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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Environmental Biology Research Vol.35 No.4 pp.715-725
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2017.35.4.715

Evaluation of Carbon Balance for Carbon Sink/Emission with Different Treatments in Paddy Field

Gun-Yeob Kim*, Jong-Sik Lee, Sun-Il Lee, Hyun-Cheol Jeong, Eun-Jung Choi, Un-sung Na
National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Wanju 55365, Republic of Korea
Corresponding author : Gun-Yeob Kim, 063-238-2493, 063-238-3823, gykim1024@korea.kr
20171102 20171213 20171218

Abstract

Importance of climate change and its impact on agriculture and environment has increased with the rise in the levels of Green House Gases (GHGs) in the atmosphere. To slow down the speed of climate change, numerous efforts have been applied in industrial sectors to reduce GHGs emission and to enhance carbon storage. In the agricultural sector, several types of research have been performed with emphasis on GHGs emission reduction; however, only a few work has been done in understanding the role of carbon sink on reduction in GHGs emission. In this study, we investigated ecosystem carbon balance and soil carbon storage in an agricultural paddy field. The results obtained were as follows: 1) Evaluation of soil C sequestration in paddy field was average 3.88 Mg CO2 ha-1 following NPK+rice straw compost treatment, average 3.22 Mg C ha-1 following NPK+hairy vetch treatment, and average 1.97 Mg CO2 ha-1 following NPK treatment; and 2) Net ecosystem production (NEP) during the paddy growing season was average 14.01 Mg C ha-1 following NPK+hairy vetch treatment, average 12.60 Mg CO2 ha-1 following NPK+rice straw compost treatment, and average 11.31 Mg CO2 ha-1 following NPK treatment. Therefore, it is proposed that organic matter treatment can lead to an increase in soil organic carbon accumulation and carbon sock of crop ecosystem in fields compared to chemical fertilizers.


벼논에서 양분관리별 탄소의 흡수·배출에 대한 탄소수지 평가

김 건엽*, 이 종식, 이 선일, 정 현철, 최 은정, 나 운성
농촌진흥청 국립농업과학원 기후변화생태과

초록


    Rural Development Administration
    PJ012614

    서 론

    대기 중 이산화탄소 (CO2) 농도는 토지이용 방법과 화석연료 사용 빈도에 따라서 달라진다. 최근 화석연료의 과다사용과 도시지역 확대 및 산림과 농경지의 잠식에 수반되는 생태계의 식생피복 변화로 대기 중 CO2는 계속 증가하고 있다 (Bruce et al. 1998; IPCC 2007). 최근 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)의 연구 결과에 의하면 지난 1990년대 이후로 주요 온실가스인 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O) 그리고 염화불화탄소 (CFCs)가 전체 온실가스의 97%를 차지하고 있다고 한다 (IPCC 1996). 이 중에 CO2는 1990년을 기준으로 2006년까지 증가된 온실가스의 80% 이상을 차지하고 있는 것으로 나타났다 (Hutchinson et al. 2007). CFCs와 같은 온실가스는 줄어들고 있는 반면에 CO2는 증가 추세에 있기 때문에 이를 줄이기 위한 노력이 절실하게 요구된다 (Desjardins et al. 2005).

