환경용량

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1. 개요

환경용량은 특정 환경이 장기적으로 유지할 수 있는 최대 개체수를 의미하는 개념이다. 이 용어는 원래 해운 분야에서 화물 수송 능력을 나타내는 데 사용되었으며, 1870년대부터 생물학 분야에서 널리 사용되었다. 생태학에서는 인구의 로지스틱 성장 모델을 통해 설명되며, 개체수의 증가가 환경 용량에 도달하면 성장이 멈추는 현상을 나타낸다. 환경용량은 개체군 생태학, 어업 관리, 농업 및 축산업 등 다양한 분야에 적용되며, 지속 가능한 자원 관리와 밀접한 관련이 있다. 최근에는 인류의 생태 발자국, 행성 경계 등의 개념과 연관되어 지구 환경 변화와 인간의 지속 가능성에 대한 논의에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 환경용량 개념은 인간 사회의 적응력과 기술 발전 등 다양한 요인을 고려하지 못한다는 비판도 존재한다.

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환경용량
환경 용량 개요
정의	환경이 부양할 수 있는 종의 최대 개체수
설명	환경 내에서 자원 가용성과 생태적 요인에 의해 결정되는 생물 개체군의 크기
관련 개념	최대 지속 가능 수확량 생태 발자국 개체군 생태학
개체군 생태학적 관점
기본 원리	특정 환경이 지속적으로 지원할 수 있는 종의 최대 개체수
주요 요인	가용 자원 (식량, 물, 은신처) 환경 조건 종 간의 상호 작용
수학적 모델	로지스틱 성장 모델을 사용하여 설명 가능
로지스틱 성장 모델 수식	dN/dt = rN(1 - N/K) (여기서 K는 환경 용량)
환경 과학적 관점
추가 고려 사항	기후 변화 오염 서식지 파괴
인간 활동의 영향	환경 용량 감소 및 생태계 변화 유발
중요성
생태학적 중요성	생태계의 건강과 안정성을 평가하는 데 중요
보전 노력	종의 장기적인 생존을 보장하기 위해 환경 용량을 이해하는 것이 필수적
도전 과제
환경 용량 추정의 어려움	복잡한 상호 작용과 변화하는 환경 조건으로 인해 정확한 추정이 어려움
불확실성	미래의 환경 변화와 인간 활동의 영향을 예측하기 어려움
인간 환경 용량
정의	지구가 지속 가능한 방식으로 지원할 수 있는 최대 인구
논쟁의 여지	인간의 기술 발전과 소비 패턴으로 인해 논쟁이 많음
주요 요인	자원 고갈 오염 기후 변화
지속 가능한 발전 목표 (SDGs)	인간 환경 용량을 고려하여 지속 가능한 미래를 추구
관련 연구
주제	개체군 역학 자원 관리 보전 생물학 생태 경제학
참고 문헌	관련 학술 논문 및 서적 참고

2. 기원 및 역사

환경용량(Carrying capacity)이라는 용어는 원래 해운에서 화물 수송 능력을 나타내는 말이었다. 2008년의 한 연구에 따르면, 이 용어가 영어로 처음 사용된 것은 1845년 미국 국무장관이 미국 상원에 제출한 보고서였다.^[9]

인구 역학 측면에서 '환경용량'이라는 용어는 1838년 벨기에의 수학자 피에르 프랑수아 뷔르휠스트가 인구 증가 모델링 연구를 바탕으로 방정식을 처음 발표했을 때 명시적으로 사용되지 않았다.^[7] 이후 1870년대에 생물학에서 일반적으로 사용되는 용어가 되었으며, 1900년대 초반에는 야생동물 및 가축 관리에 주로 사용되었다.^[9]

2. 1. 생태학에서의 개념 발전

"환경용량"이라는 용어의 기원은 불확실하지만, 1845년 미국 국무장관이 미국 상원에 제출한 보고서에서 처음 사용되었다는 연구 결과가 있다.^[9] 1870년대에는 생물학에서 일반적으로 사용되기 시작했으며, 1900년대 초에는 야생동물 및 가축 관리에 가장 많이 사용되었다.^[9]

1950년대에 환경용량은 인구 크기와 관련된 자연 시스템의 생물학적 한계를 정의하는 데 사용되는 생태학의 주요 용어가 되었다.^[8]^[9] Hadwen과 Palmer (1923)는 환경용량을 특정 기간 동안 방목할 수 있는 가축의 밀도로 정의했다.^[11]^[12]

1933년 미국의 알도 레오폴드는 야생동물 관리에, 1년 후에는 미국의 습지 전문가 폴 레스터 에링턴이 이 용어를 사용했다. 레오폴드는 주로 방목 동물의 의미로 사용했으며, 에링턴은 '환경용량'을 포식이 '심해지는' 동물 수로 정의했다.^[11]^[13] 1953년 유진 오덤의 생태학 교과서 ''생태학의 기초''는 이 용어를 인구 증가의 로지스틱 모델의 평형 값으로 현대적인 의미로 대중화했다.^[11]^[14]

2. 2. 맬서스주의와 우생학

신맬서스주의와 우생학자들은 1950년대에 지구상에서 유지할 수 있는 인구 수를 설명하기 위해 이 용어를 대중화했다.^[9]

2. 3. 로지스틱 성장 모델

인구 역학에서 환경용량은 로지스틱 성장 모델을 통해 개체군 증가를 설명하는 데 중요한 개념으로 사용된다. 피에르 프랑수아 뷔르휠스트가 제시한 베르훌스트 모델(Verhulst Model)에서 환경용량은 상수 ''K''로 표시된다.^[7]

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN \left(1 - {N\over K}\right),

여기서,

는 개체군
는 고유 자연 증가율
는 지역 환경의 환경 용량
는 시간 에 대한 의 도함수로, 시간 경과에 따른 개체수의 변화율

이 방정식은 개체수 의 성장률을 현재 개체수 크기와 관련시키며, 환경 용량 의 영향을 통합한다. 는 독일어 ''Kapazitätsgrenze'' (용량 한계)에서 유래되었다.

