기온변화에 대한 옥수수와 밀 생산량 취약성 평가 - 미국과 중국을 사례로 -
Vulnerability Assessment of Maize and Wheat Production to Temperature Change
- In Case of USA and China -
송용호*․이우균*,†․곽한빈**․김문일*․양승룡***
Song, Yongho*, Lee, Woo-Kyun*,†, Kwak, Hanbin**, Kim, Moonil* and Yang, Seung-Ryong***
*고려대학교 환경생태공학부, **고려대학교 환경GIS/RS 센터,
***고려대학교 식품자원경제학과
*Dept. of Environmental Science and Ecological Engineering, Korea University, Seoul, Korea
**Environmental GIS/RS Center, Korea University, Seoul, Korea
***Dept. of Food and Resource Economics, Korea University, Seoul, Korea
요 지
최근 기후변화로 인해 잇따라 발생하는 전 지구적 이상기후의 출현은 사회 전반에 걸쳐 직⋅간접 적으로 많은 영향을 미친다. 특히, 자연을 통해 기본 에너지를 얻는 농업은 기상환경에 따라 작물의 생장과 수확이 직접적으로 영향을 받기 때문에, 기후변화와 관련된 사회적 중요 관심사가 되었다.
본 연구에서는 국내 주요 수입곡물중 큰 부분을 차지하고 있는 옥수수와 밀에 대하여 주요 수출국 인 미국과 중국을 대상으로 생산량에 많은 영향을 끼치는 온도의 변화 경향을 통해 취약성 평가를 하였다. 주요 곡물 생산국들의 곡물 생산성에 영향을 미치는 재배기간을 문헌 및 기존 연구를 통해 국가별로 파악하여 주요 재배기간으로 정하고, 옥수수와 밀에 대한 생산국별 주요 재배기간에 해당 하는 미래 기상은 RCP8.5 기후변화 시나리오를 기반으로 구축하였다. 기온의 변화경향을 나타내는 적응성과 기온의 변화 정도를 나타내는 민감도를 이용하여 중국과 미국 간의 곡물별 생산취약성을 분석한 결과, 과거에 밀은 미국이 생산에 유리하고, 옥수수는 중국이 유리하였지만, 미래에는 두 곡 물 모두 미국이 생산에 유리한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 도출된 생산성 취약성 평가 결과 는 기후변화로 인한 미래 수입 곡물 가격변동에 대한 대비 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
키워드 : RCP8.5, 취약성평가, 밀, 옥수수
†Corresponding author : E-mail: [email protected]
접수일자: 2012. 9. 14 / 수정일자: 2012. 12. 30 / 채택일자: 2012. 12. 30
ABSTRACT
The appearance of abnormal weather caused by climate change have both direct and indirect impact on the society. Especially, agriculture is brought up as a socially important interest having direct impact of climate change in growth and harvest of crops. This study aims to perform vulner- ability assessment for the South Korea’s two main imported grains, maize and wheat. The produc- tion vulnerability assessment of maize and wheat in USA and China to temperature variability, which has a great impact in production, is performed. First, grain cultivation period which affects productivity of main grain production country was selected based on the main cultivation period from several references and previous studies. Then, Intergovernmental Panel on Climate Change AR5 greenhouse gas scenario RCP(representative concentration pathways)8.5 scenarios was used to select the future climate that correspond to the cultivation period of maize and wheat for each producing country. According to the result of production vulnerability analysis using adaptation (tem- perature changing trend) and sensitivity(temperature variability), the productivity of wheat was hi- gher in USA, while productivity of maize was higher in China. In the future, the result showed that productivity of all two grains will be favorable in USA. The result of production vulnerability asse- ssment through this study can later be used as a preparation data for the coming fluctuation in grain price due to climate change.
Key words : RCP8.5, Vulnerability Assessment, Wheat, Maize
1. 서론
18세기 산업혁명 이후 각종 인간의 활동은 지 구 온도의 상승으로 이어지면서 지구온난화의 원 인이 되었고, 이는 전 지구적 기후변화를 야기하 였다. IPCC가 발표한 제4차보고서 에 의하면 지 난 100년 간(1906∼2005년) 전 지구 연평균 기 온이 약 0.74℃ 상승하였으며, 1970년부터 2004 년 사이 지구 온실가스 배출량은 70%나 증가하 였다(IPCC, 2007). 이는 인간의 화석연료 및 생 물체의 연소 등으로 인하여 대기 구성 성분에 영 향을 주는 온실가스와 에어로솔 생산의 결과에 따른 태양 복사에너지의 반사와, 구름의 광학적 인 성질 변화에 따른 것으로 보고되고 있다(배석 현 등, 2010).
