3.1. STONE 모형의 개요
￮ 네덜란드의 잉여양분문제 해결을 위한 효과적인 정책프로그램 도입과 모니 터링을 위해 농업환경지표를 이용한 농업환경정책평가 모델인 STONE이 개 발되어 운용되고 있음.
- 양분분석을 위해 특별히 고안된 모형인 STONE은 네덜란드에서 농작물 생산, 경지이용, 환경, 지표수, 농업경제학 분야의 연구기관(Alterra, RIVM, RIZA, Plant Research International, LEI)에서 수행하고 있는 연구과제의 통 합 결과물임.
- STONE 모형을 개발한 주된 이유는 여러 연구단체에서 제공되는 양분 배 출량 정보가 불일치하였고, 이에 따라 정책결정자들은 국가차원에서의 지하수․지표수에 대한 질소․인산 배출량에 대한 일관된 정보가 필요했 기 때문임. 결과적으로 ① 모든 관련 연구 분야에서 최적 모형과 자료 이 용, ② 다양한 분야의 지식 통합, ③ 정책결정자들이 가장 효율적이고 적 절한 환경정책수단을 설정하도록 일관되고 과학적이며 합리적으로 지원 한다는 세 가지 목표 하에 1996년에 처음으로 합의된 모형이 개발됨.
￮ STONE 모형은 네덜란드의 지표․지하수에 대한 질소 및 인산 배출량에 대 한 농업시스템의 영향을 평가하고, 국내 및 유럽 농업․환경 정책의 영향을 평가하는데 이용되고 있음.
- 네덜란드의 지표수에 대한 질소․인산 용탈의 시공간적 패턴
- 네덜란드의 지하수(상층부)에 대한 질소․인산 농도의 시공간적 패턴 - 네덜란드 전체 또는 소지역에 대한 질소․인산 수지의 진단 및 평가
3.2. STONE 모형의 특징과 구조
￮ STONE 모형은 환경정책수단을 투입자료로 모형에 반영할 수 있어 국가 및 지역 단위의 모형 적용, 공간적으로 구분된 토양 특성에 관한 투입자료를 필 요로 함.
- 모형의 기본적으로 여러 모형이 결합된 형태로 ① 가축분뇨와 무기질 비 료 배분을 통한 토양 내 질소․인산 투입량 계산을 위한 최적화 모형, ② 공기 중 질소 침착을 계산하기 위한 메타모형(meta model), ③ 지하수․지 표수에 대한 질소․인산 배출량과 토양내 질소․인산 순환을 계산하기 위한 처리기준 결정모형(process-based deterministic model)
- STONE의 첫 번째 버전은 2000년에 출시되었으며, 제5차 환경전망에 적용 되었음. 이후 네덜란드의 공간적 도식이 재설계되고, 탈질작용과 작물의 질소 흡수량 및 유기물의 무기화 등을 계산하는 새로운 모듈이 시행되면 서 2001년에 STONE 시스템 2.0버전이 출시되었고, 2007년 중반에 업데이 트된 버전을 위해 연구 중에 있음.
￮ STONE 시스템은 네덜란드 지표․지하수에 대한 질소 및 인산 침출과 관련 하여 농업부문의 변화(예: 추천 시비량, 작부체계 변화)와 정책수단의 변화 (예: 네덜란드 MINAS, EU 질산염 지침) 효과를 평가하기 위해 개발됨. 이 시스템은 특히 국가 차원의 평가를 위해 개발되었으며, 지역 단위에서도 적 용 가능함. STONE의 장점을 크게 세 가지로 요약될 수 있음.
- 토양 형성과정의 기계학적 설명(mechanistic description of soil process) - 네덜란드의 농촌지역에 대한 상세한 공간적 도식화
- 토양에 대한 질소 및 인산 투입량과 가축분뇨 및 비료 시용에 대한 상세 한 정보 제공
토양 수문학
되는 질소 및 인산 투입량과 농업활동을 통한 암모니아 배출량을 계산함.
다음으로 OPS/SRM 모델은 대기로부터 질소 침착을 계산하는데 활용됨.
- GONAT/ANIMO 시스템은 토양 내 탄소 및 양분 순환과 지표․지하수로 의 질소․인산 유출을 계산함. 이 시스템 내에서 QUAD-MOD를 이용하여 작물에 의한 질소․인산 흡수량이 계산됨.
- STONE을 구성하는 보조모형으로 SWAP은 포화 및 불포화 상태의 표토층 에서 물과 열, 용질의 수직적 이동을 시뮬레이션하는 포괄적인 1차원의 물리적 모델임. 다음으로 QUAD-MOD는 비료 시용 실험을 통한 농작물과 수량에 의한 양분 흡수량을 계산하는 실제적인 모형으로 바이오매스의 생산과 양분 투입-산출간의 관계 규명에 활용함.
- STONE은 농업부문의 지난 50년에 걸친 집약화의 영향을 연대기적으로 분석할 수 있음. 또한 각각의 정책 시나리오별 토양 내 질소․인산 고정, 지하수 내 질소․인산 농도, 지표수에 대한 질소․인산 침출 등을 네덜란 드 지도에 적용․산출함.
표 4-1. STONE 모델링 시스템의 주요 구성
3.3. STONE 시스템 적용 결과
￮ 정책수단에 대한 평가를 위한 문제: 어떤 면세대상 잉여 수준에서 농업부문 질소․인산 배출량이 상당히 줄어드는가?
- 이를 평가하기 위해 지하․지표수에 대한 양분 배출량을 줄이는데 있어 8가지 선택대안 시나리오(예를 들면, 여러 수준의 면세대상 잉여량 수준) 의 효율성을 STONE 시스템에서 계산함<표 4-2>.
표 4-2. 면세대상 질소․인산 잉여 수준별 시나리오
시나리오 건조 사양토
면적(ha)
N 초지 N 농경지 P 초지 P 농경지 (kg/ha)
A: 1998년 수준 - 300 175 40 40
B: 2002년 가축분뇨법 140,000 220/190 150/110/100 25 30 D1: 2003년 가축분뇨법 140,000 180/140 100/100/60 20 20 D2: 2003년 가축분뇨법 360,000 180/140 100/100/60 20 20
E: 시나리오 N-plus 140,000 140/100 60/60/40 20 20
+220,000 -/120 -/-/60
F: 시나리오 P-plus 140,000 180/140 100/100/60 10 10
G: E+F 140,000 140/100 60/60/40 10 10
+220,000 -/120 -/-/60
H: 가장 엄격한 시나리오 600,000 140/100 60/60/40 1 1
￮ STONE 시스템은 네덜란드의 지하수․지표수에 있어 질소․인산 침출에 대 한 농업-환경 정책수단의 효과와 농업부문의 변화효과를 국가적 차원에서 평 가하기 위해 개발된 것임. STONE에는 네덜란드의 최고 모형과 DB 시스템 이 적용되었고, 모든 연구 분야의 최고 지식이 통합되어 있음.