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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 우리나라에 적합한 물발자국을 산정하기 위하여 43개의 밭작물을 대상으로 녹색 및 청색 물발자국을 산정하고, 이를 기존 연구 결과와 비교 및 고찰하였다. 또한 이 결과를 바탕으로 우리나라의 1991년부터 2010년까지의 밭작물 생산을 위한 물발자국 사용량을 추정 및 분석하였다.
- 본 연구에서는 농작물 생산을 위한 물발자국을 추정하기 위하여 2001년부터 2010년까지의 작물통계연보 (Statistics Korea, 2011)에서 제공하고 있는 작물 재배 면적 (ha), 총 생산량 (kg), ha 당 작물 생산량 (ton/ha)을 조사하였다. Table 1은 2001-2010년 동안의 작물별 재배 면적, 전체 생산량 및 단위 면적 당 수량의 평균을 산정한 결과이다.
- 따라서 본 연구에서는 우리나라에 적합한 물발자국을 산정하기 위하여 43개의 밭작물을 대상으로 녹색 및 청색 물발자국을 산정하고, 이를 기존 연구 결과와 비교 및 고찰하였다. 또한 이 결과를 바탕으로 우리나라의 1991년부터 2010년까지의 밭작물 생산을 위한 물발자국 사용량을 추정 및 분석하였다.
- 본 연구에서는 작물통계연보에서 제공하고 있는 식량작물, 채소류, 특․약용 작물 및 과수 작물에 대하여 2001-2010년까지의 시도별 노지 및 시설재배별 면적, 단위면적당 생산량, 작물 생산량을 조사하였다. 본 연구의 대상 작물을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
제안 방법
- = 실제증기압 (kPa)이다. 68개 측후소의 평균기온, 평균풍속, 평균습도 및 일조시간을 이용하여 기준작물증발산량을 계산하였다.
- 가상수 및 물발자국 산정시 작물 필요수량이 충분히 공급되는 경우를 가정하기 때문에 (Yoo et al., 2009; Hoekstra et al, 2011), 본 연구에서도 토양에 잔존하는 수분량 및 토양수분에 의한 증산계수는 고려하지 않고, 작물의 증발산량으로 소비되는 수량만을 물발자국으로 적용하였다. 또한 증발산량 중 강우에 의해 공급되는 수량을 녹색 물발자국, 관개에 의해 인위적으로 공급되는 수량을 청색 물발자국으로 적용하기 위하여 시설재배지에서는 모두 관개로 용수가 공급되고, 노지재배지의 경우 모두 유효우량에서 용수가 공급되는 것으로 설정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 우리나라에 적합한 물발자국을 산정하기 위하여 43개의 밭작물을 대상으로 녹색 및 청색 물발자국을 산정하고, 이를 기존 연구 결과와 비교 및 고찰하였다. 또한 이 결과를 바탕으로 우리나라의 1991년부터 2010년까지의 밭작물 생산을 위한 물발자국 사용량을 추정 및 분석하였다. 산정된 결과를 기존의 가상수 연구 결과와 비교하였고, 식품수급표를 기준으로 한 분류별 물발자국을 제시하였다.
- 본 연구에서 산정된 연구 결과를 Yoo et al. (2009)이 산정한 44개 작물 산정 결과와 비교하고 고찰하였다. Yoo et al.
- 또한 이 결과를 바탕으로 우리나라의 1991년부터 2010년까지의 밭작물 생산을 위한 물발자국 사용량을 추정 및 분석하였다. 산정된 결과를 기존의 가상수 연구 결과와 비교하였고, 식품수급표를 기준으로 한 분류별 물발자국을 제시하였다.
- 시도별 재배 면적, 생산량 및 필요수량을 바탕으로 지역별, 작물별 녹색 및 청색 물발자국을 산정하고, 지역별 생산량을 바탕으로 가중평균된 물발자국을 최종적으로 산출하였다. 그 결과는 Table 2와 같다.
- 우리나라를 대표할 수 있는 밭작물별 물발자국을 산정하기 위하여 먼저 시도별로 물발자국을 산정하고, 지역별 생산량을 바탕으로 가중평균된 물발자국을 최종적으로 산출하였다.
대상 데이터
- 또한 각 작물의 생육 기간, 파종 시기 및 수확 시기 등의 영농방식에 관련된 부분은 농촌진흥청 품목별 관리 매뉴얼 (RDA, 2013)을 참고하였다. 물발자국의 산정을 위한 기초 자료인 작물 생산량 및 재배면적은 농림수산식품 통계 자료 및 작물통계연보를 활용하였다. 자세한 설명은 다음과 같다.