우리나라에서 1904년부터 2000년까지 관측된 기온자료를 분석해 보면 연 평균기온이 약 1.5℃
상승한 것으로 나타났으며, 이는 IPCC에서 발표 한 전 지구적 온난화 추세를 상회하고 있다(이정 택, 2011). 이러한 기후변화는 온도 및 강수량과 밀접한 관련이 있는 농업에 직·간접적으로 영향 을 끼치며, 곡물의 생산량에 영향을 미치는 것으 로 보고되고 있다(김대준, 2013; 심교문 등, 2011;
Meza and Silva, 2009). 최근, 국제 곡물 시장에 서는 전 세계적인 이상기후로 곡물 생산량 감소, 바이오 에너지 생산에 따른 곡물 수요 증대, 중 국의 경제성장에 따른 식량과 사료 수요 증가 등 의 요소가 복합적으로 작용하여, 수급 불균형이 번번하게 발생하고 있다. 특히, 한국은 주곡인 쌀 을 제외하고는 대부분의 곡물을 수입에 의존하고 있고, 밀과 옥수수의 국내 자급률은 1%에도 미치 지 못하고 있는 실정이기 때문에, 국제 곡물시장 의 수급 불균형은 국가적으로 큰 위험 요소로 인 식되고 있다(이원진, 2003).
한국의 주요 곡물수입시장인 밀과 옥수수 시장 에서 주요 수출국들의 곡물 가격이 국내 곡물 시 장에 많은 영향을 미치는 것은 이미 선행 연구를 통해 밝혀진 바 있다(이원진, 2003). 특히, 옥수수 와 밀의 경우 전체 사용량의 대부분을 수입에 의 존하기 때문에 해외 수출국의 생산량의 하락으로 국제 곡물 가격이 상승할 경우 국내곡물 물가 상 승에 직접적 영향을 미치는 민감한 시장을 구축 하고 있다. 2012년의 경우 옥수수 주요 생산국인 미국의 예기치 못한 이상고온현상으로 인해 수출 용 옥수수의 수량 감소가 발생하였고, 국내 사료 값의 급격한 상승으로 연결되어 축산농가에 경제 적 타격을 입혔다. 이와 같은 사례는 옥수수와 밀 시장이 국가 간에 긴밀하게 연결되어 있고, 민감한 시장임을 알려준다. 이처럼, 농작물의 생 육에 영향을 주는 다양한 기상환경 중 온도는 농 작물의 생육에 가장 큰 영향을 주며, 각 농작물 은 생육시기마다 알맞은 온도가 있고, 생육에 적 합한 온도 범위를 벗어나면 저온 아니면 고온에 의해 농작물이 피해를 입는다(심교문 등, 2013).
본 연구에서는 주요 수입곡물인 밀과 옥수수에 대하여 주요 수출국인 미국과 중국의 과거 및 미 래 기온변화 자료에 근거하여 기온변화에 대한 생산량 취약성을 평가하였다. 또한, 이를 통하여 주요 수입 곡물인 밀과 옥수수의 주요 수출국의 미래 기온 변이를 파악하여 장기적 관점에서의 곡물 가격 변동에 대한 대비 전략을 수립하는데 과학적 근거로 제시될 수 있을 것으로 기대된다.
2. 재료 및 방법
2.1 기온자료 구축
미래 기온변화에 대한 밀과 옥수수의 취약성평 가를 위해서는 과거의 실측 기온자료와 미래의 예측 기온자료가 요구된다. 과거(1991∼2010) 기 상자료의 경우 미국 해양 대기 관리처 산하 국립 기후자료센터(NCDC: National Climatic Data Cen-
Fig. 1. RCP8.5 global scale scenario after tr- ansform.
ter)가 제공하는 중국과 미국의 월평균 기상관측 자료를 사용하여 구축하였다. 제공하는 자료는 국가 전역의 기상자료이기 때문에 주요 농경지역 의 기상자료를 분리하여 사용하였다.
