북한 지역별 기온 자료를 활용한 벼 안전 재배 시기 분석
양운호*⋅강신구⋅김숙진⋅최종서⋅박정화1) 농촌진흥청 국립식량과학원 재배환경과
(2018년 4월10일 접수; 2018년 6월 24일 수정; 2018년 6월 25일 수락)
Assessment of the Safe Rice Cropping Period Based on Temperature Data in Different Regions of North Korea
Woonho Yang
*, Shingu Kang, Sukjin Kim, Jong-Seo Choi and Jeong-Hwa Park Crop Cultivation and Environment Research Division, National Institute of Crop Science,
Rural Development Administration, Suwon 16429, Korea
(Received April 10, 2018; Revised June 24, 2018; Accepted June 25, 2018)
ABSTRACT
The probability of safe cropping and the major phenological stages in rice were assessed using daily mean temperature data from 1981 to 2016 at 27 sites in North Korea. The threshold temperatures for early marginal transplanting date (EMTD), marginal harvesting date (MHVD), safe marginal heading date (SMHD), and cumulative temperature-based heading date (CTHD) were set to be 14
oC, 13
oC, 22
oC for 40 days after heading, and cumulative temperature of 1200
oC to MHVD, respectively. The safe heading date (SHD) was assumed to be either SMHD or CTHD whichever was earlier. It was also assumed that the minimum requirement for the suitability of safe rice cropping was met when both SMHD and CTHD appeared along with the time period of 60 days or more from EMTD to SHD. It was analyzed that 17 sites (Kaesong, Haeju, Yongyon, Singye, Sariwon, Nampo, Pyongyang, Anju, Kusong, Sinuiju, Changjon, Wonsan, Hamhung, Pyonggang, Huichon, Supung, Kanggye) had 90% or higher probability, two sites (Yangdok, Sinpo) had 80-90% probability, and eight sites (Kimchaek, Chunggang, Chongjin, Sonbong, Changjin, Pungsan, Hyesan, Samjiyon) had less than 80% probability of the safe rice cropping. For each region, the representative EMTD, SHD, and MHVD were analyzed using the 80 percentile of total years tested. The ranges for EMTD, SHD, and MHVD were May 4 in Sariwon∼May 24 in Sinpo, June 21 in Kanggye∼August 11 in Haeju, and September 17 in Kanggye∼October 16 in Haeju and Changjon, respectively. Time durations from EMTD to SHD and from SHD to MHVD were 67∼97 days and 57∼72 days, respectively, depending on the regions. This study would facilitate modeling efforts for rice yield simulation in future studies. Our results would also provide basic information for practical researches on the rice cropping system in North Korea.
Key words: Early marginal transplanting date, Marginal harvesting date, North Korea, Rice cropping period, Safe heading date, Temperature
* Corresponding Author : Woonho Yang ([email protected])
DOI: 10.5532/KJAFM.2018.20.2.190
ⓒ Author(s) 2018. CC Attribution 3.0 License.
Ⅰ
. 서 론북한은 1946년 전면적 토지 개혁을 실시하였고, 1958년 말에는 농촌을 지역 단위로 묶어 협동농장 체 제를 완성하였으며, 1980년대 중반 이후에는 농업의 과학화를 추진하는 등 나름대로 농업의 발전을 이루어 왔다(Lim et al., 1990a). Lim et al.(1990b)은 북한의 농업 현황을 종합하여, 농업 인구, 경지 면적, 시설 기 반 등을 제시한 바 있다. 북한의 경지에 대하여 Lim
et al.(1992)은 논이 645천 ha이고, 밭이 1,469천 ha로
밭작물 위주의 재배가 이루어지고 있다고 보고하였다. 그러나 북한은 식량 기근을 겪으면서 뙈기밭 조성과 벌목이 극심하였고, 그에 따른 토양 유실 등으로 국토 가 매우 황폐화되었다(Choe, 1998). 이후 2000년대 중 반 북한의 식량 생산은 최소 소요량 기준 100만톤, 권 장 소요량 기준 200만톤이 부족한 상황이었으며, 식량 생산성이 침체된 요인으로 토양, 관개수, 비료, 농약 등과 같은 생산 기반 취약과 협동농장 체제의 생산의 욕 상실과 같은 정책 실패가 제시되었다(Yoon, 2006).이와 같은 북한의 식량 부족 문제는 최근까지도 지속 되고 있는 것으로 알려져 있으며(FAO, 2015), 한반도 통일 상황을 가정하면 남한의 낮은 곡물 자급률과 결 부되어 식량 문제가 국가적 현안으로 대두될 것이라 예측할 수 있다.
통계청 자료에 의하면(KOSIS, 2018), 2012∼2016 년 평균 북한의 쌀 생산성은 남한 대비 71% 수준이다.
남한과 비교하여 북한의 쌀 생산성이 낮은 환경적, 재 배적 원인은 낮은 기온 및 기상재해와 같은 기후적 부적합, 비료 및 농약과 같은 농업 자재 부족, 그리고 재래식 육묘 방법에 따른 본답 기간의 단축 등과 같은 재배기술 투입의 비효율성 등이 있다. 한반도 통일 상 황을 전제하면, 이들 요인들 중 농자재 부족 문제는 공급 증대를 통해 비교적 쉽게 해결할 수 있을 것으로 판단해 볼 수 있으며, 가뭄이나 홍수와 같은 자연재해 의 경감은 수리시설의 확충이나 산림녹화와 같은 기반 정비 측면에서 접근할 수 있을 것이다. 그러나 노지에 서 재배되는 벼의 특성상 기온이나 일장의 차이와 같 은 기상 요인은 기반적 수단으로 조절할 수 없다. 작물 의 재배는 환경 자원의 활용을 높여 목표 특성을 향상 시키는 기술의 적용이 중요하므로, 기상 환경과 재배 를 따로 분리하여 접근하기 어렵다.
