Assessment of Food Security and Carbon Balance through Land Productivity in the Korean Peninsula = 한반도내 토지생산성을 통한 식량안보 및 탄소수지 평가
저자
발행사항
서울 : 고려대학교 대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(박사)-- 고려대학교 대학원 : 환경생태공학과 환경생태공학전공 2024. 8
발행연도
2024
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
xvi, 98p ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이우균
UCI식별코드
I804:11009-000000289037
DOI식별코드
소장기관
Land is an essential but limited resource within terrestrial ecosystems. The various functions of land give rise to intense competition in land use and management. Therefore, it is necessary to mitigate conflicts among land uses to increase land use productivity. This study aimed to assess land productivity on the Korean Peninsula over the last four decades in terms of food security (Cropland) and carbon balance (Forest land). It suggested improved land use management for well-balanced land use. The research area is the Korean Peninsula, which exhibits dynamic land use changes due to various human activities. Both the Republic of Korea (South Korea) and the Democratic People's Republic of Korea (North Korea), located on the Korean Peninsula, have engaged in reforestation efforts since the ceasefire agreement following the Korean War in 1953, with food insecurity being a significant concern. Forest land constitutes the largest area among land cover types due to geographical conditions, with cropland ranking as the second largest. Therefore, this study focused on cropland and forest land, which occupy the largest areas on the Korean Peninsula, to assess land use.
The productivity in cropland was estimated using EPIC (Environmental Policy Integrated Climate). The level of food security achievement was assessed using estimated crop production using this model in cropland in South Korea and North Korea. Additionally, influential factors of cropland policies in the two countries were analyzed to investigate how policy transitions affected food security. In South Korea, food security was evaluated by defining rice, which was cultivated on over 50% of cropland, as the staple food. The supply of food security was defined as the total rice yield from EPIC outcomes, and the demand was estimated using the total population and annual rice intake per capita. As a result, South Korea over-supplied rice by about 10%, indicating that the country stably supplied food and achieved food security since the 1980s. Furthermore, the national strategies related to cropland in South Korea were influenced by the international environment. There was a possibility of endangering self-sufficient food security because the domestic rice market, which has relatively low competitiveness, depends on high demand in international trade and free trade. However, food security was not compromised because of diet diversity, resulting from a reduction in annual rice consumption per capita and national policies, led to a decrease in rice paddy cultivation. On the other hand, food security in North Korea was assessed by defining rice and maize, which account for 60% of cropland, as the staple foods. This meant that maize productivity was more evenly distributed. Total rice and maize yields were regarded as the supply of food security. The demand for food security was estimated using the total population and annual cereal intake per capita, based on daily required calories, because North Korea does not have data on annual rice intake per capita, unlike South Korea. As a result of the food security assessment, even though North Korea under-supplied food by about 5% from the 1980s to the 1990s, food was supplied appropriately from the 2000s to the 2010s. This improvement resulted from domestic factors rather than international ones, such as implementing cropland-related national policies (e.g., agroforestry). However, this assessment did not consider diet diversity when calculating food demand, estimating daily required calories only using the amount of cereal. Therefore, the quality of food security in North Korea appeared lower compared to South Korea's assessment.
