세계 스마트농업의 미래와 수경재배
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세계 스마트농업의 미래와 수경재배
  • 이춘희 기자
  • 승인 2019.07.01 14:14
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스마트 시설원예 국제 학술토론회

<월간원예=이춘희 기자> 미래 농업으로 각광받고 있는 기술인 스마트온실, 식물공장 등의 분야는 수경재배가 작물재배의 기본이다. 작물의 생육에 따라 적기에 필요한 양만큼의 양분을 공급해 최고의 생산성을 올릴 수 있는 수경재배, 그러나 기술의 눈부신 성장에도 불구하고 환경 및 경제성 문제로 여전히 개선점이 없지 않다. 특히 지속가능한 농업기술이 되기 위해선 환경부담의 감소를 위한 기술개발과 현장의 적용이 필수적으로 요구되고 있다.

지난달 11일 농촌진흥청 농업과학도서관 오디토리움에서 ‘스마트 시설원예 국제 학술토론회’가 개최됐다. 이 날 토론회에는 각 한국을 비롯한 네덜란드, 스페인, 중국, 일본 등 5개국 전문가가 참여해 각 나라의 시설원예 정책과 수경재배 연구 현황 등을 소개했다.
지난달 11일 농촌진흥청 농업과학도서관 오디토리움에서 ‘스마트 시설원예 국제 학술토론회’가 개최됐다. 이 날 토론회에는 각 한국을 비롯한 네덜란드, 스페인, 중국, 일본 등 5개국 전문가가 참여해 각 나라의 시설원예 정책과 수경재배 연구 현황 등을 소개했다.

 

토양(흙) 없이 물을 이용해 작물을 재배하는 수경재배는 산소와 양분은 물을 통해 공급하고, 식물체를 지지하는 역할은 배지나 구조물이 담당한다. 수경재배의 기술은 날로 발전했지만 환경 관리에 따른 결함을 보완하기 위해 친환경농법, IT 기술 들이 접목되고 있다. 친환경농법과 IT 기술은 보다 부가가치가 높은 농산물의 생산이 가능해지고 높은 인건비와 관리 비용 등을 줄여 위기를 극복하는 계기를 만들기도 했다.
현재 수경재배 기술은 장미, 거베라 등의 화훼, 샐러드용 채소, 딸기·토마토·오이 등의 과채류 농가들이 가장 먼저 고려하는 기술로 자리를 잡았고, 스마트 온실, 식물공장 등에 적용되는 시설재배 기술의 기본이 될 정도로 미래 농업 기술로 주목받고 있다.
시설재배 기술은 미래농업의 핵심으로, 기업은 물론 국가연구 기관의 역할이 매우 중요하다. 양액재배기술의 특성상 생명공학기술(BT), 정보통신기술(ICT), 나노기술(NT) 등 타 분야와 교류가 필수적이며, 이를 고려한 연구 전략이 필요하다. 특히 네덜란드, 미국, 독일, 벨기에 등에서 국가단위의 프로젝트를 운영하고 있다는 것에 주목할 필요가 있다. 아울러 기술의 실용화 측면에서는 우리나라 농업관련 기업이 성장할 수 있는 제도의 뒷받침이 중요하다.
이에 따라 농촌진흥청은 지난달 11일 농촌진흥청 농업과학도서관 오디토리움에서 ‘스마트 시설원예 국제 학술토론회’를 개최했다. 이번 행사는 4차 산업혁명 시대에 발맞춰 세계 각 나라의 시설원예 분야 농업정책을 알아보고, 미래 농업의 중심으로 자리 잡은 스마트 농업과 수경재배, 정밀 양·수분 관리 연구의 방향을 설정하고자 마련된 자리다.
이번 토론회의 주제는 ‘시설원예 정책 동향’과 ‘수경재배 연구현황·미래 방향’이다. 한국을 비롯해 네덜란드, 스페인, 중국, 일본 등 총 5개 나라 전문가들은 각 나라의 시설원예 정책과 수경재배 연구 현황 등을 소개했다. 각 나라의 연구자들은 나라별 수경재배 현황과 전망 등을 소개했고, 미래 연구와 기술 방향을 논의했다.

