[논문]가뭄과 생산기반 정비사업이 쌀 생산성에 미치는 영향

성재훈; 채광석; 김대의

doi:10.5532/kjafm.2017.19.4.293

문제 정의

하지만 추세항과 기상변수 만으로는 태풍, 병해충, 일조감소 등과 같은 연도별 특징을 통제하는 데에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 추세항뿐만 아니라 연도별 더미를 이용하여 결과치의 강건성을 검정하였다. 하지만 한발빈도별(평시, 3년, 5년, 7년, 10년) 수리답면적 비율은 연도별 더미와 추세항과 매우 강한 상관관계를 가질 수 밖에 없다.
(2014)의 모형을 활용하였다. 본 연구는 가뭄과 한발대비 수리시설이 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석하고, 한발빈도별 수리답 면적 비율이 갖는 정책적 시사점을 모색함으로써 기존 선행연구들과 차별성을 갖고자 한다. 이를 통해 기후변화에 대응하여 농림축산식품부의 농업생산기반정비사업의 효과를 살펴봄으로써 우리나라 농업가뭄 대응 체계 수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 우선 가뭄을 자연현상으로서의 기상학적 가뭄(혹은 수문학적 가뭄)과 농업적 가뭄으로 나누고 각각이 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 농업생산기반정비사업, 그 중에서도 한발빈도별 수리답 면적 비율이 농업생산성에 미치는 영향 분석하였다.
본 연구에서는 가뭄과 농림축산식품부의 농업기반 정비사업 중 한발대비 수리시설이 쌀의 생산성에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 우선, 표준강수지수(SPI6)가 -2.
이 연구의 목적은 가뭄이 쌀 생산성에 미치는 효과를 추정하는데 있다. 가뭄 효과를 추정하기 위해서 우리는 기상변수와 수리답 비율 등이 쌀 생산성에 미치는 효과를 패널 회귀분석 모형을 통해 추정하였다.

가설 설정

식(1)과 식(2)의 y_ct는 c 지역의 t 연도 쌀 단수, W_ict는 기상 현상 i와 연관된 변수를 나타내며 본 연구에서는 기온, 강수량, 그리고 가뭄변수(D_ct)를 포함한다. 기상현상 i가 생산성에 미치는 영향은 f_i와 같은 함수 형태를 따른다고 가정하였다.α_i는 기상변수 i가 쌀 단수에 미치는 영향을 나타낸다.

