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ISSN : 1225-8857(Print)
ISSN : 2288-9493(Online)
Journal of Korean Society of Rural Planning Vol.24 No.2 pp.47-58
DOI : https://doi.org/10.7851/10.7851/Ksrp.2018.24.2.047

Comparative Analysis of Groundwater-Ecosystem Service Value of Protected Horticulture Complex and Paddy Fields

Son Jinkwan, Choi Deuggyu*, Lee Siyoung**, Kang Donghyun**, Park Minjung**, Yun Sungwook**, Kim Namchoon**, Kong Minjae**
National Institute of Agricultural Sciences, RDA
*Department of Landscape Architecture, Dankook University
**Relationship of Dankook University and Rural Development Administration
Corresponding author : Kong, Minjae Tel : 82-63-238-4185 E-mail : Alswogud@Dankook.Ac.Kr
07/02/2018 04/05/2018 23/05/2018

Abstract


Protected horticultural complexes would increase crop productivity but would adversely affect the groundwater recharge function in the area because the impervious area would increase. Further, they would limit the movement of living beings, affecting biodiversity. Therefore, this study evaluated the groundwater ecosystem services provided by protected horticultural complexes in terms of consistent utilization of water. The estimated amounts of groundwater loss obtained through quantitative assessment of groundwater infiltration showed that a higher impervious area results in higher losses. We, therefore, predict a much higher loss if similar changes in land use are realized on a nationwide scale. A plan to promote groundwater recharge in impervious areas is actively being discussed for urban areas; however, this plan is not yet applicable to farming areas. We consider it is essential to develop groundwater infiltration facilities for horticultural complexes, infiltration trenches, permeable pavements, surface water storage facilities, water purification facilities, etc. Further research and development of groundwater infiltration facilities is important for consistent utilization of water and the improvement of ecosystem services.



시설원예단지와 논의 지하수 생태계서비스 가치 비교 분석

손 진관, 최 덕규*, 이 시영**, 강 동현**, 박 민정**, 윤 성욱**, 김 남춘**, 공 민재**
농촌진흥청 국립농업과학원
*단국대학교 녹지조경학과
**단국대학교-농촌진흥청 학연협동과정

초록


    I. 서 론

    우리의 농업은 해방이후 70년대의 식량부족해결을 넘 어 80년대 소비자의 농산물 수요 다양화에 부응하기 위 한 전작목 증산과 원예작물 생산의 계절성을 극복할 수 있는 시설재배 기술이 정착되는 백색혁명을 성취하였다 고 평가받아왔다. 이러한 원예 산업 중 시설원예가 차지 하는 비중은 약 40% 이상으로 시설원예 면적은 중국, 스페인에 이어 3위로 시설원예농업은 농업 소득에 큰 비 중을 차지하고 있다(Lee, 1996; Ko et al., 2013; MAFRA, 2014a, 2014b). 우리나라와 유사한 시설원예 개발국인 스 페인 Iberian Peninuslua 지역의 경우 원예단지 조성으로 토지이용이 크게 변화한 결과 유럽에서 가장 큰 채소 생 산국으로 자리매김하였고 지역경제와 생활수준 향상에 높은 순기능을 가져왔다(Cristina Quintas-Soriano et al., 2016; Aznar-Sanchez et al., 2011; Aguilar et al., 2015; Mota et al., 1996). 하지만 이러한 대규모의 시설원예단 지 조성은 berian Peninuslua 지역 지하수의 수위저하와 염분농도 상승을 초래했고(Consejeria de Agricultura y Medio Ambiente, 1991; Martinez-Fernandez and Esteve- Selma, 2002; Pulido-Bosch et al., 2000; Sanchez- Martos et al., 2002; Tout, 1990), 생태적으로도 다양한 위협에 있다 고 평가되어 진다(Sanchez-Picon, 2011).