그간 벼 분야에서는 북한 품종에 대하여 내냉성 평 가(Jeong et al., 2000), 시비 반응(Park et al., 1999),
출수 생태 특성(Noh et al., 1997; Yang et al., 2001;
Yang et al., 2004) 등에 대한 보고가 있었으며, 남한 품종의 북한 지역에 대한 적응성 모형 분석과(Kim et
al., 2002) 지역별 적산온도에 적합한 품종 배치 모형
에 대하여도 보고된 바 있다(Yoon et al., 2005). 북한 의 농업 지대에 대하여 Yoon and Kim(2006)은 1980 년대에 수정된 8개 농업 지대와 평양 근교 지구에 대 하여 기후 특성을 제시하였다. 이후 Ryu et al.(1996) 은 4∼6월의 강우량, 8월의 평균기온, 7∼9월의 기온 및 생육 기간에 근거하여 북한의 벼 재배 지대를 7개 로 구분하고, 남한과 연결되는 2지대를 추가하여 9개 로 분류하였다. 연구 문헌에 보고되지는 않았지만, 최 근에는 북한농업과학원 홍보관의 전시물을 기반으로 북한의 지대를 7개로 구분하여 농업에 활용하고 있는 것으로 알려져 있다. 북한의 5대 강과 산맥 체계를 활 용하여 북한 지역을 21대 대권역, 93개 중권역, 885개 소구역으로 세분화한 표준 유역도가 제작되기도 하였 다(Kim and Yun, 2011b).북한의 기상 모형 연구 결과도 일부 보고되었다.
Yun(2000)은 남한 지역을 기준으로 강수량 예측 모형 을 설정하고, 이를 북한 지역에 적용하여 강수기후도를 제작하였으며, Kim and Yun(2011a)은 북한 지역에 PRISM 모형을 구동하고 보정 값을 적용한 강수기후도 를 제시하였다. 북한 지역의 일사량 분포도는 Yun and Lee(2000)에 의하여 처음 작성된 후, Choi and Yun(2011)이 남한의 실측 일사량과 위성 영상으로 추 정한 일사량의 선형 관계식을 북한 기상대의 위치 좌표 에 해당하는 위성 영상에 적용하고 일사량 값을 보정하 여 일사량 분포도를 제작하였다. 이와 같은 기상 정보 연구 결과는 기후 자원의 효율적 활용 측면에서 기여하 는 바가 크다 하겠다. 기상 정보와 벼 재배에 관한 모형 연구도 시도되었는데, Yun and Lee(2000)는 북한 지 역의 기온, 강수량, 일사량 분포와 CERES-rice 모형을 이용하여 북한의 극조생종인 선봉9호는 20개 지역, 조 생종인 애국9호는 59개 지역, 중생종인 평양15호는 63 개 지역을 제외한 나머지 지역에서 정상 생육이 가능한 것으로 보고하였다. 이와 같은 기상 자료의 활용 연구 는 남한의 벼 재배 적용에도 많이 시도되었는데, 최근 Lee et al.(2014)은 남한 51개 지역에 대하여 1971∼
2000년과 1981∼2010년의 평균기온과 일조시간을 기 반으로 벼의 생산성을 추정하고, 과거보다 출수한계기 와 이앙한계기가 늦어지기 때문에 2모작 가능 지역이 증가할 것으로 예측하였다.
북한의 기상은 27개 지점에서 관측되고 있으며, 관측 자료가 세계기상기구(World Meteorological Organization) 에 보내진다. 우리나라에서는 기상청에 서 세계기상기구의 북한 기상자료를 제공받아 서비스 하고 있기 때문에, 결측 자료가 있기는 하나 북한 기상 정보에 대한 접근이 비교적 용이하다. 그러나 북한의 벼 재배와 생산성은 UN의 식량농업기구(Food and Agricultural Organization)의 보고서를 통해 도별로 제공되고 있어 세부 지역별 생산성에 대한 정보가 부 족할 뿐 아니라, 그나마도 정보를 북한 정부에서 제공 하는 자료와 농가 또는 협동농장과의 면담에 의존하고 있어 자료의 신뢰성 문제가 제기되기도 한다.
특정 지역에서 재배 시기와 기간이 설정되어야만 그에 적합한 품종이나 재배기술의 투입이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 북한 지역에서 벼의 재배를 검토하기 위해서는 그 지역의 환경에 적합한 재배 시기와 기간 을 먼저 고려해야 한다. 따라서 북한 지역별로 기후 자원을 효과적으로 활용할 수 있는 벼 재배 시기를 설정한다면, 쌀 생산성 증대를 위한 기본 정보를 구축 할 수 있다. 현재, 벼 재배 기간 중 이앙기, 출수기, 등숙기와 같은 주요 생육 단계의 기준 온도에 대한 연구 결과가 축적되어 있다. 출수 소요일수에 대한 일 조시간이나 일사량의 영향도 일부 보고되어 있기는 하 나(Lee et al., 2014; Kim et al., 1991), 이들은 출수 소요일수에 대한 영향이 매우 적을 뿐 아니라 연도와 시기에 따라 불규칙한 강우로 인해 변이가 매우 크기 때문에 재배 시기 결정을 위한 기준 자료로 활용하기 에 어려움이 있다. 이에 본 연구는 북한의 기온 자료에 벼 주요 생육 단계의 기준 온도를 적용하여 1) 지역별 주요 생육 시기와 기간의 연차 변이를 분석하고, 2) 분석한 생육 시기와 기간에 근거하여 지역별 안전 재 배 가능성을 제시하며, 3) 벼 재배 지역별로 안전 생육 시기를 설정하기 위하여 수행하였다.
Ⅱ
. 재료 및 방법2.1. 기온 자료 수집
기온 자료는 기상청 기상정보포털에서(KMA, 2017) 북한 27개 기상 관측 지역을 대상으로 1981년부터 2016년까지 36년간의 일별 자료를 수집하여 분석을 위한 기본 자료로 활용하였다. 각 지역별 관측 지점의 지리적 위치는 Table 1과 같다.