이 방정식은 베르후스트 모델을 수정한 것이다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN - \alpha N^2

^[18]

이 방정식에서 환경 용량 는 다음과 같다.

:

N^* = {r\over\alpha}.

베르후스트 모델을 그래프로 나타내면 시간에 따른 개체수 변화는 시그모이드 곡선 형태를 띠며, 에서 최고 수준에 도달한다. 이것이 로지스틱 성장 곡선이며, 다음과 같이 계산된다.

:

f(x) = {L\over 1 + e^{-k(x-x_0)}},

여기서,

는 자연 로그의 밑수(또는 오일러의 수)
는 시그모이드의 중간점의 값
는 곡선의 최대값
는 곡선의 로지스틱 성장률 또는 가파르기^[19]
$f(x_0) = L/2.$

로지스틱 성장 곡선은 개체수 성장률과 환경 용량이 어떻게 상호 연결되어 있는지를 보여준다. 개체수 크기가 작을 때는 개체수가 기하급수적으로 증가하지만, 개체수 크기가 환경 용량에 가까워지면 성장이 감소하고 에서 0에 도달한다.^[20]

3. 수학적 모델

어떤 개체군이 성장을 멈추는 구체적인 이유는 제한 요인 또는 조절 요인으로 알려져 있다.^[15] 개체수 감소는 관련된 종에 따라 다양한 요인으로 인해 환경 용량 이상으로 감소하며, 여기에는 부족한 공간, 식량 공급 또는 햇빛 등이 포함될 수 있다. 환경의 환경 용량은 종에 따라 다르다.

특정 시스템의 환경 용량을 결정하는 요인에는 제한 요인이 있으며, 사용 가능한 식량 공급 또는 수자원 공급, 둥지 지역, 공간, 또는 환경을 저하시키지 않고 흡수할 수 있는 폐기물의 양 등이 이에 해당한다.

3. 1. 로지스틱 성장 방정식

개체군의 성장률은 시간에 따라 변하며, 환경용량(K)에 도달하면 성장이 멈춘다. 이를 나타내는 방정식은 다음과 같다.^[18]

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN \left(1 - {N\over K}\right),

여기서,

''N''은 개체수
''r''은 고유 자연 증가율
''K''는 지역 환경의 환경 용량
''dN/dt''는 시간 ''t''에 대한 ''N''의 도함수로, 시간 경과에 따른 개체수의 변화율이다.

이 방정식은 개체수 ''N''의 성장률을 현재 개체수 크기와 관련시키며, 두 상수 매개변수 ''r''과 ''K''의 영향을 통합한다. 문자 ''K''의 선택은 독일어의 ''Kapazitätsgrenze'' (용량 한계)에서 유래되었다.

이 방정식은 원래의 베르후스트 모델을 수정한 것이다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN - \alpha N^2

^[18]

이 방정식에서 환경 용량 ''K'',

N^*

은

:

N^* = {r\over\alpha}.

로지스틱 곡선 모델을 활용한 개체수 변화 그래프. 개체수가 환경 용량보다 높으면 감소하고, 환경 용량보다 낮으면 증가한다.

베르후스트 모델을 그래프로 그리면 시간에 따른 개체수 변화는 시그모이드 곡선의 형태를 띠며, ''K''에서 최고 수준에 도달한다. 이것이 로지스틱 성장 곡선이며, 다음과 같이 계산된다.

:

f(x) = {L\over 1 + e^{-k(x-x_0)}},

여기서,

''e''는 자연 로그의 밑수(또는 오일러의 수)이며,
''x''₀는 시그모이드의 중간점의 ''x'' 값이고,
''L''은 곡선의 최대값이고,
''k''는 곡선의 로지스틱 성장률 또는 가파르기^[19]이며
$f(x_0) = L/2.$

로지스틱 성장 곡선은 개체수 성장률과 환경 용량이 어떻게 상호 연결되어 있는지를 보여준다. 로지스틱 성장 곡선 모델에서 나타나는 바와 같이, 개체수 크기가 작을 때는 개체수가 기하급수적으로 증가한다. 그러나 개체수 크기가 환경 용량에 가까워지면 성장이 감소하고 ''K''에서 0에 도달한다.^[20]

3. 2. 로지스틱 성장 곡선

출생률과 사망률의 차이는 자연 증가율이다. 주어진 유기체의 개체수가 주어진 환경의 환경 용량보다 낮으면 이 환경은 긍정적인 자연 증가를 지원할 수 있다. 만약 그 임계값을 초과하게 되면, 개체수는 일반적으로 감소한다.^[16] 따라서, 환경 용량은 환경이 장기적으로 지원할 수 있는 특정 종의 최대 개체수이다.^[17]

인구 역학의 단순화된 베르후스트 모델에 설명된 표준 생태학적 대수에서 환경 용량은 상수 '''K'''로 표시된다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN \left(1 - {N\over K}\right),

여기서,

N은 개체수,
r은 고유 자연 증가율,
K는 지역 환경의 환경 용량,
dN/dt는 시간 t에 대한 N의 도함수로, 시간 경과에 따른 개체수의 변화율이다.