    이러한 시설원예 단지 조성의 부정적 영향은 시설원 예단지 개발사업이 국토에 대한 체계적이고 종합적인 공 간계획과 국가균형 발전 및 지속가능한 개발에 있어서 중요하게 고려되어야 할 요소(환경, 생태, 자연 등)들이 간과된 채 추진되어 온 결과로 볼 수 있다. 실제로 최근 국내 연구들에서 시설원예단지 조성에 따라 식생, 곤충 의 종다양성이 저하되는 것을 확인하였으며(Son et al. 2016a; Son et al. 2016b). 시설원예 사용 후 폐비닐 방치 량이 전국적으로 88만ton에 달하고(MOE, 2012), 논이 가 지는 긍정적 경관 이미지가 시설원예단지가 조성되면서 부정적으로 변화되는 결과를 찾아 볼 수 있었다(Son et al. 2017a). 이 외에도 시설원예단지의 용수 집약적 사용 특성으로 인해 지하수는 지속적으로 고갈되지만 비닐피 복으로 인해 지하수의 재충전은 어려워지는 문제점이 있 으며, 앞서 거론한 바와 같이 기존 토지이용인 논에 비 해 각종 생물의 이동이 제한되어 생물다양성이 낮아지는 등 다양한 생태계 서비스 기능에 손실을 가져오는 문제 가 제기되고 있다(Jeoung and Park, 2003; Kim and Park, 2013; Palmer et al. 2004; Son et al., 2015; Son et al., 2017b). 생태계서비스란 자연 자원으로부터 관광, 문화유 산, 원료물질, 유전자원, 홍수조절, 지하수함양, 생물다양 성, 경관, 교육, 환경 등 다양한 공익적 기능을 제공받는 혜택으로(Daily, 1997; Palmer et al., 2004; Ramsar, 2014; De Groot et al., 2010; Lee et al., 2003; Power, 2010; Son et al., 2015; Costanza, 1997), 공급, 조절, 문화, 지원 서 비스 등 4가지 범주로 분류하기도 한다. 그 중 지하수함 양은 기후 및 물을 조절하고 홍수를 방지 등 조절 서비 스에 해당되며(MA, 2005), 논의 경우 지하수함양 기능은 습지로서 평가 받는 논의 구조특성으로 탁월하게 평가받 는다(Ramsar, 2014; Kong et al., 2014).

    하지만 시설원예단지 조성은 앞서 밝힌 바와 같이 다 양한 생태계서비스 기능 손실을 유발했고 특히, 불투수 면적으로 인한 지하수람양 기능은 기존의 토지이용인 논 습지에 비해 손실량은 더욱 크다고 할 수 있다. 특히, 겨 울철 외부 기온 보다 온도가 높은 지하수를 양수해서 비 닐하우스 내외벽 사이에 뿌려주는 수막시설재배는 농가 의 난방비를 줄여 농가소득을 향상시키는데 큰 역할을 담당하지만 과다한 지하수 이용에 따른 수위 강하와 감 소를 더욱 가속화시켜 수막재배에 필요한 용수 확보에 어려움을 겪고 있다. 즉 지속가능한 시설원예농업과 이 러한 농업이 환경에 미치는 부의 영향을 저감시키기 위 해서는 지하수의 지속가능한 관리와 이용이 필요한 실정 이다(Chang and Chung, 2014; Kim et al., 2013; Ko et al., 2005). 서남해안 간척지 인근의 경우 지하수면이 높아 지하수 확보에는 문제가 없지만 지하수와 토양수의 염분 농도가 높아 지하수를 관개용수로 사용하는 경우 작물경 작에 어려움이 있는 실정으로(Kim, 2014; Jung et al., 2017), 지속가능한 물 사용을 위해 장기적으로 지하수를 보충, 순환하여 사용가능한 수질로 개선이 요구되고 있다.

    따라서 본 연구는 시설원예단지를 운영 시 기존의 토 지이용이었던 논과 대비해서 지하수 충전에 어떠한 영향 이 있는지를 측정, 분석해 보고 그에 따른 경제적 가치 를 알아보고자 한다. 연구를 통해 시설원예활동이 환경 에 미치는 부정적 영향정도를 분석함으로서 지속가능한 농업을 위해 지하수 분야의 개선점과 앞으로의 시설원예 단지 개발 사업에 반영할 수 있는 정책 자료로 활용되길 기대한다. 또한, 이러한 연구를 통해 농업생태계의 다양 한 생태계서비스적 가치가 저하되지 않고 보전, 향상되 는데 기여하고자 한다.

    II. 연구방법

    2.1. 연구대상지

    시설원예 재배시설은 MAFRA(2014)에 따르면 비닐온 실 50,686ha, 경질판온실 67ha, 유리온실 306ha로 가장 큰 비율을 차지하는 비닐온실을 연구대상지로 2개소와 최근 첨단 시설원예단지로서 많은 설치가 이루어지고 있 는 유리온실 2개소를 선정하였다. 시설원예단지의 지하 수함량기능 변화정도를 파악하기 위해서는 조성 전 과정 부터 연구를 진행해야 하지만 연구의 한계가 있어 대조 구로 이전의 토지이용이었던 면적이 비슷한 논(Paddy)을 선정하여 그 차이를 확인하였다. 지역별로는 김제(Glass Greenhouse-Paddy), 구미(Glass Greenhouse-Paddy), 부여 (Vinyl Greenhouse-Paddy), 진주(Vinyl Greenhouse-Paddy) 등으로 4개 지역 8곳에서 진행하였다(Table 1). 연구대상 지의 토지피복 및 토지이용현황은 Figure 1과 같이 수치 지도를 활용하여 분석하였다.

