28, 2022). CONV, conventional; MD, mid-season drainage (2, 3, 4 weeks); -1, low level water management; -2, alternate water irrigation

8월의 물관리 방법에 따른 메탄 발생량 일변화 조사는 벼의 수잉기 단계로 중간낙수 4주 처리가 모두 완료된 후인 25 ~ 26일에 실시하였다. 시간별 메탄 발생량은 7월 조사에서와 같은 경향으로 모든 처리구에서 14시에 가장 많았고, 2시에 가장 적었다(Fig. 3). 메탄 발생량은 CONV가 14.3 ~ 20.6 mg m^-2 hr^-1였다. 발생량이 가장 많은 CONV는 일평균 메탄 발생량이 16.6 mg m^-2 hr^-1였고, CONV 대비 2MD-1은 31.3%, 2MD-2는 35.4%, 3MD-1은 32.5% 감소하였다. 가장 발생량이 적었던 4MD-1은 3.4 ~ 13.5 mg m^-2 hr^-1였고, 일평균 발생량은 8.1 mg m^-2 hr^-1로, CONV 대비 51.3% 감소했다. 4MD-2에서는 2.9 ~ 14.0 mg m^-2 hr^-1로, 일 평균 발생량은 8.0 mg m^-2 hr^-1였고, CONV 대비 51.8% 감소하는 것으로 나타났다. 이처럼, 모든 처리구가 담수상태였지만 CONV이 가장 메탄 발생량이 많았고, 2MD, 3MD 및 4MD가 메탄 발생량이 더 적게 나타나, 벼 재배시 중간낙수 처리는 중간낙수 이후 담수하여도 메탄 발생량 저감에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이는 중간낙수 완료 후 관수함에 따라 메탄 발생량이 증가하였지만, 중간낙수 이전보다 더 적게 발생하였거나, 적은 상태로 유지되었다는 결과(Cai et al., 1997; Sawamoto et al., 2004)와도 유사한 경향을 보였다.

Fig. 3.

The diurnal variations of methane emission as effected by water management methods in rice cultivation (August 25 ~ 26, 2022). CONV, conventional; MD, mid-season drainage (2, 3, 4 weeks); -1, low level water management; -2, alternate water irrigation

9월의 물관리 방법에 따른 메탄 발생량 일변화는 벼의 호숙기 단계인 16 ~ 17일에 조사하였다. 메탄 발생량은 CONV이 12.0∼14.8 mg m^-2 hr^-1였고, 일평균 발생량은 12.8 mg m^-2 hr^-1로 나타나 가장 많았다(Fig. 4). 2MD-1는 4.4∼8.9 mg m^-2 hr^-1로, 일 평균 발생량은 7.1 mg m^-2 hr^-1이었고, CONV 대비 44.4% 감소하였다. 2MD-2는 1.8 ~ 7.7 mg m^-2 hr^-1 범위였고, 일 평균발생량은 4.6 mg m^-2 hr^-1였으며, 상시담수 대비 64.0% 감소하였다. 일 평균 발생량은 2MD-1보다 2MD-2가 19.5% 더 적게 나타났다. 3MD-1은 2.9 ~ 7.7 mg m^-2 hr^-1범위였고, 일 평균 발생량은 5.0 mg m^-2 hr^-1로 CONV 대비 60.7% 감소하였다. 4MD-1은 2.5 ~ 9.3 mg m^-2 hr^-1로 나타났고, 일 평균 발생량은 5.1 mg m^-2 hr^-1로 CONV 대비 59.9% 감소하였다. 4MD-2는 0.7 ~ 7.0 mg m^-2 hr^-1으로 나타났으며, 일 평균 발생량은 3.8 mg m^-2 hr^-1로 CONV 대비 70.3% 감소하였다. 7 ~ 8월 일변화 조사에서는 14시에 가장 발생량이 많았고, 2시에 가장 발생량이 적었지만, 9월 조사에서는 일부 처리구에서 다른 경향을 보였는데, 이는 9월에는 메탄 발생량이 적고, 상대적으로 기온이 낮아지고, 일교차가 크지 않기 때문에 뚜렷한 경향이 나타나지 않았던 것으로 판단된다.

Fig. 4.