제안 방법

5보다 적은 날의 합계를 사용하였으며, 이는 물마름면적과 저수율은 농림축산식품부의 농업기반정비사업에 영향을 받기 때문이다. [모형 1]은 한발 대비 수리안전시설의 평균 효과를 보기 위한 것이며, [모형 2]는한발 대비 수리안전시설이 가뭄 대응 효과를 추정하기 위해 [모형 1]에 가뭄지수와 전체 논면적 대비 한발대비 수리안전답면적의 교차항을 추가하였다. [모형 1] 분석결과, 가뭄 대응 대비 설계한발빈도가 높을수록 쌀 생산성이 높아지는 것으로 나타났다.
따라서 본 연구에서는 θt를 제외한 모형과 θt를 포함한 모형을 바탕으로, 한발빈도별 수리답면적 비율이 쌀 단수에 미치는 효과를 비교 분석하였다.
본 연구는 우선 가뭄을 자연현상으로서의 기상학적 가뭄(혹은 수문학적 가뭄)과 농업적 가뭄으로 나누고 각각이 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 농업생산기반정비사업, 그 중에서도 한발빈도별 수리답 면적 비율이 농업생산성에 미치는 영향 분석하였다. 단기적인 기상 조건이 농업생산성에 미치는 영향을 추정하기 위한 Dell et al.
시군별 자료구축을 위해 역거리 가중방법을 이용하여 한반도 5km×5km 격자지도를 구축하였고, 기상변수와 같은 방법으로 시군별 표준강수지수(SPI6)를 구축하였다. 마지막으로 각 연도별 시군단위 전체 논 면적 대비 한발빈도별(평시, 5년 이상, 7년 이상, 10년) 수리답면적 비중은 농업생산기반정비사업통계연보를 이용하였다. 단, 논 면적 대비 한발빈도별 수리답면적 비중은 누적 개념으로 구축하였다.
기후자료는 일별 최고 기온과 최저 기온 그리고 강수량 자료로 구성되어 있으며, 격자 크기는 3km×3km이다. 본 연구에서는 우선 각 격자별 평균온도를 계산한 다음, 시군 내 격자의 평균 온도와 누적 강수량을 단순 평균하여 시군별 기온 및 강수량을 구축하였다.
본 연구에서는 이러한 한발빈도별 수리 답의 가뭄 억제효과를 추정하기 위해 한발빈도별 수리 답면적과 가뭄 변수 간의 교차항을 이용하였으며, βId를 통해 한발빈도별 수리답면적 비율 증가에 따른 가뭄 효과의 변화를 추정하였다.
사회경제학적 가뭄은 생활⋅공업⋅농업용수 공급 부족으로 인해 생산에 피해가 발생한 경우를 의미한다. 본고에서는 농업 가뭄을 나타내는 변수로는 전체 논 면적 대비 물마름면적 비중을 이용하였으며, 표준강수지수(SPI6)가 -2.5보다 작은 일수,그리고 표준강수지수(SPI6)가 -2.5보다 작으며 농업용 저수지 저수율이 50%이하인 일수(농림축산식품부의가뭄 단계별 예고지표 중 가뭄 확산 단계에 해당함)는각각 기상학적 가뭄과 수문학적 가뭄을 나타내는 변수로 이용하였다. 단, 수문학적 가뭄 변수 구축 시, 저수율 자료가 없는 시군은 표준강수지수(SPI6)가 -2.
Table 3은 가뭄에 대한 농림축산식품부의 장기 대응이라고 할 수 있는 농업용 저수지 설계한발빈도 변화가 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석한 결과이다. 본연구에서는 가뭄지수로서 표준강수지수(SPI6)가 -2.5보다 적은 날의 합계를 사용하였으며, 이는 물마름면적과 저수율은 농림축산식품부의 농업기반정비사업에 영향을 받기 때문이다. [모형 1]은 한발 대비 수리안전시설의 평균 효과를 보기 위한 것이며, [모형 2]는한발 대비 수리안전시설이 가뭄 대응 효과를 추정하기 위해 [모형 1]에 가뭄지수와 전체 논면적 대비 한발대비 수리안전답면적의 교차항을 추가하였다.
시군별 자료구축을 위해 역거리 가중방법을 이용하여 한반도 5km×5km 격자지도를 구축하였고, 기상변수와 같은 방법으로 시군별 표준강수지수(SPI6)를 구축하였다.

대상 데이터

9%)의 10a당 생산량(kg) 자료를 종속변수로 사용하였다. 기상 변수는 APCC 기후센터가 제공한 Jeong and Eum(2015)의 한반도 고해상도 격자 기후자료를 이용하였다. 기후자료는 일별 최고 기온과 최저 기온 그리고 강수량 자료로 구성되어 있으며, 격자 크기는 3km×3km이다.
기후자료는 일별 최고 기온과 최저 기온 그리고 강수량 자료로 구성되어 있으며, 격자 크기는 3km×3km이다.
5보다 작으며 농업용 저수지 저수율이 50%이하인 일수(농림축산식품부의가뭄 단계별 예고지표 중 가뭄 확산 단계에 해당함)는각각 기상학적 가뭄과 수문학적 가뭄을 나타내는 변수로 이용하였다. 단, 수문학적 가뭄 변수 구축 시, 저수율 자료가 없는 시군은 표준강수지수(SPI6)가 -2.5이하인 일수를 이용하였으며, 2001년 물마름 면적 자료는 현재 구축되어 있지 않아 물마름면적을 이용한 모형 추정 시 2002~2015년 자료만을 이용하였다.²⁾ 수문학적 가뭄을 나타내는 지표는 실제 가용 농업용수량이 부족한 매우 강한 가뭄 상황으로 간주할 수 있다.
본고는 통계청이 발표하는 2001~2015년 시군구별 논벼(정곡, 92.9%)의 10a당 생산량(kg) 자료를 종속변수로 사용하였다. 기상 변수는 APCC 기후센터가 제공한 Jeong and Eum(2015)의 한반도 고해상도 격자 기후자료를 이용하였다.
표준강수지수(SPI6) 자료는 기상청이 제공하는 59개 종관기상관측지점 자료를 이용하였다. 시군별 자료구축을 위해 역거리 가중방법을 이용하여 한반도 5km×5km 격자지도를 구축하였고, 기상변수와 같은 방법으로 시군별 표준강수지수(SPI6)를 구축하였다.

