Short Communication

Korean Journal of Soil Science and Fertilizer. November 2019. 352-358
https://doi.org/10.7745/KJSSF.2019.52.4.352


ABSTRACT


MAIN

  • Introduction

  • Materials and Methods

  • Results and Discussion

  • Conclusion

Introduction

농업은 생산활동 과정에서 에너지 및 농자재 사용으로 온실가스를 배출함과 동시에 기후변화로 인한 직간접 영향을 많이 받는 산업이다. 대기 중 온실가스 농도의 지속적 증가에 따른 기후변화는 이상기상 (가뭄, 폭염, 폭우, 태풍 등) 발생과 농업기후자원 (기온, 강수량, 일사량 등) 변화를 통해 농업생태계를 교란 시키고 결국 작물과 가축의 생육 및 품질, 병해충 및 잡초 발생뿐만 아니라 농업 생산자원에도 영향을 주고 있다. WTO (World Trade Organization)는 기후변화에 따른 주요 영향 중 하나로 농업환경 변화로 인한 영양실조를 포함한 식량문제를 지적하고 있으며, 농업에서 작물의 생산과정에 걸친 타격이 예상된다고 하였다 (WTO-UNEP, 2009).

이러한 기후변화 문제에 대응하여 국제사회는 유엔기후변화협약을 통해 기후시스템의 변화를 방지할 수 있는 수준으로 전지구적 온실가스 농도를 안정화하기 위하여 노력하고 있다 (UN, 1992). 이에 우리나라도 2030년 배출전망치 (BAU, 온실가스를 감축하려는 특별한 노력을 하지 않을 경우 배출될 것으로 예상되는 미래의 온실가스 양) 대비 37% 감축이라는 국가 온실가스 감축 목표를 제시 (Kwon and Kim, 2017)하고 각 산업 부문별로 감축 이행을 추진 중이다. 농업 비에너지 부문은 BAU 대비 7.9%에 해당하는 약 1.6백만톤의 감축 목표가 설정 되었다. 탄소배출 저감을 위하여 작물재배 및 축산 분야에서 온실가스 배출을 줄일 수 있는 많은 기술들을 개발하고 있으며, 이 기술들을 활용하여 다양한 저탄소 농업정책이 추진 중에 있다.

농업분야에서 대표적인 온실가스 감축사업으로는 저탄소 농축산물 인증제와 자발적 온실가스 감축사업을 들 수 있다. 저탄소 농축산물 인증제는 재배과정에서 저탄소 농업기술을 적용하여 온실가스 배출이 적은 농축산물을 생산하고 소비자의 저탄소농산물 소비 활동을 자발적으로 유도하는 시장기반형 온실가스 감축 프로그램이다. 한편, 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업은 농가의 온실가스 배출저감 활동을 통해 감축된 탄소 배출량만큼 인센티브를 제공하는 제도이다. 이와 함께 2018년부터 수행되고 있는 논 타작물 재배 지원 사업이 있다. 본 사업의 기본 목적은 논에서의 타작물 재배로 논에 벼 대신 다른 소득작물 재배를 유도하여 쌀 과잉문제를 선제적으로 대응하고 조사료 및 쌀 이외 식량작물 등의 자급률 제고하기 위하여 실시된 사업이다. 저탄소 농산물 인증을 위한 주요 작물별 국가 평균 탄소배출량 (MAFRA et al., 2018)을 보면 벼에 비하여 대부분의 노지 밭작물들의 배출량이 적기 때문에 농경지 전환에 따라 논에 벼 대신 밭작물을 재배함으로써 재배과정에서 배출되는 온실가스 저감 효과가 기대된다.

이러한 효과는 농업인들의 자발적 참여가 전제되어야하기 때문에 참여 유도를 위한 방안이 모색되어야 한다. 토지 이용전환에 따라 배출이 저감된 탄소량을 자발적 온실가스 감축사업 연계가 가능하도록 방법론 개발이 필요하다.

본 연구는 토지이용형태 전환에 따른 온실가스 저감 효과를 평가하기 위한 방법론을 개발을 목적으로 실시되었다.