The diurnal variations of methane emission as effected by water management methods in rice cultivation (September 16 ~ 17, 2022). CONV, conventional; MD, mid-season drainage (2, 3, 4 weeks); -1, low level water management; -2, alternate water irrigation

Table 4는 물관리 방법별 메탄 총 발생량을 나타낸 것으로, 7월에는 CONV가 179.9 mg m^-2 day^-1로 가장 많았고, 다음으로 2MD가 발생량이 많았으며, 3MD 및 4MD는 가장 적게 발생하였지만, 처리간 차이가 없었다. 모든 물관리 처리구에서 CONV 대비 53.8 ~ 73.6% 더 적게 발생하였고, 그 중 4MD-1이 47.6 mg m^-2 day^-1로, CONV 대비 73.6% 감소하여 가장 적게 발생하였다. 이처럼 상시담수 보다 중간낙수(2, 3, 4주) 처리구에서 메탄 총 발생량이 감소하였는데, 이는 일본에서 벼 재배 시 중간낙수를 통하여 7월 초 150 mg CH₄ m^-2 d^-1였던 메탄 발생량이 거의 0으로 급격히 떨어졌다는 보고(Sawamoto et al., 2004)와, 무효분얼기 또는 출수 시작 시 중간낙수(2주)가 메탄 발생을 억제했다는 보고(Bronson et al., 1992)와 같은 경향을 보였다.

Table 4.

Methane emission as influenced by water management methods in rice cultivation

8월 또한 메탄 발생량이 CONV에서 98.2 mg m^-2 day^-1로 가장 많았다. 다음으로 2MD 및 3MD > 4MD 순으로 많이 발생하였다. 4MD-1와 4MD-2에서 각각 48.8, 48.1 mg m^-2 day^-1로 가장 적게 나타나, 7월과 유사한 경향을 보였다. 3MD와 4MD는 7월에서는 처리간 유의성이 없었지만, 8월에는 차이를 보였다. 이는 7월 조사에서 3MD 및 4MD는 중간낙수가 진행중이었고, 8월에는 모든 처리구가 중간낙수 종료로 담수된 상태였기 때문에 중간낙수의 기간에 따라 발생량에 차이를 보인 것으로 판단된다. 8월에도 물관리를 통하여 메탄 발생량이 CONV 대비 31.6 ~ 51.1% 저감 가능하였다. 2MD에서 얕게대기와 얕게걸러대기 처리간 메탄 발생량의 차이가 없었는데, 이는 관수한지 오래되지 않았고, 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 메탄 발생량이 점점 감소하여 큰 차이를 확인하기 어려웠을 것으로 판단되며, 전 생육과정 동안의 메탄 발생량의 추이를 살펴볼 필요성이 있을 것으로 사료된다.

9월 메탄 총 발생량 또한 CONV에서 78.2 mg m^-2 day^-1로 가장 많았고, 2MD-1 > 4MD-1 > 3MD-1 > 2MD-2 > 4MD-2 순으로 많이 발생하는 것으로 나타났다. 모든 물관리 처리구에서 CONV 대비 47.0 ~ 70.1% 감소하였고, 4MD-2가 23.3 mg m^-2 day^-1로 가장 적게 나타났다. 모든 물관리 처리에서 상시담수 대비 메탄 발생량이 감소하여 중간낙수 및 얕게대기와 얕게걸러대기가 메탄 발생 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 메탄 발생량도 감소하였다. 이는 벼 재배 시 완효성 비료 시용별 중간낙수 효과 실험에서 모든 비료처리에서 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 메탄 발생량도 저감되었다는 보고(Jang et al., 2023)와도 일치하였다. 9월에는 얕게대기와 얕게걸러대기 처리간 메탄 발생량의 차이를 보였는데, 2MD-2가 28.9 mg m^-2 day^-1로, 2MD-1 대비 30.3% 감소하였고, 4MD-2 또한 4MD-1 대비 24.5% 더 적게 발생하였다. 따라서, 얕게걸러대기가 얕게대기 보다 메탄 저감에 더 효과적인 것으로 판단되며, 이는 담수심별 메탄 발생량 연구에서, 8 cm 담수 시 포장용수량 수분처리 보다 1.42배 발생량이 많았고, 4 cm 담수 보다 1.27배 발생량이 많게 나타나, 담수높이가 메탄 발생량에 영향을 미친다는 연구결과(Lee et al., 2005)와 유사한 경향으로 나타났다.

