국내 벼 논에서 메탄 기본배출계수 개발

Establishment of Baseline Emission Factor of Methane in Korean Rice Paddy Soil

  • ABSTRACT

    BACKGROUND:

    Methane (CH4) emission is calculated using the default CH4 emission factor as recommended by the International Panel on Climate Change(IPCC guidelines). However, the default emission factor has been derived using including the data from other countries having different soil and environmental conditions and may not reflect the real CH4 emission rates in Korea. The objective of this study was to estimate the baseline emission factor of CH4 in Korean paddy soils during rice cultivation.

    METHODS AND RESULTS:

    Methane emission patterns were characterized in four different paddy soils across country for a consecutive 3 years during the rice cultivation period. Rice plants were cultivated under continuous flooding and fertilized using the recommended chemical fertilization in Korea (N-P2O5-K2O=90-45-57kg/ha). The mean CH4 emission rate was 2.32 kg CH4/ha/day and the uncertainty of the investigated data was 21.7%, with a valuable error range at 1.82-2.82 kg CH4/ha/day with a 95% confidence interval.

    CONCLUSION(S):

    Conclusively, the Korean paddy soils’ baseline emission factor of CH4 is approximately 2.32 kg CH4/ha/day and can be used to estimate the CH4 emissions more exactly.

  • KEYWORD

    Baseline emission factor , Korean paddy soil , Methane , Rice

  • 서 론

    Revised 2006 IPCC Guidelines 상에는 벼논에서 메탄 배출량을 산정하는 방법론은 크게 Tier 1, 2, 3로 구분하고 있다(IPCC, 2006). Tiers는 방법의 복잡성 정도를 나타내는 것으로써, 방법론의 선택은 배출계수(emission factor) 및 활동자료(activity data) 확보수준에 따라 달라질 수 있다. 농경지 중 벼논이 거의 없거나, 혹은 우리나라와 같이 국가고유의 배출계수가 아직 준비되어 있지 않을 경우에는 Tier 1 방법으로 메탄 배출량을 산정할 수 있다. 이때는 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 메탄 배출계수와 활동자료 등을 활용하여 연간 메탄 배출량을 산정할 수 있다(IPCC, 2006). 이와는 상대적으로 Tier 2 수준에서는 각국 고유 메탄 배출계수와 활동자료를 활용하여 정확한 메탄 배출량을 산정한다. Tier 2 수준으로 벼논의 메탄 배출량을 산정하기 위해서는 우리나라 벼논에서의 고유 메탄 배출계수를 우선적으로 산정하여야 한다. 그리고 메탄 발생량에 영향을 줄 수 있는 다양한 경종환경에서의 보정계수(Scaling factor)의 조사가 선행되어야 한다(IPCC, 2006). Tier 3은 장기간 반복시험을 통해 얻어진 각 지역 별 고유 메탄 배출특성과 메탄 배출량 관련 제한인자, 예를 들어 기후, 토양 및 작물 특성 등과의 상관성을 이용하여 지역고유의 메탄 배출량을 추정하는 방법론으로서 높은 수준의 정확한 자료를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다(IPCC, 2006). 그러나 Tier 3 수준의 메탄 배출량 평가를 위해서는 메탄 배출량 관련 다양한 제한인자의 조사가 선행되어야 한다.

    벼논에서 메탄 배출량은 1일 메탄배출계수(kg CH4/ha/day)와 벼 재배기간(day), 벼 재배면적(ha/yr)의 곱을 통해 산정하고 있다(IPCC, 2006). 지금까지 우리나라 벼논에서 메탄 배출량은 Revised 2006 IPCC Guidelines에서 제시하고 있는 default 값(1.30 kg CH4/ha/day)을 이용하여 Tier 1 수준에서 평가되어 왔다. 이는 우리나라 벼논에서 발생하는 실제 메탄 배출량과는 상당한 차이가 있을 것으로 생각된다. 벼논에서의 메탄배출계수는 지역의 기후특성, 토양의 유기물 함량, 시비 및 물 관리 유형 등에 따라 크게 달라 질 수 있는 특징을 가지고 있다(Yagi et al., 1996; Sass et al., 1994; Wassmann and Aulakh, 2000). 그러나 현재 Revised 2006 IPCC Guidelines에서 제시하고 있는 default 값은 일본이 아시아 전역의 벼 재배지 103 site로부터 수집된 868개의 메탄 배출량 자료(seasonal data)를 취합 통계처리를 통해 얻어진 평균값을 사용하고 있다(Yan et al., 2005; IPCC, 2006). 상당수의 자료가 우리나라 토양보다 유기물 함량이 낮은 남중국 베트남 태국 등에서 조사된 자료가 포함되어 있어 우리나라 벼논에서의 메탄 배출계수와는 다소 차이가 있을 것으로 판단된다. 우리나라 벼논에서의 정확한 메탄 배출량을 산정하기 위해서는 우리의 토양과 기후특성, 그리고 벼 재배 환경에 맞는 고유의 메탄 배출계수(baseline emission factor)의 설정이 먼저 이루어져야 할 것으로 판단된다.