    전 지구적 탄소순환의 메커니즘과 양적 순환관계 파악과 예측을 위해서는 토양권 탄소의 동태 파악이 매우 중요한 역할을 하며 (Raich and Schlesinger 1992; Bond-Lamberty et al. 2004), 이와 더불어 산림, 초지, 습지, 농경지와 같은 다 양한 육상생태계의 식생과 대기 간에 교환되는 CO2 플럭스 를 정량화하는 연구가 활발히 진행되고 있다 (Baldocchi et al. 2001; Baldocchi 2008). 육상생태계는 크게 토양권과 식 생권으로 구분할 수 있으며 (Kim and Kim 1998; Lee 2012), 연간 육상생태계로 유입되는 탄소의 양은 약 2±1 Pg Cy r-1 으로 추정되고 있다 (IGBP 1998). 이중 토양권은 식생의 약 3배, 대기의 약 2배에 달하는 막대한 양의 탄소를 축적하고 있으며 (Waring and Running 1995), 토양권으로부터 연간 75 Pg의 탄소가 토양호흡의 형태로 대기 중으로 배출된다. 이 와 같이 토양은 온실가스의 배출원이지만 한편으로는 생물 권 중 육상 생태계 내에 있는 탄소 양의 2/3 이상을 저장하 는 탄소 저장고 역할 (Guanhui et al. 1999)을 하기 때문에 전 지구적 탄소순환에서 매우 중요한 역할을 하고 있다 (Bondlamberty et al. 2004). 식생권에서 CO2는 작물의 광합성작 용에 의해서 유기탄소 형태로 바뀌어 작물의 조직이나 기 관을 구성하고 있다 (Desjardins et al. 2005; Thomson et al. 2006). 이러한 유기탄소는 작물생육기간 중에는 살아있는 작물의 형태로, 그리고 수확을 하거나 수명을 다하면 소각하 거나 또는 잔사로서 농경지에 존재하게 된다. 농경지에서 탄 소 고정량은 작물별로 광합성능력, 토양관리나 재배 방법의 차이에 의해서 달라진다 (Cambell et al. 2005; Gregorich et al. 2005). 농업생태계에 있어 토양과 작물은 토양호흡과 작 물의 생장을 통해 상당량의 탄소를 저장 또는 배출하고 있 다 (Schlesinger 2000). 그리고 작물 군락의 CO2 플럭스는 크 게 식생의 광합성과 토양호흡에 의해 결정된다 (IACGEC 1996). 따라서 농업에서 탄소 저장과 배출은 농경지 내 탄 소수지 (Follett et al. 2001), 토양 유기탄소 축적과 작물의 전 과정 목록 (Life Cycle Inventory; LCI) 작성에서 수확지수 이 용 등으로 농업활동으로부터 농경지 탄소 평가를 위한 기초 자료로 이용할 수 있다.

    본 연구에서는 토양 유기탄소 축적량 변화와 작물의 생태 계 탄소 수지를 산정하여 농업의 탄소 관리에 필요한 기초 자료를 제공하는 것을 목적으로 하였다.

    재료 및 방 법

    1.처리 및 시료 분석방법

    본시험은 전라북도 완주군 이서면에 위치한 국립농업과 학원의 시험포장 (위도: 35°82′L41.5″N, 경도: 127°04′L36.0″ E)에서 2014~2016년 (3년) 동안 수행하였다. 시험 토양은 pH는 6.2~7.1, 유기물함량은 7.8~13.8 g kg-1로서 특성은 Table 1과 같고 농촌진흥청 토양화학분석법 (NAAS 2010) 에 준하였다. 대상작물은 신동진 벼를 이앙하였고, 비료 시 용량은 농촌진흥청 작물별 시비처방기준 (RDA 2006)의 표 준시비량을 기준으로 하였으며, 벼 재배에서 NPK 처리는 N-P2O5-K2O를 110-90-70 kg ha-1으로 요소를 2회 분시, 인산 은 용성인비로 전량 기비, 칼리는 염화칼리를 1회 분시 하였 다. 비료 및 유기물처리는 NPK, NPK (질소 성분량 50%)+ 헤어리베치 생초 (질소 성분량 50%), NPK (질소 성분량 50%)+볏짚퇴비 (질소 성분량 50%) 등 3처리 3반복으로 각 처리당 질소성분량 100%에 맞추었다. 유기물 건물투입량 은 헤어리베치 1,719 kg ha-1, 볏짚퇴비 9,483 kg ha-1이었다. 유기물의 탄소함량은 헤어리베치가 439 g kg-1, 볏짚퇴비는 405 g kg-1였고 질소함량은 헤어리베치가 32 g kg-1, 볏짚퇴비 는 5.8 g kg-1이었다. 그러므로 유기물 처리구에서 단위 면적 당 질소투입량으로 환산하면 헤어리베치와 볏짚퇴비구 모두 55 kg ha-1이며 탄소투입량은 헤어리베치가 754.6 kg ha-1, 볏 짚퇴비는 3,840.6 kg ha-1이었다. 볏짚퇴비 제조 규격은 쌀겨 나 깻묵 10%와 수분 50%를 첨가하고, 초기 발효촉진을 위 해 당밀 1% (볏짚 1 톤당 당밀 10 kg) 혼합하였고 볏짚무게 대비 요소 1.2%를 추가하였다.