이 방정식은 개체수 N의 성장률을 현재 개체수 크기와 관련시키며, 두 상수 매개변수 r과 K의 영향을 통합한다. 문자 K의 선택은 독일어의 ''Kapazitätsgrenze'' (용량 한계)에서 유래되었다.

이 방정식은 원래의 베르후스트 모델을 수정한 것이다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN - \alpha N^2

^[18]

이 방정식에서 환경 용량 K,

N^*

은

:

N^* = {r\over\alpha}.

베르후스트 모델을 그래프로 그리면 시간에 따른 개체수 변화는 시그모이드 곡선의 형태를 띠며, K에서 최고 수준에 도달한다. 이것이 로지스틱 성장 곡선이며, 다음과 같이 계산된다.

:

f(x) = {L\over 1 + e^{-k(x-x_0)}},

여기서,

e는 자연 로그의 밑수(또는 오일러의 수)이며,
x₀는 시그모이드의 중간점의 x 값이고,
L은 곡선의 최대값이고,
K는 곡선의 로지스틱 성장률 또는 가파르기^[19]이며
$f(x_0) = L/2.$

로지스틱 성장 곡선은 개체수 성장률과 환경 용량이 어떻게 상호 연결되어 있는지를 보여준다. 로지스틱 성장 곡선 모델에서 나타나는 바와 같이, 개체수 크기가 작을 때는 개체수가 기하급수적으로 증가한다. 그러나 개체수 크기가 환경 용량에 가까워지면 성장이 감소하고 K에서 0에 도달한다.^[20]

4. 생태학적 적용

환경 용량은 생물 종과 환경에 중대한 부정적 영향 없이 유지될 수 있는 개체수를 의미한다. 개체수를 평형으로 유지하는 요인은 제어 요인으로 알려져 있으며, 환경 용량은 생물 종에 따라 다르고, 환경 요인의 변동에 따라서도 변화한다.

"Carrying capacity"라는 용어는 원래 해운에서 화물 수송 능력을 나타내는 말이었으며, 1845년 미국 국무 장관의 미국 상원 보고서에서 처음 사용된 것으로 밝혀졌다.

생태학에서는 특정 환경에서 이용 가능한 포식, 물, 생식지 등 제한된 자원을 바탕으로 유지될 수 있는 특정 생물의 군집 크기를 해당 생물의 환경 수용력이라고 정의한다. 인간의 경우, 공중 보건, 의료와 같은 복잡한 변수를 고려한 기반의 일부로 환경 수용력을 파악할 수 있다.

농업 및 축산업 분야에서는 지속 가능한 가축 사육 밀도를 결정하기 위해 토지의 환경 수용력을 계산한다.^[23] 호주에서는 건조 양 환산 마리수(DSE)를 사용하여 방목장의 환경 수용력을 계산하는데, 1 DSE는 50kg의 메리노 숫양, 건조한 암양 또는 임신하지 않은 암양을 안정적인 상태로 유지하는 것을 의미한다. DSE는 양뿐만 아니라 다른 가축의 환경 수용력도 계산하는 데 사용되며, 소는 품종, 성장률, 무게, 성별(암소, 수송아지, 황소) 및 젖 떼기, 임신 또는 수유 여부에 따라 DSE가 달라질 수 있다.^[23]

세계 다른 지역에서는 환경 수용력을 계산하기 위해 다른 단위를 사용한다. 영국에서는 방목장을 LU (가축 단위)로 측정하지만,^[24]^[25] 뉴질랜드는 LU,^[26] EE (암양 환산 마리수) 또는 SU (가축 단위)를 사용한다.^[27] 미국과 캐나다에서는 가축 단위(AU)를,^[28] 프랑스/스위스 단위는 ''Unité de Gros Bétail''(UGB)를 사용한다.^[29]^[30]

스위스와 같은 일부 유럽 국가에서는 목초지(''알름'' 또는 ''알프'')가 전통적으로 ''Stoß'' 단위로 측정되며, 하나의 ''Stoß''는 4개의 ''Füße''(피트)와 같다. 보다 현대적인 유럽 시스템은 ''Großvieheinheit''(GV 또는 GVE)이며, 이는 소의 생체 중량 500kg에 해당한다. 유럽의 평균 가축 사육 밀도는 국가에 따라 다르다.^[31]

국가	2000년 기준 평균 가축 사육 밀도 (GV/ha)
네덜란드	3.82
벨기에	3.19
주변 국가들	1 ~ 1.5
스페인	0.44

식량 농업 기구는 환경 수용력을 측정하기 위해 북미 지역의 FAO 가축 단위,^[32]^[33] 사하라 이남 아프리카의 FAO 가축 단위,^[32]^[33] 그리고 열대 가축 단위^[34]의 세 가지 국제 단위를 도입했다.

