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문제 정의
- 따라서 본 연구는 2012년부터 2014년까지의 국내 질소 수지 경향을 파악하기 위하여 배출특성이 서로 상이한 도시지역, 농업 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하여 질소 수지를 조사 및 분석하였으며, 가장 큰 영향을 미치는 질소산화물에 대해서는 시도별 특성을 파악하여 질소 유출입의 기원을 도출하여 이를 줄이기 위한 대책 등을 제시하였다. 또한 기존의 질소수지 연구결과를 보완하고 수정하는 것과 더불어, 기존의 연구와 상호 비교 및 분석함으로써 우리나라의 질소 수지 경향을 파악하고 정부의 정책변화로 인해 발생하는 질소수지를 파악하는 것을 목표로 하였다.
- 우리나라 총 질소수지 중 질소산화물에 의한 질소 유입은 총 질소 유입의 약 68%를, 질소산화물에 의한 질소 유출은 총 질소 유출의 약 31%를 차지하는 등 기체상 질소산화물은 우리나라 전체 질소수지에 큰 영향을 미치는 요인이다. 따라서 시도별로 유입 및 배출하는 질소산화물에 대해 추가적으로 조사하였다. 배출되는 질소산화물은 2012년부터 2014년까지 꾸준히 감소하는 경향을 보였으며, 시도별 배출 비율은 거의 비슷하게 유지되고 있었다.
- 따라서 본 연구는 2012년부터 2014년까지의 국내 질소 수지 경향을 파악하기 위하여 배출특성이 서로 상이한 도시지역, 농업 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하여 질소 수지를 조사 및 분석하였으며, 가장 큰 영향을 미치는 질소산화물에 대해서는 시도별 특성을 파악하여 질소 유출입의 기원을 도출하여 이를 줄이기 위한 대책 등을 제시하였다. 또한 기존의 질소수지 연구결과를 보완하고 수정하는 것과 더불어, 기존의 연구와 상호 비교 및 분석함으로써 우리나라의 질소 수지 경향을 파악하고 정부의 정책변화로 인해 발생하는 질소수지를 파악하는 것을 목표로 하였다. 본 연구는 2005년부터 진행한 대한민국 질소수지분석의 연속 연구로서, 앞으로도 지속적으로 국내 질소수지를 체계적으로 파악하여 농축산업 지역 질소 관리 등의 정책 및 방안에 있어 추구하여야 할 목표를 수립하는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 2012년부터 2014년까지 우리나라에 유입 및 유출된 질소수지를 파악하고 이를 보완 및 개선하기 위한 방안들을 제시하고자 하였다. 2012년부터 2014년까지 우리나라로 유입된 총 질소량은 6,202,828,6,137,708, 6,022,379 ton/yr이었으며, 유출된 총 질소량은 1,393,763, 1,380,406, 1,360,819 ton/yr로 조사되었다.
가설 설정
- 우리나라 전체 지역에 대한 질소 유입과 유출량을 조사하기 위하여 배출특성이 서로 상이한 도시지역, 농업 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하여 질소수지를 조사하였다. 사람이 생활할 수 있는 모든 공간을 도시지역으로 가정하였으며, 대다수 포장도로와 건물 등으로 밀집되어 있기 때문에 질소의 침착과 고정이 발생하지 않는다고 가정하였다. 총 질소의 물질 수지량의 단위는 기존 연구에서 많이 사용하는 kg/ha-yr와 ton/yr로 나타내었다.
제안 방법
- 축산업에서의 질소유입은 가축사료에 의한 유입을 주 대상으로 산출하였다. 2012년부터 2014년까지 소비된 사료량은 각각 18,479,550, 18,936,306, 18,868,021 ton/yr이며, 사료 내 단백질 함량 15%와 단백질 내 질소함량 16%를 고려하여 축산업으로 유입된 질소량을 산출하였다. 축산업의 사료 소비량은 가축두수의 증가로 인해 해마다 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났지만 2014년 구제역과 AI로 인한 대대적인 가축 살처분으로 인해 잠시 주춤한 것으로 조사되었다.
