경종 분야 온실가스 감축 기술의 국가별 인벤토리 반영 비교와 한국의 개선 방향

Comparative Inventory Assessment of Greenhouse Gas Mitigation Technologies in the Cropland Sector and Policy Implications for Korea

Article information

J Korean Soc Environ Eng. 2025;47(9):661-680

Publication date (electronic) : 2025 September 30

doi : https://doi.org/10.4491/KSEE.2025.47.9.661

Su-Heon Jang ¹

, Taeyoung Kim ²

, Seong-Jik Park ¹^,³^,

¹Department of Bioresources and Rural System Engineering, Hankyong National University, Anseong, 17579, Republic of Korea

²Department of Food and Resource Economics, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Republic of Korea

³Institute of Agriculture Environmental Science, Hankyong National University, Anseong, 17579, Republic of Korea

장수헌¹

, 김태영²

, 박성직¹^,³^,

¹한경국립대학교 지역자원시스템공학과

²경상국립대학교 식품자원경제학과

³한경국립대학교 농촌환경과학연구소

^†Corresponding author E-mail: parkseongjik@hknu.ac.kr Tel: 031-670-5131 Fax: 02-873-2087

Received 2025 June 17; Revised 2025 August 13; Accepted 2025 August 14.

Abstract

기후변화 대응과 탄소중립 목표 달성을 위한 농업 부문 온실가스 감축의 중요성이 증가함에 따라, 경종 분야에서의 감축 기술 개발과 제도적 반영에 대한 관심이 확대되고 있다. 특히 메탄(CH₄)과 아산화질소(N₂O)는 작물 재배 과정에서 발생하는 대표적 온실가스로, 작형별 물리·화학적 환경에 따라 발생 양상이 상이하며, 이를 효율적으로 감축하기 위한 기술과 제도적 대응이 국가별로 다르게 전개되고 있다. 본 연구는 아시아 주요국 및 선진국을 대상으로 경종 분야에서의 주요 온실가스 감축 기술의 적용 사례와 국가 온실가스 인벤토리 체계 반영 수준을 비교·분석하고, 이를 바탕으로 한국의 개선 방향을 제시하고자 하였다. 연구 방법으로는 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 가이드라인에서 제시하는 Tier 1–3 수준을 기준으로 각국의 감축 기술이 얼마나 체계적으로 인벤토리에 반영되어 있는지를 검토하였다. 감축 기술의 유형은 논과 밭 작형으로 구분하였으며, 논에서는 논물 관리(중간물떼기, 간헐관개, 교대담수건조법(Alternated Wetting and Drying, AWD), 바이오차, 규산질 비료를, 밭에서는 무경운/최소경운, 질산화 억제제, 피복작물 및 윤작, 바이오차를 중심으로 기술의 메커니즘, 실증 사례, 복합 적용에 대한 사례 등을 정리하였다. 이와 함께 각국의 국가 온실가스 인벤토리 보고서(National Inventory Report, NIR), 공통 보고 양식(Common Reporting Format, CRF), Google Scholar를 통해 검색한 학술문헌, 국제기구 기술 문서 등을 바탕으로 종합적으로 분석하였다. 분석 결과, 일본과 미국은 감축 기술의 현장 실증, 통계화, 시뮬레이션 기반 산정 체계를 바탕으로 Tier 2~3 수준의 정밀한 계수화를 달성하고 있었으며, 특히 일본은 논 작형, 미국은 밭 작형 중심으로 제도적 반영이 이루어지고 있었다. 중국은 농업생태구역(Agro-Ecological Zone, AEZ) 단위로 중간물떼기와 간헐관개 기술을 반영하고 있으나 기타 기술은 연구 수준에 머물러 있었고, 베트남과 필리핀은 국제미작연구소(International Rice Research Institute, IRRI) 기반 AWD기술을 지역 단위로 적용 중이나, 전체 인벤토리 반영 수준은 제한적이었다. 반면, 한국은 중간물떼기 기술만 Tier 2 수준에서 인벤토리에 반영되어 있으며, 밭 작형의 다양한 감축 기술은 아직 배출계수화 및 통계화가 부족하여 정책-통계-기술 연계에 한계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 한국이 메탄 중심의 논 작형을 넘어, 밭 작형에서 발생하는 아산화질소 저감을 위한 기술(예: 억제제, 피복작물, 윤작 등)의 실증 및 계수화, 그리고 장기 활동자료 기반의 인벤토리 연계 체계를 확보할 필요가 있음을 시사한다. 아울러 시뮬레이션 모델로 Denitrification-Decomposition (DNDC)와 Daily Century (DayCent) 등과 같은 정밀 산정 모델을 기반으로 보다 정밀한 배출계수 산정이 필요하다. 과학적인 배출량 산정을 바탕으로 감축 기술과 저탄소농업프로그램, 자발적 감축사업 등 정책수단과의 연계 강화가 필요하다. 본 연구는 한국 농업의 정밀한 온실가스 산정 체계 확립과 감축 기술의 제도적 통합을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

Trans Abstract

In response to the increasing urgency of climate change mitigation and the pursuit of carbon neutrality, the role of greenhouse gas (GHG) reduction in the agricultural sector has garnered significant attention. In particular, the cropland sector—responsible for a large share of anthropogenic methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions—requires tailored mitigation strategies aligned with distinct crop systems and soil management practices. This study investigates and compares GHG mitigation technologies and their integration into national inventory systems across eight countries: Korea, Japan, China, Vietnam, the Philippines, Indonesia, the United States, and the United Kingdom. The objective is to identify differences in inventory representation levels (based on intergovernmental panel on climate change (IPCC) Tier 1–3 classification), and to provide policy recommendations for improving South Korea’s GHG accounting system. We first categorized mitigation strategies by crop type: paddy fields, where anaerobic conditions drive CH₄ emissions, and upland fields, where N₂O is primarily released through nitrification and denitrification. Key technologies examined include mid-season drainage, intermittent irrigation, alternate wetting and drying (AWD), biochar, and silicate fertilizers for rice systems; and no-tillage, nitrification inhibitors, cover crops, crop rotation, and biochar for upland systems. Each was assessed based on its mechanistic pathways, empirical mitigation effects, and degree of integration into national reporting through emission factors (EFs), activity data, and simulation modeling. Our results reveal that Japan and the U.S. have established advanced Tier 2–3 inventory structures supported by country-specific EFs and modeling frameworks such as denitrification–decomposition (DNDC) and daily century (DayCent) models. These countries have also institutionalized regular activity data collection and policy linkage. In contrast, Korea has only integrated mid-season drainage into its inventory at Tier 2 level, with most other technologies, especially those applicable to upland systems, remaining at Tier 1 or excluded altogether. Other countries such as China, Vietnam, and the Philippines are undergoing regional trials, while Indonesia remains in a research phase with minimal institutional adoption. These findings suggest that Korea’s current inventory system requires expansion beyond rice-based CH₄ mitigation to include upland N₂O reduction measures. There is a need to establish crop- and region-specific EFs, long-term field data, and simulation-based estimation methods to support inventory inclusion and policy design. Moreover, stronger alignment is needed between mitigation technologies and incentive-based policies such as direct payment programs, voluntary offset schemes, and environmental stewardship initiatives. This study offers a scientific basis for advancing the national GHG inventory in Korea’s agricultural sector and enhancing the integration of mitigation technologies into climate policy frameworks.

Keywords: cropland; greenhouse gas; emission factor; inventory

Keywords: 경종; 온실가스; 배출계수; 인벤토리

1. 서 론

기후변화 대응이 국제적으로 본격화되면서, 한국을 포함한 전 세계 각국은 파리협정(Paris Agreement) 이행과 2050 탄소중립(Net-Zero) 달성을 위해 국가 온실가스 감축목표(Nationally Determined Contributions, NDC)를 설정하고, 에너지･산업･수송･건물 뿐만 아니라 농업 부문까지 포괄하는 기후변화 대응 전략을 추진하고 있다. 농업은 국가 전체 온실가스 배출량에서 차지하는 비중은 상대적으로 낮지만(한국 약 2~3%), 메탄(CH₄)과 아산화질소(N₂O) 같은 비이산화탄소 가스 배출에서는 매우 큰 비율을 차지한다[1]. 한국의 경우, 농업 부문 배출의 절반 이상이 경종 분야에서 발생하며, 논에서의 메탄과 밭에서의 아산화질소 배출이 주요 원인으로 지목된다. 이러한 특성으로 인해 국가 온실가스 인벤토리와 기후변화 대응 로드맵에서 농업, 특히 경종 분야의 온실가스 감축 기술 개발과 제도 반영은 필수 과제로 부상하고 있다. 경종 분야는 전 세계 인위적 발생으로 인한 메탄과 아산화질소 배출의 각각 약 8%와 32%를 차지하는 주요 배출원으로 보고된다[2,3]. 논물 관리, 비료 시비, 유기물 투입 등 농작업 방식과 작형에 따라 배출량이 크게 달라지므로, 농업 온실가스 감축은 단순한 기술 개선을 넘어, 작부체계 전환과 정책 연계를 포함하는 구조적 접근이 요구된다[4,5].

아시아 대부분의 국가는 벼 재배를 중심으로 한 논농사 구조를 기반으로 하고 있으며, 해당 작형은 토양 내 혐기성 조건을 조성해 메탄 배출을 촉진하는 경향이 있다[6]. 반면 밭 작물 재배에서는 질소비료의 과잉 또는 비효율적 시비로 인한 아산화질소의 배출이 주요 문제가 되고 있다[7]. 일본, 중국, 베트남, 필리핀, 인도네시아 등 아시아 주요국은 각국의 수자원 및 토양 조건에 적합한 감축 기술을 개발하고, 이를 국가 온실가스 인벤토리 및 정책 체계와 연계하려는 다양한 노력을 진행해왔다(Table 1).

Table 1.

