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농생태학: 지속가능한 먹을거리 체계의 생태학

6장 습도와 강우

한 장소의 자연 식생은 대개 강수 상황의 믿을 만한 지표이다. 드물고 느리게 자라는 식생으로 이루어진 사막은 지역의 연간 강우가 최소치라는 걸 관찰자에게 알려준다. 열대와 온대 우림의 무성한 식생의 성장은 적어도 1년 중 대부분을 통하여 강우가 풍부하다는 걸 나타낸다. 육지 생태계의 대부분에서 물은 가장 중요한 제한 요소이기때문에 강우와 식생은 직접적인 관계가 있다. 물은 또한 농업생태계의 주요한 제한 요소이기도 하다. 농업은 충분한 강우가 있는 곳이나, 관개를 통하여 건조한 기후로 인한 제한을 극복할 수 있는 곳에서만 실행될 수 있다. 이번 장에서 우리는 세 가지 연이은 맥락에서 물을 논의한다. 그것은 대기에 존재하기 때문이고, 강수의 형태로 땅에 떨어져 다시 대기로 순환하기 때문이며, 지상의 농업생태계에 영향을 미치기 때문이다. 

대기의 물

물은 기체 형태(수증기) 또는 액체 형태(작은 물방울)로 대기 안에 존재할 수 있다. 일정한 압력에서 수증기가 포화 상태가 되고 응축되어 물방울을 형성하기 시작하기 전에 공기가 유지할 수 있는 수증기의 양은 온도에 달려 있다. 공기의 온도가 떨어지면서, 수증기 형태로 유지될 수 있는 물의 양도 줄어든다. 이러한 온도 의존성 때문에습도 -공기 중의 수분량- 는 보통 공기에 있는 수분의 절대량이 아니라 상대적인 양으로 측정된다. 상대 습도는 공기가 그 온도에서 유지할 수 있는 수증기의 양에 대한 공기의 수증기 함량 비율이다. 예를 들어, 상대 습도 50%에서, 공기는 그 온도에서 유지할 수 있는 50%의 수증기를 보유하고 있다. 상대 습도가 100%이면 공기는 수증기로 포화 상태가 되고, 수증기가 응축되어 연무, 안개, 구름 등을 형성한다. 

상대 습도는 수증기의 절대량이나 온도의 변화로 인해 바뀔 수 있다. 공기 중 수증기의 절대량이 높으면, 온도에 작은 변화가 상대 습도에 큰 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 저녁이나 아침 시간대에 온도가 몇 도 떨어지면 상대습도를 100%까지 높일 수 있다. 상대 습도가 100%에 도달하면 수증기가 응축되어 물방울로 변하기 시작하고, 이슬로 나타난다. 이러한 응축이 발생하기 시작하는 온도를 이슬점이라 한다. 

자연계에서 온도와 공기의 수분 함량 사이의 상호작용은 생태계의 구조를 결정하는 데 매우 중요한 요소가 될 수있다. 캘리포니아 연안의 레드우드 숲 군집이 좋은 사례이다. 한류가 수분을 머금은 공기를 바다 위에서 응축시켜 안개를 형성한다. 건조한 여름철의 거의 매일 밤 안개가 발생하여 강수량이 부족한 걸 보상하고, 이것이 레드우드가 여전히 존재하는 주요한 이유로 여겨진다. 어떤 연구에서는 안개와 이슬이 레드우드 지방의 유효 적산 강우량에 적어도 10%를 추가한다고 추산한다.  

비슷한 이유로, 습도는 농업생태계에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 레드우드 숲 지방에서 재배된 작물은 안개와이슬이 제공하는 추가의 수분에서 혜택을 얻을 수 있다. 방울양배추, 상추, 아티초크 같은 작물을 재배하는 농민은 그 결과 물을 덜 사용한다. 

독자는 대기 중의 수분은 식물에 영향을 미치는 더 큰 환경 요소들의 세트 -전체적으로 대기를 포함함- 가운데 하나일 뿐이라는 점을 명심해야 한다. 대기의 움직임과 변화의 패턴은 강우 패턴만이 아니라 바람과 온도의 변동에도 영향을 미친다. 대기의 요소들이 결합해 기후(연간 평균 조건을 언급할 때)와 날씨(어느 한 순간의 기후 조건을 언급할 때)를 구성한다. 

강수

이슬과 안개가 어떤 지방에 상당한 양의 수분을 공급할 수는 있지만, 농업생태계를 위한 주요한(자연적인) 물 공급원은 보통 비나 눈의 형태로 내리는 강수이다. 강수는 토양에 직접적으로 수분을 공급하며, 관개를 하는 농업생태계에서는 관개용수 대부분의 근본적인 원천이 되어 간접적으로 수분을 공급한다. 

물 순환

강수는 물 순환의 부분으로, 지구의 표면에서 대기를 거쳐 다시 지구로 물을 이동시키는 세계적인 과정이다. 물 순환의 도식은 그림6.1에 나와 있다. 물 순환의 핵심은 증발과 응축이란 두 가지 기본 물리적 과정으로 구성된다. 증발은 토양, 수역, 기타 습한 표면에서 물이 증발하기에 지구의 표면에서 발생한다. 식물체 안에서 일어나는 물의 증발도 잎의 표면에서 발생한다. 증산이라 부르는 이런 종류의 증발은 식물이 그 뿌리로 토양에서 물을 끌어당기는 메커니즘의 일부이다(3장 참조). 이들 모든 근원에서 이루어지는 증발을 총칭하여 증발산이라 한다.

그림6.1 물의 순환

공기 중 수증기의 절대량이 상대습도 100%에 이르거나 초과하면, 응축이 발생하기 시작한다. 작은 물방울이 형성되고 모여서 구름을 만든다. 구름 속의 물방울이 떨어질 말큼 무거워지면 강수가 발생한다. 이는 보통 수분을 함유하고 있는 공기가 상승하여(바람에 의해 산으로 밀어올려지거나 따뜻한 공기의 흐름으로 상승하여) 냉각되기 시작할 때 발생한다. 공기가 차가워질수록 수증기 형태나 구름 속의 매우 작은 물방울로 수분을 유지하는 능력이 떨어지기 시작하면서 물방울의 더 많은 응축과 응집이 일어난다. 이러한 냉각과 응축 과정을 단열 냉각이라부른다. 단열 냉각에 의해 형성된 강수는 땅으로 떨어지고, 유역이나 바다로 들어가서 결국 대기로 돌아온다. 

