논에서 나오는 온실가스 메탄 .. 26도에서 가장 많이 배출된다

중국 북부 산시 성 농부들이 논에서 모내기를 하고 있다. 신화=연합뉴스

메탄(CH4)은 지구온난화 효과가 이산화탄소(CO2)의 20배를 웃도는 강력한 온실가스다.
메탄은 물을 채워 벼를 재배하는 논바닥에서도 배출된다. 메탄 생성 세균의 작용 때문이다.
논에서 배출되는 메탄의 양은 전 세계 인위적인 메탄 배출량의 8.7%를 차지하고 있어 이에 대한 연구도 활발한 편이다.

난징 농업대학을 비롯한 중국 연구팀과 미국·영국 연구팀 등 국제 연구팀은 4일 '환경 과학 기술(Environmental Science and Technology)' 저널에 발표한 논문에서 "논에서 나오는 메탄은 기온이 26도일 때 배출량이 가장 많다"고 밝혔다.
세계 최대 쌀 생산국인 중국은 벼 재배와 관련된 전 세계 메탄 배출량에서 23%를 차지하는 것으로 알려졌다.

연구팀은 벼 재배와 관련한 메탄 배출 특성을 조사하기 위해 중국 내 세 지역에서 현장 실험을 진행했다.
벼 단일 경작을 하는 하얼빈(북위 45도 49분)과 쌀-밀 2모작을 하는 난징(북위 32도 7분), 연중 벼를 두 차례 재배하는 장시성(江西省) 샹가오(上高) 현(북위 28도31분)에서 벼를 재배했다.

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중국 세계 논 메탄 배출량 23% 차지

중국 구이저우 성의 논에서 벼가 누렇게 익어가고 있다. 신화=연합뉴스

연구팀은 75㎝ 높이에 적외선 히터를 설치해 기온을 높이는 장치를 활용해 기온 상승, 즉 온난화가 메탄 생성에 어떤 영향을 주는지 확인했다. 연구팀은 또 지점별 토양 성분이 메탄 생성에 끼치는 영향을 배제하기 위해 하얼빈 지점의 토양을 채운 화분에 벼를 심고, 온도를 달리해 관찰했다.

연구팀은 이와 함께 2021년 1월 이전에 발표된 관련 논문 27개를 선별해 메탄의 생성과 관련된 온도의 영향을 메타 분석했고, 기온 상승이 메탄 배출에 미치는 영향을 파악하기 위해 모델을 통해 예측하는 방법도 병행했다.

분석 결과, 메탄 생성과 온도와의 관계는 포물선을 나타냈다. 최대 26도까지는 기온이 상승함에 따라 메탄 배출량도 증가했지만, 더 높은 온도에서는 배출량이 감소했다.

연구팀은 이 같은 연구 결과를 중국 전체 논으로 확대해서 계산했다.
지구온난화로 기온이 1도 상승할 경우, 모델 예측에서는 중국 논 전체에서 메탄 배출량이 평균 7%(연간 40만 톤) 증가하는 것으로 예측됐지만, 메타 분석에 따르면 12.6%(73만 톤)가 증가하는 것으로 분석됐다고 연구팀은 소개했다.

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1도 상승하면 中 논 메탄 12.6% 증가

기온 상승과 메탄 생성, 벼 생육 차이. 왼쪽 그래프에서 온도가 상승할 때 메탄 배출량도 증가하지만, 26도보다 더 높으면 배출량이 더 줄어든다. 오른쪽 그래프에서 온도가 상승할수록 벼 생육이 늘어나지만, 28도 이상에서는 오히려 줄어드는 현상을 보인다. [자료 ES&T, 2022]

온도에 따른 메탄 생성 세균과 메탄 영양세균의 분포. 왼쪽 메탄생성세균은 중간 온도일 때 가장 많다. 메탄을 산화시키는 메탄영양세균은 낮은 온도일 때 더 많다. [자료 ES&T, 2022]

연구팀은 "(하얼빈처럼) 벼 생육에 최적인 기온보다도 낮은 저온 환경에서는 기온이 1도 상승하면 벼 식물체(biomass)가 빠르게 증가하고, 광합성으로 산소를 배출함에 따라 '메탄 생성 세균(methanogen)'보다는 만들어진 메탄을 산화시키는 '메탄 영양 세균(methanotroph)'이 더 활발해지기 때문에 메탄 생성이 많지 않다"고 설명했다.

난징처럼 중간 온도 환경에서는 온도가 상승해도 벼 식물체 증가나 산소 배출량이 별로 늘지 않고, 대신 메탄 생성 세균이 이용할 수 있는 유기물은 많아지면서 메탄 생성 증가로 이어진다는 것이다.
샹가오현처럼 높은 온도 환경에서는 기온이 이미 메탄 생성의 최적 온도에 근접했기 때문에 온도가 추가 상승해도 메탄 배출량이 늘지 않는다고 덧붙였다.

연구팀은 "기온 상승으로 메탄 배출량이 늘어나는 중간 온도 지역의 벼 재배 비중이 3분의 1에 이르고 있다"며 "세계 최대의 쌀 생산국인 중국은 메탄 배출을 최소화하면서 쌀 수확량을 증가시켜야 하는 과제에 직면해 있다"고 지적했다.
벼 수확은 늘리면서 논에서 배출되는 메탄은 줄이기 위해서는▶모내기 시기의 조절 ▶새로운 벼 품종 육종과 선택 ▶물 대기 등 농업 관행의 최적화 등 관련 연구 개발이 필요하다고 강조했다.

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韓, 벼농사가 메탄 배출의 22.5% 차지

지난해 10월 부산 강서구 강동동에서 열린 조생종 벼 베기 행사. [중앙포토]

한편, 논농사를 많이 짓는 한국에서도 논에서 배출하는 메탄을 줄여야 상황이다. 국내 메탄 배출량은 2018년 기준으로 2800만 톤(CO2 환산량)으로 전체 온실가스 배출량의 3.8%를 차지한다. 벼 재배는 전체 메탄 배출량의 22.5%를 차지한다.
정부는 지난해 10월 2030년까지 메탄 배출량의 30%를 감축한다는 목표를 제시한 바 있다.

강찬수 환경전문기자 kang.chansu@joongang.co.kr