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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.39 No.5 pp.419-435
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.39.5.419

Analysis of Influence on Galic Crops and Its Economical Value by Meteorological and Climatological Information

Seung Hye Park1, Yun Seob Moon1*, Ok Jin Jeong1,2, Woo Kyeong Kang1, Da Bin Kim1
1Department of Environmental Education, Korea National University of Education, Chung-buk 281173, Korea
2Division of Climate Monitoring, Korea Environtal Policy Assessment, Sejong 46241, Korea
Corresponding author: ysmoon@knue.ac.kr Tel: +82-11-9323-4117
September 10, 2018 October 12, 2018 October 16, 2018

Abstract


The purpose of this study is to understand meteorological and climatological factors that have influence on the garlic product in Seosan and Taean, and to analyze the economic value according to the use of climatical information data for garlic farmers. The climatological characteristics and trends in this area are analyzed using the meteorological data at the Seosan local meteorological agency from 1984 to 2013, the national statistical data for the product of garlic from 1989 to 2013, and the scenario data for climate change (RCP 4.5 and 8.5) for the period from 2001 to 2100. The results are as follows. First, the condition of lower temperature for garlic growth in winter season is satisfied with the mean air temperature. The wind speed are lower and stronger in Seosan and Taean than other garlic area. The suitable condition for the growth of northern type of garlic shows the decreasing trend in the accumulated precipitation in May. However, the area of growing the northern type garlic in the future is likely diminished because mean air temperature, accumulated precipitation, and mean wind speed are strong in the harvest time of garlic. Second, the seedtime of the northern and southern type of garlic using climate change scenarios (RCP 4.5, 8.5) in Seosan and Taean is getting late as time passes. and the harvest time gets faster, which indicates s that the period of garlic cultivation becomes shorter from 50 days to around 90 in the next 100 years. Third, the beginning days of white rot and delia platura of garlic are estimated by applying to the meteorological algorithm using mean air temperature and soil humidity. Especially, the beginning day of white rot garlic is shown to be faster according to the scenarios of RCP 4.5 and RCP 8.5. Fourth, the product of garlic (kg/10a) shows a high correlation with the minimum air temperature of a wintering time, the mean wind speed of a wintering time, the accumulated precipitation of a corpulent time, and the mean relative humidity of corpulent time of garlic. On the other hand, the analysis of garlic product when using the meteorological information data in cultivating garlic in Seosan and Taean reveals that the economic value increases up to 9% in total.



기상기후정보가 마늘 작물에 미치는 영향과 경제적 가치 분석

박 승혜1, 문 윤섭1*, 정 옥진1,2, 강 우경1, 김 다빈1
1한국교원대 환경교육과, 28173, 충북 청주시 흥덕구 강내면 태성탑연로 250
2한국환경정책평가연구원 국가기후변화적응센터, 30121, 세종특별자치시 가름로 232

초록


본 연구의 목적은 서산·태안 지역에서 마늘 생산량에 영향을 주는 기상 및 기후 인자를 파악하고 농가의 기후 정보이용에 따른 경제적 가치를 분석하는 것이다. 이 지역에서 기후 특성과 경향이 1984-2013년의 서산지방기상청 기 상자료, 1989-2013년의 마늘 생산량 국가통계자료, 2001-2100년간의 기후변화 시나리오 자료(RCP 4.5, 8.5)와 함께 분 석되었다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 서산·태안 지역에서 겨울철 평균기온과 평균풍속이 다른 마늘 재배 지역에 비해 낮고 강하여 마늘 성장을 위한 저온 조건을 만족하였고, 5월의 누적강수량이 감소하여 한지형 마늘이 생육하기에 적합한 것으로 나타났다. 하지만 마늘의 수확기 때 평균기온, 누적강수량 및 평균풍속 등의 증가추세로 인해 미래 한지 형 마늘 재배지는 줄어들 것이다. 둘째, 서산·태안 지역에서 기후변화 시나리오(RCP 4.5, 8.5)를 이용한 한지형과 난지 형 마늘 모두 파종적기는 현재보다 늦어지고 수확적기는 빨라지며, 추후 100년 동안 재배기간이 50-90일 정도 짧아지 는 것으로 나타난다. 셋째, 마늘 흑색썩음균핵병과 고자리파리의 발생 시작 일이 평균기온(°C)과 토양습도(%)를 이용한 기상 알고리즘을 적용함으로서 산출되었다. 특별히 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오에서 미래 마늘 흑색썩음균핵병 발생 일은 모두 현재보다 앞당겨 지는 것으로 나타났다. 넷째, 서산·태안지역에서 마늘 생산량(ka/10a)은 월동기 최저기온, 추대기 누적강수량, 월동기 평균풍속, 그리고 추대기 평균상대습도와 높은 상관을 나타내었다. 한편 마늘 재배에 있어 기후정보이용에 따른 마늘 생산량은 총생산량의 약 9%로 경제적 가치가 증가하는 것으로 나타났다.



    서 론

    IPCC 5차 보고서(2014)에 따르면 1880-2012년 동 안 지구의 기온은 0.85°C 상승하여 현재 지구온난화 가 명백히 진행되고 있으며 이러한 지구온난화는 인 간의 활동에 의한 것일 가능성이 95%인 것으로 나 타났다. 지구온난화로 인한 기후변화는 극심한 자연 재해를 유발시켜 인류에게 지속적으로 피해를 입힐뿐 만 아니라 산업에도 큰 영향을 미치고 있는데 그중 에서도 특히 농업은 기후환경에 민감한 분야이다(Lee et al., 2003;Kim et al., 2006;Park et al., 2006).