국가별 감축 기술의 인벤토리 반영 수준

온실가스 감축 기술 적용과 제도화 수준은 국가마다 상이하다. 일부 국가는 고유 배출계수와 활동자료, 정밀한 시뮬레이션 모델 등을 활용한 Tier 2–3 수준의 인벤토리 체계를 운영하고 있는 반면, 일부 국가는 여전히 기후변화에 관한 정부 간 협의체 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)의 기본 계수(Tier 1)에 의존하는 한계가 있다[8]. 한국은 최근 들어 농업 부문 온실가스 감축을 위한 기술 실증과 제도 기반 마련에 착수하고 있으며, 물 관리 기술, 바이오차 등 감축 수단을 중심으로 시범 적용이 확대되고 있다. 그러나 해당 기술들의 정량적 감축 효과는 국가 온실가스 인벤토리 체계에 충분히 반영되지 않고 있으며, 농업 현장에서의 확산을 유도할 수 있는 제도적 유인 장치 또한 미흡한 실정이다[9,10]. 감축 기술이 통계 기반으로 제도화되고, 탄소중립 정책과 연계되어 실질적인 농가 참여를 이끌어내기 위해서는 기술–통계–정책 간 유기적 연결이 필수적이다. 이러한 구조적 전환을 위해서는, 국가 간 정책 및 인벤토리 운영체계를 비교하고, 한국 농업의 현실에 부합하는 정책 및 감축 수단의 방향을 도출할 필요가 있다.

본 연구는 이러한 문제의식을 바탕으로, 아시아 주요국과 선진 농업국을 대상으로 경종 분야의 온실가스 감축 전략과 인벤토리 반영 수준을 비교･분석하고, 한국의 제도적 보완 방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 총 8개국(한국, 일본, 중국, 베트남, 필리핀, 인도네시아, 미국, 영국)을 대상으로 작형 별 감축 기술의 적용 범위, 인벤토리 반영 수준, 정책 연계 구조 등을 체계적으로 비교하였다. 본 연구는 국가 간 접근 방식의 실증적 차이를 분석함으로써, 향후 한국의 인벤토리 고도화 및 통합정책 설계를 위한 실질적 근거를 제공하고자 한다.

2. 연구 방법

본 연구는 주요 농업국의 경종 분야에서 활용되고 있는 온실가스 감축 기술의 적용 현황과, 해당 기술이 국가 온실가스 인벤토리 체계에 어떻게 반영되고 있는지를 비교･분석하는 데 목적을 두었다. 분석 대상 국가는 한국, 일본, 중국, 베트남, 필리핀, 인도네시아, 미국, 영국을 포함한 8개국으로 선정하였으며, 이들은 작물 재배 체계, 온실가스 배출 구조, 기술 보급 수준, 제도화 방식 등에서 뚜렷한 차이를 보여 비교 분석에 적합하다.

우선 각국의 감축 기술이 IPCC 가이드라인의 Tier 1~3 수준 중 어느 수준으로 인벤토리에 반영되고 있는지를 정리하였다. 기술별로 적용 작형(논과 밭), 배출계수의 국가 고유화 여부, 활동자료 통계화 현황, 공통 보고 양식(Common Reporting Format, CRF) 반영 여부, 관련 정책과의 연계 수준 등을 종합적으로 검토하였으며, 이를 표로 정리하여 국가 간 제도적 반영 수준을 비교하였다. 이를 통해 감축 기술이 단순히 존재하는지를 넘어, 해당 기술이 국가의 온실가스 산정체계에 실질적으로 통합되어 있는지 여부를 파악하고자 하였다. 또한 논과 밭으로 작형을 구분하여 감축 기술의 유형과 적용 사례를 정리하고, 학술 논문, 현장 실험, 메타분석, 시뮬레이션 기반 연구 등을 종합적으로 분석하여 기술의 메커니즘과 효과를 검토하였다.

본 연구에서 사용한 자료는 크게 세 가지로 구성된다. 첫째, 각국의 최근 국가 온실가스 인벤토리 보고서(National Inventory Report, NIR)와 CRF를 2015년부터 2023년까지 약 9년간의 최신 버전으로 수집･검토하였다. 총 8개국의 NIR 및 CRF 보고서는 연도별로 총 40여 건이 분석에 활용되었다. 둘째, 국제기구(IRRI, FAO 등)와 각국 정부의 농업 관련 기술 보고서, 정책 문서, 기술 지침서 등 회람 보고서 및 회의 자료 약 20건을 추가로 검토하였다. 셋째, Google Scholar, Scopus를 활용하여 관련 학술 논문과 메타분석 논문을 검색･분석하여 실증 데이터와 최신 연구 동향을 반영하였다. 이를 통해 분석자료의 시의성과 신뢰성을 높이고자 하였다.

3. 국가별 감축 기술의 인벤토리 반영 수준 비교

경종 분야의 온실가스 감축 기술이 실제 국가 감축 목표에 기여하기 위해서는, 해당 기술이 국가 온실가스 인벤토리 체계에 정식으로 반영되어야 한다. IPCC는 배출량 산정 방법을 Tier 1부터 Tier 3까지 제시하고 있으며, Tier 수준이 높을수록 자국 실정에 맞춘 배출계수(emission factor, EF), 활동자료(activity data, AD), 시뮬레이션 모델 등을 활용하여 보다 정밀한 산정이 가능하다. 따라서 단순한 기술 보유 여부보다는 제도적 반영 여부와 수준이 실질적인 감축이행을 판단하는 핵심 기준이 되며, 본 절에서는 국가별 감축 기술의 인벤토리 반영 수준을 비교하였다(Table 1).

일본은 벼 중심의 논 작형에 대해 가장 포괄적이고 체계적인 인벤토리 반영 체계를 구축하고 있다. 중간물떼기, 간헐관개, 규산질 비료, 볏짚 처리, 바이오차, dicyandiamide(DCD)와 같은 질산화 억제제(nitrification inhibitors, Nis) 등 대부분의 감축 기술에 대해 국가 고유 배출계수를 개발하고, CRF에 Tier 2 또는 3 수준으로 반영하고 있다. 일부 기술은 수위관측관 설치, 반복 배수 시스템 등 지역 실정에 맞는 정밀한 운용 기준과 함께 실증·통계화 되어 있으며, 작부체계 전환과 토양 관리 기술에 대해서도 작형 및 토양별 계수 구분을 통해 정량적 반영이 이루어지고 있다[11]. 미국은 밭 작형 중심으로 Denitrification–Decomposition model (DNDC), Daily Century model (DayCent) 등 시뮬레이션 모델을 기반으로 한 Tier 3 수준의 산정이 가능하며, 보존 관리 프로그램(conservation stewardship program, CSP)을 통해 활동자료를 면적 단위로 정기 수집하고 있다. 무경운/최소경운, 피복작물, 윤작, 초지화, 정밀 양분 및 관개관리, 유기물 관리 등 다양한 기술이 EF 구분과 함께 CRF에 반영되고 있으며, 바이오차나 억제제 역시 정밀 시비와 병행하여 일부 반영되고 있다. 특히 시뮬레이션 기반 산정은 EF의 지역성 및 작물 특성을 반영할 수 있다는 점에서 정책 지원과 연결된 강점을 갖는다[12-14]. 영국 또한 무경운/최소경운, 윤작, 피복작물, 질산화억제제, 질소관리, 유기물 시용 등 밭 작형 중심의 다양한 기술을 Tier 2 수준에서 정량화하고 있으며, 일부 기술은 토양유형, 작물 종류, 비료 방출 특성 등 세부 조건에 따라서 EF가 차등 제시되어 있다. 슬러리 덮개, 초지 전환 등 메탄 및 아산화질소 저감 관련 기술도 CRF에 반영되어 있으며, 활동자료 역시 통계청 및 농무부를 통해 정기 수집된다[15-17]. 중국은 농업생태구역(agro-ecological zone, AEZ)을 기준으로 지역 단위의 보정계수를 도입하고 있으며, 중간물떼기와 간헐관개 기술은 Tier 2 수준에서 정량화되고 있다. 작부체계 전환, 윤작, 유기물 시용 등도 일부 지역에서 활동자료 통계화가 이루어지고 있으나, 바이오차, 규산질 비료, 억제제 등은 아직 공식 배출계수나 통계 기반이 미비하여 인벤토리에는 반영되지 않은 상태이다. 중국은 감축 기술 관련 연구 자료는 풍부하나, 국가적인 차원에서 제도화에는 추가적인 정량화 작업이 필요한 상황이다[18,19]. 베트남과 필리핀은 IRRI 기준의 AWD 기술을 중심으로 지역 단위의 Tier 2 수준의 시범 적용이 진행 중이다. 피트 튜브(peat tube) 기반 수위관리 방식이 일부 지역에서 통계화되고 있으며, DNDC 모델을 활용한 메탄 저감 효과 분석도 시도되고 있다. 다만 기타 기술은 기본 EF 적용에 머무르며, 공식 계수화 및 활동자료 체계는 아직 초기 단계이다 [20-24]. 인도네시아는 유기물 시용, 무경운/최소경운, 바이오차 등의 기술에 대한 현장 연구는 활발하나, 국가 인벤토리에 반영될 수 있는 공식 EF나 활동자료 체계는 미흡하다. EF 산정에 있어서 대부분 Tier 1 수준에 머물러 있으며, 제도화는 향후 과제로 남아 있다[25-27].

이에 비해 한국은 중간물떼기 기술에 대해 비교적 높은 수준의 제도화를 이루어 Tier 2 수준의 국가 고유 EF를 개발하였고, 이를 국가 CRF에 정식 반영하고 있다. 그러나 중간물떼기를 제외한 간헐관개, 규산질 비료, 바이오차, 억제제(DCD, NI), 작부체계 전환, 보전경운, 완효성 비료, 부산물 비료 등과 관련한 실증연구가 일부 존재하더라도 아직 CRF에 미등록이거나 Tier 1 수준의 IPCC 기본 계수를 사용하는 수준에 그치고 있다. 활동자료 통계화도 일부 기술에 한정되어 있으며, 정량화 기반의 정책 연계가 부족한 상황이다. 특히 밭 작형 중심의 감축 기술은 계수화 뿐만 아니라 적용 면적, 관리 방식 등의 데이터가 부족하여 인벤토리 반영이 제한적이다[28-30].

