서론
논은 단순한 생산 공간을 넘어 수문 조절과 경작 활동이 반복되면서 독특한 생태적 특성을 지니며 식량을 공급하고 동시에 다양한 생물이 서식하는 중요한 생태 공간으로 독특한 수서 및 육상 생물 군집을 형성한다. 그러나 화학 비료와 농약 사용, 제초 및 수리·수문 관리와 같은 농경지 관리요소들은 농업 생태계의 종 조성이나 개체군 구조, 먹이망 상호작용에 영향을 미치며, 농업생태계의 안정성과 지속가능성에도 깊은 영향을 준다(Geiger et al., 2010; Stoate et al., 2001).
관행농업은 제초제와 살충제를 사용해 단기간에 잡초와 해충 밀도를 효율적으로 억제할 수 있지만, 장기적으로는 수서 및 토양생물의 다양성 감소, 천적과 해충의 균형 붕괴 등의 생태계 균형을 위협하는 것으로 알려져 있다(Giller et al., 1997). 친환경적 농업에서 합성 농약과 화학비료를 사용하지 않고 유기질 비료, 녹비, 왕우렁이를 활용한 제초, 심수 관개 등 생태적 관리기법은 잡초 군집의 종 조성 및 우점도에 영향을 미친다. 이러한 방식은 화학적 투입재에 대한 의존도를 낮추며 생물학적 제초와 해충 방제를 가능하게 하여 관행농업보다 천적 곤충과 수서생물의 다양성이 높다는 연구 결과가 보고되었다(Bengtsson, Ahnström, & Weibull, 2005; Hole et al., 2005). 그러나 일부 연구에서는 특정 잡초의 우점화, 작물 초기 생육기 경쟁 심화, 농가 별 관리 강도의 차이 등으로 인해 변동성이 클 수 있다(Hyvönen & Salonen, 2002).
논 생태계는 벼 생육 단계와 수문 관리 변화에 따라 서식 환경과 군집 구조가 크게 달라지므로 단일 시점 또는 단기 조사는 농법 효과를 충분히 평가하기 어렵다. 농경지의 경관 배치, 둠벙의 존재, 하천·저수지와의 연결성, 주변 서식지 구성 등도 생물다양성 유지와 회복력에 중요한 영향을 미치는 요인으로 보고된다(Fahrig et al., 2011).
이에 본 연구는 충청 지역의 친환경 및 관행 벼 재배지를 대상으로 재배 방식에 따른 생물 서식지의 변화를 규명하고 지역·농법·생육 단계별 생물상의 차이를 비교하여 생태적 영향을 평가하고자 하였으며 향후 친환경 농업 정책 추진과 농업생태계 보전을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
재료 및 방법
조사지 개요 및 조사 방법
충청 5개 지역(아산, 홍성, 천안, 예산, 청주)에 위치한 친환경 및 관행 논 재배지를 대상으로 수행되었으며 식물 및 수서생물상 차이를 비교하기 위하여 같은 지역에 위치한 친환경 및 관행 재배지를 각 1개소씩 선정하여 총 10개 조사지를 조사하였다. 조사 대상지는 품종, 재배면적, 관개수원, 둠벙 유무, 이앙시기, 관리 방식 등에서 차이를 보였다(Table 1).
재배환경 조사
조사지역의 기상데이터는 농업 날씨 365(http://weather.rda.go.kr/)에서 2023년 5월 1일부터 8월 31일까지 데이터를 추출하였다. 기상 환경 자료(평균기온, 최저·최고기온, 강우량)을 분석하여 지역별 재배환경 특성을 비교하였다. 조사 지점의 토양환경은 유수형성기인 8월에 WT-1000N(RF sensor, Krea)을 활용하여 토양수분, 토양 온도, 토양 EC를 토양 12 cm깊이에서 조사하였다.
식물상 조사 및 분석방법
논 주변의 식물상 조사는 생육 시기별 3회에 걸쳐 잡초 종류와 피도를 조사하였으며 출현한 잡초는 국가표준식물목록(KNA, 2007)에 따라 작성하였다. 식물의 우점도를 평가하기 위해 피도(Braun-Blanquet, 1964) 방법을 이용하여 7개 등급으로 구분하였다. 이를 토대로 상대빈도와 상대피도를 활용한 중요치 분석을 평가하였다(Curtis & McIntosh, 1951; Mueller-Dombois & Ellenberg, 1974). 상대빈도는 전체 출현종의 빈도 총합을 출현한 종의 빈도로 나누어 계산하였고, 상대피도는 전체 출현종의 피도 총합을 출현한 피도로 나누어 계산하였다. 해당 종의 중요치는 상대빈도와 상대피도의 평균값으로 계산하였다. 중요치가 높을수록 해당 종의 군집 내 우점도가 크며, 이를 통해 친환경과 관행농법 간 잡초 군집 구조 차이를 정량적으로 비교하였다.