해외 국가별 미래 기온변화 자료는 국제 기후 변화모델 비교 사업(Coupled Model Inter Com- parison Project phase 5 : CMIP5)에서 제시된 실 험 방법인 기후변화 모델 (Hadley Centre Global Environmental Model, version 2 : HadGEM2- AO) 을 통해 산출된 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) AR5(Fifth Assessment Re- port) climate scenario - RCP8.5(Representative Con- centration Pathway) 전지구 기후변화 시나리오를 적용하였다(권원태, 2011). 기상청 산하 기후변화 정보센터(Climate Change Information Center : CCIC)에서 제공받아 ArcMap10.1에 적용시 기상 자료의 위치가 상하 좌우가 대칭되는 문제가 발 생하여 격자 자료의 좌표체계와 위치조정을 통하 여 135 km 해상도의 기온자료를 구축하였다(Fig. 1).
2.2 농경지 온도 2.2.1 농경지 추출
기온자료를 토지 이용에 따른 구분 없이 국가 경계에 맞춰 구축하게 되면 빙하지역이나 사막지 역과 같이 곡물의 경작이 불가능한 지역이 포함 되어 기온자료의 신뢰성이 떨어지게 된다. 이를
보완하기 위해 본 연구에서는 시간적으로 밀과 옥수수의 주요 생육기간에 해당하는 기간으로 설 정하고, 공간적으로 국가별 농경지역에 해당하는 지역에 대하여 해당지역의 기온자료를 획득하였 다. 농경지를 분리하기 위해 세계 농경지 분포자 료를 이용하였다. University of Minnesota와 Mc- Gill University의 환경연구소의 협력 프로젝트인 EarthStat에서 제공하는 농경지 지도의 형식은 AS- CII 형식으로 위경도 5분의 공간 해상도로 구축 되어 있다(Ramankutty et al., 2008). 세계 농경지 지도는 단위 격자에 대한 농지면적의 비율로 나 타내어 있으며, 0∼1 사이의 값으로 나타내어 값 이 0에 가까울수록 단위 지역에서 농경지역에 해 당하는 부분이 없는 것이고, 1에 가까워질수록 지역의 대부분이 농경지임을 나타낸다(Fig. 2).
곡물 생산성 취약성 평가를 위해서는 곡물수확이 가능한 지역에 해당하는 기상의 평균자료를 구해 야 하므로 농지 비율이 0.001 이하에 해당하는 지역은 농지 경계 자료에서 제외하였다.
2.2.2 농경지 온도 추출
구축한 기후변화 시나리오와 University of Mi-
Fig. 2. Metadata for global cropland and study area (Ramankutty et al., 2008).
nnesota와 McGill University의 합동 농업 관련 연구인 EarthStat에서 얻은 세계 농경지 분포도 (Ramankutty et al., 2008)를 사용하여 미국과 중 국의 농경지의 온도를 추출하였다. 두 자료는 위 치와 좌표계가 일치하지 않기 때문에 농경지 분 포도를 경도 상으로 180도 회전하고, 경위도 좌 표계로 통일하여 농경지 온도를 추출하고 세계 국가별 경계지도를 사용하여 중국과 미국의 미래 농경지 온도를 구축하였다.
2.3 생육기간 설정
2.3.1 국가별 곡물별 재배기간
밀과 옥수수의 생육기간 중 단수량에 큰 영향 을 미치는 기간 동안 온도와 단수량의 관계를 보 기 위해 AMIS(Agricultural Market Information System)에서 제공하는 Crop-Calendar를 참고하였 다(AMIS, 2012). Crop-Calendar는 약 20여개 국 가를 대상으로 세계 각 국의 곡물 별 파종과 수 확기간을 포함한 재배기간을 나타낸 것으로, 본 연구의 대상국인 미국과 중국의 밀과 옥수수에 대한 재배기간을 정리하면 Table 1과 같다.
Crop name Nation Planting Harvesting
Wheat
USA(Winter) Sep, Oct Jun, July
China(Winter) Sep, Oct May, Jun
Maize
USA Apr, May Aug, Sep, Oct
China(North) Apr, May, June Aug, Sep, Oct Table 1. Crop planting and harvesting term
중국의 밀 생산지는 허난성(Henan)과 산둥성 (Shandong) 일대로 10월에서 11월 초에 파종하여 5월에서 6월경에 수확하는 겨울밀을 재배한다(He and Bonjean, 2010). 푸젠성(Fujian), 광둥성(Gu- angdong) 등을 포함한 남부지역도 가을에 파종하 여 봄에 수확하는 겨울밀이 재배되지만, 수확되 는 밀의 양이 다른 지역에 비해 매우 소량이다(He and Bonhean, 2010). 중국에서는 파종을 봄에 시 행하는 봄밀과 겨울에 파종하는 겨울밀이 지역에 별로 이루어지지만, 겨울밀의 양이 절대적이기 때 문에 본 연구에서는 겨울밀을 기준으로 하였다.
