1990년부터 2013년까지 농업 분야 국가 온실가스 배출량 평가 : 경종부문 중심으로

1. 서 론

2010년 칸쿤에서 개최된 제 16차 기후변화당사국총회(COP16)에서 국가온실가스인벤토리, 감축행동 등의 내용이 포함된 개도국들의 격년갱신보고서(Biennial Update Report; BUR) 제출이 결정되었다(KEEI, 2015). 이러한 국제적 요구에 대응하기 위해 우리나라는 매년 국가온실가스인벤토리 보고서를 발간하고 있으며, 온실가스 감축목표를 계획하고 이행하기 위해서도 주요 온실가스 배출원에 대한 정확한 배출량 조사는 중요하다(Kim, 2007).

농업부문에서 배출되는 온실가스로는 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)가 있으며, 이 중 이산화탄소는 작물의 광합성 작용에 의해 온실가스 배출이 상쇄되므로 다른 산업분야와 달리 온실가스 배출량 계산에 포함되지 않는다(Jeong et al., 2010). 따라서 농업부문의 온실가스 배출량은 메탄과 아산화질소에 의한 것만 계산한다. IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 발간한 가이드라인에서는 농업부문의 온실가스 배출원을 크게 축산과 경종으로 나누며, 축산부문은 장내발효(Enteric fermentation)와 가축분뇨 처리과정(Manure management)으로 경종부문은 벼 재배(Rice cultivation), 농경지 토양(Agricultural soil) 및 작물잔사소각(Field burning of agricultural residue)으로 구분한다(IPCC, 1996).

배출원에 따라 발생되는 온실가스로 분류하면 벼 재배 부분에서는 주로 메탄이 발생하고, 농경지 토양에서는 아산화질소, 작물잔사소각에서는 메탄과 아산화질소가 모두 발생한다. 메탄은 담수 상태의 논에서 유기물이 혐기적으로 분해되면서 발생하는데(Naser et al., 2007), 유기물 시용 유무와 작기 중 물 관리 방법에 의해 배출량이 크게 좌우된다(Khalil and Shearer, 2006). 농경지 토양에서 발생하는 아산화질소는 직접배출과 간접배출로 구분되며, 직접배출은 농경지에서 작물을 재배하는 과정에 투입되는 화학비료, 가축분뇨, 작물잔사 환원으로 인해 발생되는 부분과 질소고정작물에 의해 발생되는 부분으로 구분하여 산정한다. 간접배출은 토양에 질소 투입 시 휘산되는 대기 휘산량과 강우 등에 의해 수계로 유출되는 유출량으로 구분하여 산정한다(IPCC, 1996; Moiser et al., 1998). 전 세계 아산화질소 배출량의 60∼70%가 토양으로부터 배출되며(Sascha et al., 2005), 화학비료 투입량에 따라 아산화질소 배출량이 크게 좌우되지만(Karen and Keith, 2003), Freney(1997)는 재배환경(온도, pH, 강우, 토성 등)과 경작방법 등의 요인에 의해서도 배출량이 달라진다고 하였다.

온실가스 배출량은 IPCC 가이드라인에서 제시하는 산정 방법에 따라 산정되는데, 산정 방법은 IPCC 기본 배출계수(default emission factor)를 사용하는 Tier 1, 국가 고유 배출계수(country-specific emission factor)나 보정계수(scaling factor)를 사용하는 Tier 2, 직접 측정이나 모델을 이용한 Tier 3으로 구분한다(IPCC, 1996). 온실가스 배출량은 어떤 산정 수준을 적용하여 산정하느냐에 따라 달라지며, 배출계수 및 보정계수를 적용하는 방법에서도 배출량의 차이가 크다(Jeong et al., 2011). 그 이유는 산정 방법이 고도화 될수록 국가의 환경이나 특성이 반영되므로 배출량의 정확도는 증가하고, 불확도는 저감되기 때문이다(Bouwman et al., 2002). 따라서 IPCC는 각 국의 특성을 고려한 Tier 2 수준에서 배출량을 산정하도록 권고하고 있으며(IPCC, 2006), 농촌진흥청은 농업부문의 정확한 배출량 산정을 위하여 현재까지 메탄 배출/보정계수 5종과 아산화질소 배출계수 6종, 수계유출 간접배출계수 1종을 개발 및 등록하였다. 국가 온실가스 배출량은 신뢰도 향상을 위해 산정 방법과 활동자료를 개선하여 매년 재계산되고 있으며, 농업부문도 이를 반영하여 온실가스 배출량을 산정하였다(GIR, 2015). 1996 IPCC 가이드라인을 기본으로 우수실행지침서(Good practice Guidance; GPG) 2000을 적용하였으며, 일부 산정식에 대해서는 2006 IPCC 가이드라인을 적용하여 산정하였다(GIR, 2015).