수서생물상 조사 및 분석방법
논 수서생물상 조사는 라인센서스(line census) 방법을 적용하여 수행하였다. 조사구간은 논 중앙부를 기준으로 대표성이 확보되도록 10 m 길이의 라인을 무작위로 3개 설정하였으며 조사자 2인이 평행하게 2열로 동일한 속도로 이동하
며 조사하였다. 조사 과정에서 수표면을 육안으로 관찰하여 출현 개체를 포획하거나 계수하는 방식으로 수행하였다. 청주 관행 논의 경우 6월 이후 30일 이상 중간 낙수가 지속되어 수면이 형성되지 않아 추가 조사가 불가능하여 1차 조사만 실시하였고, 청주 관행 논을 제외한 다른 지역은 생육 시기별 1회씩 조사하였다.
결과 및 고찰
조사 지역의 환경 특성
충청 지역의 2023년 5월부터 8월까지 기상 환경을 조사한 결과, 지역별 기상 조건에 차이를 보였다. 평균 기온은 홍성(22.0 ℃)이 가장 낮았고, 아산과 청주(24.3 ℃)에서 가장 높았다. 최고기온 또한 아산과 청주에서 상대적으로 높게 기록되었다. 강수량은 지역 간 편차가 컸는데, 청주(1425.0 mm)에서 가장 많았으며 홍성(928.5 mm), 예산(753.0 mm), 천안(527.2 mm) 순이었다. 반면 아산(182.0 mm)은 현저히 낮은 강우량을 보였다(Table 3). 청주는 높은 기온과 많은 강수량으로 고온다습한 환경을 나타낸 반면, 아산은 평균기온은 높았으나 강수량이 적어 고온건조한 조건을 보였다. 홍성은 상대적으로 저온다습, 천안과 예산은 중간적 기상 조건을 나타냈다. 이러한 기상 차이는 논의 수문 환경과 잡초 및 곤충상의 분포에 직접적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
조사 지역의 논 토양환경
토양 환경 조사는 2023년 8월에 실시되었으며, 조사 지점에서 토양수분은 지속적인 담수 관리로 인해 관행 및 친환경 논 모두에서 100 %로 유지되었으나 토양 온도와 토양 전기전도도(EC)는 재배 방식과 지역에 따라 차이를 보였다. 토양 온도의 경우, 아산과 홍성을 제외한 친환경 논이 관행 논보다 대체로 낮게 조사되었다. 토양 EC는 아산(관행 0.94, 친환경 1.00), 홍성(관행 0.68, 친환경 0.91) 등 일부 지역에서 친환경 논이 관행 논보다 높았으나, 예산과 청주 친환경 논은 관행 논보다 낮았다(Table 4). 이러한 차이는 토양 EC가 단순히 농법에 의해 결정되는 것이 아니라 지역별 토성, 관개수원의 특성, 투입되는 친환경자재의 종류 등에 의해 영향을 받은 것으로 판단된다. 관행 논의 경우 제초제가 사용되었으나 제초제의 종류와 처리 시기, 횟수가 조사 지점별로 상이하여 잡초 군집 구조에 차이를 보이는 것으로 판단된다. 제초제 사용은 단기적으로 잡초 발생을 효과적으로 억제할 수 있으나, 처리 강도나 선택성에 따라 일부 종이 잔존하거나 경쟁 우위를 확보하여 군집 단수화 또는 특정 종의 우점으로 이어질 수 있다. 본 연구에서 관행 논 간 잡초 종수와 우점종이 달랐던 점은 이러한 관리 방식의 차이를 반영할 결과로 보인다. 이는 관리 강도가 높더라도 제초제의 방제 스펙트럼 외 종들이 생존하여 다양성을 유지한다는 Hyvönen T and Salonen (2002)의 연구 결과와 맥락을 같이 한다. 또한 지역 간 변이가 크게 나타난 만큼 농법의 효과를 해석할 때에는 지역 특성과 관리 조건을 함께 고려할 필요가 있다.
Table 4
Soil environmental characteristics in conventional and organic rice paddies across study sites in Chungcheong Province.