이론/모형
- 따라서 큰 분류에 해당하는 값을 제공한다면 범용적인 활용에 있어서 유용할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 농촌경제연구원에서 매년 발행하고 있는 식품수급표 (KREI, 2012)를 기준으로 분류별 물발자국을 산정 하였다. 식품수급표는 작물별 또는 품목별 생산량, 수입량, 수출량, 소비량 (식용, 사료, 종자 및 가공용) 및 1인당 1년당 순식용공급량 등의 상세한 대한 통계치를 제시하고 있다.
- 밭작물에 대한 물발자국은 실제 작물이 소비하는 작물 증발산량을 산정하기 위하여 기준작물증발산량은 FAO Penman-Monteith 방법을 이용하였고, 작물계수는 FAO에서 제공하는 자료를 활용하였다. 또한 각 작물의 생육 기간, 파종 시기 및 수확 시기 등의 영농방식에 관련된 부분은 농촌진흥청 품목별 관리 매뉴얼 (RDA, 2013)을 참고하였다. 물발자국의 산정을 위한 기초 자료인 작물 생산량 및 재배면적은 농림수산식품 통계 자료 및 작물통계연보를 활용하였다.
- 밭작물에 대한 물발자국은 실제 작물이 소비하는 작물 증발산량을 산정하기 위하여 기준작물증발산량은 FAO Penman-Monteith 방법을 이용하였고, 작물계수는 FAO에서 제공하는 자료를 활용하였다. 또한 각 작물의 생육 기간, 파종 시기 및 수확 시기 등의 영농방식에 관련된 부분은 농촌진흥청 품목별 관리 매뉴얼 (RDA, 2013)을 참고하였다.
- , 1998). 본 연구에서는 Allen et al. (1998)과 Chapagain and Hoekstra (2004)이 제공하고 있는 작물계수를 이용하였다.
- 본 연구에서는 국제식량농업기구에서 1998년에 추천한 FAO Penman-Monteith 공식을 이용하여 기준작물증발산량을 산정하였다. 이 방법은 1965년에 제안된 Penman 공식을 보완한 방법으로 공기동역학 조건에 작물 종류에 따른 기공저항 (stomatal resistance)을 포함하여 수정한 방법이다.
성능/효과
- 55 ton/ha으로 단위 생산량이 매우 낮은 것으로 나타났다. 43개 작물 중 시설재배가 이루어지는 작물은 수박, 참외, 딸기, 오이, 호박, 토마토, 배추, 시금치, 상추, 무 및 양파 등으로 조사되었다. 따라서 11개 작물은 청색 및 녹색 물발자국이 산정되고, 나머지 32개 작물은 녹색 물발자국만 산정되었다.
- 8 mm로 가장 작은 값을 보였다. 고추, 마늘과 같은 조미채소류와 과수류의 작물필요수량이 비교적 큰 것으로 나타났다.
- 8 %으로 큰 비중을 나타내었다. 과수류에서는 경북 지역이 34.6 %로 다른 지역보다 월등히 큰 비중을 차지하고, 특용작물에서는 경북, 전남 및 충남 지역이 약 15 % 내외를 차지하는 것으로 분석되었다.
- 과수류와 특용작물은 노지에서 주로 재배가 이루어지기 때문에 녹색 물발자국만이 산정되었고, 과수류의 평균물발자국은 605 m3/ton이었으며, 과수류 중 기타과수의 물발자국이 1,482 m3/ton으로 가장 크게 나타났으며, 다음으로 감의 물발자국이 677 m3/ton으로 크게 나타났다. 특용작물의 평균물발자국은 4,226 m3/ton이었으며, 특용작물 중 참깨의 물발자국이 5,557 m3/ton으로 가장 크게 산정되었으며, 다음으로 들깨의 물발자국이 4,550 m3/ton으로 나타났다.
- 생산량의 경우, 배추, 무, 양파 순으로 많은 생산량을 나타내었다. 단위 면적 당 수량의 경우 오이, 토마토, 배추, 양파가 60 ton/ha 이상으로 높은 생산량을 보인 반면, 들깨와 참깨는 각각 0.86 및 0.55 ton/ha으로 단위 생산량이 매우 낮은 것으로 나타났다. 43개 작물 중 시설재배가 이루어지는 작물은 수박, 참외, 딸기, 오이, 호박, 토마토, 배추, 시금치, 상추, 무 및 양파 등으로 조사되었다.