4. 작형별 온실가스 감축 기술의 적용 현황

경종 분야의 온실가스 감축 기술은 논과 밭이라는 작형의 물리･생물학적 특성에 따라 적용 방식과 기술 개발 방향이 달라진다. 특히 메탄과 아산화질소의 주요 발생 조건이 작형에 따라 뚜렷하게 구분되기 때문에, 국가별로도 감축 기술의 적용 우선순위와 확산 전략에 차이를 보인다. 본 절에서는 논과 밭으로 구분된 작형별 주요 감축 기술을 중심으로, 해당 기술이 실질적으로 적용되거나 연구된 국가 사례를 정리하였다.

4.1. 논에서 감축 기술과 국가별 적용 사례

논 작형에서는 토양 내 환원 조건을 교란하거나, 전자수용체 공급 및 미생물 군집 전환을 유도함으로써 메탄 생성 경로를 차단하거나 산화 경로를 촉진하는 기술들이 중점적으로 활용되고 있다. 대표적인 논 메탄 저감 전략으로는 토양의 산화･환원 조건을 조절하는 논물 관리(water management), 기질 및 미생물 환경을 조절하는 바이오차 시용(biochar amendment), 그리고 전자수용체 및 뿌리 산화력을 강화하는 규산질 비료(silicate fertilizer)의 활용이 있다. 이러한 기술들은 다양한 현장 실험과 국가별 적용 사례를 통해 효과가 실증되었으며, 수량 유지 또는 증진과 함께 온실가스 감축을 동시에 달성할 수 있는 수단으로 평가받고 있다(Table 2).

Table 2.

감축 기술별 온실가스 종류와 정량적 감축 효과

4.1.1. 논물 관리

논은 담수 상태에서 토양 내 산소가 빠르게 고갈되며 강한 혐기성 환경이 조성되고, 이는 메탄생성균(methanogens)의 활성을 유도하여 유기물 분해 과정 중 메탄을 다량 발생시키는 주된 원인이 된다[31]. 이에 따라 환원 조건을 주기적으로 교란하는 논물 관리 기술이 메탄 저감 전략으로 널리 활용되고 있으며, 대표적인 예로 중간물떼기(mid-season drainage, MSD), 간헐관개(intermittent irrigation, II), 그리고 AWD 등이 있다. 간헐관개는 담수와 배수를 주기적으로 반복하여 산화 조건을 조성하는 논물 관리 방식이다[32]. AWD 역시 산화 조건을 형성하는 논물 관리 방식으로, IRRI가 제시한 -15cm 수위 기준을 적용하여 보다 정밀하고 정량적인 이행 방식이다. 논에 설치한 polyvinyl chloride(PVC) 관 혹은 피트튜브 내부의 물 수위가 지표면 아래 15cm까지 내려갔을 때 다시 관개를 시작하는 것으로 정의된다[33].

중국에서는 다수의 현장 실험을 종합한 메타분석을 통해 중간물떼기가 메탄 배출량을 평균 52% 저감하고, 전체 지구온난화잠재력(Global Warming Potential, GWP)을 47% 줄인다는 정량적 효과가 확인되었으며, 탄소 함량이 높은 토양 및 비료를 과량 시비한 조건에서 수량이 증가하는 경향도 보고되었다[34]. 일본 홋카이도에서는 간헐관개 조건을 작형 특성과 기후에 맞춰 정밀 조정한 연구가 수행되었으며, Nishimura et al. [35]은 3년간의 현장 실험을 통해 상시 담수 대비 메탄 배출이 21~91% 감소하였지만 벼 수확량은 유지되었으며, 첫 배수 기간이 10일 이상일 경우 메탄 저감 효과가 극대화됨을 확인하였다. 베트남 메콩델타에서는 AWD 기술을 3모작 벼 재배지에 적용한 결과, Arai et al. [36]은 수량이 평균 8.9% 증가하고 관개 용수 사용량이 43% 절감되었으며, 산화환원전위(Redox potential, Eh)가 높게 유지되어 메탄 발생이 억제되었다고 보고하였다. 특히 산화 조건 유도는 수확지수 및 충실립 비율 향상에도 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 필리핀에서는 AWD 기술의 국가 적용 가능성을 평가하기 위해 Kraus et al. [37]이 과정 기반 생지화학 모델인 Landscape DNDC를 활용하여 전국 규모 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, AWD 적용 시 아산화질소는 8% 증가하지만 연간 메탄 배출은 약 23% 감소하여 순 GWP 기준으로 온실가스 발생은 뚜렷하게 감소하였다. 이 모델링 연구는 지역별 기후, 토양, 시비 조건을 반영한 논물 관리 전략의 효과를 정량적으로 제시하였다. 또한 Sibayan et al. [38]은 필리핀 루손 중부에서 3년간 건기･우기를 구분하여 현장 실험을 수행한 결과, 건기에는 메탄 배출이 39.6% 감소하였으나, 우기에는 배수 간격 유지가 어려워 메탄 저감 효과가 나타나지 않았으며, 질소 비료 시비 시 침수 유지가 아산화질소 억제에 중요하다는 점도 함께 제시하였다.

이외에도 태국과 캄보디아에서도 수위 기준별 AWD 비교 실험이 수행되었다. 태국에서는 직파 논을 대상으로 -10, -15, -20cm 수위 기준을 적용한 결과, -10cm 수위에서 수량 손실 없이 최대 81%의 메탄 저감 효과가 확인되었고, 용수 이용 효율은 최대 93%까지 향상되었다[39]. 캄보디아에서는 수위 기준이 -15cm 및 -20cm 수위 기준을 적용한 결과, 수량 손실 없이 11~31%의 물 절감 효과가 나타났으며, 특히 투수성이 높은 사양토(sandy loam)에서는 물 이용 효율 최대 40%까지 향상되었다[33]. 이들 사례는 논물 관리 기술의 효과가 지역의 토양 질감, 관개 및 수위 조건, 재배 방식에 따라 크게 달라질 수 있음을 보여준다.

4.1.2. 논 바이오차

바이오차는 농업 잔재물을 고온 무산소 조건에서 열분해해 생산되는 안정된 탄소 자원으로, 논 토양에 적용 시 메탄 배출을 억제하고 토양 내 탄소를 장기적으로 저장할 수 있는 다기능의 감축 기술로 평가된다[40]. 바이오차 시용에 따른 메탄 저감 효과는 크게 물리화학적 토양 개질과 미생물 군집 조절의 두 경로를 통해 나타난다[41,42]. 바이오차는 토양의 Eh를 높이고 pH를 완충하여 메탄 생성에 유리한 환원 조건을 완화한다[43, 44]. 동시에, 다공성 구조는 산소 확산을 촉진하고 용존성 유기탄소(DOC)를 흡착해 메탄생성균의 기질 이용을 제한한다[45]. 이와 더불어, 바이오차 시용 후에는 메탄생성균의 핵심 효소 유전자(mcrA) 발현이 감소하고, 메탄산화균(methanotroph)의 methane monooxygenase(pmoA) 활성은 증가하는 방향으로 군집 구조가 전환된다. 이러한 생지화학적 조절 효과는 다양한 현장 실험을 통해 실증되고 있다[46].

한국 전남 광양에서 수행된 3년간의 현장 실험에서는 보리짚 유래 바이오차를 1회 2 t ha^-1 시용한 처리구에서 누적 메탄 배출량이 대조구 대비 32.3% 감소하였다. 볏짚과 병용한 경우에도 22.4%의 저감 효과가 나타났으며, 수확량은 병용 처리구에서 가장 높았고, 온실가스 배출 강도(greenhouse gas emission intensity, GHGI)도 가장 낮았다[47]. 태국 콘캔 지역에서는 볏짚을 350oC에서 열분해하여 얻은 바이오차를 3 t ha^-1 시용한 결과, 생볏짚 환원구 대비 메탄 배출량은 42.9%, 순 GWP는 39.5%, GHGI는 67.8% 감소하였다. 바이오차 처리 시 고세균의 다양성과 쉽게 분해가능한 탄소(labile C) 공급량이 낮게 유지되어 메탄 생성 경로가 억제되었고, 수확량은 약 87% 증가하였다[48]. 또한 태국 방콕의 KMUTT(King Mongkut’s University of Technology Thonburi)에서 수행한 온실 실험에서는 맹그로브 유래 바이오차(10 t ha^-1)를 적용한 처리구에서 두 작기 모두 메탄 배출량이 각각 21.1%, 24.9% 감소하였으며, 토양 유기 탄소 (SOC)은 32.6%, 43.5% 증가하였다. 벼 수량 역시 증가하여 바이오차의 토양 개량 효과가 수반됨을 보여준다[49]. 중국 저장성에서는 볏짚 기반 바이오차를 혼합한 완효성 비료를 시용한 결과, Methanosarcina와 Methanoregula 등의 메탄생성균은 감소하고, Rice Cluster I 등 메탄산화균이 증가하였다. 이에 따라 메탄 생성 활성은 22.2% 감소하고 산화 활성은 18.9% 증가하였으며, 누적 메탄 배출량은 유기질 비료 대비 33.4% 낮았다[50]. 미국 오하이오주에서 수행된 온실 실험에서는 질소 비료 시용량 140kg ha^-1 조건에서 바이오차 병용 처리 시 메탄 배출량이 20~30% 감소하였다. 반면 질소가 부족하거나 바이오차 단독 시용 시에는 메탄 배출이 오히려 증가하였으며, 이는 기질 공급 과잉과 산화 조건 미형성에 따른 메탄생성균의 활성 증가로 해석되었다. 해당 실험은 DNDC 모델을 통해 재현 가능성이 확인되었다[51,52].