충청지역 친환경 및 관행 논의 식물 종 조성
충청지역 논 생태계 조사 결과, 관행 논에서는 9과 13속 15종이 확인되었고, 친환경 논에서는 8과 12속 13종이 확인되었다. 출현 종 수와 피도는 관행 논이 친환경 논보다 높았다. 일반적으로 친환경 농법에서 잡초 다양성이 높게 나타난다는 선행 연구(Bengtsson et al., 2005; Hole et al., 2005)와 달리, 본 연구에서는 관행 재배논에서 종 수 및 피도가 높게 조사되었다. 관행 논에서는 제초제 종류와 관리 강도에 따라 잡초 군집의 편차가 크게 나타났으며, 일부 관행 논(아산, 홍성)에서는 제초제가 잡초를 억제하였으나 다른 지역은 제초 효과가 미흡하여 잔존 잡초들이 번성한 것으로 보인다. 본 연구에서 관행 논의 종 풍부도가 높게 나타난 것은 제초제의 불완전한 방제 효과가 기인한 것으로 보이며 이는 농업 관리 강도가 낮거나 제초 효과가 불균일할 경우 특정 잡초 종이 잔존 또는 확산되어 오히려 종수와 피도가 증가하여 잡초 다양성이 변한다는 Hyvönen and Salonen (2002)의 연구 결과와 일치한다. 친환경 논에서는 우렁이 방제와 심수관개 등의 관리체계에 의해 특정 잡초가 선택적으로 우점하는 경향이 확인되었다. 관행 논에서는 좀개구리밥, 물달개비, 여뀌바늘이 우점하였으며, 친환경 논에서는 여뀌, 올챙이고랭이, 좀개구리밥이 우점하였다(Table 5). 본 연구에서 우점종으로 나타난 좀개구리밥과 개구리밥은 수면에 떠서 자라는 부유성 생장 형태를 지니며 영양번식을 통해 타 잡초의 발생을 억제하는 특성을 지니며 단기간 내 수면 전체로 개체군을 확장할 수 있는 생태적 특성을 나타낸다(Landolt, 1986). 이러한 특성은 담수 상태가 장기간 유지되고 경쟁 식물이 제한된 환경에서의 높은 광 이용 효율과 빠른 번식으로 우점화를 촉진하는 요인으로 작용할 가능성이 있다(Landolt, 1986). 담수 논 환경에서 부유성 수생식물은 저산소 조건에서도 효율적인 에너지 대사를 유지할 수 있어(Kim, 2013) 생존 경쟁에서 유리한 위치를 차지하는 것으로 알려져 있다. 친환경 논에서는 여뀌가 홍성, 천안, 예산 지역에서 우점하는 경향을 보였으며, 이는 왕우렁이에 의한 여뀌(Persicaria hydropiper) 섭식이 상대적으로 낮아 상대적 중요치가(Important Value, IV)가 높게 나타났을 가능성을 시사하며 이는 잡초 종별 섭식 선택성 차이에 따른 결과로 해석된다. 여뀌는 습윤 토양 및 담수 조건에 대한 적응력이 높고, 종자 생산량이 많아 토양 종자 은행을 통해 지속적으로 출현할 수 있다(Bae et al., 2012). 본 연구의 결과와 같이 생물학적 제초 수단에 대한 기피 현상으로 친환경 논에서 반복적으로 우점하는 사례가 보고되고 있다. 청주 친환경 논에서는 왕우렁이 미투입, 심수관개와 민물말 투입 등 다른 제초 방식으로 인해 올챙이고랭이가 우점하였다. 아산 관행 논에서는 좀개구리밥이 중요치(IV) 82.72로 우점한 반면 청주 관행 논은 강우량이 많고 중간낙수 관리가 이루어지면서 좀개구리밥, 물달개비, 여뀌바늘 등 수생 및 습지성 잡초가 출현하였다(Table 6). 물달개비(Monochoria vaginalis) 종자는 산소가 거의 없는 혐기적 상태에서도 발아할 수 있는 특수한 생리적 기작을 가지고 있으며(Takeuchi et al., 2001) 친환경논에서 Monochoria 속 잡초가 우점하
는 현상은 왕우렁이에 의한 섭식 압력에 상대적으로 덜 민감하거나 초기 생육 단계에서 신속한 생장을 통해 왕우렁이의 가해를 회피하는 경향을 보인다(Athira et al., 2020). 특히 왕우렁이는 조직이 부드러운 어린 유묘를 선호하기 때문에 성장한 물달개비는 섭식 저항성을 갖게 되어 논 생태계 내에서 선택적으로 우점하게 된다(Yoo et al., 2004). 본 연구에서도 왕우렁이가 투입된 친환경 논에서 Monochoria 속 잡초가 지속적으로 출현하거나 우점한 사례가 관찰되어 생물학적 제초 수단이 모든 잡초 종에 동일한 억제 효과를 보이지 않음을 시사한다. 올챙이고랭이는 청주 친환경 논에서 발생량이 많았는데 이러한 지역적 기상 차이는 논 생태계의 수문 환경을 통해 식물 상 및 수서생물상 우점 구조 형성에 중요한 요인으로 작용하였다. 이러한 결과는 친환경 농법이 잡초 발생을 전반적으로 억제하기보다는 특정 환경 조건에 적응한 종의 우점화를 유도할 수 있음을 시사하며 친환경 논에서의 잡초관리는 수문관리, 생물적 제초 수단, 작부체계 등을 종합적으로 고려한 접근이 필요할 것으로 판단된다.