농촌진흥청 김경규 청장은 개회식 축사에서 “이번 토론회가 스마트농업 시대를 맞아 우리나라 시설원예와 수경재배의 연구 방향을 정립하고, 순환식 수경재배에 대한 국민적 공감대를 형성하는 계기가 되길 바란다”고 밝혔다.
농촌진흥청 김경규 청장은 개회식 축사에서 “이번 토론회가 스마트농업 시대를 맞아 우리나라 시설원예와 수경재배의 연구 방향을 정립하고, 순환식 수경재배에 대한 국민적 공감대를 형성하는 계기가 되길 바란다”고 밝혔다.

최근 시설원예는 정보통신기술(ICT)을 융·복합한 스마트 농업 형태로 전환되고 있으며, 지난해 말까지 국내 시설면적의 약 8%가 스마트팜을 도입한 것으로 나타났다. 이러한 스마트팜 기반 기술 가운데 가장 중요한 분야는 ‘수경재배’이다. 그러나 우리나라 농가 대부분은 비순환 수경재배를 채택하고 있고, 친환경 순환식 수경재배보급률은 여전히 10%에 머물고 있다. 버려지는 물과 비료 등 자원 절약을 위해서도 순환식 수경재배의 확대가 필요한 시점이다. 
월간원예 7월호 FOCUS에서는 이번 학술회에 발표된 나라별 시설원예 현황과 수경재배 발전 방안에 대한 논의를 독자분과 공유하고자 한다.

 

 

시설원예 관련 각국의 정책 변화
ICT, 규모화, 친환경 
세계 시설원예의 핵심 키워드

 

일본

일본의 2016년 농업 총생산액은 약 92조원에 달하며 그중 채소가 27.8%로 2위를 차지하고 있다. 시설재배 면적은 1990년대 후반까지 지속적으로 증가해 1999년 53,516ha에 달했으나 그 이후 계속 감소해 2016년에는 43,220ha 정도로 감소됐고 시설재배 농가 또한 2015년 약 146,000호로 계속 감소하고 있다. 토마토 등 시설원예작물의 생산성과 노동 효율성은 네덜란드에 비해 크게 떨어지는 편이지만, 효율성 제고나 시스템의 구축, 재배면적의 확대 등은 매우 어려운 실정이다.
이러한 난국을 타개하기 위해, 일본 농림수산성(MAFF)은 2013년부터 홋카이도, 미야기현, 사이타마현 등 전국 10개 지역을 대상으로 ‘차세대 시설원예(Next-Generation Greenhouse Horticulture)’ 정책을 추진하고 있다. 이들 지역에 차세대 시설원예 모델을 건설하고, 전문가의 순회 컨설팅을 통한 노하우의 지원이나 기술교육을 실시하며, 다른 정책 프로그램과 협업할 수 있는 기회를 제공한다. 또한 보조금을 확충해 기존 하우스의 대규모화를 유도하고, 연료비나 시설 설치비용을 낮추는 한편 자연재해의 관리와 노동인력 확보에도 힘쓰게 된다.   
그리고 농업데이터 클라우드(WAGRI)를 만들어 연구기관, 산업체, 정부 조직 등에서 제공한 농업 데이터를 표준화된 하나의 플랫폼에 모아 줌으로써 농업인과 농기계 및 ICT 개발업체 등이 필요한 정보를 얻고 현장에 활용할 수 있도록 하는 등 농업이 미래의 산업경쟁력을 확보하고 데이터 동력사회(농식품 산업분야 Society 5.0)를 실현하기 위해 노력하고 있다. 

 

네덜란드의 에릭 반 오스 박사는 “2015년 파리 기후협정 이후 세계적인 이슈인 지속농업과 식품의 안전성 등을 목표로 2030년까지의 농업정책 방향을 ‘순환경제로 가는 길’로 설정했다”고 밝혔다. 이는 저비용이지만 친환경적이지 못한 현재의 생산 방법의 부작용을 해결하기 위해 감수해야할 사안이라는 게 네덜란드의 생각이다.
네덜란드의 에릭 반 오스 박사는 “2015년 파리 기후협정 이후 세계적인 이슈인 지속농업과 식품의 안전성 등을 목표로 2030년까지의 농업정책 방향을 ‘순환경제로 가는 길’로 설정했다”고 밝혔다. 이는 저비용이지만 친환경적이지 못한 현재의 생산 방법의 부작용을 해결하기 위해 감수해야할 사안이라는 게 네덜란드의 생각이다.

