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논 토양에서 메탄 발생과 억제 - 농업 칼럼니스트 농학박사 허북구
  • 기사등록 2022-01-11 08:48:29
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[전남인터넷신문]농업은 자연 친화적인 산업이면서도 지구온난화와 깊은 관계가 있다. 


중금속, 매연의 발생이나 화학물질에 의한 대기오염 및 폐수와 관련이 없다고 생각되는 벼농사에서도 많은 메탄가스가 발생해 지구온난화 원인이 되고 있다. 


벼 재배시 논에서 메탄 발생은 모내기 직후의 경우 토양에 많은 산소가 포함되어 있으므로 산소가 있으면 활동할 수 없는 메탄 생성균은 메탄을 발생하지 않는다. 


그러나 벼가 호흡을 위해 산소를 섭취하기 시작하면 용존산소(물속에 녹아 있는 분자 상태의 산소)가 소모되고, 토양의 산소 또한 서서히 줄어든다. 


모내기로부터 1개월이 지나면 메탄 생성균이 활발하게 메탄을 배출하기 시작한다. 우리나라에서 토양에 산소가 있는 4월, 5월은 토지의 온도가 낮고, 세균의 활동은 활발하지 않다. 


그러다가 모내기를 하고 나서 1개월 정도 지나면 벼의 줄기가 늘어나고 호흡이 증가 하면서 산소를 소모하고, 벼의 통기 조직을 통해 대기로 배출된다. 줄기 수가 늘어날수록 메탄 배출은 많아지면서 줄기는 공장의 굴뚝처럼 메탄을 대기 중으로 방출하게 된다. 


보통 6-7월이면 메탄가스가 최대로 배출된다. 이 메탄 생성균의 활동을 억제하려면 중간 물떼기와 논물 얕게 걸러대기와 같은 논물 관리법이 필요하다. 


중간물떼기는 농가가 옛날부터 해 온 수법으로 벼 이앙 후 한 달간 논물을 깊이 대고, 벼의 생육 조정과 뿌리를 건전하게 유지하기 위해 2-3주 정도 물을 빼는 것이다. 그러면 표면이 실금이 생길 정도로 토양이 건조하고 공기가 스며든다. 


이 건조에 의해 토양은 산소가 풍부한 상태가 되어 메탄 생성균의 활동을 억제하게 된다. 논물 걸러대기는 벼 이앙 후 한 달간 논물을 깊이 댄 이후 논물을 2-5cm로 얕게 대고 자연적으로 말리며 다시 얕게 대어 주기를 벼 이삭이 익을 때까지 반복하는 방법이다. 


이와같이 중간 물떼기 기간을 1주일 정도 연장하면 기존의 중간물떼기 한 것에 비해 평균 30%도 메탄의 발생이 줄어들고, 수확량은 크게 감소되지 않으며, 쌀의 단백질 함량은 약간 적어져 보다 맛있는 쌀이 되는 것으로 알려져 있다. 


그러므로 메탄 발생을 억제하기 위한 논물 관리를 하면 온실가스 감축, 농업용수 절약, 쌀 품질 향상 등의 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 


논에서 벼 재배 중 물관리와 유기물 관리에 의한 메탄 발생 감축은 중국, 인도네시아, 일본 등 아시아의 여러 나라의 논에서 효과가 확인되고 있다. 


그러나 한편에서는 물관리에 많은 노력이 들게 되므로 농가의 입장에서는 메탄 발생 억제 외의 부분에서 물관리 노력에 대한 보상이 될 수 있는 이익이 발생하지 않는 문제점이 있다는 주장도 존재한다. 


논에서 메탄 발생 억제는 물관리 외에 벼의 근권에 생육하는 메탄 생성균의 제어가 중요하다. 논에서 메탄을 만드는 재료는 근본적으로 유기물이다. 유기물은 원래 토양에 포함되어 있는 것도 있지만, 벼 뿌리에서 토양으로 분비된 것이나 비료로 사용된 짚, 퇴비 등이 분해도 관련이 깊다. 


그러므로 가을에 벼를 수확 후 볏짚은 논에 넣지 않는 것이 메탄 발생 억제에 유효하며, 볏짚을 시용하고자 할 때는 가을에 수확한 다음 회수하여 퇴비를 만들어 논에 사용하는 것이 바람직하다. 


유기물은 넣고자 할 때는 비 담수 기간에 넣고 질소 비료나 시판 미생물 자재를 사용하여 분해를 촉진하는 것이 좋다. 토양 측면에서는 연작토양, 배수 불량 논에서는 메탄 발생이 조장되기 때문에 암거배수 등의 처리에 의한 개선이 필요하다. 


철 함량이 높게 되면 토양의 산화 용량이 높아지고, 환원 진행이 완화되어 메탄 발생 억제에 유효하게 되므로 철강 제조 공정의 부산물인 슬래그 등의 자재를 논에 넣으면 메탄 발생이 억제되는 효과가 있다. 


벼 논에 작은 물고기 양식은 메탄 발생을 억제하는 방법 중의 하나라는 연구 결과가 있다. 


또 벼 논에 오리 사육 또는 어류를 양식하면 메탄 및 아산화질소 배출을 효과적으로 감소 및 제어할 수 있으며 논에서 발생하는 온실가스를 줄이는 효과적인 방법으로 알려져 있다. 


벼 재배 논에서 메탄 발생을 억제하는 방법은 이처럼 다양하나 거의 대부분이 노동력 등 비용이 추가되므로 메탄 발생 억제 농법의 도입에 따른 인센티브를 창출하는 시스템이 마련되어야 할 필요성이 크다. 


인용문헌 

Yuan, W.L., C.G. Cao, C.F. Cheng, M. Zhan, M.L. Cai, and J.P. Wang. 2009. Methane and nitrous oxide emissions from rice-fish and rice-duck complex ecosystems and the evaluation of their economic significance. Scientia Agricultura Sinica 42(6): 2052-2060. Chun Wang, Derrick Y.F.Lai, Jordi Sardans, Weiqi Wang, Congsheng Zeng, Josep Peñuelas. 2017. Factors related with CH4 and N2O emissions from a paddy field: Clues for management implications. DOI:10.1371/journal. pone. 0169254. Wang M, C. Wang, X. Lan, A.A. Abid X. Xu, A. Singla, J. Sardans, J. Llusià, J. Peñuelas, and W. Wang. 2020. Coupled steel slag and biochar amendment correlated with higher methanotrophic abundance and lower CH4 emission in subtropical paddies. Environ Geochem Health 42(2):483-497. https://www.wired.com/story/tiny-hungry-fish-fix-rice-global-warming-problem/(The Fishy Fix to a Methane-Spewing Crop)

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