Assessing Impacts of Global Warming on Rice Growth and Production in Korea

지구온난화에 따른 벼 생육 및 생산성 변화 예측

This study was carried out to evaluate spatial variations in rice production areas by simulating rice growth and yield with CERES-Rice growth model under GCM $2{\times}CO_2$ climate change scenarios. A modified window version(v4.0) of CERES-Rice was used to simulate the growth and development of three varieties, representing early, medium, and late maturity classes. Simulated growth and yield data of the three cultivars under the climate for 1971 to 2000 was set as a reference. Compared with the current normal(1971 to 2000), heading period from transplanting to heading date decreased by 7~8 days for the climate in $2^{\circ}C$ increase over normal, and 16~18 days for the climate in UKMO with all maturity classes, while change of ripening period from heading to harvesting date was different with maturity classes. That is, physical maturity was shortened by 1~3 days for early maturity class and 14~18 days for late maturity class under different climate change scenarios. Rice yield was in general reduced by 4.5%, 8.2%, 9.9%, and 14.9% under the climate in $2^{\circ}C$, $3^{\circ}C$, $4^{\circ}C$, and about $5^{\circ}C$ increase, respectively. The yield reduction was due to increased high temperature-induced spikelet sterility and decreased growth period. The results show that predicted climate changes are expected to bring negative effects in rice production in Korea. So, it is required for introduction of new agricultural technologies to adapt to climate change, which are, for example, developing new cultivars, alternations of planting dates and management practices, and introducing irrigation systems, etc.

본 연구에서는 미국에서 개발되어 IBSNAT(International Benchmark Site Network for Agrotechnology Transfer) 사업에 의해 국제적으로 널리 보급된 DSSAT 패키지(CERES-Rice 모형)의 최근 윈도우 버전(DSSAT v4)을 국내에 도입하여, 우리나라 벼 품종과 기상요소, 그리고 국립농업과학원의 정밀농업토양자료 등을 적용하여, 출수생태형별 품종유전모수를 추정한 후, GCM 기후시나리오에 따른 벼 생육 및 생산량의 변동을 시뮬레이션 방법으로 평가하였다. 온도가 상승함에 따라 출수 기간은 단축하는 것으로 조사되었다. 온도가 $2^{\circ}C$ 상승하였을 때는 7~8일 단축되는 것으로 모의되었고, $5.2^{\circ}C$ 상승하는 UKMO 기후시나리오를 적용하면 최대 16~18일 단축되는 것으로 추정되었다. 출수 기간은 출수생태형의 구분 없이 온도 상승에 따라 비슷하게 단축되는 것으로 분석되었지만, 벼 등숙 기간의 변화는 출수생태형에 따라 다른 경향을 나타내었다. 즉, 생육 기간이 길은 중만생종의 출수 기간은 온도 상승 정도에 따라 14~18일 짧아졌는데 반하여, 생육 기간이 짧은 조생종의 경우에는 1~3일 짧아져, 단축 정도가 상대적으로 적은 것으로 조사되었다. 온도가 30년 평년 기후(1971~2000년)보다 $2^{\circ}C$와 $3^{\circ}C$ 상승하는 조건에서, 전국적인 평균 벼 수량은 평년 기후에 의해 추정된 것보다 각각 4.5%와 8.2% 감소하는 것으로 전망되었고, $CO_2$ 배증에 따라 온도 상승을 가장 높게 예측하는 UKMO 전지구 기후변화모델을 적용하여, 전국적으로 벼 수량을 모의하였을 때는 평년기후에 적용하여 추정한 수량보다 전국 평균 14.9% 감소하는 것으로 분석되었다. 이는 온난화로 인한 등숙 기간의 단축뿐 아니라 고온에서의 임실율 저하, 그리고 야간고온에 의한 호흡손실 때문인 것으로 판단된다. 따라서 지역별 정밀농업기후 추정과 이에 근거한 최적 품종의 선택, 이앙기 및 수확기 등 생육 기간의 조절 등 온난화 대응기술의 개발이 필요하다.