- 농업지역에서 질소 유출은 생산된 농작물 내에 포함된 질소량과 화학비료에 의한 탈질량(denitrification) 및 휘발량(volatilization), 지하수로 유출(runoff)되는 양으로 구분하였다. 축산업지역에서는 퇴비로 재사용되는 양, 가축분뇨에서의 탈질량과 휘발량으로 추정하였으며, 임야지역에서는 탈질량과 흡수량(uptake)으로 산정하였다.
- 도시지역에 유입되는 질소는 농작물에 의한 질소 발생량(crop)과 식료품(grocery), 연료(fuel) 등으로 구분하였다. 농업지역은 질소 화학비료에 의한 토양 내 유입(fertilizer)과 건식 및 습식을 포함한 대기로부터의 질소 침착량(deposition), 질소 고정 박테리아에 의한 질소 고정량(fixation), 관개용수에 의한 발생량(irrigation), 미처리된 가축분뇨에 의한 유입 및 퇴비에 의한 재사용량(compost)을 질소 유입 요소로 조사하였다. 축산업지역에의 유입량은 국내에서 가장 많이 사육되는 젖소, 한우, 육우, 돼지,닭, 오리 등 10개 축종들이 소비한 총 사료량(feedstuff)을 추가하여 조사하였으며, 임야지역은 발전소로 유입되는 연료를 추가로 조사하였다.
- 2012년부터 2014년까지 지하수로 유출된 질소는 24,777,24,116, 24,110 ton/yr로 농경지 감소로 인하여 토양에 유입되는 질소가 감소하였고 이에 따라 지하수로 유출되는 양 또한 감소한 것으로 사료된다. 농작물 및 농경지에 대한 질소 흡수량은 연간 생산된 농산물 내 질소함량과 경작지의 질소 흡수량을 이용하여 평균 질소 흡수량을 산정하였다. 2012년부터 2014년까지 농산물 및 경작지에 의한 질소 흡수량은 355,900, 350,353, 351,376 ton/yr로 나타났으며 뚜렷한 경향성이 나타나지 않았는데, 이는 농경지는 감소하였지만 농업기술의 발달로 인하여 농산물생산량이 증가함에 따라 상호간 미치는 영향 때문인 것으로 판단된다.
- 도시지역에서의 질소 유출량은 하수 슬러지의 탈질량,하수처리장으로 유입된 질소 및 수계로의 유출, 자동차 및 사업장에서 배출되는 질소산화물 등을 고려하여 산출하였다. 이전 연구까지는 하수슬러지의 해양투기에 의한 질소 유출량을 고려하였지만 2012년부터 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지됨에 따라 해양투기가 이루어 지지 않아 본 연구에서는 이 부분은 무시하였다.
- 축산업지역에서는 퇴비로 재사용되는 양, 가축분뇨에서의 탈질량과 휘발량으로 추정하였으며, 임야지역에서는 탈질량과 흡수량(uptake)으로 산정하였다. 도시지역은 하수슬러지 발생량(sewage disposal), 생물반응조의 탈질량 및 수계로 유출되는 하수 배출량(drainage)으로 추정하였다. 우리나라 대기오염배출량은 에너지산업 연소, 비산업 연소, 제조업 연소, 생산공정, 에너지수송 및 저장, 유기용제 사용, 도로 및 비도로 이동오염원 등으로 구분하여 산정되고 있다.
- 총 대기오염배출량 중, 질소산화물의 발생량을 추정하기 위하여 교통안전공단의 차량의 주행거리 및 실태분석을 통한 지역별, 용도별, 차종 별 평균주행거리를 추정한 통계자료와 환경부에서 고시된 자동차 차종 별 배출계수를 참고하였다. 또한, 사업장에 관해서는 국립환경과학원의 사업장별 배출량 통계 자료를 활용하였으며, 발전소의 경우 산업통상자원부와 에너지관리공단의 통계자료를 이용하여 질소산화물의 배출량을 추정하였다.
- 국가적인 규모의 질소수지 산정을 위하여 통계청, 환경부, 농림축산식품부, 한국농어촌공사, 국토교통부, 한국보건산업진흥원, 국립환경과학원, 교통안전공단, 국가교통데이터베이스, 한국전력공사, 에너지경제연구원 등에서 조사하여 발표한 통계 자료를 적극 활용하였으며, 그 외 침착율, 휘산율, 탈질률 등은 문헌에 보고된 자료를 취합하여 평균값 및 중간값을 질소수지 인자값으로 사용하였다. 우리나라 전체 지역에 대한 질소 유입과 유출량을 조사하기 위하여 배출특성이 서로 상이한 도시지역, 농업 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하여 질소수지를 조사하였다. 사람이 생활할 수 있는 모든 공간을 도시지역으로 가정하였으며, 대다수 포장도로와 건물 등으로 밀집되어 있기 때문에 질소의 침착과 고정이 발생하지 않는다고 가정하였다.