수집된 자료는 대부분의 지역에서 결측일이 발견되 었는데, 벼 재배 기간인 5∼10월의 기간 중 27개 지역 평균 연도별 결측 자료 비율은 Fig. 1과 같다. 결측 자료는 1997∼2000년과 2005∼2006년에 10% 이상 으로 많았으며, 이 기간 중 특히 김책, 중강, 풍산, 신계 지역에서 결측 자료가 많았다. 이외의 연도에서는 평 균 10% 미만의 자료가 결측 되었다.
2.2. 벼 재배 적용을 위한 기온 자료 보정 결측 자료가 있는 수집 자료를 그대로 벼 재배에 적용하면 기온의 왜곡으로 오류가 발생하기 때문에, 결측 자료의 영향을 최소화하기 위하여 데이터의 보정 이 필요하였다. 일 평균기온 값은 당일 관측 값이 있고 당일을 포함하여 이후 5일간 관측된 자료가 80% 이상 일 때만 활용하였으며, 그렇지 않을 경우에는 미관측 으로 처리하였다. 출수 후 1∼40일간의 평균기온은 벼 등숙 적온과 출수기의 설정에 중요하기 때문에 당일 관측 값이 있고 40일간 관측 자료가 90% 이상일 때만 평균기온 값으로 활용하였으며, 이를 충족하지 않는 경우는 미관측으로 처리하였다. 출수 후 적산온도는 충분한 등숙을 위해 중요한 지표가 된다. 특히, 적산온 도는 결측 자료가 있는 경우 그대로 값에 적용되기 때문에 출수 후 적산온도는 당일 관측 값이 있고 날짜 경과에 따라 관측 자료가 95% 이상일 때만 적산 값으 로 활용하였으며, 이를 하나라도 충족하지 않으면 미 관측으로 처리하였다. 이러한 방법으로 보정된 기온 자료를 각 지역별로 연도별 벼 재배에 적용하기 위한 기본 자료로 이용하였다.
2.3. 연도별 벼 주요 생육 시기 설정
연도별 벼의 생육 시기는 안전 조기 이앙 한계기, 안 전 출수 한계기, 등숙 적산온도 기준 출수기, 수확 한계 기를 평균기온에 근거한 작물학적 기준에 따라 설정하 였는데, 재배의 안전성에 주안점을 두고 적용하였다.
2.3.1. 안전 조기 이앙 한계기
안전 조기 이앙 한계기는 4∼6월 중 보온절충못자 리 묘의 안전 착근 한계 온도인 14oC를(Lee, 1986) 기준으로 하였다. 기온 자료 분석 시, 평균기온이 위의 기준 온도 이상으로 일시적으로 상승한 후 다시 기준 온도 미만으로 낮아지는 등락이 빈번하게 관찰되었다.
따라서 안전 조기 이앙 한계기는 전일 기준 온도 미만,
Agricultural zone† Site Latitude (N) Longitude (E) Elevation (m) Southern Suyang Mt. Kaesong 37° 58´ 126° 34´ 70
Haeju 38° 02´ 125° 42´ 81
Northern Suyang Mt.
Yongyon 38° 09´ 124° 53´ 5
Singye 38° 30´ 126° 32´ 100
Sariwon 38° 31´ 125° 46´ 52
Nampo 38° 43´ 125° 23´ 47
Pyongyang 39° 02´ 125° 47´ 38
Anju 39° 37´ 125° 39´ 27
Kusong 39° 59´ 125° 15´ 99
Sinuiju 40° 06´ 124° 23´ 7
South eastern coastal
Changjon 38° 44´ 128° 11´ 35
Wonsan 39° 11´ 127° 26´ 36
Hamhung 39° 56´ 127° 33´ 38
Central mountainous
Pyonggang 38° 25´ 127° 17´ 371
Yangdok 39° 13´ 126° 39´ 279
Huichon 40° 10´ 126° 15´ 155
Supung 40° 27´ 124° 56´ 83
North eastern coastal
Sinpo 40° 02´ 128° 11´ 19
Kimchaek 40° 40´ 129° 12´ 23
Chongjin 41° 47´ 129° 49´ 43
Sonbong 42° 19´ 130° 24´ 3
Northern inland Kanggye 40° 58´ 126° 36´ 306
Chunggang 41° 47´ 126° 53´ 332
Northern apline
Changjin 40° 22´ 127° 15´ 1,081
Pungsan 40° 49´ 128° 09´ 1,206
Hyesan 41° 24´ 128° 10´ 714
Samjiyon 41° 49´ 128° 18´ 1,386
† Agricultural zone is based on the Academy of Agricultural Sciences, D.P.R.K.
Table 1. Geographical location of the sites for temperature data collection in North Korea
* KC, Kimchaek; CG, Chunggang; PS, Pungsan; SG, Singye.
Fig. 1. Missing data during the rice cropping period from May to October in North Korea. Data are means
of 27 sites and error bars represent maximum and minimum data for each year.당일 기준 온도 이상, 당일 포함 이후 10일간의 관측 자료 90% 이상, 같은 기간 중 기준 온도 이상의 평균 값과 최저 일 평균기온 10℃ 이상을 모두 충족하는 최초의 날짜로 설정하였다.