한편, 바이오차는 열분해 과정에서 생성되는 고정된 탄소를 수십 년 이상 토양에 안정적으로 저장할 수 있어 탄소 격리 기술로도 주목된다. 영국의 동부 지역을 대상으로 한 시나리오 분석에서는 밀짚 기반 바이오차를 적용한 경우 연간 최대 930,000 t CO₂-eq의 온실가스 저감이 가능하며, 이 중 약 53%는 바이오차 내 탄소 격리에 기인한 것으로 나타났다. 공급 전략, 운송 거리, 바이오 오일의 수익성은 탄소 격리 단가 결정의 핵심 요소로 분석되었다[53]. 이러한 효과는 시용 초기에는 뚜렷하지만, 3~4년 이상의 장기 시용 후에는 물리화학적 노화(aging) 현상으로 효과가 감소될 수 있다는 연구도 존재한다[45]. 예로, 공극 붕괴, 산화기능기 손실, DOC 흡착력 저하 등은 메탄산화균 활성을 감소시키고, 메탄 생성 경로가 다시 우위를 점할 수 있다는 부정적인 결과를 야기할 수 있다. 이에 따라 바이오차의 반복 시용 또는 병용 전략이 필요하다는 지적도 있다[45]. 그럼에도 불구하고 33편의 전 세계 현장 실험을 기반으로 수행된 메타분석에서는 바이오차 단독 처리 시 평균 54%, 화학비료 병용 시 평균 91%의 메탄 저감 효과가 확인되었으며, 벼 수확량은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다[54]. 이는 바이오차는 온실가스 감축과 농업 생산성 유지를 동시에 실현할 수 있는 수단임을 보여준다.

4.1.3. 규산질 비료

규산질 비료(silicate fertilizer)는 논 토양의 산화환원 상태 개선과 식물내 규산(Si) 흡수 증대를 통해 메탄 배출을 줄이는 수단으로 주목받고 있다[55]. 주로 고로슬래그, 제강슬래그, 용융규산칼슘(CaSi), 인광석 기반 Si-P 비료 등 다양한 형태로 공급되며, 철(Fe), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)과 같은 금속 산화물과 규산(SiO₂)를 포함한다. 이러한 규산질 비료는 토양 pH 완충, 전자수용체 공급, 작물의 뿌리 산화능 증가 등을 통해 메탄 생성 경로를 억제하고, 산화 경로를 촉진하는 메커니즘을 지닌다[56]. 특히 철(Fe³⁺)은 혐기 조건에서 메탄생성균이 사용하는 전자공여체에 경쟁적으로 작용하여 메탄 생성 경로를 차단하며, 동시에 규산은 벼의 통기조직(aerenchyma)과 뿌리 산화능력(root oxidase activity)을 증가시켜 근권의 산화 조건을 강화함으로써 메탄산화균의 활성을 유도한다[55, 57]. Das et al. [58]에 따르면 규산질 비료 처리구에서 메탄 생성 유전자(mcrA)의 발현은 감소하고, 산화 경로 지표인 pmoA 유전자 발현은 증가함을 확인하였다.

한국 진주에서 수행된 실험에서는 고로슬래그 기반 규산질 비료(2.3Mg ha^-1) 시용 시 메탄 배출량이 대조구 대비 14.5% 감소하고, 수확량은 15.7% 증가하였다[55]. 해당 비료는 CaO, SiO₂, Fe₂O₃를 함유하고 있으며, pH 상승과 벼 뿌리의 산소 전달 능력 증가를 통해 근권 내 산화 조건을 강화하는 데 기여한 것으로 분석되었다. 국내의 또 다른 2년간 수행된 현장 연구에서는 철강 슬래그(1.5Mg ha^-1)를 시용한 결과, 메탄 배출량이 22~33% 감소하고, 순 생태계 탄소수지(net ecosystem carbon balance, NECB)는 -771 kg C ha^-1에서 +422 kg C ha^-1로 전환되었다[56]. 동시에 pH가 5.7~5.8에서 7.0~ 7.1로 상승하고, SOC가 22~32% 증가하는 등 토양 화학성과 탄소 축적능 모두 개선되었다. 중국 푸젠성에서는 슬래그 및 바이오차 단회 시용 후 3년간 지속 관측한 결과, 슬래그 단독 처리시 메탄 배출량이 24%, 병용 시 44% 감소하였다. GHGI 역시 모든 처리에서 감소하였고, 슬래그의 전자수용체 기능과 바이오차의 기질 흡착 효과가 복합적으로 작용한 것으로 해석되었다[59]. 유사하게 Wang et al. [60]은 슬래그 단독 시 이산화탄소 배출량이 조생기 기준 59.6% 감소하였으며, 병용 처리 시 Streptomyces, Agromyces 등 탄소 고정 미생물이 증가하면서 SOC가 19.9%까지 상승하는 효과도 확인하였다. 인도 오디샤에서는 슬래그와 메탄산화균을 병용 적용한 결과, 메탄은 13~15%, 아산화질소는 14~15% 감소하고, GWP는 14% 내외로 감소하였다. pH는 5.9에서 6.5로 상승하였으며, 메탄산화균과 β-glucosidase 활성 증가가 저감 메커니즘으로 제시되었다[61]. 한편, 베트남 메콩델타 지역 논에서도 규산질 비료(CaSi, 5~10 t ha^-1) 시용 시 토양 Eh가 7.4~19% 상승하였으며, 이는 메탄 배출과 음의 상관관계를 보였다[43]. 반면 pH 상승은 미미하여, 이 지역에서는 Eh 조절이 주된 메탄 저감의 메커니즘으로 작용하였다. 일본 야마가타현에서는 CaSi와 마그네슘 인산염(fused magnesium phosphate)를 31년간 누적 처리한 장기 현장 실험에서, 탄소 분해 잠재력이 감소하고 SOC 유지되었으며, 병용 처리 시 질소 무기화가 촉진되었다[62]. 이는 규산질 비료가 미생물 군집을 전환시키고, 장기적으로 유기물 광분해를 억제하여 토양 탄소 고정에 기여할 수 있음을 보여준다. Yang et al. [63]의 메타분석에 따르면, 규산질 비료는 벼의 phytolith 및 PhytOC 함량을 증가시켜 장기 탄소 격리 수단으로 기능할 수 있으며, 이는 탄소중립 농업전략과도 부합한다.

한편, 일부 연구에서는 규산질 비료 단독 사용시 메탄 배출이 오히려 증가할 수 있음을 보고하였다. 가나의 2년 현장 실험에서는 CaSi 200kg ha^-1 처리 시 메탄 배출이 약 16% 증가하였으나, 바이오차 기반 유기물(BIOCOM)과 병용 처리한 경우 44~46% 감소하였다[64]. 이는 규산질 비료의 투입량, 작물 생육기, 기질 조건에 따라 메탄 생성 미생물의 반응이 달라질 수 있음을 시사한다. 그럼에도 불구하고, 규산질 비료는 Fe³⁺, SiO₂ CaO 등 복합 성분을 통해 전자수용체 공급, 산화 조건 강화, pH 완충, 뿌리 산화력 증대 등의 경로로 메탄 생성 환경을 제한하고, 메탄산화 경로를 촉진한다[56, 65]. 또한 바이오차, 유기물, 메탄산화균과 병용 시 시너지 효과가 두드러지며, 장기 시용 시 SOC 축적과 탄소 격리 효과까지 기대할 수 있는 지속가능한 관리기법으로 평가된다.

4.2. 밭 작형에서의 감축 기술과 국가별 적용 사례

밭은 일반적으로 배수가 원활하고 산화 조건이 유지되기 때문에 메탄보다는 주로 아산화질소 배출이 주요 문제로 부각된다. 이에 따라 밭 작형에서는 질소 전환 과정을 제어하거나 토양 유기탄소 축적을 촉진하는 기술이 중점적으로 활용된다. 대표적으로 무경운/최소경운(conservation tillage), 질산화 억제제(nitrification inhibitors), 완효성비료(slow-release fertilizers), 피복작물(cover crops), 윤작(rotations), 바이오차 시용 등이 적용되고 있다.

4.2.1. 무경운 및 최소경운

무경운(no-tillage)과 최소경운(reduced tillage)은 토양 교란을 줄여 유기탄소 손실을 억제하고, 온실가스(GHG) 배출을 저감하는 대표적인 보전 농법이다. 밭 작형에서는 이러한 경운 저감 기법이 토양 구조 안정화, 유기물 분해 지연, 수분 보존, 미생물 군집 조절 등을 통해 이산화탄소 및 아산화질소 배출을 동시에 줄이는 효과가 있는 것으로 보고되고 있다[66, 67]. 무경운은 토양 표면에 식물 잔사가 더 오래 유지되도록 하여 유기물이 직접적으로 미생물에 노출되는 속도를 늦추고, 표토의 유기탄소가 보다 안정적인 형태로 보존되도록 한다. 이러한 유기물 보호 효과는 미생물 분해에 따른 이산화탄소 배출을 줄이는 데 기여하며, 동시에 토양 내 입단(soil aggregates)의 안정성이 높아져 물리적 구조의 교란이 줄어든다[68, 69]. 입단 구조가 안정되면 공극이 미세화되고 산소 공급이 제한되어 아산화질소 생성과 탈질(denitrification)의 양상이 변화한다. 이때 아산화질소를 최종적으로 N₂로 환원시키는 미생물의 활성이 증가하는 경향이 관찰되며, 이는 nosZ 유전자를 가진 아산화질소 환원균의 상대적 풍부도와 아산화질소 환원 효소(nitrous oxide reductase, N₂OR)의 활성이 증가한 결과로 해석된다[70]. 또한 무경운은 토양 수분과 온도 변동을 완화해주어 미생물 생태계에 보다 안정적인 환경을 제공하며, 아산화질소 배출의 급격한 변화(hot moments) 발생 가능성을 낮춘다[67, 71]. 뿌리 생장 환경이 개선되면서 근권 미생물의 활성도 증가하고, 작물의 질소 흡수 효율이 높아져 가스 손실보다 작물로의 질소 이동이 우세한 경향을 보이기도 한다[70]. 반면 최소경운은 경운 강도와 방식에 따라 효과가 불안정하게 나타나며, 일부 조건에서는 메탄 또는 아산화질소 배출 증가와 수량 감소가 동시에 보고되기도 하였다[67].