방목장의 환경 수용력을 파악하는 또 다른 방법은 가축의 상태를 객관적으로 살펴보는 것이다. 호주에서는 체형 점수(BCS)로 가축 상태를 평가하는 국가 표준화 시스템이 수행된다. 상태가 매우 좋지 않은 동물은 BCS 0점, 매우 건강한 동물은 5점을 받으며, 0.25 단위로 점수를 받을 수 있다. 평균 점수가 떨어지면 방목장의 환경 수용력을 초과하는 가축 사육 밀도 또는 사료 부족 때문일 수 있다. 이 방법은 목초지 자체를 살펴보는 것보다 덜 직접적인데, 가축의 상태 변화가 목초지의 상태 변화보다 늦을 수 있기 때문이다.^[23]

4. 1. 개체군 생태학

어떤 개체군이 성장을 멈추는 구체적인 이유는 제한 요인 또는 조절 요인으로 알려져 있다.^[15] 출생률과 사망률의 차이는 자연 증가율이다. 주어진 유기체의 개체수가 주어진 환경의 환경 용량보다 낮으면, 이 환경은 긍정적인 자연 증가를 지원할 수 있다. 만약 그 임계값을 초과하게 되면, 개체수는 일반적으로 감소한다.^[16] 따라서, 환경 용량은 환경이 장기적으로 지원할 수 있는 특정 종의 최대 개체수이다.^[17]

개체수 감소는 관련된 종에 따라 다양한 요인으로 인해 환경 용량 이상으로 감소하며, 여기에는 부족한 공간, 식량 공급 또는 햇빛 등이 포함될 수 있다. 환경의 환경 용량은 종에 따라 다르다.

인구 역학의 단순화된 베르후스트 모델에서 환경 용량은 상수 '''K'''로 표시된다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN \left(1 - {N\over K}\right),

여기서,

는 개체수,
는 고유 자연 증가율,
는 지역 환경의 환경 용량,
는 시간 에 대한 의 도함수로, 시간 경과에 따른 개체수의 변화율이다.

따라서 이 방정식은 개체수 의 성장률을 현재 개체수 크기와 관련시키며, 두 상수 매개변수 과 의 영향을 통합한다. (감소는 음수 성장임을 주의하라.) 문자 의 선택은 독일어의 ''Kapazitätsgrenze'' (용량 한계)에서 유래되었다.

이 방정식은 원래의 베르후스트 모델을 수정한 것이다.

:

{\mathrm{d}N\over\mathrm{d}t} = rN - \alpha N^2

^[18]

이 방정식에서 환경 용량 ,

N^*

은

:

N^* = {r\over\alpha}.

베르후스트 모델을 그래프로 그리면 시간에 따른 개체수 변화는 시그모이드 곡선의 형태를 띠며, 에서 최고 수준에 도달한다. 이것이 로지스틱 성장 곡선이며, 다음과 같이 계산된다.

:

f(x) = {L\over 1 + e^{-k(x-x_0)}},

여기서,

는 자연 로그의 밑수(또는 오일러의 수)이며,
는 시그모이드의 중간점의 값이고,
는 곡선의 최대값이고,
는 곡선의 로지스틱 성장률 또는 가파르기^[19]이며
$f(x_0) = L/2.$

로지스틱 성장 곡선은 개체수 성장률과 환경 용량이 어떻게 상호 연결되어 있는지를 보여준다. 로지스틱 성장 곡선 모델에서 나타나는 바와 같이, 개체수 크기가 작을 때는 개체수가 기하급수적으로 증가한다. 그러나 개체수 크기가 환경 용량에 가까워지면 성장이 감소하고 에서 0에 도달한다.^[20]

환경 용량은 생물학적 개체군과 이에 영향을 미치는 요인을 더 잘 이해하려는 생물학자들에게 흔히 사용되는 개념이다.^[1] 생물학적 개체군을 다룰 때, 환경 용량은 멸종률과 정착률을 고려하여 안정적인 동적 평형으로 볼 수 있다.^[16] 개체군 생물학에서 로지스틱 성장은 개체군 크기가 평형 값 위아래로 변동한다고 가정한다.^[21]

수많은 저자들이 실제 야생 개체군에 적용할 때 이 용어의 유용성에 의문을 제기했다.^[11]^[12]^[22] 이론과 실험실 실험에서는 유용하지만, 환경에서의 개체군 한계를 측정하는 방법으로서의 환경 용량은 때때로 종 간의 상호 작용을 지나치게 단순화하므로 덜 유용하다.^[16]

4. 2. 어업 관리

어업에서 환경용량은 지속 가능한 어획량을 계산하는 공식에 사용된다.^[35] 최대 지속 가능 어획량(MSY)은 "평균 환경 조건에서 착취된 개체군(=자원)으로부터 지속적으로 얻을 수 있는 가장 높은 평균 어획량"으로 정의된다. MSY는 원래 환경용량의 절반으로 계산되었지만, 수년에 걸쳐 개선되었으며,^[36] 현재는 종이나 개체군에 따라 대략 개체수의 30%로 간주된다.^[37]^[38] 어업으로 인해 환경용량 이하로 떨어진 종의 개체수는 베르후스트 모델에서 볼 수 있듯이 기하급수적 성장 단계에 놓이게 되므로, MSY 이하의 어획량은 평형 상태에서 개체군 크기를 줄이지 않고 지속적으로 어획할 수 있는 잉여 어획량이며, 최대 보충 상태를 유지한다. 그러나 연간 어업은 방정식에서 ''r''의 수정으로 볼 수 있다. 즉, 환경이 수정되었으며, 이는 연간 어업이 없는 경우 ''K''가 될 개체군 크기가 평형 상태에서 약간 낮다는 것을 의미한다.

수학적으로나 실질적으로 MSY는 문제가 있다는 점에 유의해야 한다. 실수로 인해 MSY보다 약간이라도 더 많은 양의 물고기를 매년 어획하면, 개체군 역학은 총 개체수가 결국 0으로 감소할 것임을 암시한다. 실제 세계에서 환경의 실제 환경용량은 변동할 수 있으며, 이는 실제로 MSY가 해마다 변동할 수 있음을 의미한다.^[39]^[40]^[41] 다른 유사한 개념으로는 최적 지속 어획량과 최대 경제적 어획량이 있으며, 이 두 가지 모두 MSY보다 낮은 어획률이다.^[42]^[43]

이러한 계산은 어업 할당량을 결정하는 데 사용된다.