    국내의 다양한 작물 중에서도 특히 마늘은 우리나 라의 주요한 조미 채소 작물로 많은 연구자들에 의 해 다양한 기능성이 보고되고 있으며, 최근에는 우리 나라뿐만 아니라 일본, 미국 등 해외에서도 소비가 급속하게 증가하고 있다(Koag et al., 2013, 2014). 현재까지 주로 농업분야에서 마늘의 성분에 대한 연 구(Kwon et al., 2006;Sin et al., 2004, 2011;Kwon and Jeon, 2014), 마늘의 효능에 대한 연구(Kim, 2000;Song et al., 2001;Seong, 2009;Lee et al., 2011;Jeong et al., 2012), 마늘의 재배 기술 향상을 위한 연구(Song et al., 2001;Kim, 2013)등 마늘에 대한 기초 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 또한 마늘과 기상·기후와의 관계에 대해 연구한 사례로 Yoon et al. (2013)은 마늘의 생산량을 결정하는 재배 면적 및 병해 발생 양상의 변화와 기상 요인과의 회 귀분석을 통해 마늘의 생육에 가장 큰 영향을 미치 는 요소가 기온임을 밝힌 바 있다.

    마늘은 추운 겨울을 나는 대표 월동작물로 우리나 라에서는 중부와 남부지방에서 널리 재배되고 있는데 품종에 따라 남해안과 제주도 등 기온이 온난한 지 역에서 주로 재배되는 난지형과 의성, 서산 등 기온 이 한랭한 지역을 중심으로 재배되는 한지형 마늘로 나눌 수 있다(Kim et al., 2012). 국내 재배중인 난지 형과 한지형 마늘의 지역적 분포와 기상·기후요소와 의 관계를 다룬 연구에서 Heo et al. (2003)는 1월의 최저기온을 마늘의 재배 품종을 결정하는 주요 기후 인자로 들었지만 보다 장기간의 마늘 생산량 통계자 료를 통한 기상기후 요소간의 관계를 분석하는 것이 요구된다.

    특히 최근 들어 발생하고 있는 기후변화와 관련하 여 Lee et al. (2013)은 온도 급상승과 급하강시 난지 형 마늘의 생육상황 및 수량성에 대해 연구하였으며 이를 통해 마늘의 인경비대기(3-5월)의 이상 저온이 이상 고온보다 마늘의 수량과 생육에 더 제한적 요 인으로 작용함을 확인하였다. 또한 Heo et al. (2006) 은 국내 마늘의 품종별 재배 경계선이 계속해서 북 상하고 있으며 이는 지구온난화로 인한 기온상승에 의한 것임을 규명하였다. No et al. (1999)와 Lee et al. (2013)은 기후변화에 따른 파종 및 수확적기의 변 동으로 인해 마늘 생산량 감소 등의 문제가 발생하 고 있으므로 이에 대한 대응방안이 필요하다고 보았 다. 따라서 마늘 생산량 감소와 관련된 파종 및 수확 적기의 변동 분석과 병충해 발병 시기 및 기상학적 요인 등을 분석할 필요가 있다.

    국내의 여러 마늘 주산지 중에서도 충남 서해안의 서산·태안은 한지형 마늘과 난지형 마늘의 재배 경 계지역으로 두 종 모두 재배가 가능하다는 점에서 특수성이 있는 지역이다. 특히 과거부터 ‘육쪽 마늘’ 로 불리는 국내 한지형 마늘의 주산지였으나, 최근의 기후변화로 인해 난지형 마늘 재배가 증가하고 한지 형 마늘재배는 점차 감소하고 있는 실정이며, 기후변 화로 인해 향후 30년 이내에 충남 서해안 지역에서 한지형 마늘은 사라지고 난지형 마늘만 재배가 가능 할 것으로 본 연구도 있으므로(Heo et al., 2006;Kim and Lee; 2009), 미래 기후변화 시나리오 분석 자료를 통한 한지형 및 난지형 마늘의 파종시기와 수확시기를 추정할 필요가 있다.

    지역의 대표 특화작물인 만큼 충남 서산·태안 지 역에서는 지역농업 기술센터와 농업기술원 양념채소 연구소 등을 중심으로 마늘재배 농가의 지원을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있으나(Sin, 2011;Lee, 2013;Kim, 2013) 대부분 마늘의 상품성 향상을 위 한 경제적, 정책적 분야 위주로 이루어지고 있어 마 늘 재배관련 기상기후 정보자료의 경제적 가치분석 연구는 부족한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 서산·태안 지역의 마늘을 중심으로 하여 기상기후 인자가 작물 재배 및 병충해에 미치는 영향을 파악 하고, 마늘 농가의 기상기후정보 활용에 따른 경제적 가치를 분석하는 것을 목적으로 한다.

    자료 및 방법

    서산·태안 지역은 지리적으로 동쪽으로 가야산 (678 m), 북쪽으로는 망일산(303 m)이 있는 동고서저 형의 지형지세로 해발 100 m 이하의 평야와 구릉지 가 전체 면적의 60%를 차지하고 있다. 내륙 쪽으로 는 저지대의 서산평야가 분포하고, 나머지 대부분은 구릉지와 같은 얕은 산으로 이루어져 있어 작물 재 배 시 배수가 좋은 이점이 있다. 또한 이 지역은 해 안가에 위치하여 토양의 석회 및 인산 함량이 높으 며, 표토는 주로 양토(loam)와 미사질식양토(silty clay loam)로 구성되어 있는데, 이와 같은 토양은 사 질토에 비해 마늘 통이 단단하고 열구가 적으며 품 질이 좋은 마늘이 생산되는 조건이다.