- 임야지역에서의 질소 유출량은 임야의 흡수량과 탈질량 그리고 발전소에서 배출되는 질소산화물을 고려하여 산출하였다. 임야지역에서의 탈질에 대한 연구결과는 크게 차이가 나는 경향을 보이며, 본 연구에서는 중간 값인 5.
- 임야지역에서의 질소 유출량은 임야의 흡수량과 탈질량 그리고 발전소에서 배출되는 질소산화물을 고려하여 산출하였다. 임야지역에서의 탈질에 대한 연구결과는 크게 차이가 나는 경향을 보이며, 본 연구에서는 중간 값인 5.0kg/ha/yr를 사용하여 탈질량을 산출하였다. 이를 이용하여 2012년부터 2014년까지 산출한 임야지역에서의 탈질량은 32,108, 32,088, 32,040 ton/yr로 조금씩 감소하는 경향을 보였다.
- 질소수지를 산출하기 위한 인자들은 주요 문헌에서 보고된 수치를 조사하여 평균값 및 중간값으로 설정하여 본 연구에 적용하였다. 주요 인자들로는 침착율, 탈질율, 고정율, 휘발율 등 질소의 거동관련 인자를 비롯하여 관계용수의 속도, 단백질 내 질소 함유량 등 질소를 간접적으로 계산하기 위한 인자들도 포함되어 있다(Table 2).
- 우리나라 대기오염배출량은 에너지산업 연소, 비산업 연소, 제조업 연소, 생산공정, 에너지수송 및 저장, 유기용제 사용, 도로 및 비도로 이동오염원 등으로 구분하여 산정되고 있다. 총 대기오염배출량 중, 질소산화물의 발생량을 추정하기 위하여 교통안전공단의 차량의 주행거리 및 실태분석을 통한 지역별, 용도별, 차종 별 평균주행거리를 추정한 통계자료와 환경부에서 고시된 자동차 차종 별 배출계수를 참고하였다. 또한, 사업장에 관해서는 국립환경과학원의 사업장별 배출량 통계 자료를 활용하였으며, 발전소의 경우 산업통상자원부와 에너지관리공단의 통계자료를 이용하여 질소산화물의 배출량을 추정하였다.
- 농업지역은 질소 화학비료에 의한 토양 내 유입(fertilizer)과 건식 및 습식을 포함한 대기로부터의 질소 침착량(deposition), 질소 고정 박테리아에 의한 질소 고정량(fixation), 관개용수에 의한 발생량(irrigation), 미처리된 가축분뇨에 의한 유입 및 퇴비에 의한 재사용량(compost)을 질소 유입 요소로 조사하였다. 축산업지역에의 유입량은 국내에서 가장 많이 사육되는 젖소, 한우, 육우, 돼지,닭, 오리 등 10개 축종들이 소비한 총 사료량(feedstuff)을 추가하여 조사하였으며, 임야지역은 발전소로 유입되는 연료를 추가로 조사하였다.
대상 데이터
- 국가적인 규모의 질소수지 산정을 위하여 통계청, 환경부, 농림축산식품부, 한국농어촌공사, 국토교통부, 한국보건산업진흥원, 국립환경과학원, 교통안전공단, 국가교통데이터베이스, 한국전력공사, 에너지경제연구원 등에서 조사하여 발표한 통계 자료를 적극 활용하였으며, 그 외 침착율, 휘산율, 탈질률 등은 문헌에 보고된 자료를 취합하여 평균값 및 중간값을 질소수지 인자값으로 사용하였다. 우리나라 전체 지역에 대한 질소 유입과 유출량을 조사하기 위하여 배출특성이 서로 상이한 도시지역, 농업 및 축산업지역, 임야지역으로 구분하여 질소수지를 조사하였다.
