농경지 토지이용변화 매트릭스 구축 및 공간분포 변화를 반영한 농경지 토양탄소 저장량 변화 산정 연구 = Study on the Construction of Agricultural Land Use Change Matrix and the Estimation of Soil Carbon Storage Changes Reflecting Spatial Distribution Variations

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 환경부 토지피복도를 기반으로 농경지(논, 밭, 과수)토지이용 매트릭스를 구축하고, 농경지 전환에 대한 공간분포를 반영한 토지이용 변화가 토양유기탄소(SOC)저장량변화에 미치는 영향을 정량적으로 산정하고자 하였다. 기존 국가 온실가스 인벤토리 산정 방식은 농업총면적조사 등 통계 기반 자료를 활용하여 농경지의 순면적 변화만을 계산하기 때문에, 농경지가 타 용도로 전환되거나 타 용도가 농경지로 편입되는 실제 공간 기반 변화와 그로 인한 탄소 손실·흡수량을 반영하지 못하는 한계를 가지고 있다. 또한, 기존 IPCC기반 SOC 산정은 논·밭·과수의 차이를 고려하지 않은 ‘농경지’ 단일 범주의 분석이 주를 이루어 실제 전환 유형별 탄소 변화의 다양성을 설명하기 어렵다. 본 연구는 이러한 한계를 보완하고자 농경지 세부 범주를 논·밭·과수·시설재배지로 세분화한 뒤, Tier 1 및 Tier 2 계수를 적용하여 세부 전환 유형별 공간적인 분포를 반영한 SOC 변화를 분석하였다. 연구 방법으로는 토양도 기반 SOCREF, BD, 토심 정보를 활용하여 SOC 변화를 계산하였으며, 토지이용 매트릭스를 통해 농경지 유지, 농경지에서 타토지 전용, 타토지에서 농경지로 전용, 농경지 간의 전환 등을 세분화하여 전환 유형별 공간분포를 반영한 SOC 저장량 변화를 정량화하였다. 농경지 토지이용변화 매트릭스를 통해 2007년과 2024년의 비교 결과 전국적으로 논면적은 감소하고 밭, 과수 면적은 증가하는 추세를 보였다. 그중 경상도지역에서 밭 면적의 증가폭이 가장 크게 나타났으며, 본 연구에서는 경상도지역에서도 밭, 과수의 증가폭이 큰 경주시와 산청군을 대상으로 토지이용변화의 공간분포를 반영한 농경지 토양탄소 저장량 변화 산정 연구를 수행하였다. 경주시는 농경지(2019년)에서 정주지(2024년)로의 전용이 집중되어 SOC 배출이 크게 나타났으며, 특히 논에서 정주지로 전환되면서 토양탄소 흡수량이 크게 감소한것으로 확인되었다. 반면 산청군은 농경지 확장이 이루어진 지역으로 정주지에서 농경지 전환 구간에서 SOC 증가가 나타났으나, 농경지 내부 전환에서는 논에서 밭·과수·시설재배지 전환이 공통적으로 SOC 흡수량 감소를 유발하였다. 또한 2024–2044년을 대상으로 한 미래 가상 시나리오에서는 토지이용 변화가 없는 조건에서도 관행경운을 무경운으로 전환하고 유기물 투입을 강화할 경우, 논과 밭 등 주요 농경지에서 장기적인 SOC 흡수가 크게 증가하는 것으로 나타나 향후 농경지 영농관리를 통한 온실가스 배출량 감소량을 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 단순 면적 기반 접근을 넘어 공간 기반 토지전용 매트릭스를 활용하여 농경지(논, 밭, 과수, 시설재배지)에서 SOC 흡수, 배출에 대한 공간분포를 직접 규명함으로써 기존 국가 온실가스 인벤토리의 구조적 한계를 보완하였다. 향후 관리전략으로 유기물(퇴비) 투입이 고려될 수 있으며, 이에 따라 퇴비 야적에 대한 체계적인 관리방안이 함께 마련되어야 한다. 연구 결과는 향후 농경지 탄소수지 산정의 정밀도 향상, 전환 유형별 관리 우선순위 설정, 그리고 토양 관리 중심의 농업 탄소중립 정책 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 특히 농경지 감소가 구조적으로 지속되는 상황에서, 남아 있는 농경지의 관리계수(FMG)와 투입계수(FI)를 개선하여 SOC 흡수량을 극대화하는 전략이 향후 농업 부문 탄소흡수 확대의 핵심이 될 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study constructed a cropland (paddy fields, dry fields, and orchards) land-use matrix using the MOE Land Cover Map (Level-3 classification) and quantified changes in soil organic carbon (SOC) associated with land-use conversion, with an emphasis on capturing the spatial distribution of cropland transitions. Existing national greenhouse gas inventory (NIR) methodologies primarily rely on statistical data such as the Agriculture Census and therefore compute only the net change in total cropland area. As a result, they fail to account for spatially explicit transitions—such as cropland conversion to non-agricultural land or encroachment of cropland
by other land types—and the associated carbon losses or gains. Furthermore,conventional IPCC-based SOC estimation methods treat cropland as a single category without distinguishing differences among paddy fields, dry fields, orchards, and greenhouse cultivation, limiting the ability to represent the diversity of SOC outcomes across transition types. To address these limitations, this study subdivided cropland into paddy fields, dry fields, orchards, and greenhouse cultivation, and applied Tier 1 and Tier 2 factors to spatially estimate SOC changes for each specific transition pathway. SOCREF, bulk density, and soil depth information from the national soil map were applied to calculate SOC values, and the land-use matrix enabled detailed quantification of SOC increases or decreases across categories including