Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Nitrogen Budgets of Agriculture and Livestock in South Korea at 2010

2010년도 대한민국 농업 및 축산업지역의 질소 유입 및 유출 수지

  • Nam, Yock-Hyun (Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University) ;
  • An, Sang-Woo (Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University) ;
  • Jung, Myung-Sook ;
  • Park, Jae-Woo (Department of Civil and Environmental Engineering, Hanyang University)
  • 남역현 (한양대학교 건설환경공학과) ;
  • 안상우 (한양대학교 건설환경공학과) ;
  • 정명숙 (국립환경과학원 물환경공학연구과) ;
  • 박재우 (한양대학교 건설환경공학과)
  • Received : 2011.11.21
  • Accepted : 2012.03.28
  • Published : 2012.03.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The objectives of this research were to estimate nitrogen budgets in agriculture and livestock in 2010, and to evaluate nitrous oxide ($N_2O$) emission by a local government. Input-output budgets for nitrogen were categorized into two sections including agriculture and livestock. Fertilizer, deposition, fixation, compost, irrigation, and feed were used as the nitrogen inputs while crop production, crop uptake, denitrification, volatilization, leaching, compost, and ocean disposal were used as the nitrogen outputs. Annual nitrogen input and output for agriculture and livestock were 1,148,848 N ton/yr and 610,380 N ton/yr respectively indicating the decrease of the nitrogen input and output, compared to our previous researches in 2005 and 2008. Total nitrogen input in 16 local government was estimated resulting that $N_2O$ emission was the highest for Jeonnam (2,574 ton/yr) and the lowest for Seoul (7 ton/yr).

본 연구에서는 농업 및 축산업에서의 질소수지 경향을 파악하며 총 유입되는 질소량을 고려한 아산화질소($N_2O$) 발생량을 지자체별로 평가하였다. 농업지역은 경작이 이뤄지는 논과 밭으로 세분화 하였으며 축산업지역은 축산업종을 대상으로 구분하였다. 질소의 주요 유입으로는 작물생산을 위한 질소질 화학비료에 의한 토양 내 유입량, 건식 및 습식을 포함한 대기로부터의 질소 침착량, 질소고정 박테리아에 의한 생물학적 질소 고정량, 미처리된 가축분뇨에 의한 유입 및 퇴비로의 재사용량, 관개용수에 의한 토양으로 질소 유입, 가축사료를 통한 유입이 있으며, 유출된 양은 연간 생산된 농작물 내의 질소함유량, 농경지 작물 질소 흡수량, 질소질 화학비료 사용량에 따른 토양에서의 탈질량과 휘발량, 지하수 유출량, 가축 분뇨 발생량 중 휘발되거나 탈질되는 양, 퇴비로 재사용된 양, 가축분뇨 해양투기에 의한 유출로 결정하고 그 양을 추정하였다. 연간 질소의 총 유입량은 1,148,848 N ton/yr이며, 총 유출량은 610,380 N ton/yr이었다. 2005, 2008, 2010년 질소 수지를 비교 및 분석한 결과, 2010년 총 유입된 질소는 2005년 질소유입 보다 238,654 N ton/yr이 저감된 것으로 조사되었다. 총 유입 질소의 감소는 질소질 화학 비료, 논의 밭 전환, 경지면적의 도로건설 및 도시확장 등으로 인한 결과이며 총 유출 질소는 237,407 N ton/yr이 감소하였다. 총 유입되는 질소량을 고려한 N2O발생량 지자체별 평가에서 전라남도가 2,574 ton/yr로 $N_2O$ 배출량이 가장 높으며, 서울이 7 ton/yr로 가장 낮다.

