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문제 정의
- 이전 연구에서는 기후자료뿐만 아니라 토양자료를 사용하여 이탈리안 라이그라스의 재배적지 분포지도가 작성되었다. 본 연구에서는 기후자료만을 가지고 토양조건까지 고려한 예측자료와 비교를 통해 기후정보에 기초한 재배적지 예측 자료의 활용성에 대해 분석하였다.
- 본 연구의 목표는 (1) 이탈리안 라이그라스의 재배가능지역을 공간 분포 모델의 일종인 EcoCrop 모델을 사용하여 분석하는 것이었으며, (2) 예측의 불확실도를 낮추기 위해 다수의 전지구기후모델의 미래기후자료를 활용한 재배적지 예측기법을 시도하는 것이었다. (3) 또한, 미래의 기후변화에 따라 북한에서의 농작물의 생산성 확대가 가능할 수 있으므로 남한뿐만 아니라 북한에서의 재배 가능지역을 파악하고 생산된 사료작물의 도입 용이성에 대한 분석을 시도하였다.
가설 설정
- 온도와 강수량의 재배적합도는 각각 월별 온도 및 강수량 자료를 입력자료로 사용하여 계산된다. 공간적인 재배적합도 예측을 위해 사전에 재배시기에 대한 정보가 사용되지 못하므로, 매월 작물 재배가 시작될 수 있다고 가정하여 재배적합도가 월별로 12번 계산된다. 해당 지점에서 이탈리안 라이그라스의 최적재배지는 파종기에 상관없이 재배 가능하여야 한다는 가정하에 계산된 재배적합도 값들 중 최소값으로 해당지점의 재배적합도 값이 결정되었다.
- , 2011). 본 연구에서는 재배적합도에 대한 각 기후자료의 불확실성 기여 정도를 편향 없이 동등한 것으로 가정하였다(Weigel et al., 2010). 즉, 모델 각각으로부터 얻어진 재배적합도 결과값을 격자단위에서 평균값을 계산하여 최종 재배적합도 지도를 생성하였다.
제안 방법
- 본 연구의 목표는 (1) 이탈리안 라이그라스의 재배가능지역을 공간 분포 모델의 일종인 EcoCrop 모델을 사용하여 분석하는 것이었으며, (2) 예측의 불확실도를 낮추기 위해 다수의 전지구기후모델의 미래기후자료를 활용한 재배적지 예측기법을 시도하는 것이었다. (3) 또한, 미래의 기후변화에 따라 북한에서의 농작물의 생산성 확대가 가능할 수 있으므로 남한뿐만 아니라 북한에서의 재배 가능지역을 파악하고 생산된 사료작물의 도입 용이성에 대한 분석을 시도하였다. 이러한 작물의 재배적합도 예측을 통해 이탈리안 라이그라스의 수급 전략을 수립할 수 있을 것이다.
- 행정구역별로 재배적합도 값을 얻기 위해 ArcGIS의 zonal statistics 기능을 사용하였다. 각 행정구역단위에서 최저 및 최대 재배적합도 값과 평균 재배적합도 값을 정리하여 분석하였다.
- 농작물 재배적합도에 대한 기후변화의 영향을 평가하기 위해 개발된 EcoCrop 모델을 사용하여, 한반도를 대상으로 이탈리안 라이그라스의 재배적합도를 예측하였다. EcoCrop 모델은 작물 생육에 요구되는 기후조건을 모수로 사용하여 해당지역의 기후조건에 따른 재배적합도 지수를 계산한다(Hijmans et al.
- 0 (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization; Australia) 등 5종의 전지구 기후모델로부터 얻어진 WorldClim전자기후자료를 사용하였다. 또한, 현재(1950~2000), 2020년대(2010~2039), 2050년대(2040~2069), 2080년대(2070~2099)를 대표하는 전자기후도를 활용하였다.
- com/p/dapa-climate-change/). 본 연구에서는 R로 구현된 EcoCrop 모델 코드를 사용하여 재배적합도 지도를 생산하였다.
- 이러한 결과를 고려해 볼 때, 앙상블 기법으로 재배적합도를 예측할 경우가 단일 시나리오만 사용할 때보다 불확실도를 감소시켜 신뢰도 높은 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 미래기후에 대해 앙상블 기법으로 예측한 재배적합도 결과를 분석에 활용하였다.