cropland retention, cropland-tonon-cropland conversion, non-cropland-to-cropland conversion, and cropland-tocropland transitions. Based on the national matrix comparing 2007 and 2024, paddy fields showed a declining trend nationwide while dry fields and orchards generally increased. Among these trends, Gyeongsang Province exhibited the largest increases in dry fields and orchards, and Gyeongju-si and Sancheong-gun—regions with both large cropland area and pronounced increases in dry fields and orchards— were selected as case study sites. In Gyeongju-si, substantial conversion from cropland (2019) to built-up areas (2024) resulted in notable SOC losses, with paddy-field reductions contributing prominently to carbon emissions. Conversely, Sancheong-gun experienced cropland expansion, leading to SOC gains in areas converted from built-up land to cropland. However, cropland internal transitions in Sancheong-gun—particularly from paddy fields to dry fields, orchards, or greenhouse cultivation—generally resulted in SOC decreases. A future scenario analysis for 2024–2044, assuming no additional land-use change,
demonstrated that shifts in management practices could significantly enhance longterm SOC sequestration. Conversion from conventional tillage to no-till management and increased organic material inputs (e.g., compost application) resulted in substantial SOC gains, particularly in paddy fields and dry fields. These results underscore that even under continued structural declines in cropland area, improvements in cropland management can serve as an important strategy for strengthening national carbon sinks. This study goes beyond simple area-based accounting by applying spatially explicit land-use transition matrices to directly identify SOC emissions and sequestration across detailed cropland categories. In doing so, it complements structural limitations of the current national greenhouse gas inventory. As a potential future management strategy, the use of organic amendments such as compost may contribute to SOC enhancement, highlighting the need for systematic management of compost storage areas. The findings provide valuable scientific evidence for improving the accuracy of cropland carbon-balance estimation, establishing priority areas for transition-specific management, and supporting soil-focused agricultural carbon-neutral policies. In particular, given the ongoing structural decline in cropland area, optimizing management factors (FMG) and input factors (FI) for remaining cropland will be essential for maximizing SOC sequestration in the agricultural sector.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 문 헌 조 사 4
• 2.1. 토지이용변화에 따른 토양유기탄소 변화에 관한 연구 4
• 2.2. 토지피복도 기반 토지이용변화 분석과 LULUCF 인벤토리의 한계 6
• 2.3. 농경지 관리와 SOC 변화 연구 8
• 2.4. 원격탐사 기반 토양환경 정보 및 축분 탐지 연구 10
• Ⅲ. 방 법 론 12
• 3.1. 토지이용 매트릭스 구축을 위한 공간정보자료의 선정 12
• 3.1.1 팜맵, LX 맵, 위성영상, 환경부 토지피복도 비교 12
• 3.1.2 환경부 토지피복도 중분류 및 세분류 비교 16
• 3.1.3 토양도 20
• 3.2. 농경지(논, 밭, 과수, 시설)토지이용변화 매트릭스 구축 23
• 3.3. 농경지 SOC 흡수, 배출량 산정방법 28
• 3.4. 농경지 토양탄소 증가를 위한 영농기술 적용 시나리오 30
• 3.5. 농경지 관리방안 (야적퇴비 탐지) 33
• Ⅳ. 결 과 34
• 4.1. 환경부 토지피복도 중분류 기반 장기 농경지 변화 경향 분석(전국) 34
• 4.2. 농경지 변화 집중 지역 대상 토지이용 매트릭스 분석 35
• 4.2.1 경주시 대상 농경지 토지이용 변화 매트릭스 구축 35
• 4.2.2 산청군 대상 농경지 토지이용 변화 매트릭스 구축 38
• 4.3. 토지이용 변화에 따른 농경지 SOC 흡수, 배출량 분석 41
• 4.3.1 경주시의 농경지 SOC 변화 특성 42
• 4.3.2 산청군의 농경지 SOC 변화 특성 45
• 4.4.농경지 토양탄소 증가 영농기술 적용 시나리오 분석 결과 48
• 4.4.1 경주시 시나리오 분석결과 49
• 4.4.2 산청군 시나리오 분석결과 51
• 4.5 비료 관리 향상을 위한 축분 탐지 결과 및 고찰 52
• Ⅴ. 결 론 55
• 참 고 문 헌 58