Materials and Methods

논 타작물 재배 지원 사업은 앞에서 언급한 바와 같이 쌀 수급안정 및 타작물 자급률 제고를 위해 실시되고 있다. 2019년도 주요 사업 내용으로는 55,000 ha 농지에 벼 대신 다른 작물재배를 추진하는 것으로서 타작물 수급여건 등을 감안하여, 자급률이 낮고 공급과잉 우려가 적은 두류 위주로 재배 확대를 유도하고 있다. 대상 작물로는 무, 배추, 고추, 대파를 제외한 1년생 및 다년생 작물이 속하며, 제외 작물로는 가격 변동이 크고 산지 폐기 등 수급조절 대상 품목들이 선정되었다.

토지 이용방법 전환을 통한 온실가스 감축의 적용 조건으로는 첫째, 사업 후 담수상태가 유지되지 않는 사업. 둘째, 사업 후 재배되는 면적은 사업 전보다 크지 않으며, 매년 증빙이 가능한 사업. 셋째, 사업 전 토지 형상 및 재배 작물 입증이 가능한 사업. 넷째, 논에서 밭으로 전환하거나 경관보존, 환경보존 등의 목적으로 타작물을 재배하는 사업. 다섯째, 농어업 경영체 육성 및 지원에 관한 법률에 따라 농업경영체로 등록된 용지. 여섯째, 윤작시 벼 재배 기간에 휴경인 농지 등을 들 수 있다. 반면에 적용 불가 조건으로는 첫째, 직전 최근 3개년이 건답상태가 유지되어 혐기조건을 충족시키지 않는 사업. 둘째, 사업 후 논에서 벼 이외의 작물 재배 시 과수 또는 원예시설을 설치하는 사업. 셋째, 농지가 아닌 다른 용도로 전환된 사업 등이 고려된다.

Fig. 1은 논 타작물 재배 지원사업 참여 농가가 배출권거래제도 등 온실가스 감축사업 연계가 가능하도록 하기 위한 농경지 토지이용형태 전환에 따른 온실가스 감축 방법론 개발 절차를 도식화 한 것이다.

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Fig. 1.

Procedure of ETS methodology development on land use change of paddy field.

1단계에서는 지원사업 운영 방식 및 확인 문서 검토가 이루어진다. 지원사업 참여농가 연계 가능한 적용조건 (불가조건) 설정, 쌀 수급량 조정을 위한 지원사업 목적 외 온실가스 감축 차원의 적용 불가 조건 검토, 그리고 지원사업 수행 농가의 이행점검 절차 및 모니터링 데이터 확인 등이 수행된다. 2단계는 온실가스 주요 배출원 누락 없이 감축량의 보수적 산정이 가능하도록 산정방법을 설계하는 단계이다. 논에 밭작물 재배 시, 변동 있는 온실가스 배출원 경계 (토양유기물 혐기 분해, 질소질비료 사용, 유류 사용 등)를 설정하고 베이스라인 및 사업 배출량을 산정한다. 배출량을 산정할 때, 주요 배출원들을 포함하되, 작물에 의한 변동이 없는 온실가스 산정은 제외함으로써 간소화를 추진한다. 3단계는 소규모 사업의 자발적 온실가스 감축사업 추진을 위한 방법론의 간소화 방안을 마련할 것이다. 농경지 형질 전환에 의한 온실가스 감축량 규모가 매우 작은 국내 농업 현실을 반영하여 극소규모 감축사업 등록을 위한 품목별 배출계수를 표준화하고 지원사업 참여농가의 감축사업 연계를 위한 모니터링 인자를 최소화 할 것이다. 마지막으로 방법론 최종 도출 및 등록 단계에서는 “농경지 토지이용형태 전환에 따른 온실가스 감축방법론”을 최종 도출하여 전문가 자문의견 수렴을 거쳐 심의위원회에 상정함으로서 신규 방법론을 등록한다.