이러한 메커니즘은 다양한 지역에서 실험을 통해 실증되었다. 미국 켄터키에서는 39년간의 시뮬레이션 결과, 무경운이 옥수수 및 대두에서 이산화탄소 배출을 각각 1.6%, 4.5%, 아산화질소 배출을 각각 10.5%, 19.6% 저감시켰으며, 수량 변화는 유의하지 않았다[68]. 오하이오 지역의 현장 실험에서는 무경운 적용 연한이 증가할수록 메탄 흡수량은 증가하고 이산화탄소 및 아산화질소 배출은 감소하는 경향이 확인되었다. 그러나 수분 과포화 조건에서는 일시적으로 아산화질소 배출이 증가하는 사례도 관측되어, 수분 관리가 필요함을 시사하였다[71]. 중국 간쑤성에서는 무경운에 녹비를 전량 피복하는 방식으로 적용한 처리구에서 아산화질소 배출이 평균 17.7% 감소하고, 옥수수 수량은 14.4% 증가하였다. 해당 처리구에서는 토양 입단의 안정성 증가, 질소 보유력 강화, nosZ 유전자 및 아산화질소 환원 효소 활성 증가 등 복합적인 생물지구화학적 메커니즘이 확인되었다[70]. 반면, 녹비 지상부를 제거하고 무경운을 단독 적용한 경우에는 뚜렷한 감축 효과가 나타나지 않았다. 영국에서는 3개 지역에서 4-10년간 수행된 현장 실험을 통해, 윤작 체계에서는 심층 비반전 경운(deep non-inversion tillage)이 SOC 축적에 효과적이었으며, 무경운 및 최소경운는 단일작이나 석분이 많은 토양에서는 뚜렷한 효과를 보이지 않았다[69]. 이러한 결과는 무경운의 효과가 토양 특성, 작부 체계, 기후조건 등에 따라 달라질 수 있음을 시사한다. 메타분석 연구들 또한 무경운의 일관된 온실가스 저감 효과를 보여준다. Yue et al. [67]은 147편의 문헌에서 추출한 1,286개의 비교 데이터를 분석한 결과, 무경운 이산화탄소 15.1%, 메탄 19.8%, 아산화질소 7.5%를 감소시키며, 총 GWP는 평균 22.6% 낮아진다고 보고하였다. 반면 최소경운은 메탄과 아산화질소 배출이 증가하고 수량이 감소하는 경향이 강하게 나타났다. Li et al. [72]은 무경운의 GWP 저감 효과가 연간 -1.52 Mg CO₂-eq ha^-1에 달하며, 중성 pH 및 점토질 토양에서 효과가 특히 두드러진다고 보고하였다. 또한, Graham et al. [66]은 지구 규모 시뮬레이션을 통해, 농경지에 무경운을 확대 적용할 경우 21세기 동안 SOC가 최대 14.4 Gt C 증가할 수 있다고 분석하였으며, 이 효과는 열대 지역보다는 온대 습윤 지역에서 훨씬 더 뚜렷하게 나타났다.

4.2.2. 질산화 억제제

질산화 억제제(nitrification inhibitors, NIs)는 암모늄(NH₄⁺)이 아질산(NO₂^-)으로 산화되는 과정, 즉 질산화(nitrification)의 첫 단계를 억제하여 아산화질소의 생성과 질산염 이온(NO3-) 침출을 저감하는 대표적인 질소관리 기술이다. 이러한 억제제는 암모니아 산화세균(ammonia-oxidizing bacteria)과 암모니아 산화 고세균(ammonia-oxidizing archaea)의 핵심 효소인 암모니아 모노옥시게네아제(ammonia monooxygenase, AMO)의 활성을 억제함으로써 질소 손실을 최소화하고, 질소 이용 효율(nitrogen use efficiency, NUE)을 향상시킨다[73, 74]. 현재 농업에서 가장 널리 사용되는 상용 질산화 억제제는 DCD, 3,4-디메틸피라졸 인산염(dimethylpyrazole phosphate, DMPP), 니트라피린(nitrapyrin) 등이 있으며, 이들은 비료와 혼용 또는 토양에 직접 주입되는 방식으로 활용된다. DCD는 수용성과 이동성이 높고, 대량 투입(6~10kg ha^-1)이 필요하나 비교적 저렴하고, DMPP는 소량(0.5~2kg ha^-1)으로도 효과가 우수하고 알칼리성 조건에서도 안정하다[75]. 메타분석 결과, DCD는 평균 47%, DMPP는 39%의 N₂O 배출을 감소시키며, 작물과 토양 조건에 따라 그 효과가 다르게 나타난다[76, 77].

최근에는 옥수수, 수수, 벼, Brachiaria humidicola 등의 뿌리에서 유래하는 생물학적 질산화 억제제(biological nitrification inhibitor, BNI)의 활용 가능성이 주목받고 있다. 대표적인 BNI 화합물로는 sorgoleone, sakuranetin, brachialactone, 1,9-decanediol, MHPP 등이 있으며, 이들은 식물의 근권에서 분비되어 암모니아 산화 세균 및 암모니아 산화 고세균의 질산화 효소인 AMO와 hydroxylamine oxidoreductase(HAO)의 활성을 억제한다[74,78,79]. 최근 Kolovou et al. [79]은 Zeanone과 caffeic acid가 암모니아 산화 고세균에 대해 강력한 선택적 억제 활성을 갖는다고 보고하였으며, 이는 아산화질소 배출 저감뿐 아니라 비표적 미생물군에 대한 영향을 최소화하는 방향으로 작물 기반 억제제 개발의 가능성을 시사한다. 현장 연구에서도 이러한 억제제의 효과는 검증되고 있다. 중국 산동성 옥수수 재배지에서 요소 질산암모늄 (urea ammonium nitrate, UAN)과 함께 DCD 및 우레아제 억제제(N-(n-butyl) thiophosphoric triamide, NBPT)를 병용 처리한 결과, 아산화질소 배출량은 45.7%, NH₃ 휘산은 23.4% 감소하였으며, 수량은 10.6%, 질소 이용 효율은 63.7% 증가하였다[80]. 아일랜드에서는 5년간 DCD를 지속 적용한 결과, 완전 암모니아 질산화균(comammox nitrifier)의 풍부도가 감소하고, 질산화 속도와 NO3- 농도가 낮아졌으며, 미생물 다양성에는 장기적 부작용이 거의 없는 것으로 확인되었다[81]. 초지 조건에서도 DCD는 유효한 감축 수단으로 작용한다. 영국의 3년간 현장 실험에서는 트랙터 압축 토양에서 DCD 처리 시 아산화질소 배출이 53% 감소하였다[82]. 아울러 분뇨 저장 단계에서 DCD를 혼합하여 살포한 연구에서는, 아산화질소 배출이 88%까지 감소하였으며, 슬러리 내에서도 6개월 이상 안정적으로 유지되었다[83]. 또한 생물학적 억제제와 다른 기술의 병용도 가능하다. 고석회성 논토양에서 MHPP (BNI)와 NBPT, 바이오차를 병용 처리한 실험에서는 BNI 단독 시 NH₃ 휘산이 증가하는 경향이 있었으나, 병용 처리 시 아산화질소 배출이 최대 73.5%까지 감소하고 NH₃ 휘산도 동시에 억제되었다[84]. 이는 암모니아 산화 세균의 amoA 유전자 풍부도 감소와 군집 구조 변화 기인하며, 질소 손실 억제의 핵심 기작임을 시사한다.

4.2.3. 피복작물 및 윤작

피복작물은 주작물 재배 외 기간 동안 토양 표면을 피복함으로써 토양 구조를 안정화시키고, 유기물 및 질소 순환을 조절하며, 탄소격리와 온실가스 감축에 기여한다. 생체량이 많은 피복작물은 지상부 잔사를 통해 탄소 공급원을 제공하고, 뿌리에서 방출되는 분비물은 미생물 활성화를 유도해 SOC 축적을 가속화한다 85]. 또한 피복 상태는 토양 수분 함량을 유지하고 온도 변동을 완화하여 미생물 군집의 안정성을 높인다[86]. 질소 고정능이 있는 콩과 식물은 외부 비료 투입을 대체할 수 있고, 비콩과류 피복작물은 무기태 질소의 식물 흡수를 통해 아산화질소의 탈질 전구물질의 축적을 억제한다[87]. 특히 C:N 비가 높은 피복 작물은 잔사 분해 속도를 조절해 탈질 반응을 완만히 유도하며, 메탄산화균 활성 증가로 메탄 흡수도 촉진할 수 있다[88].

