[논문]물-에너지-식량 넥서스를 활용한 통합적 농업자원관리정책 평가 - 지하수 함양 사업을 중심으로 -

성재훈; 이현정; 조원주

doi:10.7851/ksrp.2019.25.4.035

물-에너지-식량 넥서스를 활용한 통합적 농업자원관리정책 평가 - 지하수 함양 사업을 중심으로 -
The Evaluation of Integrated Agricultural Resource Management Policy through Water-Energy-Food Nexus - An Application to Management of Aquifer Recharge Project - 원문보기

농촌계획 : 韓國農村計劃學會誌, v.25 no.4, 2019년, pp.35 - 45

성재훈 (한국농촌경제연구원) , 이현정 (한국농촌경제연구원) , 조원주 (한국농촌경제연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Korean agriculture experienced rapid changes in its production structure to respond fluctuations on external conditions, and these changes have increased the dependence between agricultural resources and negative environmental externalities from agricultural production. As a tool for managing agricultural resources and reducing negative environmental effects from agricultural production, this study employs water-energy-food nexus for integrated resource management. To show the necessity of an integrated approach, this study evaluated three policy scenarios including changes in capital interest, water capacity, and energy cost. The results show that three scenarios have unintended consequences for farmers' incomes and their use of resources. Also the unintended consequences of government policies also affected farms' vulnerability to environmental changes. In particular, the expansion of financing for the establishment of non-circulating water curtain facilities did not have a significant effect on the crop switching of farms. In addition, increasing the amount of available water through the aquifer recharge project leads to the installation of non-circulating water curtain facilities in zucchini farm. It raises dependence on groundwater in agricultural production, thereby increasing farmers' vulnerability to groundwater shortages. These results imply that the agricultural sector needs to consider the interrelationship between agricultural resources when designing or evaluating policies.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 물-에너지-식량 넥서스 플랫폼을 이용하여 통합적 농업자원관리정책을 평가하고자 한다. 이를 위해 물-에너지-식량 넥서스와 관련된 선행연구를 검토하고,사례지역을 선정하여 농업부문모형(Agricultural SectorModel)을 구축하고, 지하수 함양 사업을 바탕으로 시나리오 분석을 실시하였다.
구체적으로 단목지구 농가들에 대한 농가수준 자료(farm-level data)와 수막시설 설치로 인한 에너지 사용량 변화 등의 자료 부재는 향후 추가적인 자료 구축이 반드시 필요한 부분이라 생각된다.본 연구에서의 정책 시나리오는 진주단목지구에서 현재 시행되고 있는 물, 에너지 관련 정책들만을 바탕으로하였다. 하지만 향후 농업부문의 통합적 자원관리를 위해서는 보다 광범위하고 다양한 정책 시나리오의 구성과 적용이 필요할 것으로 생각된다.
우리나라의 농업부문 역시 생산구조 및 여건변화로 통합적 농업자원관리의 필요성이 증대되고 있다. 이에 본 연구는 농업 정책의 설계 및 평가에서 자원 간의 상호 연관성을 고려한 통합적 접근을 위해 진주 단목지구를 대상으로 한 세 가지 정책 시나리오에 따른 영향을 평가하였다.