Keywords

References

  1. Scolow, R. H., "Nitrogen management and the future of food : Lessons from management of energy and carbon," Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America, 96, 6001-6008(1999).
  2. 윤동민, 박신형, 박재우, "2005년 대한민국 질소 유입 및 유출 수지," 대한환경공학회지, 30(1), 97-105(2008).
  3. 남역현, 안상우, 박재우, "2008년도 대한민국 질소수지 연구 : 비점오염증가 및 N2O발생량 산정," 대한환경공학회지, 33(2), 103-112(2011).
  4. Kim, S. D. and Dale, B., "Effects of nitrogen fertilizer application on greenhouse gas emissions and economics of corn production," Environ. sci. technol., 42, 6028-6033(2008). https://doi.org/10.1021/es800630d
  5. Goolsby, D. A., Battaglin, W. A., Aulenbach B. T. and Hooper, R. P., "Nitrogen input to the Gulf of Mexico," Environ. Qual., 30(2), 329-336(2001). https://doi.org/10.2134/jeq2001.302329x
  6. Inventory of U.S, "Greenhouse gas emissions and sinks: 1990-2005," EPA 430-R-07-002.
  7. 신동석, "비점오염원 원단위 개정을 위한 조사연구 방향," 한국물환경학회지, 23(4), 429-433(2007).
  8. Leip, A., Britz, W., Weiss, F., Vries, W., "Farm, land, and soil nitrogen budgets for agriculture in Europe calculated with CAPRI," Environ. Pollut., 1-11(2011).
  9. Vries, W., Leip, A., Reinds, G. J., Kros, J., Lesschen, J. P. and Bouwman, A. F., "Comparison of land nitrogen budgets for European agriculture by various modeling approaches," Environ. Pollut., 1-15(2011).
  10. Ammann, C., Spirig, C., Leifeld, J. and Neftel, A., "Assessment of the nitrogen and carbon budget of two managed temperate grassland fields," Agric., Ecosystems and Environ., 133, 150-162(2009). https://doi.org/10.1016/j.agee.2009.05.006
  11. Bashkin, V. N., Park, S. U., Choi, M. S. and Lee, C. B., "Nitrogen budgets for the Republic of Korea and the Yellow Sea region," Biogeochem., 57(58), 387-403(2002). https://doi.org/10.1023/A:1015767506197
  12. Parfitt, R. L., Schipper, L. A., Baisden, W. T. and Elliott, A. H., "Nitrogen inputs and outputs for New Zealand in 2001 at national and regional scales," Biogeochem., 80, 71-88 (2006). https://doi.org/10.1007/s10533-006-0002-y
  13. Ortiz-zayas, J. R., Cuevas E., Mayol-Bracero, O. L., Donoso, L., Trebs, I., Figueroa-Nieves., D. and Mcdowell, W. H., "Urban influences on the nitrogen cycle in Puerto Rico," Biogeochem., 79, 109-133(2006). https://doi.org/10.1007/s10533-006-9005-y
  14. 최의소, 김태훈, "질소수지 분석을 통한 질소 배출량의 추정," 환경정책연구, 3(1), 95-117(2004).
  15. 강필구, 이상원, 박혜경, 변명섭, 공동수, "충주호 퇴적물에 서의 인과 질소 용출에 관한 연구," 한국물환경학회, 대한상하수도학회 공동춘계학술발표회 논문집, pp. 1231-1241 (2006).
  16. 김진수, 오광영, "농촌지역에서의 유기물 흐름의 평가," 한국농공학회지, 42(5), 114-124(2000).
  17. 김창길, 김창용, "지역단위 농업환경모형의 체계화에 관한 연구," 한국농촌경제연구원, 연구보고 R441(2002).
  18. 이연, "한국농경지의 양분수지와 문제점," 농업과학기술원, 양분수지를 이용한 친환경농업 실천방안 심포지엄 자료집, pp. 35-59(2003).
  19. Zessner, M. and Lampert, C., "The use of regional balances in water quality management," Urban Water, 4, 73-83(2002). https://doi.org/10.1016/S1462-0758(01)00054-1