    본 연구에서는 우리나라 벼논에서 고유의 메탄배출계수를 산정하기 위해 전국의 4개 지역 벼논에서 상시담수와 표준시비(N-P2O5-K2O=90-45-57 kg/ha) 하에서 벼 재배기간 중 메탄 배출량 변화를 조사하였다.

    재료 및 방법

      >  메탄 배출계수 개발의 이론적 배경

    Revised 2006 IPCC Guidelines에 따라 벼논에서 메탄 총 배출량은 아래 식 1과 같이 1일 메탄 배출계수(daily emission factor)와 총 재배기간, 그리고 재배면적을 이용하여 환산하고 있다.

    image

    여기서, EFijk (kg CH4/ha/day)는 i, j, k 조건에서의 1일 메탄 배출계수 tijk (day)는 I, j, k 조건에서의 벼 재배기간 Aijk (ha/year)는 연간 벼 재배면적

    이때 1일 메탄 배출계수(EFi, kg CH4/ha/day)는 식 2에서와 같이 기본배출계수(EFc)와 주요 작물재배 조건 별 보정계수(scaling factor, SF)를 이용하여 환산하고 있다.

    image

    여기서, EFc (kg CH4/ha/day)는 기본배출계수 (baseline emission factor) SFw는 벼 재배기간 중 물 관리방법(water regime) 에 대한 보정계수 SFp는 벼 재배 전(pre-season) 물 관리방법에 대한 보정계수 SFo는 유기질 토양개량제 처리에 대한 보정계수 SFs,r는 가능하다면 토양유형, 벼 품종 등에 대한 보정계수

    우리나라 벼논에서의 메탄 배출량을 정확하게 산정하기 위해서는 1차적으로 우리의 벼 재배환경 하에서의 고유 기본 배출계수(baseline emission factor, EFc)의 설정이 선행되어야 한다.

      >  기본 메탄 배출계수 설정을 위한 조사지역 선정

    우리나라 벼논의 메탄 기본배출계수(EFc, baseline emission factor)를 설정하기 위해, 아래 Table 1에서와 같이 남한의 북부지역(경기도 화성) 중부지역(대구) 남부지역(광주와 경남 진주)의 벼논을 조사포장으로 선정하였다. 이때 광주와 대구지역에서는 2009년 포장을 설치하였으며, 화성과 진주지역에서는 2010년 포장을 설치 운영하였다.

    기본 메탄배출계수를 얻기 위해 농촌진흥청에서 고시하고 있는 표준 벼 재배관리방법(RDA, 1999), 예를 들어 작기 중 상시담수(continuos flooding) 조건에서 추천시비량(N-P2O5-K2O=90-45-57 kg/ha)으로 벼를 재배하였다(Table 2). 벼 재배관리방법은 지역의 특성에 따라 다소간의 차이가 있었으나, 기본적으로 이앙 2-3주 전 담수를 시작하여 벼 수확 약 1개월 전까지 배수 관리하였다. 이때 재식거리는 15 cm × 30 cm로 조절하였다. 그리고 공시품종은 각 지역의 추천 벼 품종을 선발하였으며, 조사기간 중 일정하게 재배관리를 하였다. 예외적으로 경남 진주에서는 전국적으로 재배면적이 많은 6개의 중만생 벼 품종(남평, 동진, 삼광, 일미, 주남, 추청)을 선발하여 품종 간 메탄 발생량 차이를 평가하였다. 그리고 본 연구에서는 이상의 6개 선발 벼 품종의 메탄 배출량을 평균하여 해당 지역의 메탄배출계수 환산에 활용하였다. 이때 모든 실험과 조사는 3반복으로 실시되었다.

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  • [Table 1.] Soil properties selected for investigating CH4 emission factor
    Soil properties selected for investigating CH4 emission factor
  • [Table 2.] General information of rice management in the selected sites
    General information of rice management in the selected sites