중국의 옥수수 생산지는 북동지역과 북부지역, 황화강 주변, 북서지역과 남서지역, 남부지역으로 크게 6지역으로 나눌 수 있다. 그 중 중국의 북 동지역과 북부지역, 황화강 주변지역은 중국 옥 수수 재배 지역의 약 70%를 차지하고, 옥수수 총 생산량의 75%를 담당한다(Meng et al., 2006).
또한, 중국의 옥수수는 3월 중순에서 이른 6월에 파종하여 8월에서 10월 사이에 수확한다.
미국의 밀은 봄밀과 겨울밀로 두 종류의 계절 밀을 재배하고 있다. 겨울밀은 미국에서 생산하 는 밀 생산량의 3/4 이상을 차지하기 때문에 본 연구에서는 겨울밀을 기준으로 주요 재배기간을 설정하였다. 겨울밀은 8월 중순에서 10월경에 파 종하여 5월 중순에서 7월 중순에 수확한다.
미국의 옥수수는 세계 옥수수 생산량의 39%를 차지하고, 대부분 중서부 지역에서 재배된다. 전 형적으로 미국 옥수수는 4월에서 6월에 파종을 하고 10월에서 11월 사이에 대부분을 수확한다.
2.3.2 곡물별 생육기간
각 곡물별로 생육기간 중 단수량에 큰 영향을 미치는 주요 기간을 조사하여 기상조사 기간을 위한 기준을 작성하였다. 옥수수의 경우 출수기 직후의 기간인 즉, 수확 2개월 전의 기온이 생산 량에 가장 큰 영향을 미치며, 밀의 경우 출수기 에서 등숙기까지의 기간으로 수확 1개월에서 2 개월 전의 기온이 생산량에 큰 영향을 미친다 (Asseng et al., 2011; Muchow et al., 1990; Run- ge, 1968)(Table 2). 이를 적용해서 옥수수와 밀 의 생산량에 온도가 중요한 영향을 미치는 기간 으로 수확 2개월 전의 두달간을 연구 기간으로 정하였다(Table 3).
Crop name Productive period
Maize Immediately after the earing season (1∼2 month before the harvest)
Wheat The earing season ∼ the grain filling stage (1∼2 month before the harvest) Table 2. Productive period of maize and wheat
Crop name Nation Main cultivation term Wheat
(winter)
USA April - May China March - April
Maize USA July – August China June - July Table 3. Crop main cultivation term
2.4 취약성 평가
2.4.1 농지온도 취약성 지수
IPCC 보고서에 따르면 취약성 평가는 기후변 화에 의한 자연이나 사회 시스템의 피해 정도나 피해 범위에 의해 정의되고(IPCC, 2007), 민감성 이 높고 적응성이 낮을수록 취약성이 높다고 가 정하여 민감성과 적응성의 함수로 나타낸다(식 (1)). 본 방법은 기후변화에 따라 발현되는 현상 이 사회 및 경제적으로 이득이 되는 현상이라도 변화 정도가 크다면 취약성 결과에서 낮게 판단 될 수 있다는 단점이 있다. 하지만 본 연구에서 는 미래 기온변화에 대한 변이 정도를 토대로 곡 물의 수급 안정성을 평가하며, 변수에 상관없이 취약성 평가를 용이하게 진행할 수 있는 이점이 있어 연구에 적용하였다. 농지기온에 따른 생산 량 취약성 지수는 농지기온의 단위 기간에 따른 변이의 변화 경향으로 평가되는 적응성지수와 농 지기온의 변이성으로 평가되는 민감도지수의 차 이로 평가하며(Yu et al., 2006; Yu, 2006; Lee et al., 2007a, Choi et al., 2010), 민감성 값이 높을 수록, 적응성이 낮을수록 기온변화에 따른 작물 생산성이 취약한 것으로 판단할 수 있다.