6월 조사는 벼의 생육 단계 중 착근기인 17일에 실시하였고, 물 관리 방법별 처리가 시작되기 전이라 일일 1회 조사하였으며, 하루 중 평균 발생량을 보이는 오전 10시30분 ~ 11시30분 사이에 1회 진행하여 분석하였다(Jeong et al., 2018). 동일조건의 비교를 위해 7월∼9월은 동시간대 발생량을 비교하여 Fig. 5에 나타냈다. 6월 조사에서는 중간낙수가 시작되기 전이고, 전 처리구의 담수심을 5 ~ 7 cm로 유지했기 때문에 처리구간 발생량의 차이를 보이지 않았다. 전 처리구에서 21.6 ~ 24.1 mg m^-2 hr^-1로 메탄 발생량이 나타났다. 이후 중간낙수가 시작된 7월 20일(이앙 후 47일)에는 CONV를 제외한 모든 처리구에서 발생량이 감소하였다. 중간낙수 2주 처리가 완료되어 관수한 후인 7월 27일에는 CONV와 2MD-1 및 2MD-2에서 각각 21.1, 17.4, 18.5 mg m^-2 hr^-1로 발생량이 증가하였지만, 중간낙수가 시작되기 전인 6월 17일보다 발생량이 적었다. 이는 중간낙수 완료 후 관수함에 따라 메탄 발생량이 증가하였지만, 중간낙수 이전보다 더 적게 발생하였거나, 적은 상태로 유지되었다는 결과(Cai et al., 1997; Sawamoto et al., 2004)와 유사한 경향을 보였다. Cai et al. (1997)은 메탄 발생량이 벼 이앙 후 40일에 최고점에 도달한 후 감소하였다고 보고하였고, Jang et al. (2023) 또한 벼 이앙 후 45일에 메탄 가스가 가장 많은 양이 발생하였다고 하였는데, 본 연구는 가장 발생량이 많은 이앙 40일 이후 중간물떼기를 통하여 상시담수(30.2 mg m^-2 hr^-1) 대비 모든 처리구에서 평균 89.8% 메탄 발생이 저감되었다.

Fig. 5.

The diurnal variations of methane emission as effected by water management methods in rice cultivation (June 17, 2022). CONV, conventional; MD, mid-season drainage (2, 3, 4 weeks); -1, low level water management; -2, alternate water irrigation

벼 이앙후 메탄 발생량은 15 ~ 20일이 지나서 증가한 다음 50 ~ 60일까지 상대적으로 높은 수준이 유지되다가 이후 수확시기까지 낮은 수준으로 유지되었는데(Cai et al., 1999), 본 연구에서도 상대적으로 메탄 발생량이 많은 시기인 중간낙수 종료 후 관수시점(이앙후 53 ~ 67일)에서 메탄 발생량이 증가하였지만 상시담수 보다 물관리 처리구에서 메탄 발생량이 적었고, 이후 점차 감소하여 일정량이 유지되는 경향을 나타냈다.