4. 3. 농업 및 축산업

농부들은 지속 가능한 가축 사육 밀도를 설정하기 위해 토지의 환경 수용력을 계산하는 것이 중요하다.^[23] 호주의 방목장 환경 수용력 계산은 건조 양 환산 마리수(DSE)로 수행된다. 1 DSE는 50kg의 메리노 숫양, 건조한 암양 또는 임신하지 않은 암양을 안정적인 상태로 유지하는 것을 의미한다. DSE는 양뿐만 아니라 다른 가축의 환경 수용력도 계산하는 데 사용된다. 예를 들어, 하루에 0.25kg씩 성장하는 영국식 품종의 200kg 짜리 젖뗀 송아지는 5.5 DSE이지만, 같은 유형의 송아지가 같은 무게에서 하루에 0.75kg씩 성장한다면 8 DSE로 측정된다. 소는 품종, 성장률, 무게, 성별(암소, 수송아지, 황소) 및 젖 떼기, 임신 또는 수유 여부에 따라 DSE가 달라질 수 있다.^[23]

세계 다른 지역에서는 환경 수용력을 계산하기 위해 다른 단위를 사용한다. 영국에서는 방목장을 LU (가축 단위)로 측정하지만, 이를 위한 다른 방식도 존재한다.^[24]^[25] 뉴질랜드는 LU,^[26] EE (암양 환산 마리수) 또는 SU (가축 단위)를 사용한다.^[27] 미국과 캐나다에서는 전통적인 시스템으로 가축 단위(AU)를 사용한다.^[28] 프랑스/스위스 단위는 ''Unité de Gros Bétail''(UGB)이다.^[29]^[30]

스위스와 같은 일부 유럽 국가에서는 목초지(''알름'' 또는 ''알프'')가 전통적으로 ''Stoß'' 단위로 측정되며, 하나의 ''Stoß''는 4개의 ''Füße''(피트)와 같다. 보다 현대적인 유럽 시스템은 ''Großvieheinheit'' (GV 또는 GVE)이며, 이는 소의 생체 중량 500kg에 해당한다. 유럽의 평균 가축 사육 밀도는 국가에 따라 다르다.^[31]

국가	2000년 기준 평균 가축 사육 밀도 (GV/ha)
네덜란드	3.82
벨기에	3.19
주변 국가들	1 ~ 1.5
스페인	0.44

식량 농업 기구는 환경 수용력을 측정하기 위해 세 가지 국제 단위를 도입했다. 북미 지역의 FAO 가축 단위,^[32]^[33] 사하라 이남 아프리카의 FAO 가축 단위,^[32]^[33] 그리고 열대 가축 단위.^[34]

방목장의 환경 수용력을 결정하는 또 다른 방법은 가축의 상태를 객관적으로 살펴보는 것이다. 호주에서는 가축 상태를 평가하는 국가 표준화 시스템이 체형 점수(BCS)로 수행된다. 상태가 매우 좋지 않은 동물은 BCS 0점, 매우 건강한 동물은 5점을 받는다. 동물은 0.25 단위로 점수를 받을 수 있다. 평균 점수가 떨어지면 방목장의 환경 수용력을 초과하는 가축 사육 밀도 또는 사료 부족 때문일 수 있다. 이 방법은 목초지 자체를 살펴보는 것보다 덜 직접적인데, 가축의 상태 변화가 목초지의 상태 변화보다 늦을 수 있기 때문이다.^[23]

5. 인간과 환경용량

인간의 환경 수용력은 사람들의 생활 방식과 그들이 가진 기술에 따라 달라진다. 농업 혁명과 산업 혁명은 지구의 인간 수용력을 크게 증가시켜 기원전 10,000년의 500만 명에서 1900년의 15억 명으로 인구가 늘어나는 것을 가능하게 했다.^[44] 지난 100년 동안 응용 화학, 물리학, 컴퓨팅, 유전 공학 등의 발전은 적어도 단기적으로는 지구의 인간 수용력을 더욱 증가시켰다. 질소를 고정하는 하버-보슈 공법이 없었다면 현대 농업은 80억 명을 부양할 수 없었을 것이다.^[45] 1950년대와 60년대의 녹색 혁명이 없었다면 20세기 마지막 30년 동안 가난한 국가에서 기근으로 인해 많은 사람들이 죽었을 것이다.^[46]

그러나 최근의 기술적 성공에는 심각한 환경적 비용이 따랐다. 기후 변화, 해양 산성화, 그리고 세계 여러 주요 강의 하구에 나타나는 거대한 사해는 현대 농업^[47]과 80억 명의 사람들이 지구에 가하는 수많은 요구 때문이다.^[48] 과학자들은 이제 인류가 생물권의 안전한 사용을 위한 9가지 행성 경계를 초과하거나 위협하고 있다고 말한다.^[49] 인류의 전례 없는 생태적 영향은 사람들과 다른 모든 생물이 의존하는 생태계 서비스를 저하시키고, 잠재적으로 지구의 인간 수용력을 감소시킬 위협을 가하고 있다.^[50] 이러한 임계점을 넘었음을 보여주는 징후가 증가하고 있다.^[51]^[52]