    토양화학성은 토양시료를 채취하여 풍건 후 2 mm체를 통 과시켜 농촌진흥청 토양화학분석법 (NAAS 2010)에 준하여 분석하였다. pH는 토양을 증류수와 1 : 5 (W/V)로 혼합한 후 30분간 교반하여 pH meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore) 로 측정하였고, EC는 pH 측정 후 토양용액을 #42 여과지로 여과 후 EC meter (Orion 4 star, Thermo, Singapore)를 이용 하여 측정하였다. 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm 파장 에서 비색계 (AU/CARY 300, Varian, Australia)로 분석하였 으며, 치환성 양이온은 1 M NH4OAC (pH 7.0)용액으로 침출 하여 유도결합플라즈마방출분광기 (Optima 7300DV, Perkin Elmer)로 분석하였다. 총 탄소와 유기물은 TOC-meter (Vario TOC cube, Elementar, Germany)로 유기물은 토양시료에 2 M HCl을 기포가 발생하지 않을 때까지 침출 건조시켜 무기탄 소 성분을 제거 후 TOC 분석기로 분석하였으며 (Wang et al. 2012), 총 질소는 CN analyzer (Vario Max CN, Elementar, Germany)로 분석하였다. 특히 토양 유기탄소를 포함한 총 탄소분석은 벼의 생육단계별로 분석하였다.

    2.시료채취 및 온실가스 분석방법

    시험포장에서 CO2와 CH4 플럭스를 조사하기 위해 챔버 법 (Sebacher et al. 1980; Yagi et al. 1990; Shin et al. 1995)을 이용하였다. 설치된 챔버는 밑면적이 0.36 m2 (0.6×0.6 m)이 고 높이가 1 m인 투명한 polyacrylic plastic의 소재로 제작 하였으며 (Fig. 1), 가스포집 챔버는 벼 재배기간 동안 논토양 위에 고정하여 설치하였고 포집하지 않을 때는 챔버 덮개는 열어두었다. 챔버 재원과 가스포집 형태는 기존에 검증 받 았던 방법 (Sebacher et al. 1980; Yagi et al. 1990; Shin et al. 1995)에 의해 제작하였으며, CO2와 CH4 포집은 가스 채취 시작시점에 가스 포집 즉시 챔버 위쪽 덮개를 덮고, 그리고 30분 후 가스를 포집하여 30분 전 포집한 농도와 30분 후 포집한 농도차를 이용하여 배출량을 측정하였다 (Sebacher et al. 1980; Yagi et al. 1990; Shin et al. 1995). 가스시료 채 취는 Yagi et al. (1991)의 방법에 의하여 24시간 배출되는 온 실가스 농도를 평균한 값의 시간 범위가 하루에 두 번인 오 전 10:00~13:00시와 오후 16:00~19:00시로 나타나 오전과 오후 시간 중에 하나의 시간범위를 선택하여 가스를 채취하 므로 본 시험에서는 오전 10:00~13:00시 사이에 60 mL 주 사기로 1주일에 2회 (IPCC 1996) 채취하여 분석하였다. 채취 한 공기 시료의 CO2와 CH4 기체농도는 6 port gas sampling valve가 장착된 GC-FID (Varian 3800)로 분석하였다. CO2와 CH4 분석조건은 Table 2와 같다.

    CO2 (Rolston 1986; Lou et al. 2004)와 CH4 배출량 플럭 스 (Minami and Yagi 1988)는 다음 식에 따라서 계산 (F: mg m-2 hr-1)하였다.(1)

    F=ρ× ( V/A ) ( Δc/Δt ) × ( 273/T )
    (1)

    ρ는 가스밀도 (CO2 1.977 mg m-3, CH4 0.714 mg m-3),

    A는 chamber 바닥면적 (m2),

    V는 chamber 내 공기체적 (m3),

    Δc/Δt는 chamber 내 가스농도의 평균 증가속도 (10-6 m3 m-3 hr-1),

    T는 chamber 내 평균기온 (K).

    3.벼 재배지의 토양 유기탄소 및 생태계 순 생산량 산정

    벼 재배지에서 토양 유기탄소와 생태계 순 생산량을 산정 하기 위하여 벼 생육단계별로 토양과 식물체 시료를 채취하 여 분석하였으며, 벼 재배지의 탄소수지 평가는 아래 식에 따라서 계산하였다.

