[논문]한국 농업의 에머지 평가

강대석

doi:10.5322/jesi.2017.26.9.1087

한국 농업의 에머지 평가
Emergy Evaluation of Korean Agriculture 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.26 no.9, 2017년, pp.1087 - 1099

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Emergy methodology was used to analyze the biophysical basis of Korean agriculture and assess its sustainablility. Total yearly emergy input into Korean agriculture was $7.72{\times}10^{22}sej/yr$ in 2013. Purchased inputs were the dominant emergy source, accounting for 90.1% ($6.95{\times}10^{22}sej/yr$) of the annual input. This clearly indicates that the Korean agriculture is a modern, industrialized system that depends mostly on market goods and services derived from nonrenewable resources. The monetary equivalent of the total emergy input was 18.9 trillion \/yr, 1.5 times greater than the total production cost from farm expense surveys. Emergy return on investment of Korean agriculture was low, with an emergy yield ratio of 1.11. Korean agriculture appears to exert pressure on the environment as revealed by the high environmental loading ratio of 9.30. With very low emergy input from renewable sources (9.7%) and high environmental pressure, Korean agriculture is not sustainable, with an emergy sustainability index of 0.12. This study suggests that higher use efficiency of and lower dependence on nonrenewable purchased inputs need to be prioritized in an effort to enhance the sustainability of Korean agriculture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 통합적 연구의 출발점은 현재 우리나라 농업의 생물리적 조건, 환경영향 및 지속가능성을 시스템 관점에서 제대로 평가하는 것이다. 따라서 이 연구에서는 2013년을 평가 기준 연도로 하여 자연환경에너지, 토양, 농업 생산에 투입하는 재화와 용역 등 우리나라 농업(축산 제외)의 생물리적 기반을 분석하고, 농업 생산이 환경에 미치는 영향과 지속가능성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 또한 향후 에머지 평가법을 농업 평가에 적용하고자 하는 연구자들이 참고할 수 있는 표준화된 평 가틀을 제공하고자 하였다.
따라서 이 연구에서는 2013년을 평가 기준 연도로 하여 자연환경에너지, 토양, 농업 생산에 투입하는 재화와 용역 등 우리나라 농업(축산 제외)의 생물리적 기반을 분석하고, 농업 생산이 환경에 미치는 영향과 지속가능성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 또한 향후 에머지 평가법을 농업 평가에 적용하고자 하는 연구자들이 참고할 수 있는 표준화된 평 가틀을 제공하고자 하였다.
또한 시간이 지남에 따라 제한된 농경지 면적에서 생산성을 높이기 위해 투입하는 화석연료 기반 에너지 및 물질 투입량이 증가(산업적 농업으로 전환)하면서 농업 생산이 환경에 미치는 영향은 커지고 지속가능성은 감소하고 있음을 보여주었다. 이러한 분석을 바탕으로 경작 방법의 개선, 재생불가능 자원의 이용효율성 제고, 에너지원 전환 등 농업의 지속가능성을 높이기 위한 정책 방향을 제시하였다.

제안 방법

농업의 에머지 평가에 필요한 평가 항목은 재생가능 에머지, 지역의 재생불가능 에머지, 외부구입 에머지로 구분해 수집하였다. 농업용수(유효우량 제외)는 농업용수 이용량이 연간 이용 가능한 수자원량(지하수 포함)을 초과하지 않는 것으로 판단하여 재생가능 에머지원에 포함했다.
농작물 생산에 유입하는 연간 총 에머지량(7.72×1022 sej/yr)을 각 농작물 생산량(MAFRA, 2015)과 단위중량당 열량 자료(식품성분표)를 토대로 계산한 총 에너지량으로 나누어 전체 농작물의 평균 UEV를 Table 1 에서 계산하였다.
우리나라 농작물 생산에 필요한 연간 에머지 유입량(2013년 기준)은 Table 1의 에머지 평가표에서 계산하였다. 또한 연간 농작물 생산량과 에머지 유입량을 이용하여 전체 농작물의 평균 UEV를 계산하였다.
시스템 평가방법인 에머지 평가법을 이용하여 우리나라 농업(농작물 생산만 고려)의 생물리적 기반(에머지 유입 특성)을 분석하고 에머지 지수를 계산해 농업 활동의 지속가능성을 평가하였다. 우리나라 농작물 생산에 유입하는 에머지 총량은 2013년 기준 7.
우리나라 농업의 에머지 평가에 필요한 자료는 기상청, 통계청, 농림축산식품부, 산업통상자원부가 발간하는 국가 통계와 정부 보고서 및 학술문헌을 이용하였다. 에머지 평가에 필요한 모든 자료는 연간 자료를 이용하였으며, 연간 자료를 직접 확보할 수 없는 경우 기초 자료를 이용해 연간 자료를 계산하였다.
우리나라 농업시스템의 상태를 평가하기 위해 에머지 산출비율(Emergy Yield Ratio, EYR), 환경부하 비율(Environmental Loading Ratio, ELR), 에머지 지속성지수(Emergy Sustainability Index, ESI) 등의 에 머지 지수를 계산하였다. 에머지 지수는 다양한 항목 의 에머지량 자료를 통합하여 평가 대상 시스템의 특성에 관한 정보를 제공한다(Odum, 1996).
지역의 재생불가능한 에머지 공급원은 토양 한 가지 항목만 포함하였다. 토양이 농작물 생산에 기여하는 바는 토양침식을 통해 유출하는 유기물의 에머지량을 이용해 계산했다. 2013년 기준 논과 밭의 토양침식으로 손실된 에머지량은 1.

