물-에너지-식량-토지 넥서스를 통한 미래 쌀 수급 변화에 따른 자원별 이용량 변화 분석 Assessment of the Impacts of Rice Self-sufficiency on National Rresources in Korea through Water-Energy-Food-Land Nexus Approach원문보기
The aim of this study is to apply the Water-Energy-Food-Land Nexus approach which can analyze the trade-offs among resources, and assess the holistic impacts of food security. First, we applied rice as a study crop and analyzed the trend of consumption of rice and the area of paddy fields. Second, t...
The aim of this study is to apply the Water-Energy-Food-Land Nexus approach which can analyze the trade-offs among resources, and assess the holistic impacts of food security. First, we applied rice as a study crop and analyzed the trend of consumption of rice and the area of paddy fields. Second, the portfolios of water, energy, and land for rice production were constructed using data of footprints and productivity. Finally, the self-sufficiency ratio (SSR) of rice in target year was set as food security scenario and assessed the impacts of food security on water, energy, and land availability. In 2030, the SSR of rice decreased to 87 %, and water use for producing rice decreased from 4,728 to $3,350million\;m^3$, and the water availability index increased from 0.33 to 0.53. However, food security is essential issue and we set the 50 % and 100 % SSR of rice as high and low food security scenarios. For 100% SSR in 2030, about $3,508million\;m^3$ water was required and water availability index reached to 0.5. In other words, there is the trade-off between food security and water-energy-lands availability. Therefore, it is difficult to make a decision whether a high level of SSR is better or worse. However, this study showed the both positive and negative impacts by change of food security and it can be useful for setting the policy decision considering both food security and sustainable resource management at the same time.
The aim of this study is to apply the Water-Energy-Food-Land Nexus approach which can analyze the trade-offs among resources, and assess the holistic impacts of food security. First, we applied rice as a study crop and analyzed the trend of consumption of rice and the area of paddy fields. Second, the portfolios of water, energy, and land for rice production were constructed using data of footprints and productivity. Finally, the self-sufficiency ratio (SSR) of rice in target year was set as food security scenario and assessed the impacts of food security on water, energy, and land availability. In 2030, the SSR of rice decreased to 87 %, and water use for producing rice decreased from 4,728 to $3,350million\;m^3$, and the water availability index increased from 0.33 to 0.53. However, food security is essential issue and we set the 50 % and 100 % SSR of rice as high and low food security scenarios. For 100% SSR in 2030, about $3,508million\;m^3$ water was required and water availability index reached to 0.5. In other words, there is the trade-off between food security and water-energy-lands availability. Therefore, it is difficult to make a decision whether a high level of SSR is better or worse. However, this study showed the both positive and negative impacts by change of food security and it can be useful for setting the policy decision considering both food security and sustainable resource management at the same time.
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문제 정의
농경지에서의 탄소배출은 에너지사용에 의해 농기계에서의 배출뿐 아니라 작물에 의해 배출되는 탄소등을 모두 포함해야하지만, 본 연구에서는 에너지 사용에 따른 직간접적인 탄소배출량을 산정하고자 하였다. 직접적인 배출은 화석연료의 사용에 따른 직접적인 탄소배출을 의미하고, 간접적인 배출은 전력 생산에 따라 배출되는 탄소로서 논벼재배지역에서 전력을 사용할 경우 전력 생산설비에서 사용량만큼의 전력을 생산하기 위해 배출되는 탄소량을 의미한다.
다음으로 쌀 생산에 따른 논벼 재배지역에서의 에너지 투입량을 식량과 에너지 연계 요소로 적용하고자 하였다. 논벼 재배지역에서 투입되는 에너지는 기계 가동을 위한 전력 및 등/경유가 포함되고, 이앙부터 수확까지 단계별로 에너지를 포함한다.
따라서 본 연구에서는 개별 자원별로 이용가능성 지수를 산출하였는데 이는 시나리오별 자원 이용량이 최대이용가능량에 도달하는 정도를 수치로 나타낸 것이다. 즉, 최대이용가능량이 적은 자원의 경우 자원이용량이 소폭 증가하더라고 자원 관리에 미치는 영향은 타 자원에 비교하여 클 수 있다.
수자원 이용량이 상당량 증가할지라도 충분한 가용수자 원이 확보되어 있을 경우 해당 이용량의 증가가 수자원 관리에 미치는 영향은 크지 않을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 자원별 최대이용가능량을 이용하여 자원별 이용가능지수를 산출하여 자급율 변화의 영향을 분석하고자 하였다. 이에 따라 산정된 자원 이용량은 자원별 최대이용가능량과 연결되고, 이를 통하여 자원이용가능성을 판단하게 된다.