    2.2. 시설원예단지 환경적 기능 조사방법

    지하수함양 가능을 조사하기 위해 Decagon Devices사 의 EM50 Digital Data Logger을 활용하여 강수량을 측정, 지하수 침투량은 Decagon Devices사의 Gee 라이시미터 (Drain Gauge G3)를 활용하였다. Drain Gauge G3는 일정 한 부피를 갖는 원통형 통에 토양을 기존의 지반과 같게 채우고, 강수량 또는 관개용수 등에 의해 침투되는 물을 윅(wick) 차집장치를 통해 측정함으로써 일정한 시간 간 격으로 침투율을 관측할 수 있는 장비이다(Ha et al., 2016). Drain Gauge G3를 통과해 수집된 용수의 양은 기 압단위로 실시간으로 측정되어 데이터로거(EM50)에 저 장된 후 이를 부피로 환산한다. figure 2

    본 연구에서는 시설원예단지 4개소와 그 이전의 토지 이용인 논과의 지하수함양 능력 비교를 위해 총 4개 지 역 시설원예단지와 각각의 대조구 논 4개소 등 총 8개소 에 Drain Gauge G3를 figure 3.과 같이 설치하여 1년간 정량 측정하였다.

    2.3. 시설원예단지 지하수의 경제성 분석방법

    지하수함량의 경제성 분석을 위해 Seo et al.(2008), K-water(2016), MOE(2015), Kwon et al.(2009)의 선행연구 에서 제시한 용수의 가치를 활용하여 시설원예단지의 지 하수함양에 대한 가치를 계산하였다. Seo et al.(2014)은 농업경관의 홍수조절과 수자원함양 기능의 계량화 연구 에서 정수 1ton의 가격을 2006년 기준 394원으로 평가한 바 있으며, K-water(2016)는 수도법 38조에 따라 수돗물 요금을 기본요금과 사용요금으로 구분하여 1ton당 정수 의 가격을 432.8원으로 책정하고 있다. Kwon et al.(2009) 은 농업용수의 경제적 가치평가를 통해 농업용수 1ton의 가치를 최대 1093원으로 평가하고 있으며, MOE(2015)는 2015년 지역별 상수도 요금을 충청남도 769.9원, 전라북 도 916.6원, 경상북도 741.7원, 경상남도 831.2원으로 책 정하여 본 연구에서는 4개 연구대상지역을 각각 해당 요 금을 적용하여 평가하였다.

    지하수 함양과 더불어 연구대상지 4개 시설원예단지 에서 사용하는 지하수량을 1년간 조사하고 그 양을 용수 가치에 더해 계산하였다. 가치의 환산은 10년, 30년, 50 년으로 구분하였으며, 본문의 작성은 50년 사용 기준으 로 제시하고 연구대상지 면적 전체를 환산하여 손실액을 평가하였다.

    시설원예단지 조성으로 인한 지하수 함양의 경제적 손실량을 평가하고 이를 개선하기 위한 방안으로는 선행 연구(Son et al, 2015; Son et al, 2017b)에서 전문가들로부 터 취득한 주요의견인 저영향개발(Low Impact Development : LID)기술요소를 적용할 수 있는지 모색하 였다. 본 연구에서는 선행연구에서 농업분야에 적용한 LID 저영향개발 기술요소 중 Jia et al.(2002)에 의해 모 의평가 되었던 침투 트렌치(Infiltration trench)를 시설원예 단지에 적용해 보고 경제적 가치가 얼마나 회복되는지 평가하였다.

    III. 결과 및 고찰

    3.1. 연구대상지 지하수침투량 정량평가

    기존의 선행연구에서는 지하수함양 기능을 평가하기 위해 지하수 투수속도, 담수기간, 면적, 하천유입율, 담수 심 등을 바탕으로 계산하여 평가하였다(Jun, 2000; Seo, 2005; Kim et al., 2010). 선행연구들은 대부분 계측자료 를 활용하였다는 단점이 있어 본 연구에서는 Gee 라이 시메타를 이용하여 지하수침투량을 실측하였다. 지하수 침투량(Accumulated Infiltration)을 2016년 5월f부터 2017 년 4월까지 1년간 관측한 결과, 김제지역은 유리온실 (Gimje-Galss)이 4.4mm인데 반해, 논(Gimje-Paddy)이 402.7mm로 연간 398.3mm 정도 지하수 침투 차이가 있 는 것으로 조사되었다. 구미 유리온실(Gumi-Glass)은 3.7mm, 부여 비닐온실(Buyeo-Vinyl) 24.8mm, 진주 비닐 온실(Jinju-Vinyl) 30.9mm로 각각 인근 논과의 차이는 구 미 571.6mm, 부여 329.8mm, 진주 205.5mm로 측정되었 다.

