Biochar라고 느린 릴리스 비료로 적용 작물 수확량과 쌀 논 토양에서 메탄 배출의 변화

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photo credit: flickr user simon dooley

논토양에서 메탄발생은 농업부문 전체 온실가스 배출 량의 약 5~30%를 차지하고 있다(Houghton et al. 1990).

토양에서의 메탄 발생은 절대 혐기조건에서 유기물이 메탄 생성균에 의해 분해되면서 일어나므로 논토양에서 의 물관리 및 유기물 관리조건은 메탄발생에 있어서 주 요한 인자로 작용한다(Le Mer and Roger 2001). 우리나라 는 2020년까지 BAU(Business As Usual) 대비 30%의 온 실가스 감축을 공표하였고 이에 따라 농업부문도 7.4% 만큼의 배출량 저감을 이행해야 하므로(RDA 2010) 논 토양에서의 메탄발생 저감기술의 개발은 국가적으로도 중요한 과제라 할 수 있다.

논토양에는 볏짚을 환원하거나 녹비작물을 재배함으 로써 반복적 경작에 따른 토양의 질 저하를 방지하는 관리방법이 널리 적용된다 (Shin et al. 2003; Yang et al. 2010). 그러나 이러한 유기물의 투입은 재배기간중에 메 탄발생의 증가를 가져오게 되므로 온실가스 저감 측면 에서 순배출의 증가를 가져올 수 있다. 온실가스 배출을 저감하면서 동시에 토양 질의 개선을 가져올 수 있는 관리 방법으로 바이오차르라는 물질의 논토양 투입이 제안되고 있다 (Liu et al. 2011; Yu et al. 2013). 바이오차 르란 유기물을 산소를 차단한 상태에서 열분해한 부산 물을 말하는데, 바이오차르에 포함된 탄소는 화학적으로 매우 안정하여 미생물이 잘 분해하지 못하므로 탄소 저 장효과를 갖고 있고, 바이오차르의 다공성 성질로 인해 오염물질이 흡착되어 정화효과를 보이기도 하며, 수분이 나 비료 보유력이 증대되어 궁극적으로 작물의 생산성 이 높아진다고 보고된다 (Lehmann et al. 2006; Novak et al. 2009; Laird et al. 2010). 바이오차르의 이러한 긍정적 효과와 더불어 추가적으로 바이오차르의 토양투입이 논 토양에서 메탄발생을 저감하게 된다면 기후변화 완화와 생산성 증가를 동시에 기대할 수 있는 지속가능한 농업 관리 전략으로 자리잡을 수 있을 것이다.

바이오차르 투입에 따른 메탄발생의 변화는 Rondon et al. (2005)Karhu et al. (2011) 등에 의해 보 고되었는데, 이는 바이오차르를 토양에 투입함에 따라 토양의 수 분보유력이 증대되고 이로인해 동일한 수분함량에서도 호기성 공극이 많이 확보되어 호기성 메탄산화균의 활 동이 증대된 것으로 설명하였다. 한편, 논토양에서 비료 시용에 따른 메탄발생량의 변화는 비료의 종류 및 시비 량, 토양 유기물 함량 등에 따라 상이하게 보고되고 있 다. Banger et al. (2012)은 155개의 논토양에서 질소비료 시비에 따른 메탄발생량의 변화를 정리한 메탄연구에서 1 kg 질소 투입당 약 0.27 kgCH4 ha-1 season-1만큼 증가 한다고 밝혔다. 질소비료 투입에 따른 토양 메탄발생량 증가 메카니즘으로는 두 가지를 제안하였는데, 하나는 메 탄산화균이 분비하는 효소인 methane mono-oxygenase는 기질 특이성이 낮아 NH3 및 NH4+을 산화하는 ammonium mono-oxygenase처럼 작용할 수 있으므로 (Hanson and Hanson 1996) 메탄의 산화가 저해되어 메탄발생이 증가하는 것이고, 다른 하나는 질소비료 시용에 따라 작 물의 생산량이 증가하여 토양으로 유입되는 탄소기질의 양이 증가하므로 메탄생성균의 활성도가 촉진되는 것이 다. Ko et al. (2002)의 연구에 따르면 요소, 유안, 완효성시 비의 세 가지 질소비료에 따른 메탄 배출량을 관찰했을 때 요소 시비구 대비 유안 시비구에서 메탄 배출량이 31.6%, 완효성시비 시비구에서 1.1% 감소하였다고 보고 되었다. 또한 국립식량과학원에서 1998년에서 1999년 질소비료 종류별 메탄 배출량을 비교하기 위하여 요소, 황산암모늄, 완효성 비료를 각각 시용한 결과 요소 (329 kg ha-1 year-1)>황산암모늄(303 kg ha-1 year-1) >완효성 비료(264 kg ha-1 year-1) 순으로 메탄 배출량이 변화하였 다고 보고하였다.

본 연구에서는 논토양에 바이오차르 및 질소를 포한 함 완효성화학비료를 시용함으로써 변화하는 메탄 발생 량을 조사하였다. 메탄 발생량과 작물생산량의 변화를 함께 연구함으로써 실용적인 바이오차르 및 화학비료 관리방안을 제안할 수 있도록 하였다.

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