    1)토양 유기탄소 축적량 변화 (IPCC 2006)(2)

    (SOC)=[{SOCo-SOC(o- t)}/T]×A
    (2)

    • SOCo: 마지막 해의 토양유기탄소 축적량

    • SOC (o- t): 첫해의 유기탄소 축적량

    • T: 인벤토리 기간의 연수

    • A: 재배면적

    2)작물생태계 탄소 수지

    육상 생태계에서 순 일차생산량 (Net Primary Production; NPP)은 벼가 CO2를 흡수하여 광합성을 통해 생산한 총 일 차생산량 (Net Primary Production; NPP)과 타가 호흡량 (Heterotrophic Respiration; HR)의 차이로 나타낼 수 있다.(3)

    NEP=NPP-HR
    (3)

    • NEP (Net Ecosystem Production): 생태계 순 생산량

    • NPP (Net Primary Production): 순 일차생산량

    • HR (Heterotrophic Respiration): 타가호흡

    토양 유기탄소 축적량은 수확 전후의 토양 유기 탄소량 차이로 계산하였고 (IPCC 2006), 벼 작물의 생태계 순 생산 량은 NEP에서 CH4 (배출 유래 탄소량)를 감하여 계산하였 다 (Melillo et al. 1995).

    결과 및 고 찰

    1.토양 유기탄소 축적

    농업생태계에서 토양과 작물은 토양호흡과 작물의 생장 을 통해 상당량의 탄소를 저장 또는 배출하지만 (Schlesinger 2000), 토양에서도 CO2가 연간 1.5~3.0 Gt이 축적된다 (IPCC 1996). 따라서 작물 생산량과 토양 호흡량 그리고 양 분의 시비량에 따른 탄소 수지의 계절별 일변화의 정확한 측정은 경작지에서 대기로 배출되는 CO2 수지를 분석하는 데 있어서 매우 중요하다 (Suh et al. 2006).

    연도별 벼 이앙 전 토양 유기탄소함량은 2014년에 ha당 9.56 Mg에서 2015년 비료 및 유기물 처리에 따라 10.9~ 12.73 Mg, 2016년에는 12.02~17.38 Mg으로 해가 거듭될수 록 토양 유기탄소량이 증가하였다 (Table 3).

    토양 유기탄소함량을 산정하기 위하여 벼 생육단계별로 토양 중 유기탄소율을 분석하였다 (Table 4), 토양 유기 탄소 함량 (Table 5)은 토양의 가비중 (1.3)에 토양면적에 대한 무 게 (토양면적×토양깊이 15 cm)와 토양 중 유기탄소율 곱하 여 산정하였다. 수확 후 토양 유기탄소함량은 재배 연도가 바뀔수록 증가하였고 유기물 생초를 시용한 헤어리베치 처 리구가 화학비료나 볏짚퇴비 처리에 비해 높았다. Table 6 은 연도별 벼 재배 토양탄소 수지를 나타낸 것이다. 토양탄 소 수지는 수확 후 토양 유기탄소량에서 시험 전 토양 유 기탄소량을 감하면 토양 유기탄소 축적량이 계산된다. 토 양 유기탄소 축적량은 NPK+헤어리베치>NPK+볏짚퇴비 >NPK 처리 순으로 나타났다. 그러나 토양 탄소수지는 토 양 유기탄소 축적량 변화 (IPCC 2006) 식을 이용하기 때문 에 마지막 해의 토양유기탄소 축적량에서 첫해의 유기탄소 축적량을 감한 양이 최종 토양 유기탄소 축적량이 산출된다 (Table 7). 이와 같은 결과로 벼 재배지 토양 유기탄소 축적 량은 NPK+볏짚퇴비 처리 (3.88 Mg C ha-1)에서 가장 많았 고 NPK (화학비료) 처리보다 40.8%, NPK+헤어리베치 처 리보다 17.0%의 축적 효과가 있었다. 그러나 NPK+볏짚퇴 비 처리가 NPK+헤어리베치에 비해 토양 유기탄소 축적량 이 높게 나타나 볏짚퇴비 시용이 헤어리베치 시용에 비해 농경지 내 탄소 축적량을 높이고, 동시에 수용성 유기탄소의 계외 (界外) 유출 위험도는 낮아질 것으로 판단된다는 Yun et al. (2012)의 보고와 일치 하였다. 또한 C/N율은 토양 유기탄 소 증대와 밀접하게 관련 있으며 바이오메스 품질 (Mirsky et al. 2008)과 바이오메스 분해율을 결정하는 중요한 요인 (Kemp et al. 2003)이라고 하여, 헤어리베치에 비해 C/N율이 높은 볏짚퇴비 처리에서 토양 유기탄소 축적량이 높게 나타 난 결과와도 일치하였다.

