메탄은 벼 재배 논에서 발생하는 대표적인 온실가스로 관행농 논과 유기농 논의 메탄 방출량을 비교한 연구가 다수 진행되었으며, 비록 유기농 논에서는 화학비료 시비량을 줄일 수 있는 장점이 있지만, 유기물 투입에 의해 메탄 발생량이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 유기농 벼 생산 확대를 위해서는 벼 생산성을 유지함과 동시에 메탄 발생을 억제할 수 있는 영농 방법 개발이 필요하다. 또한, 지금까지의 관행논과 유기논의 메탄 발생 연구는 대부분 현재 온도 조건에서 수행되어 지구온난화에 따를 상승 온도 조건에서 메탄 방출 특성은 불명확하다. 따라서, 본 연구에서는 1) 선행 연구 ...
메탄은 벼 재배 논에서 발생하는 대표적인 온실가스로 관행농 논과 유기농 논의 메탄 방출량을 비교한 연구가 다수 진행되었으며, 비록 유기농 논에서는 화학비료 시비량을 줄일 수 있는 장점이 있지만, 유기물 투입에 의해 메탄 발생량이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 유기농 벼 생산 확대를 위해서는 벼 생산성을 유지함과 동시에 메탄 발생을 억제할 수 있는 영농 방법 개발이 필요하다. 또한, 지금까지의 관행논과 유기논의 메탄 발생 연구는 대부분 현재 온도 조건에서 수행되어 지구온난화에 따를 상승 온도 조건에서 메탄 방출 특성은 불명확하다. 따라서, 본 연구에서는 1) 선행 연구 메타 분석을 통해 유기농 논에서의 메탄 방출 감축을 위한 영농 관리 기술을 모색하고 2) 실험연구를 통해 온도상승에 따른 관행농 논 대비 유기농 논에서의 메탄 방출 변화를 평가하였다. 메타 분석 연구에서는 유기물 종류(볏짚, 녹비, 분뇨 및 퇴비), 유기물 투입 시기(휴경기와 경작기), 토양 중간낙수, 그리고 규산질 비료 시용과 같은 다양한 영농법에 따른 벼 생산량, 단위면적당 및 단위수량당 메탄 방출량 변화를 평가하였다. 관련 문헌들을 분석한 결과, 화학비료 단독 시비에 비해 유기물을 함께 투입하였을 때 메탄 방출량이 증가하였으며, 특히 질소 공급능이 우수한 녹비를 시용하였을 때 볏짚과 분뇨 또는 퇴비 시용에 비해 메탄 방출량이 매우 증가하였고, 벼 생산량도 함께 증가하였다. 따라서, 녹비가 벼 생산성 측면에서 화학비료 대체 유기물원으로서는 우수하지만, 메탄 발생 우려는 더 큰 것으로 나타났다. 한편, 유기물을 휴경기에 투입하거나 중간낙수를 확대할 경우에는 화학비료 시비에 비교하여 벼 생산량 변화는 거의 없으며 메탄 방출량은 감소하는 것으로 확인되었다. 하지만, 관행논에서 효과가 입증된 규산질 비료를 유기논에 시용하면 벼 생장 개선에 따른 통기조직이 더욱 발달하여 메탄 방출량이 증가하였다. 따라서, 휴경기 유기물 투입과 중간낙수 확대가 유기농 논에서의 벼 생산성 확보와 메탄 감축에 가장 적절한 영농법으로 판단된다. 한편, 바이오차 단독 시용 또는 중간낙수와의 병행 처리도 유기농 논의 메탄 방출에 효과적인 것으로 나타났다. 따라서, 유기농 논의 벼 생산성 확보와 메탄 감축을 위해서는 이와 같은 휴경기 유기물 투입, 중간낙수 확대, 바이오차 투입 등의 복합적 영농 기술 적용이 필요한 것으로 판단된다. 한편, 모의온도상승온실을 이용한 정상온도와 상승온도 조건에서 무처리(NI), 화학비료(CF) 그리고 유기질 비료(유박) 및 가축 분뇨 퇴비(OC) 등 세 종류의 시비 처리에 따른 벼 생장과 메탄 방출 연구를 수행한 결과, 유기농 논의 메탄 방출 경향이 온도에 따라 크게 달라졌다. 정상온도 조건에서 OC 처리의 메탄 방출량은 다른 시비 처리에 비해 4배 이상 높았다. 