강우의 유형

물 순환의 강수 부분은 매우 다양하다. 수분을 머금은 공기의 덩어리는 대기의 복잡한 움직임에 의해 지구의 표면 위를 끊임없이 움직이고 있다. 강우(그리고 강수의 또 다른 형태)는 위도, 계절, 온도, 지형, 기단의 움직임에따라 지역적으로 다른 방식으로 발생한다. 그러나 일반적으로 강우는 습한 기단의 단열 냉각을 생산하는 메커니즘에 따라 세 가지 유형으로 분류할 수 있다. 

대류성 강우

대류성 강우는 높은 수준의 일사 획득이 지면 가까이의 공기를 가열하여 그것이 빠르게 상승해 냉각되고 수분을 응축시킬 때 발생한다. 상승하는 공기가 호수, 만이나 바다 같은 어떤 먼 거리의 근원에서 수분을 머금은 공기를 끌어당기곤 한다. 여름철 뇌운과 함께 오는 비가 대류성 강수의 한 예이다. 강풍과 토네이도도 번개와 국지적인 화재를 일으킬 수 있는 이런 폭풍우를 동반할 수 있다. 미국 중서부 같은 여러 지방에서, 농업생태계는 적어도 1년 중 특정 시기에 이런 유형의 강우에 의존한다. 미국 남서부 호피족의 전통농업은 전적으로 대류성 강우에 의존하여, 이런 폭풍우에 동반되는 급류가 산에서 토사를 쓸어내려서 협곡 입구에 있는 농경지 위로 퍼뜨린다.  

지형성 강우

지형성 강우는 수분을 머금은 기단이 그것을 더 차가운 대기층으로 밀어넣는 산맥을 만날 때 발생한다. 그러한 강수는 산기슭에서는 비가 내리고 더 높은 곳에서는 눈이 내리는 캘리포니아 시에라 네바다의 서쪽 측면에서 발생한다. 이 강수는 나중에 더 건조한 위치에 있는 하류의 관개용수의 원천이 되는 하천과 대수층의 중요한 보충재이다. 캘리포니아 그레이트 센트럴벨리 같은 지방의 농업은 인근 산의 지형성 강우가 없다면 불가능하다.

태풍성 강우 

이 유형의 강우는 해양 위에 형성되는 저기압 지역과 연관되어 있다. 따뜻하고 수분을 머금은 공기가 상승하여 저기압 지역을 만든다. 이 공기가 상승함에 따라, 그것이 냉각되고 강수를 형성한 다음 더 많은 수분을 모을 수 있는 바다의 표면 쪽으로 다시 내려간다. 게다가 이 저절로 계속되는 체계의 기류는 저기압 지역을 중심으로 반시계방향으로 회전하기 시작하고, 전체 체계가 이동하기 시작한다. 회전하는 기류가 우리가 날씨 지도에서 볼 수 있는 독특한 태풍과 전선계를 형성한다. 이러한 태풍 체계의 하나가 육상으로 이동하면, 습기를 머금은 기단이 산괴에 부딪치도록 밀릴 수 있으며, 지형성과 태풍성을 모두 원인으로 하는 강우를 일으킨다(그림6.2). 

그림6.2 2014년 2월 28일 NOAA's GOES West 위성이 촬영한 동태평양의 태풍 체계

강우 패턴의 설명

지구의 각 지방에는 특징적인 강수 패턴이 있다. 일반적인 해에 내린 강수의 총량, 연중 분포, 강수 사건의 강도와 지속기간, 강수 패턴의 주기성과 예측가능성 등은 모두 특정 지방에서 농업을 위한 기회와 제약이 되는 중요한 결정 요소이다. 

아래에서는 이러한 강우 패턴의 국면을 캘리포니아주 쿠야마 벨리에서 저자가 수집한 강우 자료를 활용하여 설명한다. 이 자료는 표6.1에 나와 있다.

표6.1 캘리포니아 산타 바바라 카운티, 쿠야마 벨리 코튼우드 캐년에서 측정한 월별, 계절별 강우 합계(인치)

6-8월까지의 강수량은 대개 무시할 수 있음.

a는 7월 하순부터, b는 7월 하순/8월 상순부터, c는 7월부터   

·평균 연간 총 강우량. 평년에 어느 지역에 내리는 총 강수량은 그 지역의 기후가 비가 얼마나 내리는지 알려주는 좋은 지표이다. 그러나 생태학적 관점에서, 1년부터 다음해까지 이 강우량에 얼마나 가변성이 많을 것인지를 아는 일도 중요하다. 매우 드물게 발생하더라도 평균의 양쪽 끝에 있는 극한값은 농업 체계에 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 표6.1은 쿠야마 벨리에서 연간 총량이 매우 가변적이란 점을 보여준다. 17년의 자료 수집 기간 동안 가뭄이 8년, 거의 정상적인 강수가 3년, 습한 4년, 과습한 2년(태평양의 엘니뇨 패턴과 연관됨)이 있었다. 

·분포와 주기성. 이것은 평균과 특정 년도 모두에서 강우량이 연간 어떻게 퍼져 있는지를 말한다. 세계의 여러지역에서, 강우량은 예측할 수 있는 우기와 건기를 만드는 방식으로 분포된다. 강수가 주로 10월부터 5월까지로제한되는 쿠야마 벨리가 좋은 사례이다. 그러나 전반적인 기후 분포의 패턴 안에서, 강우는 해마다 다르게 분포되곤 한다. 예를 들어, 쿠야마 벨리의 자료에서 도식으로 나타내자면 해마다 최고점과 최저점은 일치하지 않으며, 2004-2005년 같은 어떤 해에는 다른 해보다 훨씬 고르게 분포된 강우량이 나타난다. 

·강도와 지속기간. 한달이나 심지어 하루 같은 장시간에 걸친 강우의 절대량은 강우의 생태학적 관련성을 충분히 설명하지 못한다. 강우가 얼마나 강렬한지, 그리고 강우가 얼마나 오랜 시간 발생하는지가 중요한 측면이다. 1시간에 50mm의 강우량과 24시간에 걸쳐 50mm의 강우가 내리는 건 매우 다른 생태학적 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 1998년 2월 쿠야마 벨리에서 기록된 351mm 강우량 가운데 3시간 동안 단번에 203mm가 오면서 물이 넘치고 홍수로 이어졌다.  

