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작성일 : 22-03-31 17:20
[특집] 농경지 온실가스 저감 - 농경지 온실가스 저감 완전정복(1)
 글쓴이 : 친환경 (58.♡.80.182)
조회 : 293  

우리나라는 지난해 10‘2050 탄소중립을 선언하고 국가 비전·전략을 제시해 이에 대해 철저한 준비를 하고 있다. 기후변화에 효율적으로 대응하기 위해서는 온실가스 감축 목표에 따라 감축 계획을 수립하고 이행하는 국가 전략이 필요하다. 농촌진흥청에서는 농업 부문 온실가스 연구 결과를 바탕으로 농경지 온실가스 배출 특성, 온실가스 감축을 위한 다양한 기술을 개발·보급하고 있다. 월간 친환경에서는 특집으로 2회에 걸쳐 온실가스 감축을 위해 기술들을 자세히 소개한다.

자료: 농촌진흥청 국립농업과학원 기후변화평가과

김경호 이경민 김경윤 엄정식 공동기획

 

농경지에서 배출되는 온실가스 특징 온실가스 종류별 특징

 

메탄(CH4)

저지대나 담수된 논에서 유기물이 혐기적으로 분해되는 과정에서 메탄생성균(methanogens)의 작용으로 발생한다. 논에서 벼 재배과정 중 식물체의 통기과정을 통해 배출되며, 벼 재배기간에 배출되는 비중이 전체 메탄 배출의 90%를 차지한다. 그 외 논물 써레질 등 정지 작업 때 논에서 발생하는 거품에 섞여서도 발생하며, 관개수 표면에 대기로 직접 휘산하는 경로도 있지만 그 양은 아주 미미한 수준이다. 메탄 배출량은 벼 생육 상황 및 계절에 따라 차이가 크다. 논에서 메탄이 생성되는 과정은 담수토양()에서 메탄은 수소 공여체(donor)로서 지방산 또는 알콜, 수소에 의한 이산화탄소의 환원과 메탄 생성 박테리아에 의한 아세트산 또는 메탄올의 치환 과정을 거쳐 메탄이 생성된다. 메탄은 유기물이 분해되면서 혐기성 세균(메탄생성균)에 의해 발생되므로 토양의 산화 환원전위(Eh)는 메탄을 생성하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 토양이 담수상태가 되면 산소(O2)가 가장 먼저 환원되고 다음으로 NO3-, Mn4+, Fe3+, SO42-, CO2 등의 순으로 환원된다. 메탄 배출량은 토양특성, 온도, 물관리, 유기물, 토양 pH 등에 영향을 받는다.

 

 

아산화질소(N2O)

농경지에 질소질 비료 및 가축분뇨를 투입하면 질소순환 과정 중 발생하는 것이 아산화질소이다. 농업활동 과정에서는 주로 생물학적 과정으로 배출된다. 질산화는 암모늄이 호기적 조건에서 미생물에 의해 질산염으로 산화되는 것이며, 탈질은 질산염이 혐기적 조건에서 미생물에 의해 아산화질소, 질소가스 등으로 환원되는 것이다. 아산화질소는 질산화 과정의 여러 연쇄반응 중에 생산되는 중간대사 산물 또는 토양 미생물에 의한 탄질 과정의 부산물로서 생성되며, 대표적인 경로는 타급영양세균의 탈질 과정에 의해 배출된다.

 

농업분야 온실가스 배출 현황

우리나라의 2018년 기준 온실가스 총배출량은 727.6백만톤으로 1990년 대비 149.0% 증가, 전년과 대비해 2.5% 증가한 수준이다. 전 세계적으로 보면 중국, 미국, 인도 등에 이어 11번째로 온실가스 배출량이 높은 국가이며, OECD 회원국 중에서는 5위에 해당한다.

재배 부문과 축산 부문을 합한 농업 분야의 2018년 온실가스 배출량은 국가 총 배출량의 2.9%에 해당하는 21.2백만 톤으로 1990년 대비 1.0%, 전년 대비 1.1% 증가했다. 재배부분 배출원은 벼재배, 농경지 토양, 잔물잔사 소각이며, 이 중 벼 재배에서 농업분야 배출량의 29.7%를 차지하며, 논 면적 감소가 영향을 주고 있다.

농경지 온실가스 저감기술

1. 논물 관리기술

논에서 벼 재배 시 담수를 지속해서 하지 않고 중간물떼기, 중간물떼기 후 걸러대기 등의 논물 관리를 통해 온실가스(메탄) 발생을 줄이는 활동을 말한다.