 

네덜란드


2015년 네덜란드의 시설재배 면적은 9205ha, 농가 수는 4125호였으며, 재배면적의 변화는 크지 않으나 농가수가 최근 20년 동안 50% 이상 감소된 반면 농가 당 재배면적은 약 2.2ha로 2배 가까이 증가해 왔다.  
2015년 파리 기후협정 이후, 세계적인 이슈인 지속농업과 식품의 안전성 등을 목표로 2030년까지의 농업정책 방향을 ‘순환경제로 가는 길’로 설정했다. 저비용이지만 친환경적이지 못한 현재의 생산 방법으로 인해 환경의 파괴나 생물 다양성이 감소된다는 것을 지적하고, 인구 증가에 따라 대두되고 있는 환경 문제를 해결하기 위해, 배출되는 배양액을 없애고 비료와 농약 사용을 최소화하며 유기농 비료의 사용과 폐수의 재사용을 확대시키는 등을 골자로 하는 순환경제와 안전한 먹을거리를 시설농업 정책의 과제로 삼고 있다. 
 

우리나라는 심각한 고령화 추세에 직면한 작금의 상황에서 노동력을 절감할 수 있는 스마트 농업정책을 추진하고 있다. 농림축산식품부 김기환 팀장은 “스마트농업의 수혜자는 농업인에 청년농업인 및 관련 산업으로 확대하게 되며, 생산-인력-기술이 집적화된 스마트팜 혁신밸리를 거점으로 시설원예 산업을 첨단화하는데 주안점을 두고 될 것”이라고 밝혔다.
우리나라는 심각한 고령화 추세에 직면한 작금의 상황에서 노동력을 절감할 수 있는 스마트 농업정책을 추진하고 있다. 농림축산식품부 김기환 팀장은 “스마트농업의 수혜자는 농업인에 청년농업인 및 관련 산업으로 확대하게 되며, 생산-인력-기술이 집적화된 스마트팜 혁신밸리를 거점으로 시설원예 산업을 첨단화하는데 주안점을 두고 될 것”이라고 밝혔다.

 

한국

2017년 한국의 농가 수는 약 100만호, 농업인구는 242만 명 정도이며 그 중 65세 이상의 고령자가 55%를 차지하고 있다. 시설재배 면적은 52,418ha로 일본보다도 많은 편이어서 농업인구의 감소와 고령화가 매우 심각한 실정이다. 농림축산식품부에서는 이런 농업현실에 대응해 데이터 기반 환경제어를 통한 고품질 안전 농산물의 생산과 생산성 향상, 고용 노동비 절감, 병해충 감소 등을 목표로 2016년부터 스마트농업 정책을 추진하고 있다.  
스마트농업의 수혜자는 농업인에서 청년농업인 및 관련 산업으로 확대하게 되며, 생산-인력-기술이 집적화된 스마트팜 혁신밸리를 거점으로 시설원예 산업을 첨단화하는데 주안점을 두고 있다. 현재 소규모 단위의 농가 규모를 확대하거나 통합해 크고 안정적인 공급체계를 기반으로 국내외 시장을 개척하고, 청년 농업인들을 위한 새로운 창업 프로그램을 운영하거나 스마트팜 단지의 조성과 임대 등을 통해  전문 인력을 양성하게 되며, 또한 농업, 기업, 연구 기관의 공동 연구개발을 통해 새로운 시장을 창출한다는 것이 그 취지이다.
스마트 농업의 실현을 위해 우선 2018~2019년에 걸쳐 상주, 김제, 고흥, 밀양 등 4개 지역에 스마트팜 혁신밸리를 건설해 스마트팜 혁신모델을 적용하게 되며, 인력육성과 데이터기반 기술 혁신, 고품질 생산물 수출 확대의 거점을 조성한다. 이러한 스마트농업을 혁신 동력으로 해 선진국과의 기술수준을 줄이게 될 것이다.