- 특정 지점의 작물 재배적합도는 온도와 강수량 조건을 동시에 만족하는 정도에 의해 결정된다. 온도와 강수량의 재배적합도는 각각 월별 온도 및 강수량 자료를 입력자료로 사용하여 계산된다. 공간적인 재배적합도 예측을 위해 사전에 재배시기에 대한 정보가 사용되지 못하므로, 매월 작물 재배가 시작될 수 있다고 가정하여 재배적합도가 월별로 12번 계산된다.
- 우리나라에서의 이탈리안 라이그라스 재배적합 분포 분석을 위해 강원도 지역을 대상으로 보고된 재배 적지 전자지도와 비교하였다(Kim et al., 2012). 이전 연구에서는 기후자료뿐만 아니라 토양자료를 사용하여 이탈리안 라이그라스의 재배적지 분포지도가 작성되었다.
- 특히, 한반도를 대상으로 이탈리안 라이그라스의 재배 가능지역을 파악하는 것이 미래를 대비한 정책 결정에 도움을 줄 수 있다. 이번 연구에서는 기후자료를 기반으로 작물의 재배적합도를 예측하는 EcoCrop 모델을 사용하여 현재(1950~2000), 2020년대(2010~2039), 2050년대(2040~2069), 2080년대(2070~2099)의 이탈리안 라이그라스의 재배 가능지역을 분석하였다. 또한, 전구 기후모델인 CCCMA, CSIRO, UKMO-HadCM3, UKMO-HadGEM1, 그리고 NCAR 모델 등으로부터 얻어진 규모축소 기후자료를 활용한 앙상블 예측기법을 재배적합도 예측에 적용하여 미래 기후변화 조건에서의 불확실도를 낮추는 것을 시도하였다.
- ru/). 이탈리안 라이그라스의 분포 지도(Dzyubenko et al., 2004)를 수집하여 현재기후에서 EcoCrop으로 모의한 러시아 및 인근 국가의 재배적합도 지도와 비교하였다.
- , 2010). 즉, 모델 각각으로부터 얻어진 재배적합도 결과값을 격자단위에서 평균값을 계산하여 최종 재배적합도 지도를 생성하였다.
대상 데이터
-
1. 기후자료
기후정보에 기반한 재배적지 예측을 위해 WorldClim 전자기후도자료를 사용하였다(http://worldclim.com/download/)
. WorldClim자료는 전세계를 대상으로 생산된 과거, 현재 및 미래기후 자료를 포함한다(Hijmans et al. - 현재 자료의 경우, 기상 관측소별 자료를 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 해발고도자료와 ANUSPLIN 알고리즘으로 공간내삽하여 생산된 1km의 공간해상도를 가진 전자기후를 사용하였고, 미래기후자료는 IPCC 4차 평가보고서에 활용된 CMIP3(Coupled Model Intercomparison Project Phase 3; WCRP CMIP3 multi-model dataset) 자료를 약 1km의 공간해상도 수준으로 규모 축소된 자료를 사용하였다. 본 연구에서는 CCCMA-CGM3.1 (Canadian Centre for Climate Modeling and Analysis; Canada)와 UKMO-HadCM3, UKMO-HadGEM1 (Hadley Centre for Climate Prediction and Research; UK), NCAR-CCSM3.0(National Center for Atmospheric Research; USA) 그리고 CSIRO-MK3.0 (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization; Australia) 등 5종의 전지구 기후모델로부터 얻어진 WorldClim전자기후자료를 사용하였다. 또한, 현재(1950~2000), 2020년대(2010~2039), 2050년대(2040~2069), 2080년대(2070~2099)를 대표하는 전자기후도를 활용하였다.
- , 2005). 현재 자료의 경우, 기상 관측소별 자료를 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 해발고도자료와 ANUSPLIN 알고리즘으로 공간내삽하여 생산된 1km의 공간해상도를 가진 전자기후를 사용하였고, 미래기후자료는 IPCC 4차 평가보고서에 활용된 CMIP3(Coupled Model Intercomparison Project Phase 3; WCRP CMIP3 multi-model dataset) 자료를 약 1km의 공간해상도 수준으로 규모 축소된 자료를 사용하였다. 본 연구에서는 CCCMA-CGM3.