또한 본 연구에서는 쌀의 안보가 타 자원들에 미치는 영향을 통합적으로 평가하기 위하여, 쌀 자급율 목표치를 식량안보 시나리오로서 적용하였다. 목표자급율은 목표년도인 2030을 기준으로 상향과 하향 조정되는 것으로 설정하였다.
본 연구에서는 국내 농업부분 수자원 및 에너지 이용량, 농업지역 면적, 농업부분 탄소배출량(Table 4)을 자원별 최대이용가능량으로 가정하였고, 이를 통하여 쌀 자급율 변화에 따른 자원별 이용가능지수를 산출하고자 하였다.
본 연구에서는 물발자국을 적용하여 쌀의 국내 생산량 변화에 따른 관개용수 공급량의 변화를 산정하였다. 물발자국은 단위 생산량 당 소비되는 물의 양을 의미하며 작물증발산량, 관개필요수량, 생산량 등을 기반으로 산정되고 ㎥/ton으로 나타낸다.
따라서 미래의 쌀 자급율 정책을 평가하기 위해서 쌀 수급 변화 분석 결과가 활용될 필요가 있다. 본 연구에서는 쌀 수급과 관련된 요인들의 경향성을 과거자료를 통하여 분석하고, 이를 바탕으로 미래시기 쌀 수급의 변화를 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 농림축산식품부에서 연간 발행하는 농림축산 식품 주요통계 자료를 활용하였고 (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2016), 과거통계자료 (1990-2015)를 바탕으로 인구, 1인당 쌀 소비량, 쌀 재배면적 시기별 변화에 대한 1차 선형회귀식을 도출하였다.
(2014)에 의해 논벼에 대한 물발자국을 산정한 바 있다. 본 연구에서는 저수지 및 관개시설에서 공급되는 관개용수를 의미하는 청색물발자국을 적용하여 쌀 자급율 변화에 따른 관개용수 필요량의 변화를 분석하고자 하였다.
식량과 토지이용의 연계는 토지 생산성 산정을 통해서 적용하고자 하였다. 토지 생산성은 ha 당 생산량을 의미하는데 본 연구에서는 1990년부터 2013년 동안의 논벼재배지역의 쌀 생산량과 재배지역 면적을 통하여 토지 생산성을 산정하였다 (Table 1).
쌀과 같은 식량작물의 자급율 조정은 단순히 생산량, 소비량의 고려뿐 아니라 생산을 위해 소비되는 수자원, 토지자원, 에너지자원, 그리고 에너지 소비에 따른 탄소배출 등이 복합적으로 연결되어 있기 때문에 통합적인 영향을 평가할 수 있는 도구가 필요하며, 이에 따라 본 연구에서는 전 세계적으로 지속가능한 자원 관리를 위해 제시되고 있는 넥서스 개념을 적용하여 미래 시기의 목표자급율의 통합적인 영향을 평가하였다. 목표연도를 2030년으로 설정하고, 자급율 목표치에 따른 물, 에너지, 토지 이용 및 탄소배출을 정량적으로 분석하고, 자원별 최대 이용가능량을 적용하여 목표자급율 시나리오별 자원이용가능지수를 산출하였다.
따라서 쌀 자급율 조절에 대한 통합적인 영향을 평가하기 위해서는 물-에너지-식량-토지의 연계해석이 가능한 넥서스 방법론의 접근이 필요하다. 이에 본 연구에서는 물-에너지-식량-토지 넥서스 (Water-Energy-Food-Land Nexus)
개념을 적용하여, 미래 시기의 인구, 생산량, 소비량 등의 관련 요인들의 추세를 바탕으로 쌀 자급율의 통합적인 영향을 평가하고자 하였다.
제안 방법
목표자급율은 목표년도인 2030을 기준으로 상향과 하향 조정되는 것으로 설정하였다. 2030년 추정된 쌀 자급율은 약 87%이었으므로 상향치로는 100%의 자급율을 목표치로 적용하였고, 하향치로는 50%를 적용하였다.
그러나 용수공급 측면에서 물발자국을 산정할 경우 침투량과 토양 내 용수잔여량이 포함될 필요가 있다. Yoo et al. (2014)은 소비와 공급측면에서 물발자국을 각각 산정하였는데, 본 연구에서는 공급측면에서 산정된 청색 물발자국 값을 논벼 생산을 위한 관개용수공급량 산정요소로서 적용하였다. 따라서 침투량과 토양 내 용수 잔여량을 포함한 논벼의 물발자국은 892.