본 연구는 1990년부터 2013년까지 재계산된 우리나라 농업부문의 온실가스 배출량 변화를 살펴보고, 신규 개발된 수계유출 간접배출계수를 적용했을 때와 기본계수를 적용했을 때의 배출량 차이를 비교하고자 수행되었다.

2. 자료 및 방법

농업부문 온실가스 배출량은 매년 온실가스종합정보센터에서 발행하고 있는 ｢산정·보고·검증지침｣, 1996과 2006 IPCC 가이드라인, GPG 2000을 활용하여 산정하였다. 배출원에 따라 각각의 배출량이 산정되며, 배출량은 활동자료(Activity data)와 배출계수(Emission factor)를 곱하여 산정하였다.

산정 방법은 Tier 2 수준을 중심으로 Tier 1 방법과 자국의 환경적 특성을 고려한 전문가 판단을 일부 적용하였다. 배출량은 시계열을 적용하여 해당연도 및 직전 2개년의 자료를 평균한 3년 평균값을 사용하였으며, 메탄과 아산화질소 배출량을 이산화탄소로 환산하기 위해 지구 온난화지수(Global Warming Potential) 21과 310을 각각 적용하였다. 온실가스 배출량 산정기간은 1990년부터 2013년까지 총 24년간이다.

2.2 배출계수 및 보정계수

온실가스 산정을 위해 개발된 배출원별 국가 고유 배출계수와 보정계수는 Table 1과 같다. 벼 재배 논에서의 메탄 기본 배출계수(EFc)는 2014년 국가고유 배출계수로 승인받은 2.32 kg CH₄ ha^-1 day^-1를 적용하였고, 유기물 시용(SFo)과 작기 중 물관리 방법에 따른 보정계수(SFw) 역시 2014년에 승인받은 계수를 적용하여 벼 재배 부문의 메탄 배출량을 산정하였다. 작기 중 물관리 방법별 보정계수 중 천수답에 의한 보정계수는 GPG 2000의 기본계수를 사용하였다. 농경지 토양의 직접배출에서는 화학비료 투입에 따른 작물별(고추, 콩, 감자, 봄배추, 가을배추) 아산화질소 배출계수(EF1i) 5종과 이외의 작물에 적용된 아산화질소 통합배출계수 1종을 적용하여 아산화질소 배출량을 산정하였다. 2015년에 등록된 수계 유출에 의한 아산화질소 간접배출계수(EF₅)를 적용하여 농경지 토양 간접배출량을 계산하였다.

Table 1

Summary of applied country specific factors for estimation of greenhouse gases (GHGs) emission in 2015

3. 결 과

3.1 벼 재배 논에서의 메탄 배출량

1990년부터 2013년까지 우리나라 벼 재배 논에서의 메탄 배출량은 Fig. 1과 같다. 1990년 이후 쌀 생산량은 증가해온 반면, 쌀 소비량은 지속적으로 감소함에 따라 벼 재배면적이 축소되고 있어(Sung et al., 2004), 이에 따른 메탄 배출량도 감소하는 추세이다. 2013년 벼 재배에 의한 메탄 배출량은 약 700만 톤 CO₂-eq.으로 경종부문 전체 배출량인 1,086만 톤 CO₂-eq.의 70%로 경종부문에서 큰 비중을 차지하고 있다.

Fig. 1.

Annual methane emission according to irrigation methods in paddy field from 1990 to 2013.

상시담수와 간단관개에 따른 배출량을 살펴보면, 1990년부터 간단관개 면적 비율이 증가하여 간단관개에 따른 배출량이 상시담수에 의한 것보다 높음을 알 수 있다(Jeong et al., 2014). 1990년 기준으로 상시담수에 의한 배출량은 240만 톤 CO₂-eq.이었고 간단관개에 의한 배출량은 850만 톤 CO₂-eq.이었으며 2013년에는 상시담수 160만 톤 CO₂-eq., 간단관개 540만 톤 CO₂-eq.으로 벼 재배에 의한 메탄 배출량이 감소하듯 각 물관리에 의한 배출량도 감소되었다.

3.2 농경지 토양에서의 아산화질소 배출량

농경지 토양의 아산화질소 직접 배출량은 연도별로 큰 차이가 없지만, 질소 투입원별로는 뚜렷한 차이를 나타냈는데(Fig. 2), 화학비료에 의한 배출은 1990년 대비 47.2% 감소한 반면, 가축분뇨에 의한 배출은 1990년 대비 88.68% 증가하였다. 이러한 변화는 농경지 재배면적 감소로 인해 화학비료 투입량은 감소하였지만 육류 소비 증가와 더불어 가축 사육이 증대되면서 가축분뇨에 의한 배출량이 증가하였기 때문이다(KREI, 2012). 2013년 농경지 토양 직접 배출량은 전년 대비 2.33% 증가한 230만 톤 CO₂-eq.으로 배출량 중 가축분뇨에 의한 배출량이 170만 톤 CO₂-eq.으로 가장 많았으며 질소고정작물에 의한 배출량이 0.3만 톤 CO₂-eq.으로 가장 적었다. 2013년 대기휘산과 수계유출에 의한 아산화질소 간접 배출량은 160만 톤 CO₂-eq.이며, 수계유출에 의한 배출량이 110만 톤 CO₂-eq.으로 간접 배출량의 72%를 차지하였다(Fig. 3).