- 하지만 두 결과가 다소 차이가 나는 이유는 기존 연구는 2004년부터 2008년까지의 5개년 평균이고 본 연구는 2001년부터 2010년까지의 10개년 평균이기 때문인 것으로 판단된다. 또한 식량작물의 호밀과 밀, 채소류의 토마토, 상추 및 마늘, 과수류의 복숭아 및 기타과수, 특용작물의 유채와 참깨에서 큰 차이를 보였다. 위 작물 중 호밀과 기타과수는 이는 대상 기간 동안의 연도별 단위면적 당 생산량의 차이가 크기 때문인 것으로 판단되며 밀, 토마토, 및 상추 등의 작물은 본 연구와 Yoo et al.
- , 2009; Hoekstra et al, 2011), 본 연구에서도 토양에 잔존하는 수분량 및 토양수분에 의한 증산계수는 고려하지 않고, 작물의 증발산량으로 소비되는 수량만을 물발자국으로 적용하였다. 또한 증발산량 중 강우에 의해 공급되는 수량을 녹색 물발자국, 관개에 의해 인위적으로 공급되는 수량을 청색 물발자국으로 적용하기 위하여 시설재배지에서는 모두 관개로 용수가 공급되고, 노지재배지의 경우 모두 유효우량에서 용수가 공급되는 것으로 설정하였다. 한편 밭작물의 회색 물발자국은 시설재배지 및 노지재배지의 비료 사용에 따른 오염물질 유출에 대한 작물별 연구 결과가 필요한데, 이에 대한 연구가 제한적이므로 회색 물발자국 산정은 제외하고 실제 작물이 소비하는 수량에 초점을 맞추었다.
- 먼저 물발자국 산정 결과를 살펴보면, 두류의 평균 물발자국은 약 3,288 m3/ton으로 맥류 (1,570 m3/ton)나 기타잡곡 (1,993 m3/ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다. 참깨 및 들깨와 같은 특용작물의 물발자국은 각각 5,557 m3/ton, 4,550 m3/ton으로 단일작물 중에서 단위 생산량 당 가장 많은 물을 소비하는 것으로 산정되었다.
- 먼저 식량작물은 주로 노지에서 재배되기 때문에 녹색 물발자국만이 산정되었으며 두류의 평균 물발자국은 약 3,288 m3/ton으로, 맥류 (1,199 m3/ton), 기타잡곡 (2,131 m3/ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다. 자세한 결과를 살펴보면, 호밀은 물발자국이 1,742 m3/ton으로 맥류에서 가장 컸으며, 녹두는 4,086 m3/ton으로 두류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 산정되었을 뿐만 아니라 식용 작물 전체에서 타 작물들과 비교하여 큰 것으로 나타났다.
- 3은 2001년부터 2010년까지의 지역별 물사용량을 산정 결과를 나타낸 것이다. 먼저 지역별 전체 물사용량을 살펴보면, 경북과 전남이 각각 7,700 Mm3와 6,866 Mm3으로 가장 많은 사용량을 보였고, 강원이 각각 2,111 Mm3으로 가장 적은 물사용량을 나타내었다. 경기, 전북, 제주, 충북, 충남 지역은 2,640-3000 Mm3의 물사용량을 보였다.
- 자세한 결과를 살펴보면, 호밀은 물발자국이 1,742 m3/ton으로 맥류에서 가장 컸으며, 녹두는 4,086 m3/ton으로 두류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 산정되었을 뿐만 아니라 식용 작물 전체에서 타 작물들과 비교하여 큰 것으로 나타났다. 메밀은 기타곡류에서 물발자국이 가장 컸으며 그 양은 2,683 m3/ton이었고, 고구마는 370 m3/ton으로 서류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 산정되었다.
- 채소류의 경우 시설재배와 노지재배가 혼합되어 있기 때문에 녹색과 청색 물발자국이 각각 산정되었으며, 과채류의 경우 청색 물발자국이 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 산정결과를 살펴보면 녹색물발자국의 경우, 조미채소의 평균 물발자국은 476 m3/ton으 로, 근채류 (84 m3/ton)나 엽채류 (37 m3/ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다. 청색 물발자국의 경우, 과채류의 평균물발자국은 69 m3/ton으로 엽채류 (39 m3/ton)나 조미채소 (29 m3/ton) 등과 비교하여 많은 것으로 산정되었다.
- 경기, 전북, 제주, 충북, 충남 지역은 2,640-3000 Mm3의 물사용량을 보였다. 상위 3개 지역인 경남, 경북 및 전남 지역이 전체의 약 51 %를 차지하는 것으로 분석되었다.