가설 설정

비순환수막재배 시설 설치비용을 100% 무이자로 융자해 줄 경우, 비순환수막재배시설 설치한 농가는 1년에 10a 당 29,750원의 자본이자비용을 지불하지 않아도 된다. 두 번째 시나리오는 지하수 함양사업으로 단목지구의 지하수 가용 용수량이 30%증가하였다고 가정하였다. 마지막 시나리오는 정부가 온실가스 배출 저감을 위해 농업용 에너지 가격 보조를 줄여 농가 에너지 비용이 50% 증가하였다고 가정하였다.
하지만 수막재배를 이용하였을 경우의 에너지비용은 농산물소득자료에 포함되어 있지 않다. 따라서 본 연구는 한국농어촌공사의 ｢진주 단목지구 지하수함양사업 기본 조사 및 세부설계｣ 자료를 바탕으로 수막재배를 실시할 경우 에너지비용이 1ha당 1/20로 줄어든다고 가정하였다.³⁾
따라서 본 연구에서는 진주단목지구 용수 및 토지이용 실태조사의 지하수 이용량을 단목지구의 최대 가용 용수량이라 가정하였다.
두 차례의 현장 방문을 통해 분석대상 품목을 선정하였는데 파프리카, 피망, 미니 파프리카는 일반적으로 다른 작물로의 품목 변경이 일어나지 않는 것으로 조사되어 분석대상에서 제외하였다. 또한, 수막시설 역시 비순환식수막재배 시설이 주를 이루는 것으로 판단되어, 본 연구에서의 수막재배시설을 비순환식수막재배 시설로 가정하였다.
또한, 에너지 비용을 제외한 경영비, 단수, 생산물의품질은 수막재배 유무에 영향을 받지 않는다고 가정하였다.⁴⁾ 수막재배 설치비는 신진에스텍의 비순환수막재배시설 경제성 분석결과를 이용하였으며, 비순환수막재배시설의 내구연수는 농촌진흥청의 2016년 농업과학기술 경제성 분석 기준자료집을 이용하였다.
두 번째 시나리오는 지하수 함양사업으로 단목지구의 지하수 가용 용수량이 30%증가하였다고 가정하였다. 마지막 시나리오는 정부가 온실가스 배출 저감을 위해 농업용 에너지 가격 보조를 줄여 농가 에너지 비용이 50% 증가하였다고 가정하였다.
본 연구는 분석의 편의를 위해 Q의 대각원소들을 Qkk=λk+ck 을 통해 추정하고 Q의 비대각 요소들은 0으로 가정하였다(Paris, 2011).
본 연구에서는 정부의 안정적인 수자원 공급과 생산비를 절감하기 위한 세 가지 정책 시나리오를 구성하였다⁶⁾: 첫 번째 시나리오는 농업기계 구입지원 사업을 확대하여 비순환수막재배 시설 설치 비용의 100%를 무이자로 융자한다고 가정하였다. 비순환수막재배 시설 설치비용을 100% 무이자로 융자해 줄 경우, 비순환수막재배시설 설치한 농가는 1년에 10a 당 29,750원의 자본이자비용을 지불하지 않아도 된다.
수막시설의 내구연수는 6년이며, 설치비용을 연간비용으로 변환하여 모형에 반영하였으며, 비순환수막재배시설을 설치할 경우, 영농광열은 오직 전기를 통해서만 이루어진다고 가정하였다. 모형 구축은 품목 생산에 필요한 비용은 품목별 경영비에서 임차료를 제외한 금액을 이용하였다.

제안 방법

마지막으로 본 연구에서는 PMP를 통해 계측된 작목별 재배면적과 단위면적 당 물 사용량, 에너지 사용량,농업소득, 이산화탄소 배출량을 곱하여 시나리오에 따른작목별 물 사용량, 에너지 사용량, 농업소득, 그리고 이산화탄소 배출량을 계측하였다([Table 1], [Table 2] 참고).
본 연구는 물-에너지-식량 넥서스 플랫폼을 이용하여 통합적 농업자원관리정책을 평가하고자 한다. 이를 위해 물-에너지-식량 넥서스와 관련된 선행연구를 검토하고,사례지역을 선정하여 농업부문모형(Agricultural SectorModel)을 구축하고, 지하수 함양 사업을 바탕으로 시나리오 분석을 실시하였다.

