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문제 정의
- 따라서 본 연구는 국내 농업 및 축산업에서의 질소수지 경향을 파악하는 것을 목표로 하였으며 농경지에 총 유입되는 질소량을 고려한 N2O 발생량을 지자체별로 평가하고자 하였다. 본 연구는 향후 장기적으로 국내 농업 및 축산업지역의 질소를 관리하는 정책 및 방안에 있어서 추구하여야 할 목표를 수립하는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 본 연구는 농업 및 축산업에서의 질소수지 경향을 파악하는 것을 목표로 하였으며 농경지에 총 유입되는 질소량을 고려한 N2O발생량을 지자체별로 평가하였다. 2010년 농업 및 축산업에서의 유입된 총 질소량은 1,148,848 N ton/yr이었으며, 농업지역에서의 질소 유입은 728,043 N ton/yr으로 질소질 화학비료로 인한 유입이 58%를 차지하였다.
제안 방법
- 01 N2O-N kg/N kg를 제시하고 있다.24~26) 그리고 2 N kg/ha/yr를 토양경작에 의한 N2O배출계수(EF2)의 기본 값24~26)으로 정하고 있으며 Table 5에서의 질소질 화학비료로 공급되는 질소량(FSN), 동물 배설물에서 나오는 질소량(FAN), 질소고정에 의한 질소량(FBN), 작물잔사 사용에 의한 질소공급량(FCR), 경작되는 토양 면적(FOS)을 고려하여 지자체별로 평가하였다.
- 5%를 차지하였으며 축산분뇨의 정화시설은 8%를 차지하였다. 가축분뇨 중 질소 발생량은 2008년 가축분뇨 양분발생량,39) 가축증가율22)과 2010년 해양 투기 된 축산분뇨37)를 고려하여 산출하였다. 생분뇨는 275,938 ton/yr이며 자원화 과정에서 40%질소 휘발량을 제외한 퇴·액비로 인한 농업지역 유입량은 165,563 N ton/yr로 추정하였다.
- 또한, 전체 침착량 중 건조침착상태가 30%이고 강우에 의해 침착되는 양이 70%라 추정하면27) 56,604 N ton/yr이 건조상태로 침착되었으며 132,076 N ton/yr이 습식상태로 침착되었다. 농경지 내, 질소고정 박테리아에 의한 생물학적 질소 고정량은 여러 문헌2,3,13,28~30)들을 조사하여 논과 밭에서의 질소 고정량인 35 N kg/ha/yr와 15 N kg/ha/yr를 이용하였다. 산출된 논과 밭에서 생물학적 총 질소 고정량은 연간 34,444 N ton/yr, 10,967 N ton/yr이다.
- 따라서 본 연구는 국내 농업 및 축산업에서의 질소수지 경향을 파악하는 것을 목표로 하였으며 농경지에 총 유입되는 질소량을 고려한 N2O 발생량을 지자체별로 평가하고자 하였다. 본 연구는 향후 장기적으로 국내 농업 및 축산업지역의 질소를 관리하는 정책 및 방안에 있어서 추구하여야 할 목표를 수립하는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 농업 및 축산업지역의 질소 유출량은 질소질 화학비료와 가축분뇨로부터 대기 중 암모니아 질소로 휘발되거나 탈질 되는 양, 질소질 화학비료 주입에 의해 생산된 작물에 함유 되는 양, 가축사료에 의하여 가축분뇨의 형태로 배출되는양, 축산물로 생산되어 생활계로 유출되는 양, 그리고 나머지는 잔류되거나 축적되어 비점오염으로 유출되는 양을 추정하였다.
- 농업지역에서 질소의 유출은 연간 생산된 농작물 내의 질소함유량, 농경지 작물 질소 흡수량, 질소질 화학비료 사용량에 따른 토양에서의 탈질량과 휘발량, 지하수 유출량을 고려하였다. 축산업에서는 가축사료를 이용한 가축생산과정으로부터 부산물로 가축분뇨가 발생하며 발생된 가축분뇨는 퇴비화와 액비화 등 자원화방법에 의해 적절하게 처리되거나 해양 투기된다.