2.3.2. 안전 출수 한계기
최근 벼의 정상적인 등숙을 위한 출수 만한기의 기 준 온도가 출수 후 40일간 평균 20oC인 것으로 보고되 었다(Kim et al., 2014). 그러나 본 연구에서는 재배의 안전성에 주안점을 두고, 등숙 적온인 출수 후 40일간 22oC를 기준으로 안전 출수 한계기를 설정하였다 (Kim, 1983; Tanaka, 1950; Yun and Lee, 2001). 이 기준은 Lee et al.(2014)의 보고에서 적용한 출수 후 40일간 적산온도 880oC와 같다. 안전 출수 한계기 설 정 방법은 당일 후 40일간 평균기온 기준 온도 이상, 익일 후 40일간 평균기온 기준 온도 미만, 당일 후 40 일간 관측 자료 90% 이상, 당일 후 40일간 평균기온 22℃ 도달 후 5일 연속 40일간 평균기온 기준 온도 미만을 모두 충족하는 최종 날짜로 하였다. 이 때 안전 조기 이앙 한계기의 10일보다 짧은 5일을 기준으로 한 것은 봄철 이앙기보다 안전 출수 한계기의 출현 시기에 온도 등락의 정도와 지속 기간이 짧았기 때문 이다. 이와 같은 방법의 적용은 특정일에 출수 후 40일 간의 평균기온이 기준 온도에 부합하고 다음 날은 기 준 온도 미만으로 떨어졌다가 다시 기온이 상승하여 안전 출수 한계기가 재출현 하는 현상을 방지하지 위 한 것이었다.
2.3.3. 수확 한계기
수확 한계기는 평균기온이 13℃ 이상으로 유지되는 시기를 기준으로 하였다. 자포니카 벼의 등숙 한계 저 온에 대하여 등숙 초기는 9.4∼10.1℃이고 등숙 후기 는 4∼5℃라는 보고와(Ebata, 1990), 등숙 기간 전체 기간 중 9∼13℃라는 보고가 있는데(Kim et al., 2003), 본 연구에서는 안전 등숙을 고려하여 13℃를 기준으로 선택하였다. 수확 한계기의 설정은 당일 기 준 온도 이상, 익일 기준 온도 미만, 당일 포함 5일간 관측 자료 90% 이상, 당일 이후 5일간 평균기온 기준 온도 미만을 모두 충족하는 최종 날짜로 하였다. 이 때 5일간을 기준으로 한 것은 안전 출수 한계기의 설 정과 같은 이유 때문이었다.
2.3.4. 안전 출수기
우리나라 일반형 벼 품종의 수량과 품질 향상을 감 안한 적정 등숙 적산온도는 품종에 따라 1100∼
1200oC로 보고되었다(Chae and Jun, 2002; Kim et
al., 2005). 이를 고려하면, 벼가 출수 후 40일간의 평
균기온에 근거한 안전 출수 한계기에 출수하여도 40 일 이후 저온에 처하게 되면 수확한계기 이전까지의 등숙 적산온도가 부족할 수 있다. 따라서 수확 한계기 부터 역산하여 적산온도가 1200℃ 이상에 도달하는 최초의 날짜를 구하고, 이 시기를 등숙 적산온도 기준 출수기로 표현하였다. 적산온도는 결측 자료가 있을 경우 직접적으로 영향을 미치기 때문에 관측 자료가 95% 이상일 때만 적용하였다. 출수 후 40일간의 평균 기온 22oC 이상과 수확 한계기까지 등숙 적산온도 1200oC를 모두 충족하는 출수기를 설정하기 위하여, 안전 출수 한계기와 등숙 적산온도 기준 출수기 중 먼저 출현한 날짜를 구하고, 본 연구에서는 이 시기를 안전 출수기로 칭하였다.2.4. 지역별 벼 안전 재배 가능성 분석
2.4.1. 분석 제외 연도
위에 분석한 주요 생육 시기 중 하나라도 미관측, 생육 시기 분석 대상 기간 중 평균기온의 관측 수가 90% 미만, 적산온도의 관측 수가 95% 미만인 연도는 각 지역의 벼 재배 가능 여부 평가와 안전 생육 시기 및 기간 분석에서 제외하였다. 또한 관측 수가 기준 이상이더라도 지역별 1981∼2016년의 각 생육 시기 출현일 범위의 기간 중 당해 연도의 일별 관측 자료가 90% 미만인 해는 분석에서 제외하였다. 예들 들면, 어떤 한 지역에서 특정 연도에 안전 조기 이앙 한계기 의 분석 기간인 4∼6월 중은 결측 자료가 10% 미만이 었지만, 1981∼2016년의 안전 조기 이앙 한계기가 해 에 따라 5월 10일∼25일로 차이를 보였고 그 기간 중 해당 연도의 결측 자료가 10% 이상인 경우는 자료 분석의 오류 방지를 위하여 제외하였다. 이와 같은 방 법을 적용하였을 때 해당되는 연수는 지역별로 Fig.
2와 같으며, 이 자료를 지역별 벼 안전 재배 가능성과 안전 생육 시기의 분석에 활용하였다. 지역간 비교를 위해서는 모든 지역에서 자료가 관측된 연도만 비교해 야 하지만, 그럴 경우 모든 지역에서 1996∼2009년이 배제되어 자료의 연속성에 문제가 생길 뿐 아니라 본
연구는 각 지역의 생육 시기 제시를 목적으로 하였으 므로, 지역별로 분석 가능한 해는 모두 포함하였다.