지구의 필수 서비스를 저하시키는 것이 분명히 가능하며, 어떤 경우에는 실제로 발생하고 있다는 사실은 80억 명이 지구의 인간 수용력을 초과했을 수 있음을 시사한다. 그러나 인간 수용력은 항상 특정한 방식으로 살아가는 특정 수의 사람들의 함수이다.^[53]^[54] 이는 폴 에를리히와 제임스 홀드런(1972)의 IPAT 방정식(환경 영향(I) = 인구(P) x 부유함(A) x 기술(T))으로 요약된다.^[55] IPAT는 최근 수십 년 동안 기후 과학에서 확인되었는데, 여기서 탄소 배출량 변화를 설명하는 카야 정체성은 사용 편의성을 위해 두 가지 기술 요소를 분리한 IPAT와 본질적으로 동일하다.^[56]

이는 기술 낙관론자들에게 새로운 기술 발견(또는 기존 기술의 배치)이 과거와 마찬가지로 지구의 인간 수용력을 계속 증가시킬 수 있음을 시사한다.^[57] 그러나 기술은 성층권 오존 고갈, 세계 강과 만의 과도한 질소 침전, 그리고 지구 기후 변화에서 보듯이 예상치 못한 부작용을 가지고 있다.^[50]^[5] '수용력'이라는 용어는 무기한으로 지속 가능한 인구를 의미한다는 점에서, 80억 명이 몇 세대 동안 지속 가능할 수는 있지만 장기적으로는 그렇지 않을 수 있다. 또한, 강력한 신기술의 영향을 예측하고 관리하거나, 200개 이상의 국가가 각자의 이익을 추구하면서 글로벌 생태적 영향을 지속 가능한 범위 내로 유지하기 위해 필요한 노력을 분담하는 것은 장기적으로 달성하기에 너무 복잡할 수도 있다.^[58]

생태계는 일정하지 않고 시간이 지남에 따라 변화하며 가용 자원이 변화하기 때문에, 어떤 종에든 수용력을 적용할 때 문제가 발생한다. 연구에 따르면 때로는 인간 인구의 존재가 지역 생물 다양성을 증가시킬 수 있으며, 이는 인간의 거주가 항상 삼림 벌채와 생물 다양성 감소로 이어지는 것은 아님을 보여준다. 특히 인간에게 수용력을 적용할 때 고려해야 할 또 다른 문제는 식량 자원을 측정하는 것이 임의적이라는 것이다. 이는 무엇을 고려할지(예: 매년 구할 수 없는 식물 포함 여부), 무엇을 분류할지(예: 일반적으로 식용으로 사용되지 않는 식용 식물), 칼로리 값 또는 영양 가치 중 무엇을 우선시할지 결정하는 것과 관련된다. 또한 인간의 맛에 대한 문화적 차이(예: 일부는 날아다니는 흰개미를 섭취함)와 무엇에 노동력을 투자할지에 대한 개인적인 선택(예: 어업 대 농업)도 고려해야 하며, 이 두 가지 모두 시간이 지남에 따라 달라진다. 모든 식량 자원을 포함할지 또는 인구가 소비할 것으로 간주되는 식량 자원만 포함할지를 결정해야 한다. 대규모 지역에 걸쳐 수용력을 측정하면 가용 자원의 균질성과 이질성이 가정되지만, 이는 자원과 자원 접근성이 지역 및 인구 내에서 크게 다를 수 있다는 점을 설명하지 못한다. 해당 지역의 인구는 해당 지역의 자원에만 의존한다고 가정하지만, 인간은 다른 지역의 사람들과 자원을 교환하며, 고립된 인구는 거의 없다. 자원 소비에 직접적인 영향을 미치는 생활 수준의 변화도 고려되지 않는다. 이러한 문제는 자원에 한계가 있지만, 인간이 생태계와 상호 작용하는 방식을 이해하려면 더 복잡한 모델을 사용해야 함을 보여준다.^[59]

5. 1. 인간 사회의 적응력과 환경 용량

어떤 환경에서 이용 가능한 포식, 물, 생식지 등 필요한 것이 제한된 상황에서 유지할 수 있는 특정 생물의 군집 크기를 해당 생물에게 '''환경 수용력'''이라고 한다. 인간의 군집에 대해서는 공중 보건이나 의료와 같은 더욱 복잡한 변수가 필요한 기반의 일부로 고려될 수 있다.

환경 수용력은 생물 자신과 환경에 중요한 부정적 영향 없이 유지할 수 있는 개체수이다. 개체수를 평형으로 유지하는 요인은 제어 요인으로 알려져 있다. 환경 수용력은 생물 종에 따라 다르며, 이용 가능한 식량, 물 공급원, 생식지 등을 포함하는 환경 요인의 변동에 따라서도 변화한다.

"Carrying capacity"의 기원은 해운에서 화물 수송 능력을 기술하기 위한 용법에 있으며, 최근 연구에서 미국 국무 장관의 미국 상원 보고서(1845년)에서 처음 사용된 것이 밝혀졌다.

5. 2. 기술 발전과 환경용량

인간의 환경 수용력은 사람들의 생활 방식과 그들이 가진 기술에 따라 달라진다.^[44] 농업 혁명과 산업 혁명은 지구의 인간 수용력을 크게 증가시켜 인구 증가를 가능하게 했다.^[44] 지난 100년 동안의 응용 화학, 물리학, 컴퓨팅, 유전 공학 등의 엄청난 기술 발전은 적어도 단기적으로는 지구의 인간 수용력을 더욱 증가시켰다. 하버-보슈 공법이 없었다면 현대 농업은 80억 명을 부양할 수 없었을 것이다.^[45] 1950년대와 60년대의 녹색 혁명이 없었다면 20세기 마지막 30년 동안 가난한 국가에서 기근으로 인해 많은 사람들이 죽었을 것이다.^[46]