- 농업지역에서의 탈질되는 질소량을 산출하기 위하여 논과 밭에서 탈질되는 양과 질소질 화학비료 사용량에서 탈질되는 양을 각각 산출하여 평균값을 사용하였다. 논에서 탈질 되는 양은 30~70 N kg/ha/yr41,42)와 질소질 화학비료사용량 대비 32%11,43)가 탈질 된다고 보고되었다.
- 농업지역의 작물생산을 위한 질소질 화학비료에 의한 토양 내 유입량, 건식 및 습식을 포함한 대기로부터의 질소 침착량, 질소고정 박테리아에 의한 생물학적 질소 고정량, 미처리된 가축분뇨에 의한 유입 및 퇴비로의 재사용량, 관개용수에 의한 토양으로 질소 유입을 고려하였다. 축산업지역은 가축생산을 위한 가축사료를 통한 유입을 대상으로 산출하였다.
- 9 kg/ha/yr에 적합하게 나타났다. 따라서 관개용수에 의한 질소유입량은 75,200 N ton/yr로 추정하였다.
- 생분뇨는 275,938 ton/yr이며 자원화 과정에서 40%질소 휘발량을 제외한 퇴·액비로 인한 농업지역 유입량은 165,563 N ton/yr로 추정하였다.
- 우리나라 질소수지 연구 자료를 기초로 환경부, 농림수산부, 국토해양부 등의 산하기관에서 발간한 2010년 통계자료를 이용하여 농업 및 축산업지역에서의 질소수지 분석을 하였다.22~23) 농업지역은 경작이 이뤄지는 논과 밭으로 세분화하였으며 축산업지역은 축산업종을 대상으로 구분하였다.
- 20) Pacini et al.은 물질균형 분석을 이용하여 관행농법, 유기농법, 종합농업 등 농법별 양분수지 및 유출, 생물다양성 등 환경부하에 미치는 영향에 관한 체계적인 분석을 시도하였다.21) 최근 국가적인 규모의 질소수지 연구는 2001년도 질소수지 분석을 통한 질소배출량의 추정,14) 2005년 대한민국 질소 유입 및 유출 수지2)와 2008년도 대한민국 질소수지 연구3)가 진행되었으며, 농업 및 축산업 지역의 질소 유입과 아산화질소(N2O)량을 포함한 대기로의 유출이 현저하게 많은 것으로 보고되었다(Fig.
- 이때 과량의 질소질 화학비료를 투입하면 작물이 흡수되고 남는 잔여분이 토양에 집적되거나 수계로 유출되어 오염원으로 작용할 수 있다. 질소의 작물 흡수는 강우량, 비료량, 기후 등에 많은 영향을 받으므로 작물에 의한 영양물질 흡수량은 연간 생산된 농산물 내 질소함량과 경작지의 질소 흡수량을 이용하여 평균 질소 흡수량을 산정하였다. 2010년 미곡, 맥류, 잡곡, 서류, 두류, 과실류, 채소류의 생산량은 15,219,997 ton/yr이며 작물 내 단백질함량과 단백질 내 질소함량을 고려하여 연간 생산된 농산물 내 질소함량 92,093 N ton/yr으로 산출하였다.
- 축산업에서의 질소유출은 퇴비에 의한 휘발량과 축산분뇨 해양투기에 의한 유출량을 산정하였다. 2010년 가축분뇨 양분발생량, 가축 증가율과 해양투기를 고려한 생분뇨는 275,938 N ton/yr이며 자원화 과정에서 질소양분의 약 40%2,3,14)인 110,375 N ton/yr가 휘발되는 것으로 추정되었다.
대상 데이터
- 농업 및 축산업의 가축두수 및 사료량, 질소질 화학비료 사용량, 해양투기량 등 질소수지에 필요한 모든 자료는 관련 행정부처인 농촌진흥청, 환경부, 통계청, 농림수산식품부, 해양경찰청 등의 자료를 취합하여 2010년 농업 및 축산업의 질소수지 연구에 사용하였다. 그 외 침착률, 휘산율, 탈질률 등의 자료는 문헌에 보고된 자료를 취합하여 평균값 및 중간값을 사용하였다.
- 지자체별 N2O 직접배출량 산정을 위해 질소질 화학비료로 공급되는 질소량(FSN)은 2010년 전체 유입되는 질소질 화학비료 사용량을 지자체별 경지이용면적으로 나누어 산출하였으며 그 외 질소량 자료는 문헌에 보고된 자료를 취합하여 사용하였다.