2.4.2. 벼 안전 재배 빈도 분석
북한 지역별 벼 재배 가능성을 알아보기 위하여, 우선 각 지역에서 Fig. 2에 해당하는 연도별로 재배 가능성을 분석하였다. 이를 위하여 안전 출수 한계기 의 출현, 안전 출수기의 출현, 안전 조기 이앙 한계기
∼안전 출수기 기간 최소 60일을 모두 충족하는 조건 으로 평가하였다. 첫째 조건의 이유는 안전 출수 한계 기가 출현하지 않을 경우 어느 시기에 출수하여도 출 수 후 40일간의 평균기온이 등숙 적온 미만으로 경과 한 것을 의미하기 때문이다. 둘째 조건은 출수 후 40 일간의 등숙 적온과 출수기∼수확기의 적산온도 1200oC를 모두 충족하기 위한 것이다. 셋째 조건은 출수 전 벼의 생장량 및 sink size와 관련된 특성으로 서, 이앙기∼출수기의 기간이 짧아지면 생장량이 적
어진다. 일정한 수량을 확보하기 위한 최소 생육 기간 에 대한 보고는 거의 없는 실정이다. 그러나 남한보다 북한 지역의 기온이 낮은 점을 고려하면 북한에는 조 생종과 중생종 위주의 재배가 적합할 것으로 판단해 볼 수 있으며, 재배 가능성의 평가는 생육 기간이 짧은 조생종을 기준으로 판단할 수 있겠다. 현재까지 남한 의 저온 지대인 중북부 중산간지에서 보고된 이앙기∼
출수기의 기간은 극조생종인 조품에서 60일이고, 백 일미에서 55일로 가장 짧다(Nongsaro, 2018). 북한에 는 남한의 중북부 중산간지보다 저온 지역이 존재하 므로 이 기준이 모든 지역에 적용될 수는 없겠으나, 본 연구에서는 현재까지 육성된 품종 중 가장 짧은 55일의 출수 소요 일수와 북한 지역의 저온을 감안하 여 60일을 기준으로 하였다. 이와 같은 방법으로 각 지역에 대하여 연도별로 재배 가능 여부를 평가한 후, 전체 분석 햇수에 대한 안전 재배 가능 햇수의 비율을 분석하였다.
Fig. 2. Number of years used to analyze mean temperature data in relation
to the major growth periods of rice at different sites in North Korea. Numeric data are the number of years out of total 36 years from 1980 to 2016.2.5. 벼 재배 지역의 주요 안전 생육 시기와 생육 기간 설정
각 지역에 대하여 연도별로 분석한 주요 생육 시기 는 연차간 기온의 차이에 따라 변이를 보이기 때문에, 지역별 생육 시기를 제안하기 위해서는 각 생육 시기에 대한 대표 날짜의 설정이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 재배의 안전성에 주안점을 두고, 안전 재배 가능 빈도가 80% 이상인 지역을 대상으로 안전 조기 이앙 한계기, 안전 출수기, 수확 한계기를 설정하였다.
이 때 안전 조기 이앙 한계기는 80% 이상이 출현하는 늦은 시기, 안전 출수기와 수확 한계기는 80% 이상이 출현한 이른 시기로 하였다. 이와 같이 설정된 지역별 생육 시기를 기준으로 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출 수기, 안전 출수기∼수확 한계기의 기간을 산출하였다.
Ⅲ
. 결과 및 고찰3.1. 북한 지역별 벼 주요 생육시기의 변이 북한 27개 기상 관측 지역별로 안전 조기 이앙 한계 기, 안전 출수 한계기 및 수확 한계기의 연차간 분포는 Fig. 3과 같다. 안전 조기 이앙 한계기의 중위 값은
개성 등 수양산 이남지대, 용연 등 수양산 이북지대, 장전 등 동해안 남부지대, 평강 등 중부 산간지대 및 북부 내륙지대의 강계에서 4월 하순∼5월 상순에 출 현하였다(지대구분 Table 1 참고). 안전 조기 이앙 한 계기의 출현이 가장 늦은 지역은 북부 고산지대에 속 하는 삼지연, 장진, 풍산으로, 출현 시기가 6월 상순∼
중순이었다. 안전 조기 이앙 한계기의 상한 값과 하한 값의 차이는 장전에서 46일로 가장 컸고, 신계에서 21 일로 가장 적었으며, 27개 지역 평균 32일을 보였다.
안전 출수 한계기는 북부 고산지대인 장진, 풍산, 삼 지연에서는 한 해도 출현하지 않았으며, 출현한 지역 중에서는 혜산, 청진, 선봉, 강계, 중강에서 중위 값이 7월 상순∼중순으로 빨랐다. 이외의 지역에서는 중위 값이 8월 상순∼중순에 출현하였으며, 해주에서 8월 16일로 가장 늦었다. 안전 출수 한계기의 상한 값과 하한 값의 차이는 중강에서 26일로 가장 컸고, 청진에 서 11일로 가장 적었으며, 24개 지역 평균 19일이었다.
수확 한계기의 중위 값은 삼지연에서 8월 하순으로 가장 빨리 출현하였고, 다음으로 양덕, 선봉, 강계, 중 강, 장진, 풍산, 혜산에서 9월에 출현하였으며, 해주와 장전에서 10월 20일∼21일로 가장 늦었다. 수확 한계 기의 상한 값과 하한 값 사이의 범위는 풍산에서 33일
Fig. 3. Distribution of early marginal transplanting date (EMTD, open boxes), safe marginal
heading date (SMHD, light grey boxes), and marginal harvesting date (MHVD, dark grey boxes) of rice at different sites in North Korea. Data represent the distribution of years for each site. The SMHD did not appear in Changjin, Pungsan, and Samjiyon.로 가장 컸고, 선봉에서 16일로 가장 적었으며, 27개 지역 평균 24일을 나타내었다.
위의 언급한 생육 시기의 상한 값과 하한 값의 범위 는 안전 조기 이앙 한계기, 수확 한계기, 안전 출수 한계기 순으로 컸다. 범위는 각 생육 시기가 출현하는 시기에 기온의 연차 변이의 크기를 나타내므로, 상대 적으로 안전 조기 이앙 한계기가 출현하는 시기는 연 도에 따라 기온의 변동이 심하고, 안전 출수 한계기와 수확 한계기가 출현하는 시기는 연도에 따른 기온의 변동이 상대적으로 적다는 것을 의미한다. 장진, 풍산, 삼지연에서는 안전 조기 이앙 한계기와 수확 한계기는 출현하였으나, 안전 출수 한계기는 분석 연도 중 한 번도 출현하지 않았다. 이 결과는 위의 3개 지역에서 는 어느 시기에 벼가 출수하여도 출수 후 40일간 평균 기온이 등숙 적온인 22oC에(Kim, 1983; Yun and Lee, 2001) 미치지 못한다는 것을 의미한다.