쌀과 같은 식량작물의 자급율 조정은 단순히 생산량, 소비량의 고려뿐 아니라 생산을 위해 소비되는 수자원, 토지자원, 에너지자원, 그리고 에너지 소비에 따른 탄소배출 등이 복합적으로 연결되어 있기 때문에 통합적인 영향을 평가할 수 있는 도구가 필요하며, 이에 따라 본 연구에서는 전 세계적으로 지속가능한 자원 관리를 위해 제시되고 있는 넥서스 개념을 적용하여 미래 시기의 목표자급율의 통합적인 영향을 평가하였다. 목표연도를 2030년으로 설정하고, 자급율 목표치에 따른 물, 에너지, 토지 이용 및 탄소배출을 정량적으로 분석하고, 자원별 최대 이용가능량을 적용하여 목표자급율 시나리오별 자원이용가능지수를 산출하였다. 이러한 통합적 접근은 자원 연계해석의 새로운 패러다임으로서 미래 기후변화에 따른 농업가뭄 대응 부분에서도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
따라서 간접적인 탄소배출은 전력 사용지역이 아닌 전력 생산지역에 배출되기 때문에 간접적인 배출로 고려된다. 본 연구에서는 국외 연구 자료들을 기반으로 에너지원별 탄소배출량을 인용하였고, 국내의 전력을 생산하기 위한 에너지원들의 구성 비율을 적용하여 1 kWh의 전력을 국내에서 생산할 경우 배출되는 탄소량을 산출, 적용하였다 (Table 3).
본 연구에서는 쌀 수급과 관련된 요인들의 경향성을 과거자료를 통하여 분석하고, 이를 바탕으로 미래시기 쌀 수급의 변화를 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 농림축산식품부에서 연간 발행하는 농림축산 식품 주요통계 자료를 활용하였고 (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2016), 과거통계자료 (1990-2015)를 바탕으로 인구, 1인당 쌀 소비량, 쌀 재배면적 시기별 변화에 대한 1차 선형회귀식을 도출하였다. 현재 2015년 데이터가 기준이 되며 과거 자료(2003-2015)를 기반으로 특정 미래 시기에 대한 요인별 추정값이 적용된다.
본 연구에서는 설정된 최대이용 가능량을 통하여 자원별 이용가능지수를 산출하게 된다. 이러한 경우 최대이용 가능량은 사용자 또는 정책에 관련된 최대이용 목표치의 개념으로 접근하게 된다.
식량자급율 변화에 따른 자원들의 이용량을 산정하기 위하여 식량 생산 및 소비와 연관된 요인들을 추출하고 그 관계를 정량적으로 나타내었다. 예를 들어 식량생산은 식량소비와 수출, 그리고 식량자급율에 의해 결정되고, 식량생산량은 수자원 및 에너지, 토지의 이용과 연결된다.
54 ton/ha로 나타났다. 증가와 감소의 뚜렷한 경향이 나타나지 않았기 때문에 본 연구에서는 해당기간 동안의 평균값인 5.05 ton/ha를 토지 생산성 값으로 적용하였다.
식량과 토지이용의 연계는 토지 생산성 산정을 통해서 적용하고자 하였다. 토지 생산성은 ha 당 생산량을 의미하는데 본 연구에서는 1990년부터 2013년 동안의 논벼재배지역의 쌀 생산량과 재배지역 면적을 통하여 토지 생산성을 산정하였다 (Table 1). 해당기간동안 토지생산성의 최소값은 4.
대상 데이터
따라서 논벼재배지역에서의 에너지 사용량 산정은 현장조사를 통한 다양한 자료 수집을 통해서 가능한데, 현재 국내에서는 논벼재배지역에서 투입되고 있는 에너지에 대한 세부적인 자료가 부족한 실정이다. 이에 따라 논벼의 담수재 배를 수행하고 있는 일본의 자료를 활용하였다 (Table 2). 일본의 연구결과에 따르면 논벼재배지역 1 ha 당 약 116 kWh의 전력과 9.
성능/효과
(2014)은 소비와 공급측면에서 물발자국을 각각 산정하였는데, 본 연구에서는 공급측면에서 산정된 청색 물발자국 값을 논벼 생산을 위한 관개용수공급량 산정요소로서 적용하였다. 따라서 침투량과 토양 내 용수 잔여량을 포함한 논벼의 물발자국은 892.2 ㎥/ton으로 제시되었고, 논벼의 가공에 따른 쌀(백미)의 물발자국은 1114.9 ㎥ /ton에 이르는 것으로 나타났다 (Table 1). 그러나 물발자국은 평균값의 개념이기 때문에 가뭄 및 홍수 등의 극심한 기상에 따른 관개용수량을 나타내기에는 한계가 있다.