    마늘(Allium sativum L.)의 식품적 특성은 열량이 높고, 다른 채소에 비해 수분함량이 낮으며, 단백질 의 함량이 높다는 점이다(Kwon et al., 2006). 특히, 인편 내에 저장되어 있는 탄수화물인 프락토산 (fructosan)의 함량이 높으며, 칼슘과 총식이섬유, 비 타민 B1, B2, C가 소량 함유되어 있다(Kwon and Jeon, 2014). 마늘의 대표적인 약리작용으로는 diallyl sulfide (DAS) 및 S-allyl cysteine (SAC)에 의한 항 암효과, diallyl propylsulfied, S-allyl cysteine 및 Sallyl methyl mercaptocysteine 성분에 의한 항산화 작 용, ajoene과 allicin 등에 의한 향균 작용과 콜레스테 롤 함량의 감소, 그리고 SAC 및 S-allyl cysteine sulfoxide의 활성으로 인한 쥐의 뇌기능 향상효과가 입증되었다(Lee et al., 2011;Jeong et al., 2012). 마 늘은 더우면 생육이 정지하고 추위에도 강하지 못하 여 주로 온대 지역에 분포하여 자란다(Lee et al., 2011;Jeong et al., 2012). 마늘의 생육적온은 1820이 며 25 이상에서는 생육이 정지되고 줄기와 잎이 말 라죽게 되며, 기온이 10이하가 되면 생육속도가 감소 한다(Lee et al.(2013). 국내 마늘에 피해를 주는 병해 충은 주로 흑색썩음균핵병, 잎마름병, 고자리파리, 뿌 리응애 등으로 알려져 있다(Park and Cha, 1995, Lee and Lee, 2005). 전국의 마늘의 재배면적은 1987년 49,198 ha로 최대에 이른 이후 1990년대 이 후 지속적으로 감소하여 2015년에는 20,638 ha까지 줄어들었으며, 마늘 총 생산량도 1999년에 483,778 kg으로 기점으로 감소추세에 있다(국가통계 포털, KOSIS). 특히 서산·태안 지역의 한지형 마늘의 재배 면적 경우에는 2002년의 389 ha에 비해 2015년 295 ha로 재배면적이 약 24%나 감소한 것으로 조사되었 다. 이 지역의 기후변화로 인해 상대적으로 난지형 마 늘의 재배면적 및 생산량이 증가한 것으로 나타났다.

    따라서 기후변화가 서산·태안 지역의 마늘 작물 재배에 미치는 영향과 경제적 가치를 분석하기 위해 전국 시·군 단위 마늘 주산지 5곳 중에서 연간 마늘 생산량이 가장 많은 시·군단위를 각 1곳씩 선정하여 이들간의 2008-2013년의 평균기온(°C), 강수량(mm), 상대습도(%), 일조시간(hr), 풍속(m/s)의 기상값에 대 한 비교를 실시하였다. 또한 이 지역의 기후변화 추 세 분석을 위해 서산 기상지청의 1984-2013년 30년 간의 평균기온(°C), 강수량(mm), 상대습도(%), 일조 시간(hr), 풍속(m/s)의 연별 평균값과 평균기온의 7일 이동평균 변화를 분석하였다. 그리고 마늘 재배현황 을 파악하기 위해 마늘 재배면적(ha)과 단위면적당 생산량(kg/10a), 생산량(M/T)자료를 국가통계 포털 (KOSIS), 한국농촌경제연구원(2011), 서산시, 태안군 의 통계연보에서 수집하여 분석하였다. 또한 기후변 화가 미래 마늘의 파종 및 수확적기에 미치는 영향 을 파악하기 위해 기후변화정보센터의 서산지역 기후 변화 시나리오 자료 Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5와 RCP 8.5를 활용하였다. 참고로 RCP 4.5는 기후변화 완화대책을 충실히 적용하여 이 산화탄소 농도가 어느 정도 상승 후 완만한 시나리 오를, RCP 8.5는 기준년 대비 이산화탄소 농도가 계 속하여 증가하는 시나리오를 나타낸다. 이 때 RCP 4.5와 8.5 자료는 서산의 14개 읍·면·동, 태안의 8개 읍·면·동 자료의 평균값을 사용하였다. 한편 문헌조 사를 통해 마늘 흑색썩음균핵병과 고자리파리의 기상 학적 발생 알고리즘을 예측하여 이를 검증하였다. 끝 으로 마늘 재배에 있어 기후정보의 활용에 따른 경 제적 가치를 분석하기 위하여 국가 통계포털에서 마 늘 생산량 자료와 기상청의 마늘 생육시기별 기상요 소를 수집한 후 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 회 귀분석을 실시하였다. 이때 경제적 가치 분석은 연도 별 단위면적당 마늘생산량의 실제값과 예측값의 비교 를 통해 회귀식 내 각 기상요소의 변화민감도를 확 인함으로써 해당 기상요소의 상대적 기여도를 추정하 는 방식이다.