·가용성. 얼마나 많은 강우량을 토양 수분으로 이용할 수 있는지 아는 것도 중요하다. 뿌리층으로 침투되는가? 강우가 내린 직후의 날씨 조건은 어떠했는가? 온도는 어떻고, 바람 조건은 어떠했는가? 2011-2012년의 건조한 해에는 6월과 7월에 혹서의 온도가 두드러졌다. 2012-2013년은 6.5-13mm의 강우가 발생했기 때문에 뿌리층으로 스며들지 않고 표면에서 증발되어 극도로 어려웠다.  

·예측가능성. 모든 지방은 그 강우 패턴에 독특한 가변성의 정도를 갖는다. 가변성이 높을수록 어느 특정 기간 동안의 강우 예측도가 낮아진다. 예를 들어, 표6.1의 강우 자료는 쿠야마 벨리가 매우 높은 가변성을 가지고 있다는 걸 보여준다. 이 자료에 기반하여, 농민은 적어도 4월에 25mm의 비가 내릴 것이라 장담할 수 없다. 17년에 걸쳐 그 달의 평균치는 약 29mm이고 연간 평균치는 약 380mm였지만, 지난 10년 동안 대부분의 총 강우량은 그보다 훨씬 적거나 많았다. 평균보다 오히려 그러한 극단이 기후변화가 문제가 되는 점의 전형이다. 

강우의 추가적 측면이 농생태학의 관점에서도 관련이 될 수 있다. 예를 들어, 강우가 발생했을 때 토양에 얼마나 많은 수분이 있었는지는 물론, 작물의 발달 단계를 아는 일이 중요할 수 있다. 예를 들어 캘리포니아의 파소 로블레스와 산타 마리아 지방에서는 1998년 9월 1-2주에 약 38mm의 강우를 동반한 폭풍이 두 번 발생했다. 이 시기에 대부분의 포도가 아직 포도나무에 달려 있었기 때문에, 비로 피해를 입었다. (여느 해에는 포도를 수확한 뒤인 11월 초까지 많은 비가 오지 않는다.) 건조했던 이전 해에 잇따라서 2012-2013년 후반부까지 이어지는 강수량 부족으로 식물에 심각한 스트레스를 주고 수확량이 상당히 저하되었다. 

하늘바라기 농업생태계

세계의 대부분에서 농업은 작물의 물 요구를 충족시키고자 자연의 강수를 활용하여 이루어진다. 이런 하늘바라기 농업생태계는  그 지역 기후의 특성인 강우의 분포, 강도, 가변성 등에 맞추어야 한다. 그 과제는 증발산을 조작하거나 어떻게든 물 부족(P–PET < 0)이나 물 과잉(P–PET > 0)을 해결하여 강수량(P)과 잠재적 증발산량(PET) 사이의 균형을 유지하는 일이다. 

지역의 강우 상황의 제약 안에서 농업생태계가 어떻게 기능하는지에 대한 몇 가지 사례를 다음과 같이 제시하여,변경이나 통제를 위해 노력하기보다는 오히려 생태학적 조건으로 작동하는 농사 접근법에 내재된 지속가능성의 측면을 검사하는 또 다른 방법을 제공한다. 이들 사례는 매우 습한 하늘바라기 농업에서부터 매우 건조한 하늘바라기 농업에 이르기까지 다양하게 선택되었다. 토양으로 들어간 수분을 관리하는 측면은 9장에서 더 자세히 설명할 것이다. 

긴 우기에 적응된 농업생태계

우기가 긴 매우 습한 지역에서, 농민은 물 부족보다는 과잉을 더 우려한다. 빈번하고 많은 강우는 침수, 뿌리의 질병, 양분 침출, 왕성한 잡초의 성장, 농업 활동 대부분에 대한 골칫거리 등의 문제를 발생시킨다. 벼나 토란 같은 습지 적응형 작물조차 우기가 긴 지방에서는 관리가 까다롭다. 과도한 강수에 대한 관행적 접근법은 배수 프로젝트와 홍수 조절 같은 주요한 서식지 변경을 고려하곤 한다. 이와 대조적으로, 긴 우기에 대한 농생태학적 접근법은 과잉 수분에 체계를 적응시키는 방법을 모색한다. 

우기가 닥치면 홍수가 나는 토지를 생산적으로 활용하는 매우 흥미로운 모습을 멕시코 타바스코에서 볼 수 있다(Gliessman 1992a). 이 지방은 5월부터 이듬해 2월까지 긴 우기 동안 3000mm 이상의 비가 내린다. 지역의 주식 작물인 옥수수는 1년의 대부분을 얕은 물에 잠겨 있는 습지 주변의 약간 높은 땅에 심는다. 그러나 3월에 강우량이감소하면 별개의 옥수수 작물을 심을 수 있다. 저지대가 토양 표면이 노출될 정도로 마른다. 농민들은 지역에서 3월 파종 또는 마르세뇨marceño로 알려진 이 특별한 옥수수 파종과 함께 물러나는 수위를 따라간다. 

1년의 대부분 동안 끊임없이 강우가 이어져 낮은 지역은 몇 센티미터에서 몇 미터에 이르는 깊이까지 침수된다. 우기 동안 이 지역을 빽빽이 뒤덮는 습지대 초목은 수위가 낮아질 때 벌채용 칼인 마체테로 빨리 베어낸다. 매우 조밀한 10-20cm의 유기물 깔개가 이 과정을 통해 생산된다. 종자는 깔개를 찌르는 뾰족한 막대로 뚫은 구멍에 심는다. 파종하고 일주일 뒤에 유기물 깔개의 일부를 태우거나, 잡초의 싹이나 습지 식물의 싹을 죽이려고 불을 사용한다. 불지르기는 촉촉한 하층이나 토양이 아니라 깔개 위의 마른 잎만 태우도록 시기를 맞추어야 한다. 토양 표면의 10-15cm 아래 심은 옥수수 종자는 불에 피해를 입지 않는다. 지역의 조생종(파종부터 수확까지 2-3개월)이 가장 자주 활용된다. 뒷그루 파종을 위해 이전에 수확한 종자를 사용하는 농법은 먼 곳에서 생산된 하이브리드 종자나 "개량된" 종자를 구매하기보단 지역의 품종을 활용하는 걸 선호한다. 마야어로 "올된다" 또는 "일찍 익는다"는 뜻의 mejen이란 옥수수 품종의 이름은 이 체계가 가질 수 있는 과거와의 연결을 보여준다(그림6.3).