Land productivity in forest land was estimated using CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach). The land productivity assessment was performed using estimated NPP values to evaluate the sustainability of the carbon balance in forest land. It also analyzed the influential factors on national forest land policies and assessed how the transition of these policies affected the carbon balance in forest land. In the case of South Korea, forest land has gradually expanded from 6,680,649 ha in the 1980s to 6,851,192 ha in the 2010s. The annual NPP in forest land was equally distributed, and the average NPP per year was generally higher than in North Korea. This difference became especially clear from the 2000s onwards. The supply of carbon balance was defined as the surplus NPP in forest land between each decade, while the demand was the carbon loss due to land cover changes from forest land. The sustainability of the carbon balance in forest land was assessed using these demand and supply metrics. The evaluation showed that the carbon supply could not fully offset the demand, but the imbalance was within 10% on average. Furthermore, there was potential to achieve sustainability in the 2010s, as the carbon supply was 1.76 GgC/ha while the demand was 1.68 GgC/ha. This was due to the continuous increase in forest land area and the decrease in the frequency of land cover changes. National forest land policies in South Korea were influenced by international environmental changes, similar to cropland policies. The role of forest land as a carbon sink was emphasized due to climate change agreements, leading to active land management and improvements in average NPP. On the other hand, the area of forest land in North Korea has decreased from 9,197,986 ha in the 1980s to 8,538,928 ha in the 2010s, although the area is still larger than that of forest land in South Korea. In terms of the spatial distribution of annual NPP, the north-eastern mountainous ranges showed lower NPP, resulting in an imbalanced distribution of NPP in forest land due to forest degradation and deforestation. Using simulated NPP results, the carbon balance in North Korea was assessed using the same method as in South Korea. Unlike South Korea, the balance of forest land in North Korea has shown improvement, but the values of carbon supply were estimated to be negative due to decreased forest land and its degradation. The carbon demand peaked at 3.11–4.83 GgC/ha, twice the demand in South Korea due to frequent land cover changes. However, it improved thanks to decreased demand and increased supply. In terms of forest land policies, North Korea did not establish independent forest land strategies but integrated and managed the forest land under the 1977 Land Law. An afforestation strategy was founded in 2001 due to decreased forest land, but unsystematic and sporadic policies limited its continuity. Therefore, the effectiveness of forest land-related policies was lower than in South Korea.
After assessing the land use productivity of cropland and forest land in South Korea and North Korea, it was found that South Korea managed and balanced its land productivity well between supply and demand while adapting its land use policies according to international environmental changes. In contrast, North Korea did not initially establish systematic and specific land use policies but did so in later decades based on domestic situations. However, cropland productivity was not managed appropriately, leading to an expansion of cropland area due to insufficient supply. This resulted in deforestation and land degradation, decreasing the forest land area. As a result, food security in cropland improved, while the carbon balance in forest land was damaged. Although North Korea tried to recover productivity in forest land, the outcomes were insufficient to achieve a well-balanced state. Furthermore, it was necessary to improve the quality of food security. In conclusion, North Korea faced challenges in effectively managing land productivity. This study assessed land use on the Korean Peninsula from the 1980s to the 2010s. Unlike previous studies that assessed unilateral land use, it focused on evaluating the productivity of cropland and forest land, which together cover more than 90% of the territory, using a supply and demand method. Additionally, it analyzed the influential factors that led to changes in land use policies and identified whether these policies were effectively implemented to manage land productivity.
토지는 육상 생태계내 필수 자원이며, 목적에 따라 다양하게 활용할 수 있지만, 배제성이 높아 활용이 제한적이고 그로 인해 토지이용에 대한 경쟁이 발생하였다. 따라서, 토지이용의 활용성을 증가하기 위해서는 토지에서 발생하는 과도한 경쟁을 완화할 필요가 있다. 본 연구에서는 지난 40여년 동안의 한반도내 토지이용 생산성과 토지활용 정책을 각각 식량안보 (농경지)와 탄소수지 (산림지)의 관점에서 평가하였다. 연구 대상지인 한반도는 인간활동으로 인해 다양한 토지이용 변화가 발생한다. 특히, 한반도내 위치한 대한민국 (남한)과 조선민주주의인민공화국 (북한) 모두 1953년 한국전쟁 정전 협약 이후 황폐화된 국토내 산림지 복원을 위한 노력을 수행하였으며, 그로 인해 식량불안정에 대한 우려 역시 제시되었다. 또한, 대상지내 지형학적인 특징으로 인해 산악지대가 국토의 가장 넓은 공간을 차지하고 있으며, 농경지가 산림지 뒤를 이어 가장 넓은 면적을 보유하고 있다. 이에 따라 본연구에서는 국토의 90% 이상을 면적을 차지하고 있는 산림지와 농경지를 대상으로 한반도내 토지이용 평가를 수행하였다.
