양파 생산성과 생산 변동성에 대한 영향요인 분석 : 기후변화를 고려한 기상요인과 질소질 비료를 중심으로 = Analysis of Factors Affecting Onion Yield and Yield Variability:Focusing on Meteorological Factors under Climate Change and Nitrogen Fertilizer

국문 초록 (Abstract)

최근 기후변화로 인한 기온 상승과 강수의 불규칙한 변화는 농업 생산성과 생산 변동성에 부정적인 영향을 미치고 있으며, 이에 대응한 작물별 재배 전략 마련의 중요성이 점차 커지고 있다. 특히 노지에서 재배되는 작물은 기후변화에 직접적으로 노출되기 때문에 기상요인이 작물 생산에 미치는 영향을 체계적으로 파악하는 것이 필요하다.
이에 본 연구는 우리나라 대표적인 노지재배작물인 양파(Allium cepa L.)를 대상으로, 생산단수의 평균과 분산(변동성)에 영향을 미치는 주요 기상요인과 질소질 비료의 효과를 정량적으로 분석하였다. 기후변화로 인한 농업 생산의 불확실성이 확대되고 있는 가운데, 본 연구는 생산성과 생산 변동성에 영향을 미치는 주요 기상요인을 실증적으로 규명하고, 질소질 비료의 적정 시비 수준을 도출함으로써, 향후 기후변화 대응과 지속가능한 재배 및 시비 전략 수립을 위한 실증적 근거를 마련하는 데 목적이 있다.
분석 대상은 주요 주산지인 전라남도와 경상남도의 양파 생산단수로 설정하였으며, 생산자료는 통계청「농작물생산조사」, 기상자료는 기상청「종관기상관측」, 영농투입재 자료는 통계청「농축산물생산비조사」를 활용하였다.
분석 방법으로는 Just and Pope(1978, 1979)의 확률적 생산함수 모형을 적용하여 평균함수와 분산함수를 구조적으로 분리하고, 분산함수로 부터 도출된 조건부 분산을 바탕으로 평균함수를 FGLS 방식으로 재추정하였다. 분산함수를 추정한 결과, 두 지역 모두에서 질소질 비료와 시간지표의 상호작용항 및 그 제곱항이 분산함수에 통계적으로 유의하게 나타났다. 비료량이 증가할수록 생산 변동성이 일정 수준까지 증가하다가 이후에는 오히려 감소하는 역 U자형 (∩)구조의 형태를 보였다.
FGLS 방식으로 평균함수를 재추정한 결과, 두 지역 모두에서 기상변수인 경엽신장기의 GDD, 구 비대기의 평균 최고기온이 통계적으로 유의하였다. 질소질 비료와 시간지표의 상호작용항과 그 제곱항 역시 유의하였는데, 비료 투입량이 증가할수록 생산성이 일정 수준까지 증가하다가 그 이상에서는 생산성을 감소하는 역 U자형 (∩)구조의 형태를 보였다. 연도별·지역별 생산단수 최대화를 위한 최적 투입량을 도출한 결과, 두 지역 모두에서 시간이 지남에 따라 최적 투입량이 점차 감소하는 양상을 나타냈다. 이는 단순한 시비량 감소라기보다는 시비효율 향상, 재배기술의 발전, 유기질 비료 사용증가 등 다각적 요인이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다.
본 연구는 생육 단계별 기상요인과 영농투입재의 물량을 반영한 생산함수 분석을 통해 양파의 생산성 제고와 생산 변동성 감소를 위한 실증적인 기초자료를 제시하였다. 분석 결과는 과잉 시비로 인한 환경문제 완화와 맞춤형 비료 관리 전략 수립, 기후변화에 대응하는 지속가능한 생산 전략 마련에 있어 실질적인 시사점 제시에 활용되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recent increases in temperature and irregular changes in precipitation due to climate change have had negative impacts on agricultural yield and yield variability, underscoring the growing importance of developing crop-specific cultivation strategies. Field-grown crops are particularly vulnerable to climate change, making it essential to systematically analyze how meteorological factors affect crop production.
This study quantitatively examines the effects of major meteorological variables and nitrogen fertilizer on the mean and variability(variance) of onion(Allium cepa L.) yields, one of the representative field-grown crops in South Korea. In response to the growing uncertainty in agricultural production caused by climate change, this research aims to empirically identify key meteorological factors affecting both yield and yield variability, to derive optimal nitrogen application rates for effective fertilization strategies, to support sustainable cultivation strategies, and to contribute to climate change adaptation in agriculture.
The analysis focuses on onion yield data from two major production regions—Jeollanam-do and Gyeongsangnam-do. Yield data were obtained from Statistics Korea, meteorological data from the Korea Meteorological Administration, and input data from Statistics Korea.
The stochastic production function model of Just and Pope (1978, 1979) was applied to structurally separate the mean and variance functions. The mean function was re-estimated using the FGLS (Feasible Generalized Least Squares) method based on the conditional variance derived from the variance function. The estimation results show that, in both regions, the interaction between nitrogen fertilizer and time, along with its squared term, had a statistically significant effect on yield variability. Yield variance exhibited an inverted U-shaped (∩) relationship with nitrogen input—initially increasing and then decreasing beyond a certain level of application.
In the FGLS estimation of the mean function, meteorological variables such as GDD(Growing Degree Day) during the stem and leaf growing stage and average maximum temperature during the bulb hypertrophying stage were statistically significant. The interaction between nitrogen input and time, including its squared term, was also significant, and showed an inverted U-shaped (∩) relationship, indicating that yield increased with nitrogen input up to a certain point before declining. The optimal nitrogen rates for maximizing yield by year and region showed a gradual decline over time. This trend is interpreted not as a mere reduction in fertilizer use, but as a result of improved fertilizer use efficiency, advancements in cultivation technology, and increased use of organic fertilizers.
This study provides empirical evidence through a production function analysis that incorporates stage-specific meteorological factors and input levels, offering practical implications for enhancing both yield and yield variability in onion cultivation. The findings contribute to reducing environmental issues caused by over-fertilization, establishing customized fertilizer management strategies, and developing sustainable production systems in the face of climate change.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제 2 절 선행연구 3
• 1. 양파의 생산과 기상요인 관계 분석 선행연구 3
• 2. 양파의 생산과 비료 관계 분석 선행연구 5
• 3. 분석 방법 관련 선행연구 5
• 제 3 절 논문의 구성 6
• 제 2 장 양파 생산현황과 생리 및 재배 특성 7
• 제 1 절 우리나라 양파 생산현황 7
• 제 2 절 양파 생리 및 재배 특성 21
• 1. 양파의 유래 및 건강 기능성 21
• 2. 양파의 생리적 특성 22
• 3. 양파의 재배환경 22
• 4. 가을뿌림 작형 재배기술 23
• 제 3 장 분석 방법 및 분석 자료 29
• 제 1 절 분석 방법 29
• 1. Just and Pope 확률적 생산함수 29
• 2. 분석 모형 33
• 제 2 절 분석 자료 35
• 제 4 장 분석 결과 49
• 제 1 절 평균함수 추정 49
• 제 2 절 분산함수 추정 52
• 제 3 절 FGLS 활용 평균함수 재추정 61
• 제 5 장 결론 77
• 참고문헌 80
• Abstract 83