하지만, 정상온도 조건에 비해 상승온도 조건에서는 OC 처리의 메탄 방출량은 49%까지 낮아진 반면 CF 처리구의 메탄 방출량은 115% 증가하여 CF와 OC 처리 간의 메탄 방출량 차이가 없었다. 두 온도 조건에서 이산화탄소 방출량은 OC 처리구에서 CF 처리 대비 약 20%가량 높았으며, 온도상승은 두 시비 처리구 모두 이산화탄소 플럭스를 약 10% 증가시켰는데, 이는 상승 온도 조건에서 OC 처리구의 유기물 산화가 크게 증가함을 의미한다. 따라서, 온도상승에 의해 OC 처리구의 유기물이 급격하게 산화되어 메탄 발생에 필요한 유기물 기질이 감소하여 메탄 발생량이 감소한 것으로 판단된다. 특히, 중간낙수기 이후 OC 처리구에서의 이분해성 기질의 농도가 급격히 감소하여 메탄 발생이 억제된 것으로 나타났다. 또한, OC 처리구에 투입된 유박과 퇴비에는 대체 전자수용체(NO3-, SO42-, Fe3+, Mn4+, and humin)가 고농도로 함유되어 있는데, 메탄산화균이 이들 전자수용체를 활용하여 혐기적 조건에서도 메탄을 이산화탄소로 산화시킬 수 있다. 상승온도 조건에서는 증발산량이 증가하여 담수위가 정상온도에 비해 낮게 유지되었는데, 이와 같은 조건에서는 산소(O2) 공급이 상대적으로 원활하여 메탄 산화에 소비되어 환원된 전자수용체를 효율적으로 재생할 수 있다. 따라서, 상승온도 조건의 OC 처리구에서는 이와 같은 전자수용체를 이용한 혐기적 메탄 산화가 증가한 것도 메탄 방출 감소에 기여한 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 유기농 논에서의 메탄 방출량이 관행농 논에 비해 증가하지만, 다양한 영농기술(휴경기 유기물 투입, 중간 낙수 확대, 바이오차 시용 등)의 복합적 적용을 통한 메탄 방출 억제 가능성을 제시하였다. 또한, 미래의 상승온도 조건에서는 유기물에 함유된 전자수용체에 의한 메탄 산화 촉진 및 메탄 방출 억제 가능성도 제시하였다. 이와 같은 연구 결과는 향후 유기농 논에서의 안정적 벼 생산과 메탄 방출 억제를 위한 영농기술 개발에 활용될 것으로 기대된다.
메탄은 벼 재배 논에서 발생하는 대표적인 온실가스로 관행농 논과 유기농 논의 메탄 방출량을 비교한 연구가 다수 진행되었으며, 비록 유기농 논에서는 화학비료 시비량을 줄일 수 있는 장점이 있지만, 유기물 투입에 의해 메탄 발생량이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 유기농 벼 생산 확대를 위해서는 벼 생산성을 유지함과 동시에 메탄 발생을 억제할 수 있는 영농 방법 개발이 필요하다. 또한, 지금까지의 관행논과 유기논의 메탄 발생 연구는 대부분 현재 온도 조건에서 수행되어 지구온난화에 따를 상승 온도 조건에서 메탄 방출 특성은 불명확하다. 따라서, 본 연구에서는 1) 선행 연구 메타 분석을 통해 유기농 논에서의 메탄 방출 감축을 위한 영농 관리 기술을 모색하고 2) 실험연구를 통해 온도상승에 따른 관행농 논 대비 유기농 논에서의 메탄 방출 변화를 평가하였다. 메타 분석 연구에서는 유기물 종류(볏짚, 녹비, 분뇨 및 퇴비), 유기물 투입 시기(휴경기와 경작기), 토양 중간낙수, 그리고 규산질 비료 시용과 같은 다양한 영농법에 따른 벼 생산량, 단위면적당 및 단위수량당 메탄 방출량 변화를 평가하였다. 관련 문헌들을 분석한 결과, 화학비료 단독 시비에 비해 유기물을 함께 투입하였을 때 메탄 방출량이 증가하였으며, 특히 질소 공급능이 우수한 녹비를 시용하였을 때 볏짚과 분뇨 또는 퇴비 시용에 비해 메탄 방출량이 매우 증가하였고, 벼 생산량도 함께 증가하였다. 