    연구 결과 및 토의

    서산·태안지역의 기상·기후 특성 및 기후변화 추 세 분석

    전국 마늘 주산지의 2008-2013년 연별, 계절별 기 상요소를 Table 1에 나타내었는데, 서산의 연평균 기 온은 11.9°C로 전국 마늘 주산지의 연평균 기온인 13.9°C보다 2.0°C 낮으며, 계절별로는 평균보다 봄철 2.1°C, 여름철 0.8°C, 가을철 1.8°C, 겨울철 2.8°C 가 량 낮은 것으로 나타났다. 특히 난지형 마늘이 주로 재배되고 있는 경남, 전남, 제주의 경우 연평균 기온 이 비교적 높은 편인 반면 한지형 마늘의 주요 재배 지인 서산과 의성의 경우에는 겨울철 평균 기온이 영하 12°C로 다른 지역에 비해 낮은 편으로 나타났 는데, 이는 난지형 마늘의 경우 겨울철 인편분화에 필요한 저온요구도가 낮지만 한지형 마늘의 경우 인 편분화에 필요한 저온 요구도가 높은 마늘의 생태형 별 생육특성에 기인하는 것으로 분석된다(Kim et al., 2006). Fig. 1은 1984-2013년의 30년간 서산의 기후 요소 시계열변화를 나타낸 것으로, 연평균기온이 증 가하는 추세임을 알 수 있다. Fig. 2와 같이 1984- 1998년, 1999-2013년으로 나누어 일 평균기온의 7일 이동평균값을 구한 결과 1999-2013년의 평균기온이 1984-1998년의 평균기온보다 겨울철 일부 기간을 제 외하고 약 2-3°C가량 높게 나타났다. 이와 같은 기온 상승 추세가 계속될 경우 서산지역의 한지형 마늘 재배에 있어 파종시기의 연장이나 고온에 의한 조기 출현 등의 피해가 있을 것으로 판단된다.

    2008-2013년 서산의 연평균 누적강수량은 1419.5 mm로 마늘 주산지의 연평균 누적강수량인 1513.0 mm보다 93.5 mm 적게 나타났고, 계절별로는 여름철 평균 누적강수량이 주산지의 여름철 평균 누적강수량 보다 102.9 mm 많은 것을 제외하고 모든 계절에서 평균 강수량보다 적은 것으로 나타났다. 마늘의 생육 에 있어서 강수량은 기온보다 영향이 낮은 것으로 알려져 있으나, 마늘의 구비대에 필요한 장일 조건을 저해하며, 특히 한지형 마늘의 구비대기인 5월의 강 수는 한지형 마늘의 구형성을 불량하게 만든다고 한 다(Oh et al., 2013). 최근 한지형 마늘의 재배 중심 지인 의성의 경우 봄철 누적강수량이 다른 마늘 주 산지에 비해 낮다는 것을 확인할 수 있다. Fig. 2에 서 1984-2013년의 서산의 연평균 누적강수량은 전반 적으로 증가하는 추세에 있으나, 최근 들어서는 감소 하고 있는 것으로 나타났다.

    서산의 연평균 상대습도는 75.0%로 마늘 주산지의 평균인 69.1% 보다 5.9% 높은 것으로 나타났다. 계 절별로는 모든 계절에서 서산의 상대습도가 마늘 주 산지 상대습도의 평균보다 높게 나타났다. 특히 67월 의 여름철은 한지형·난지형 마늘 모두 수확기에 해 당하므로 이 시기에는 높은 상대습도로 인한 마늘의 병해충 발생에 유의해야 할 것으로 판단된다. 1984- 1913년 동안 서산의 연평균 상대습도는 감소 추세인 것으로 나타나고 있으나, 최근 들어 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2).

    서산의 연평균 일조시간은 179.4시간으로 마늘 주 산지의 전체 평균인 175.9시간 보다 4.5시간 긴 것으 로 나타났다. 계절별로는 겨울철을 제외한 전 계절에 서 서산의 계절별 일조시간이 주산지의 평균 일조시 간보다 긴 것으로 나타났다. 서산의 일조시간은 한지 형 마늘의 구비대가 주로 일어나는 5월에 225.9시간 으로 마늘 주산지의 평균 일조시간인 219.8시간보다 6.1시간 긴 것으로 조사되어 한지형 마늘의 구비대가 충실히 일어날 수 있는 조건임을 알 수 있다. Koag et al. (2014)에 따르면 마늘은 장일 조건이 중요한 작물로 특히 구비대에 있어서 한지형 마늘은 난지형 마늘에 비하여 상대적으로 긴 일조 시간을 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 1984-1913년 동안 서산의 연평균 일조시간은 매년 감소추세에 있지만. 최근 들 어서는 증가하고 있었다. 이러한 일조시간의 감소 추 세는 장일 조건을 필요로 하는 마늘의 상품성을 하 락시키는 요인으로 작용할 수 있다.

    서산 지역의 연평균 풍속은 2.6 m/s로 마늘 주산지 의 평균인 2.0 m/s보다 0.6 m/s 강한 것으로 나타났 다. 또한 서산의 계절별 평균풍속은 전 계절에서 마 늘 주산지의 평균풍속보다 0.5-0.6 m/s 강한 것으로 제주 서귀포 지역과 비슷한 것으로 나타났는데, 이는 Kang et al.(2013)에 의해 서산의 지리적 위치에 기 인한 것임이 규명된 바 있다. 특히 봄철의 강한 풍속 은 마늘의 싹 출현율에 나쁜 영향을 줄 수 있다고 하지만 주변으로부터 적당한 수분을 공급받아 생산량 에는 긍정적인 영향을 줄 수 있다고 한다(Jang, 2009). 서산의 1980-1913년 연평균 풍속은 증가추세 에 있으나, 최근 2년 동안 감소하여 나타났다. 이러 한 풍속 증가 추세는 차후 마늘 생육시기의 풍해뿐 만 아니라 마늘 생산량에도 영향을 줄 것으로 판단 된다.

    결과적으로 한지형 마늘 재배지인 서산·태안과 의 성 지역은 겨울철 평균기온이 영하 1-2°C로 다른 마 늘 재배 지역에 비해 낮고, 구비대기인 5월의 누적강 수량은 감소하여 편마늘이 생육하기에 적합한 최적 조건을 나타내었다. 하지만 서산·태안 지역은 수확기 때 누적강수량과 상대습도가 증가하고, 평균 기온과 풍속도 증가 추세에 있어 병충해 및 풍해 증가와 함 께 재배 최적지가 줄어들 것으로 예상된다.