수확 한계기까지 등숙 적산온도를 충족하는 출수기 를 알아보기 위하여, 수확 한계기로부터 역산하여 적 산온도 1200oC 이상에 도달하는 등숙 적산온도 기준 출수기를 분석하였다(Fig. 4). 등숙 적산온도 기준 출 수기의 중위 값은 장진, 풍산, 삼지연에서 6월 중순∼
하순으로 다른 지역에 비해 일찍 나타났다. 이외의 지
역에서는 중위 값이 7월 하순∼8월 중순에 출현하였 으며, 해주에서 8월 19일로 가장 늦었다. 등숙 적산온 도 기준 출수기의 상한 값과 하한 값 사이의 범위는 출현 시기가 빨랐던 장진, 풍산, 삼지연에서 30∼40일 로 컸고, 선봉에서 12일로 가장 적었으며, 27개 지역 평균 18일이었다.
해주 등 10개 지역에서는 안전 출수 한계기가 등숙 적산온도 기준 출수기보다 빨리 출현한 연도가 많았 고, 개성 등 13개 지역에서는 등숙 적산온도 기준 출수 기가 안전 출수 한계기보다 빨리 출현한 연도가 많았 으며, 용연에서는 빈도가 같았다(Fig. 5A). 장진과 풍 산 및 삼지연에서는 안전 출수 한계기가 한 해도 출현 하지 않아 비교할 수 없었으며, 혜산에서는 전체 분석 기간 중 안전 출수 한계기가 출현했던 6년만 비교할 수 있었다.
안전 출수 한계기는 출수 후 40일의 평균기온이나 적산온도를 기준으로 설정되어 왔다(Lee et al., 2014;
Kim et al., 2007). 그러나 이 기준은 출수 후 40일의 평균기온이 적온에서 경과하고 이후 수확기까지의 기 온이 후기 등숙에 충분하다는 가정 하에서만 의미가 있다. 우리나라 품종의 쌀 수량과 품질 향상에 필요한 출수기∼수확기의 등숙 적산온도는 1100∼1200oC로
Fig. 4. Distribution of the heading date based on the cumulative temperature of 1200
oC (CTHD), as required to sufficient grain filling from heading to harvest of Korean japonica rice, calculated backwards from marginal harvesting date at different sites in North Korea.Data are the distribution of years for each site.
알려져 있다(Chae and Jun, 2002; Kim et al., 2005).
그러므로 출수 후 40일의 기온이 적온에서 경과하여 도, 이후에 저온 조건이 되어 등숙 적산온도가 충분하 지 않으면 수량과 품질이 저하된다고 할 수 있다. 본 연구에서 안전 출수 한계기가 등숙 적산온도 기준 출 수기보다 늦게 출현하는 경우가 모든 지역에서 관찰되 었다. 더욱이 비교가 가능했던 24개 지역 중 13개 지역 에서는 안전 출수 한계기가 등숙 적산온도 기준 출수 기보다 늦은 해가 더 많았다. 따라서 지역에 따라 그리 고 각 지역의 연도에 따라 안전 출수 한계기에 출수하
면 등숙 적산온도가 부족한 경우가 많이 발생하는 것 으로 분석되었다. 안전 출수 한계기와 등숙 적산온도 기준 출수기 중 빠른 시기에 벼가 출수하면 등숙 적산 온도가 충분하고, 출수 후 40일의 평균기온이 적온 이 상으로 경과한다. 등숙 적산온도가 부족해도 그렇지 만, 출수 후 40일간의 평균기온이 등숙 적온보다 높아 도 수량과 품질이 저하된다(Kim, 1983; Tanaka, 1950).
그러나 본 연구에서는 등숙 적온 이상과 등숙 적산온 도를 모두 충족하지 못하는 경우가 많았으므로(Fig.
5A), 재배의 안전성을 고려하여 안전 출수 한계기와
Fig. 5. (A) Frequency of earliness between the safe marginal heading date (SMHD)
and the heading date based on the cumulative temperature of 1200oC to marginal harvesting date (CTHD) of rice, and (B) distribution of the safe heading date (SHD), either of SMHD or CTHD appeared earlier, at different sites in North Korea.Comparisons were not made in Changjin, Pungsan, and Samjiyon due to the lack of SMHD.
등숙 적산온도 기준 출수기 중 더 빨리 출현한 시기를 안전 출수기로 설정하였다.
안전 출수기의 중위 값은 중강과 혜산에서 7월 중순 으로 가장 빨랐고, 다음으로 양덕, 청진, 선봉, 강계에 서 7월 하순이었다(Fig. 5B). 개성, 해주, 사리원 및 남포에서는 안전 출수기가 8월 중순으로 다른 지역에 비해 늦게 출현하였다. 안전 출수기의 상한 값과 하한 값의 차이는 희천에서 23일로 가장 길었고, 청진에서 10일로 가장 짧았으며, 24지역 평균 17일이었다.
3.2. 지역별 벼 안전 재배 가능성
각 지역별 조기 이앙 한계기∼안전 출수기 기간의 중위 값은 선봉과 혜산에서 60일 미만으로 가장 짧았 고, 다음으로 김책, 청진, 중강에서 80일 미만으로 짧 았다(Fig. 6). 개성, 해주, 사리원, 남포, 평양, 장전, 원 산에서는 중위 값이 100일 이상으로 다른 지역에 비해 길었으며, 나머지 지역에서는 80∼100일의 범위였다.
장진, 풍산, 삼지연을 제외한 24개 지역 중 김책, 청진, 선봉, 중강, 혜산은 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수 기의 하한 값이 60일 미만이었다.