우선 농경지의 생산성은 EPIC (Environmental Policy Integrated Climate) 모델에서 산출한 작물 생산량을 활용하여 남한과 북한의 식량안보 달성 수준을 평가하였다. 또한, 두 나라의 농경지관련 정책 변화의 영향 인자를 분석하고 정책변화가 식량안보에 미치는 영향을 검토하였다. 남한의 경우, 전체 농경지 면적의 50% 이상을 차지하는 쌀을 주요 식량작물로 정의하여 식량안보를 평가하였다. 모의된 EPIC의 총 쌀 수확량을 식량안보의 공급 측면으로 정의하고, 식량안보의 수요는 전체 인구변화와 1인당 연간 쌀 섭취량을 활용하여 산정하였다. 이에 따라 남한의 식량안보 경우, 1980년대 이후로 약 10%의 추가 공급이 발생하는 등 안정적으로 식량안보를 달성한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 농경지에 대한 국가 정책이 국제환경에 크게 영향을 받은 것으로 확인되었다. 국제 무역 및 자유 무역이 활발해짐에 따라 상대적으로 경쟁력이 부족한 국내 쌀 시장이 영향을 받는 등 자급자족형 식량안보에 문제가 발생할 가능성도 있었으나, 국내 정책의 영향으로 논 벼 재배 면적이 축소되고, 영양소 섭취의 다양화로 인해 1인당 연간 쌀 섭취량이 감소하면서 주요식량안보에 큰 영향을 받지 않았다. 북한의 경우, 전체 경지 면적에 60%를 차지하는 쌀과 옥수수를 주요 식량 작물로 정의하여 식량안보를 평가하였다. EPIC을 활용하여 모의된 쌀의 총생산량과 옥수수의 총 생산량의 합을 식량안보의 공급량으로 규정하였다. 단, 북한의 경우, 남한과 달리 1인당 연간 쌀 섭취량 등에 대한 통계 자료가 부재하기 때문에, 하루 필요 열량을 활용하여, 연간 곡물 섭취량을 산정하였으며, 이를 북한 전체 인구변화와 종합하여 식량안보의 수요량을 도출하였다. 북한의 식량안보는 1980~1990년대에 약 5%정도의 과소공급인 발생하였으나, 2000~2010년대에는 적절한 식량이 공급된 것으로 평가된다. 이는 국제 환경보다는 국내 환경 변화에 영향을 받은 농경지의 국가 정책(림농복합경영 등의 시행)으로 인해 개선된 것으로 파악된다. 하지만, 북한의 식량안보 산정시 하루 필요 열량을 곡물량으로 산정하는 등 영양소 등이 고려되지 못하였으며, 남한에 비해 식량안보의 질적인 측면에 문제가 있을 것으로 평가된다.
산림지의 토지 생산성은 CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach) 모델을 활용하여 연간 NPP 값을 산정하였다. 도출된 NPP 값을 토지생산성으로 가정하여, 산림지내 탄소수지의 지속가능성을 평가하였다. 추가적으로 각국 산림지 정책에 영향을 미치는 요인을 분석하였으며, 이러한 변화가 산림지내 탄소수지에 미치는 영향을 평가하였다. 남한은 지속적으로 산림지 면적이 증가하여, 1980년대 6,686,649 ha에서 2010 년대 6,851,192 ha으로 변화하였다. 산림지내 연간 NPP의 공간적 분포가 북한에 비해 지역적으로 고르게 분포한 것으로 나타났다. 산정된 연간 NPP를 활용하여 연대별 변화 시기의 NPP 증가량을 탄소수지의 공급량이라고 가정하였으며, 산림지에서 타토지로 전용되어 탄소가 소실된 지역에서의 NPP를 수요량으로 규정하여, 남한 산림지내 탄소수지의 지속가능성을 평가하였다. 평가 결과, 탄소 공급량이 탄소 수요량에 미치지 못하여 상쇄가 발생하지는 못하였지만, 평균적으로 약 10% 범위내에서의 불균형이 나타난 것을 확인할 수 있다. 2010년대 탄소 수요량이 1.76GgC/ha였으며, 공급량이 1.68GgC/ha로 나타나는 등 지속가능성의 잠재력을 보였다. 