- 농업지역의 작물생산을 위한 질소질 화학비료에 의한 토양 내 유입량, 건식 및 습식을 포함한 대기로부터의 질소 침착량, 질소고정 박테리아에 의한 생물학적 질소 고정량, 미처리된 가축분뇨에 의한 유입 및 퇴비로의 재사용량, 관개용수에 의한 토양으로 질소 유입을 고려하였다. 축산업지역은 가축생산을 위한 가축사료를 통한 유입을 대상으로 산출하였다.
데이터처리
- 농업 및 축산업의 가축두수 및 사료량, 질소질 화학비료 사용량, 해양투기량 등 질소수지에 필요한 모든 자료는 관련 행정부처인 농촌진흥청, 환경부, 통계청, 농림수산식품부, 해양경찰청 등의 자료를 취합하여 2010년 농업 및 축산업의 질소수지 연구에 사용하였다. 그 외 침착률, 휘산율, 탈질률 등의 자료는 문헌에 보고된 자료를 취합하여 평균값 및 중간값을 사용하였다. 본 연구에 적용된 값들은 Table 2와 같다.
이론/모형
- O)배출은 가장 중요한 배출원이며, 작물생산을 위해 농경지에 사용되는 질소의 양이 증가할수록 늘어나며 농업 생태계로 유입되는 질소원으로는 질소질 화학비료 사용, 생물학적 고정, 작물 잔사의 재활용, 하수 오니의 사용 등이 있다. 농경지에서의 N2O 직접배출량 산정을 위하여 2006년 IPCC 가이드라인24~26)에 따라 식(1)을 이용하여 지자체별로 평가하였다.
성능/효과
- 2005, 2008, 2010년도 농업 및 축산업지역의 질소수지를 비교 및 분석한 결과, 2008년 총 유입된 질소는 2005년 보다 141,128 N ton/yr이 저감되었으며 2010년 총 유입된 질소는 2008년 질소수지 보다 97,526 N ton/yr이 저감된 것으로 조사되었다. 2005년부터 친환경농업확대, 가축분뇨 퇴비등 유기질비료에 대한 지원확대로 인하여 질소질 화학비료에 의한 유입이 299,000 N ton/yr으로 저감되었으며 토양검정결과를 고려한 맞춤형비료지원을 통하여 질소질 화학비료에 의한 유입은 더 감소할 것으로 예상된다.
- 38) 축산폐수를 발효 및 퇴비로 만드는 퇴비화 시설은 79.6%, 축산폐수를 저장, 처리하여 액체상의 비료로 만드는 액비화 시설이 3.5%, 퇴·액비로의 자원화 처리시설은 8.5%를 차지하였으며 축산분뇨의 정화시설은 8%를 차지하였다.
- 4) 전 세계적으로 질소질 화학비료의 증가는 농업생산성 증가에 크게 기여하였으나, 과량의 질소질 화학비료를 투입하면 잔여분이 토양에 집적되거나 주변 수계로 유출되어 부영양화 등을 유발할 수 있으며,5) 대기로 배출되는 아산화 질소(N2O)는 지구온난화에 중요한 요인으로 작용될 수 있다.6)
- 논과 밭의 총 경지면적은 도로건설, 도시확장 등에 따른 감소 추세가 지속되므로 질소의 유입량은 감소할 것으로 판단된다. 가축 사육두수의 소폭증가로 인하여 소비되는 사료에 의한 유입이 증가하였으며 이로 인하여 가축분뇨 발생량도 증가하였다. FTA 체결로 향후 사육두수 감소로 인하여 가축사료에 의한 질소 유입은 감소 할 것으로 예상된다.
- 7 mg/L로 산출하였다. 관개용수 사용량 160억 ton/yr과 총 경지면적 1,715,301 ha을 감안하여 관개용수에 의한 질소 유입비율은 43.84 kg/ha/yr로 산출하였으며 이는 기준 문헌33~36)에서 조사된 15.2~49.9 kg/ha/yr에 적합하게 나타났다. 따라서 관개용수에 의한 질소유입량은 75,200 N ton/yr로 추정하였다.
