Irrigated and flooded rice paddy contributes to the greenhouse gas emissions (GHG) that affect climate. This in turn affects the supply and reliability of the water needed for rice production. This dynamic makes current rice production methods foreseeably less sustainable over time while having other undesirable effects. Intermittent irrigation by a means of the system of rice intensification (SRI) and alternate wetting and drying (AWD) methods was reviewed to reduce global warming potential (GWP) from 29% to 90% depending on site-specific characteristics from flooded rice paddy and analyzed to be a promising option for enhancing the productivity of water as well, an increasingly constraining resource. Additional benefits associated with the SRI/AWD can be less arsenic in the grain and less degradation of water quality in the run-off from rice paddies. Adoption and expansion of intermittent irrigation of SRI/AWD may require costly public and private investments in irrigation infrastructure that can precisely make irrigation control, and the involvement and upgrading of water management agencies and farmer organizations to enhance management capabilities. Private and public collaboration as a means of earning carbon credit under the clean-development mechanism (CDM) with SRI/AWD for industries to meet as a part of their GHG emission quota as well as a social contribution and publicity program could contribute to adopt intermittent irrigation and rural investment and development. Also, inclusion of SRI and AWD in programs designed under CDM and/or in official development assistance (ODA) projects could contribute to climate-change mitigation and help to achieve UN sustainable development goals (SDGs).
Turnover rate of applied rice straw and rice straw compost in a rice paddy soil under the flooding and intermittent irrigation was studied. The chambers in duplicate were either planted or unplanted with rice. For planted chambers, the turnover rate to methane under the flooding increased with freshness of organic materials applied: 14.9% for RS5 (rice straw applied in May), 9.5 % for RS2 (rice straw incorporated in February), and 4.0% for RSC (rice straw compost amended in May). Similar trend was found in turnover rate to methane under the intermittent irrigation: 9.8% for RS5, 5.5% for RS2, and 2.1% for RSC. For planted chambers, turnover rate to methane under the flooding was generally 1.64 times higher than that under the intermittent irrigation. In contrast, for unplanted chambers, the turnover rate to methane under the flooding increased with freshness of organic materials applied: 8.7% for RS5, 3.3% for RS2, and 3.0% for RSC. Similar trend was observed in chambers under the intermittent irrigation: 5.4% for RS5, 3.0% for RS2, and 1.4% for RSC. For unplanted chambers, the turnover rate to methane under the flooding was generally 1.52 times higher than that under the intermittent irrigation.
Kim, Gun-Yeob;Park, Sang-Il;Song, Beom-Heon;Shin, Yong-Kwang
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.21
no.2
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pp.136-143
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2002
Emission of methane and nitrous oxide affected by nitrogen fertilizer materials were measured simultaneously in rice paddy fields under flooding and intermittent irrigation in 2000. Studies focused on mitigating $CH_4$ emission from rice paddy fields are summarized and the possibilities and limits applied to world's rice cultivation are discussed. The mitigation options are water management, soil amendments, organic matter management, different tillage, rotation, and cultivar selection. Altering water management, in particular promoting midseason aeration by short-term drainage, is one of the most promising strategies, although these practices may be limited to the rice paddy fields where the irrigation system is well prepared. The test site was divided into two water managements: a continuously flooded plot which was maintained flooded by constant irrigation from May to September, and an intermittently drained plot in which short-term (20days) draining practices were performed one times during the flooding period. By total emission of GHGs converted by global warming potential (GWP), flooding plots were higher 170$\sim$208% than interimittent irrigation plots. For emission of GHGs in fertilizer materials, it was high in the order of Swine slurry>Urea+Rice straw>Urea>LCU. Basing on GHGs emission of urea fertilization under flooding as baseline GWP of urea fertilization and Latex-coated urea under intermittent irrigation showed lower GHGs emission by 41.4% and 55.8 respectively. In this case fertilizer use efficiency (kg unhulled rice/ of applied N) were 18.2$\sim$20.2 and 18.7$\sim$19.0 and 9.3 and 5.8$\sim$6.6 for Swine slurry and LCU and Urea+Rice straw and Urea in the continuously flooded and intermittently drained plot.