성능/효과
- 두번째로 질소산화물 배출량이 높은 경상남도 역시 화력발전소가 많은 지역 중 하나이며 전체 화력발전소의 32%가 위치하여 있다. 3번째로 높은 경기도의 경우에는 자동차로 인한 질소산화물 배출량이 전국에서 가장 높은 것으로 나타나 이로 인한 원인이 가장 큰 것으로 판단된다.
- 휘발 또는 탈질에 의하여 대기로 직접적으로 배출되는 질소량과 비점오염원으로서 지하수 또는 수계로 직접적으로 배출되는 질소량을 제외한 질소 유출량은 생산(Production)으로 명시하였으며, 농작물에 의한 질소 흡수,산림에 의한 질소 흡수 및 하수슬러지 매립 등이 여기에 속한다. 각 항목에 대한 질소 유출량은 해마다 소폭 감소하는 경향을 보임에 따라 전체 수치가 소폭 감사하는 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 농업지역의 경우 무기화학비료 사용에 의해 생산된 작물에 함유되는 양, 가축사료에 의하여 가축분뇨의 형태로 배출되는 양, 비료와 가축분뇨로부터 대기 중에 암모니아 질소로 휘발되거나 탈질되는 양, 그리고 나머지는 잔류되거나 축적되어 비점오염으로 유출되는 양으로 인해 주로 질소가 유출되는 것으로 조사되었다. 농업지역에서의 탈질량은 농경지에서의 탈질량과 질소질 화학비료사용량 대비 탈질되는 양의 산술평균으로 산출하였으며, 2012년부터 2014년까지 농경지에서의 탈질량은 152,423, 149,077,147,396 ton/yr로 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 이는 앞서 질소 유입량에서 설명한 바와 같이 농경지가 감소함에 따라 농경지에서의 탈질량 또한 감소한 것으로 판단된다.
- 배출 원인별로 살펴보면 발전소가 전체 배출량의 42.1%를 차지하였으며, 그 다음으로 사업장 35.3%, 자동차 22.6% 순으로 질소산화물 배출에 기여한 것으로 나타났다. 이 수치는 2011년에 조사한 발전소 43.
- 따라서 시도별로 유입 및 배출하는 질소산화물에 대해 추가적으로 조사하였다. 배출되는 질소산화물은 2012년부터 2014년까지 꾸준히 감소하는 경향을 보였으며, 시도별 배출 비율은 거의 비슷하게 유지되고 있었다. 따라서 Fig.
- 2 km로 감소하였기 때문인 것으로 조사되었다. 사업장의 경우 전체사업장의 수는 2014년이 46,716 개소로 가장 많았지만 질소 유입량은 1,673,008 ton/yr로 가장 적은 것으로 나타났다. 이는 등록되어 있는 사업장 중 에너지산업 및 제조업 관련 기관에서 소비되는 연료가 사업장의 질소 유입량에 매우 큰 비율을 차지하고있는데, 2014년의 경우 다른 년도에 비해 에너지산업 및 제조업 관련 기관의 수가 다른 해에 비해 약 3.
- 3에 나타내었다. 우리나라 총 질소 유입량은 2012년부터 2014년까지 각각 6,202,828, 6,137,708, 6,022,379 ton/yr로 산출되었으며 해마다 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 총질소 유입량 중 가장 큰 비중을 차지하는 항목은 임야지역에서 발전소로 유입되는 연료이며 그 다음으로는 사업장에서 사용하는 에너지, 화학비료, 퇴비사용 등이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Fig.
- 우리나라 총 질소 유출량은 2012년부터 2014년까지 각각 1,393,763, 1,380,436, 1,360,819 ton/yr로 산출되었으며 해마다 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다(Table 3). 총 질소 유출량 중 가장 큰 비중을 차지하는 항목은 농업지역에서 농작물과 농경지에 흡수량이며, 그 다음으로는 농업지역에서의 휘발량, 발전소와 사업장에서 에너지 사용에 따라 배출되는 질소산화물 등이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Fig.
- 6% 순으로 질소산화물 배출에 기여한 것으로 나타났다. 이 수치는 2011년에 조사한 발전소 43.6%, 사업장 34.1%, 자동차 22.3%와 유사한 수치이나, 전반적으로 발전소의 비율이 줄어들고 사업장과 자동차의 비율이 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이는 2011년에 발전소에서 배출된 질소산화물 배출량이 601,437.