본 연구에서는 상시담수 및 모든 물관리 처리방법별 메탄 발생량 일변화는 온도가 점점 높아짐에 따라 증가하다가 14시에 가장 발생량이 많았고, 점차 감소하여 온도가 가장 낮은 2시와 9월 조사에서 일부 처리에서는 6시에 가장 적게 발생하였다. 이는 토양에서 메탄 배출량은 온도에 많은 영향을 받는다는 연구결과(Neue et al., 1994)와 유사한 경향을 보였다. 7월 ~ 9월 조사에서 모두 중간낙수 및 얕게대기와 얕게걸러대기 처리구에서 총 메탄 발생량도 감소하였는데, 상시담수 대비 물관리 처리구에서 벼 재배에서 상시담수(0.174 g m^-2 day^-1) 대비 간단관개시 33.9% 메탄 발생량이 감소하였다는 보고(Shin et al., 1996)와 일본에서 벼 재배 시 중간낙수를 통하여 메탄 발생량 저감이 가능하였다는 연구결과(Sawamoto et al., 2004)와 유사한 경향을 보였다. 또한, Choi et al. (2014)은 재배 중기 이전 두 번의 배수를 통해 메탄 발생량을 상시담수(458 kg ha^-1) 보다 300 ka ha^-1 만큼의 저감이 가능했다고 보고하여, 본 실험과 유사한 경향을 보였다. 필리핀의 중부 루손에서도 상시담수의 경우 269 ~ 503 mg CH₄ m^-2 day^-1 발생하였으나, 중간낙수에서는 78 ~ 184 mg CH₄ m^-2 day^-1 발생하여 메탄 발생 저감이 가능하였고(Corton et al., 2000), 중국 베이징에서 4년간 메탄 배출을 연구한 결과 상시담수 대비 중간낙수 처리시 23% 저감이 가능하였으며(Wang et al., 2000), 이 외에도 인도, 인도네시아, 태국 및 필리핀에서도 중간낙수를 통하여 메탄 배출량을 20 ~ 73% 저감할 수 있었다고 보고된 바 있어(Wassmann et al., 2000), 본 연구와 유사한 경향을 보였다. Jang et al. (2023)은 벼 재배 시 비료 시용별 중간낙수 효과를 실험하였는데 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 메탄 발생량이 저감 되었다고 보고하였다. 본 연구에서도 7 ~ 9월 조사에서 모두 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 메탄 발생량이 감소하였고, 이는 중간낙수 기간이 길어짐에 따라 상대적으로 토양이 호기성 상태로 유지되어 메탄 생성균의 활성도가 감소하고, 메탄 산화균의 활성도가 높아져 더 낮게 배출되었으며, 물이 없는 동안 토양이 산화 상태가 유지되어 메탄 배출을 저감할 수 있었던 것으로 생각된다(Choi et al., 2014; Chu et al., 2015; Jang et al., 2023). 하지만, 중간낙수가 실시되는 시기가 벼의 영양생장기에서 생식생장기로 넘어가는 중요한 시기이고, 이식시기에 따라 장마기간과 겹칠 수 있어 벼의 수량 및 품질에 영향을 미치지 않으며, 각 지역의 기후적 특성을 반영한 중간낙수 기간 및 방법의 설정이 필요할 것으로 생각된다.

4. 결론

본 연구는 기후변화대응 벼 중간낙수 이행에 따른 친환경 벼 재배 논에서의 메탄 발생량 변화를 알아보기 위하여 수행하였다. 2022년에 의령군 궁류면 압곡리 일대 6 필지에서 월별로 일중 메탄 발생량을 조사하기 위하여 4시간 간격으로 일별 7회 챔버법을 활용하여 조사하였다. 처리내용은 상시담수(CONV), 중간낙수 2주에 얕게대기(2MD-1) 및 얕게걸러대기(2MD-2), 중간낙수 3주 얕게대기(3MD-1), 중간낙수 4주에 얕게대기(4MD-1) 및 얕게걸러대기(4MD-2)로 처리하였다. 그 결과, 7월∼8월에는 모든 물관리 처리구에서 하루 중 14시에 가장 메탄 발생량이 많았고, 2시에 메탄 발생량이 가장 적었다. 물관리 방법별 월별 비교 시 가장 높은 메탄 발생은 7월이었고, 8월 > 9월 순이었다. 가장 발생량이 많았던 7월에서 일 평균 메탄 발생량이 가장 높은 처리는 상시담수구(29.1 mg m^-2 hr^-1)였으며, 2MD-1 (CONV 대비 51.4% 감소) > 2MD-2 (53.8%) > 3MD-1 (68.5%) > 4MD-1 (70.2%) > 4MD-2 (71.8%) 순으로 나타났다. 8월 ~ 9월 또한 중간낙수와 얕게대기 및 얕게걸러대기 처리를 통하여 메탄 발생량이 31.3 ~ 70.3% 저감되었다. 중간낙수 및 물관리 방법이 메탄 발생 저감에 크게 기여하였으며, 중간낙수기간이 길어질수록 메탄 발생량이 낮았고, 얕게대기 보다 얕게걸러대기가 메탄 발생 저감에 더 효과적이었다. 따라서, 논에서 메탄발생량을 저감하기 위한 방법으로는 메탄 발생량이 가장 많은 7월(이앙 후 약 40일 이후)에 중간낙수를 하는 것이 가장 효과적일 것이다. 중간낙수 이후 얕게걸러대기를 하는 것이 메탄 발생 저감이 가능한 벼 재배 물관리 방법으로 판단된다. 이러한 벼 재배시 물관리를 통하여 메탄 발생량을 저감할 수 있는 재배방법은 기후변화에 크게 기여할 것이다.

Acknowledgments

본 연구는 “농림축산식품부의 저탄소 벼 논물관리 기술보급 시범사업(과제번호: B0080420002669)”의 지원으로 수행되었다.

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