    본 연구대상지의 대조구인 4개 논의 연간 지하수 침 투량은 236.4mm~571.6mm 범위로 평균은 392.25mm로 선 행연구에서 제시한 414.28mm(Seo et al., 2008), 468.5mm(RDA, 2001)와 유사하지만 약간 낮은 범위로 측 정되었다. Table 2

    연구대상지역별 강우량(Rainfall)은 국지적 기후의 영 향으로 김제가 997.6mm에서 진주가 1374.3mm로 약 380mm 차이가 확인되었다. 도시계획 및 수자원 등 지하 수 함양을 지지하는 일련의 선행연구들을 살펴보면 강우 유출과 지하수 함양을 직접적인 연관관계로 설명하고 있 지만(Choi et al, 2004; Lee and Han, 2013; Yun et al., 2013), 본 연구에서 측정한 강우량과 지하수 침투량 (Monthly Infiltration)의 수치는 통계적으로 상관관계는 크 게 인정되지 않았다. 이것은 기존 논의 지하수 침투는 강우의 직접적인 영향보다는 논이 물을 가두고 있는 구 조에 의한 것으로 판단되며, 강우와 지표수 그리고 그에 따른 지하수의 침투정도는 본 연구에서는 설명하기 어려 운 한계로 판단한다. 따라서 추가 연구를 통해 논에 있 어서 강우량과 강우유출 그리고 지하수 침투정도의 관계 를 추가적으로 분석 할 필요가 있다고 판단된다.

    Table 3.은 실험을 통해 측정 된 연구대상지의 지하수 침투량을 제시한 표이다. 각 연구대상지의 토지이용현황 을 분석해 본 결과 김제 유리온실은 불투수면적을 제외 하고 투수가 가능한 공간은 35.6%이며, 구미 유리온실은 21.6%에 불과했다. 동일한 방법으로 부여와 진주의 비닐 온실 도 투수가능 공간을 정확히 계산하고 모든 대조구 인 논도 도로나 기타 시설물과 같은 불투수 공간을 제외 한 투수 가능 공간이 얼마인지 알아보았다.

    계산된 투수가능 면적(Pervious Area) 비율에 측정된 지하수 침투량 측정값(Measures)을 대입해 환산하여 1ha 당 해당지역의 지하수 침투량(Calibrated)을 정확히 계산 하였다. 측정값과 환산된 침투량은 김제지역이 1ha 기준 유리온실이 연간 44.4mm 침투되는 것으로 측정되었지만 64.4%의 불투수공간 면적만큼 그 양을 제외하면 1년간 1ha에서 15.8mm 침투한 것으로 계산되어진다. 이와 같 이 모든 대상지를 불투수면적을 고려한 환산값을 Table 3.에 제시하였으며, 1ha 기준으로 시설원예단지나 논에 적용하기에 적절하다고 판단하였다. 연구대상지별로 논 과 시설원예단지간의 지하수침투량 비교결과는 김제 유 리온실(Gimje-Galss)이 연간 15.8mm가 침투한 것으로 논 과의 차이는 ha당 연간 4011.3ton으로 분석되었다. 구미 유리온실은 ha당 연간 5376.9ton, 부여 비닐하우스는 3097.3ton, 진주 비닐하우스는 1879.1ton의 차이가 확인되 었다. 대조구인 논이 이전의 토지이용이라는 것으로 가 정했을 때 논 대비(Compare ratio) 김제지역은 0.4%, 구 미 0.1%, 부여 3.4%, 진주 5.0%로 시설원예단지가 조성 됨으로 인해 지하수함양에 약 95.0%~99.9%까지 큰 손실 이 있음을 확인되었다고 할 수 있다. 이것은 Cristina Quintas-Soriano et al.(2016)의 연구결과에서 온실조성이 생태계서비스에 부정적인 영향을 끼친다는 연구결과와 비슷한 양상으로 불투수면적은 본 연구에서 분석한 지하 수함양 이 외에도 생물의 이동통로 차단, 생물서식처단 절 등 다양한 생태계서비스 기능 저하로 이어질 수 있다 고 판단된다.