이론/모형
- EcoCrop모델의 이탈리안 라이그라스 재배적합도 검증을 위하여 러시아 및 인근 국가의 이탈리안 라이그라스 분포(AgroAtlas; Dzyubenko et al., 2004)를 활용하였다. AgroAtlas는 러시아와 인근 국가의 식량 안보 개선을 위해 개발되었으며, 작물의 적지적작에 활용할 수 있다.
- Fig 5. Variation of italian ryegrass suitability in 2080s predicted using CCCMA, CSIRO, HadCM3, HadGEM1, and NCAR as inputs to the EcoCrop model.
- org/). 본 연구에서도 EcoCrop 데이터베이스에 수록된 이탈리안 라이그라스의 모수값을 사용하였다(Fig. 1).
- , 2012). 이러한 불확실성을 감소시키기 위해 개별 기후모델에서 생산된 기후자료를 사용하여 얻어진 재배적지 예측 값들을 통합하는 앙상블 방법을 사용하였다. 다수의 기후모델을 활용하면 하나의 모델을 사용할 때보다 더 나은 결과를 도출할 수 있으며(Krishnamurti et al.
- 생성된 재배적합도 지도는 ArcGIS(ESRI, USA) 호환 격자자료로 각 격자별로 0부터 100 사이의 재배적합도 값이 저장되었다. 행정구역별로 재배적합도 값을 얻기 위해 ArcGIS의 zonal statistics 기능을 사용하였다. 각 행정구역단위에서 최저 및 최대 재배적합도 값과 평균 재배적합도 값을 정리하여 분석하였다.
성능/효과
- 7%는 경사도, 토양의 배수문제, 강 및 호수 지역으로 재배불가지로 분류되었다. EcoCrop 모델을 이용한 예측 결과는 이전의 결과와 매우 유사한 분포를 나타내는 것을 확인되었다. 따라서, EcoCrop 모델을 사용하여 이탈리안 라이그라스의 재배적지 분포 예측자료가 국내 환경에서 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 6A). 가장 높은 값을 나타내는 지역은 황해남도(91.95)였고, 개성(91.14)이 뒤를 이었으며 신의주와 평양도 각각 80.30, 75.47으로 비교적 높은 편으로 예측되었다(Table 2). 그러나, 함경북도(10.
- 2B). 그러나, 이탈리안 라이그라스가 분포하고 있는 행정구역의 일부 지역에서 0%의 재배적합도가 90% 이상 예측된 지역도 있었다. 특히, 블라디보스톡 및 사할린 인근 지역에서는 해변가를 중심으로 51 이상의 재배적합도가 예측되었으나 내륙지역에서는 0에 가까운 재배적합도를 보였다(Fig.
- 기후변화 시나리오 자료에 따른 재배적합도의 시·도별 최소값과 최대값의 차이가 큰 지역은 경기도, 서울, 인천이었으며 차이가 적은 지역은 부산, 울산, 경상남도였다(Fig. 5).
- 기후변화 조건에서 온도 재배적합도의 변동이 최종 재배적합도의 감소에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 2050년대와 2080년대의 행정 구역별 강수 및 온도 재배적합도를 비교하였을 때, 북한의 경우 강수 재배적합도가 감소하였더라도 온도 재배적합도가 증가했다면 최종 재배적합도는 증가하였다.
- 이는 겨울철의 온도가 KTmp 값 이하로 온도가 내려가면 식물체가 동사한 것으로 간주하여 재배적합도를 0으로 낮추기 때문으로 판단되었다. 따라서, 새로운 품종이 본격적으로 재배될 경우, 현재 0℃로 추정된 이탈리안 라이그라스의 KTmp 값이 현재보다 더 낮아져야 한다는 것을 암시한다. 새로운 품종을 중심으로 KTmp 모수를 조정하여 이모작 가능 시기의 이탈리안 라이그라스 재배 적합분포를 확인하고 조사료 생산 가능 지역의 탐색을 통해 사료 공급 증대를 위한 정책에 활용될 수 있을 것이다.