  20. Krug, E. C. and Winstanley, D., "The need for comprehensive and consistent treatment of the nitrogen cycle in nitrogen cycling and mass balance studies," The Sci. Total Environ., 293, 1-9(2002). https://doi.org/10.1016/S0048-9697(01)01133-0
  21. Pacini, C., Wossink, A., Giesen, G., Vazzana, C. and Huirne, R., "Evaluation of sustainability of organic, integrated and conventional farming systems: a farm and field-scale analysis," Agric., Ecosystems Environ., 95, 273-288(2003). https://doi.org/10.1016/S0167-8809(02)00091-9
  22. 환경부, "2010 환경통계연감," 환경부(2011).
  23. 국토해양부, "2011 지적통계연보," 국토해양부(2011).
  24. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), "Climate Change 2001: The scientific basis, Cambridge University PRESS, Cambridge, UK.(2001).
  25. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), "Revised IPCC guideline for national greenhouse gas inventories: Reference manual," IPCC,(1996).
  26. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), "Greenhouse gas emissions from agricultural soils. In: Greenhouse gas inventory reference manual; Revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories," Vol. 3, Section 4.5 Agriculture (eds Houghton JT et al.), IPCC/OECD/ IEA. UK Meteorological Office, Bracknell, UK(1997).
  27. 이영희, "한반도에서의 질소침착량의 추정," 박사학위 논문, 서울대(2002).
  28. Takeda, I., Kunimatsu, T., Kobayashi S. and Maruyama, T., "Pollutants balance of a paddy field area and its loadings in the water system- Studies on pollution loadings from a paddy field area(II)," Jap. Soc. Irrigation, Drainage and Rural Engineering, 153, 63-72(1991).
  29. Yuyama Y., Nakamura, M., Hata, K. and Hirayama, M., "Material balance in model paddy fields with irrigation from eutrophied lake," 第3回日韓共同研究セミナー, 12-25(2003).
  30. Bashkin, V. N., Park, S. U., Choi, M. S. and Lee, C. B., "Nitrogen budgets for the Republic of Korea and the Yellow Sea region," Biogeochem., 57(58), 387-403(2002). https://doi.org/10.1023/A:1015767506197
  31. 물환경정보시스템 포털사이트, http://water.nier.go.kr/index.jsp/(2011).
  32. 농촌진흥청, "농업환경변동조사사업," 국립농업과학원, pp. 120-146(2008).
  33. 김현수, 김진수, 김영일, 정병호, "논의 영양물질 배출부하 특성과 수질정화 기능 분석," 한국관개배수학회지, 11(1), 34-44(2004).
  34. 김창길, 김태영, 신용광, 강창용, 허장, 노기안, 최지용, 한대호, "친환경농업체제로의 전환을 위한 전략과 추진방안," 한국농촌경제연구원(2004).
  35. 최진규, 한강완, 구자웅, 손재권, "관개용 저수지 및 양수장의 농업용수 공급량 및 수질," 한국토양비료학회지, 34(3), 205-212(2004).
  36. 노기안, 김민경, 고병구, 김건엽, 심교문, 이덕배, "질소수지에 의한 환경특성과 영농방법별 벼농사의 수질영향 평가," 한국토양비료학회지, 42(6), 439-446(2009).
  37. 해양경찰청, "2011 해양경찰백서," 해양경찰청(2011).
  38. e-나라지표 포털사이트, http://www.index.go.kr/egams/index.jsp/(2011).
  39. 농림수산부 환경부 합동, "가축분뇨 관리․이용종합대책," 농림수산부 환경부 합동(2011).
  40. 한국사료협회 포털사이트, http://www.kofeed.org/(2011).
  41. 김건엽, 소규호, 정현철, 심교문, 이슬비, 이덕배, "고추와 콩 재배에서 토양온도, 토양수분과 무기태질소 변화에 따른 아산화질소 배출 평가," 한국토양비료학회지, 43(6), 880- 885(2010).
  42. 농촌진흥청, "온실가스 저감을 위한 밭작물 재배 기술," 국립농업과학원(2011).
  43. Cao, B., He, F. Y., Xu, Q. M., Yin, B. and Cal, G. X., "Denitrification losses and N2O emissions from nitrogen fertilizer applied to a vegetable field," Pedosphere, 16(3), 390-397(2006). https://doi.org/10.1016/S1002-0160(06)60067-2