대상 데이터

2013 년 일년 동안 이용한 농업용수(논용수와 밭용수의 합) 를 통해 5.33×1021 sej/yr의 에머지가 농경지에 유입하였다.
우리나라 농업의 에머지 평가에 필요한 자료는 기상청, 통계청, 농림축산식품부, 산업통상자원부가 발간하는 국가 통계와 정부 보고서 및 학술문헌을 이용하였다. 에머지 평가에 필요한 모든 자료는 연간 자료를 이용하였으며, 연간 자료를 직접 확보할 수 없는 경우 기초 자료를 이용해 연간 자료를 계산하였다.
이 연구는 식량작물, 채소류, 과실류, 특용작물 등 농작물 생산시스템을 평가 대상으로 하였으며, 축산업과 임업은 포함하지 않았다. 2013년 기준 농경지 면적(MAFRA, 2015)인 1,711,436 ha(논 963,876 ha, 밭 747,560 ha)를 평가의 공간적 범위로 설정하였다.

이론/모형

우리나라 농작물 생산에 투입하는 요소의 에머지 량을 계산하는데 필요한 UEV는 기존 문헌을 참고하였다. 이 연구에서 사용한 UEV는 지구 전체의 연간 재생가능 에머지 유입량이 15.
노동은 농작물 재배에 직접 투입하는 인간의 노력을 의미하며, 서비스는 농작물 생산에 필요한 재료, 연료 등을 생산하는데 투입된 노동으로 간접 노력을 의미한다. 이 연구에서는 기존 연구(Ulgiati et al., 1994; Martin et al., 2006; Ghisellini et al., 2014)를 따라 노동과 서비스를 재생가능 부분과 재생불가능 부분으로 구분하였다. 2013년 기준 우리나라 경제의 총 에머지 사용량가운데 재생가능 에머지가 차지하는 비율은 2.

성능/효과

이들 연구는 농업 생산의 생물리적 기반인 자연환경에너지, 토양, 연료, 재료, 농기계 등에 내재한 에너지와 물질의 중요성을 뚜렷하게 드러냈다. 또한 시간이 지남에 따라 제한된 농경지 면적에서 생산성을 높이기 위해 투입하는 화석연료 기반 에너지 및 물질 투입량이 증가(산업적 농업으로 전환)하면서 농업 생산이 환경에 미치는 영향은 커지고 지속가능성은 감소하고 있음을 보여주었다. 이러한 분석을 바탕으로 경작 방법의 개선, 재생불가능 자원의 이용효율성 제고, 에너지원 전환 등 농업의 지속가능성을 높이기 위한 정책 방향을 제시하였다.
16이었다. 비록 에머지 평가에 포함한 항목에 일부 차이가 있어 비교에 한계가 있지만 10년이 지난 2013년의 농업 생산은 2003년에 비해 투입 비용 대비 효율성이 감소하고 환경에 미치는 부정적 영향은 증가하였으며, 그 결과 우리나라 농업 활동의 지속가능성은 낮아졌다. 이는 농업 생산에서 차지하는 외부구입 에머지의 증가에 기인하는데, 외부구입 에머지 비중은 2003년 86.
우리나라 농작물 생산의 ESI는 0.12에 불과해 현재 상태의 농작물 생산 활동은 지속가능하지 않은 것으로 평가되었다. 우리나라 전체 경제의 ESI인 0.
이에 따라 현재 상태의 농작물 생산 활동은 지속가능하지 않은 것으로 평가되었다. 이 연구는 농업 생산의 지속가능성을 높이려면 농업 생산에 투입하는 에머지의 대부분을 차지하는 외부구입 에머지 투입량 감소와 효율적인 이용이 주된 목표가 되어야 한다는 것을 보여주었다.
이상의 결과를 정리하면 우리나라의 농작물 생산 과정에 유입한 에머지 총량(재생가능 에머지, 지역의 재생불가능 에머지, 외부구입 에머지의 합)은 2013년 기준 7.72×1022 sej/yr이었다.
농업의 에머지 평가 범위, 평가 대상 항목의 종류와 유형 구분에 일부 차이가 있어 비교에 한계가 있지만 우리나라 농업의 에머지 지수는 선진국과 유사하였다 (Table 3). 일본, 덴마크, 이탈리아 등 선진국의 농업 생산에서 재생가능 에머지가 차지하는 비율은 7~12% 였으며, EYR은 1.09~1.15의 범위의 값을 보였다. 이들 나라의 농업이 환경에 미치는 영향 또한 컸는데, ELR은 6.