- 질소산화물의 경우 지역별 유출 경로를 살펴보면 발전소가 집중되어 있는 충청남도와 경상남도가 전국에서 가장 많은 질소산화물을 배출하고 있었으며, 발전소에 의한 질소산화물 유출이 다른 요소들보다 높은 비율을 차지하였다. 이동수단이 집중되어 있는 경기도 서울지역은 자동차 연료사용에 의한 질소산화물 배출이 가장 높은 비율을 보였다. 대기 중으로 배출되는 질소산화물의 저감을 위해서는 적절한 연소온도 및 공연비 유지 등이 필요할 것으로 판단되며, 지역별로 질소산화물 배출양상이 상이하기 때문에 이를 파악하여 배출특성별 질소산화물 관리대책을 마련해야 할 것으로 판단된다.
- 앞서 언급하였듯이 가축분뇨의 해양투기가 2012년부터 전면금지됨에 따라 이를 자원화하기 위한 노력이 더욱 강조되었다(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2013). 이로 인해 가축분뇨의 자원화 시설의 수는 꾸준히 증가하는 경향을 보였으며, 가축분뇨의 자원화율 또한 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다(Fig. 2). 따라서 가축분뇨 퇴비로 인한 질소유입은 2011년에 313,090 ton/yr이었던 질소 유입이 2012년에는 440,706 ton/yr로 40.
- 0kg/ha/yr를 사용하여 탈질량을 산출하였다. 이를 이용하여 2012년부터 2014년까지 산출한 임야지역에서의 탈질량은 32,108, 32,088, 32,040 ton/yr로 조금씩 감소하는 경향을 보였다. 임야지역에서 줄기와 가지의 생장을 고려한 2012년부터 2014년까지 평균 질소 흡수량은 33,393, 33,371,33,322 ton/yr로 조사되었다.
- 도시지역에 유입된 총 질소량은 2012년부터 2014년까지 각각 2,155,383, 2,169,547, 2,031,490 ton/yr으로 산정되었다. 이중 탈질과 자동차 및 사업장의 배기가스로 인하여 직접적으로 대기로 배출된 질소량이 각각 251,618,256,364, 239,017 ton/yr이었으며, 비점오염원으로서 지하수 또는 수계로 직접적으로 배출된 질소량은 각각 13,590, 13,817, 13,695 ton/yr로 나타났다. 해양으로 직접 유출되는 질소의 경우 가축분뇨와 하수슬러지의 해양투기가 2012년부터 전면 금지됨에 따라 해양투기에 의한 영향이 없는 것으로 나타났다.
- 2012년부터 2014년까지 우리나라로 유입된 총 질소량은 6,202,828,6,137,708, 6,022,379 ton/yr이었으며, 유출된 총 질소량은 1,393,763, 1,380,406, 1,360,819 ton/yr로 조사되었다. 이중 화석연료 사용으로 인한 질소유입이 전체 유입량의 약 70%를 차지하여 다른 질소 유입의 요소들보다 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 질소산화물 배출에 의한 질소유출이 전체 유출량의 약 30%를 차지하여 다른 질소유출의 요소들보다 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 토지이용에 따른 질소 유출입수지를 살펴보면 2012년부터 2014년까지 농업 및 축산업지역에서의 질소유입은 1,454,810, 1,438,793, 1,436,916 ton/yr이었으며, 질소유출은 755,522, 740,488, 741,056 ton/yr으로 나타났다.
- 농업 및 축산업지역에 유입된 총 질소량은 2012년부터 2014년까지 각각 1,454,810, 1,438,793, 1,436,916 ton/yr으로 산정되었다. 이중 휘발 또는 탈질에 의하여 직접적으로 대기로 배출된 질소량이 각각 374,845, 366,019, 365,570 ton/yr이었으며,비점오염원으로서 지하수 또는 수계로 직접적으로 배출된 질소량은 각각 24,777, 24,116, 24,110 ton/yr로 나타났다. 임야지역에 유입된 총 질소량은 2012년부터 2014년까지 각각 2,592,635, 2,529,368, 2,553,973 ton/yr으로 산정되었다.