포르투갈의 지중해 기후에서 윤작에 피복작물을 도입한 완두-트리티케일 윤작 체계(peas–triticale rotation)에서는 질소비료 없이도 아산화질소 배출이 최대 40% 감소하고 메탄 흡수는 유의하게 증가하였다[89]. 미국 일리노이주의 옥수수밭에서는 호밀을 피복작물로 도입 시 봄철 해동기 아산화질소 배출량이 대조구 대비 32% 감소하였고, 연간 배출량도 유의미하게 낮아졌다[87]. 반건조 지역인 뉴멕시코에서는 곡류+콩과(cereal + legume) 혼합 피복작물이 메탄 및 아산화질소 플럭스에 큰 영향을 주지 않았지만, 작물 수량은 13~30% 증가하였으며, SOC 광물화율과 미생물 활성이 모두 개선되었다[90]. 또한 피복작물은 극한 고온 및 가뭄 조건에서도 토양 증발량을 25% 이상 줄여 작물 생육에 유리한 미세환경을 조성하였다[91]. 대규모 메타분석 결과, 옥수수 작형에서 피복작물은 평균 7.3%의 SOC 증가를 유도하며, 연간 0.88 Mg SOC ha^-1의 탄소격리 효과가 보고되었다[85]. 피복작물의 바이오매스가 7 Mg ha^-1을 초과하는 경우 SOC 증가율은 12.4%에 달하였다. Schön et al. [88]은 유럽 옥수수 재배지에서 피복작물이 연간 3.30 Mg CO₂-eq ha^-1의 순 온실가스 저감 효과(net climate change mitigation impact, NCCMI)를 제공한다고 분석하였다. 이 중 수확량 증가에 따른 토지전환 회피(1.46), 탄소격리(1.43), 비료 절감(1.03)이 주요 기여 요인이었다. 미국 전역을 대상으로 한 모델링 분석에서는 피복작물의 확대 적용 시 연간 최대 49.8 Mt CO₂-eq의 감축이 가능하며, 이는 전체 농업 배출량의 약 13%에 해당한다[92]. 그러나 위성자료 기반 실증분석에서는 단기적 수량 손실도 보고되었다. Deines et al. [93]은 미국의 옥수수 벨트 내 6개 주에서 최근 3년간 피복작물 도입 현장의 옥수수 수량이 평균 5.5%, 대두는 3.5% 감소했다고 보고하였다. 이는 질소･수분 경쟁, 뿌리 산소 제한 등으로 해석되며, 작물 맞춤형 조기 제거 전략과 콩과 종 위주 혼합 피복설계가 보완 방안으로 제안된다.

윤작은 작물군 간 생리적･생태적 차이를 활용하여 토양 생태계를 교란 없이 재편하는 전략으로, 탄소 흡수력, 뿌리 구조, 미생물 군집 활성, 기질 품질 등의 상호작용을 통해 GHG 배출을 간접적으로 조절한다. 콩과작물은 생육기간 동안 고정질소를 공급하지만, 수확 후 잔사의 높은 C:N 비율은 토양 미생물에 의한 N 경쟁을 유도해 탈질을 억제하고, nosZ 유전자의 상대발현 증가로 아산화질소의 완전환원을 촉진한다[87, 94]. 또한 다양한 윤작체계는 근권 산화력 및 수분 이용 효율을 높이고, SOC를 심층까지 축적하는 효과도 갖는다[95].

북중국평원에서 6년간 수행된 장기 시험에서는 밀–옥수수 단작체계를 대체하여 땅콩, 고구마, 콩 등을 포함한 윤작을 구성할 경우 GWP가 최대 51% 감소하고, SOC는 연간 2.03 Mg C ha^-1 증가하였다[95]. 라이그래스–면화–땅콩–밀–옥수수로 구성된 다년 윤작(RCPWM)은 이산화탄소 및 아산화질소 배출을 동시에 줄이면서도 수확량을 유지하였으며, 수확량 기반의 GHGI 및 GHG emission 모두에서 가장 낮은 값을 기록하였다[94]. 포르투갈에서는 콩과 트리티케일(cowpea–triticale) 윤작이 관개 하에서도 메탄 흡수를 증가시키고, 질산 축적을 억제하여 아산화질소 배출량을 대조구보다 낮게 유지하였다[89]. Yang et al. [95]은 다양한 윤작 시스템에서 GHG 감축, SOC 축적, 수확량, 수익, 미생물군 다양성 및 토양건강지수(comprehensive soil health assessment, CSHA)를 통합적으로 개선한 결과, 종합평가지수(comprehensive evaluation index, CEI)는 기존 밀–옥수수 대비 3.2~4.1배 향상되었다고 보고하였다. Singh et al. [96]은 미국 중서부에서 2년 대비 4년 윤작에서 메탄 흡수량이 증가하고, 총 미생물량과 actinomycetes 및 arbuscular mycorrhizal fungi의 상대 비율이 향상되었음을 밝혔다. Schön et al. [88]은 피복작물과 윤작을 병행할 경우 단독 적용보다 기후완화 효과가 시너지적으로 증가한다고 제시하며, 유럽 옥수수 재배에서만 연간 49.8 Mt CO₂-eq 감축이 가능하다고 평가하였다.

4.2.4. 밭 바이오차

바이오차(biochar)는 작물잔사나 가축분뇨 등 유기물을 산소가 제한된 조건에서 열분해하여 얻은 고정탄소 기반 물질로, 토양 개량과 동시에 온실가스 감축 효과를 기대할 수 있는 전략으로 부각되고 있다. 밭 작형에서는 바이오차가 토양의 질소 전환 경로에 영향을 미쳐 아산화질소 배출을 줄이는 데 효과적인 것으로 보고되고 있다. 이러한 효과는 토양 pH를 상승시키고, 양이온교환능력을 높이며, 미세공극을 통한 미생물의 서식처를 제공하고, 전자전달 기능을 통해 탈질 과정에서 아산화질소가 최종적으로 N₂로 환원되도록 촉진하는 복합적인 생지화학적 기작에 기인한다.

국내외 다양한 실험을 통해 바이오차의 저감 효과가 실증되고 있다. Park et al. [97]은 전북 완주의 비옥하지 않은 토양에서 볏짚 기반 바이오차를 3, 5 t ha^-1 처리한 결과, 아산화질소 배출량이 각각 25.4%, 41.1% 감소하였고, NECB는 최대 4.58 t C ha^-1, 순지구온난화지수(net GWP)는 최대 -16.59 t CO₂-eq ha^-1까지 개선되었다고 보고하였다. 특히 수확량에는 유의미한 감소가 나타나지 않아, 온실가스 감축과 작물 생산성을 동시에 달성할 수 있는 가능성을 제시하였다. 반면, Wu et al. [98]은 중국 후난성의 차밭에서 40 t ha^-1의 과량 바이오차 처리 시 아산화질소 배출량이 대조구 대비 약 22% 증가했으며, 단위 수확량당 아산화질소 배출량은 10 t ha^-1 처리에서만 유의하게 낮아졌다고 보고하여 적정 시용량 설정의 중요성을 강조하였다. Zhang et al. [99]은 밀 생육기 중 NO₂^- 농도와 nirK 유전자 발현이 탈질화 경로에서 아산화질소 배출을 좌우하며, 바이오차는 NH₄⁺의 흡착과 nosZ 유전자 발현 촉진을 통해 해당 경로를 억제한다고 분석하였다. Zhang et al. [100]은 3.5년 이상 노화된(aging) 바이오차가 신선(fresh) 바이오차보다 암모니아 산화세균 기반 아산화질소 생성 및 온도 민감도(Q₁₀)를 유의하게 낮춘다고 보고하였다. 또한 Fan et al. [101]은 중국 열대 채소밭에서 질산화 억제제(nitrapyrin)와 바이오차를 병용한 결과, 아산화질소 및 일산화질소 배출량이 각각 28.1%, 29.2% 감소하고 토양 유기탄소(SOC)가 증가하는 등 복합적 효과를 확인하였다. Dawar et al. [102]은 파키스탄의 밭 토양에서 요소비료와 바이오차를 병용 처리한 결과, 아산화질소 배출이 35% 감소하고, 작물 수량은 13% 증가했으며, NUE가 27%에서 43%으로 향상되었다고 보고하였다. 최근 메타분석 연구들은 이러한 사례를 종합적으로 검토하며 바이오차의 평균 저감 효과와 주요 영향 요인을 제시하고 있다. Zhong et al. [103]은 550개의 관측값을 기반으로, 바이오차 시용 시 평균 19%의 아산화질소 저감 효과가 있으며, 시용량이 50 t ha^-1일 경우 최대 48%까지 감축된다고 분석하였다. 특히 pH 10 이상, C/N 비 75~150, 양이온교환능 20~40 cmol kg-1 수준의 바이오차는 각각 28.2%, 22.6%, 24.1%의 아산화질소 저감 효과를 보였으며, 이들 조건에서 nosZ 유전자의 풍부도와 탈질 효소 활성(denitrifying enzyme activity, DEA)이 유의하게 증가하였다. Yu et al. [104] 또한 600°C 이상에서 열분해된 바이오차가 nosZ 유전자 발현을 강화하고, 암모니아 산화세균 활성을 억제하여 평균 23.15%의 아산화질소 저감 효과를 나타낸다고 보고하였다.

5. 비교 및 시사점

경종 분야의 온실가스 감축 기술이 실제 감축 성과로 이어지기 위해서는 해당 기술이 국가 온실가스 인벤토리 체계에 공식적으로 반영되는 것이 필수적이다. IPCC는 배출량 산정 방법을 Tier 1에서 Tier 3까지 구분하고 있으며, Tier 수준이 높을수록 국가 맞춤형 배출계수, 활동자료, 시뮬레이션 모델 등을 활용한 정밀한 산정이 가능하다.

8개국의 현황을 비교해 보면, 일본과 미국은 CH₄, N₂O, CO₂ 감축 기술 전반에 대해 Tier 2~3 수준의 계수화를 실현하고 있다. 일본은 중간물떼기, 간헐관개, 규산질 비료, 바이오차, 억제제 등 논과 밭 작형 모두에서 다양한 기술을 실험 기반 계수로 반영하고 있으며, 미국은 DayCent와 같은 시뮬레이션 모델을 통해 무경운/최소경운, 정밀 양분관리, 피복작물, 윤작 등 밭 작형 중심 기술을 정밀하게 반영하고 있다. 또한 두 나라는 현장 실증과 제도화의 연계가 잘 구축되어 있어 기술–통계–정책 간 선순환 구조가 안정적으로 작동하고 있다. 중국은 AEZ 단위 보정계수를 통해 중간물떼기와 간헐관개 기술의 감축 효과를 정량화하고 있으나, 바이오차, 규산질 비료, 억제제 등은 아직 공식 계수화가 이루어지지 않았다. 베트남과 필리핀은 IRRI 기준을 바탕으로 AWD 기술을 중심으로 일부 지역에서 Tier 2 수준에 시범 적용을 하고 있으며, 인도네시아는 다양한 기술의 실증 연구가 활발하지만 제도적 반영은 초기 단계에 머물러 있다.