온실가스 감축기술 원리


∙ 배출: 벼의 생장기 동안 물이 잠겨있는 기간에 논 토양은 혐기적 상태가 되고, 토양 내 미생물에 의해 유기탄소 화합물은 혐기분해 과정을 거치게 되는데, 이때 메탄이 생성되어 배출된다.

∙ 저감: 중간물떼기, 중간물떼기 후 얕게 걸러대기 등의 논물관리를 통해 혐기성 조건을 최소화해 유기물의 혐기분해를 낮추어 준다. 결과적으로 온실가스 (메탄)의 발생을 줄일 수 있다.


∙ 적용방법: 중간물떼기는 벼 이앙 후 약 1개월 동안 논물을 깊이 대고, 2~3주 정도 물을 떼서 논바닥에 실금이 보이면 물을 다시 대는 기술이며, 중간물떼기+걸러대기는 중간물떼기 후 논물을 얕게(2~5cm) 관개 후 자연적으로 말리며 다시 얕게 대어주는 기술이다. 이를 이삭이 익을 때까지 반복한다.

∙ 벼 생육단계별 논물 관리 방법 및 생육효과: 벼 생육단계 무효분얼기의 중간물떼기는 논 토성, 투수성, 배수정도 등을 고려해 실시하고, 온실가스 저감을 위해 중간물떼기는 2주 내외로 실시한다.


∙ 디지털 영상 물꼬 관리장치: 영상분석을 통해 재배포장(벼)의 수위를 측정하고, 포장에서 떨어진 원거리에서 실시간으로 포장 상황을 영상과 센서를 통해 모니터링하고 이에 따른 작물의 생육환경 등을 진단하는 장치로, 수집된 수위 데이터를 기반으로 물꼬 자동제어가 가능하며, 사용자가 실시간으로 영상을 보면서 원격제어가 가능한 ICT 기반 노지 관수제어 장치이다. - 그림6


적용효과

∙ 온실가스 감축효과: 논에서 물관리를 통한 온실가스 감축은 상시담수에 비해 중간물떼기 후 걸러대기(논물 걸러대기)를 하면 63.0%, 중간물떼기를 하면 25.2%의 온실가스 감축 효과가 있다. 또한 관개 에너지 절약에 의한 온실가스 감축 효과도 기대된다.

∙물(용수) 사용량 절감효과: 농업용수 사용량은 논물걸러대기를 하면 상시담수에 비해 28.8%, 중간물떼기를 하면 6.8%를 절약할 수 있다. - 그림7


< 온실가스 저감 국가사업 >


① 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업: 농업인이 영농활동에서 저탄소 농업기술을 적용해 온실가스를 감축하고, 감축한 온실가스만큼 정부에서 구매하는 제도로 1톤당 CO2당 1만원이 인센티브로 지급된다. 논벼 재배 시 물관리를 통한 온실가스 감축 방법이나, 논벼 재배 시 물관리를 통해 유기물의 혐기분해가 줄어들어 결과적으로 메탄 발생량을 줄이는 사업에 해당된다. 물관리 시행 여부 및 물관리 방법을 사업자가 입증해야 하며, 한국농어촌공사 또는 관계기관의 급수 확인 문서를 통해 교차확인 가능해야 한다. 건답직파재배는 본 방법론에 해당하지 않으며, 온실가스 감축량 산정식은 논벼 1회 재배를 기준으로 하며, 이기작의 경우에는 논벼 재배 2회로 본다.

② 배출권거래제 외부사업: 농업인이 저탄소 농업기술 도입을 통해서 기존보다 적은 온실가스를 배출하고 감축한 온실가스 양을 측정 또는 산정해 정부로부터 인증받으면 감축량을 배출권 거래시장에 판매해 농외소득을 창출할 수 있는 제도이다. 1톤 CO2 당 탄소배출권 시장가격(타소시장 거래형)을 책정 받는다. 벼 재배 논의 물떼기 기간을 증가시킴으로써 상시 담수 조건에서 토양 유기물 혐기분해와 인한 메탄 발생량을 감소하는 사업이다. 이 사업은 논의 물관리를 위한 관개기설과 배수시설이 각각 설치되어 있어야 한다. 또한 사업기간 동안 물관리를 시행했음을 사업자가 입증해야 하며, 한국농어촌공사 또는 관계기관의 급수 확인 문서를 통해 교차확인이 가능해야 한다.


2. 경운관리 기술

작물 재배 전 농경지 토양을 뒤집어 주는 경운을 하지 않거나 최소 부분만 경운해 토양의 유기탄소량을 늘리고, 수분의 유실을 최소화하는 활동을 말한다.


온실가스 감축기술 원리

∙ 화석연료: 경윤 작업에 사용되는 농기계의 화석연료 사용량을 줄여 이산화탄소 배출량을 줄인다.