그러나 이러한 한계점에도 불구하고 본 연구에서 개발된 넥서스 개념을 통한 쌀의 자급율 평가모형은 식량안보를 타 자원들의 안보와 환경적인 영향 평가라는 다각적인 측면에서 바라보게 해주는 역할을 수행할 수 있다. 또한 이론 위주의 넥서스 접근법을 식량 자급율에 대한 시나리오의 적용, 평가가능한 모형으로 구체화하고, 통계자료를 적용하여 정량적인 결과를 도출하였다는데 본 연구의 의의가 있다. 물, 식량, 에너지, 토지자원들 간의 상쇄작용을 고려하여 개별 요소들의 변화에 따른 타 요소들의 변화를 분석하였기 때문에 본 연구 결과는 다양한 자원안보 정책들을 평가하는 정책적 의사결정지원 시스템 구축 시 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
그러나 목표자급율을 50%으로 하향조정할 경우 물-에너지 자원 사용의 감소와 탄소배출의 감소 효과를 발생시킬 수 있다. 즉, 2030년 자급율을 50%로 조정할 경우 2030년 기준으로 약 1,596 백만㎥의 수자원과, 494 백만kWh의 전력, 2,145 천GJ의 화석에너지를 절약할 수 있고, 291 천ha의 논재배지역의 타 용도 전환이 가능할 것으로 추정되었다. 탄소배출 역시 163 천톤 줄어드는 것으로 나타났다.
따라서 목표자급율을 고려할 경우 논재배 지역의 감소를 완화하는 정책적인 지원이 필요하며 그렇지 않을 경우 토지이용이 타 용도로 전환된 논 외에 추가적인 논 조성이 필요하게 된다. 탄소배출은 전력 및 화석연료 사용과 직접적으로 관련되기 때문에 목표자급율 100% 달성을 위해 에너지 사용이 증가함에 따라 직간접적인 탄소배출이 383 천톤에서 440 천톤으로 증가할 것으로 분석되었다.
81까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. 탄소배출의 경우 쌀 자급율 변화에 의해 논벼 지역에서 발생하는 탄소배출량을 농업전체에서 발생하는 탄 소배출랑과 비교할 때 그 양이 상당이 적기 때문에 자급율 변화에 따른 탄소배출허용가능지수의 변화는 크지 않은 것 으로 나타났다.
후속연구
이러한 통합적 접근은 자원 연계해석의 새로운 패러다임으로서 미래 기후변화에 따른 농업가뭄 대응 부분에서도 활용이 가능할 것으로 기대된다. 그러나 본 연구는 국가를 기준단위로 설정 하였기 때문에 개별 지역에 적용하기에는 한계가 있다. 또한 자원들 간의 연계요소 중 물발자국 및 에너지 발자국 등은 타 연구 결과를 인용하여 적용하였기에 목표년도에도 동일한 값이 적용되는 한계점이 있다.
그러나 이러한 한계점에도 불구하고 본 연구에서 개발된 넥서스 개념을 통한 쌀의 자급율 평가모형은 식량안보를 타 자원들의 안보와 환경적인 영향 평가라는 다각적인 측면에서 바라보게 해주는 역할을 수행할 수 있다. 또한 이론 위주의 넥서스 접근법을 식량 자급율에 대한 시나리오의 적용, 평가가능한 모형으로 구체화하고, 통계자료를 적용하여 정량적인 결과를 도출하였다는데 본 연구의 의의가 있다.
또한 자원들 간의 연계요소 중 물발자국 및 에너지 발자국 등은 타 연구 결과를 인용하여 적용하였기에 목표년도에도 동일한 값이 적용되는 한계점이 있다. 따라서 향후 연구에서는 자원 간 관계요소들의 미래시기 변화를 유동적으로 적용할 추정, 적용할 수 있는 서브모델이 추가적으로 구축될 필요가 있으며, 특정 지역의 지역적 특징을 반영할 수 있는 지역에 특화된 모델 역시 추가적인 구축이 필요할 것으로 사료된다.