- 3). 자동차에서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량은 2012년부터 2014년까지 99,700, 99,621, 93,720 ton/yr로 나타났으며, 사업장에서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량은 152,663,154,479, 143,025 ton/yr로 나타났다. 자동차의 경우 연비향상과 질소를 많이 함유하고 있는 경유 사용이 줄어듦에 따라서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량이 꾸준히 감소하는 경향을 보인 것으로 조사되었으며, 사업장의 경우 질소산화물에 가장 큰 영향을 미치는 에너지 및 제조관련 업체의 수가 감소함에 따라 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량이 감소한 것으로 나타났다.
- 자동차에서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량은 2012년부터 2014년까지 99,700, 99,621, 93,720 ton/yr로 나타났으며, 사업장에서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량은 152,663,154,479, 143,025 ton/yr로 나타났다. 자동차의 경우 연비향상과 질소를 많이 함유하고 있는 경유 사용이 줄어듦에 따라서 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량이 꾸준히 감소하는 경향을 보인 것으로 조사되었으며, 사업장의 경우 질소산화물에 가장 큰 영향을 미치는 에너지 및 제조관련 업체의 수가 감소함에 따라 배출되는 질소산화물에 의한 질소 유출량이 감소한 것으로 나타났다.
- 이는 간척농지개발사업, 대단위 농업 개발 사업 공유수면 매립지 등이 새로이 국토에 편입되면서 매해 증가하는 양상을 보이는 것으로 조사되었다. 지목별 이용현황 중 논과 밭, 그리고 임야의 면적은 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 2014년의 논과 밭, 그리고 임야의 면적은 2012년 대비 각각 1.
- 임야지역에서는 질소고정 박테리아에 의한 생물학적 질소 고정량과 대기 중으로부터 강우나 분진의 형태로 침착되는 양, 그리고 발전소에 유입되는 연료가 주된 질소 유입원이다. 질소 고정량과 대기로부터 침착되는 질소량은 임야의 면적이 해마다 감소함에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 발전소에서 연료형태로 유입된 질소량은 2012년부터 각각 2,440,442, 2,377,271, 2,402,102ton/yr로 임야지역으로 유입되는 질소량의 대부분을 차지하였으며, 우리나라 총 질소 유입량의 39% 이상을 차지하였다.
- 토지이용에 따른 질소 유출입수지를 살펴보면 2012년부터 2014년까지 농업 및 축산업지역에서의 질소유입은 1,454,810, 1,438,793, 1,436,916 ton/yr이었으며, 질소유출은 755,522, 740,488, 741,056 ton/yr으로 나타났다. 질소비료 사용에 의한 유입량은 농업 및 축산업지역에 유입된 질소량의 약 32%로 2011년에 35%였던 것보다는 감소하였으나 여전히 가장 높은 비중을 차지하는 것으로 나타나 이에 대한 관리가 지속적으로 필요한 것으로 판단된다. 2012년부터 2014년까지 임야지역으로 유입된 질소량은 2,592,635, 2,529,368, 2,553,973 ton/yr이었으며, 유출된 질소량은 247,904, 243,244, 242,181 ton/yr로 나타났다.
- 질소산화물의 경우 지역별 유출 경로를 살펴보면 발전소가 집중되어 있는 충청남도와 경상남도가 전국에서 가장 많은 질소산화물을 배출하고 있었으며, 발전소에 의한 질소산화물 유출이 다른 요소들보다 높은 비율을 차지하였다. 이동수단이 집중되어 있는 경기도 서울지역은 자동차 연료사용에 의한 질소산화물 배출이 가장 높은 비율을 보였다.
- 우리나라 총 질소 유출량은 2012년부터 2014년까지 각각 1,393,763, 1,380,436, 1,360,819 ton/yr로 산출되었으며 해마다 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다(Table 3). 총 질소 유출량 중 가장 큰 비중을 차지하는 항목은 농업지역에서 농작물과 농경지에 흡수량이며, 그 다음으로는 농업지역에서의 휘발량, 발전소와 사업장에서 에너지 사용에 따라 배출되는 질소산화물 등이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Fig. 1(b)).
- 사람이 생활할 수 있는 모든 공간을 도시지역으로 가정하였으며, 대다수 포장도로와 건물 등으로 밀집되어 있기 때문에 질소의 침착과 고정이 발생하지 않는다고 가정하였다. 총 질소의 물질 수지량의 단위는 기존 연구에서 많이 사용하는 kg/ha-yr와 ton/yr로 나타내었다.