    Table 8은 벼 수량과 토양유기 탄소 함량은 벼 재배기간 3 년 동안 평균하여 단위 수량 당 토양 유기탄소 함량을 나타 낸 것이다. NPK+헤어리베치 처리가 NPK 처리와 NPK+ 볏짚퇴비 처리에 비해 벼 정조 수량이 많았으나 단위 수량 당 토양 유기탄소 함량은 NPK+볏짚퇴비 처리가 두 처리에 비해 많았으며, 이는 NPK+헤어리베치 처리에 비해 수량은 낮으나 토양 유기탄소 축적량이 많은 NPK+볏짚퇴비 처리 가 더욱 효과적이라 할 수 있다. 특히 NPK+헤어리베치 처 리에 비해 NPK+볏짚퇴비에서 토양 유기탄소 함량이 많은 것은 헤어리베치에 비해 C/N율이 크고 분해속도가 느린 볏 짚퇴비의 특성이라고 하였다 (Fageria 2007).

    2.벼 재배지 생태계 순 생산량

    농경지 생태계에서 CO2 수지를 산정하기 위해서는 먼저 경작지 토양의 타가호흡 (Heterotrophic Respiration: HR), 순 1차 생산량 (Net Primary Production: NPP) 그리고 생태계 순 생산량 (Net Ecosystem Production: NEP)을 파악해야한다. 농업생태계에서 토양과 작물은 토양호흡과 작물의 생장을 통해 상당량의 탄소를 저장 또는 배출하고 있다 (Schlesinger 2000). 따라서 작물 생산량과 토양 호흡량 그리고 양분의 시 비량에 따른 탄소 수지의 계절별 변화의 정확한 측정은 경 작지에서 대기로 배출되는 탄소 수지를 구명하는 데 있어서 매우 중요하다. Table 9는 3년 동안 양분 처리별 벼 작물의 순 일차생산량 (NPP)은 NPK+헤어리베치 처리구에서 가장 높았으며, NPK+헤어리베치>NPK+볏짚퇴비>NPK 순으 로 나타났다. 이는 볏짚에 비해 C/N율이 낮은 헤어리베치는 토양에서 유기물의 분해속도가 빨라 양분의 유효도와 비료 이용효율이 높아 초기생육이 양호한 것에 기인한다고 하였 다 (Cho et al. 2012). 이와 유사한 결과로 Yun et al. (2010)도 가축분 및 가축분+톱밥을 연용한 토양의 질소 무기화 시험 에서 C/N율이 상대적으로 낮은 가축분 처리구에서 질소의 무기화량이 높았으며, C/N율이 높은 가축분+톱밥 처리구 에서 유기태 질소의 분해율이 낮음을 보고하였으며, 작물의 바이오매스 생산량도 C/N율이 볏짚퇴비에 비해 상대적으로 낮고 질소의 무기화량이 높은 헤어리베치 처리에서 높은 것 으로 판단하였다. 그리고 생육단계별 순 일차생산량은 벼의 생장과 더불어 유수발육기부터 급격히 증가하여 등숙기 초 기인 8월 하순에 가장 높게 나타나 유수발육기~등숙기~수 확기 단계가 높았다. 이와 같은 결과는 Shim et al. (2015)의 연구결과와 유사하였다.