  44. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), "Intergovernmental Panel on Climate Change for national greenhouse gas inventories," OECD, Paris, Chap. 4 Agriculture: nitrous oxide from agricultural soils and mannure management( 1997).
  45. Cole, V., "Agriculture options for mitigation of greenhouse gas emissions," In: Climate change 1995-Impacts, Adaptations and Mitigations of Climate Change: Scientific-Technical analyses: The Send Assessment Report of the intergovernmental Panel on Climate change, R. T. Watson, M. C. Zinyowera and R. M. Moss (eds.), Cambridge University Press, New Yock, U.S.A(1995).
  46. Mosier, A. R., Duxbury, J. M., Freney, J. R., Heinemeyer, O. and Minami, K., "Nitrous oxide emissions from agricultural fields: Assessment, measurement and mitigation," Plant and Soil(1995a).
  47. Mosier, A. R., Duxbury, J. M., Freney, J. R., Heinemeyer, O. and Minami, K., "Mitigation agricultural emissions of nitrous oxide," Submitted Climatic change(1995b).
  48. Kallenbach, C. M., Rolston, D. E. and Horwath, W., "Cover cropping affects soil $N_2O$ and $CO_2$ emissions differently depending on type of irrigation," Agric., Ecosystems Environ., 132, 251-260(2010).
  49. Ko, J. Y. and Kang, H. W., "The effects of cultural practices on methane emission from rice paddy field," Nutr. Cycling Agroecosystems, 58, 311-314(2000). https://doi.org/10.1023/A:1009867208059
  50. 이연, 박양호, 김석철, "작물재배시 대기중으로의 질소손실에 관한 연구," 농업과학기술원, 477-498(2004).
  51. 농림수산식품부포털사이트, http://www.rnifaff.go.kr/(2011).
  52. Cai, G. X., Chen, D. L., Ding, H., Pacholsk,i A., Fan, X. H. and Zhu, Z. L., "Nitrogen loss from fertilizers applied to maize, wheat and rice in the North China Plain," Nutr. Cycling Agroecosystems, 63, 187-195(2002). https://doi.org/10.1023/A:1021198724250
  53. 김민경, 노기안, 박성진, 최철만, 고병구, 윤순강, 이종식, "충남 고성천 유역의 하천 수질 평가를 이용한 유역단위 질소와 인수지 분석," 한국환경농학회지, 28(1), 32-37(2009).
  54. 통계청포털사이트, http://www.kpstat.go.kr/(2010).
  55. 국토해양부포털사이트, http://www.mltm.go.kr/(2010).
  56. 한국농어촌공사, "2010 농업생산기반정비사업통계연보," 한국농어촌공사(2010).
  57. 고지연, 이재생, 정기열, 최영대, 이동욱, 윤을수, 김춘식, 박성태, "배수 개선처리에 따른 토양 투수속도 변화가 논에서 $CH_4$ 및 $N_2O$ 배출에 미치는 영향," 한국토양비료학회지, 40(3), 214-220(2007).
  58. Bouwman, A. F., "Direct emissions of nitrous oxide from argricultural soils," Nutr. Cycling Agroecosystems, 46, 53-70(1996). https://doi.org/10.1007/BF00210224
  59. Harrison, E. Z., Telega, L., McBride, M., Bossard, S., Chase, L., Bouldin, D. and Czymmek, K., "Considerations for dairy farms regarding use of sewage sludges sludge products and septage," Cornell Waste Management Institute(2003).
  60. 김창길, 김태영, "지역단위 농업생태계의 물질균형 분석," 한국농업경제학회지, 45(4), 191-222(2004).

Cited by

  1. 2011 Nitrogen Budget of South Korea Including Nitrogen Oxides in Gas Phase vol.36, pp.2, 2014, https://doi.org/10.4491/KSEE.2014.36.2.75
  2. Unexpected nationwide nitrate declines in groundwater of Korea vol.31, pp.26, 2017, https://doi.org/10.1002/hyp.11389