    3.2 지하수 사용량 평가

    우리나라는 PAI(Population Action International) 기준에 따라 물 스트레스국가로 분류되며(PAI, 1997; MOLTMA, 2011), 물 빈곤 지수(WPI) 또한 OECD 국가 중 20위로 선진국에 비하면 낮은 수준으로(K-water, 2017; Brown and Matlock, 2011), 이를 대응하기 위해 댐, 저수지, 농 수로 등 용수확보를 위해 막대한 예산을 투입해 왔다. 하지만 기후변화로 인해 그 용수마저 고갈되는 극심한 가뭄 위기를 처한 경우도 종종 있어, 이러한 관점에서 지하수는 용수부족을 극복 할 수 있는 인간의 생명을 구 해주는 생명수로 거론되어 그 관리는 매우 중요하게 평 가받는다(GIMC, 2017). 하지만 본 연구대상지와 같은 시 설원예단지의 조성은 지하수 함양을 손실시키는 것만이 아닌 함양된 지하수를 사용함으로서 해당지역 지하수의 고갈을 초래할 수 있다고 판단되어 각 시설원예단지의 지하수 사용량을 평가하고 경제적 가치를 환산하고자 하 였다. 연구대상 시설원예단지의 연간 지하수 사용량 조 사결과 김제 유리온실에서 연간 지하수 사용량은 재배면 적당 평균 958.9L/m2로 ha당 9,589.3ton이 사용되는 것으 로 확인되었으며, 구미지역은 9,980.4ton, 부여 비닐온실 은 8,454.0ton, 진주 비닐온실은 9,061.7ton으로 시설원예 단지 1ha에서 1년간 약 9,000ton 이상이 사용되는 것을 확인하였다(Table 4).

    2015 지하수조사연보에 따르면 지열별 지하수개발 가 능량 대비 이용량은 구미지역이 24.2%, 진주는 40.8%, 김제는 56.6%, 부여는 50.1%로 확인되어지나(MLIT, 2015), 시설원예단지 및 각종 지하수 개발사업의 장기적 지하수 사용으로 개발 가능량은 점차 감소 추세로 진행 하고 있는 실정이다(MOE, 2008). 따라서 본 연구대상지 인 시설원예단지와 같이 지하수 함양은 막고 있으면서 계속해서 지하수를 이용한다면 향후 10년, 30년, 50년 후에는 지하수의 활용 가능량이 현저히 떨어질 것으로 예상되므로 지속가능한 농업경관을 위한 지하수 관리와 보전은 중요하게 거론되어야 할 것이다.

    3.3. 지하수 손실량 및 사용량 금전적 가치 평가

    농업의 생태계서비스와 같이 비시장적 재화의 가치를 추정하는 방법으로는 가상가치법(임의가치법, CVM), 헤 도닉법(잠재가치법), 회피행동비용법, 여행비용법, 대체법 (RCM), 이산선택확률효용모형 등이 있으며, 자연현상이 관련되어 구체적인 물량을 산출할 경우 비수요 함수접근 법인 대체법을 사용하는 것이 간단하면서 주관성을 최대 한 배제시킬 수 있는 방법이다(Seo et al., 2008; MOE, 2010). 수자원의 경제성평가는 경제적, 사회적 효율성, 환경생태 영향성 등을 고려하여 종합적으로 검토하며 수 자원의 가치와 비용 사이의 차이를 명확히 구분하고 그 것들과 물의 가격을 서로 연관시킬 수 있는 방법을 찾는 것이 중요하다(Kim et al., 2010; Kim, 2006, Song et al., 2012), 수자원에 대한 경제성 평가는 댐건설비용(Jun, 2000), 정수가격(Seo et al., 2008; Kwon et al., 2009) 등을 적용하여 평가한 사례가 있다.

    시설원예단지 조성에 따른 지하수 침투 손실량의 생 태계서비스 금전적 가치를 분석하기 위해 선행연구에서 제시한 정수요금 등의 평가결과와 국가에서 제공하는 정 수의 표준 금액인 상수도가격 등을 활용하여 시설원예단 지를 영위함으로서 10년, 30년, 50년간의 실질적 손실되 는 지하수함양에 대한 손실액을 분석하였다(Table 5). 선 행연구는 Seo et al.(2008)의 우리나라 2006년 정수요금 394원(ton), K-water의 2016년 정수요금 432.8원(ton), Kwon et al.(2009)의 농업용수의 가치 1093원(ton), MOE(2015)의 지역별 상수도 요금(충청남도: 769.9원, 전 라북도: 916.6원, 경상북도: 741.7원, 경상남도: 831.2원)으 로 적용하여 분석하였다.