반면 한국은 주로 논 중심의 감축 기술에 국한되어 있고, 밭 작형에 적용 가능한 기술의 실증과 계수화는 부족하다. 특히 밭에서 중요한 아산화질소/암모니아 발생 저감 및 질소 비료 사용량 감축 기술(질산화 억제제, 완효성 비료, 피복작물 등)에 대한 장기 실증자료와 국가 고유 계수 개발이 미흡하며, 인벤토리 반영도 이루어지지 않았다. 정책적 유인 수단 역시 제한적이어서 자발적 감축사업, 배출권거래제 외부사업, 저탄소농축산물 인증제, 농업환경보전프로그램 등이 제도화 초기 단계에 머물고 있으며, 일부 시범사업을 제외하면 농가 참여를 유도하기 어렵다.

Table 3에서 정리된 바와 같이, 각 감축 기술은 적용 작형과 감축 항목에 따라 서로 다른 메커니즘과 장단점을 가진다. 예를 들어, 중간물떼기와 간헐관개, AWD와 같은 물 관리 기술은 토양의 산화·환원 상태를 전환하여 CH₄ 생성 억제와 메탄산화균 활성화를 유도하는 장점이 있다. 그러나 과도한 배수나 기상 조건에 따라 수량 감소와 같은 단점이 나타날 수 있다. 바이오차와 규산질 비료는 토양 물리･화학성을 개선하고 SOC를 증대시키며, CH₄과 N₂O를 동시에 감축할 수 있는 장점이 있으나, 과량 시용 시 역효과가 발생할 수 있다. 밭 작형에서 무경운/최소경운, 질산화 억제제, 피복작물, 윤작, 밭 바이오차 등은 SOC 축적, N₂O 저감, 토양 건강 개선과 같은 장점을 제공하지만, 초기 수량 저하, 추가 노동 및 비용, 조건별 효과 편차 등의 한계를 가진다.

Table 3.

감축 기술별 주요 메커니즘 및 장단점 비교

이러한 분석을 바탕으로, 첫째, 정밀한 온실가스 인벤토리를 구축하려면 작형과 지역 특성을 반영한 국가 고유 배출계수 개발과 장기 현장자료 축적이 필요하다. 둘째, 감축 기술의 확산을 위해서는 인벤토리 반영과 함께 직불금, 외부사업 인센티브 등 정책적 유인이 병행되어야 하며, 기술–통계–정책 간 연계 구조를 강화해야 한다. 셋째, DNDC, DayCent 등 시뮬레이션 기반 산정 기법을 적극 도입해 정밀도와 예측력을 높이고, 이를 지역 맞춤형 정책 설계에 활용해야 한다. 마지막으로, 유사 작형 국가와의 공동 연구 및 국제기구와의 협력을 통해 감축 효과의 통계화와 제도화 경험을 공유하고, 실증–계수화–제도화–농가 참여로 이어지는 선순환 구조를 구축하는 것이 중요하다. 일본과 미국의 사례처럼, 현장 실증에서 정책 반영까지의 통합적 접근이 한국 농업의 온실가스 감축 실효성을 높이는 핵심 경로가 될 수 있다.

6. 결론

본 연구는 한국, 일본, 미국, 영국, 중국 및 동남아시아 주요국을 대상으로 경종 분야에서 적용 중인 온실가스 감축 기술과 국가 온실가스 인벤토리(NIR/CRF) 반영 체계를 비교･분석하고, 이를 바탕으로 한국의 개선 방향을 제시하였다. 분석 결과, 일본은 벼 재배지의 중간물떼기, 간헐관개, 규산질 비료, 바이오차, 질산화 억제제 등을 중심으로 국가 고유 배출계수를 개발하여 Tier 2-3 수준으로 관리하고 있었으며, 영국은 토양과 작물 특성을 고려한 고유 배출계수를 바탕으로 Tier 2 수준의 인벤토리를 운영하고 있었다. 미국은 DayCent 등 시뮬레이션 모델을 활용하여 무경운/최소경운, 피복작물, 윤작, 질산화 억제제 등 밭 작형 중심의 기술을 정밀하게 산정하고 있었다. 특히 본 연구에서 정리된 바와 같이, 논물 관리는 메탄 배출을 평균 20~50% 저감하는 것으로 확인되었으며, 바이오차와 규산질 비료는 토양의 산화환원 상태와 미생물 군집을 조절하여 추가적인 저감 효과를 제공하고 있었다. 밭 작형의 무경운/최소경운, 피복작물, 윤작은 토양 유기탄소 축적과 질소 전환 효율 개선을 통해 아산화질소 배출을 줄였으며, 질산화 억제제는 평균 40% 이상의 저감 효과가 다수 연구에서 일관되게 보고되었다.

반면, 한국은 중간물떼기를 제외한 다수의 기술이 여전히 IPCC 기본 계수(Tier 1)에 의존하고 있으며, 밭 작형 중심의 질소 기반 기술에 대한 정량적 배출계수 개발과 활동자료 통계화는 부족한 실정이다. 따라서 한국은 논과 밭 모두에 적용 가능한 기술의 국가 고유 배출계수를 확대하고, 실증 기반 활동자료를 축적하여 인벤토리의 정밀도를 높여야 한다. 또한 시뮬레이션 모델의 국내 적용과 국산화를 통해 정밀 산정 기반을 강화하고, 저탄소농업프로그램, 배출권거래제 외부사업, 저탄소농축산물 인증제 등과 연계하여 감축 실적이 국가 통계와 탄소시장에 반영될 수 있도록 통합 관리 체계를 마련할 필요가 있다. 본 연구는 이러한 비교 분석과 기술별 효과를 바탕으로 한국 농업의 온실가스 인벤토리 고도화와 정책 연계성을 강화하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Notes

Acknowledgement

본 연구는 농촌진흥청의 “기후변화 완화 및 저탄소 농업 기술 개발 사업” 연구비 지원으로 수행되었습니다(과제번호: (RS-2024-00397705) 이에 감사드립니다.