Methane flux from a rice paddy in Korea was measured to study the effects of water management and rice straw application on methane emission under different water managements ; flooding and intermittent irrigation, and with or without rice straw application. Methane emission ranged from 0.066 to $0.455g\;CH_4m^{-2}d^{-1}$. Intermittent irrigation has shown a mitigation effect of methane emission, 70% in NPK plot and 47% in NPK plus rice straw plot, relative to that of flooding. Methane emission from Korean paddy was estimated as 399,590tons per year assuming that paddy fields were managed under intermittent irrigation and rice straw application. This estimation was lower than that of OECD's by 56%, Neue's by 51%, and Matthew's by 62%, while higher than that of Taylor's by 118%.
Kim, Gun-Yeob;Lee, Seul-Bi;Lee, Jong-Sik;Choi, Eun-Jung;Ryu, Jong-Hee
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.45
no.6
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pp.1173-1178
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2012
Water competition among domestic, industrial and agricultural sectors has been gradually heightened recently in Korea as the lack of water supply is expected in the near future. About 46% of nation's water use is consumed in paddy farming to produce rice. And the conservation of water resource and quality in agricultural sector is a pending issue in the nation's long term water management plan. New paddy rice farming techniques that use significantly less irrigation water are urgently required. System of Rice Intensification (SRI) that is now well known to produce more rice with less water consumption has not been tried in Korea yet. And environmental effect of SRI on greenhouse gases (GHGs) has not been well investigated. The objective of this study was to measure the effect of SRI on GHGs as well as water use and rice yield in a Korean paddy condition. Three experimental runoff plots $5{\times}15m$ in size were prepared at an existing paddy field. Runoff, GHGs emission and water quality were measured during the 2011 growing seasons while a Japonica rice variety was cultivated. Rice plants grew better and healthier in SRI plots than in continuously flooded (CF) and intermittently drained (ID) plots. Rice yield from SRI plots increased 112.8 (ID)~116.1 (CF)% compared with CF and ID plots. Irrigation requirement of SRI plots compared to CF plot reduced by 52.6% and ID plot reduced by 62.0%, meaning that about 37.9~47.4% of irrigation water could be saved. GHGs emission from SRI plots reduced by 71.8% compared to that from CF plot and by 18.4% compared to that from ID plot, meaning that SRI could help contribute to ease the greenhouse gas accumulation in the atmosphere. It was believed that SRI is a promising paddy farming technique that could increase rice yield, and reduce irrigation water requirement and GHGs emission not just in Korea but also other rice farming countries all over the world. However, it was recommended that long term studies under different conditions including rice variety, soil texture, water source, climate need to be conducted for reliable data for the development of environmental policies related to GHGs emission control and management.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.13
no.3
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pp.2322-2341
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1971