- 우리나라 총 질소 유입량은 2012년부터 2014년까지 각각 6,202,828, 6,137,708, 6,022,379 ton/yr로 산출되었으며 해마다 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 총질소 유입량 중 가장 큰 비중을 차지하는 항목은 임야지역에서 발전소로 유입되는 연료이며 그 다음으로는 사업장에서 사용하는 에너지, 화학비료, 퇴비사용 등이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Fig. 1(a)).
- 2012년부터 2014년까지 농업지역에서 휘발된 질소 유출량은 75,520, 73,402, 72,478 ton/yr로 나타났으며, 뚜렷한 경향성이 나타나지 않은 이유는 사용되는 비료의 양은 꾸준히 감소하였으나 가축분뇨에 의한 퇴비사용량이 해마다 상이하기 때문인 것으로 보인다. 토양표면으로 유입된 질소가 토양을 통해 지하수로 유출되는 양은 유입된 총질소의 1.6~3.3% 정도라고 보고되고 있으며, 이에 따라 평균값인 2.5%를 이용하여 지하수 유출량을 산출하였다. 2012년부터 2014년까지 지하수로 유출된 질소는 24,777,24,116, 24,110 ton/yr로 농경지 감소로 인하여 토양에 유입되는 질소가 감소하였고 이에 따라 지하수로 유출되는 양 또한 감소한 것으로 사료된다.
- 이전 연구까지는 하수슬러지의 해양투기에 의한 질소 유출량을 고려하였지만 2012년부터 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지됨에 따라 해양투기가 이루어 지지 않아 본 연구에서는 이 부분은 무시하였다. 하수슬러지의 탈질에 의해 유출된 질소는 2012년부터 2014년까지 2,255,2,264, 2,272 ton/yr로 조금씩 증가하는 경향을 보였으며,하수처리시설에 유입된 질소 및 수계로 직접 유출되는 양은 125,129, 126,523, 124,870 ton/yr 및 13,590, 13,817,13,695 ton/yr로 나타났다. 이후 탈수된 하수슬러지는 최종처분, 재활용, 자원화시설과 연계하여 처리되고 있으며, 특히 최근 자원화의 일원으로 하수슬러지를 연료화 함으로써 슬러지를 줄이고 에너지 자립도가 매우 낮은 우리나라 특성에 맞춰 안정적인 에너지자원을 확보할 수 있는 잠재에너지원으로서 활용하고자 노력하고있다(Ministry ofEnvrionment, 2012).
- 이로 인하여 농업지역에서의 무기화학비료 사용으로 인한 질소유입이 2012년부터 2014년까지 각각 472,000, 458,760,452,987 ton/yr로 점차 감소하고 있는 추세인 것으로 나타났다. 해마다 논과 밭의 면적이 감소함에 따라 대기의 침착과 생물학적 질소 고정에 의한 질소 유입량이 감소하는 경향을 보였으며, 관개용수 또한 사용량이 감소하여 해가 지남에 따라 관개용수에 의한 질소유입량이 감소하였다. 관개용수의 수원으로는 하천, 저수지, 지하수 등으로 나뉘며 관개용수의 T-N 농도는 국가수자원관리종합정보시스템 자료를 바탕으로 2012년부터 2014년까지 각각 1.
- 이중 탈질과 자동차 및 사업장의 배기가스로 인하여 직접적으로 대기로 배출된 질소량이 각각 251,618,256,364, 239,017 ton/yr이었으며, 비점오염원으로서 지하수 또는 수계로 직접적으로 배출된 질소량은 각각 13,590, 13,817, 13,695 ton/yr로 나타났다. 해양으로 직접 유출되는 질소의 경우 가축분뇨와 하수슬러지의 해양투기가 2012년부터 전면 금지됨에 따라 해양투기에 의한 영향이 없는 것으로 나타났다.
- 2012년부터 2014년까지 도시지역으로 유입된 질소량은 2,155,383, 2,169,547,2,031,490 ton/yr이었으며, 유출된 질소량은 390,337,396,704, 377,582 ton/yr로 나타났다. 화석연료로 인한 질소유입이 도시지역 총 질소 유입량의 약 88%를, 질소산화물에 의한 질소유출이 도시지역 총 질소 유출량의 약 64%를 차지하고 있어 도시지역도 임야지역과 마찬가지로 화석연료 사용 및 질소산화물 배출이 질소수지의 대부분을 차지하는 것으로 나타났다.