데이터처리

이 연구의 목적은 가뭄이 쌀 생산성에 미치는 효과를 추정하는데 있다. 가뭄 효과를 추정하기 위해서 우리는 기상변수와 수리답 비율 등이 쌀 생산성에 미치는 효과를 패널 회귀분석 모형을 통해 추정하였다. 분석결과 가뭄이 쌀 생산량에 미치는 영향은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.

이론/모형

단기적인 기상 조건이 농업생산성에 미치는 영향을 추정하기 위한 Dell et al.(2014)의 모형을 활용하였다. 본 연구는 가뭄과 한발대비 수리시설이 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석하고, 한발빈도별 수리답 면적 비율이 갖는 정책적 시사점을 모색함으로써 기존 선행연구들과 차별성을 갖고자 한다.
무작위적이고 예상치 못하게 발생하는 가뭄과 같은 기상 이변(weather shock)이 농업 생산성에 미치는 영향을 식별(identification)하기 위해 본 연구에서는 Dellet al.(2014)의 방법론을 이용하였다. Dell et al.
마지막으로 Cho and Kwon(2014)는 5월∼9월 월별 평균기온과 누적 강수량, 7월 누적 일조시간, 8월 누적 일조시간, 8월 평균일교차, 그리고 9월 평균 일교차를 이용하였다. 본 논문에서는 Cho and Kwon(2014)을 바탕으로 월별 평균기온과 월별 누적강수량을 이용하였으며, 기상현상과 연관된 함수형태로 1차 함수를 이용하였다. 식(2)의 I_ct는 시군 단위 한발빈도별(평시, 3년, 5년, 7년, 10년) 수리답면적 비율을 의미한다.
추정을 위해 패널 자료 분석에 사용되는 고정효과 모형을 사용하였다. 고정효과 모형은 시간 불변의 시군별 특징 μ_c를 모수로 간주하고 그룹 내 변환(within transformation)을 통해 시간 불변의 시군별 특징이 쌀 단수에 미치는 영향을 통제한다.