그러나 본 연구는 국가를 기준단위로 설정 하였기 때문에 개별 지역에 적용하기에는 한계가 있다. 또한 자원들 간의 연계요소 중 물발자국 및 에너지 발자국 등은 타 연구 결과를 인용하여 적용하였기에 목표년도에도 동일한 값이 적용되는 한계점이 있다. 따라서 향후 연구에서는 자원 간 관계요소들의 미래시기 변화를 유동적으로 적용할 추정, 적용할 수 있는 서브모델이 추가적으로 구축될 필요가 있으며, 특정 지역의 지역적 특징을 반영할 수 있는 지역에 특화된 모델 역시 추가적인 구축이 필요할 것으로 사료된다.
또한 이론 위주의 넥서스 접근법을 식량 자급율에 대한 시나리오의 적용, 평가가능한 모형으로 구체화하고, 통계자료를 적용하여 정량적인 결과를 도출하였다는데 본 연구의 의의가 있다. 물, 식량, 에너지, 토지자원들 간의 상쇄작용을 고려하여 개별 요소들의 변화에 따른 타 요소들의 변화를 분석하였기 때문에 본 연구 결과는 다양한 자원안보 정책들을 평가하는 정책적 의사결정지원 시스템 구축 시 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
쌀 소비량의 감소보다 생산량이 급격하게 감소할 경우 국내의 부족한 수량을 쌀 수입으로 대체하게 된다. 이러한 변화는 쌀 자급율의 감소를 의미하며 결국 식량안 보에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 식량 안보차원에서 자급율의 감소를 대비하기 위한 생산량 증진 등과 관련된 식량 안보 정책이 필요할 것으로 사료된다. 그러나 식량안보를 높이기 위해서는 식량 생산을 위한 물, 에너지, 토지 등이 필요하고, 이는 개별 자원들의 안보와도 직결된다.
목표연도를 2030년으로 설정하고, 자급율 목표치에 따른 물, 에너지, 토지 이용 및 탄소배출을 정량적으로 분석하고, 자원별 최대 이용가능량을 적용하여 목표자급율 시나리오별 자원이용가능지수를 산출하였다. 이러한 통합적 접근은 자원 연계해석의 새로운 패러다임으로서 미래 기후변화에 따른 농업가뭄 대응 부분에서도 활용이 가능할 것으로 기대된다. 그러나 본 연구는 국가를 기준단위로 설정 하였기 때문에 개별 지역에 적용하기에는 한계가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 쌀 생산량은 어떠한가?
또한 쌀 시장은 국내 농가의 주 수입을 담당하고 있기 때문에 쌀의 자급율을 유지하는 측면이 국내 전체 식량 안보와 농가의 경제 안정성을 위해서서 필수적일 수 있다. 그러나 최근에 쌀의 생산량과 재배지역의 면적이 급격히 감소하고 있는데 2003년 국내 쌀 생산량은 4.9 백만톤이었으나 2010년에는 4.0 백만 톤까지 감소하였고, 2015년 생산량도 4.2 백만톤 정도만을 유지하고 있다. 즉, 최근 10년 동안 쌀 생산량은 약 0.7 백만톤 이상 감소한 것으로 나타났다. 쌀 소비량의 감소보다 생산량이 급격하게 감소할 경우 국내의 부족한 수량을 쌀 수입으로 대체하게 된다.
물, 식량은 국가적으로 얼마나 중요한가?
물, 식량, 에너지 안보는 현재 전 세계적으로 중요한 이슈로 급부상하였고, 수많은 국제적 의제와 고위급 회담의 주제로서 물, 식량 및 에너지 안보의 위험성이 제기되고 있다. 특히, 물과 식량 안보는 발생 가능성과 영향력이 큰 10대 글 로벌 위험요인 중에 4개의 항목과 직⋅간접적으로 관련되어 있다 (World Economic Forum, 2015). 2015년 9월 UN 총회에 서는 2000년에 발표되어 진행되어온 MDGs(Millenium Development Goals)를 평가하고 2030 목표로서 총 17개의 SDGs (Sustainable Development Goals)를 새롭게 제안한 바 있으며, 이 중 Ⅱ.
물, 식량 안보를 강조한 국제 회담은 무엇인가?
이에 따라 2011년 Bonn conference에서는 물, 식량, 에너지 안보간의 상호작용을 통한 의사결정이 필요함을 강조하였고, 2012년 Rio+20 UN conference에서도 물, 식량 안보와 지속 가능한 농업과의 연계성의 중요성을 강조한 바 있다. 자원들 간의 상호작용을 통합적으로 고려할 수 있는 시스템에 대한 요구에 따라 물-에너지-식량 넥서스의 개념이 거론되었고, 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다 (Flammini et al.
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