- 남한에서는 일부 지역에 대해 강수 재배적합도가 증가였으나 온도 재배적합도가 감소한 경우에 최종 재배적합도가 감소했다. 따라서, 한반도에서 이탈리안 라이그라스의 재배적합도는 강수보다는 온도조건에 영향을 더 많이 받는 것으로 사료 되었다.
- 이번 연구에서는 기후자료를 기반으로 작물의 재배적합도를 예측하는 EcoCrop 모델을 사용하여 현재(1950~2000), 2020년대(2010~2039), 2050년대(2040~2069), 2080년대(2070~2099)의 이탈리안 라이그라스의 재배 가능지역을 분석하였다. 또한, 전구 기후모델인 CCCMA, CSIRO, UKMO-HadCM3, UKMO-HadGEM1, 그리고 NCAR 모델 등으로부터 얻어진 규모축소 기후자료를 활용한 앙상블 예측기법을 재배적합도 예측에 적용하여 미래 기후변화 조건에서의 불확실도를 낮추는 것을 시도하였다. 2050년대까지 이탈리안 라이그라스의 재배적합도는 남한과 북한 모두 크게 상승할 것으로 예측되었다.
- 미래 기후조건에서 앙상블 기법을 적용하여 재배적합도를 예측한 결과, 현재에 비해 대부분의 지역에서 재배적합도가 증가하였다(Figs. 6B-D). 예를 들어, 2020년대에는 충청북도와 강원도의 재배적합도가 각각 16.
- 4%로 감소할 것으로 예측되었다. 본 연구에서는, 기후시나리오 SRES A1B를 사용하였으므로 온도 상승이 급격할 것으로 예상되는 기후변화 시나리오를 적용하였을 경우 많은 지역에서 재배적합도가 감소할 것을 암시했다.
- 08으로 다소 낮게 예측되었다. 이러한 결과를 고려해 볼 때, 앙상블 기법으로 재배적합도를 예측할 경우가 단일 시나리오만 사용할 때보다 불확실도를 감소시켜 신뢰도 높은 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 미래기후에 대해 앙상블 기법으로 예측한 재배적합도 결과를 분석에 활용하였다.
- 예를 들어, 16개 시·도 중 11개의 지역에서 감소가 예측되었으며, 광주와 서울 지역에서는 2050년대 대비 평균적인 재배적합도의 감소 폭이 5% 이상이었다. 특히, 이 두 지역은 평균적인 재배적합도가 현재 기후조건보다 더 감소할 것으로 예측되었다. 이러한 재배적합도의 감소는 온도의 변화에 기인하였다.
- 현재 기후조건에서 남한 평야지역을 중심으로 이탈리안 라이그라스의 재배적합도가 높을 것으로 예측되었다(Fig. 6A). 예를 들어, 전라도와 경상도의 평야지역, 그리고 충청남도와 경기도 서부지역에서 재배적합도가 90 이상으로 예측되었으며, 동해안과 서해안을 따라 90 이상의 높은 재배적합도가 예측되었다.
- 현재 기후조건에서의 이탈리안 라이그라스 분포지도와 러시아 및 인근지역의 이탈리안 라이그라스 분포와 EcoCrop 모델의 예측 재배적합도 분포가 유사한 것으로 나타났다(Fig. 2).
후속연구
- EcoCrop 모델을 이용한 예측 결과는 이전의 결과와 매우 유사한 분포를 나타내는 것을 확인되었다. 따라서, EcoCrop 모델을 사용하여 이탈리안 라이그라스의 재배적지 분포 예측자료가 국내 환경에서 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 또한, 미래 기후변화로 이모작 가능지역이 북쪽으로 확대될 것으로 예상된다. 따라서, 앞으로는 이모작 가능 지역에 대한 재배 적지 분포 분석에 대한 연구가 필요할 것으로 사료되었다.
- 미래의 조사료 생산기지 조성을 위해 본 연구 결과와 접근 방식이 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 조사료 재배지 조성을 위해 상당한 시일이 소요되므로, 기후변화에 따른 재배적합도의 변화가 적은 지역에 이탈리안 라이그라스를 생산하는 것이 유리할 것이다.