성능/효과

5이하인 일수와 물마름면적의 시군별 분포를 나타낸다.¹⁾ 2015년 표준강수지수(SPI6)가 -2.5이하인 일수는 경기도에 집중적으로 분포한 반면, 물마름면적은 인천지역을 포함한 경기도지역뿐만 아니라 강원도와 충청북도 지역에도 발생한 것으로 나타났다. 이는 시군별로 가뭄에 대응하는 능력이 상이함을 반영하며, 이는 쌀 생산성에 대한 가뭄 효과를 식별하기 위해서는 시군별 특징을 적절히 통제해 주어야 함을 의미한다.
5이하인 일수를 이용하였으며, 2001년 물마름 면적 자료는 현재 구축되어 있지 않아 물마름면적을 이용한 모형 추정 시 2002~2015년 자료만을 이용하였다.²⁾ 수문학적 가뭄을 나타내는 지표는 실제 가용 농업용수량이 부족한 매우 강한 가뭄 상황으로 간주할 수 있다. 저수율은, 특히 농업용수가 많이 필요한 모내기 철의 저수율은 재배기간 이전의 강수량에 크게 영향을 받는다.
[모형 1]은 한발 대비 수리안전시설의 평균 효과를 보기 위한 것이며, [모형 2]는한발 대비 수리안전시설이 가뭄 대응 효과를 추정하기 위해 [모형 1]에 가뭄지수와 전체 논면적 대비 한발대비 수리안전답면적의 교차항을 추가하였다. [모형 1] 분석결과, 가뭄 대응 대비 설계한발빈도가 높을수록 쌀 생산성이 높아지는 것으로 나타났다. 이는 가뭄이 없는 평상시에도 설계한발빈도가 높을수록 농업용수의 공급이 원활하고 이로 인해 안정적인 영농이 가능하기 때문이라 생각된다.
이는 가뭄이 없는 평상시에도 설계한발빈도가 높을수록 농업용수의 공급이 원활하고 이로 인해 안정적인 영농이 가능하기 때문이라 생각된다. 구체적으로 우선 전체 논 면적 중 수리답의 비중이 1% 증가할 경우, 쌀 단수는 0.025% 증가하는 것으로 추정되었다. 이는 역으로 수리불안전답면적이 1% 증가할 경우, 쌀 단수가 0.
구체적으로 한발대비 수리답 면적 비중이 1% 증가할 경우, 쌀 단수는 0.025∼0.035% 증가하는 것으로 추정되었으며, 추정치의 크기는 설계한발빈도에 비례하였다.
또한, 우리나라의 가뭄은 지역적으로 나타나며, 이러한 지역적 가뭄의 피해를 추정하기 위해서는 쌀 생산성의 감소뿐만 아니라 이로 인한 지역 간 경제적 파급효과를 추정할 필요가 있다. 그리고 10년 한발에 대비한 수리안전답조차도 표준강수지수(SPI6)가 -2.5 이하로 떨어지는 심각한 가뭄을 대응하기에는 효과적이지 않는 것으로 나타났다. 현재 우리나라 농업용 저수지의 경우 50년 이상 노후화된 시설이 전체 약 74%에 이르고 있어 향후 기후변화에 취약할 것으로 예상된다.
12% 감소하는 것으로 나타났다. 단, 연도별 더미를 사용할 경우, 표준강수지수(SPI6)가 -2.5보다 작으며 저수율이 50%미만인 날이 쌀 단수에 미치는 영향은 통계적으로 유의하지 않게 나타났다. 하지만 가뭄변수로서 물마름면적을 사용할 경우, 가뭄이 쌀 단수에 미치는 영향은 통계적으로 유의하지 않은 것으로 추정되었다.
025% 감소하는 것을 의미한다. 또한 5년(7년) 한발 대비 수리답면적 비중이 1% 증가할 경우, 쌀 단수는 0.029%(0.033%) 증가하였으며, 마지막으로, 전체 논 면적 대비 수리안전답면적이 1% 증가할 경우, 쌀의 단수는 0.035% 증가하는 것으로 나타났다. 앞서 언급하였듯이 2001년에서 2015년까지 수리안전답 비중은 26%에서 61%까지 증가하였고, 이는 수리안전답면적 비중의 증가로 인해 동기간 동안 쌀 단수가 1.
09%감소하는 것으로 추정되었다. 또한 농림축산식품부의 가뭄 확산 단계(표준강수지수(SPI6)가 -2.5 미만, 저수율 50%미만)에 속하는 일수가 1일 증가할수록 쌀의 단수는 0.12% 감소하는 것으로 분석되었다. 하지만 농업적 가뭄으로 해석될 수 있는 물마름면적을 가뭄 변수로 사용할 경우, 가뭄이 쌀 생산성에 미치는 영향은 통계적으로 유의하지 않게 추정되었다.
이는 한발대비수리답이 가뭄 피해를 줄이는 데에는 효과가 거의 없음을 의미한다. 또한 추세항과 연도별 더미를 추가하였을 경우, 한발대비 수리답 면적 비중이 쌀 단수에 미치는 영향과 한발대비 수리답의 가뭄 피해 억제 효과는 통계적으로 유의하지 않은 것으로 추정되었다. 이는 수리안전답 조차도 표준강수지수(SPI6)가 -2.
또한 표준강수지수(SPI6)가 -2.5보다 작으며 저수율이 50%미만인 날이 하루 증가할 경우, 쌀의 단수는 0.08%∼0.12% 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 전체 논면적에서 수리답 면적 비율이 1% 확대될수록 쌀 생산량은 0.025∼0.035%씩 증가하는 것으로 나타났다.
가뭄 효과를 추정하기 위해서 우리는 기상변수와 수리답 비율 등이 쌀 생산성에 미치는 효과를 패널 회귀분석 모형을 통해 추정하였다. 분석결과 가뭄이 쌀 생산량에 미치는 영향은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 또한, 전체 논면적에서 수리답 면적 비율이 1% 확대될수록 쌀 생산량은 0.
하지만 한발 대비 수리답 면적 비중의 가뭄 대응 효과는 통계적으로 유의하지 않은 것으로 추정되었다. 분석결과, 가뭄과 한발대비 수리답 면적 비중이 쌀 단수에 미치는 영향은 생각보다 미미한 것으로 추정되었다. 이는 농림축산식품부의 사전적 가뭄 대응 정책 등과 같은 사회경제학적 요소 때문이라 생각된다.
5보다 적은 날이 발생하더라도, 저수율은 표준강수지수(SPI6)와는 무관하게 50%이상일 수 있다. 실제로 본 연구에 사용된 자료 분석 결과 저수율 50%이하 일수와 표준강수지수(SPI6)가 -2.5인 일수를 가지는 시군 간에는 매우 약한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한 5월 이후 저수율이 50%이하로 떨어지는 시군은 2001, 2014, 2015년에 강원과 충청 그리고 경기 지역에서만 나타났다.
본 연구에서는 가뭄과 농림축산식품부의 농업기반 정비사업 중 한발대비 수리시설이 쌀의 생산성에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 우선, 표준강수지수(SPI6)가 -2.5미만인 일수가 1일 증가할수록, 쌀의 단수는 0.09%감소하는 것으로 추정되었다. 또한 농림축산식품부의 가뭄 확산 단계(표준강수지수(SPI6)가 -2.
2% 증가했음을 의미한다. 하지만 추세항과 연도별 더미를 추가한 결과 있는 농업용 저수지 설계한발빈도 변화가 쌀 생산성에 미치는 영향은 모두 통계적으로 유의하지 않게 분석되었다. 이는 농업용 저수지 설계한발빈도 변화와 추세항 간의 강한 상관관계를 가지고 있기 때문이다.