    기존 토지이용인 논을 시설원예단지로 조성하여 지하 수함양에 대한 손실을 향후 10년, 30년, 50년으로 구분 해 금전적 손실액을 분석한 결과, Seo et al.(2008) 정수 요금을 적용한 경우 김제 유리온실의 경우 향후 50년 간 ha당 7천9백만원, 구미유리온실은 약 1억6백만원, 부여 비닐온실은 6천3백만원, 진주 비닐온실은 3천7백만원의 손실이 예상되었다. K-water(2016) 정수요금의 경우 50년 후 김제는 약 8천6백만원, 구미는 약 1억1천6백만원의 손실, 부여는 6천7백만원, 진주는 4천만원으로 분석되었 으며, Kwon et al.(2009)의 농업용수 가치를 적용한 결과 김제는 2억1천9백만원, 구미는 2억9천3백만원, 부여는 1 억6천9백만원, 진주는 1억2백만원으로 손실이 예상되었 다. MOE(2015)의 2015년 지역별 상수도 요금을 적용한 결과 김제는 1억8천3백만원, 구미는 1억9천9백만원, 부 여는 1억1천9백만원, 진주는 7천8백만원의 손실액으로 확인 가능하였다. 지역별 상수도 가격(MOE, 2015)을 적 용하여 해당 대상지 전체면적을 고려해 손실액을 예상해 보면 향후 50년간 김제지역 13.5ha에서 2,481억, 구미 26.0ha에서 5184억, 부여 81.3ha에서 9693억, 진주 32.2ha 에서 2514억의 지하수 함양이 손실된다고 할 수 있다. 따라서 농가단위가 아닌 시설원예 단지 차원에서 지하수 함양에 필요한 친환경 시설 및 토지이용에 대한 계획, 지하수 함양 장치 등을 장기적 지속가능한 농촌환경 관 점에서 투입을 고려 할 필요가 있다고 판단된다. Table 6

    앞서 거론한 바와 같이 연구대상지에서 사용하는 지 하수량은 1ha 기준 1년간 약 9,000ton 이상으로 MOE(2015) 상수도 가격 기준으로 연간 김제는 8백8십만 원, 구미 7백4십만원, 부여 6백5십만원, 진주 7백5십만원 정도를 사용하는 것으로 평가되었다. 이것을 50년간으로 계산해 보면 1ha 기준 사용액(Using)은 김제 4억3천9백 만원, 김제 3억7천만원, 부여 3억2천5백만원, 진주 3억7 천6백만원 정도의 지하수를 사용하는 것으로 예상되며, 단지 전체에서 사용하는 용수의 50년간 사용액은 김제지 역 13.5ha에서 5,932억, 구미 26.0ha에서 9,623억, 부여 81.3ha에서 2조6천4백5십8억, 진주 32.2ha에서 1조2천1백 2십6억 정도의 지하수를 사용한다고 평가 되었다. 본 연 구 대상지와 같은 시설원예단지의 조성은 지하수 함양을 손실시키는 것만이 아닌 함양된 지하수를 계속해서 사용 함으로서 해당지역 지하수를 최종적으로 고갈을 초래할 수 있는 여건에 있는 만큼 장기적 관점으로 강우를 집수 하여 용수로 활용하는 시스템과 양액배출을 최소화 하는 순환시스템을 도입하는 것이 지속가능한 지하수의 보전 에 필요할 것으로 판단된다.

    지하수함양 손실액(Loss)와 원예활동으로 인한 사용액 (Using)을 합한 지하수의 직접적 경제적 손실액(Total loss)은 환경부 상수도가격 1ha기준으로 50년간 김제 6억 2천3백만원, 구미 5억6천9백만원, 부여는 4억4천4백만원, 진주는 4억5천4백만원 가량이 직접적 손실로 예상되었 다. 이것을 단지 전체로 50년간으로 평가해 보면 김제지 역 13.5ha에서 8,414억, 구미 26.0ha에서 1조4천8백7억, 부여 81.3ha에서 3조6천1백5십1억, 진주 32.2ha에서 1조4 천6백4십1억 정도의 지하수의 손실이 평가 되었다. Foley et al.(2005)와 Schroter et al.(2005)에 따르면 토지피복 및 토지이용변화는 생태계서비스 기능에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구대상지와 같은 시설원예단 지 조성으로 인한 토지이용 변화는 본 연구에서 거론한 지하수 이외에도 다양한 생태계서비스 기능에 더 큰 영 향을 미칠 것으로 판단되므로 지하수의 생태계서비스 가 치와 더불어 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