후속연구

기존의 국내 연구는 국외 사례에서 제시된 UEV를 이용하여 국산 농작물의 평균 UEV를 계산한 한계가 있다. 그러나 이 연구에서 계산한 UEV는 전체 농작물의 평균 UEV이기 때문에 특정 작물의 UEV는 별도의 평가 과정을 거쳐 계산한 뒤 활용할 필요가 있다.
따라서 농업 생산의 환경부하를 줄이고 지속가능성을 높이기 위해서는 일차적으로 화석연료 기반 에너지를 태양광, 풍력 등 재생가능 에너지로 전환할 필요가 있다. 또한 화학비료와 석회 등 토양 상태를 개선하고 식물 생산성을 높이기 위해 투입하는 물질의 에머지량(전 체 외부구입 에머지의 약 10%)을 줄이고 농경지 생태계의 자연적 물질 순환을 충분히 활용할 수 있도록 농업 관행을 바꿀 필요가 있는 것으로 판단된다.
에머지 평가법을 이용해 우리나라 농업의 생산성과 지속가능성을 높이기 위한 정책 방향을 체계적으로 제시하기 위해서는 농업시스템의 현재 상태 평가, 국가 경제에서 농업이 차지하는 역할 평가, 농업의 생물리적 기반 및 생산의 시계열 분석, 작물별 생산시스템 평가, 농업생태계가 제공하는 다양한 혜택의 가치 평가, 농업 생산이 주변 생태계에 미치는 영향 평가, 다양한 농업 정책 대안에 대한 비교 평가, 농경지의 이용 및 개발 대안에 대한 비용-편익 평가 등을 포함하는 통합적 연구를 진행할 필요가 있다. 이러한 통합적 연구의 출발점은 현재 우리나라 농업의 생물리적 조건, 환경영향 및 지속가능성을 시스템 관점에서 제대로 평가하는 것이다.
향후 농업 정책은 농업 생산의 지속가능성을 높이기 위한 체계적 전략을 중심으로 수립할 필요가 있는 데, 이 연구는 농업 생산에 투입되는 에머지의 대부분 을 차지하는 외부구입 에머지의 감소와 효율적인 이용이 주된 목표가 되어야 한다는 것을 보여주었다. 외부구입 에머지 가운데 사람들의 노력에 해당하는 노동과 서비스를 제외하면 연료와 전기 등 농사용 에너지가 공급하는 에머지량이 외부구입 에머지의 약 27%(Table 1)로 큰 비중을 차지하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	외부구입 에머지가 에머지 총량의 90%를 차지하는 것은 무엇을 의미하는가?	95×1022 sej/yr)로 대부분을 차지했다. 이는 우리나라 농작물 생산이 지역의 에머지 공급원(재생가능 및 재생불가능)이 아니라 시장에서 공급 하는 다양한 재화와 용역(대부분 재생불가능 자원에 기반한 산물)에 의존하는 산업적 농업의 특성을 가지고 있음을 뚜렷이 나타낸다. 농작물을 생산하는데 투입된 에머지 총량을 화폐 단위로 환산하면 18조 9,120 억원/년이었다.
	농업 경쟁력에 부정적으로 작용하는 경제적 요인은 무엇인가?	환경적으로는 지속적인 개발로 인한 농지 감소, 토양 및 수질 오염, 기상 이변 등 국내 환경 변화가 농업 생산에 영향을 미치고 있으며, 기후 변화 등 지구적 차원의 환경 변화에도 노출되어 있다. 경제적 측면에서는 인구 감소로 인한 농산물 수요 감소 및 농산물 소비 패턴 변화, 농산물 시장 개방 확대 및 이에 따른 구조 조정, 에너지 가격 변동 등은 농업 경쟁력에 부정적 요인으로 작용하고 있다. 또한 사회적으로는 농가 인구의 급격한 감소 및 고령화, 수입 농산물의 안전성 문제, 식량 자급률 하락 등 국가 경제의 기본 토대인 농업 기반이 약화하고 있다.
	에머지 평가법이 기존 시스템 분석의 한계를 보완할 수 있는 이유는 무엇인가?	시스템 평가 및 생태계 가치 평가에 에너지량, 물질량 등 생물리 자료뿐만 아니라 인건비, 재료비, 연료비 등 화폐량으로 표시되는 사람들의 노력까지 포함하는 에머지 평가법(emergy methodology)은 생태-경제시스템을 통합적으로 평가하기 위한 방법으로 개발되었 다(Odum, 1996). 에머지 평가법은 생태-경제시스템 의 유지와 생산에 기여하는 자연의 역할과 인간의 노력을 동일한 기준에서 평가하기 때문에 기존 시스템 분석 연구의 한계를 보완할 수 있는 방법이다. 에머지 평가법은 1990년대 중반 국내에 도입(Lee and Odum, 1994)된 이후 다양한 분야에 적용되었는데, 국가 경제 평가(Kang, 2015), 생태-경제시스템 분석 및 생태계 가치 평가(Kang, 2001; Kang, 2007; Kang, 2013; Nam and Kang, 2016), 개발 사업의 비용-편익 분석 (Kim, 2002; Kang and Park, 2002), 환경관리 대안 비교(Hong et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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