본 논문은 농경지 전환에 따른 온실가스 저감 효과를 평가하기 위한 방법론 개발 과정 중에서 시급성을 고려하여 온실가스 주요 배출원의 누락 없이 감축량 평가가 가능한 산정식을 우선적으로 개발하였으며, 그 결과를 제시하였다. 이후, 개발된 산정식을 이용한 사업 참여 농가를 대상으로 극소규모 감축사업에 대한 방법론 개발을 지속할 것이다.

Results and Discussion

감축 방법론 설정을 위해서는 배출량 산정을 위한 산정시스템 경계 설정이 우선 되어야 한다. 본 연구에서는 동일 농경지에서의 재배 작물 변화에 따른 감축량 산정이 목적이므로 기여율이 큰 항목으로 Fig. 2와 같이 벼 재배시 유기물의 혐기분해, 질소질비료 사용 및 농기계 사용으로 간편화 하였다. 베이스라인 배출량으로는 사업 전 논벼 재배에서의 토양 유기물의 혐기분해로 인한 메탄 발생, 비료 사용에 따른 아산화질소 (N2O) 발생 및 농기계 사용에 따른 이산화탄소 (CO2) 배출로 구분 하였다. 사업 배출량으로는 밭작물 재배이므로 논에서의 메탄 발생을 제외한 아산화질소 및 이산화탄소 배출량으로 산정 하였다.

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Fig. 2.

System boundary for evaluation methodology on GHGs emission reduction on land use change of paddy field.

산정식에 적용된 인자로는 사업 이전의 논에서 벼를 재배하는 베이스라인 및 사업 배출량 산정을 통한 감축량으로 하였다. 일반적으로 온실가스 배출 저감량 (ER) 평가는 사업전 베이스라인 배출량 (BE)에서 사업을 통한 배출량 (PE)과 누출량 (LE)을 차감한 양으로 계산 (Eq. 1)하게 되는데 본 사업의 방법론에서는 누출량은 고려하지 않았다. 대기휘산 및 수계유출에 의한 간접배출량은 사업 전후의 배출량 산정에 포함되어 있으며, 주로 시설이나 배관에서 손실되는 누출은 본 사업과 같이 작물을 재배하는 과정에서 농경지로부터 발생되는 양이 없다고 판단하여 제외 하였다. 결과적으로 개발된 방법론에서는 사업전 베이스라인 배출량 (BE)에서 사업을 통한 배출량 (PE) 만을 뺀 값으로 온실가스 배출 저감량 (ER) 평가 하였다.

산정 방법론은 국가 온실가스 인벤토리 산정 방법론 (GIR, 2015)에 기초하여 구축하였다. 요인별 배출량 산정식은 Table 1에 제시한 바와 같이 재배 면적에 각 인자에 해당하는 배출계수를 곱하여 산정한다. 배출계수는 농축산물 소득자료집과 농업용 면세유류 공급요령 등을 통해 작물별 생산량과 비료 및 에너지의 평균 사용량을 고려하여 산정하였다. 비료의 경우에는 질소질 성분비를 고려한 사용 비율, 에너지는 유류 종류별 사용률을 적용하였다.

Table 1. Evaluation methodology on GHGs emission reduction on land use change of paddy field.

Factor Calculating formula for GHGs emission
Baseline Emission (BE) BE = BECH4 + BEN2O + BECO2
① CH4 emission from anaerobic decomposition of organic material in rice field BECH4 = A × EFCH4 × GWPCH4
② N2O emission from N fertilizer application BEN2O = A × EFN2O × GWPN2O
③ CO2 emission from farming machine use BECO2 = A × EFCO2
Project Emission (PE) PE = PEN2O + PECO2
① N2O emission from N fertilizer application PEN2O = A × EFN2O ×GWPN2O
② CO2 emission from farming machine use PECO2 = A ×EFCO2
Emission Reduction (ER) ER = BE ‑ PE