The studies were conducted to determine the methods of irrigation control which is not only able to save the irrigation water as a adaptable measures for the insufficient irrigation water and the drought but also increase the yields of rice, in the paddy field which shows over percolating tendency through the couple years of 1968 and 1969 at Suwon. These experiments were carried with late maturing rice variety, Norim No. 6 and the major treatments in this experiments were filling the clay under surface soil, periodic irrigation and lining the Vinyl under the surface soil and three replicated completely randomized design was employed. Results obtained will be summarzed as follows. 1. Through the couple years, the plots tilled the clay under 15cm of the surface soil saved the irrigation water by 364% to 45% and 78% to 88% respectively. Particulary, the plot of filling the clay with 9cm thick under 15cm of the surface soil, saved the amount of irrigation water by 45% to 88% and also increased yields by 12% to 20% through the couple years. 2. The plots in which amount of 40mm of irrigation water is irrigated periodically from 5 to 8 days at the stages of tillering and ripening, saved theamount of irrigation water by 41% to 55% and also increased yields by 10% to 16% respectively through the couple years. 3. The plot lined the Vinyl under 15cm of the surface soil, saved the amount of irrigation water by 75% to 88% in accordance with the size of hole. The plot of lining the Vinyl with $3cm/m^2$ hole yielded almost same as the check plot, but in the case of lesser hole than above yielded less. 4. The plots inserted the Vinyl paper in 57cm depth and with 6cm height from the soil surface around the plot to prevent the ridge percolation reduced the amount of percolation by 25% to 33%. 5. The plot filled the wheat straw with 6cm thick under 15cm of the surface soil increased yields by 30% in former year but opposite results were gained in later year. 6. Generally, yields and yield components such as number of spikes of spikes per hill and number of grains per spike were decreased in 1969. These faots are considered to depend upon the rainy and cold weather in the stages of vigorous tillering and less sunshine in the stages of ripening. 7. The variation of characters among the plots will be summarized as follows. (1) Tallerplant height was found in the plots of clay filling and irrigation control. (2) longer culm length and higher yields were founds in the plots filled the clay with 9cm thick and controled the irrigation periodically froir 7 to 8 days. (3) Length of spike increased generally with yields but opposite tendency was found also. (4) Number of spikes per hill increased with yields in the plots of irrigation control. (5) Number of grains per spike increased with yields in the plots filled the clay with 9cm thick and controled irrigation periodically from 5 to 8 days. (6) Tendency of variation of 1000 grain weight is similar to Number of grains per spike. (7) Percentage of complete grains increased in the plot of clay filling and irrigation control.