V = S – A (A>0) (1)
V : Vulnerability S : Sensitivity
A : Adaptation capacity
2.4.2 민감도 지수
기온 민감도 지수는 온도의 변화정도, 즉 변이 성으로 평가한다. 기간이 지나감에 따라 온도의 변화정도가 클수록 민감도가 높은 것으로 판단하 며, 각 기간의 변이성은 각각의 년차에 해당하는 값과 전체 기간 동안의 평균과의 차로 정의된다 (식 (2))(Yu et al., 2006; Lee et al., 2007; Choi et al., 2010). 변이성은 해당 년과 그 전년도 기
온의 차이를 나타내며, 시간이 지남에 따라 차이 가 증가할수록 대상작물의 농지기온이 생산성에 불리한 지역에 해당하는 것으로 해석할 수 있다.
(2)
D : Variability of cropland temperature for whole period (years)
: Value of cropland temperature variable in study year i
: Average value of cropland temperature variable for whole period (year)
n : Number of the study period
2.4.3 적응성지수
농지기온의 적응성 지수는 기온의 기간별 변이 가 보이는 변화경향으로 평가한다. 즉, 기온의 기 간별 변이가 감소하는 추세로 가면, 기온이 안정 화되어 기후변화에 대한 적응성이 높은 것으로 보고, 반대로 변이가 증가하는 추세로 가면 기온 이 불안정화 되어 적응성이 낮은 것으로 평가된 다. 이것은 아래와 같이 나타낼 수 있으며(식 (3)), X는 기준시점으로부터의 기간(year)을 나타 내고, Y는 기간 Xn과 Xn–1의 기온변화량을 나타낸 다.
(3)
: Variability of the study period
: Study period
: Changing trend of cropland temperature variables
식 (3)에서 기울기 a는 농지기온의 변화경향을 나타내는데, 기온변화에 따른 적응성을 의미한다.
이러한 점에서 기울기 a는 적응성을 나타내는 지
표로 활용될 수 있다. 변화경향이 감소할수록 시 스템이 기후변화에 적응하는 것을 나타내며, 이 는 적응성이 높은 것으로 판단할 수 있다. 반면, 변화경향의 증가는 대상의 시스템이 덜 안정적이 며 기후변화에 더욱 취약한 것으로 해석된다. 즉, 기울기 a가 음(–)의 값을 가지면 농지기온의 기 간별 변이가 감소하는 경향을 의미하며, 이는 곧 적응성이 높은 것을 나타낸다. 반대로 기울기 a 가 양(+)의 값을 가지면 농지기온의 기간별 변이 가 증가하는 경향을 의미하며, 이는 곧 적응성이 낮은 것을 나타낸다(Yu et al., 2006; Yu, 2006;
Lee et al., 2007; Choi et al., 2010).
3. 결과 및 고찰
3.1 미국 밀 분석
과거 20년(1991∼2010)과 미래 20년(2031∼
2050)의 미국에서 재배되는 밀의 중요 재배기간 인 4월과 5월의 평균온도로 민감도를 위한 기온 변이성과 적응성을 위한 기온 변화경향을 구하였 다(Fig. 3). 과거 미국의 3, 4월의 평균온도의 경 우 14℃에서 16℃ 사이의 값을 나타내었으나, 기 후변화 시나리오에 의한 미래 추정결과, 점차 17
℃에 가까워져 평균온도가 소폭 상승할 것으로 나타났다(Fig. 3a, 3b). 민감도의 경우, 각 년의 온도 값과 전체 기간의 평균값과의 차이들의 합 으로 나타나는 변이누적값을 비교했을 때 과거 (Fig. 3c)에 비해 미래(Fig. 3d)가 미약하게 증가 된 것으로 나타났다. 또한, 변화 정도를 나타내는 점과 변화 경향을 나타내는 선으로 표현되는 적 응성의 경우, 과거의 적응성(Fig. 3e)과 미래의 적 응성(Fig. 3f)이 큰 차이를 보이지는 않지만, 미래 적응성이 소폭 증가하여 과거에 비해 다소 높은 것으로 나타났다.
3.2 미국 옥수수 분석
옥수수의 주요 재배기간에 해당하는 7월과 8
월의 평균온도로 과거 20년과 미래 20년의 기온 변화경향을 구하였다(Fig. 4). 과거 미국의 7, 8월 평균온도의 경우 대략 22℃에서 25℃ 사이의 온 도분포를 나타내었으며, 시간이 지남에 따라 점 차 증가하는 추세를 보였다(Fig. 4a). 미래 미국의 7, 8월 평균온도는 과거에 비해 약 5℃ 가량 높 은 26℃에서 29℃에 분포하며, 과거와 마찬가지 로 점차 증가하는 추세를 나타내었다(Fig. 4b).