그러나 최근의 기술적 성공은 심각한 환경적 비용을 수반했다. 기후 변화, 해양 산성화, 그리고 세계 여러 주요 강의 하구에 나타나는 거대한 사해는 현대 농업의 규모^[47]와 80억 명의 사람들이 지구에 가하는 수많은 요구 때문이다.^[48] 과학자들은 이제 인류가 생물권의 안전한 사용을 위한 9가지 행성 경계를 초과하거나 위협하고 있다고 말한다.^[49]

이는 기술 낙관론자들에게 새로운 기술 발견(또는 기존 기술의 배치)이 과거와 마찬가지로 지구의 인간 수용력을 계속 증가시킬 수 있음을 시사한다.^[57] 그러나 기술은 성층권 오존 고갈, 세계 강과 만의 과도한 질소 침전, 그리고 지구 기후 변화에서 보듯이 예상치 못한 부작용을 가지고 있다.^[50]^[5]

5. 3. 지구 환경 변화와 환경용량

기후 변화, 해양 산성화, 생물 다양성 감소와 같은 지구 환경 변화는 인류의 환경용량을 위협하고 있다.^[47] 과학자들은 인류가 이미 생물권의 안전한 사용을 위한 9가지 행성 경계를 초과했거나 위협하고 있다고 경고한다.^[49] 이는 인류와 다른 생물들이 의존하는 생태계 서비스를 저하시켜 지구의 환경 수용력을 감소시킬 수 있다.^[50]

2005년 밀레니엄 생태계 평가(Millennium Ecosystem Assessment, MEA)는 전 세계 1,300명 이상의 전문가가 참여한 지구 생태계 상태 평가 연구였다.^[61] MEA는 지난 50년 동안 인류가 식량, 담수, 목재, 섬유, 연료에 대한 수요 증가를 충족시키기 위해 역사상 어느 때보다 빠르고 광범위하게 생태계를 변화시켰다고 밝혔다. 이로 인해 지구 생물 다양성이 크게 감소했으며, 이는 되돌릴 수 없는 수준이라고 경고했다.^[62]

MEA는 생태계 변화로 인간의 복지와 경제 발전에 이익이 있었지만, 많은 생태계 서비스 저하와 빈곤 심화 등의 비용이 발생했다고 지적했다. 이러한 문제가 해결되지 않으면 미래 세대가 생태계로부터 얻는 이점이 줄어들 것이라고 경고했다.^[62] MEA는 생태계 서비스 저하가 21세기 전반에 걸쳐 악화될 수 있으며, 이는 전 세계 가난한 사람들의 삶을 개선하는 데 걸림돌이 될 것이라고 예측했다.^[62]

5. 4. 생태 발자국과 지구 생태 용량

생태 발자국은 사람들이 자연에 가하는 요구를 측정하고 이를 개별 국가와 전 세계의 가용 공급량과 비교하는 지표이다.^[64] 마티스 바케르나겔과 윌리엄 리스가 처음 개발했으며, 이후 글로벌 발자국 네트워크(GFN)에서 여러 해 동안 다양한 맥락에서 개선하고 적용해 왔다.

생태 발자국은 수요 측면에서 인구가 자원을 얼마나 빠르게 사용하고 폐기물을 생성하는지 측정하며, 탄소 배출량(또는 탄소 발자국), 직접적인 정착에 사용되는 토지, 목재 및 종이 사용, 식량 및 섬유 사용, 해산물 소비 등 5가지 주요 영역에 초점을 맞춘다.^[65] 이는 1인당 또는 총 사용 면적(헥타르)으로 변환된다.

공급 측면에서 국가 또는 글로벌 생물 수용력은 특정 국가 또는 전 세계의 생태 자산 생산성을 나타낸다. 여기에는 "경작지, 목초지, 산림, 어장, 건축된 토지"가 포함된다.^[65] 생물 수용력을 포착하기 위한 다양한 지표는 가용 토지 면적이라는 단일 용어로 변환된다.

글로벌 발자국 네트워크(GFN)는 다음과 같이 설명한다.

> 각 도시, 주 또는 국가의 생태 발자국은 해당 지역 또는 전 세계의 생물 수용력과 비교할 수 있다. 인구의 생태 발자국이 해당 지역의 생물 수용력을 초과하면 해당 지역은 생물 수용력 적자를 겪게 된다. 해당 지역의 토지와 바다가 제공할 수 있는 상품과 서비스(과일과 채소, 고기, 생선, 목재, 의류용 면, 이산화탄소 흡수)에 대한 수요가 해당 지역의 생태계가 재생할 수 있는 능력을 초과한다. 이를 "생태적 적자"라고 부른다. 생태적 적자를 겪는 지역은 수입, 자체 생태 자산(예: 과도한 어획)의 정리, 그리고/또는 대기 중으로 이산화탄소 배출을 통해 수요를 충족한다. 해당 지역의 생물 수용력이 생태 발자국을 초과하면 생물 수용력 예비가 존재한다.^[65]

GFN의 계산에 따르면 인류는 1970년경부터 지속 가능성을 초과하여 자원을 사용하고 폐기물을 생성해 왔다. 현재 인류는 지구 자원의 약 170%를 사용하고 있다.^[66]^[67] 이는 인류가 현재 수준의 부와 기술 사용에 대한 지구의 인간 수용 능력을 훨씬 초과하고 있음을 의미한다.