이앙기∼출수기는 벼의 분얼이 발생하고 이삭과 영
화가 형성되어 sink size가 결정되는 시기로, 이 기간의 장단은 벼 식물체의 생장량과 관련된다(Yang et al., 2013). 따라서 안전 조기 이앙 한계기∼출수기의 기간 이 비교적 긴 지역에서는 출수 생태형의 선택 폭이 넓지만, 짧은 지역에서는 조생종만 재배될 수 있을 것 으로 판단된다. 일반적으로 남한의 중부 평야지 벼 단 작에서 출수기는 조생종에서 8월 5일까지, 중생종에 서 8월 15일까지 정도이고, 중만생종에서 그 이후이지 만, 같은 품종이라도 조기에 이앙하여 기온이 낮으면 이앙 후 출수 소요일수가 증가한다(Yang et al., 2017;
Yang et al., 2018). 그러나 기온 저하에 따른 출수 지 연 정도의 정량적 분석 연구 보고가 거의 없기 때문에, 북한 지역별 이앙기∼출수기의 기간만으로는 적응 출 수 생태형을 정확하게 제시하기 어렵다. 벼의 출수는 고온과 단일에 의해 촉진되므로(Yoshida, 1981), 기온 변화에 따른 출수 소요일수 변화의 정량적 분석을 위 해서는 이앙 시기를 고정하여 일장의 차이가 없는 조 건에서 기온만 처리하여 분석하는 추가 연구가 수행되 어야 할 것으로 사료된다.
각 지역별 분석 햇수 중(Fig. 2 참고) 안전 출수 한계기의 출현, 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수기
Fig. 6. Distribution of the number of days from early marginal transplanting date (EMTD) to safe
heading date (SHD) of rice at different sites in North Korea. Calculations were not made in Changjin, Pungsan, and Samjiyon due to lack of the SHD data.의 기간 60일 이상, 안전 출수기∼수확 한계기의 적 산온도 1200oC 이상을 모두 충족하는 벼 안전 재배 가능 연수의 비율은 Fig. 7과 같다. 전체 27개 지역 중 개성, 해주, 용연, 신계, 사리원, 남포, 평양, 안주, 구성, 신의주, 장전, 원산, 함흥, 평강, 희천, 수풍, 강 계의 17지역은 안전 재배 가능 햇수의 비율이 90%
이상으로 높아 벼 안전 재배가 가능할 것으로 사료된 다. 양덕과 신포는 안전 재배 가능 햇수의 비율이 80∼90% 범위로 벼 재배가 가능할 것으로 판단된다.
벼 안전 재배 가능 햇수가 50∼80%인 김책, 중강,
청진에서는 벼 재배의 안전성이 떨어질 것으로 생각 된다. 북부 고산지대에 속하는 장진, 풍산, 혜산, 삼지 연에서는 재배 가능 햇수가 전혀 나타나지 않았으며, 동해안 북부 지대인 선봉에서는 16%였다. 안전 재배 가능 빈도가 20% 미만인 이들 지역에서는 벼 재배가 어려울 것으로 판단된다.
본 연구에서는 지역별로 안전 출수 한계기의 출현, 등숙 적산온도 1200oC, 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수기의 기간 60일 이상을 모두 충족하는 조건으로 재배 가능 연도를 평가하였다. Lee et al.(2014)은 남한
Fig. 7. Frequency (%) of years suitable for the safe rice cropping at different sites in North Korea.
지역별 출수 한계기 변화를 분석하기 위하여, 벼의 안 전 출수 한계기를 등숙비율이 70% 이하로 떨어지는 출수 후 40일의 적산온도 840oC(내냉성 약한 품종), 800oC(내냉성 중간 품종), 760oC(내냉성 강한 품종)를 기준으로 하였고, 출수기∼수확기의 등숙 적산온도는 고려하지 않았다. 이 연구에서 적산온도는 일정한 기 간에 대한 것이기 때문에 출수 후 40일간 적산온도 840, 800, 760oC가 각각 평균기온 21, 20, 19oC와 같 다. 또한 Chae and Jun(2002)은 우리나라 일반형 벼의 품질 향상을 위한 등숙 적산온도가 품종에 따라 낮은 것은 1100oC라고 보고하였다. 그러므로 Lee et
al.(2014)이나 Chae and Jun(2002)의 낮은 적산온도를
기준으로 하면, 본 연구의 결과보다 안전 출수기가 늦 어지게 되고, 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수기의 기간이 늘어나게 될 것이다. 그러면 각 지역의 벼 재배 가능 연수도 증가하고, 그에 따라 재배 가능 지역도 확대된다. 이와 같은 기준은 벼 재배가 불안전한 지역 에서라도 쌀을 생산하여 생산량을 최대화하기 위해서 는 적용해 볼 수 있을 것이다. 그러나 본 연구에서는 재배의 안전성을 최우선으로 하여 벼 재배를 위한 최적 조건을 적용하였다. 그러므로 Fig. 7에 제시된 지역 별 안전 재배 가능 햇수의 비율은 벼 최적 등숙에 필요 한 기온 조건과 생육 기간 및 연차간 기온 변이를 모두 감안한 분석이라 할 수 있겠다.
3.3. 벼 재배 지역의 주요 안전 생육시기와 생육기간
벼 안전 재배 가능 햇수의 비율이 80% 이상인 19개 지역에 대하여 Fig. 2의 분석햇수 중 80% 이상의 비율 로 출현한 지역별 대표 안전 조기 이앙 한계기, 안전 출수기, 수확 한계기는 Fig. 8과 같다. 안전 조기 이앙 한계기는 사리원에서 5월 4일로 가장 빨랐고, 신포에 서 5월 24일로 가장 늦었다. 안전 출수기는 강계에서 7월 21일로 가장 먼저 출현하였고, 해주에서 8월 11일 로 가장 늦게 출현하였다. 수확 한계기는 강계에서 9 월 17일로 가장 빨랐고, 해주와 장전에서 10월 16일로 가장 늦었다. 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수기의 기간은 양덕에서 67일로 가장 짧았으며, 해주에서 97 일로 가장 길었다. 안전 출수기∼수확 한계기의 기간 은 양덕, 희천, 강계에서 60일 미만으로 짧았으며, 장
Fig. 8. Representative early marginal transplanting date (EMTD), safe heading date (SHD), and marginal
harvesting date (MHVD) of rice at different sites in North Korea. Data represent the dates covering 80 percentile of total years tested. EMTD are late dates, SHD and MHVD are early dates. Data in parentheses are the number of days from EMTD to SHD and from SHD to MHVD.전과 원산에서 70일 이상으로 길었다.