Declaration of Competing Interest

The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

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감축 기술	적용 작형	감축 대상	감축 효과	비고	출처
중간물떼기 (Mid-Season Drainage, MSD)	논	메탄(CH₄)	52%↓, GWP 47%↓	중국 메타분석, 탄소함량 높은 토양·비료 과량 시 수량 증가 경향	[34]
간헐관개 (Intermittent Irrigation)	논	메탄(CH₄)	21~91%	일본 홋카이도 3년 실험, 수량 유지, 첫 배수 기간 10일이상 효과 극대화	[35]
AWD (전국 규모 시뮬레이션)	논	메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)	CH₄ 23%↓, N₂O 8%↑	필리핀 전역 모델링, 순 GWP 감소	[37]
AWD (건기/우기 비교)	논	메탄(CH₄)	건기 39.6%↓, 우기 효과 없음	필리핀 루손, 강우 패턴 영향, N₂O 억제 위해 담수 유지 필요	[38]
AWD (수위별 비교 −10, −15, −20cm)	논	메탄(CH₄)	-10 cm에서 최대 81% 감소	태국 직파 논, -10 cm 수위에서 효과 최대, 용수 절감 93%	[39]
바이오차 (보리짚 유래, 2 t/ha)	논	메탄(CH₄)	32.3%↓	전남 광양 3년 실험, 병용 시 수확량 최고, GHGI 최저	[47]
바이오차 (보리짚 유래, 2 t/ha)	논	메탄(CH₄)	볏짚 병용 22.4%↓	전남 광양 3년 실험, 병용 시 수확량 최고, GHGI 최저	[47]
바이오차 (볏짚, 350°C, 3 t/ha)	논	메탄(CH₄)	42.9%↓	태국 콘캔, 순 GWP 39.5%↓, GHGI 67.8%↓, 수량 87%↑, 고세균 다양성↓, labile C↓	[48]
바이오차 (맹그로브 유래, 10 t/ha)	논	메탄(CH₄)	21.1%↓, 24.9%↓ (2작기)	태국 방콕, SOC (1작기)	[49]
				32.6%↑, SOC (2작기)
				43.5%↑, 수량 증가
바이오차 혼합 완효성 비료 (볏짚 기반)	논	메탄(CH₄)	33.4%↓	중국 저장성. 메탄생성균↓, 메탄산화균↑, 메탄 생성균 활성 22.2%↓, 산화균 활성 18.9%↑	[50]
바이오차+질소 140 kg/ha	논	메탄(CH₄)	20~30%↓	미국 오하이오 온실 실험. 질소 부족·바이오차 단독 시 오히려 증가, DNDC 모델 재현	[51]
바이오차 메타분석 (전 세계 33편)	논	메탄(CH₄)	평균 54%↓(화학비료 병용 시 91%↓)	전 세계 33편 현장 데이터 종합. 수확량 차이 없음, 장기 시용 시 효과 약화 가능 → 반복 시용·병용 전략 필요	[54]
규산질 비료 (고로슬래그, 2.3 Mg/ha)	논	메탄(CH₄)		한국 진주, 수확량 15.7%↑, pH 상승, 뿌리 산소 전달 능력 향상	[55]
규산질 비료 (철강 슬래그, 1.5 Mg/ha)	논	메탄(CH₄)	22~33%↓	한국, 2년간 실험, NECB −771→+422 kg C/ha 전환, pH 5.7–5.8→7.0–7.1, SOC 22–32%↑	[56]
규산질 비료 (슬래그 단독)	논	메탄(CH₄)	24%↓	중국 푸젠성, 바이오차 병용 시 44%↓, GHGI 저감, 전자수용체+기질 흡착 효과	[59]
규산질 비료 (슬래그 단독)	논	이산화탄소(CO₂)	59.6%↓	중국, 바이오차 병용 시 탄소 고정 미생물↑, SOC 19.9%↑	[60]
규산질 비료+메탄산화균	논	메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)	CH₄ 13–15% ↓, N₂O 14–15% ↓	인도 오디샤, GWP 약 14% 감소, pH 5.9→6.5, 메탄산화균·β-glucosidase 활성↑	[61]
규산질 비료 (CaSi 200 kg/ha)	논	메탄(CH₄)	16%↑ (단독 시)	가나, BIOCOM 병용 시 44~46%↓, 조건·시기·기질에 따라 효과 변화	[64]
무경운 (No-tillage)	밭	일산화질소(N₂O)	N₂O: 10.5%↓(옥수수), 19.6%↓(대두)	미국 켄터키, 39년 시뮬레이션, 수량 변화 없음	[68]
무경운 (No-tillage)	밭	이산화탄소(CO₂)	CO₂: 1.6%↓(옥수수), 4.5%↓(대두)	미국 켄터키, 39년 시뮬레이션, 수량 변화 없음	[68]
무경운+녹비 전량 피복	밭	아산화질소(N₂O)	17.7% ↓	중국 간쑤성, 수량 14.4%↑, 토양 입단 안정성↑, 질소 보유력↑, nosZ 유전자·N₂OR 활성↑	[70]
무경운 (메타분석, 147편·1,286데이터)	밭	메탄(CH₄),	CH₄: 19.8%↓,	전 세계 147편 문헌·1,286 데이터 종합, 총 GWP 22.6%↓, 최소경운은 CH₄·N₂O↑, 수량↓ 경향	[67]
		아산화질소(N₂O)	N₂O: 7.5%↓
		이산화탄소(CO₂)	CO₂: 15.1%↓,
무경운 (메타분석)	밭	이산화탄소 CO₂-eq	−1.52 Mg CO₂-eq/ha/yr	전 세계, 중성 pH·점토질 토양에서 효과↑	[72]
무경운 (지구 규모 시뮬레이션)	밭	SOC(탄소 격리)	최대 14.4 Gt C 증가	전 세계, SOC 고갈 지역 회복 효과, 온대 습윤 지역에서 효과↑	[66]
DCD (Dicyandiamide)	밭	아산화질소(N₂O)	평균 47%↓	전 세계, 수용성·이동성 높음, 대량 투입(6–10 kg/ha) 필요, 저렴	[76]
DMPP (3,4-Dimethylpyrazole phosphate)	밭	아산화질소(N₂O)	평균 39%↓	전 세계, 소량(0.5–2 kg/ha)으로 효과, 알칼리성 조건 안정	[77]
DCD + NBPT (우레아제 억제제)	밭	아산화질소(N₂O), 암모니아 (NH₃)	N₂O: 45.7%↓, NH₃: 23.4%↓	수량 10.6%↑, 질소 이용 효율 63.7%↑	[80]
DCD (압축 토양)	밭	아산화질소(N₂O)	53%↓	영국, 트랙터 압축 토양에서도 효과 유지	[82]
DCD (분뇨 저장·살포)	밭	아산화질소(N₂O)	최대 88%↓	영국, 슬러리 내 6개월 이상 안정	[83]
BNI (MHPP) + NBPT + 바이오차	밭	아산화질소(N₂O), 암모니아(NH₃)	N₂O: 최대 73.5%↓, NH₃도 억제	고석회성 논토양, BNI 단독 시 NH₃↑ 경향, amoA 유전자↓	[84]
피복작물 (메타분석)	밭	SOC(탄소 격리)	평균 7.3%↑, 0.88 Mg SOC/ha/yr	바이오매스 7 Mg/ha 초과시 SOC 12.4%↑	[85]
피복작물 (NCCMI 분석)	밭	CO₂-eq	3.30 Mg CO₂-eq/ha/yr↓	수확량 증가(1.46), 탄소격리(1.43), 비료 절감(1.03)이 주요 기여	[88]
피복작물 확대 적용 (모델링)	밭	CO₂-eq	연간 최대 49.8 Mt↓	농업 배출의 약 13% 저감 잠재력	[92]
윤작 (밀–옥수수 대체, 땅콩·고구마·콩 포함)	밭	CO₂-eq	GWP 최대 51%↓	SOC 2.03 Mg C/ha/yr↑	[95]
피복작물+윤작 병행	밭	CO₂-eq	연간 49.8 Mt↓	단독 대비 시너지 효과	[88]
볏짚 기반 바이오차(3, 5 t/ha)	밭	아산화질소(N₂O)	(3 t/ha) 25.4%↓, (5 t/ha) 41.1%↓	한국 전북 완주, NECB 최대 4.58 t C/ha, net GWP 최대 −16.59 t CO₂-eq/ha, 수확량 변화 없음	[97]
볏짚 기반 바이오차 (40 t/ha)	밭	아산화질소(N₂O)	약 22%↑	중국 후난성, 과량 시용 시 역효과, 적정량 중요	[98]
바이오차 + 질산화 억제제(nitrapyrin)	밭	아산화질소(N₂O)	N₂O: 28.1%↓, NO: 29.2%↓	중국 열대지역, SOC 증가, 복합 감축 효과	[101]
바이오차 + 질산화 억제제(nitrapyrin)	밭	일산화질소(NO)	N₂O: 28.1%↓, NO: 29.2%↓	중국 열대지역, SOC 증가, 복합 감축 효과	[101]
바이오차 + 요소비료	밭	아산화질소(N₂O)	35%↓	파키스탄, 수량 13%↑, NUE 27→43	[102]
바이오차 (메타분석, 550관측)	밭	아산화질소(N₂O)	평균 19%↓, 최대 48%↓(50 t/ha)	전 세계 데이터, pH≥10, C/N 75–150, CEC 20–40 cmol/kg 조건에서 저감률↑, nosZ 풍부도·DEA↑	[103]
바이오차 (600°C 이상 열분해)	밭	아산화질소(N₂O)	평균 23.15%↓	전 세계 데이터, nosZ 발현↑, 암모니아 산화세균 활성 억제	[104]

감축 기술	적용 작형	감축 대상	메커니즘	장점	단점
중간물떼기(중간낙수)	논	CH₄, CO₂-eq	재배 중간에 배수하여 토양 환원 조건을 약화 → 메탄 생성균 활성을 억제하고, 산화성 조건에서 메탄산화균 활성 촉진	CH₄ 저감 효과 큼, 수량 유지 또는 증가, 물 절감 가능	과도한 배수 시 잡초 발생·수량 감소 가능, 기상조건 의존성 높음
간헐관개(걸러대기)	논	CH₄	일정 주기로 담수·배수를 반복하여 토양 산화환원 전환 → 메탄 생성 억제, 산화균 활성 촉진	CH₄ 감축률 높음, 물 절감 효과, 수량 유지	건조·고온 시 수량 저하 가능, 관리 노동 증가
교대담수건조(AWD)	논	CH₄, N₂O, CO₂-eq	물을 주기적으로 배수하여 산화 조건 형성, CH₄ 생성 억제	물 절감·CH₄ 저감, 일부 조건에서 GWP 감소	건기 효과 크나 우기 효과 제한, 수위·기간 관리 필요
교대담수건조(AWD)	논	CH₄, N₂O, CO₂-eq	단, 산화 상태가 과도하면 N₂O 증가 가능	물 절감·CH₄ 저감, 일부 조건에서 GWP 감소	건기 효과 크나 우기 효과 제한, 수위·기간 관리 필요
바이오차(논)	논	CH₄, CO₂-eq	다공성 구조·표면 화학적 특성으로 CH₄ 생성 억제, SOC 증가, 메탄산화균 활성화	CH₄ 감축과 토양 개량 동시 가능, 장기 안정성, 일부 경우 수량 증가	과량 투입 시 역효과(CH₄/N₂O 증가), 원료·조건 따라 효과 상이
규산질 비료	논	CH₄, N₂O, CO₂, SOC	Fe³⁺·SiO₂·CaO 등 전자수용체 공급, pH 완충, 뿌리 산화능 증대 → CH₄ 생성 억제, 산화균 활성 촉진	CH₄·N₂O 저감, 토양 화학성 개선, SOC·수량 증가 가능	조건·시기·기질 따라 효과 변동, 일부 지역에서 역효과 가능
무경운/최소경운	밭	N₂O, CO₂, CH₄, SOC	토양 교란 최소화로 유기탄소 보존·미생물 군집 안정화, 탈질 완전환원 촉진	SOC 축적, N₂O·CO₂·CH₄ 감축, 토양 구조 안정화	초기 수량 감소 가능, 토양·기후 조건에 따라 효과 편차
질산화 억제제(NI)	밭	N₂O, NH₃	암모니아 모노옥시게네이스(AMO) 활성 억제 → NH₄⁺ → NO₂⁻ 전환 지연, N₂O 생성 억제	N₂O 감축 효과 큼, 질소 이용 효율↑, 일부는 NH₃도 저감	약제비·작물·토양 맞춤 필요, 장기 사용 시 미생물 군집 영향 가능성
피복작물	밭	N₂O, SOC, CO₂-eq	토양 피복·유기물 공급 → 미생물 활성·SOC 축적, N₂O 전구물질 흡수·완전환원 촉진	탄소격리, 토양 수분·온도 안정, 일부 조건에서 수량 증가	단기 수량 감소 가능(질소·수분 경쟁), 관리 시기 중요
윤작	밭	CO₂-eq, SOC, CH₄, N₂O	작물군 교대 재배로 토양 생태계 다양화·근권 산화력 강화, 탄소 흡수·탈질 완전환원 촉진	SOC·수량 증가, GHG 전반 저감, 토양 건강 개선	기계·노동 투입 증가, 시장 수요 따라 작물 선택 제약
밭 바이오차	밭	N₂O, NO, SOC	토양 pH·CEC 상승, 미세공극 서식처 제공, 전자전달 촉진 → 탈질 완전환원·N₂O 감소	N₂O 저감, SOC 축적, 일부 조건 수량 증가	과량 시 역효과, 원료·열분해 조건 따라 효과 차이 큼