    서산·태안의 마늘 재배의 파종 및 수확적기의 변 화 예측

    Her et al. (2003), Kim et al. (2012), Yoon et al. (2013) 등은 마늘의 파종 및 수확시기에 가장 큰 영 향을 미치는 기상요소가 기온임을 밝힌 바 있고, 마 늘의 일반적인 생육적온은 18-20°C이고, 25°C 이상 고온에서는 생육이 정지된다는 사실을 확인하였다. 본 연구에서는 2015년 서산태안에서 한지형 마늘과 난지형 마늘을 둘다 재배하고 있는 농민 10명을 대 상으로 파종 및 수확시기에 대해 직접 방문 및 유선 을 통해 설문조사를 실시하였다. 그 결과 한지형 마 늘의 파종적기는 10월 중순부터 11월 초순에 이루어 지고 시기별로는 10월 하순이 가장 높은 비율을 차 지하고 있었으며, 난지형 마늘은 대부분 9월 하순에 파종을 끝내는 것으로 나타났다. 또한 수확적기는 한 지형 마늘의 경우 6월 중순으로 응답한 인원이 가장 많았으며, 난지형 마늘의 경우 5월 하순에 수확을 시 작하여 대부분 6월 상순에 수확한다고 응답하였다. 이와 같이 얻은 문헌조사와 농민 설문조사 결과를 바탕으로 마늘의 파종 및 수확적기와 해당 시기의 기상값과의 비교를 통해 Table 2와 같이 서산·태안 지역 한지형과 난지형 마늘의 파종 및 수확적기의 기온 조건을 도출하였다. 그 결과 서산·태안 지역에 서 한지형 마늘의 파종적기는 최소 기온 8°C 이하가 지속되는 7일째, 난지형의 경우는 최저온도 13°C 이 하가 지속되는 2일째로 나타났고, 수확적기는 한지의 경우 최고온도 25°C 이하가 지속되는 7일째, 난지형 의 겨우 최고온 25°C 이하가 지속되는 3일째로 나타 났다. 여기서 마늘 파종적기 온도인 8°C는 보통 한지 형 마늘의 발아가 멈춰지는 온도로 간주하여 적용하 였고 지속 날짜는 이 온도를 근거로 설문조사와 대 조하여 검정하였다. 그리고 서산·태안 지역에서 난지 형 마늘의 13°C 경우는 한지형 마늘보다 높은 기온 에서 발아가 멈춰지고 같은 기간의 남부지방 온도와 설문조사 결과를 토대로 5°C를 추가하였는데 검정결 과 의미 있게 나타났다.

    서산·태안 지역의 파종 및 수확적기 기온조건에 대해 1980-2015년 동안의 서산 기상값을 대입하여 마늘 파종 및 수확적기를 살펴본 결과를 Fig. 3에 나 타내었다. 한지형 마늘의 경우 파종 적기는 늦어지고 수확적기는 빨라지는 추세를 나타내었다. 한편 난지 형 마늘의 경우는 파종적기와 수확적기가 모두 늦어 지는 추세를 보였으나 파종기의 지연이 수확기의 지 연에 비해 더 큰 폭으로 일어나 전체 재배기간은 줄 어들었다.

    Fig. 4는 RCP 4.5 시나리오를 적용한 서산지역 한 지형 마늘의 파종적기를 분석한 결과를 나타낸 것으 로 2010년에는 한지형 마늘의 파종적기가 10월 26일, 수확적기가 7월 7일이었으나, 2100년에는 파종적기가 11월 3일 수확적기는 5월 26일으로 재배기간이 52일 가량 줄어드는 결과를 나타내었다. 난지형 마늘의 경 우에는 파종적기가 9월 30일, 수확적기가 7월 9일이 었으나, 2100년에는 파종적기가 10월 12일 수확적기 는 5월 29일으로 재배 기간이 53일 줄어드는 결과를 나타내었다.

    Fig. 5는 RCP 8.5 시나리오를 적용한 결과로 2010 년에는 한지형 마늘의 파종적기가 10월 26일, 수확적 기가 7월 7일이었으나, 2100년에는 파종적기가 12월 5일 수확적기는 5월 29일으로 재배기간이 78일 줄어 드는 결과를 나타내었다. 난지형 마늘의 경우에는 파 종적기가 9월 30일, 수확적기가 7월 9일이었으나, 2100년에는 파종적기가 11월 11일 수확적기는 5월 25일으로 재배기간이 87일 줄어드는 결과를 나타내 었으며, RCP 8.5 시나리오는 RCP 4.5 시나리오에 비해 마늘의 재배기간 감소가 더욱 크게 나타났다. 이와 같이 기후변화 시나리오(RCP 4.5와 8.5)에 따른 마늘의 파종 및 수확적기 분석 결과는 예외없이 마 늘의 재배기간의 단축을 나타 내었고, 이는 향후 생 산량 감소 및 짧은 구비대 기간으로 인한 상품성 하 락 등의 영향을 끼칠 것으로 예측된다.

    병충해 발생시기의 변화 예측

    Park and Cha (1995), Kim et al. (2005), Lee and Lee (2005) 등은 온도와 토양습도가 마늘 흑색썩음균 행병 발생에 미치는 영향을 규명한 바 있는데 이에 따르면 기온이 20°C일때 가장 높은 발병을 보이며 15°C 이하와 25°C 이상의 온도조건에서는 발병이 억 제되고. 토양습도는 15%에서 가장 발병이 잘되며 13% 이하 일 때와 17% 이상 일 때는 병 발생이 현 저히 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 이를 근거로 마늘 흑색썩음균핵병이 발생하는 기상 조건을 Table 3과 같이 제시하였다.