그림6.3 멕시코 타바스코의 카르데나스에는 파종하고 10주 정도면 성숙하는 mején이라 부르는 지역의 옥수수 품종이 있다. 이 장소는 일반적으로 1년의 8-9개월은 범람하는 습지이다. 

옥수수는 이 체계에서 매우 빨리 자라고, 불을 지나치게 사용하지 않으며 홍수가 매년 발생하면 대개는 제초가 필요하지 않다. 약 두달 반 성장하고 성숙한 옥수숫대는 옥수수 이삭 바로 아래가 구부러져 수확 전 2-4주 동안 옥수수의 마지막 건조를 쉽게 만든다. 건조된 옥수수로 헥타르당 4-5톤의 수확량이 일반적이고, 어떤 때는 헥타르당 10톤에 이르기도 한다. 이는 똑같은 지방에서 개간하고 배수된 토지에서 기계화로 생산하는 헥타르당 평균 수확량인 1-1.5톤의 몇 배에 해당한다. 이러한 더 많은 수확량은 기계화된 생산 체계에서 투자되는 투입재 비용과 노동력의 비율에서 얻어진다(Amador 1980).

수확한 다음 작물과 비작물의 잔여물 모두가 토양 표면에 남아 있게 된다. 이것이 그 체계의 생산성에서 토양의 유기물 유지라는 핵심 요소로 기여한다. 토양 단면은 표면 아래의 30-40cm 깊이까지 두텁게 유기물이 풍부한 토양이 있음을 보여준다. 9개월간 침수된 동안, 습지대 식물에 의해 생성되거나 이전 작부 주기에 의해 남겨진 유기물이 토양에 통합되어 물속의 무산소 조건에서 보존된다. 게다가 지표면 배수와 함께 체계에 들어가는 무기 양분이 생태계의 매우 생산적인 수생 부문에 의해 포획된다. 이런 요소들이 유기물 수준이 30% 이상이고, 총 질소 함량이 3% 이상이며, 다른 중요한 식물의 양분이 높은 수준인 토양을 형성한다. 그런 다음 이 체계를 관리하는 핵심 요소는 우기 동안의 침수가 활용되는 방식이다. 그 체계가 농사철을 연장하고자 인위적으로 배수를 하면 토양의 유기물 층은 2년 이내에 5cm까지 감소될 수 있으며, 수확량이 극적으로 떨어진다.  

열대에서 우기-건기의 교대에 적응된 농업생태계

전 세계의 많은 지역은 연간 평균 강우가 비교적 많은 계절풍 유형의 기후인데, 거의 모든 비가 우기의 중간쯤에 쏟아진다. 이들 지역의 농민은 일시에 오는 과도한 강우와 다른 때의 강우량 부족을 처리해야 한다. 

그러한 교대되는 강우 상황에서 매우 흥미롭고 생산적인 농업생태계가 멕시코 틀락스칼라 주에서 관찰되었다(Wilken 1969; González Jácome 1986; Anaya et al. 1987; Crews and Gliessman 1991). 푸에블라 분지로 알려진이 지역의 아토약Atoyac 강과 자후아판Zahuapan 강이 만나는 곳에 약 290㎢에 이르는 삼각형 범람원이 형성되어 있다. 평균 연간 강우량은 약 700mm이다. 분지 바닥의 대부분은 1년 중 대부분을 지표면 아래 90cm 정도에 지하수면을 유지하며, 토양은 물이 잘 빠지지 않고 질퍽거린다. 그런한 토지를 농업용으로 만들기 위하여, 현대의 농학자 대부분은 그 지방에서 배수를 시키고 대규모 기계화된 작부 방식을 도입하라고 권장할 것이다. 하지만 이 지역의 전통적 작부체계는 그 유역의 높은 지하수면과 강우 분포를 활용하는 대안을 제공한다(그림6.4). 

그림6.4 멕시코 틀락스칼라 Ixtauixtla 근처의 카메죤camellón(돋움 농지). 이 농지에는 돌려짓기용 자주개자리 구획과 사이짓기하는 옥수수와 강낭콩이 심어져 있다. 오리나무는 농지를 돋우기 위해 파낸 운하의 가장자리를 표시한다. 가장 앞쪽의 퇴비는 거름으로 활용된다. 

원래 스페인 정복 이전의 체계를 활용하는 돋움 두둑(지역에선 카메죤이라 부름)은 그 가장자리에서 파낸 흙을 쌓아올려 토단과 운하(쌍핫zanjas이라고 부름) 체계를 창출한다. 개별 토단은 15-30m 너비, 2-3m 높이에 150-300m 길이이다. 사이짓기하는 옥수수, 강낭콩과 호박, 채소, 자주개자리 및 기타 한해살이 작물을 포함하여 다양한 섞어짓기 작물이 이 토단에서 재배된다. 자주개자리나 누에콩 같은 콩과작물의 돌려짓기는 토양비옥도를 유지하는 데 도움이 되며, 작물의 섞어짓기 자체가 잡초의 방제에 도움이 된다. 또한 토양비옥도는 동물성 퇴비와 작물 잔여물을 퇴비화하여 자주 뿌려서 유지한다. 동물 사료의 대부분은 토단에서 재배되는 자주개자리, 또는 인간이 직접 소비할 수 없는 기타 작물의 잔여물(예, 옥수숫대)로 만든다. 동물을 위한 조사료는 작물의 지역에서 선택하여 제거되거나, 운하를 따라 자라거나 수생 종으로 자라는 터주 식물과 토종 식물을 정기적으로 수확하는 비작물 식생(즉, 잡초)으로 충당한다. 이 후자의 사료는 건기에 가축의 먹이 가운데 매우 중요한 구성요소를 이룰 수 있다. 