후속연구

앞서 언급한 문제점을 해결하기 위한 앞으로의 연구 방향은 다음과 같다. 우선, 한발대비 수리답 비중의 가뭄 대응 효과와 기상학적 혹은 수문학적 가뭄의 영향을 규명하기 위해서는 농림축산식품부의 단기 가뭄 대응 효과를 감안한 추가적인 모형 구성이 필요할 것으로 생각된다. 또한, 우리나라의 가뭄은 지역적으로 나타나며, 이러한 지역적 가뭄의 피해를 추정하기 위해서는 쌀 생산성의 감소뿐만 아니라 이로 인한 지역 간 경제적 파급효과를 추정할 필요가 있다.
본 연구는 가뭄과 한발대비 수리시설이 쌀 생산성에 미치는 영향을 분석하고, 한발빈도별 수리답 면적 비율이 갖는 정책적 시사점을 모색함으로써 기존 선행연구들과 차별성을 갖고자 한다. 이를 통해 기후변화에 대응하여 농림축산식품부의 농업생산기반정비사업의 효과를 살펴봄으로써 우리나라 농업가뭄 대응 체계 수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가뭄의 대응력을 높이기 위한 우리나라의 노력은 무엇이 있는가?	과거의 가뭄은 강수의 부족이 전적으로 가뭄으로 이어지는 형태였으나 근대적인 수리시설이 발달하면서 가뭄의 대응력도 향상되었다. 특히 우리나라는 주곡의 안정적공급을 위하여 해방 이후 지금까지 꾸준히 농업용수개발과 같은 농업생산기반정비사업을 추진해왔다. 1960년대 이후 경제개발 5개년 계획의 수립과 더불어 수리시설의 확충이 급진전되었고 가뭄에 대비한 사전대책이나 응급대책이 체계화됨에 따라 그 피해는 크게 줄어들었다(MAFRA, 2015).
	수리답이란?	수리답이란 평년수준의 한발에 견딜 수 있을 정도의 수리시설을 갖춘 논을 의미한다. 따라서 한발빈도를 어느 수준으로 잡느냐에 따라 내한능력에 큰 차이가 난다.
	우리나라 농경지 면적은?	1960년대 이후 경제개발 5개년 계획의 수립과 더불어 수리시설의 확충이 급진전되었고 가뭄에 대비한 사전대책이나 응급대책이 체계화됨에 따라 그 피해는 크게 줄어들었다(MAFRA, 2015). 현재 우리나라 농경지 면적은 2015년 기준 1,679천ha이며, 그 중 논이 908천ha, 밭이 771천ha이다. 논 면적 중 농업용수개발에 의하여 용수공급이 가능한 수리답 면적은 734천ha(80.

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