- 본 연구에서 사용한 모수는 EcoCrop 데이터베이스에서 제공하는 이탈리안 라이그라스의 평균적인 정보이므로, 앞으로는 우리나라에서 개발한 신품종에 맞는 모수를 적용해야 할 것으로 사료된다. 예를 들어, 한반도 전체를 고려하였을 때, 현재 기후조건에서 1~40 사이의 비교적 낮은 재배적합도 값들이 나타나지 않았다(Fig.
- 따라서, 효율적인 토지이용을 위해 국내 조사료의 생산지역은 주요 곡물 작물을 재배하기 어려운 지역에 한정하는 것이 유리할 것이다. 본 연구에서 활용된 자료가 1km의 고해상도 자료이기 때문에, 토지이용을 고려한 상세한 재배 대상지역 탐색을 가능하게 할 것이다. 한편, 국내의 재배 지역만으로는 축산농가들에게서 요구되는 조사료를 공급하는 것에는 한계가 있기 때문에, 정치사회적 조건이 조성되어 북한지역에서 이탈리안 라이그라스를 공급받는 것이 유리할 것으로 예상된다.
- 따라서, 새로운 품종이 본격적으로 재배될 경우, 현재 0℃로 추정된 이탈리안 라이그라스의 KTmp 값이 현재보다 더 낮아져야 한다는 것을 암시한다. 새로운 품종을 중심으로 KTmp 모수를 조정하여 이모작 가능 시기의 이탈리안 라이그라스 재배 적합분포를 확인하고 조사료 생산 가능 지역의 탐색을 통해 사료 공급 증대를 위한 정책에 활용될 수 있을 것이다.
- , 2007). 이러한 내한성이 강한 이탈리안 라이그라스 품종들이 북한에서 재배가 된다면, 보다 안정적인 사료작물 생산이 가능할 것으로 사료되었다. 내한성이 강한 신품종은 동계 유휴 농지를 중심으로 이모작에 활용될 수 있다.
- (3) 또한, 미래의 기후변화에 따라 북한에서의 농작물의 생산성 확대가 가능할 수 있으므로 남한뿐만 아니라 북한에서의 재배 가능지역을 파악하고 생산된 사료작물의 도입 용이성에 대한 분석을 시도하였다. 이러한 작물의 재배적합도 예측을 통해 이탈리안 라이그라스의 수급 전략을 수립할 수 있을 것이다.
- 미래의 조사료 생산기지 조성을 위해 본 연구 결과와 접근 방식이 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 조사료 재배지 조성을 위해 상당한 시일이 소요되므로, 기후변화에 따른 재배적합도의 변화가 적은 지역에 이탈리안 라이그라스를 생산하는 것이 유리할 것이다. 또한, 기후변화 조건에서 벼와 같은 주요 작물들의 생산성이 감소할 것으로 예상되어왔다(Lee et al.
- 2020년대부터, 북한에서도 사료작물인 이탈리안 라이그라스의 재배적합도가 높은 지역이 크게 증가할 것으로 예측되었다. 특히 경제특구로 지정된 나선과 신의주, 개성 인근 지역의 재배적합도가 크게 증가하는 것으로 예측되어 이 지역들을 중심으로 수출을 위한 사료작물 생산단지나 축산단지 조성이 가능할 것으로 사료되었다(Table 2).
- 특히 나선, 신의주 및 개성 인근 지역의 재배적합도가 크게 증가할 것으로 예측되어 이를 중심으로 수출을 위한 사료 생산단지 및 축산단지 조성이 가능할 것으로 예상되었다.
- 특히 나선, 신의주 및 개성 인근 지역의 재배적합도가 크게 증가할 것으로 예측되어 이를 중심으로 수출을 위한 사료 생산단지 및 축산단지 조성이 가능할 것으로 예상되었다. 현재, 내한성 향상을 중심으로 이탈리안 라이그라스의 새로운 품종들이 개발 및 보급되고 있어 이러한 신품종을 대상으로 한 이모작 가능지를 구분하기 위해 품종별로 최적화된 모수를 활용한 재배적합도 예측지도를 작성연구가 연구가 필요할 것으로 사료되었다.
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