- 2012년부터 2014년까지 임야지역으로 유입된 질소량은 2,592,635, 2,529,368, 2,553,973 ton/yr이었으며, 유출된 질소량은 247,904, 243,244, 242,181 ton/yr로 나타났다. 화석연료로 인한 질소유입이 임야지역 총 질소 유입량의 약 94%를, 질소산화물에 의한 질소유출이 임야지역 총질소 유출량의 약 73%를 차지하고 있어 임야지역 질소수지의 대부분을 차지하는 화석연료 사용에 대한 심도 있는 논의가 시급한 것으로 판단된다. 2012년부터 2014년까지 도시지역으로 유입된 질소량은 2,155,383, 2,169,547,2,031,490 ton/yr이었으며, 유출된 질소량은 390,337,396,704, 377,582 ton/yr로 나타났다.
후속연구
- 끝으로, 질소순환의 교란은 생물학적 영양 공급을 변화시켜 비정상적인 현상들이 발생할 수 있는 등 환경적인 불확실성이 증가하기 때문에, 지속적으로 우리나라 질소 수지에 대한 연구를 진행하여 이와 같은 불확실성을 줄이는 노력이 중요하다고 사료되며, 특히 시도별 배출양상이상이하기 때문에 이에 따른 맞춤형 관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 이동수단이 집중되어 있는 경기도 서울지역은 자동차 연료사용에 의한 질소산화물 배출이 가장 높은 비율을 보였다. 대기 중으로 배출되는 질소산화물의 저감을 위해서는 적절한 연소온도 및 공연비 유지 등이 필요할 것으로 판단되며, 지역별로 질소산화물 배출양상이 상이하기 때문에 이를 파악하여 배출특성별 질소산화물 관리대책을 마련해야 할 것으로 판단된다.
- 비점오염원의 경우 농경지 및 화학비료 사용량 감소와 하수보급율 증가로 인하여 수계로 유출되는 질소량이 감소하는 경향을 보이고 있지만 아직까지 상당한 양이 배출되고 있는 실정이며, 따라서 이를 효과적으로 관리하기 위한 대책을 마련하는 것이 필요하다고 판단된다. 대기로 직접 유출되는 질소의 경우 대부분 휘발, 탈질 및 화석연료사용에 따른 배기가스에 의한 것으로써, 아직까지도 많이 사용되고 있는 무기화학비료의 사용량을 줄이기 위한 여러가지 대책들이 마련되어야 할 것으로 판단되며 발전소,자동차 및 사업장에서 화석연료를 연소함으로써 발생하는질소생성물을 줄이기 위한 노력도 필요하다고 판단된다.
- 발전소에서 배출되는 질소산화물의 양은 해마다 꾸준히 감소하고 있는 추세이긴 하지만 아직까지도 가장 높은 비율을 차지하고 있기 때문에, 총 전력생산 중 발전소에 의한 의존도를 더욱더 낮출 필요가 있다고 판단된다. 또한 자동차로 인한 질소산화물의 배출량은 해마다 증가하는 추세이며 이를 줄이기 위하여 차량의 연비 향상은 물론,전기자동차와 같이 화석연료를 사용을 줄일 수 있는 친환경 자동차 보급, 질소함량이 높은 경유를 사용하는 경유 차량 감소 등과 같은 대책이 국가 정책적인 사항으로 반드시 고려되야할 것으로 판단된다.
- 또한 기존의 질소수지 연구결과를 보완하고 수정하는 것과 더불어, 기존의 연구와 상호 비교 및 분석함으로써 우리나라의 질소 수지 경향을 파악하고 정부의 정책변화로 인해 발생하는 질소수지를 파악하는 것을 목표로 하였다. 본 연구는 2005년부터 진행한 대한민국 질소수지분석의 연속 연구로서, 앞으로도 지속적으로 국내 질소수지를 체계적으로 파악하여 농축산업 지역 질소 관리 등의 정책 및 방안에 있어 추구하여야 할 목표를 수립하는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
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