    서산 및 태안의 기후변화 시나리오(RCP 4.5와 RCP 8.5) 자료를 이용하여 미래 마늘 흑색썩음균핵 병 발생 시기의 변화를 예측해보았다. 이때 토양습도 는 2014년도 서산 지방기상청의 일평균 강수량과 최 고기온을 이용하여 다음과 같이 예측 회귀식을 구하 여 RCP 시나리오에 적용하였다. Fig. 6

    Soil humidity (%)=14.752+0.18*daily mean precipitation (mm)−0.108*maximum air temp. (°C) (R2 =0.31)

    기후변화 시나리오에 따른 미래 서산·태안지역의 흑색썩음균핵병 발생일은 Fig. 7과 같이 두 시나리오 모두 발생 시기가 현재보다 앞당겨질 것으로 예측되 었다. 특히 RCP 4.5 시나리오보다 RCP 8.5 시나리 오에서 더 큰 감소세를 보였는데 이는 향후 마늘 재 배기간 동안 흑색썩음균핵병이 더 일찍 발병하여 더 오랜 생육시기동안 해를 가할 수 있는 것으로 나타 나 마늘 재배에 있어 부정적인 영향을 끼칠 것으로 분석되었다.

    고자리파리는 양파, 파, 마늘 등의 주요 해충으로 알려져 있으며 작물의 뿌리를 가해하므로 생산량에 큰 피해를 준다(Song et al., 2001). 곤충의 경우 대 부분 발육영점온도와 유효적산온도가 발생에 밀접한 관련이 있는데 Lee et al. (2000)은 23°C를 경계로 이보다 높은 온도에서 고자리파리의 부화 및 우화가 저해됨을 밝힌 바 있는데, 23°C 이상의 조건에서는 발생이 지연 및 정지되며 한여름동안 하면을 하다가 23°C를 기점으로 이하가 될 경우 발생이 유지되게 된다고 보았다. 또한 Table 4와 같이 고자리파리의 발육영점온도와 유효적산온도를 실험에 의해 규명한 바 있다.

    고자리파리는 알에서 부화된 애벌레가 뿌리 쪽으로 이동하여 가해하므로 애벌레 발생 기간 전에 방제하 면 피해를 줄일 수 있다. Table 4의 온도 조건에서 발육영점온도인 7.1를 넘어가게 되면 고자리파리의 알이 발생을 시작하며 유효일수가 28.1DD에 근접했 을 때 유충이 발생한다. 이로부터 평균기온 178.5 DD의 유효적산온도 도래 시까지가 유충 발생 기간인 것으로 볼 수 있다. 2015년 1-8월의 서산의 평균기온 (°C)으로 고자리파리의 발육영점온도와 유효적산온도 조건에 따른 마늘 고자리파리 발생 시기를 구하였는 데 3월 16일에 알 발생 발육영점온도에 도래하였으 며 3일이 지난후인 3월 19일에 유충으로 발생하였다. 따라서 3월 19일 이후의 유효적산온도를 구하면 고 자리파리의 애벌레 기간을 알 수 있으며 이를 Fig. 8 에 나타내었다. 결과적으로 유충 기간은 3월 19일-4 월 8일까지인 것으로 나타났고, 이는 실제 서산·태안 지역의 마늘 고자리파리 피해 발생시기인 3월 말-4월 초와 일치하는 것으로 조사되었다.

    마늘 재배 생산량관련 기상·기후정보의 활용에 따른 경제적 가치 분석

    서산의 단위면적 당 마늘 생산량(ka/10a)과 마늘 생육시기를 파종기(10-11월), 월동기(12-1월), 잎출현 기(2-3월), 추대기(4-6월)로 구분하여 각 생육시기별 서산의 평균기온(°C), 최저기온(°C), 최고기온(°C), 월 평균 누적강수량(mm), 평균 상대습도(%), 누적일조 시간(hr), 월평균풍속(m/s) 자료를 이용하여 통계적으 로 분석하였다. 자료의 기간은 1989-2013년이며 2000 년, 2001년, 2003년은 생산량 통계값의 오류로 인하 여 제외하였다.

    상관분석 결과에서 상관계수가 0.4 이상이면서 유 의한 생육시기별 기상요소로는 월동기 평균기온, 최 저기온, 최고기온이 음의 상관관계를 나타내었으며, 월동기 평균풍속과 파종기의 평균풍속, 잎 출현기의 평균풍속, 추대기 평균풍속 및 상대습도는 양의 상관 관계를 나타내었다. 이들 생육시기별 기상요소 자료 에서 다중공선성을 고려하여 단위면적당 마늘 생산량 의 회귀식을 구하였으며 결과는 Table 5에 나타내었 다. 회귀분석 결과 단위면적당 마늘 생산량(kg/10a)은 월동기 최저기온이 낮고 추대기 누적강수량이 적을수 록 증가하는 경향을 보이며 월동기 평균풍속이 강할 수록, 추대기 평균상대습도가 클수록 증가하는 것으 로 나타났다. 마늘 생산량의 회귀식은 다음과 같으며 월동기 최소온도, 월동기 풍속, 추대기 누적강수량, 추대기 평균상대습도가 유의한 인자임을 알 수 있다. 이들 자료를 이용하여 추정한 마늘 생산량과 실제 생산량은 Table 6에 비교하여 제시하였다.