연도에 따른 상한 값과 하한 값의 차이가 안전 조기 이앙 한계기는 지역 평균 32일, 안전 출수기는 평균 17일, 수확 한계기는 평균 24일이었는데(Figs. 3∼6), 각 생육 시기별로 이 정도의 차이는 벼의 재배 가능 여부를 바꿀 수 있을 정도로 큰 변이이다. 어느 한 지 역에 벼 재배를 위해서는 위험 요소가 어느 정도 배제 된 재배 시기가 제시되어야 한다. 이러한 위험 요소를 어느 정도 배제할 것인가 하는 것은 그 위험 요소에 처하였을 때 영향이 어느 정도인가에 따라 달라질 수 있을 것이다. 이러한 기준의 적용은 연구자에 따라 다 르나, 일반적으로 80∼90%의 확률을 적용하였다(Lee
et al., 2014). 본 연구에서는 각 지역에서 연도별 생육
시기를 재배 안전성에 맞추어 설정하였기 때문에, 지 역의 주요 생육 시기는 분석 햇수의 80%가 출현하는 날짜를 적용하여 안전 조기 이앙 한계기, 안전 출수기, 수확 한계기를 설정하였다. 본 연구를 포함하여 일반 적으로 적용하는 80∼90%의 확률은 과학적인 근거가 미흡하다고 할 수 있다. 따라서 나머지 10∼20%의 영 향에 대한 추가 연구가 이루어진다면, 과학적인 결과 에 근거한 확률 적용이 가능할 것으로 생각된다. Fig.8에서 안전 출수기∼수확 한계기는 지역별로 기간의 차이가 있으나, 모든 경우에 출수 후 40일간의 등숙 적온 이상과 출수기∼수확기의 적산온도 1200oC 이상을 충족하므로 등숙 기간 중에는 온도의 제한이 없다고 할 수 있다. 그러나 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수 기의 기간은 적응 출수 생태형의 결정에 중요한 지표가 된다. 각 지역별로 이 기간 중의 기온과 일장 분석 및 그에 적응하는 출수 생태형에 대한 후속 연구가 이루 어진다면 지역별 적응 품종 특성의 제시에도 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구는 관개수와 같은 자원의 제약이 없다는 전 제 하에 평균기온을 이용하여 분석하였으므로 실제 적 용성에는 한계가 있다고 볼 수 있고, 북한 지역별 안전 재배 가능성과 주요 생육 시기를 분석한 것으로서 생 산성까지는 추정하지 못하였다. 그러나 벼 안전 재배 를 위한 기본 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 생산성 모의나 북한 환경 적응 기술과 같은 후속 연구를 통해 북한 지역의 생산성 증대를 위하여 적용 할 수 있는 기술의 축적이 필요할 것으로 생각된다.
적 요
본 연구는 북한 27개 기상 관측 지점의 1981∼2016 년 기온 자료에 벼 주요 생육 단계의 기준 온도를 적용 하여 지역별 벼 안전 재배 가능성을 분석하고 각 지역 의 기온에 적합한 재배 시기를 설정하기 위하여 수행 하였다. 벼 안전 재배 가능 햇수 비율은 개성, 해주, 용연, 신계, 사리원, 남포, 평양, 안주, 구성, 신의주, 장전, 원산, 남포, 평강, 희천, 수풍, 강계의 17 지역에 서 90% 이상이었고, 양덕과 신포의 2개 지역에서 80
∼90%로 벼 재배의 안전성이 높았다. 김책, 청진, 선 봉, 중강, 장진, 풍산, 혜산, 삼지연의 8개 지역은 벼 안전 재배 가능 햇수의 비율이 80% 미만으로 재배 안전성이 상대적으로 낮게 평가되었다. 특히 북부 고 산 지대에 속하는 4개 지역에서는 안전 재배 가능 연 도가 한 해도 출현하지 않았으며, 동해안 북부 지대의 선봉에서는 16%로 낮아 벼 안전 재배가 어려울 것으 로 분석되었다. 지역에 따라 안전 조기 이앙 한계기는 사리원의 5월 4일∼신포의 5월 24일, 안전 출수기는 강계의 7월 21일∼해주의 8월 11일, 수확 한계기는 강계의 9월 17일∼해주와 장전의 10월 16일 범위였 다. 안전 조기 이앙 한계기∼안전 출수기 기간은 양덕 에서 67일로 가장 짧았고, 해주에서 97일로 가장 길었 다. 안전 출수기∼안전 수확 한계기 기간은 양덕, 희 천, 강계에서 60일 미만으로 짧았고, 장전과 원산에서 70일 이상으로 길었다. 본 연구는 북한 지역별 평균기 온에 근거하여 벼 재배 지역의 안전 생육 시기와 기간 을 분석하였고, 지역별 강수량과 같은 다른 기상 요소 는 고려하지 않았으며, 생산성까지는 추정하지 못하 였다. 그러나 북한의 지역별 벼 재배를 위한 기본 정보 를 제공할 수 있을 것으로 기대하며, 생산성 모의나 북한 적응 기술에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.
감사의 글
본 논문은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 북방 지대 지역별 벼 최적 재배기술 설정, 세부과제번호:
PJ01246501)의 지원에 의해 이루어진 것임.
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abstract)Yun, S.-H., and J.-T. Lee, 2001: Climate change impacts on optimum ripening periods of rice plant and its countermeasure in rice cultivation. Korean