GWP : Global Warming Potential, A : cultivation area (ha), EFCH4 : methane emission factor from rice field (kg CH4 ha-1yr-1), EFN2O : nitrous oxide emission factor with N fertilizer application (kg N2O ha-1yr-1), EFCO2 : carbon dioxide emission factor with farming machine use (kg CO2 ha-1yr-1)

배출량 산정 요인으로는 시스템 경계에서 언급 하였듯이 사업전 논에서 벼를 재배할 때 발생되는 온실가스 배출량으로는 논에서의 메탄 배출량 (BECH4), 비료 시용에 따른 아산화질소 (BEN2O) 및 농기계 사용으로 발생되는 이산화탄소 (BECO2)가 있다 (Eq. 2). 사업 후 배출량은 논에서 밭작물을 재배한 조건이므로 메탄 배출량을 제외한 재배 작물을 대상으로 하여 (Eq. 3)에 나타난 바와 같이 비료 사용량 변화에 따른 아산화질소 배출량 (PEN2O)과 농기계 사용 조건 변화에 따른 이산화탄소 배출량 (PECO2)으로 평가한다.

$$\mathrm{ER}\;=\;\mathrm{BE}\;–\;\mathrm{PE}\;–\;\mathrm{LE}$$ (Eq. 1)
$$\mathrm{BE}\;=\;{\mathrm{BE}}_{{\mathrm{CH}}_4}\;+\;{\mathrm{BE}}_{{\mathrm N}_2\mathrm O}\;+\;{\mathrm{BE}}_{{\mathrm{CO}}_2}$$ (2)
$$\mathrm{PE}={\mathrm{PE}}_{{\mathrm N}_2\mathrm O}+{\mathrm{PE}}_{{\mathrm{CO}}_2}$$ (Eq. 3)

메탄 배출량 계수 EFCH4는 논에서 벼를 재배할 때 발생하는 메탄 배출량의 평균값 (ECH4)을 사용하였다. 비료 시용에 따른 아산화질소 배출량 계수 (EFN2O)는 질소비료 종류별 시용량 (FN)에 각각의 배출계수를 곱한 값들의 합으로 계산되며 (Eq. 5), 이산화탄소 배출량 계수 (EFCO2)는 유류 종류별 사용량 (Qoil)과 해당 유종의 배출계수를 활용하여 (Eq. 6)에 따라 대표 값을 산정한다. 각각의 대표 계수를 구하기 위해 10년간 (2007 - 2016)의 통계자료를 활용하였다. 각 온실가스별 배출량을 평가한 후에 해당하는 온난화지수 (GWP)를 곱하여 이산화탄소 양으로 일원화 하여 배출량을 산정한다.

$${\mathrm{EF}}_{{\mathrm{CH}}_4}={\mathrm E}_{{\mathrm{CH}}_4}\times{\mathrm{GWP}}_{{\mathrm{CH}}_4}$$ (Eq. 4)
$${\mathrm{EF}}_{{\mathrm N}_2\mathrm O}\;=\;(\sum\;{\mathrm F}_{\mathrm N-}i\;\times\;{\mathrm E}_{{\mathrm N}_2\mathrm O-}i)\;\times\;{\mathrm{GWP}}_{{\mathrm N}_2\mathrm O}$$ (Eq. 5)
$${\mathrm{EF}}_{{\mathrm{CO}}_2}\;=\;\mathit\sum\;{\mathrm Q}_{\mathrm{oil}-}i\;\times\;{\mathrm E}_{{\mathrm{CO}}_2-}i$$ (Eq. 6)

Table 2는 본 산정 방법론을 활용하여 논에 벼 대신 마늘을 재배할 경우에 기대되는 온실가스 감축량을 나타낸 결과이다. 벼 재배의 경우, 가장 많은 배출량을 보인 메탄 발생부분에서 7.78 tCO2ha-1을 배출하였으며, 비료 사용에 따른 아산화질소에서는 0.80 tCO2ha-1 그리고 유류 사용으로 인한 이산화탄소는 0.57 tCO2ha-1으로 벼 재배로 인한 총 발생량은 9.15 tCO2ha-1으로 산정 되었다. 반면에 논에 밭작물인 마늘을 재배함으로써 논 상태에서 발생하던 메탄 발생이 없으나 상대적으로 질소비료 사용량이 증가함에 따라 아산화질소 발생이 3.43 tCO2ha-1으로 높았으며, 에너지 사용으로 인한 이산화탄소 부분의 발생이 0.12 tCO2ha-1으로 총 3.55 tCO2ha-1이 배출되었다.