민감도를 나타내는 변이누적값의 경우 과거 약 0.52 정도의 결과(Fig. 4c)에 비해 미래의 경우 약 0.45의 감소한 결과(Fig. 4d)가 나와, 미래의 민감성이 과거에 비해 더 낮은 것으로 나타났다.
또한, 온도의 변화 경향을 비교했을 때 과거의 경우 변화 경향이 거의 없는 편이지만(Fig. 4e), 미래의 경우 증가하는 추세를 나타내 미래 적응 성이 감소하여(Fig. 4f) 취약성이 증가할 것으로 나타났다.
3.3 중국 밀 분석
중국 밀의 취약성 분석을 위해 생산량의 대부 분을 차지하는 겨울밀의 주요 재배기간인 4월과 5월의 평균온도를 사용하였다. 과거 20년간 4, 5 월의 평균온도는 대략 9℃에서 12℃ 범위의 값 으로 시간이 지남에 따라 다소 증가하는 경향을 나타내었으나(Fig. 5a), 미래의 경우, 5℃에서 8
℃의 범위로 과거에 비해 온도가 낮아지는 것으 로 나타났다(Fig. 5b). 이는 기후변화 시나리오상 4월의 경우 온도가 과거에 비해 약 5℃ 정도 더 낮고, 5월의 경우는 약 1℃ 정도 증가하는 것이 원인이 된 것으로 판단되었다. 민감도를 나타내 는 변이누적값은 과거 1.43(Fig. 5c)에 비해 미래 1.78 (Fig. 5d)로 증가하는 것으로 나타났고, 과거 와 미래 모두 변화 경향이 감소하는 것으로 나타 나(Fig. 5e, 5f), 중국 밀의 경우, 기후변화에 따른 적응성이 있는 것으로 나타났다.
3.4 중국 옥수수 분석
(a)
(b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 3. Mean temperature (a,b), sensitivity(c,d) and adaptation capacity(e,f) for a wheat from USA in 1991∼2010 (a,c,e) and 2031∼2050 (b,d,f) respectively.
중국의 옥수수 취약성 비교를 위해 주요 재배 기간인 6월과 7월의 평균온도를 사용하여 분석하 였다. 과거 20년간 중국의 6, 7월의 평균온도는 약 23℃에서 24℃의 범위에서 시간이 지남에 미 약하게 증가하였으며(Fig. 6a), 미래 20년간 6, 7
월의 평균온도는 21℃에서 24℃의 범위에서 점 차 적으로 증가가 될 것으로 예측되었다(Fig. 6b).
변이누적값의 경우, 과거 0.26(Fig. 6c)에서 미래 0.47 (Fig. 6d)로 증가되어, 온도변화에 따른 민감 도가 증가하는 것으로 나타났으며, 과거에는 온
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 4. Mean temperature (a,b), sensitivity(c,d) and adaptation capacity(e,f) for a maize from USA in 1991∼2010 (a,c,e) and 2031∼2050 (b,d,f) respectively.
도변화가 감소하는 경향을 나타내어 적응성이 있 는 것으로 나타났으나, 미래의 경우 온도변화의 변화 경향이 거의 없어 과거에 비해 미래의 적응 성이 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
3.5 고찰
3.5.1 밀 취약성
과거 미국과 중국의 밀을 비교했을 때 미국과 중국 모두 적응성에 해당하는 온도 변이계수(A) 가 음수로 나타나 온도변화에 의한 기간별 변이 가 감소하는 경향을 나타내었고, 이는 곧 적응성 이 높은 것으로 해석할 수 있었다(Table 4).
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 5. Mean temperature (a,b), sensitivity(c,d) and adaptation capacity(e,f) for a wheat from China in 1991∼2010 (a,c,e) and 2031∼2050 (b,d,f) respectively.
민감도(S)로 평가할 수 있는 평균온도의 변이 누적값의 경우, 과거 20년간 미국의 경우 0.822, 중국의 경우 1.434의 값을 나타내어, 중국의 기온 이 미국의 기온보다 민감도가 높아 예측에 대한 불확실성이 크게 나타났고, 온도 변화 정도의 경 향(A)이 두 곳 모두 음수로 나타나 적응성이 있
는 것으로 나타났다. 민감도와 적응성을 더한 취 약성 계수(S+A)의 경우 미국밀은 0.821, 중국밀 의 경우 1.432로 과거 중국의 밀 생산에 미치는 기온 취약성 계수가 미국에 비해 더 높은 것으로 나타났다. 이는 과거 미국과 중국의 밀 생산에 영향을 끼치는 기온의 변화가 중국에 더 취약하
(a)
(b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 6. Mean temperature (a,b), sensitivity(c,d) and adaptation capacity(e,f) for a maize from China in 1991∼2010 (a,c,e) and 2031∼2050 (b,d,f) respectively.