대상 데이터

4) 수막재배 설치비는 신진에스텍의 비순환수막재배시설 경제성 분석결과를 이용하였으며, 비순환수막재배시설의 내구연수는 농촌진흥청의 2016년 농업과학기술 경제성 분석 기준자료집을 이용하였다.⁵⁾
농가의 생산비와 소득 자료는 2016년 농촌진흥청의지역별 농산물소득자료를 이용하였다. 하지만 수막재배를 이용하였을 경우의 에너지비용은 농산물소득자료에 포함되어 있지 않다.
두 차례의 현장 방문을 통해 분석대상 품목을 선정하였는데 파프리카, 피망, 미니 파프리카는 일반적으로 다른 작물로의 품목 변경이 일어나지 않는 것으로 조사되어 분석대상에서 제외하였다. 또한, 수막시설 역시 비순환식수막재배 시설이 주를 이루는 것으로 판단되어, 본 연구에서의 수막재배시설을 비순환식수막재배 시설로 가정하였다.
본 연구에서는 모형 구축을 위해 농어촌연구원에서 제공한 진주 단목지구 용수 및 토지이용 실태조사를 우선적으로 이용하였다. 농어촌공사의 용수 및 토지이용실태조사는 단목지구 시설 하우스를 대상으로 한 전수조사이며, 작물별 면적과 수막 사용 여부, 생육용 혹은 수막용 물 사용량에 관한 자료를 포함하고 있다.

이론/모형

이와 같은 최적화 모형을 바탕으로 한 농업부문모형의 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 Howitt(1995)이 제안한 실증적 수리계획모형(Positive MathematicalProgramming, 이하 PMP)을 이용하였다. PMP는 Hydroeconomic model 혹은 Bio-economic model을 구축하는 데에 광범위하게 사용되고 있는데(Merel and Howitt, 2014),최근에는 지역 단위 물-에너지-식량 넥서스 평가를 위한통합 모형 구축에 유용한 방법으로 주목받고 있다(Klinget al.