글로벌 발자국 네트워크에 따르면 2024년 지구 생태 부채의 날은 8월 1일에 도래했다. 지구 생태 부채의 날은 인류가 해당 연도의 자연 예산을 소진한 날짜를 의미한다. 나머지 기간 동안 우리는 지역 자원 비축량을 소진하고 대기 중에 이산화탄소를 축적하여 생태적 적자를 유지하고 있다.^[68]

'생태 과잉'의 개념은 인간의 수용 능력을 초과하는 것과 동일하다고 볼 수 있다.^[69]^[64] 글로벌 발자국 네트워크의 가장 최근 계산에 따르면, 세계 인구의 대부분이 생태 과잉 상태에 있는 국가에 살고 있다.

여기에는 인구 밀도가 높은 국가(중국, 인도, 필리핀 등), 1인당 소비량과 자원 사용량이 높은 국가(프랑스, 독일, 사우디아라비아 등), 1인당 소비량과 인구가 모두 많은 국가(일본, 영국, 미국 등)가 포함된다.^[65]

5. 5. 행성 경계

1950년부터 현재까지 9개의 지구 경계 중 7개에 대한 다양한 제어 변수가 어떻게 변화했는지에 대한 추정치. 녹색 음영 다각형은 안전한 운영 공간을 나타냅니다.

행성 경계(Planetary Boundaries) 프레임워크는 "인류를 위한 안전한 운영 공간"을 정의한다.^[49] 인류 문명은 홀로세 시대의 상대적인 안정 속에서 발전해 왔다. 대기 중 탄소, 해양 산성화 등 명시된 경계의 안전 수준을 넘어서는 것은 지구 생태계를 생명에 덜 우호적인 조건으로 몰아갈 수 있으며, 이는 지구의 인간 수용 능력을 감소시킬 수 있다.

2009년 ''네이처''(Nature)에 발표된 논문^[70]에서 개발된 이 프레임워크는 2015년 ''사이언스''(Science)에 발표된 두 논문^[49]과 2018년 ''PNAS''에 발표된 논문^[71]에서 업데이트되었다. 이 프레임워크는 안정적이고 안전한 생물권 조건을 유지하기 위해 임계 한계 내에 있어야 하는 9가지 지구 지원 시스템의 스트레스 요인을 식별한다. 기후 변화와 생물 다양성 손실은 특히 중요한데, 이들은 단독으로도 지구 시스템을 홀로세 상태에서 벗어나게 할 수 있기 때문이다. 지구 역사에서 시간대 간의 전환은 종종 기후, 생물권 또는 둘 다의 실질적인 변화로 구분되어 왔다.^[49]

과학적 합의에 따르면 인류는 생물권의 안전한 사용을 위한 9개의 지구 경계 중 3~5개를 초과했으며, 몇 개를 더 위협하고 있다.^[71] 지구 경계 중 하나를 넘는 것만으로는 인류가 지구의 인간 수용 능력을 초과했음을 증명하지 못한다. 그러나 여러 경계가 넘어서면 수용 능력이 침해되지 않았다고 주장하기 어려워진다.^[72] 더 적은 인구가 9가지 지구 스트레스 요인을 모두 줄이는 데 도움이 되므로, 더 많은 경계가 넘어서면 인구 감소가 안전한 운영 공간으로 돌아가는 데 필요한 부분임이 더욱 분명해진다.^[73]^[74] 인구 증가는 지구 시스템 과학 문헌에서 인류가 자연 환경에 미치는 영향이 증가하는 주요 원인으로 자주 언급된다.^[75]

6. 비판적 관점

일부 학자들은 환경용량 개념이 "Carrying capacity"의 번역이며, 이는 해운에서 화물 수송 능력을 기술하기 위한 용어에서 기원했기 때문에 생태학적 개념에 적용하기에는 부적절하다고 비판한다. 이들은 환경용량 개념이 생태계의 복잡성과 역동성을 충분히 반영하지 못한다고 지적한다.^[1]

6. 1. 환경용량 개념의 한계

일부 학자들은 환경용량 개념이 현실 세계의 복잡성을 지나치게 단순화한다고 비판한다. 특히, 인간 사회의 적응력, 기술 발전, 자원 교환 등 다양한 요인들을 고려하지 못한다는 지적이 있다.^[1]

인간과 인간 문화는 적응력이 매우 뛰어나서 이전에는 이해할 수 없었던 문제들을 극복해 왔다. 많은 생물학자, 생태학자, 사회 과학자들은 미시적 및 거시적 수준에서 발생하는 복잡한 상호 작용을 간과하는 일반화 때문에 환경 용량이라는 용어를 완전히 폐기하기도 했다. 인간 환경에서의 수용 능력은 인간 사회와 문화의 적응력이 매우 뛰어나기 때문에 언제든지 변동될 수 있다. 만약 문제에 자원, 시간, 에너지를 투입한다면, 문제 해결 방안이 나타날 가능성이 매우 높다. 물론 지구상에는 과도하게 사용하거나 적절한 감독이나 견제 없이 사용하면 고갈될 것이 분명한 제한된 자원도 있다.^[1]

7. 한국 사회와 환경용량 논의

주어진 소스와 요약문에는 '한국 사회와 환경용량 논의'에 대한 직접적인 내용이 부족합니다. 따라서 요약문의 내용을 바탕으로, 소스의 내용을 참고하여 다음과 같이 작성했습니다.

한국 사회는 급격한 경제 성장을 경험하면서 여러 환경 문제에 직면해 왔다. 환경용량 개념은 지속가능한 발전, 사회적 형평성, 미래 세대를 위한 환경 보전 등을 논의하는 데 중요한 틀을 제공한다.

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_[79] 웹사이트 エコスペース http://www.eic.or.jp[...] 2008-07-15

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