- 특히 호박은 물발자국이 129 m3/ton으로 과채류에서 가장 컸으며, 당근은 107 m3/ton으로 근채류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 나타났다. 상추는 엽채류에서 물발자국이 가장 컸으며 그 양은 113 m3/ton이었고, 고추는 1,133 m3/ton으로 조미 채소에서 물을 소모하는 것으로 산정되었을 뿐만 아니라 채소류 전체에서 타 작물들과 비교하여 상당히 큰 것으로 나타났다.
- 이는 전국 평균을 나타낸 것이다. 식량작물 중에서는 고구마가 679.9 mm로 가장 큰 값을, 호밀이 237.8 mm 가장 작은 값을 나타내었고, 채소류 중에서는 호박이 436.5 mm로 가장 큰 값을, 시금치가 73.3 mm로 가장 작은 값을 보였다. 과수류 중에서는 기타 과수를 제외하고 배가 767.
- 식량작물의 물사용량은 전남이 24.9 %로 가장 큰 비중을 차지하였고, 채소의 경우, 녹색 물사용량은 전남과 경북이 각각 24.5 %와 16.7 %, 청색 물사용량은 경남과 경북이 각각 20.9%와 16.8 %으로 큰 비중을 나타내었다. 과수류에서는 경북 지역이 34.
- /ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다. 자세한 결과를 살펴보면, 호밀은 물발자국이 1,742 m3/ton으로 맥류에서 가장 컸으며, 녹두는 4,086 m3/ton으로 두류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 산정되었을 뿐만 아니라 식용 작물 전체에서 타 작물들과 비교하여 큰 것으로 나타났다. 메밀은 기타곡류에서 물발자국이 가장 컸으며 그 양은 2,683 m3/ton이었고, 고구마는 370 m3/ton으로 서류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 산정되었다.
- 채소류의 평균 물발자국은 약 198 m3/ton으로 나타났고, 이중에서 고추의 물발자국이 1,133 m3/ton으로 타 작물들과 비교하여 상당히 큰 것으로 나타났다. 작물 생산을 위하여 사용된 물발자국 사용량의 경우, 식량작물에서 두류가 486 Mm3/yr으로 가장 많은 사용량이 산정되었고, 채소류에서는 426.4 Mm3/yr을 사용하는 고추를 포함하고 있는 조미채소의 물 사용량이 가장 많은 것으로 나타났다. 특히 채소류 중에서 과채류의 녹색 물사용량은 41.
- Table 1은 2001-2010년 동안의 작물별 재배 면적, 전체 생산량 및 단위 면적 당 수량의 평균을 산정한 결과이다. 작물 재배 면적의 경우, 대두, 고추 및 보리 순으로 많은 것으로 나타났다. 생산량의 경우, 배추, 무, 양파 순으로 많은 생산량을 나타내었다.
- /ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다. 참깨 및 들깨와 같은 특용작물의 물발자국은 각각 5,557 m3/ton, 4,550 m3/ton으로 단일작물 중에서 단위 생산량 당 가장 많은 물을 소비하는 것으로 산정되었다. 채소류의 평균 물발자국은 약 198 m3/ton으로 나타났고, 이중에서 고추의 물발자국이 1,133 m3/ton으로 타 작물들과 비교하여 상당히 큰 것으로 나타났다.
- 채소류의 경우 시설재배와 노지재배가 혼합되어 있기 때문에 녹색과 청색 물발자국이 각각 산정되었으며, 과채류의 경우 청색 물발자국이 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 산정결과를 살펴보면 녹색물발자국의 경우, 조미채소의 평균 물발자국은 476 m3/ton으 로, 근채류 (84 m3/ton)나 엽채류 (37 m3/ton) 등과 비교하여 단위 생산량 당 가장 많은 물이 소모되는 것으로 나타났다.
- /ton으로 가장 크게 나타났으며, 다음으로 감의 물발자국이 677 m3/ton으로 크게 나타났다. 특용작물의 평균물발자국은 4,226 m3/ton이었으며, 특용작물 중 참깨의 물발자국이 5,557 m3/ton으로 가장 크게 산정되었으며, 다음으로 들깨의 물발자국이 4,550 m3/ton으로 나타났다. 특히, 참깨의 경우는 단일작물 중에서 물발자국이 가장 크게 산정된 작물로 단위 생산량 당 가장 많은 물을 소비하는 것으로 나타났다.