The comparison of water balance and nutrient loading from paddy field with different irrigation management were carried out during 1999 ${\sim}$ 2002 at two different sites; one is irrigated with groundwater and the other is irrigated with surface water. For the surface water irrigated paddy field, irrigation was performed continuously during growing season. Whereas, initial irrigation with groundwater was applied during initial growing season, and the ponded water depth was maintained by natural precipitation since initial irrigation. The runoff frequency of groundwater irrigated paddy field was less than that of surface water irrigated paddy field. The nutrient concentration of ponded water was high by fertilization at early cultural periods, so reducing surface drainage during fertilization period can reduce nutrient loading from paddy fields. Amount of irrigation water to surface water irrigated paddy field was higher than to groundwater irrigated paddy field and evapotranspiration was similar because it is influenced by climate. Overall input in and output from paddy field irrigated with goundwater were less than that with surface water. This study indicate that efficient water management can reduce surface drainage outflow, save water, and protect water quality. It might be important BMPs for paddy field.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2018.05a
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pp.32-32
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2018
최근 여러 가지 요인으로 가뭄이 빈발하고 있으며, 가뭄을 대비한 과학적 저수지 운영이 절실하다. 유입량, 관개용수량, 저수량, 하천유지유량 등 저수지 물수지를 반영하여 실제 가뭄 상황에 적용할 수 있는 시스템으로 개발하였다. 여기서, 하류 하천의 수량을 양수하여 저수량을 확보하는 양수저류를 고려하였고, 시기별 관개용수량을 간단관개, 절수관개 등의 실제 상황을 반영하도록 하였다. 또한 저수량의 장기간 변화를 관찰하여 저수지 운영의 가이드라인을 설정할 수 있도록 하였고, 하류 하천의 유량 변화도 평가할 수 있도록 하였다. 최근 수차례 가뭄을 겪은 충남 홍성에 위치한 대사저수지에 개발된 시스템을 적용하였다. 대사 저수지는 유역면적 $2.9km^2$, 유효저수량 137만$m^3$, 수혜면적 163ha에 이르며, 유역면적 $72.2km^2$인 하류하천의 와룡천으로부터 $0.057m^3/s$씩 양수하여 저수량을 확보하고 있다. 일별 저수율 자료가 있는 1991년부터 2016년까지 분석한 결과는 다음과 같다. 양수는 1월 15일부터 5월 31일까지 실시하는 것으로 하고 결과를 정리하였다. 첫째, 일 저수위를 모의하여 검증한 결과 일평균하여 관측 저수위는 EL.84.58m, 모의 저수위는 EL.85.87m이었다. 이 때 강우량은 연평균 1,275.2mm, 유입량은 718.0mm, 유출률 56.3%, 수면증발량 11.5만$m^3$, 관개용수 공급량 117.5만$m^3$, 월류량 148.9만$m^3$이었다. 둘째, 양수로 인한 유입량의 변화는 양수 전에는 연평균 209만$m^3$(유출률 56.3%)에서 양수 후 276만$m^3$(74.7%)로 증가하였고, 양수량은 67.5만$m^3$(연유입량의 32.3%)이었다. 셋째, 하류 와룡천의 유량은 양수 전에는 연평균 연유출량 5,200만$m^3$(유출률 56.5%)에서 양수 후 5,120만$m^3$(55.6%)으로 나타났다. 넷째, 양수 전에는 일평균 저수량이 47만$m^3$에서 양수 후 76만㎥으로 증가하였고, 양수저류로 인해 이수안전도는 15.4%에서 92.3%로 개선되었다. 또한 양수로 인해 저수지 유입량은 연평균 32.3% 증가하였고, 하류하천의 유량은 1.55% 감소하였다. 이상의 분석 결과로 양수저류는 가뭄대응에 상당한 효과가 있다고 평가할 수 있다. 또한 다양한 여건을 고려한 저수지 운영 가이드라인의 합리적 설정으로 보다 적극적인 가뭄대응이 필요하다고 본다. 물관리 현황은 지구별, 저수지별로 다양하다. 향후 현장 상황에 적합한 물관리 방법을 적극 모색해야 하며, 자연과 인간의 평등한 물 이용 환경조성에, 여기 개발한 도구가 일정 부분 유용할 것이라 판단한다.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2011.05a
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pp.462-462
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2011
1994년에 발효된 기후변화협약에서 우리나라는 선발 개도국으로 분류되어 온실가스 의무감축 대상국에서 제외되었으나 제2차 공약기간 (2013~2017년)부터는 온실가스 감축 의무이행이 불가피할 것으로 예상되어 그 대응책 마련이 시급한 실정이다. 현재 국내에서는 국제기준에 부합하는 온실가스 배출량 통계자료 구축을 위한 기초연구가 다양하게 수행되고 있으나 온실가스 감축을 위한 시나리오 설정이나 모의실험 연구는 계획 중이거나 시작 단계에 있다. 이 중 농경지에서의 온실가스 배출은 환경조건에 따라 온실가스를 배출하거나 흡수할 수 있는 양면성을 갖기 때문에 미래의 온실가스 배출을 예측하고 국내 실정에 맞는 저감방안을 수립하기 위해서는 다양한 조건을 적용하여 온실가스 배출량을 모의할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 작물생육과 토양환경의 상호작용을 고려하여 농업생태계 내에서의 온실가스 배출을 모의하는 DNDC (Denitrification-Decomposition)를 이용하여 다양한 물관리 방식을 적용하여 벼 재배시 논에서의 온실가스 배출량을 산정하고 그 결과를 비교하고자 하였다. 물관리 방식에 따른 온실가스 배출 모의를 위해 관개시기를 조정하여 상시담수와 간단관개시의 시나리오를 적용하고, 담수심의 깊이에 따라 심수관개시와 최소 담수심 시나리오를 적용하여 온실가스 배출량을 산정하였다. 이는 향후 농경지를 대상으로 관개 방식 개선을 통해 온실가스 배출량을 감축하고 지속가능한 토지이용방안을 모색하는데 기초자료로 활용할 수 있을 것이라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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