LCA (Life Cycle Assessment) for Evaluating Carbon Emission from Conventional Rice Cultivation System: Comparison of Top-down and Bottom-up Methodology

We established a top-down methodology to estimate carbon footprint as national mean value (reference) with the statistical data on agri-livestock incomes in 2007. We also established LCI (life cycle inventory) DB by a bottom-up methodology with the data obtained from interview with farmers from 4 large-scale farms at Gunsan, Jeollabuk-do province to estimate carbon footprint in 2011. This study was carried out to compare top-down methodology and bottom-up methodology in performing LCA (life cycle assessment) to analyze the difference in GHGs (greenhouse gases) emission and carbon footprint under conventional rice cultivation system. Results of LCI analysis showed that most of $CO_2$ was emitted during fertilizer production and rice cultivation, whereas $CH_4$ and $N_2O$ were mostly emitted during rice cultivation. The carbon footprints on conventional rice production system were 2.39E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ by top-down methodology, whereas 1.04E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ by bottom-up methodology. The amount of agro-materials input during the entire rice cultivation for the two methodologies was similar. The amount of agro-materials input for the bottom-up methodology was sometimes greater than that for top-down methodology. While carbon footprint by the bottom-up methodology was smaller than that by the top-down methodology due to higher yield per cropping season by the bottom-up methodology. Under the conventional rice production system, fertilizer production showed the highest contribution to the environmental impacts on most categories except GWP (global warming potential) category. Rice cultivation was the highest contribution to the environmental impacts on GWP category under the conventional rice production system. The main factors of carbon footprints under the conventional rice production system were $CH_4$ emission from rice paddy field, the amount of fertilizer input and rice yield. Results of this study will be used for establishing baseline data for estimating carbon footprint from 'low carbon certification pilot project' as well as for developing farming methods of reducing $CO_2$ emission from rice paddy fields.

관행농 쌀 생산체계의 탄소배출량 평가를 위한 전과정평가: top-down 방식의 국가평균값과 bottom-up 방식의 사례분석값 비교

본 연구진은 2007년 농진청과 통계청에서 수집한 농축산물소득자료 통계 값으로 국가평균 탄소성적을 산정하는 top-down 방식의 자료수집 방법을 구축하였다. 또한, 본 연구진은 2011년 전북 군산 지역 관행농 쌀 생산 농가 중 벼 평균 재배면적이 3.3 ha인 네 곳의 대규모 생산농가를 섭외하여 면접조사로 사례를 분석하는 bottom-up 방식의 전과정 목록 (LCI, life cycle Inventory)도 구축하였다. 본 연구는 관행농 쌀 생산체계에 대한 전과정 평가를 국립농업과학원에서 구축한 top-down 방식과 사례분석을 통한 bottom-up 방식으로 수행한 결과를 비교하기 위하여 수행되었다. 전과정 목록분석 결과 $CO_2$은 무기질 비료 생산과 벼 재배과정에서 배출량이 가장 많았고, $CH_4$와 $N_2O$은 대부분 벼 재배과정에서 배출되었다. 관행농 쌀 1 kg 생산을 기준으로 하는 탄소성적은 국가평균값이 2.39E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$, 사례분석이 1.04E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$으로 국가평균 탄소성적이 사례분석보다 높았다. 쌀 생산 전과정에 투입되는 농자재량은 국가평균과 사례분석이 유사하거나 오히려 사례분석이 더 높게 나타났으나 작기 당 수확량이 높아 사례분석의 탄소성적이 유리한 결과가 나왔다. 관행농 쌀 생산체계에서 각 생산공정별 환경영향을 분석한 결과 화학비료 생산단계가 대부분의 환경영향범주에서 기여도가 가장 높게 나타났으나, GWP 범주는 벼 재배에 의한 환경영향 기여도가 가장 컸다. 관행농 쌀 생산에서 탄소성적을 결정하는 주요 요인은 논토양에서 발생하는 메탄가스와 비료투입량 및 벼 수확량이었다. 본 연구 결과는 향후 '농산물 저탄소인증' 시범사업에서 배출량 산정을 위한 기초자료와 벼논에서 온실가스를 줄이기 위한 영농법 개발에 활용될 것으로 기대된다. '저탄소 농산물 인증제도' 시범사업의 성공을 위해서 쌀을 포함한 농작물에 대한 실제 농가를 대상으로 하는 사례분석 연구가 더욱 늘어나야 할 것이다. 현 단계에서는 자발적인 참여 농가를 대상으로 하여 활동 데이터 수집을 늘리고, 자료의 일관성과 대표성 보완을 위하여 농가의 활동데이터를 수집할 때 모집단 선발과 수집기간 등에 대한 논의가 필요하다. 또한 현재 국립농업과학원에서 구축하고 있는 DB는 2007년 소득자료를 기준으로 하므로 인증사업 시행시 사례분석을 적용할 때 몇 가지 한계와 보완사항이 요구되었다. 첫째, 국가평균 통계와 실제 대상농가 간 품종 및 생산연도에 의한 생산량 차이를 보완하기 위한 가중치 적용 등이 필요할 것으로 판단되었다. 둘째, 현재 국가평균 DB를 기준으로 설정된 시스템 경계에서 육묘 용 상토와 볏짚 및 쌀겨 등 부산물과 수확 후 도정 및 포장 등에 대한 시스템경계 확장 연구 및 이에 관한 LCI DB 구축이 요구되었다.