게 적용되었음을 알 수 있었다.
두 나라의 미래 취약성을 살펴보았을 때, 밀 생산 온도의 변화경향계수는 모두 음수로 미래 기온변화에 대한 기간별 변이가 감소하여 적응성 이 높은 것으로 나타났다. 하지만 평균온도 변이 누적값이 중국의 경우 2.156으로 0.828을 나타내
는 미국에 비해 월등히 높게 나타나, 민감도가 높을 것으로 추정되었다. 민감도 지수와 적응성 지수를 합한 취약성 지수는 모두 미래 미국 밀의 경우 0.825, 미래 중국 밀의 경우 2.152로 나타 나, 미국의 경우 과거에 비해 약간 증가하였지만, 중국의 경우는 약 2배 가까운 증가를 보였다. 이
Time Result USA China
Wheat Maize Wheat Maize
Past
S 0.82197 0.525963 1.433727 0.261975
A –0.0014 –.000002 –0.002 –0.0007
V(S+A) 0.82057 0.525961 1.431727 0.261275
Future
S 0.82761 0.44765 2.15575 0.474831
A –0.0024 0.0011 –0.0036 0.000005
V(S+A) 0.82521 0.44875 2.15215 0.474836
Table 4. Sensitivity(S), adaptation capacity(A), and vulnerability(V) of wheat and maize in USA and China respectively
는 과거와 비교했을 때 미래의 밀 생산에 적합한 온도가 미국의 변화보다 중국의 변화가 심화되어 중국의 밀 생산에 방해가 수 있음을 시사하는 것 이다. 이를 종합하면, 미래 밀 생산에 있어 중국 의 온도 변화는 미국의 온도 변화에 비해 변화 정도가 심하여 안정적 밀 생산에 방해가 될 것으 로 예측되며, 중국의 밀 가격 또한 상승 또는 안 정적이지 않을 것으로 판단되어, 이에 대한 대비 가 필요할 것으로 예상된다.
3.5.2 옥수수 취약성
과거 미국과 중국의 옥수수에 대한 주요 재배 기간의 온도 변화경향(A)을 보았을 때 두 나라 모두 0 이하의 값을 나타내어 기간별 변이가 감 소하고 적응성이 있는 것을 의미하였지만, 미국 의 경우 값이 0에 가까워 기간 증가에 따른 기온 변이의 증감도가 거의 없던 것으로 확인되었다.
민감도를 평가하는 온도의 변이누적값의 경우, 미국 0.526, 중국 0.262로 미국이 중국보다 민감 도 지수가 높아 기온 예측에 대한 불확실성이 커 져 온도 변화에 대한 옥수수 생산에 민감하게 반 응한 것으로 나타났다. 옥수수에 대한 두 나라의 과거 기온에 대한 생산량 취약성 지수는 미국 0.526, 중국 0.261로 민감도가 상대적으로 컸던
미국이 중국에 비해 취약성 지수가 높아 옥수수 재배는 미국에 비해 중국이 더 유리했던 것으로 판단되었다.
미래 기후변화 시나리오를 사용하여 옥수수에 대한 미래 생산량 취약성 평가를 진행하였을 때, 적응성의 경우 미국과 중국 모두 0이상의 온도변 이경향을 가짐으로써 기온의 불안정화로 인하여 적응성이 낮은 것으로 평가되었다. 특히, 미국은 중국에 비해 그 값이 커서 상대적으로 변이의 증 가가 더 크게 작용할 것으로 예측된다. 민감도 지수(S)를 의미하는 온도의 변이 누적값의 경우, 미국 0.448, 중국 0.475로 중국이 미국에 비해 높 은 수치가 나타나, 온도변이성 면에서 중국이 미 국에 비해 민감도가 더 높은 것으로 나타났다.