    3.4. 지하수함양 기능 증진방안

    Son et al.(2017)에서 전문가들로부터 취득한 지하수함 양에 대한 대책으로는 저류지, 침투트렌치와 같은 인공 함양 시설을 투입해 지하수 침투를 늘리고 양액순환시스 템을 활용해 지하수 사용량을 줄일 필요성을 언급하였 다. 지하수함양을 위한 저류지의 규모는 불투수면적 대 비 7-10% 정도를 제안하였으며(Lee et al., 2016), 침투트 렌치는 1ha 기준 450m2 이하로 제시하고 있다(Jia et al., 2002). 따라서 시설원예단지 1ha를 개발하고자 할 때 지 속가능한 지하수 함양을 위해서는 저류지 1000m2, 침투 트렌치 450m2을 설치한다면 현재보다는 지하수 함양량 을 높일 수 있다고 기대한다. Jia et al.(2002)의 연구에 따르면 침투트렌치를 설치 시 지면의 경사는 10%이하, 지하수위는 2m이상 아래, 점토성 토질에는 사용하지 않 는 것을 기준으로 했을 때, 연간 지하수 함량은 1ha 기 준 25mm가 증가 될 것으로 보고 있다. 이것은 기존 토 지이용 이었던 논의 지하수 침투량 평균인 392.5mm의 6.4% 불과한 수준이지만 다양한 투입요소들이 합해 진 다면 지하수 함양량을 높일 수 있다고 기대한다. 따라서 식생수로, 식생저류지 등을 다양한 LID 기술을 복합적으 로 적용하고 지하수 사용량을 줄일 수 있는 강우집수 시 스템 개발 등이 필요하며, 지하수의 생태계서비스 기능 을 최대한으로 향상 시킬 수 있도록 추가적인 연구가 필 요하다고 판단된다.

    IV. 결 론

    우리의 농업의 원예산업 중 40% 이상으로 백색혁명을 성취했다고 평가받는 시설원예산업은 지역경제와 농가소 득 향상에 큰 순기능을 제공했지만 불투수면적 확장과 체계적이지 못한 공간 개발로 생태적으로도 다양한 위협 에 있다고 평가된다. 농업경관의 다양한 생태계서비스 기능 중 본 연구에서는 시설원예농업에서 사용량이 많지 만 불투수면적 확장으로 함양량이 떨어진 지하수의 손실 량을 측정, 분석하고 경제적 가치를 환산하였다.

    지하수 침투량을 1년간 관측한 결과 김제지역은 유리 온실이 논 대비 연간 398.3mm, 구미 유리온실은 571.6mm, 부여 비닐온실은 329.8mm, 진주 비닐온실 205.5mm의 차이가 확인되었으며, 논의 연간 지하수 침 투량은 236.4mm~571.6mm 범위로 평균은 392.25mm로 측 정되었다. 강우량과 지하수 침투량은 직접적인 연관관계 를 설명하기 어려워 강우량-강우유출-지하수함양 관계에 대한 추가 연구를 제시하였다. 연구대상지 전체를 수치 지도를 활용해 불투수면적을 알아보고 투수가능 면적 비 율에 측정된 지하수 침투량 측정값을 대입해 1ha당 지하 수 침투량을 정확히 계산한 결과 김제 유리온실이 1ha 기준 연간 15.8mm 침투한 것으로 논과의 차이는 ha당 연간 4011.3ton으로 분석되었다. 구미 유리온실은 ha당 연간 5376.9ton, 부여 비닐하우스는 3097.3ton, 진주 비닐 하우스는 1879.1ton의 차이가 확인되었다. 대조구인 논이 이전의 토지이용이라는 것으로 가정했을 때 논 대비 김 제지역은 0.4%, 구미 0.1%, 부여 3.4%, 진주 5.0%로 시 설원예단지가 조성됨으로 인해 지하수함양에 약 95.0%~99.9%까지 큰 손실이 확인되었다.

    본 연구대상지와 같은 시설원예단지는 지하수를 사용 함으로서 해당지역 지하수의 고갈을 초래할 수 있다고 판단되어 지하수 사용량을 조사한 결과 김제 유리온실은 ha당 9,589.3ton, 구미지역은 9,980.4ton, 부여 비닐온실은 8,454.0ton, 진주 비닐온실은 9,061.7ton으로 시설원예단지 1ha에서 1년간 약 9,000ton 이상이 사용되는 것을 확인하 였다. 본 연구대상지 인 시설원예단지와 같이 지하수 함 양은 막고 있으면서 계속해서 지하수를 이용한다면 향후 10년, 30년, 50년 후에는 지하수의 활용 가능량이 현저 히 떨어질 것으로 예상되므로 지속가능한 농업경관을 위 한 지하수 관리와 보전을 제시하였다.

