[전남인터넷신문]우리나라 농업에서 아산화질소(N2O)는 메탄에 이어 두 번째로 배출량이 많은 온실가스이다. 

온실가스로 문제가 되고 있는 아산화질소는 질소순환의 균형이 깨지면서 일어난 현상이다. 화학비료가 나오기 전에 농장에서 식물이 이용할 수 있는 대부분의 질소는 거름과 질소 고정 미생물이었으며, 질소 순화의 균형이 이루어졌었다. 

그러던 것이 1900년대 초반에 질소 분자로부터 암모니아를 생성하는 화학비료(질소비료)를 생산하면서 모든 것이 바뀌었다. 

질소를 포함한 화학비료(질소비료)는 작물 수확량을 비약적으로 높여 전 세계 사람들에게 식량을 공급하는 데 큰 도움이 되었으나 합성비료의 제조과정, 잉여 질산염과 암모늄이 환경문제를 유발하고 있다. 

질소질 화학비료를 생산하는 데는 질소가스 가열 및 최대 400기압의 압력을 가해야 하므로 전 세계 에너지 사용량의 약 1%와 이산화탄소 배출량의 1.4%를 차지한다. 질소질 화학비료는 특히 아산화질소의 배출을 증가시킨다. 

농가에서 작물 생산을 위해 질소질 비료를 농경지에 시용하면 작물이 즉시 모든량을 흡수하는 것은 아니다. 흡수되지 않은 질소 성분은 미생물 반응에 의해 산화 또는 환원되어 다양한 물질로 변한다. 

질소 화합물의 변화는 서식하는 미생물의 종류, 토양에 포함된 수분이나 산소, 지온 등에 따라서도 변한다. 

보통 토양에 산소가 있으면 질산으로 변하는 반응(질화)이 일어나고, 산소가 없으면 질산으로부터 산소가 빼앗겨 가는 반응(탈질)이 일어난다. 

아산화질소는 질화반응 및 탈질반응의 부산물로 생성되는 데 특히 탈질 반응에서 많이 생성된다. 아산화질소는 농경지 토양에서 대기로 직접 방출되는 것 외에 시비 질소가 농업지대의 지하수나 하천수로 유출된 후에 방출되는 경우도 있다. 

농경지 토양에서 발생하는 아산화질소의 억제 기술은 ① 식물이 필요로 할 때 질소의 적량 시비 및 나누어서 시비, 부분별 시비, 적절한 유기물 시용 등 시비 방법의 개선, ② 완효성 비료나 질화 억제제 등 새로운 형태의 비료 사용 등이 권장되고 있다. 

한편, 질소질 비료를 줄이면 아산화질소의 배출을 줄일 수 있으나 농산물의 생산 감소와 직결되므로 시비를 하되 아산화질소 배출을 억제하는 다양한 기술 개발과 방법들이 시도되고 있다. 

비료를 시비할 때 과잉이 되지 않도록 수지 등으로 비료를 피복하여 토양에 침투되는 속도를 제어하는 피복 비료가 개발되고 있다. 

원격 감지 기술을 사용하여 언제 어디서 질소를 밭에 추가로 시비할 것인지, 얼마를 추가로 시비할지를 결정하는 정밀 농업기술도 도입되고 있다. 

질소 고정 박테리아가 콩과 식물과 협력하는 것처럼 특정 미생물이 식물에 질소를 직접 공급할 수 있는 잠재력을 활용할 수 있는 연구가 상당 수준 이루어져 있다. 

아산화질소를 질소(N2)로 전화하는 반응(N2O→N2 전환)을 담당하는 미생물의 힘을 높이거나, 이 반응을 진행시키는 능력이 높은 생물을 농경지에 첨가하는 것도 고려되고 있다. 

일본 도쿄대학 농학생명과학과에서는 아산화질소를 무해한 질소(N2)로 변환하여 생육하는 미생물을 논토양에서 검출 및 분리 배양에 성공한 것으로 알려져 있다. 

이 아산화질소 환원미생물을 토양에 첨가해 이용하면 시비한 질소의 손실을 억제하면서도 아산화질소 배출을 줄 일 수가 있게 된다. 

농경지에서 발생하는 온실가스인 아산화질소는 이처럼 배출을 억제할 수가 있는 다양한 방법들이 연구되고 있는데, 어느 것이나 농업 현장에서 도입과 실천이 없으면 아산화질소 배출량의 제로(0)화를 이루기 없다. 그러므로 농업 현장에서부터 아산화질소 배출을 억제하려는 노력이 뒤따라야 할 것이다. 

참고자료 

国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構技術戦略研究センターTSC. 2021. 温室効果ガスN₂Oの抑制分野の技術戦略策定に向けて. 技術戦略研究センターレポート105:4-10. IPCC (2007): IPCC Fourth Assessment Report (AR4): Climate Change 2007, Cambridge University Press.