- 농업지역에서 토양표면으로 유입된 질소가 토양을 통해지하수로 유출되는 양은 유입된 총 질소의 1.6~3.3%33,36)정도로 평균값인 2.45%를 이용하면 총 178,37 N ton/yr이 지하로 유출되는 것으로 나타났다.
- 6에 나타내었다. 농업지역의 질소의 총 유입량과 유출량은 728,043 N ton/yr과 493,255 N ton/yr으로 산정되었으며 질소질 화학비료에 의한 유입량이 N 423,000 ton/yr로 농업지역 전체 유입의 58%를 차지하였다. 대기로부터 질소 침착, 생물학적 고정, 관개용수로 139,480 N ton/yr의 질소가 유입됐으며, 유입 질소 중 지하수유출, 작물흡수와 탈질로 423,460 N ton/yr이 유출되었다.
- 대기 중으로부터 농경지에 침착되는 양인 11 N kg/ha/yr27)을 통하여 논과 밭에서 침착되는 양을 추정한 결과 10,825 N ton/yr와 8,042 N ton/yr으로 산출되었다. 또한, 전체 침착량 중 건조침착상태가 30%이고 강우에 의해 침착되는 양이 70%라 추정하면27) 56,604 N ton/yr이 건조상태로 침착되었으며 132,076 N ton/yr이 습식상태로 침착되었다.
- 농업지역의 질소의 총 유입량과 유출량은 728,043 N ton/yr과 493,255 N ton/yr으로 산정되었으며 질소질 화학비료에 의한 유입량이 N 423,000 ton/yr로 농업지역 전체 유입의 58%를 차지하였다. 대기로부터 질소 침착, 생물학적 고정, 관개용수로 139,480 N ton/yr의 질소가 유입됐으며, 유입 질소 중 지하수유출, 작물흡수와 탈질로 423,460 N ton/yr이 유출되었다. 축산업에서의 사료로 인한 가축들로의 질소유입은 420,807 N ton/yr으로 이중 117,125 N ton/yr이 휘발 또는 해양유출로 직접적인 수지 유출량이 되며 165,563 N ton/yr은 퇴비로 재사용된 것으로 확인되었다.
- 논에서 탈질 되는 양은 30~70 N kg/ha/yr41,42)와 질소질 화학비료사용량 대비 32%11,43)가 탈질 된다고 보고되었다. 두 가지 방법으로 탈질되는 양을 산정하여 보면 논에서 탈질되는 양은 49,207N ton/yr이며, 질소질 화학비료사용량 대비 탈질양은 135,360 N ton/yr로 산출되며, 평균값인 92,283 N ton/yr이 논에서 탈질되는 것으로 추정하였다. 밭은 30 N kg/ha/yr41,42)가 탈질되며 질소질 화학비료사용량 대비 15%11,43)가 탈질된다고 알려져 있다.
- 2008년 총 유출되는 질소는 2005년 질소수지 보다 113,307 N ton/yr이 저감되었으며 2010년 총 유출된 질소는 2008년 질소수지 보다 124,100 N ton/yr이 저감된 것으로 나타났다. 벼 재배면적 감소, 품질 고급화의 영향, 기상여건 악화로 인한 채소류 및 과실의 생산량감소로 인하여 작물생산에 의한 질소 유출량은 감소한 것으로 조사되었으며 건강에 대한 관심 증대로 잡곡․과일류 등 대체식품의 소비량이 증가하고 서구화에 의한 결식횟수 증가 등 영향으로 쌀 소비량은 지속적으로 감소할 것으로 예상된다. 가축분뇨 해양투기에 의한 질소 유출은 2005년 15,647 N ton/yr에서 2010년 6,750 N ton/yr로 8,897 N ton/yr이 저감되었다.
- 밭은 30 N kg/ha/yr41,42)가 탈질되며 질소질 화학비료사용량 대비 15%11,43)가 탈질된다고 알려져 있다. 이를 적용하면 밭에서 탈질되는 양과 질소질 화학비료사용량 대비 탈질되는 양은 21,934 N ton/yr와 63,450 N ton/yr으로 산출되며, 본 연구에서는 평균값인 42,692 N ton/yr이 밭에서 탈질되는 것으로 추정하였다.