 

각 나라별 수경재배 현황과 전망
순환식이 대세, 환경 보호와 재활용이 화두

 

 
일본


일본의 식물공장은 2018년 총 108개 중 인공광형 43개, 자연광형 52개, 자연광 병용형 13개가 운영되고 있다. 자연광형의 평균 재배면적은 2.9ha이며 주로 토마토 등 과채류를 재배하고 있고, 인공형형은 평균 1.4ha에 양상추가 주작물이며, 자연광 병용형은 평균 0.3ha에 대부분 양상추와 화훼류를 생산한다. 흑자를 내는 식물공장은 자연광형이 42%(22개), 인공광형이 21%(8개)로 여전히 적자인 곳이 많다.
수경재배 면적은 2016년 2003ha로 전체 시설재배 면적의 4.6%에 불과하며, 암면이나 코이어와 같은 고형배지경이 59.7%, 순수수경이 15.4를 차지하고 있다. 수경재배로 생산되는 작물은 주로 토마토와 딸기이며, 수경재배 기술에 대한 개발과 보급도 이 두 가지 작물에 집중되어 있다. 
일본 수경재배의 문제점으로는 수경재배에 적합한 품종이 없고, 사용한 양액이 그대로 버려지는 것, 수경재배를 하면서도 여전히 경험과 직관에 의존하고 있고, 생산량이나 환경의 개선에도 불구하고 배양액 조성은 그대로이며, 급액제어기 등의 제조업체가 다르면 사용할 수 없다는 것, 그리고 수경재배가 토마토와 딸기에만 집중되어 있다는 것 등을 들 수 있다. 
이러한 것들을 개선하기 위해 ‘차세대 시설원예(Next-Generation Greenhouse Horticulture)’ 정책을 중심으로 다양한 노력이 집중되고 있다. 최근에는 수경재배에 적합한 토마토 품종 ‘린교쿠’를 육성해 생산성을 검토하고 있고, 오존 살균 등 재사용하는 배액의 소독처리나 폐수활용 기술, 생육상태로 수량을 예측하거나 환경을 조절하는 기술, 인공지능(AI)이나 사물인터넷(IoT), 정보통신기술(ICT)을 활용한 정밀한 환경관리와 급액관리 등 데이터에 기반한 기술의 개발에 역점을 두고 있다. 또한, ‘차세대 시설원예’ 정책이나 수익성 높은 오이 생산 프로젝트 ‘드림팜’ 등을 통해 오이 등 다른 작물의 수경재배기술, 유기질 비료를 활용한 수경재배 시스템, 환경조절에 따른 양액 조성비의 조절 등 양액의 정량적 관리기술, 식물공장과 수경재배의 표준화를 목표로 한 환경조절 및 급액관리를 위한 앱과 표준화된 통신 방법을 개발하고 있다. 
일본은 미래의 식물공장과 수경재배에 있어서 하드웨어 보다는 생산을 지원하는 애플리케이션을 개발하는 것이 중요한 과제라는 것을 인식하고 소프트웨어의 개발을 촉진하는 데 집중하고 있다. 

 

장웨이지에 교수는 “중국의 수경재배는 아직 초기 단계지만 최근 수경재배용 배지로 피트모스나 암면을 대체할 수 있는 농업 부산물(해바라기대, 옥수숫대, 톱밥 등)에 대한 이용 효과와 경제성, 환경보호 측면에 대한 연구 등을 통해 앞날을 그리고 있다”고 밝혔다.
장웨이지에 교수는 “중국의 수경재배는 아직 초기 단계지만 최근 수경재배용 배지로 피트모스나 암면을 대체할 수 있는 농업 부산물(해바라기대, 옥수숫대, 톱밥 등)에 대한 이용 효과와 경제성, 환경보호 측면에 대한 연구 등을 통해 앞날을 그리고 있다”고 밝혔다.