성능/효과

분석결과, 호박을 제외한 모든 품목의 품목 전환과 관련된 암묵적 비용은 0보다 큰 것으로 나타났다. 또한,마토의 품목 전환과 관련된 암묵적 비용은 23백만 원/10a로 가장 큰 것으로 나타났으며, 고추(12백만 원/10a)와 딸기(8백만 원/10a)가 그 뒤를 따르는 것으로 분석되었다. 이러한 암묵적 비용은 실제적인 품목 전환의 제약요인으로 작용한다.
마지막으로 농업부문 면세유나 전기료에 대한 혜택이 줄어들어 농가들의 에너지 비용이 50% 증가할 경우, 수막재배를 사용하지 않은 시설고추의 재배면적이 약26.1ha에서 24.2ha로 감소하는 것으로 나타났다. 하지만 수막재배를 사용하지 않는 시설호박의 재배면적은 약 32.
지하수함양사업에 따른 가용용수량 증가(시나리오 2)는 호박의비순환식수막재배 시설 설치를 증가시키는 것으로 나타났지만 다른 작목의 재배면적에는 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다. 마지막으로 농업부문 면세유나 전기료혜택 감소에 따른 농가의 에너지비용이 50% 증가(시나리오 3)하면 수막재배를 사용하지 않은 시설고추의 재배면적은 감소하나 시설호박의 재배면적은 이와 반대로 증가하는 것으로 추정되었다. 따라서 정부의 서로 다른 세가지 정책은 농가의 소득이나 농가의 자원 활용에 의도치 않은 결과를 미치는 것으로 나타났다.
구체적으로 [Table 3]은 본 연구에서 사용된 실증적수리계획 모형을 바탕으로 계측한 자원의 암묵적 가치(μ)와 품목전환을 위해 필요한 암묵적 비용(λ)을 나타낸다. 분석결과, 호박을 제외한 모든 품목의 품목 전환과 관련된 암묵적 비용은 0보다 큰 것으로 나타났다. 또한,마토의 품목 전환과 관련된 암묵적 비용은 23백만 원/10a로 가장 큰 것으로 나타났으며, 고추(12백만 원/10a)와 딸기(8백만 원/10a)가 그 뒤를 따르는 것으로 분석되었다.
시나리오 분석결과 비순환식수막재배 시설 설치비 융자확대(시나리오 1)는 시설 설치 시 자본이자가 시설의 감가상각비에 비해 상대적으로 매우 작아 농가의 작목전환에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 지하수함양사업에 따른 가용용수량 증가(시나리오 2)는 호박의비순환식수막재배 시설 설치를 증가시키는 것으로 나타났지만 다른 작목의 재배면적에는 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다.
시나리오 분석 결과는 [Table 4]와 같다. 우선 시나리오 1, 즉 비순환식수막재배 시설 설치비 융자 확대는 농가의 작목전환에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 이는 비순환식수막재배에 설치에서 자본 이자가 비순환식수막재배 시설의 감가상각비(175,000원/1년.
이는 앞서 언급하였듯이 시설호박으로의 작목전환과 관련된 낮은 암묵적 비용에 따른 것으로 해석할 수 있다. 이와 더불어, 정부 정책으로인한 에너지비용 증가는 시설고추에서 시설호박으로의 작목전환을 유도하였으며, 단목지구에서 사용되는 유류의 양과 이산화탄소 발생량을 크게 감소시키는 것으로나타났다. 하지만 이러한 에너지비용 증가로 인해 단목지구 농업 수익은 약 9% 감소한 것으로 나타났다.
하지만 이러한 에너지비용 증가로 인해 단목지구 농업 수익은 약 9% 감소한 것으로 나타났다. 즉, 온실가스 감축을 위한 정부의 농업부문 에너지원에 대한 세제 혜택 감소는 이산화탄소 감축이라는 정책 목표를 이루는 데에는 유용한 반면, 농가의 수익성에는 부정적인 영향을 끼치는 것으로 분석되었다.
지하수 함양사업으로 인한 가용용수량 증가는 호박의 비순환식수막재배 시설 설치를 증가시키는 것으로 나타났다. 구체적으로 가용용수량이 30% 증가할 경우, 수막재배를 하지 않는 시설호박의 면적은 약 32.
시나리오 분석결과 비순환식수막재배 시설 설치비 융자확대(시나리오 1)는 시설 설치 시 자본이자가 시설의 감가상각비에 비해 상대적으로 매우 작아 농가의 작목전환에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 지하수함양사업에 따른 가용용수량 증가(시나리오 2)는 호박의비순환식수막재배 시설 설치를 증가시키는 것으로 나타났지만 다른 작목의 재배면적에는 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다. 마지막으로 농업부문 면세유나 전기료혜택 감소에 따른 농가의 에너지비용이 50% 증가(시나리오 3)하면 수막재배를 사용하지 않은 시설고추의 재배면적은 감소하나 시설호박의 재배면적은 이와 반대로 증가하는 것으로 추정되었다.
3ha)가 972개의 지하수공을 통해 지하수를 이용하고있다([Figure 4] 참고). 품목별로는 호박이 시설하우스의46%를 차지하고 있으며, 파프리카(19%), 고추(14%), 딸기(10%), 피망(7%)가 그 뒤를 따르는 것으로 조사되었다.
2ha로 감소하는 것으로 나타났다. 하지만 수막재배를 사용하지 않는 시설호박의 재배면적은 약 32.1ha에서 34.2ha로 증가하는 것으로 나타났다.