- 으로 하루 119,726 ton/day의 가축분뇨가 발생하였다. 축산농가의 97.6%가 축산분뇨처리시설을 갖추었으며, 정상적으로 가동하는 처리시설은 97.5%로 조사되었다.38) 축산폐수를 발효 및 퇴비로 만드는 퇴비화 시설은 79.
- 대기로부터 질소 침착, 생물학적 고정, 관개용수로 139,480 N ton/yr의 질소가 유입됐으며, 유입 질소 중 지하수유출, 작물흡수와 탈질로 423,460 N ton/yr이 유출되었다. 축산업에서의 사료로 인한 가축들로의 질소유입은 420,807 N ton/yr으로 이중 117,125 N ton/yr이 휘발 또는 해양유출로 직접적인 수지 유출량이 되며 165,563 N ton/yr은 퇴비로 재사용된 것으로 확인되었다.
- 생물학적 고정, 대기로부터 질소 침착, 관개용수로 139,480 N ton/yr의 질소가 유입됐으며, 유입 질소 중 지하수유출, 휘발, 작물흡수와 탈질로 493,255 N ton/yr이 유출되었다. 축산업지역에서의 질소유입은 420,807 N ton/yr이며 휘발과 해양투기를 고려한 117,125 N ton/yr이 유출되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 가축 사육두수의 소폭증가로 인하여 소비되는 사료에 의한 유입이 증가하였으며 이로 인하여 가축분뇨 발생량도 증가하였다. FTA 체결로 향후 사육두수 감소로 인하여 가축사료에 의한 질소 유입은 감소 할 것으로 예상된다.
- 농업지역 유출 질소의 토양 흡수량 및 축적량, 축산업 지역의 지하수 유출량 등에 관한 연구가 미흡하여 제시 못하 였기 때문에 여기에 대한 연구와 결과가 보완되면 보다 정확한 수지를 산출할 수 있을 것으로 판단되며 본 연구에서 수행되었던 지자체별 N2O 평가뿐만 아니라 지자체 농업 및 축산업지역의 질소 유입 및 유출 수지를 연구하여 포괄적인 질소 수지 관리가 필요할 것으로 본다.
- O 발생량을 지자체별로 평가하고자 하였다. 본 연구는 향후 장기적으로 국내 농업 및 축산업지역의 질소를 관리하는 정책 및 방안에 있어서 추구하여야 할 목표를 수립하는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 농업 및 축산업 지역의 질소수지를 비교했을 때, 질소의 유입이 많으며 강우 시 강이나 토양지하수로 흘러 들어가 오염의 원인이 된다. 이를 해결하기 위해 농경지별 토양비옥도, 작물의 생육상태, 수확량 등의 정보를 수집하고 작물별 생육모델분석, 처방시스템을 개발하여 토지별 필요한 양의 질소질 화학비료 및 퇴비 등을 살포하는 농업기술을 적극 활용하고 하천변에 인위적으로 조성되는 수변완충구역을 잘 활용하는 것이 필요하다.
- 농업 및 축산업 지역의 질소수지를 비교했을 때, 질소의 유입이 많으며 강우 시 강이나 토양지하수로 흘러 들어가 오염의 원인이 된다. 이를 해결하기 위해 농경지별 토양비옥도, 작물의 생육상태, 수확량 등의 정보를 획득하고 작물별 생육모델분석, 처방시스템을 개발하여 토지별 필요한 양의 질소질 화학비료 및 퇴비 등을 살포하는 농업이 이루어져야 하며 하천변에 인위적으로 조성되는 수변완충구역을 잘 활용하는 것이 필요하다.
- 이러한 기술의 예로는 관개 방식을 고랑관개에 비해 투수속도가 느린 점적관개의 활용, 화학비료 사용 시 dicyandiamide (C2H4O4)와 같은 질산화 억제제를 추가 등의 방법들이 있다. 하지만, 토양수분함량 조절에 의한 토양온도, 토양 내질소량의 변화가 N2O 배출에 밀접한 영향이 있으므로 인위적으로 조절이 불가능한 토양온도를 제외하고 토양수분과 토양 내 질소량에 의한 N2O 배출에 영향을 주는 특성을 파악해야 한다.
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