    시설원예단지 조성에 따른 지하수 침투 손실량을 선 행연구와 상수도가격을 적용하여 분석하였다. 지역별 상 수도 요금을 적용해 논 대비 50년간 손실된 지하수함양 가치는 김제 1억8천3백만원, 구미 1억9천9백만원, 부여 1 억1천9백만원, 진주 7천8백만원으로 단지 전체면적 대비 손실액은 김제지역 13.5ha에서 2,481억, 구미 26.0ha에서 5184억, 부여 81.3ha에서 9693억, 진주 32.2ha에서 2514억 이 예상되었다. 따라서 농가단위가 아닌 단지 차원에서 지하수 함양에 필요한 친환경 시설 및 토지이용에 대한 계획, 지하수 함양 장치 등을 장기적 관점에서 투입할 것을 제안하였다.

    시설원예단지에서 연간 사용하는 지하수의 양을 상수 도가격으로 환산하면 김제는 8백8십만원, 구미 7백4십만 원, 부여 6백5십만원, 진주 7백5십만원 으로 50년간 단 지 전체를 계산하면 김제지역 13.5ha에서 5,932억, 구미 26.0ha에서 9,623억, 부여 81.3ha에서 2조6천4백5십8억, 진주 32.2ha에서 1조2천1백2십6억으로 지하수 대신 강우 를 용수로 활용하는 시스템과 순환시스템을 도입을 제안 하였다.

    지하수함양 손실액과 원예활동으로 인한 사용액을 합 한 50년간 총 가치는 ha당 김제 6억2천3백만원, 구미 5 억6천9백만원, 부여는 4억4천4백만원, 진주는 4억5천4백 만원으로 단지 전체로 평가해 보면 김제 13.5ha에서 8,414억, 구미 26.0ha에서 1조4천8백7억, 부여 81.3ha에서 3조6천1백5십1억, 진주 32.2ha에서 1조4천6백4십1억 정도 의 지하수의 손실이 평가 되었다. 시설원예단지 조성으 로 인한 지하수의 손실이 확인된 만큼 이외에도 다양한 생태계서비스 기능에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상 할 수 있어 다른 생태계서비스 가치에 대한 추가 연구를 제안하였다.

    본 연구에서 확인 된 지하수 함양 손실에 대한 대책 으로 저류지, 침투트렌치와 같은 인공함양 시설과 양액 순환시스템을 제안하였다. 저류지의 규모는 불투수면적 대비 7-10% 정도, 침투트렌치는 1ha 기준 450m2 이하를 설치한다면 현재보다는 지하수 함양량을 높일 수 있다고 기대하였다. 이 외에도 식생수로, 식생저류지 등을 다양 한 LID 기술과 지하수 사용량을 줄일 수 있는 강우집수 시스템 개발 등을 통해 지하수의 생태계서비스 기능을 향상 시킬 것을 제시하고 추가연구를 제안하였다.

    본 연구결과는 지속가능한 농업을 위해 지하수 분야 의 개선점과 앞으로의 시설원예단지 개발 사업에 반영할 수 있는 정책 자료로 활용되길 기대한다. 또한, 이러한 연구를 통해 농업생태계의 다양한 생태계서비스 가치가 저하되지 않고 보전, 향상되는데 기여하고자 한다.

    연구는 2018년도 농촌진흥청 국립농업과학원 연구개 발사업(과제번호: PJ012654)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KSRP-24-47_F1.gif

    The map of study sites

    KSRP-24-47_F2.gif

    The Configuration of Drain Gauge G3

    KSRP-24-47_F3.gif

    The photography of G3 installation

    Table

    The present conditions at 8 study sites.

    8 study site monthly groundwater infiltration(unit: mm).

    Analysis of groundwater infiltration.

    Study site annual use of groundwater

    Economic Valuation of groundwater recharge function(unit: million won).

    *Seo et al.(2014) : 정수 1ton의 가격을 394원으로 평가, K-water(2016) : 정수 1ton의 가격을 432.8원으로 평가, Kwon et al.(2009) : 농업용수 1ton의 가격을 최대 1093원으로 평가, MOE(2015) : 2015년 지역별 상수도 요금 적용(충청남도: 769.9원, 전라북도: 916.6원, 경상북도: 741.7원, 경상남도: 831.2원).

    Study sites groundwater economic loss assessment(unit: million won).

    *Seo et al.(2014) : 정수 1ton의 가격을 394원으로 평가, K-water(2016) : 정수 1ton의 가격을 432.8원으로 평가, Kwon et al.(2009) : 농업용수 1ton의 가격을 최대 1093원으로 평가, MOE(2015) : 2015년 지역별 상수도 요금 적용(충청남도: 769.9원, 전라북도: 916.6원, 경상북도: 741.7원, 경상남도: 831.2원).

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