후속연구

또한, 농가 수준의 자료가 존재한다고 하더라도 자료 간의 시간적⋅공간적 불일치로 인해 자료들을 결합(merging)하는데 큰 어려움이 있다. 결국, 이러한 자료의 제약은 본 연구뿐만 아니라 향후 농업자원관리를 위한 물-에너지-식량 넥서스 적용의 걸림돌로 작용할 것이며, 물-에너지-식량 넥서스의 적용을 위해 시급히 해결해 나가야 할 문제라고 생각된다.
비록 본 연구에서 사용한 농업부문모형이 품목전환에 따른 눈에 보이지 않는 비용을 모형 안에서 통제하였다 하더라도, 본 연구의 분석결과는 자료의 완전성 측면에서 많은 한계점을 가진다. 구체적으로 단목지구 농가들에 대한 농가수준 자료(farm-level data)와 수막시설 설치로 인한 에너지 사용량 변화 등의 자료 부재는 향후 추가적인 자료 구축이 반드시 필요한 부분이라 생각된다.본 연구에서의 정책 시나리오는 진주단목지구에서 현재 시행되고 있는 물, 에너지 관련 정책들만을 바탕으로하였다.
이러한 불균등한 농지 분포는 향후 식량 자원의 불공평한 분배와 수급 불안정성을 야기시킬 수 있다(FAO, 2012). 또한, 세계화로 개발도상국의 경제개발이 가속화되고, 자원사용의 지역별 연계성이 강화될 것으로 예상된다. 그 결과 자원사용과 이로 인한 환경오염이 특정지역에 집중되어, 특정 지역에서 발생한 자원 수급의 불안정성이 다른지역 혹은 전 세계로 확산될 우려가 있다.
비록 본 연구에서 사용한 농업부문모형이 품목전환에 따른 눈에 보이지 않는 비용을 모형 안에서 통제하였다 하더라도, 본 연구의 분석결과는 자료의 완전성 측면에서 많은 한계점을 가진다. 구체적으로 단목지구 농가들에 대한 농가수준 자료(farm-level data)와 수막시설 설치로 인한 에너지 사용량 변화 등의 자료 부재는 향후 추가적인 자료 구축이 반드시 필요한 부분이라 생각된다.
본 연구에서의 정책 시나리오는 진주단목지구에서 현재 시행되고 있는 물, 에너지 관련 정책들만을 바탕으로하였다. 하지만 향후 농업부문의 통합적 자원관리를 위해서는 보다 광범위하고 다양한 정책 시나리오의 구성과 적용이 필요할 것으로 생각된다.
향후 자연 자원에 대한 수요 가운데 물, 에너지 식량자원에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상되며, 이로 인해 자원의 희소성과 자원 간의 상호 의존성은 더욱 증대될 것으로 전망된다. FAO는 2050년 식량수요가 2005∼2007년 평균 식량 수요 대비 약 60% 증가할 것으로 전망하였으며, 증가한 식량 수요를 충족시키기 위해서는 2050년까지 7,000만 ha의 토지가 곡물 생산을 위해 추가적으로 필요할 것으로 분석하였다(FAO,2012).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	더블린 접근법의 한계점은 무엇인가?	이러한 자원의 희소성과 수급 불안정 문제를 해결하기 위해 개별적인 자원관리 정책이 시행되어 왔으나 많은 한계점을 보였다. 예를 들어 수자원의 효율적 관리를위해 1992년 제안된 더블린 접근법(Dublin approach) 혹은 통합적 수자원 관리(Integrated Water ResourceManagement)는 다양한 이해당사자로 인해 신속하고 효과적인 의사결정이 어려웠으며, 기후변화와 개발도상국의 급격한 경제개발에 대응하기에는 많은 한계점을 드러냈다(Muller, 2015).
	농업기계 구입지원 사업을 확대하여 비순환수막재배 시설 설치 비용의 100%를 무이자로 융자한다고 가정한 시나리오의 결과는 어떠한가?	본 연구에서는 정부의 안정적인 수자원 공급과 생산비를 절감하기 위한 세 가지 정책 시나리오를 구성하였다6): 첫 번째 시나리오는 농업기계 구입지원 사업을 확대하여 비순환수막재배 시설 설치 비용의 100%를 무이자로 융자한다고 가정하였다. 비순환수막재배 시설 설치비용을 100% 무이자로 융자해 줄 경우, 비순환수막재배시설 설치한 농가는 1년에 10a 당 29,750원의 자본이자비용을 지불하지 않아도 된다. 두 번째 시나리오는 지하수 함양사업으로 단목지구의 지하수 가용용수량이 30%증가하였다고 가정하였다.
	농업부문모형은 어떠한 용도에 활용되며, 어떠한 장점이 있는가?	농업부문모형은 특정 지역을 한 농가로 가정하고 지역 농업시스템의 최적화된 영농형태를 분석하는 데에 이용되며, 농업생산조건, 부존자원 현황, 품목 특성 등을모형에 반영할 수 있다는 장점이 있다(박경원과 권오상2011; 박경원 등 2015). 단, 농업부문 밖에서 형성되는변수, 예를 들어 가격 등은 외생적으로 가정하며, 기준년도의 실제 관측치와 예측치가 불일치할 수 있는 단점이있다.

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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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