    Product of garlic (kg/10a)= −1748.944−62.491WT +231.320WW−1.446CAP+27.746CRH (R2 =0.79)

    • WT: the minimum air temp. (°C) of a wintering time

    • WW: the mean wind speed (m/s) of a wintering time

    • CAP: the accumulated precipitation (mm) of a corpulent time

    • CRH: the mean relative humidity (%) of a corpulent time

    마늘 생육 시기별 기상·기후정보를 활용한 경제적 가치 분석으로서 생산유발 효과는 기상·기후정보의 투입으로 인한 마늘 생산량으로 설명할 수 있는데, 단위면적당 마늘 생산량과 이들 기상·기후정보 구성 요소간의 변화 민감도로써 추정할 수 있다. 앞서 구 한 Table 5 모형요약의 결정계수(R2 )에 따르면 단위 면적당 마늘 생산량의 회귀식에서 월동기 최저기온은 전체 마늘 생산량의 45.3%를 설명할 수 있으며, 여 기에 월동기 평균풍속을 포함할 경우 추가로 13.0% 증가, 추대기 누적강수량이 더 추가될 경우 7.5% 증 가, 추대기 평균 상대습도가 추가될 경우 13.6%를 추가로 설명할 수 있다. 따라서 생육시기별 기상요소 에 따른 단위 면적당 마늘의 생산량은 전체의 79.4% 를 설명할 수 있는 것으로 분석되었다.

    이를 바탕으로 Table 6의 연도별 단위면적당 마늘 생산량의 실제값과 예측값이 유사한 2010년도의 자 료에 근거하여 각 변수들의 변화민감도를 확인함으로 써 해당 기상요소의 상대적 생산 변화량을 추정하였 다. 월동기 최저기온 변화량에 따른 생산량 변화 민 감도를 파악하기 위해 Table 6에서 최저기온 최소값 인 2013년의 최저기온 −7.2°C를 회귀식에 대입하였 을 때, 생산량은 1106.7 kg/10a로 산출되었으며 이는 2010년 마늘 생산량 1000 kg/10a에 대해 10.7% 변 화를 나타내었다. 월동기 평균풍속 변화량에 대한 생 산량 변화 민감도 분석에서도 평균풍속 최대값인 2011년의 평균풍속 3.0 m/s을 회귀식에 대입했을 때, 마늘 생산량은 1080.5 kg/10a로 2010년 마늘 생산량 에 대해 8.1%의 변화를 나타내었다. 한편 추대기 누 적강수량의 최소값인 2012년의 73.0 mm를 회귀식에 대입했을 경우 생산량은 1034.2 kg/10a로 산출되었으 며 이는 2010년 마늘 생산량 1000 kg/10a에 대해 3.4% 변화를 나타내었다. 또한 추대기 상대습도 최대 값인 2013년의 상대습도 78.2%를 회귀식에 대입했을 때 마늘 생산량은 1201.6 kg/10a로 2010년 마늘 생산 량에 대해 20.2%의 변화를 나타내었다.

    이에 따라 생육시기별 기상·기후정보이용에 따른 생산유발효과를 Table 7에 제시하였는데, 기상 및 기 후 인자 변화에 따른 단위 면적당 마늘 생산량(kg/ 10a)은 약 89.1 kg/10a, 기타 병충해 방제시기 및 농 약사용 횟수 저감을 위한 정보제공에 따른 단위 면 적당 마늘 생산량을 약 10%로 가정할 경우 약 20.6 kg/10a으로 추정되었다. 따라서 생육시기별 기상·기 후정보이용 유무에 따른 마늘 생산유발효과는 기상· 기후정보에 따라 최대 8.9%를, 병충해 및 농약시기 정보제공을 모두 고려할 경우 전체 생산량의 약 11% 를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

    Table 7의 마늘 생육시기별 기상·기후정보요소에 따른 생산량을 이용하여 기상·기후정보를 이용한 사 전대비가 주는 간접적 효과에 대한 경제적 가치를 정량적으로 제시하였다. 앞에서 기상·기후정보로 인 한 생산유발효과를 분석하여 약 9%의 추가 생산량이 발생하였으므로, 농촌경제연구원의 마늘 도매 단가 2,500-5,000원/kg을 적용하여 경제적 가치를 분석하였 다. 그 결과는 Table 8에 제시하였는데, 마늘 재배 시 기상·기후정보를 활용하였을 경우 60,422.1- 183,451.3백만 원의 경제적 효과가 있을 것으로 분석 되었다.

    결 론

    본 연구는 통계자료의 분석을 통해 마늘 주산지인 서산·태안 지역의 기상·기후 특성과 기후변화 추세 를 파악하였다. 이를 바탕으로 향후 마늘 파종 및 수 확 적기와 병충해 발생 시기를 예측하였고, 마늘 재 배 농가에서 이들 기후정보를 제공했을 때 발생할 수 있는 마늘 생산량의 경제적 가치를 분석하였다. 이들 결과를 요약하면 다음과 같다.

    첫째, 마늘 재배지인 서산·태안 지역은 겨울철 평 균 기온이 영하 12°C로 다른 마늘 재배 지역에 비해 낮고 동시에 풍속도 강해 한지형 마늘의 인편분화에 유리한 저온 요구도가 높은 것으로 나타났고, 구비대 기인 5월의 누적강수량은 감소하여 편 마늘이 생육 하기에 적합한 것으로 나타났다. 하지만 서산·태안 지역은 수확기 때 누적강수량과 상대습도뿐만 아니라 평균 기온과 풍속도 증가 추세에 있어 병충해 및 풍 해의 증가와 함께 한지형 마늘의 재배지가 줄어들 것으로 예상된다.