이 전통적 농업생태계의 매우 중요한 측면은 복잡한 운하의 세트를 관리하는 것이다. 토단을 높이기 위한 토양의주요 공급원이란 원래의 역할만 하는 것이 아니라, 건기에는 물을 저장하는 주요한 역할도 한다. 수생 식물이 죽으면 운하에 유기물이 축적되고, 운하의 가장자리를 따라 서 있는 나무의 잎은 물에 떨어지며, 작물의 농지에서 뽑아낸 잡초조차 운하로 집어던진다. 주변의 언덕과 토단에서 나온 토양도 우기의 집중 호우에 의해 운하로 씻겨 들어간다. 2-3년마다 운하에서는 축적된 토양과 거름을 청소하여, 그렇게 퍼 올린 토양은 양분이 풍부한 거름으로 토단에 뿌린다. 

따라서 그 운하는 이 농업생태계의 지속가능성에 매우 중요한 역할을 한다. 운하는 농민을 위한 양분의 "수용처" 기능을 하여, 가능하면 많은 유기물을 포획할 수 있는 방식으로 관리된다. 건기에는 운하에서 보조적 관개용수를얻고, 식물은 모세관 현상을 통해 지하수면에서 토양을 통해 위로 이동하는 수분에 크게 의존한다. 돋움 토단은 빗물이 차오르는 동안에도 파종에 적합한 지표면을 제공한다. 운하의 수위는 최종적으로 분지의 강으로 이어지지만 상호연결된 운하의 복잡한 체계에 의해 조절되는데, 운하에서의 흐름은 매우 제한적이다. 농민들은 더 높은 지하수면을 유지하고자 건기 동안 자신의 농지를 따라난 운하의 흐름을 막고, 우기에도 체계 밖으로 흘러나가는 물을 최소화한다. 비가 많이 올 때만 그 지역에서 상당한 양의 물을 빼게 된다. 강우량은 그 체계의 관리에서 투입재이자 도구이며, 연중 농사를 가능하게 한다. 

계절성 강우에 적응된 농업생태계 

습한 열대 지방을 제외하고 보통의 강우 상황은 하나나 그 이상의 우기가 상대적으로 긴 건기와 함께 배치되어 있는 곳이다. 이들 지역에서 작물은 우기의 시작과 함께 심어지고, 토양에 수분이 존재하는 동안 성장하고 발달하며, 우기가 끝나거나 건기가 시작될 무렵에 수확할 준비를 마친다. 

이런 종류의 우기 작부에는 여러 형태가 있다. 예를 들어, 미국의 중서부 중심부의 여러 곳에서 봄밀, 옥수수, 대두는 늦봄에 파종되고 여름철 대류상 강우에 의존하여 발달한다. 전 세계의 지중해성 기후에서는 온화하고 습한 겨울과 건조한 여름이 겨울에 재배되는 귀리, 보리, 호밀 같은 곡물에 적합하고, 관개가 제공되지 않는 한 여름철에는 휴경하거나 목초지가 된다. 꽤 중요한 계절에 따른 하늘바리기 작부체계는 메소아메리카의 옥수수/강낭콩/호박 섞어짓기 체계이다. 다양한 강우의 강도와 양에 적응된 이 사이짓기 체계는 라틴아메리카 전역에서 발견된다(Pinchinat et al. 1976; Laing et al. 1984; Davis et al. 1986). 이들 세 작물은 여러 가지 배열과 순서, 패턴으로 심고, 때로는 그들 중 두 가지만 함께 심으며 세 가지 모두를 다른 때에 심기도 한다. 조합과는 상관없이,파종을 결정하는 건 우기의 도래이다. 

이동식 농법을 활용하면 건기에는 개간과 불지르기가 이루어진다. 때로는 농민들은 우기의 첫 비가 내려 아래의 층에 널린 잔가지들을 적실 때까지 불지르기를 기다린다. 이 첫 비는 태양의 기간에 배치되어 있곤 하기 때문에, 잘라낸 잔가지의 상층은 비가 내리는 사이사이에 불이 옮겨붙기에 충분하도록 마르는 한편, 새롭게 얻은 수분은 과도한 열이 아래의 토양에 닿지 않도록 방지한다. 그런 다음 양분이 풍부한 재와 타지 않은 유기물의 보호층으로 구성된 덮개에 작물의 종자를 심는다. 이 농법은 양분의 공급과 토양침식의 방지라는 두 가지 목표를 달성한다. 이런 작부체계가 활용되는 많은 지역에서는 우기 초기의 강우가 강렬하고 소나기가 빈번히 내리기에 토양의 보호가 중요하다.   

일단 비가 내리기 시작하면, 작물의 종자가 발아하여 빠르게 발달해 토양을 덮어 계속되는 비에서 그를 보호한다. 작물이 성숙하기까지 걸리는 시간(4-6개월)은 우기의 길이에 따라 달라진다. 

멕시코 타바스코의 습한 저지대 같은 지역에서는 우기가 더 길고, 하나는 6/7월에 강우량이 정점이고 다른 하나는 9/10월이 정점인 두 가지 분포를 특징으로 하기에 두 가지 옥수수 작물을 심을 수 있다. 하나는 잔가지를 소각하는 것과 함께 우기가 시작되는 5월에 파종하고, 그 작물(밀파 데 아뇨milpa de año라고 부름)은 9월에 수확한다. 두 번째 작물(토날밀tonalmil이라 부름)은 10월 말이나 11월에 두 번째 강우량이 정점에 되자마자 심어서 2월 말 건기가 시작될 무렵에 수확한다. 두 번째 작물은 건기에 이르기까지 잔류하는 토양의 수분에 크게 의존하고, 그 작물이 우기 동안 파종되기에 파종할 때 지표면에 어떤 잔가지도 태워지지 않는다. 다양한 지역의 토종 옥수수가 각각의 파종 체게에서 활용된다. 

건조지 농사

세계의 여러 지역에서, 해당 지역은 증발산을 통해 상실된 수분을 상쇄시킬 만큼 충분한 강우량이 내리지 않거나, 영농 주기가 우기와 맞지 않기 때문에 강우량이 영농철 동안 작물의 요구를 충족시키지 못한다. 그러한 기후에서 개발된 농업의 유형 -관개가 선택지가 아닐 때- 을 건조지 농업 또는 건지 농법이라고 한다. 