    Table 10은 연도별 벼 생육기간의 토양의 타가호흡량 (HR) 을 나타낸 표이다. 2016년을 제외하고 2014~2015년에는 NPK+헤어리베치 처리구에서 타가호흡량이 많았다. 토양 호흡량은 유기물의 C/N율이 낮을수록 그리고 부숙 속도가 빠를수록 증가한다고 하였는데 (Yagi et al. 1990; Lim et al. 2012), 본 연구결과에서 볏짚퇴비에 비해 유기물의 C/N율 이 낮은 NPK+헤어리베치 처리가 NPK+볏짚퇴비처리보 다 7.3~14.2%가 타가호흡량이 많았다. 벼 생태계 순 생산 량 (NEP)은 Table 11에서 나타난 바와 같다. 벼 생태계 순 생 산량 (NEP)은 대체적으로 첫해보다 해가 거듭될수록 증가하 였고, NPK+헤어리베치 처리에서 벼 생태계 축적량이 가장 많았다. NPP는 식물체에 함유된 탄소함량인데 유수발육기~ 등숙기~수확기에서 광합성에 의한 동화작용의 결과로 대기 중의 CO2를 가장 많이 고정하였고, 다음으로 분얼기~유수 발육기, 활착기~분얼기, 이앙~활착기 순이었다. 벼논 생태 계의 CO2 교환에 대한 연구에서 NEP는 7월 하순~8월 상순 에 최대값이 나타났으며, 이는 벼-보리 이모작 논에서 벼 재 배기간 동안의 CO2 플럭스의 계절적 변화 연구에서 여름철 에 NEP가 최대로 나타났다는 Min et al. (2013)의 결과와 유 사하였다.

    벼논에서 CH4로 배출 유래 탄소의 양을 파악하기 위하 여 CH4 배출량을 조사하였다 (Table 12). CH4 배출량을 탄소 배출량으로 환산한 탄소 배출량 변화는 활착기~유수발육 기까지 CH4 배출 유래 탄소배출량이 높게 나타났다. 화학비 료보다 유기물인 헤어리베치 생초와 볏짚퇴비 처리구에서 CH4 배출 유래 탄소배출이 높은 것은 담수 시에 혐기상태에 서 혐기성균에 의해 유기물이 분해되어 CH4가 더 많이 발 생되기 때문이다 (Schütz et al. 1989; IPCC 1996; Yagi et al. 1996). CH4 배출 유래 탄소배출량은 볏짚퇴비에 비해 C/N 율이 낮은 헤어리베치 처리에서 탄소배출량이 높을 것으로 예상하였으나, NPK+헤어리베치 처리보다 NPK+볏짚퇴비 처리구에서 탄소배출량이 높았다. NPK+볏짚퇴비 처리에서 탄소 배출량이 높은 원인으로는 유기물 투입량이 NPK+헤 어리베치와 NPK+볏짚퇴비 처리에서 질소량 기준으로 투 입량을 설정하였고, 시험포장에 투입된 유기물의 탄소함량 은 헤어리베치에 비해 볏짚퇴비 처리에서 5배 이상 많았으 므로 더 많은 CH4 생성으로 인해서 CH4 배출량이 더 높게 나타난 것으로 사료된다. Pramanik et al. (2014)Pandey et al. (2014), Roh et al. (2010) 그리고 Yagi et al. (1990)도 CH4 는 토양에 환원된 유기물이 부숙된 퇴비보다는 신선한 유 기물 (유기물 생초)에서 더 많이 발생되며, 투입되는 유기물 의 양이 많을수록 증가한다고 하였다. 그러나 토양에 유기 물 투입량이 NPK+헤어리베치 처리에 비해 NPK+볏짚퇴 비 처리에서 약 5배 이상 높게 투입이 되었음에도 불구하고 CH4 배출량은 약 2배 못 미쳐 증가되었는데, 그 원인으로는 Tables 6, 7에서 NPK+헤어리베치 처리에 비해 NPK+볏 짚퇴비 처리에서 토양 유기탄소 축정량이 많은 것으로 보아 CH4 배출량이 적은 대신 투입된 유기물의 분해가 느리고 분 해가 덜된 유기물이 토양에 유기탄소로 서서히 축적된 것으 로 판단된다 (Fageria 2007; Choi et al. 2010). 8, 9, 10

    Table 13은 연도별 벼 생태계 탄소 축적량 (NEP)을 산정 하였다. 생태계 순 생산량은 벼논에서 CH4 배출에 의해서도 탄소가 발생하기 때문에 CH4으로 유래된 탄소를 감한 값을 벼 생태계 탄소 축적량으로 나타냈다. 벼 전체 생육기간 동 안 NPK+헤어리베치 처리에서 벼 생태계 탄소 축적량이 가 장 많았다 (12.84~14.81 Mg C ha-1). Table 14는 전체 생육기 간 동안 벼 생태계 탄소 축적량을 나타낸 표이다. 토양으로 부터 탄소배출, 작물의 탄소함량과 CH4 배출 등을 포함한 벼 재배지 생태계 탄소 축적량은 NPK 처리 (11.31 Mg C ha-1)에 비해 NPK+헤어리베치 처리 (14.01 Mg C ha-1)에서 19.3%, NPK+볏짚퇴비 처리 (12.6 Mg C ha-1)에서 10.2% 축적 효과 가 있었다. 따라서 화학비료 단일 처리보다는 화학비료를 절 감한 유기물 처리가 토양유기탄소 축적과 재배지의 작물 생 태계 내에서 바이오매스의 탄소 축적량을 증대시키는 효과 가 있는 것으로 나타났다.