- 녹색 물발자국과 청색 물발자국의 합인 물발자국은 조미채소 (482 m3/ton)가 가장 컸으며, 그 다음으로 근채류 (88 m3/ton), 과채류 (86 m3/ton) 순으로 나타났다. 특히 호박은 물발자국이 129 m3/ton으로 과채류에서 가장 컸으며, 당근은 107 m3/ton으로 근채류에서 가장 많은 물을 소모하는 것으로 나타났다. 상추는 엽채류에서 물발자국이 가장 컸으며 그 양은 113 m3/ton이었고, 고추는 1,133 m3/ton으로 조미 채소에서 물을 소모하는 것으로 산정되었을 뿐만 아니라 채소류 전체에서 타 작물들과 비교하여 상당히 큰 것으로 나타났다.
- 특용작물의 평균물발자국은 4,226 m3/ton이었으며, 특용작물 중 참깨의 물발자국이 5,557 m3/ton으로 가장 크게 산정되었으며, 다음으로 들깨의 물발자국이 4,550 m3/ton으로 나타났다. 특히, 참깨의 경우는 단일작물 중에서 물발자국이 가장 크게 산정된 작물로 단위 생산량 당 가장 많은 물을 소비하는 것으로 나타났다.
후속연구
- (2014)에 의해 논벼에 대한 물발자국 연구가 최근에 수행된 바 있다. 그러나 현재까지 국내의 기상 및 영농 조건 등을 적용한 밭작물의 물발자국에 대한 연구는 미흡하며, 향후 곡물자급률의 변화 및 작물별 물 스트레스와 수자원 정책 부분에 물발자국을 적용하기 위해서는 밭작물에 대한 우리나라의 물발자국 산정이 필요할 것으로 판단된다.
- 농작물의 물발자국 결과는 재배 시기 및 기간, 시설 및 노지 재배 여부, 품종, 영농방식, 지하수 등을 통한 간이용수원 사용 여부 등에 따라서 물발자국 산정 결과는 차이가 발생할 수 있으므로, 이에 대한 자료 조사를 바탕으로 한 추가적인 연구가 필요할 것이다. 특히 녹색 및 청색 물발자국 산정 시 이모작 지역에서 밭작물 재배를 위하여 관개용수가 공급되는 경우와 관개전 및 시설재배가 확대되는 작물 및 지역의 경우, 청색 및 녹색 물발자국 결과가 달라질 수 있으므로 이에 대한 지속적인 검토 및 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 하지만 일부 농업 관련 통계에서는 43개 작물을 분류하여 채소류, 과실류 등과 같이 하나의 통계 수치로 제공하는 경우도 있다. 따라서 큰 분류에 해당하는 값을 제공한다면 범용적인 활용에 있어서 유용할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 농촌경제연구원에서 매년 발행하고 있는 식품수급표 (KREI, 2012)를 기준으로 분류별 물발자국을 산정 하였다.
- (2009)에서 적용된 작물의 파종시기 (봄 및 가을 재배 여부 등) 및 생육기간이 다르기 때문에 작물필요수량이 차이가 발생하기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 대상기간을 10년으로 설정하고 물발자국을 산정하였는데, 단위면적당 생산량 변동이 큰 작물의 경우, 대상 기간에 대한 추가적인 고찰이 필요할 것으로 판단된다.
- 8 m3/ton (녹색)로 산정되었다. 이 결과는 식품수급표를 포함한 다양한 통계자료 등에서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 산정된 작물별 물발자국은 농산물의 2차 가공품이나 사료 및 축산물의 물발자국의 산정에 기초자료로 활용되며, 이는 산정된 농축산물 및 그 가공품의 수출입에 의한 가상수 교역을 분석함에 있어서 기준값으로 사용된다. 즉, 따라서 본 연구결과는 국내 농산물 생산, 소비 및 수출입 등의 농업 분야 물발자국에 기초 자료로써 활용될 수 있다.
- 농작물의 물발자국 결과는 재배 시기 및 기간, 시설 및 노지 재배 여부, 품종, 영농방식, 지하수 등을 통한 간이용수원 사용 여부 등에 따라서 물발자국 산정 결과는 차이가 발생할 수 있으므로, 이에 대한 자료 조사를 바탕으로 한 추가적인 연구가 필요할 것이다. 특히 녹색 및 청색 물발자국 산정 시 이모작 지역에서 밭작물 재배를 위하여 관개용수가 공급되는 경우와 관개전 및 시설재배가 확대되는 작물 및 지역의 경우, 청색 및 녹색 물발자국 결과가 달라질 수 있으므로 이에 대한 지속적인 검토 및 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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