∙ 토양탄소: 경운에 의한 인위적인 토양 교란을 최소화해 토양의 유기탄소량을 증진시킨다. 토양을 갈아엎어 공기에 노출되는 면적이 증가하면 토양 수분은 빠르게 증발하고 유기물 또한 급격히 분해되어 대기 중 이산화탄소로 배출되며, 농경기 토양 표면의 남아 있는 잔사비율은 관행경운의 경우 15% 이하, 보전경운 30% 이상, 무경운은 100%이다.

∙ 토양환경 개선: 농경지 토양의 이화학적 개선과 토양 건전성 증진으로 화학비료 및 농약사용을 절감하며, 경운 과정 중 대형 농기계로 인한 땅 다짐은 배수 불량 등의 문제를 유발한다.



∙ 적용방법: 무경운의 경우 농기계를 이용해 경작지(논, 밭, 비닐하우스)를 평평하고 고르게 하기 위한 경운, 정지, 평탄작업을 하지 않고 바로 이앙 또는 정식하는 방법이다. 감소경운은 농산물 재배 시 관행 경운보다 경운 면적과 경운 횟수를 줄여 경운하는 방식으로 경운 깊이를 10cm로 얕게 하거나, 경운 횟수를 1회만 시행하는 방법이다. 최소경운은 전체 재배 면적을 경운하지 않고 작물 정식 및 파종을 위한 최소 부문과 경운하고 이앙 또는 정식하는 방법이다. 기계를 사용하지 않고 사람이 고랑과 이랑을 만드는 자가 작업이나, 트랙터를 사용하지 않고 관리기 등을 이용한 고랑 경운 등도 부분경운으로 인정한다.


< 농경지(밭) 경운 방법별 농기계 활용 >

관행경운: 쟁기 + 정지 + 두둑형성 + 재식 + 두둑보전

감소경운: 두둑형성 + 재식 + 두둑보전

무경운: 재식


∙ 농경지 온실가스 배출 저감 효과: 경운관리를 통해 토양에서 배출되는 온실가스를 줄일 수 있다. 밭 토양(옥수수 재배)에서 관행 대비 메탄 배출량은 51% 저감되며, 논 재배지에서 메탄은 77% 저감, 옥수수 재배지에서 아산화질소는 40% 저감된다. 콩 무경운 재배할 때 경운재배 대비 온실가스 85.7%를 감축할 수 있다.

∙ 토양 탄소 저장 효과: 경운에 의한 탄소 분해를 최소화해 토양 내 탄소량이 증가할 수 있다. 논 토양 감소 경운시, 일반경운보다 토양 탄소 1.7g/kg 증가, 무경운시 토양 탄소는 9.5g/kg 증가한다.

∙ 농기계 에너지 사용감소에 의한 온실가스 저감효과: 논 최소경운 이앙 시 온실가스 배출량 0.2t CO2eq/ha 절감이 가능하다.

∙ 토양환경 개선: 경운 관리를 통한 토양 물리성 개선, 토양 침식 방지, 토양 수분 보유능 증가, 토양 투수력 증진, 토양 유기물 증진, 입단의 안정화 효과가 있다. 경운 시 트랙터 다짐의 영향을 받는 유효토심 10~20cm에서 경도가 높으며(쟁기바닥층 형성), 지속되면 토양 유효 층에서 경반 분리현상이 일어날 수 있다.


3. 직파재배 - 사진2

논 벼 재배 시 육묘 후 모를 이앙하지 않고 종자를 논에 직접 파종해 재배하는 기술이다.


온실가스 감축기술 원리

∙ 직파재배 유형: 건답직파는 모내기를 하지 않고 물을 대지 않는 마른 논에 볍씨를 바로 뿌리는 파종 방법이며, 무논직파는 경운해 논에 물을 가둔 다음 써레질을 해 논을 고르고 5일 동안 담수한 다음 물을 뺀 후, 싹이 튼 볍씨 종자를 논에 일정 간격으로 점파하고 7~10일 후에 담수하는 방법이다. 담수직파는 경운해 논에 물을 가둔 다음 써레질을 해 논을 고른 후 싹이 튼 볍씨 종자를 논에 산파하고 4~7일간 담수상태를 유지한 후 약 4일간 물을 뺀 후 담수해 관리하는 방법이다.


적용효과


∙ 농경지 온실가스 배출 저감 효과: 육묘와 이앙에서 발생되는 탄소배출 저감효과가 있다.

∙ 농경지 토양 탄소저장 효과: 무경운 건답직파를 2년간 수행한 논의 작토층 유기탄소 총량은 관행 기계이앙을 한 논보다 50kg/10a 많았으며, 이는 토양 유기물로 환산하면 10a 당 약 86kg의 유기물이 축적되는 효과가 있다.