    온실가스의 농도 증가에 따른 지구온난화로 기후변화와 환경적 영향이 증가하고 있으며, 산업 분야별로 온실가스 저 감 노력이 계속 되고 있다. 농경지에서 온실가스 배출 저감 및 탄소 수지 연구를 통하여 농업생산 활동이 온실가스를 배 출하는 행동 이외에도 탄소를 고정 또는 축적 기능이 있다 는 것을 밝히고자 하였다. 앞으로 농경지에서의 토양의 탄소 배출, 작물의 탄소고정과 토양의 유기탄소 축적을 통한 탄소 수지연구의 기초 데이터로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

    적 요

    토양 유기탄소 축적량 변화와 작물의 생태계 탄소 수지를 파악하기 위하여 농업의 탄소 관리에 필요한 기초 자료 마 련을 위하여 2014~2016년 (3년) 벼 재배기간 동안 토양의 유기탄소 축적량과 작물의 생태계 순 생산량을 측정하였다. 그 결과로 벼 재배지 토양 유기탄소 축적량은 NPK+볏짚퇴 비 처리 (3.88 Mg C ha-1)에서 가장 많았고 NPK (화학비료) 처리보다 40.8%, NPK+헤어리베치 처리보다 17.0%의 축 적 효과가 있었다. 그러나 NPK+볏짚퇴비 처리가 NPK+헤 어리베치에 비해 토양 유기탄소 축적량이 높게 나타나 헤어 리베치 시용에 비해 볏짚퇴비 시용이 농경지 내 탄소 축적 량이 높은 것으로 나타났다. 벼 재배지 생태계 순 생산량은 NPK 처리 (11.31 Mg C ha-1)에 비해 NPK+헤어리베치 처리 (14.01 Mg C ha-1)에서 19.3%와 NPK+볏짚퇴비 처리 (12.6 Mg C ha-1)에서 10.2% 축적 효과가 있었다. 따라서 화학비 료 단일 처리보다 화학비료를 절감하기 위한 유기물 처리가 토양유기탄소 축적 및 재배지의 작물 생태계 탄소 축적량을 증대시키는 효과가 있는 것으로 나타났다.

    사 사

    본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구 개발사업 (과제번호: PJ012614)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KJEB-35-715_F1.gif

    Schematic cross section of gas collecting chamber for measurement of methane emission rates in paddy rice field.

    Table

    Chemical properties of soil before experiment

    Gas chromatographic analysis conditions for CH4 and CO2 measurement

    Amount of soil organic carbon before experiment during rice cultivation period (2014-2016)

    Soil organic carbon content for five stages during rice cultivation period (2014-2016)

    Soil organic carbon content for five stages during rice cultivation period (2014-2016)

    Soil organic carbon budget for different fertilization conditions during rice cultivation period (2014-2016)

    Soil organic carbon budget for each inventory time period under different fertilization (IPCC 2006 GL)

    Yield of unhulled rice and soil organic carbon per unit grain yield in paddy soil under different fertilization for the 3-year average during rice cultivation period (2014-2016)

    Net primary production (NPP) for different stages during rice cultivation period (2014-2016)

    Heterotrophic Respiration (HR) for different stages during rice cultivation period (2014-2016)

    Net Ecosystem Product (NEP) for different stages during rice cultivation period (2014-2016)

    1Net Ecosystem Product,
    2Heterotrophic Respiration,
    3Net primary production

    Carbon content caused by use of CH4 emission for different stages during rice cultivation period (2014-2016)

    Carbon budget in paddy field ecosystem during rice cultivation period (2014-2016)

    Carbon budget in paddy field ecosystem for the 3-year average during rice cultivation period (2014-2016)

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