Table 2. Case study on GHGs emission reduction on land use change of paddy field. (unit: tCO2eq. ha-1)

Crop CH4 N2O CO2 Total emission
Rice 7.78 0.80 0.57 9.15
Garlic - 3.43 0.12 3.55

Emission amounts of each gas was converted as carbon dioxide with multiplying global warming potential (GWP)

본 결과로 볼 때, 논에 벼 대신 마늘을 재배함으로써 ha 당 약 5.6 톤의 이산화탄소 배출이 저감될 수 있는 것으로 평가 되었다. 각 인자별 온실가스 배출량은 온난화지수를 고려한 이산화탄소 양으로 환산하여 평가 하였다. 본 사례 조사에서의 감축량은 국가 통계자료를 활용한 산정 결과이며, 이러한 탄소배출 저감 효과에 대해서는 현장에서의 많은 적용 사례 조사를 통해 보다 객관적으로 구명될 것으로 기대된다.

Conclusion

농업분야에서의 온실가스 감축 이행을 위하여 다양한 저탄소기술 개발 및 정책사업들이 추진되고 있다. 논에서의 타작물 재배는 논에 벼 대신 다른 소득작물 재배를 유도함으로써 작물 재배과정에서 배출되는 온실가스 저감 효과가 기대된다. 농경지 전환에 따른 온실가스 저감 효과 평가 방법론을 구축하기 위하여 배출량 산정 시스템 경계 설정을 통한 배출량 산정식을 개발하였다.

산정 시스템 경계는 배출량 기여율이 큰 벼 재배시 유기물의 혐기분해, 질소질비료 사용 및 농기계 사용으로 간편화 하였다. 베이스라인 배출량으로는 논에서의 토양 유기물의 혐기분해로 인한 메탄 발생, 비료 사용에 따른 아산화질소 (N2O) 발생 및 농기계 사용에 따른 이산화탄소 (CO2) 배출로 구분 하였다. 사업 배출량으로는 논에서의 메탄 발생을 제외한 아산화질소 및 이산화탄소 배출량으로 산정 하였다.

온실가스 배출 저감량 평가는 사업전 베이스라인 배출량 (BE)에서 사업을 통한 배출량 (PE)과 누출량 (LE)를 차감한 양으로 계산하였다. 배출량 산정은 각 요인별 해당 면적에 투입된 양에 해당하는 배출계수를 곱하여 계산하였으며, 각 온실가스별 배출량을 평가한 후에 해당하는 온난화지수 (GWP)를 곱하여 이산화탄소 양으로 일원화 하여 배출량을 평가하였다.

Acknowledgements

This study was carried out with the support of “Cooperative Research Program for Agricultural Science & Technology Development (Project No. PJ01447101)”, Rural Development Administration, Republic of Korea.

References

1

GIR (Greenhouse Gas Inventory and Research Center). 2015. National Guideline on Greenhouse Gas Inventory MRV. pp. 66-75 (in Korean).

2

Kwon, P.S. and S.J. Kim. 2017. Scenario analysis for the achievement of the 2030 national greenhouse gas reduction goal in the Korean electricity sector. J. of Environmental Policy and Administration. 25:129-163 (in Korean).

10.15301/jepa.2017.25.2.129
3

Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, Foundation of Agri. Tech. Commercialization & Transfer, and Korean Standards Association. 2018. Operation Provision and Guidelines for Low-carbon Agricultural & Livestock Products Certification. pp. 60-61.

4

United Nations. 1992. United Nations Framework Convention on Climate Change. p. 9.

5

WTO-UNEP. 2009. Trade and Climate Change WTO-UNEP Report.

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