 

중국


중국의 시설재배 면적은 353만ha로 세계 최대이며, 그중 95.6%를 채소작물이 차지하고 있다. 시설의 형
태는 비닐 터널, 연동온실, 일광온실 등이 있으며 최근 산뚱성을 중심으로 에너지 절감형 일광온실이 증가하고 있다. 
무토양 재배에 관한 연구는 1986년부터 시작됐으며, 2001년 460ha, 2011년 5200ha, 그리고 친환경 유기 무토양 재배 시스템의 개발에 힘입어 2018년에는 약 30,0000ha로 급증해 왔다. 현재 무토양 재배의 80% 이상이 이러한 친환경 유기 무토양 재배시스템을 채택하고 있으며, 석탄재, 피트모스, 버미큘라이트, 코이어, 톱밥, 퍼라이트, 모래, 왕겨, 짚 등 지역에서 생산되는 유기물을 배지를 이용한다. 전체 시비량의 80~100%를 유기질 비료로 시용하고 있으며, 액비 대신 주로 고형 비료의 형태로 밑거름과 덧거름으로 나누어 공급한다. 이 방식에 의해 시비량의 60%를 절감할 수 있으며, 작업을 단순화시키고 품질을 개선하는 효과가 있다. 무토양 재배는 다양한 채소작물의 생산과 체험농장, 정원이나 발코니, 식물공장 등에 이용되어진다. 
수경재배는 아직 초기 단계이며, 최근 수경재배용 배지로 피트모스나 암면을 대체할 수 있는 농업 부산물(해바라기대, 옥수숫대, 톱밥 등)에 대한 이용 효과와 경제성, 환경보호 측면에 대한 연구와 토마토, 오이, 고추 등 여러 가지 채소작물을 대상으로 물과 양분 및 환경이 생산량에 미치는 효과를 검토했다.    

 

 
네덜란드


최근, 폐수 방류를 최소화하는 기술인 ‘배액의 제로화’를 추진하고 있다. 나트륨의 축적이나, 양분 조성의 불균형, 필터의 청소, 병원균의 오염 등의 이유로 배액을 사용하지 못하고 버리게 되는데, 배액을 재활용하거나 배액이 거의 나오지 않게 함으로써 환경오염을 최소화하고 자원을 절약하는 기술이다. 작물의 생산량과 품질의 저하 없이 배출량을 줄이는 것이 가능한데, 우선 몇 가지 조건이 필요하다. 첫째, 용수로 사용하는 물을 나트륨이 없는, 빗물은 용수로서 매우 좋은 조건을 갖추고 있다. 순환식의 배관에 연결된 낮은 용량의 점적핀을 이용해 관수 시스템을 적용하고, 고품질의 배지를 사용해야 한다. 필터는 세척이 많이 필요하지 않은 방식을 사용하고, 재배가 끝난 후에는 슬라브와 탱크를 비워야 한다. 그리고, 유사시에 대비해 배액의 저장용량을 충분히 확보해 둘 필요가 있다. 현재, 농업인과 연구자들이 함께 기술을 투입해 효과를 창출하고 있다.
또한, 잎채소는 토양전염성 병해충의 발생에 따른 문제점을 회피하기 위해 수경재배로 많이 전환되고 있다. 토양재배에 비해 물은 50%, 비료는 60% 절감이 가능하며, 채소류의 품질 향상과 수확량의 증대가 확실시된다. 주로 박막수경(NFT, nutrient film technique)이나 담액수경(DFT, deep flow technique), 분무수경(aeroponics)과 같은 방식을 사용하는데, 1단재배가 일반적이며 LED나 이동식 재배가 사용되기도 한다. 역시 초기 투자비와 유지관리 비용에 부담이 있다. 

수경재배는 사용한 물과 비료를 회수해 재사용함으로써 자원을 절약하고 하천의 오염을 방지할 수 있는 친환경적 순환식 수경재배와 배액을 그냥 방출하는 비순환식 수경재배로 나누어진다. 네덜란드의 경우 순환식의 채택률이 95%에 이르고 있으나, 우리나라는 보급률이 5% 정도에 그치고 있다.
수경재배는 사용한 물과 비료를 회수해 재사용함으로써 자원을 절약하고 하천의 오염을 방지할 수 있는 친환경적 순환식 수경재배와 배액을 그냥 방출하는 비순환식 수경재배로 나누어진다. 네덜란드의 경우 순환식의 채택률이 95%에 이르고 있으나, 우리나라는 보급률이 5% 정도에 그치고 있다.