라인센서스(line census) 조사에 의한 수서생물상
라인센서스 조사 결과, 관행 논에서는 전체적으로 깔따구과 유충의 개체수가 가장 우점하였으며, 분얼기 조사에서 물벌레과의 개체수가 급격히 증가하여 군집 구조를 지배하였다. 또한, 물달팽이과와 또아리물달팽이과 역시 관행논에
서 상대적으로 높은 개체수를 보였다. 이는 관행재배지에서의 물 관리 방식과 비료 투입이 특정 군집의 집중적 우점을 유발한 결과로 해석된다. 친환경 논이 관행 논보다 더 높은 종 다양성을 보였는데 이는 농약 사용 제한 및 지속적 담수 상태 유지가 다양한 미소 서식처를 보존한 결과로 해석된다. 깔따구과의 개체수는 관행논보다 낮은 비율을 보였으나, 풍년새우과, 또아리물달팽이과, 물달팽이과 등 다양한 분류군이 균형적으로 분포하였다. 특히, 분얼기 조사에서 Sigara속(물벌레과)을 포함한 물벌레류의 개체수가 두드러지게 증가하였다. 풍년새우는 친환경논에서만 다수 관찰되는 특징을 보였는데 이는 화학 농약의 부재와 지속적 담수가 적합한 미소 서식처를 제공했기 때문으로 판단된다. (Table 7). 친환경 농법이 수서생물 다양성 증진에 기여함을 확인하는 동시에, 식물상에서는 농법 그 자체보다는 지역별 제초 전략과 수문 관리 방식의 차이가 군집 구조 결정에 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 친환경 재배에서 제초 방법(왕우렁이 투입, 심수관개 등)과 환경 관리의 차이가 수서생물 군집 구조에 직접적인 영향을 미쳤음을 시사한다. 관행논은 특정 과에 의한 단순화된 군집 구조를 보인 반면, 친환경논은 다양한 과와 속이 공존하는 다층적 군집 구조를 유지하는 경향이 확인되었다. 따라서 충청지역 논 생태계에서 농법 변화에 따른 생태적 반응을 평가할 때 농법 유형뿐 아니라 지역적 환경 조건과 관리 방식의 차이를 함께 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다.
요약
본 연구는 충청 지역의 친환경 및 관행 논 생태계의 식물 및 수서 생물상을 모니터링하여 농업관리 방식에 따른 영향에 대한 기초 자료를 제공하고자 수행되었다. 아산, 홍성, 천안, 예산, 청주 의 5개 지역 친환경 및 관행 재배지를 각각 1개소씩 선정하여 조사하였다. 식물상은 식물종별 피도 조사를 통해 중요치를 산정하였으며 수서생물상은 라인센서스 방법으로 모니터링하였다. 조사 결과, 식물상은 관행 재배 논에서는 9과 13속 15종, 친환경 재배는 8과 12속 13종이 조사되었다. 친환경 논은 왕우렁이 투입, 심수관개 등 관리 환경의 영향으로 특정 잡초의 우점하였다. 수서 생물상은 라인센서스 조사에서 친환경 재배 논에서 17목 27과 42종이 조사되었고 관행 재배 논에서는 15목 25과 33종이 조사되어 친환경 재배 논에서 종 다양성이 풍부하였다. 본 연구는 농법에 따른 논 생태계의 생물상 변화를 이해하는데 기초자료로 활용될 수 있다.