Fig. 2.

Changes of direct N2O emission according to nitrogen sources in agricultural soil from 1990 to 2013.

Fig. 3.

Changes of indirect N2O emission according to nitrogen sources in agricultural soil from 1990 to 2013.

특히 2015년에는 수계유출에 대한 국가 고유 간접 배출계수를 개발 및 등록하여 산정에 적용하였으며 Fig. 4는 국가고유계수(CS)인 0.0135 kg N₂O-N/kg N을 적용했을 때와 가이드라인 기본계수(D) 0.025 kg N₂O-N/kg N을 적용했을 때의 배출량 차이를 나타낸다. 기본계수를 사용했을 때보다 국가고유계수를 사용하였을 때 배출량의 약 50%가 감소되는 것으로 분석되었다.

Fig. 4.

Annual indirect N2O emission from nitrogen leaching compared with estimates applied CS (country-specific) emission factor and D(default) emission factor.

3.4 경종부문 온실가스 총 배출량

2013년 경종부문 온실가스 배출량은 약 1,100만 톤 CO₂-eq.으로 농업부문 온실가스 총배출량인 2,100만 톤 CO₂-eq.의 약 52%에 해당된다. 배출원별로 살펴보면 벼 재배-농경지 토양-작물잔사소각 순으로 온실가스 배출량이 높았으며, 온실가스 종류별 비율로는 메탄이 64%, 아산화질소가 36%를 차지하였다. 2013년 경종부문 배출량은 배출량 산정 첫해인 1990년 배출량 1,466만 톤 CO₂-eq. 대비 25.9% 감소하였고, 전년 배출량인 1,094만 톤 CO₂-eq. 대비 0.7% 감소하였다. 경종부문의 온실가스 배출량은 1990년 이후로 점차 감소하는 추세이며, 최근 3년간은 큰 변화 없이 서서히 감소하는 것으로 분석되었다(Fig. 5).

Fig. 5.

Change of greenhouse gases emission from crop cultivation in agricultural sector from 1990 to 2013.

4. 결 론

본 연구는 1990년부터 2013년까지 국가 온실가스 배출량 산정을 목적으로 농업부문 중 경종분야를 중심으로 배출원별에 따른 온실가스 배출량을 살펴보고자 수행되었다.

산정에 사용된 활동자료는 국가 승인 통계자료를 활용하였으며 산정에 사용된 활동자료와 배출계수, 배출량은 온실가스종합센터의 검·인증 과정을 거친 뒤 통계위원회의 심의를 받아 최종 확정되었다. 경종분야 온실가스 배출량에 큰 영향을 미치는 작물 재배면적의 감소로 1990년부터 배출량은 감소되는 추세이나, 식량안보를 위한 경지면적 확보로 인해 감소량은 더딜 것으로 예상된다. 간접 배출에서 수계 유출의 경우, 국가 고유계수 적용 시 온실가스 배출량이 50% 이상 감소되었는데, 전체 배출량에 미치는 영향은 비록 작지만 우리나라 농업 환경을 반영한 계수 적용을 통해 배출량이 감소하는 효과를 볼 수 있었다.

2013년 농업 분야의 온실가스 배출량은 국가 전체 배출량의 약 3.0%로 폐기물 부문 다음으로 적은 비중을 차지했지만(GIR, 2015), 2020년까지 배출전망치(BAU, Business as usual) 대비 5.2%인 148만 5천 톤 CO₂-eq.을 감축해야하므로 온실가스를 줄이기 위한 기술 개발 및 사업 추진에 노력이 필요할 것으로 생각된다(Jeong and Kim, 2015).

앞으로 정확하고 신뢰도 높은 배출량 산정을 위해 국가고유계수 개발 및 산정방법 고도화 연구가 수행되어야 하며, 이를 위해 우리나라 농업 여건 및 국내외 선행 연구 분석 등의 노력이 필요할 것이다. 또한 개발된 계수가 적용될 수 있도록 활동자료(통계자료)가 함께 구축되어야 하며, 이러한 여건이 개선되도록 산정기관을 포함한 온실가스 배출량 관계부처와 통계청과의 업무협의가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(PJ01003003)의 지원에 의해 이루어진 것임.

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