∙ 경제성: 노동력 절감 부문은 기계이앙 대비 건답직파, 부분 경운 직파를 통해 각각 28.7%, 36.8%가 절감됐으며, 생산비는 기계이앙 대비 건답직파, 부분경운 직파를 통해 각각 16.2%, 18.2% 절감됐다.


4. 풋거름작물 재배 - 사진3

농경지 주 작물 재배 전에 풋거름작물(콩과, 볏과 작물 등)을 재배하고, 토양에 환원해 비료로 활용하는 활동을 말한다.


온실가스 배출량 절감 원리

∙ 저감: 농경지에서 풋거름(녹비)작물 재배를 한 후 토양에 환원해 기존에 사용되던 질소질 비료의 사용량을 줄여주는 재배법이다. 이를 통해 공장에서 생산할 때 소요되는 에너지 투입량을 줄여 온실가스 배출량을 줄이고, 비료 사용에 따른 토양의 아산화질소 발생량을 줄일 수 있다.


적용 효과

겨울철 등 휴경기에 풋거름 작물을 재배하고, 재배한 풋거름 작물은 수확하지 않고, 농경지에 갈아 넣는다.


∙ 농경지 비료 투입량 절감 효과: 풋거름작물 재배 후 농경지 토양환원으로 비료 사용량을 줄일 수 있다. 10a 당 9~20kg까지 질소 생산이 가능해 외부의 양분투입 감축으로 양분수지 개선에 기여한다.

∙ 농경지 토양 환경 개선: 농촌경관 조성, 연작장애 경감 및 토양유실 방지 등의 효과가 있으며, 휴경기 풋거름작물 재배 후 농경지 환원은 토마토, 생강, 감자, 당근 재배지의 병 발생, 품질 저하 및 생육상 개선 등과 같은 연작장해를 개선한다.

∙ 경제적 효과: 화학비료의 가격이 상대적으로 낮아 직접적인 경제적 효과는 크지 않으나 토양 이화학성 개선, 건전성 증진 및 겨울철 경관개선 효과 등 농업환경생태 차원의 공익적 효과가 매우 크다.

∙ 화학비료 절감에 따른 온실가스 저감 효과: 헤어리베치는 화학비료를 100%, 자운영은 화학비료를 70% 대체 가능하며 비료의 생산 과정에서 발생하는 온실가스 배출량을 줄일 수 있다.


5. 경축순환농업

가축분뇨를 자원화해 토양에 환원하고, 건강한 땅에서 생산된 볏짚 등 농업부산물과 조사료를 가축에게 급여하는 등 경종·축산 연계 자원순환, 상생하는 기술이다.


온실가스 배출량 절감 원리

∙ 비료 사용 절감: 가축분뇨 자원화를 통해 비료를 대체한 만큼 화학비료 제조에 따른 온실가스 배출량을 줄인다.

∙ 조사료 제조 절감: 농업부산물 및 조사료를 가축에게 급여하면서 절감된 사료 제조에 따른 온실가스 배출량을 줄인다.


∙ 가축분뇨 퇴·액비 살포시 주의사항

경상지 등 비점오염 민감 지역과 지하수를 식수원으로 사용하는 지역, 염류집적(EC 2.0dS/m 초과) 및 가스장해 우려가 있는 시설재배지, 식품 위생에 문제가 발생할 수 있는 엽채류 작물은 퇴·액비 사용을 자재한다. 퇴·액비를 살포한 농경지는 사전에 악취 검사를 통과한 액비만 사용하고, 추천량을 반드시 엄수한다. 과다 살포시 도복 및 병해충 증가의 우려가 있으며, 염이 과량으로 함유된 퇴·액비의 이용은 염류집적 장해가 발생할 수 있다. 퇴·액비를 오랫동안 사용한 농경지는 매년 토양검정을 실시한다.


적용효과

∙ 화학비료 대체 효과: 화학비료 밑거름 일부를 가축분 퇴비 투입으로 대체해 화학비료 사용량을 절감할 수 있다.


< 산정예시: 화학비료 인산 시비량 대체 가축분 퇴비량(kg/10a) >

= 10a 당 화학비료 인산 성분량 × (100/가축분 인산함량) × (100/가축분퇴비인산비료효율)


∙ 온실가스 배출 저감효과: 맞춤형 액비를 활용해 화학비료 사용을 절감, 온실가스 감축이 가능하며, 가지, 고추, 복숭아 3개 작물의 비료 사용을 대체해 각각 400, 409, 338kgCO2eq/ha의 온실가스를 감축할 수 있었다.