따라서, 녹비가 벼 생산성 측면에서 화학비료 대체 유기물원으로서는 우수하지만, 메탄 발생 우려는 더 큰 것으로 나타났다. 한편, 유기물을 휴경기에 투입하거나 중간낙수를 확대할 경우에는 화학비료 시비에 비교하여 벼 생산량 변화는 거의 없으며 메탄 방출량은 감소하는 것으로 확인되었다. 하지만, 관행논에서 효과가 입증된 규산질 비료를 유기논에 시용하면 벼 생장 개선에 따른 통기조직이 더욱 발달하여 메탄 방출량이 증가하였다. 따라서, 휴경기 유기물 투입과 중간낙수 확대가 유기농 논에서의 벼 생산성 확보와 메탄 감축에 가장 적절한 영농법으로 판단된다. 한편, 바이오차 단독 시용 또는 중간낙수와의 병행 처리도 유기농 논의 메탄 방출에 효과적인 것으로 나타났다. 따라서, 유기농 논의 벼 생산성 확보와 메탄 감축을 위해서는 이와 같은 휴경기 유기물 투입, 중간낙수 확대, 바이오차 투입 등의 복합적 영농 기술 적용이 필요한 것으로 판단된다. 한편, 모의온도상승온실을 이용한 정상온도와 상승온도 조건에서 무처리(NI), 화학비료(CF) 그리고 유기질 비료(유박) 및 가축 분뇨 퇴비(OC) 등 세 종류의 시비 처리에 따른 벼 생장과 메탄 방출 연구를 수행한 결과, 유기농 논의 메탄 방출 경향이 온도에 따라 크게 달라졌다. 정상온도 조건에서 OC 처리의 메탄 방출량은 다른 시비 처리에 비해 4배 이상 높았다. 하지만, 정상온도 조건에 비해 상승온도 조건에서는 OC 처리의 메탄 방출량은 49%까지 낮아진 반면 CF 처리구의 메탄 방출량은 115% 증가하여 CF와 OC 처리 간의 메탄 방출량 차이가 없었다. 두 온도 조건에서 이산화탄소 방출량은 OC 처리구에서 CF 처리 대비 약 20%가량 높았으며, 온도상승은 두 시비 처리구 모두 이산화탄소 플럭스를 약 10% 증가시켰는데, 이는 상승 온도 조건에서 OC 처리구의 유기물 산화가 크게 증가함을 의미한다. 따라서, 온도상승에 의해 OC 처리구의 유기물이 급격하게 산화되어 메탄 발생에 필요한 유기물 기질이 감소하여 메탄 발생량이 감소한 것으로 판단된다. 특히, 중간낙수기 이후 OC 처리구에서의 이분해성 기질의 농도가 급격히 감소하여 메탄 발생이 억제된 것으로 나타났다. 또한, OC 처리구에 투입된 유박과 퇴비에는 대체 전자수용체(NO3-, SO42-, Fe3+, Mn4+, and humin)가 고농도로 함유되어 있는데, 메탄산화균이 이들 전자수용체를 활용하여 혐기적 조건에서도 메탄을 이산화탄소로 산화시킬 수 있다. 상승온도 조건에서는 증발산량이 증가하여 담수위가 정상온도에 비해 낮게 유지되었는데, 이와 같은 조건에서는 산소(O2) 공급이 상대적으로 원활하여 메탄 산화에 소비되어 환원된 전자수용체를 효율적으로 재생할 수 있다. 따라서, 상승온도 조건의 OC 처리구에서는 이와 같은 전자수용체를 이용한 혐기적 메탄 산화가 증가한 것도 메탄 방출 감소에 기여한 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 유기농 논에서의 메탄 방출량이 관행농 논에 비해 증가하지만, 다양한 영농기술(휴경기 유기물 투입, 중간 낙수 확대, 바이오차 시용 등)의 복합적 적용을 통한 메탄 방출 억제 가능성을 제시하였다. 또한, 미래의 상승온도 조건에서는 유기물에 함유된 전자수용체에 의한 메탄 산화 촉진 및 메탄 방출 억제 가능성도 제시하였다. 이와 같은 연구 결과는 향후 유기농 논에서의 안정적 벼 생산과 메탄 방출 억제를 위한 영농기술 개발에 활용될 것으로 기대된다.