이는 산림지 면적의 확대와 산림지에서의 토지전용 빈도의 감소 등으로 인해 발생한 것으로 평가된다. 남한의 산림지 정책 역시 농경지 정책과 동일하게 국제 환경 변화 영향을 받았다. 이로 인해 기후변화 협약 체결되면서 탄소 흡수원으로서의 산림의 역할이 강조되었고, 적극적인 산림관리로 인해 평균 NPP가 개선된 것으로 평가된다. 북한의 경우, 남한에 비해 넓은 산림지를 보유하고 있음에도, 면적이 감소한 것으로 나타났으며, 1980년대 9,197,986 ha에서 2010년대 8,538,928 ha로 약 600,000 ha가 감소한 것으로 나타났다. 연간 NPP의 공간적 분포를 살펴보면, 동북쪽 산맥지대의 NPP가 낮으며, 이로 인해 산림지내 NPP 분포의 불균형이 발생하였다. 모의된 NPP를 활용하여, 북한의 탄소수지 공급량과 수요량도 남한과 동일한 방법으로 산정하였다. 남한이 상쇄 잠재력을 보였던 것과 반대로 북한의 경우, 탄소 공급량에 음수 값이 나오는 등 산림 면적의 감소와 황폐화로 인해 충분한 탄소 공급량에 제시되지 못하였다. 반면에 산림지에서 타 용도로 토지 전용이 발생함에 따라 탄소 수요량은 3.11~4.83GgC/ha까지 발생하는 등 남한의 수요량에 2배에 달하는 양상이 나타났다. 하지만, 탄소 수요량이 감소하고, 탄소 공급량이 점차 늘어나는 등 점진적으로 개선되고 있다. 북한의 경우, 남한과 달리 1980년대부터 독자적인 산림지 관련 정책을 수립하지 않고, 토지법에 통합하여 관리하였다. 하지만, 산림지가 지속적으로 감소함에 따라, 2001년부터 독자적인 조림 정책을 수립하였다. 하지만, 정책의 체계성이 부족하고 산발적으로 시행됨에 따라 연속성이 제한되었다. 이로 인해 남한과 달리 정책의 효과성이 떨어지는 것으로 평가된다.
남한과 북한내 농경지와 산림지의 토지이용 생산성 평가를 수행한 결과, 남한에서의 토지이용 정책은 점차 국제환경이 변화함에 따라 변화하였으며, 정책 변화에도 토지 생산성이 적절히 관리되어 공급과 수요간 적절한 군형을 이룬 것으로 평가된다. 반면, 북한은 정책 초기부터 체계적이거나 독립적인 토지이용 정책을 수립하지 않았으며, 후기에는 국내 상황에 따라 토지이용 정책을 추진하였다. 하지만, 농경지에서의 토지 생산성이 적절히 관리되지 못하고, 공급이 원활하지 못함에 따라 농경지 면적이 증가하게 되고, 이로 인해 산림지 면적이 감소하는 등 산림 벌채와 산림 황폐화 현상이 발생하였다. 즉, 식량안보 등은 개선되었지만 산림지에서의 탄소수지는 불균형 및 심각한 훼손이 발생한 것으로 나타났다. 북한 정부는 산림지 생산성 회복을 위해 노력하였으나, 성과가 제한적인 것으로 평가된다. 식량안보 역시 추후 질적인 개선이 필요하는 등 토지 생산성 관리에 문제가 있는 것으로 평가된다. 본 연구는 한반도내 토지이용 평가를 1980년대부터 2010년대까지 수행하였으며, 기존에 한 범주내의 토지이용만을 평가했던 다른 연구와는 달리, 국토내 90% 이상의 면적을 차지하고 있는 농경지와 산림지에서의 생산성을 수요와 공급 측면에서 평가하였으며, 종합적인 토지이용 평가 역시 국가별로 수행하였다. 또한, 각 토지이용정책 변화의 주요 인자들을 분석하고 정책이 토지 생산성 관리에 적절히 활용되었는지를 확인하였다.
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