 

한국


우리나라의 수경재배 면적은 2018년 3551ha로 지난 20년간 5배 이상 증가했지만 여전히 시설재배 면적의 6.8% 정도에 불과하고, 농가당 수경재배 면적 또한 0.5ha 미만으로 영세하다. 수경재배의 92%는 채소작물이 차지하고 있으며, 딸기(1752ha), 토마토(753ha), 파프리카(544ha) 등 일부 작물에 편중되어 있다. 특히, 딸기는 불편한 작업자세의 개선이나 생산량의 증가 등에 따라 최근 10년 동안 수경재배로 전환하는 농가가 급증했고, 이러한 추세는 앞으로도 지속될 전망이다. 
수경재배의 92.4%가 고형배지경이며, 재배기간이 짧은 잎채소 등 일부 작물이 순수수경 방식을 채택하고 있다. 배지의 경우 암면이나 펄라이트를 사용하는 농가는 비슷한 수준으로 유지되고 있으나 최근 쓰고 난 배지의 폐기 문제 등이 대두됨에 따라 환경오염이 없는 유기배지의 사용이 급증해 왔으며, 2000년대 중반부터 도입되기 시작한 코이어-피트가 2017년 1339ha로 고형배지의 43%를 차지했다. 수경재배용 비료는 대부분 수입에 의존하고 있으며, 소모량이 가장 많은 질산칼륨, 질산칼슘, 황산마그네슘의 수입액은 연간 240억 원 정도이다. 암면이나, 코이어, 피트모스 등의 수입량도 상당하다. 
수경재배는 사용한 물과 비료를 회수해 재사용함으로써 자원을 절약하고 하천의 오염을 방지할 수 있는 친환경적 순환식 수경재배와 배액을 그냥 방출하는 비순환식 수경재배로 나누어진다. 네덜란드의 경우 1994년에 이미 순환식 수경재배를 권장하고 배액의 재사용을 의무화하는 것을 법제화해 순환식의 채택률이 95%에 이르고 있으나, 우리나라는 아트팜(강진), 동부팜(논산), ATEC(진주) 등 대형온실이나 교육기관을 중심으로 순환식을 채택하고 있지만 보급률이 5% 정도에 그치고 있다. 2009년 제정된 친환경농업촉진법에 순환식 수경재배로의 전환과 배액에 의한 환경오염이 없어야 한다는 것을 법제화했으나 농가 규모가 영세하고, 관련 산업 기반이 취약하며, 설치비용이 많이 드는 것 등의 이유로 순환식 수경재배 전환율이 매우 낮은 편이다.  
순환식 수경재배에 대한 연구는 2000년대 초기부터 시작되어, 2010년까지는 주로 순환식 수경재배용 배양액 조성, 배액의 재사용과 살균에 대한 연구가 수출작물을 대상으로 진행되어 왔으나 현장적용이나 농가보급은 미흡했다. 2011년부터 배액의 최소화, 작물 전용 배양액의 조성, 친환경 유기배지의 사용과 재활용, 순환식에서의 급액 조절, 급액시스템과 배액 회수방법, 친환경 전기 살균 등에 대한 본격적인 연구가 수행됐다.
순환식 수경재배의 보급률 확대를 위해서는 순환식 수경재배 농가에 대한 설치비 지원, 농가 규모의 확대와 집단화, 신규 수경재배 농가에 대한 배액 재사용의 의무화와 같은 정책적 지원이 필요하며, 수경재배 장치와 재료의 국산화 등을 위해 관련 산업 인프라의 구축이 필요하다. 또한, 소규모 농장의 경제적 순환식 시스템 개발과 빗물 사용기술의 확대, 배액의 지속적 분석을 통한 급액관리와 보정, 주기적인 병해충 관리와 살균시스템의 적용, 농업인의 인식개선을 위한 교육 등이 필요하다. 

국제학술회 후 국립원예특작과학원을 방문한 각 나라별 전문가. 좌측 두 번째부터 에릭 반 오스 박사(네덜란드), 호세 안토니오 알리가 마테오스 국장(스페인), 장웨이지에 교수(중국), 국립원예특작과학원 황정환 원장.
국제학술회 후 국립원예특작과학원을 방문한 각 나라별 전문가. 좌측 두 번째부터 에릭 반 오스 박사(네덜란드), 호세 안토니오 알리가 마테오스 국장(스페인), 장웨이지에 교수(중국), 국립원예특작과학원 황정환 원장.

 


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