    둘째, 서산·태안 지역 한지형과 난지형 마늘의 파 종 및 수확적기의 기온 조건을 도출하여 기후변화 시나리오 RCP 4.5와 8.5에 적용한 결과, 한지형과 난지형 마늘 모두 파종적기는 늦어지고 수확적기는 빨라져 추후 100년 동안 재배기간이 50-90일 정도 짧아지는 것으로 나타났다. 참고로 2015년 한지형 마 늘의 파종적기는 10월 중순부터 11월 초순에, 난지형 마늘의 경우는 대부분 9월 하순에 파종을 끝내는 것 으로 조사되었다. 또한 한지형 마늘의 수확적기는 6 월 중순에, 난지형 마늘의 경우는 5월 하순에 수확을 시작하는 것으로 나타났다.

    셋째, 서산·태안지역의 평균기온(°C)과 토양습도 (%)의 기상조건을 이용하여 마늘 흑색썩음균핵병의 발생 시작 일을 도출하였으며, 이를 근거로 서산 및 태안의 기후변화 시나리오(RCP 4.5와 RCP 8.5) 자 료에 적용한 결과 마늘 흑색썩음균핵병 발생일은 두 시나리오 모두 현재보다 앞당겨 지는 것으로 나타났 다. 한편 마늘 고자리파리의 각 생애별 발육영점온도 와 유효적산온도 조건을 이용한 마늘 고자리파리 발 생 시기를 도출한 결과, 발생 피해가 큰 유충 기간은 2015년의 경우 3월 19일4월 8일까지인 것으로 나타 났으므로 이에 대한 사전예방이 가능한 것으로 판단 된다.

    넷째, 서산·태안지역의 단위면적 당 마늘 생산량 (ka/10a)과 마늘 생육시기별 서산의 기후자료를 이용 한 회귀분석 결과, 단위면적당 마늘 생산량은 월동기 최저기온이 낮고 추대기 누적강수량이 적을수록 증가 하는 경향을 보이며 월동기 평균풍속이 강할수록, 추 대기 평균상대습도가 클수록 증가하는 것으로 나타났 다. 그리고 이 회귀식을 근거로 생육시기별 기후정보 이용 유무에 따른 마늘 생산유발효과는 약 9%로 나 타났으며, 이에 따른 경제적 가치는 60,422.1-183,451.3 백만 원으로 분석되었다.

    기후변화의 영향으로 작물재배에 있어 기상·기후 정보가 미칠 영향이 앞으로 더욱 커질 것이라는 것 은 누구나 예측할 수 있는 사실이지만 이에 대한 체 계적인 대응방안은 아직 미비한 수준이다. 이상고온 현상이나 가뭄 등으로 인한 작물의 발육 부진, 강수 량 증가에 따른 병충해 증가 등의 작물 피해를 최소 화 하는 일이 무엇보다 시급하다. 이를 위해서 기후 변화로 인한 작물의 생산성, 재배적지 변화 등에 대 한 과학적이고 체계적인 연구가 이루어져 지역 농민 들에게 연구 성과를 지속적으로 제공해야 하며 궁극 적으로 지역의 기상·기후 특성과 작물 재배특성을 고려한 맞춤화된 기후정보를 제공하여 농민들 스스로 기후변화에 능동적으로 대응할 수 있도록 역량을 길 러줄 수 있는 기회가 마련되어야 할 것이다. 더 나아 가 지속가능한 기후변화에의 대응을 위하여 지역을 기반으로 하는 기후변화교육 프로그램이 마련되어 기 후변화가 우리의 삶에 이미 밀접한 영향을 끼치고 있으며, 이를 극복하기 위해 모두가 관심을 기울이고 실천방법을 찾아나가야 함을 깨닫는 것이 중요할 것 으로 사료된다.

    Figure

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    Moving average of 7 days of meanair temperature from 1984 to 2013 at Sesan.

    JKESS-39-419_F2.gif

    Yearly time series of mean air temperature (a), accumulated precipitation (b), relative humidity (c), daylight hours (d), and wind speed (e) for the period from 1984 to 2013 at Sesan.

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    Time series of seedtime (a)-(c) and harvest time (b)-(d) of garlic of northern type (upper two panels) and southern type (lower two panels), respectively, from 1980 to 2015 at Sesan and Taean.

    JKESS-39-419_F4.gif

    Same as Fig. 3 except for from 2001 to 2100 as the RCP 4.5 scenario at Sesan and Taean.

    JKESS-39-419_F5.gif

    Same as Fig. 3 except for from 2001 to 2100 as the RCP 8.5 scenario at Sesan and Taean.

    JKESS-39-419_F6.gif

    A favorable time of garlic white rot according to the meteorological condition such as air temperature (°C) and water contents (%) at Sesan and Taean.

    JKESS-39-419_F7.gif

    Time series of appearance day of garlic white rot predicted by RCP 4.5 (a) and 8.5 (b) scenario at Sesan and Taean.

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    A favorable time for garlic delia platura according to the meteorological condition at Sesan and Taean.

    Table

    Year and seasonal variations of meteorological factors for the period from 2008 to 2013 at garlic product area in Korea

    Meteorological condition of seedtime and harvest time of garlic at Sesan and Taean

    Meteorological condition of garlic white rot at Sesan and Taean

    Developmental threshold temperature and effective accumulated air temperature of garlic delia platura

    Results of regression analysis between product of garlic and meteorological and climatical factors from 1989 to 2013 at Sesan and Taean

    Annual variation of product of garlic predicted from the regression equation using meteorological and climatical factors from 2002 to 2013 at Sesan and Taean

    The effect of product of garlic due to meteorological factors from 2002 to 2013 at Sesan and Taean

    The economical evaluation of product of garlic due to meteorological information from 2001 to 2013 at Sesan and Taean

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