건조지 농업은 연간 강우량이 주로 250-500mm 사이인 세계의 반건조 지방에서 관개 없이 작물을 생산하는 것으로 정의된다. 하지만 총 강우량이 건조지 농업에 영향을 미치는 유일한 요소이다. 연간 및 계절별 온도의 변화와 강우의 유형 및 분포가 핵심 요소이다. 건조한 지방 대부분의 전통적 농업은 농기구나 축력으로 작은 지역에서 농사지어 재배하는 작물과 함께 근본적으로 목축이다. 오늘날 기계화가 건지 농법에 새로운 규모를 추가했지만, 경운과 파종 관리 및 수확 절차의 유형은 거의 똑같이 유지되고 있다. 여러 나라에서 인력이 여전히 중요한 역할을 한다. 

건지 농법의 가장 중요한 측면은 (1) 토양 단면과 그 저장소로 빗물의 침투를 촉진하는 어떤 경작 체계 유형의 활용, (2) 영농으로 인해 고갈된 수원을 보충하기 위해 여름철 휴경이나 묵히는 계절을 빈번히 이용하는 것이다.다른 농법도 중요할 수 있다. 작부 주기 동안 토양 표면의 경작은 잠재적으로 물을 사용할 잡초를 방제하고, 큰 구멍의 비율을 줄이며 모세관 연결을 끊음으로써 증발을 감소시키고자 가루가 이는 토양 표면의 "먼지 덮개"를 창출하기 위해 활용된다(그림6.5와 그림6.6 참조). 가뭄 저항성 품종은 수분 사용을 줄이고자 심는다. 전체적으로 이들 농법은 강우로 얻은 수분의 더 많은 비율이 토양에서 대기로 이동하기보다는 농작물을 통해 흐르도록 한다. 

그림6.5 캘리포니아 산타크루즈의 건지 농법으로 재배하는 토마토. 경운한 토양 덮개는 여름의 비가 내리지 않는재배철 동안 지표면 가까이에 수분을 유지하고, 잡초를 방제한다. 

적어도 집약적 관리와 기술의 측면에서 가장 고도로 발달한 현대의 건조지 농업 체계는 호주와 캐나다, 미국에 있다. 이 모든 지방에서, 곡식 작물이 주요 초점이다. 그러나 호주에서는 특히 양과 양모 생산을 위해 목초와 돌려짓기하는 밀은 곡식 작물이 목초와 교대로 재배되는 독특한 체계의 개발로 이어졌다. 목초는 실제로 곡식 작물을 생산하는 데 필요한 수분 보유량을 보충할 수 있다. 

건지 농법의 독특한 사례는 5월에 건조한 지중해성 여름이 시작되어 모종 옮겨심기나 종자 파종으로 몇 가지 채소 작물을 심는 캘리포니아 중부의 연안에서 나타난다. 이 기후에서는 여름에 비가 거의 오지 않아서, 이들 채소 작물은 토양에 저장된 수분 보유량에 전적으로 의존해야 한다. 토마토는 이 체계에 특히 잘 맞는 작물인 것 같다.토마토 모종은 관개를 하지 않은 상태에서 5월에 촉촉한 토양에 깊숙이 심는다. 토양 표면의 경운은 잡초가 없는먼지 덮개를 유지하고, 토양 표면이 건조하고 재배철 동안 비가 오지 않기 때문에 지주를 박거나 끈으로 묶지 않으며 곰팡이성 질병도 별 문제가 되지 않는다. 8월 말 수확이 시작되어 보통 10월 말이나 11월 초에 새로운 우기의 첫 비가 내릴 때까지 계속된다. 이 체계에서 수확된 토마토는 더 진한 맛으로 유명하다(그림6.5). 건지 농법 체계의 지속가능성은 먼지 덮개 체계와 함께 토양 상층의 유기물이 상실될 가능성이 있고, 토양의 덮개가 부족하기에 비바람에 토양침식이 일어날 위험이 있으며, 휴경기 동안 강우량이 가변적이어서 토양 수분의 가용성을예측할 수 없는 점에 대비해야 한다. 하지만 강우량이 적고 예측할 수 없는 지역에서 농사짓는 방법으로, 건지 농법은 외부 투입재를 적게 쓰는 대안이 될 수 있다.

건조 지방의 집수 체계

건조한 기후(연간 강수량 250mm 미만)를 지닌 세계의 따뜻한 지방에서, 강우량 부족은 농업에 대한 심각한 제한 요소이다. 그러나 그러한 여러 장소에서, 강우량은 짧고 집중적인 소나기의 형태로 어떤 규칙성에 따라 발생하고, 흘러가 버리는 강우를 수집하고 모음으로써 이 물을 "수확"할 수 있다. 

이스라엘 네게브 사막에서, 한때 버려졌던 소규모 유출수 저수 체계가 재건되어 같은 지방에 있는 관개를 하는 농장과 동일한 작물 수확량을 생산했다(Evenari 1982). 농장의 단위는 유출수가 수집되는 평평한 배수로를 둘러싸고 있는 유역의 경사면에 있는 강우의 저수 지역으로 구성된다. 낮은 암벽은 흘러내리는 빗물을 범람원의 작은 수로로 흐르게 한다. 이 체계는 내리는 빗물의 20-40%를 모을 수 있고, 산기슭의 토양 표면에서 푸슬 바위를 제거하면 유출수를 60%까지 모을 수 있다. 경사면 바닥에 있는 더 큰 수로의 작은 바위로 된 사방댐은 물이 토양으로 약 2m 깊이까지 침투하도록 유출수를 집중시킨 뒤, 토양이 마르면서 증발에 의한 수분 상실에 비교적 영향을 받지 않는 딱딱한 표면을 남기게 한다. 각 사방댐이 가득차면 아래의 다른 사방댐으로 넘치고, 범람원 농장 밭의 복잡한 체계에 물을 주게 된다. 보리와 및 같은 곡식과 아몬드와 살구, 포도 같은 과실의 수확량은 그러한 건조한지방에서 매우 훌륭한 수준이다. 그러한 기후에서 대부분 증발할 수 있는(그리고 양분이 풍부한 퇴적물이 축적되는) 대규모 저수지를 만들기보다는, 물과 양분이 풍부한 퇴적물이 집수 체계에서 현지에 저장된다(그림6.7).

그림6.7 이스라엘 아브닷 근처의 네게브 사막에 있는 과실수와 올리브 나무. 과수원에 토양 수분을 제공하기 위해 주변 산기슭에서 빗물을 수확한다. 