Organic amendments for substituting chemical fertilizers have many environmental benefits. However, organic inputs increase methane (CH4) emissions from rice (Oryza sativa L.) paddies. Therefore, for paddies with organic inputs, it is necessary to explore agricultural practices that can mitigate CH4...
Organic amendments for substituting chemical fertilizers have many environmental benefits. However, organic inputs increase methane (CH4) emissions from rice (Oryza sativa L.) paddies. Therefore, for paddies with organic inputs, it is necessary to explore agricultural practices that can mitigate CH4 while sustaining rice yield. In this study, using literature data, we investigated the changes in the rice yields and area- and yield-scaled CH4 emissions according to the types of organic inputs (rice straw, RS; green manure, GM; and manure or compost, MC) and agricultural practices, including the timing of organic input application (fallow vs. cropping seasons), soil drying, and silicate fertilizer application. A synthesis of the literature data showed that the application of GM produced rice yields comparable to those with CF while increasing CH4 emissions compared to RS and MC application, reflecting the readily decomposability and high nutrient supply capacity of GM. Both soil drying and incorporation of organic inputs in the fallow season effectively mitigated CH4 emissions with marginal changes in the rice yield compared to chemical fertilization. However, the application of silicate fertilizer increased CH4 emissions in GM-amended paddies by facilitating CH4 transport through the increased aerenchyma. Therefore, soil drying and application of organic inputs in the fallow season are feasible measures for sustainable rice production using organic inputs with CH4 mitigation. It was also suggested that the application of biochar alone or combined with soil drying could further mitigate CH4 emissions from organic-amended soils. Therefore, our study suggests that the combined implementation of multiple agricultural practices including extended soil drying, application of organic input in the fallow season, and application of biochar would help take full advantage of using organic inputs to substitute chemical fertilizer.
Organic amendments for substituting chemical fertilizers have many environmental benefits. However, organic inputs increase methane (CH4) emissions from rice (Oryza sativa L.) paddies. Therefore, for paddies with organic inputs, it is necessary to explore agricultural practices that can mitigate CH4 while sustaining rice yield. In this study, using literature data, we investigated the changes in the rice yields and area- and yield-scaled CH4 emissions according to the types of organic inputs (rice straw, RS; green manure, GM; and manure or compost, MC) and agricultural practices, including the timing of organic input application (fallow vs. cropping seasons), soil drying, and silicate fertilizer application. A synthesis of the literature data showed that the application of GM produced rice yields comparable to those with CF while increasing CH4 emissions compared to RS and MC application, reflecting the readily decomposability and high nutrient supply capacity of GM. Both soil drying and incorporation of organic inputs in the fallow season effectively mitigated CH4 emissions with marginal changes in the rice yield compared to chemical fertilization. However, the application of silicate fertilizer increased CH4 emissions in GM-amended paddies by facilitating CH4 transport through the increased aerenchyma. Therefore, soil drying and application of organic inputs in the fallow season are feasible measures for sustainable rice production using organic inputs with CH4 mitigation. It was also suggested that the application of biochar alone or combined with soil drying could further mitigate CH4 emissions from organic-amended soils. Therefore, our study suggests that the combined implementation of multiple agricultural practices including extended soil drying, application of organic input in the fallow season, and application of biochar would help take full advantage of using organic inputs to substitute chemical fertilizer.
주제어
#Organic fertilizer Chemical fertilizer Global warming Methane mitigation Anaerobic methane oxidation
학위논문 정보
저자
백누리
학위수여기관
전남대학교
학위구분
국내석사
학과
지역·바이오시스템공학과
지도교수
최우정
발행연도
2024
총페이지
148
키워드
Organic fertilizer Chemical fertilizer Global warming Methane mitigation Anaerobic methane oxidation
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