각 국가별 민감도 지수와 적응성 지수를 합한 옥 수수의 농지온도 취약성 지수는 미국은 0.449, 중 국은 0.475로 나타나, 중국이 미국에 비해 옥수수 재배에 있어 취약한 것으로 분석되었다. 결과적 으로 미국의 옥수수 재배 기온의 경우, 과거에 비해 온도취약성지수가 감소하여 온도의 변이차 가 줄어드는 안정화가 예상되며, 이는 옥수수의 안정적 생산에 기여할 것으로 보인다. 반면, 중국 옥수수 생산량 취약성은 과거에 비해 미래의 취 약성 지수가 증가하였고, 이는 미래 옥수수 생산 온도의 변이성 증가로 안정적 수급에 방해요소로
작용할 것으로 판단된다. 취약성 지수의 나라별 비교시 미래에 미국이 중국에 비해 낮은 취약성 지수를 갖는 것으로 나타났고, 이는 미국의 옥수 수 생산 기후대가 중국에 비해 변화 경향이 적 어, 안정적인 옥수수의 생산량 확보와 안정된 가 격면에서 미국이 더 유리할 것으로 판단되었다.
본 연구에 적용된 취약성 평가방법은 미래 기후 변화에 따른 작물수확 안정성 예측에 온도만 고 려되었다는 한계점이 존재한다. 이 부분은 향후 에 작물 생장에 필요한 강수량, 일사량 등 여러 환경 인자를 적용하여 보완해야 할 것으로 판단 된다. 또한, 작물의 생장은 시비나 관계와 같은 인간의 간섭에 많은 영향을 받으므로 인위적 작 물관리 영역을 적용한다면 보다 발전된 연구가 될 것으로 예측한다.
4. 결론
본 연구에서는 농지온도의 변화경향과 변이성 을 합한 취약성 지수를 이용하여 과거 20년 (1991~2010)과 미래 20년(2031~2050)의 미국과 중국의 밀과 옥수수 생산량 취약성 분석을 진행 하였다. 취약성 분석 결과, 미국의 경우 과거에 비해 미래에 밀의 재배에 있어 온도의 취약성이 조금 상승하나, 재배에 미치는 영향은 미미할 것 으로 보였다. 하지만 옥수수 생산량 취약성의 경 우 과거에 비해 오히려 감소하는 것으로 나타나, 미래 미국의 기온변화가 옥수수 생산에 유리하게 적용될 것으로 나타났다. 중국의 경우, 밀과 옥수 수 모두 미래의 취약성 값이 증가하는 것으로 나 타나, 이 곡물들의 재배에 있어 미래 기온변화가 부정적인 영향을 미칠 것으로 예측되었다.
미국과 중국의 국가 간 비교시 과거에는 미국 의 기온변화가 중국의 기온변화에 비해 밀의 생 산에 유리하였으며, 옥수수의 경우 중국이 더 유 리한 것으로 나타났다. 미래에는 과거와 마찬가 지로 미국이 중국에 비해 밀 재배에 유리한 기온 변화 경향으로 상대적인 안정적 밀 생산량 확보
가 가능할 것으로 판단되나, 옥수수의 경우 중 국의 취약성 값이 증가하는 반면, 미국의 취약성 값이 감소함에 따라 미국의 옥수수 생산이 중국 에 비해 유리할 것으로 예상되었다. 이러한 결과 에 비추어 볼 때 미래 옥수수와 밀수입에 있어서 미국이 중국에 비해 두 곡물의 수입국으로서 적 합할 것으로 예상되며, 국내 밀과 옥수수 수입에 영향을 주는 대표적 곡물 생산국가의 RCP 시나 리오를 적용한 미래 작물 생산량 취약성 평가를 최초로 예측해 본 점에서 본 연구의 의의가 있다 고 할 수 있다. 향후 곡물 재배환경에 맞는 다양 한 기후환경의 파악과 신뢰성이 증가한 기상 예 측자료를 입력자료로 사용한다면 보다 발전된 취 약성 평가가 이뤄질 것으로 본다. 본 연구를 통 해 얻어진 결과는 주요 수입 곡물인 밀과 옥수수 의 미래 기후변화에 따른 기온 변이 폭을 파악하 여 미래 가격 변동에 대한 대비 전략을 수립하는 데 도움을 줄 것으로 판단되며, 불확실한 미래 기온변화에 대하여 국가단위 및 지자체 별 식량 곡물 가격 대응 대책 수립에 필요한 기본 자료로 이용될 것으로 기대한다.
사사
본 연구는 농촌진흥청의 공동연구사업(주관과 제번호: PJ0089842013)의 지원에 의해서 이루어 진 것임.
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