비슷한 체계가 건조한 미국 남서부에서 아직 활용되고 있다. 호피족과 파파고족 같은 아메리카 원주민들이 몇 세기 동안 집수의 형태를 실행해 왔다. 여름철 산에서 대류성 장대비로 인해 생긴 흐름이 강줄기로 집중되기보다 오히려 유출수가 얕게 가득 퍼진 상태로 충적 선상지를 우회한다. 그런 다음 이 물바다가 옥수수, 강낭콩, 호박 및 기타 지역의 작물 등 한해살이 작물에 "관개를 한다". 상류 유역은 네게브 체계에서처럼 조작되지 않지만, 하류의 범람원에서는 유출수를 비슷하게 조작한다. 두 농업생태계의 목표는 자연의 강우 상황이 지닌 제약과 한계 안에서 작동하는 것이다. 

방목 체계

강우량이 제한적이고 매우 예측할 수 없는 지방에서는 자연의 식생이 물을 찾는 가뭄 저항성 떨기나무와 여러해살이 풀만이 아니라, 물을 이용할 수 있는 짧은 기간에 발아하여 생활주기를 완료할 수 있는 한해살이 종이 혼합되어 구성된다. 여러해살이 식물의 가뭄 내성은 1년 중 거의 대부분 동안 바이오매스를 생산할 수 있는 체계를 형성하기 위해 한해살이 식물의 가뭄 회피와 결합된다. 세계의 여러 지역에서, 이런 유형의 생태계는 토종 방목 가축의 광범위한 개체군과 관련되어 있다. 충분한 먹이를 찾아 이동시키는 방목 가축의 능력을 고려할 때, 그러한 생태계는 상당한 적응력과 다양성을 나타낸다. 

많은 관리되는 방목 체계는 적고 매우 가변적인 강우에도 불구하고 목초지나 방목장 생태계가 바이오매스의 생산을 유지하는 능력을 활용한다. 대부분의 경우, 자연의 방목장은 특정한 단위면적당 방목율과 강우에 반응하여 성장하는 식물의 자연적 역학으로 조절되는 시기로 관리된다. 먹이 가용성이 바뀜에 따라 1년 동안 방목장의 한 부분에서 다른 부분으로 이동된다. 또 다른 경우에는 더 건조한 조건에서 매우 잘 자라는 가뭄 저항성 사료 종을 도입하여 그러한 범위를 개선시킨다. 

동물성 식품의 소비 증가와 생태학적으로 비효율적이며 모멸적인 가축의 사육 방법이 우리 먹을거리 체계의 무결성과 장기적 생산성에 가장 심각한 위협의 일부임을 대표하는 세계에서, 강우량이 적은 지역에서 행하는 여러 전통적이고 관리되는 방목 체계는 지속가능한 동물 기반의 먹을거리 생산의 좋은 사례가 된다. 우린 이와 관련하여19장에서 더 상세히 방목 체계를 논의할 것이다. 

강수의 가변성 증가에 대처하기

수천 년 전 농업이 시작된 이후, 하늘바라기 농업생태계의 관리자들은 강수의 변동에 대처해야 했다. 때로는 비가 늦게 오기도 하고, 때로는 오지 않았다. 가뭄이 몇 년이나 심지어 몇 십 년 동안 지속될 수 있었다. 가끔은 단기간에 너무 많은 비가 내려 농경지에 홍수가 나 작물을 손상시키고, 토양을 쓸어가거나  쓸모없게 만들었다. 기후학자와 대기 과학자들은 기후변화가 이들 과제를 더 어렵게 만들 것이라 예측하고 있다. 강수는 앞으로 더 가변적이고, 더 예측할 수 없게 될 것이다. 강수의 극한 -가뭄과 폭우- 은 더 빈번하게 발생하고, 가뭄은 아마 더 심하게 오래 지속될 것이다. 

가뭄이 더 흔해지고 강수의 예측가능성이 떨어질 세계에서, 더 건조한 지방의 하늘바라기 농업생태계는 관개 시설을 통하여 다른 수원을 착취하는 농업생태계보다 더 큰 위험에 처해 있는 것처럼 보일 수 있다. 이는 단기적 기준으로는 사실일 수 있지만, 강우는 변덕스러울 수 있으며 농업생태계는 다른 방향보다는 이 현실에 적응해야 한다는 가정에 따라 설계되었기 때문에 장기간에 걸쳐서는 하늘바라기 농업생태계가 더 지속가능할 것으로 예상된다. 이와 대조적으로, 관개에 의존하는 많은 농업생태계는 그 체계가 이용하는 몰이 비농업 부문의 사용자들의 수요가 증가하며 경쟁을 벌이게 되는 동시에 점점 희귀해져 비싸진다는 걸 발견할 수 있다. 세계의 많은 관개용수는 눈을 근원으로 하며, 매년 겨울철 세계의 산맥에 내리는 눈의 총량은 앞으로 수십 년 동안 상당히 감소할 것으로 예상된다. 이와 마찬가지로, 깊은 대수층의 지하에 저장된 물은 일반적으로 재충전을 통해 보충되는 것보다 훨씬 빠르게 소모되고 있으며, 세계 대부분의 지역에서 지하수의 재충전 속도는 시간이 지남에 따라 감소할 것이다. 그래서 강수의 가변성 증가에 적응하는 일은 과제가 될 것이지만, 그 대안 -관개를 통해 일시적으로 문제를 회피하려는 시도- 은 결국에는 문제를 악화시킬 뿐이다.

지속가능한 체계의 교훈

오늘날 농업 개발의 대부분은 강우량의 부족이나 초과를 다루며 도입된 작부체계의 필요에 맞추고자 조건들을 제거하거나 변경하는 데 열중했다. 이는 대개 높은 수준의 에너지나 물질의 외부 투입재를 수반한다. 물론 관개 체계가 이런 접근법의 탁월한 예시이다. 9장에서 볼 수 있듯이, 적은 강우량을 보상하고 생산을 높이기 위해 전 세계에서 사용되어 온 관개 기술들은 토양침식, 퇴적, 염류화, 유역 체계의 손상 및 대수층의 고갈을 포함하여 여러커다란 생태학적 결과를 불러온다. 강수 스펙트럼의 또 다른 끝에 기존의 생태학적 조건들을 변경하려고 시도한 배수 프로젝트 -일부는 거대한- 의 많은 사례가 있고, 작물의 생산성, 경제적 현실성, 사회복지의 측면에서 평가할 때 단지 제한적 또는 복합적 성공만을 두었다(예, Candiani 2014). 

관개 체계와 배수 프로젝트가 공유하는 것은 지속불가능성이다. 두 접근법 모두에 수반되는 수문학적 상황의 극단적이고 대규모적인 조작은 자연계를 손상시키고, 에너지 보조와 대규모 물리적 투입재를 필요로 한다. 더구나 많은 관개 체계는 지하수를 보충할 수 있는 것보다 더 빨리 소모하고 있으며, 배수를 통해 "매립된" 토지의 일부는 이번 세기나 이후에 일어날 해수면 상승으로 위협을 받고 있다. 

우리가 이번 장에서 했듯이 습도와 강우의 특성을 검토하고 지역의 강우 조건에 맞서기보단 그에 적응하는 농업생태계의 사례를 배움으로써, 우린 가장 소중한 천연자원인 물에 압박을 추가하지 않고도 먹을거리를 생산하는 방법을 더 잘 이해할 수 있다. 인구의 증가, 도시와 산업의 물 소비 증가, 기후변화로 인한 산간 강설량의 감소, 세계의 여러 지역에서 장기적인 가뭄 가능성의 우려 등에 따라 담수의 가용성은 앞으로 수십 년 동안 인간 사회에 최우선의 과제가 될 것 같다(Kumar 2013). 그러므로 우리는 엄청난 양의 물 사용에 의존하는 세계의 먹을거리 생산을 너무 많이 유지할 여유가 없다. 우린 농업을 가변적이고, 예측할 수 없으며, 빈번하게 제한된 강우량에 즉응시키는 방법을 모색해야 한다. 이 장에서 제시된 하늘바라기 농업의 사례는 훌륭한 출발점이다. 

생각거리

1. 지속가능한 농업의 관점에서, 제한적인 강우량을 극복하는 수단으로서 관개의 혜택과 해로운 영향은 무엇이 있는가? 

2. 강우 패턴은 지형에 어떤 영향을 받는가? 농업은 지형 변화에 의한 강우 패턴의 변동에 어떻게 적응해 왔는가? 

3. 생태계에 건기의 생태학적 역할은 무엇인가? 

4. 예측할 수 없는 강수의 특성에 대하여 농업생태계를 준비하는 가장 좋은 방법은 무엇인가? 

5. 미래의 농사 체계가 지구의 기후변화로 인해 예상되는 강우 패턴의 변화에 적응할 수 있는 방법은 어떤 것들이 있는가?  

인터넷 자료

Climate Rainfall Data Center (CRDC) at Colorado State University 

http://rain.atmos.colostate.edu/CRDC

Global Change Data and Information System (GCDIS)

http://globalchange.gov

Comprehensive data sets on all aspects of global climate change, including precipitation. 

Global Water Partnership 

http://www.gwpforum.org/servlet/PSP

The World’s Water: Information on the World’s Freshwater Resources 

http://www.worldwater.org

United States Geological Survey 

http://bqs.usgs.gov/acidrain/

On-line data and reports on acid rain, atmospheric deposition, and precipitation chemistry.

읽을거리

Barry, R. C. and J. Chorley. 2009. Atmosphere, Weather, and Climate, 9th edn. Routledge: London, U.K.

Discusses the ways in which the complex interactions between atmosphere and weather create world climates. 

Bonan, G. G. 2008. Ecological Climatology: Concepts and Applications, 2nd edn. Cambridge University Press: Cambridge, U.K. 

This book integrates the perspectives of atmospheric science and ecology to describe and analyze climatic impacts on natural and managed ecosystems. In turn, it discusses the feedback loop whereby the use and management of land by people affects climate. The book includes detailed information on the science of climatology as well as chapters on the interactions between climate and terrestrial ecosystems, including agroecosystems and urban ecosystems. 

Garcia-Tejero, I. F., V. H. Durán-Zuazo, J. L. Muriel-Fernández, and C. R. Rodríguez-Pleguezuelo. 2011. Water and Sustainable Agriculture. Springer: Dordrecht, the Netherlands. 

A good review of the benefits and risks of agricultural water use and potential strategies to improve agricultural sustainability through greater water use efficiency.

Glieck, P. 2011. World’s Water, 2010–2011: The Biennial Report on Freshwater Resources. Island Press: Washington, DC. 

The latest of a biennial series starting in 1998, this comprehensive volume discusses global freshwater resources and the political, economic, scientific, and technological issues associated with them. 

Nabham, G. P. 1987. The Desert Smells Like Rain: A Naturalist in Papago Indian Country. North Point Press: San Francisco, CA. 

A sensitive look at how water is the lifeblood of desert ecosystems and the humans who live there. 

Oliver, J. E. and J. D. Hidore. 2009. Climatology: An Atmospheric Science, 3rd edn. Prentice Hall. 

A systematic coverage of climate and climatology, as well as a thorough examination of the impact climate has on life and the basic processes of the atmosphere. 

Postel, S. and B. Richter. 2003. Rivers for Life: Managing Water for People and Nature. Island Press: Washington, DC. 

A realistic and positive focus on how to develop ways to ensure the sustainability of the world’s vital water resources. 

Reisner, M. 1986. Cadillac Desert: The American West and Its Disappearing Water. Island Press: Covelo, CA.

A perceptive political history of the capture and control of water for human development in the Western United States. 

Shiva, V. 2002. Water Wars: Privatization, Pollution and Profit. South End Press: Cambridge, MA. 

A critical analysis of the historical erosion of communal water rights, this book examines the international conflicts related to water, including trade, damming, mining, and aquafarming. 

Whiteford, L. and S. Whiteford (eds.). 2005. Globalization, Water, & Health: Resource Management in Times of Scarcity. James Currey: Oxford, U.K. 

This addresses global disparities in health and access to water as the two major threats to world stability, from a medical and ecological anthropology approach. It focused on deepening our understanding of the management, sale, and conceptualization of water as it affects human health.

Wilken, G. C. 1988. Good Farmers: Traditional Agricultural Resource Management in Mexico and Central America. University of California Press: Berkeley, CA. 

An excellent study of the sustainability of traditional farming systems, with water management practices providing some of the best examples.