아무리 식물공장이라도 딸기 재배 진입장벽은 높다
미래의 지구는 기후변화, 식량문제 등 인류가 살기 어려운 상황을 예측하고 있다. 또한 세계인구가 2020년 77억 명에서 점차 증가하여 2050년에는 90억 명에 도달하면 전 세계인구의 생존을 위해서는 현재보다 약 70%의 농산물을 추가 생산해야 한다고 한다. 최근 식물공장이 이러한 식량문제를 해결할 방안으로 떠오르고 있다.
식물공장이란 빛, 온습도, 이산화탄소, 배양액 등을 제어해 농작물을 재배하는 시설이다. 인위적인 환경조작을 통해 공간 속에서 다량의 작물재배 및 생산이 이루어지고 계절, 날씨에 상관없이 주년생산이 가능하다. 그러나 현재 재배할 수 있는 작물은 일부 잎채소로 제한되어 있고 딸기는 식물공장 재배기술의 난이도가 높다. 이렇게 진입장벽이 높은 딸기의 식물공장 재배는 다음과 같은 조건이 필수요건이다.
식물공장에서 딸기를 성공하려면
(배지) 처음 식물공장을 도입할 때 순수 수경재배를 권장하였다. 즉 토양 없이 물속에서 뿌리를 길러내는 것으로 엽채류는 물속에서도 뿌리가 잘 자란다. 그러나 딸기는 쉽지 않은데 이유는 뿌리의 기능과 구조에 있다. 1차근은 견인근으로서 몸체를 밑으로 끌어내리는 역할만 하며, 1차근에서 나온 아주 얇은 2차근과 3차근은 양분과 수분 흡수를 담당하는데 건조하면 말라 죽고 과습하면 터져 죽는다. 반드시 딸기 뿌리가 잘 자랄 수 있는 물리성을 가진 인공상토에서 길러야만 딸기 재배가 가능하다.
(광) LED는 칼륨, 비소, 인을 재료로 하여 만들어진 반도체로써 빛의 파장은 식물의 생장과 형태형성을 강화하는 데 중요한 역할을 한다. 딸기 식물공장 LED 재배의 관건은 광합성 메커니즘에 맞는 최적화된 양질의 광합성광량자속밀도를 갖는 빛으로 재배하는데 우리 인간의 눈 밝기로 측정하는 룩스의 개념이 아닌 식물이 감광기관 기준 밝기인 광합성광량자속밀도(300마이크로몰 이상) 기준으로의 광량이 필요하다.
일반적으로 청색광(400~500nm) 파장은 엽록소 흡수 및 식물형태 형성을, 녹색광(500~600nm) 파장은 투과율이 높은 효과적인 광합성을, 적색광(600~700nm) 파장은 엽록소 흡수 및 개화에 관여한다. 보통 식물의 광합성 효율은 400~750nm 대역범위에서 이루어지며, 좀 더 구제적으로 설명하면 근자색부터 적색, 그리고 청색이 광합성에 가장 높은 효율을 갖는 대역이며, 초록색부터 황색, 주황색 대역은 광합성에 직접적인 영향을 주지는 않는다. 식물공장 딸기 재배에 적용되는 LED 조명은 식물의 광학적 흡수 스펙트럼을 기준으로 잎의 광합성을 통해 얻어지는 유기물의 극대화를 가져와야 하며, 딸기 열매의 착과와 착색에 도움이 되는 광원을 함께 고려해야 한다.
(온습도 및 환경조건) 식물공장은 외부와는 완전히 구조물로 격리된 환경에 날씨, 기온으로부터 영향을 거의 받지 않고 중앙제어 시스템을 통해 효율적인 관리가 가능하다. 따라서 생육단계별 온도(10~23℃), 습도(60~95%), 탄산가스(800ppm) 등의 환경관리는 매우 중요한 요소가 된다. 딸기의 생육상황(생식생장과 영양생장)에 따라 온습도, 탄산시비 등을 높이거나 낮추거나 하여 환경을 변화시켜야 한다.
현재 식물공장에서 가장 문제 되는 팁번(칼슘결핍) 현상은 온습도 환경을 잘 맞추고, 기형과 발생은 수정이 용이한 장치로 해결해야 한다. 정식 후 연중 수확을 위해서는 화아분화 유도부터 액아, 런너관리나 적엽, 적화, 적과 등 다양한 개별관리도 중요하다.
(양액제어) 딸기 재배는 적절한 인공광과 온습도 환경조건과 함께 잎을 잘 성장시키는데 비료공급이 매우 중요하다. 최초 식물공장 도입 시 사용한 비료를 재사용하는 폐쇄형(순환식) 양액급액을 추천하였지만 재사용 시 소독과 부족분 첨가 후 사용하면 큰 문제가 없으나 그냥 재사용하면 딸기 식물공장 재배는 100% 실패한다. 그만큼 딸기 재배는 까다롭다. 반드시 원수분석 후 양액을 처방받아 사용하고 공급EC는 생육상황에 따라 1.0~1.5dS/m 범위 내에서 계속 변경하여 공급해야 한다. 또한 양액 공급량도 생육상황에 따라 배액율 기준으로 계속 변경하여 공급한다. 절대로 양액 공급량과 공급EC를 일정한 기준을 두고 똑같게 급액하면 반드시 실패한다.
(병해충 관리) 대부분 식물공장에서는 단열재로 외부와 완전히 격리된 상태에서 각종 병원균, 미생물 등으로부터 안전하게 작물을 재배할 수 있어 친환경재배가 가능하다. 그러나 기본 규칙을 지키지 않으면 병해충이 만연될 수 있다. 외부에서 들어온 묘는 반드시 병해충 방제와 예방을 철저히 한 후 사용해야 한다. 그리고 외부와 격리가 소홀하거나 입구에 에어소독기를 설치하지 않으면 사람의 옷이나 몸에서 벌레가 침입할 수 있으므로 철저히 소독 후 들어와야 한다.
성공적인 식물공장에서의 딸기 육묘
식물공장을 활용한 딸기 묘 증식 기술은 관행의 증식법보다 증식 효율이 높다. 서울대에서는 식물공장의 규격 및 증식 시작일의 모주 개수와 1차, 2차 및 3차 러너플랜트의 생산에 소요되는 기간을 변수로 설정하여 일정 기간에 생산되는 딸기 묘를 예측할 수 있도록 개발하였다. 이 기술은 식물공장 내에서 조직배양묘에서 유래된 원원묘급 우량묘을 생산하는 데 적합하다. 그러나 보급묘 즉 포장에서 생산할 수 있는 묘는 공간이 넓어야 하므로 좀 더 많은 연구가 필요하다.
딸기 식물공장 미래
식물공장은 막대한 설비투자와 높은 생산비가 문제로 대두된다. 식물공장을 운용하며 자원의 이용효율을 증대하고 투입 자원량 당 단위 생산 가치를 증대시키는 것이 앞으로의 중요한 과제라고 볼 수 있다. 이를 위해 신재생에너지를 동력원으로 사용한다던가 지하철역사, 폐터널, 폐광 등의 값싼 에너지가 있는 장소도 좋을 것으로 생각된다. 현재는 어렵지만 언제 가는 딸기 식물공장 재배가 보편화되리라 생각된다.
글=이종남 농업연구관
국립식량과학원 고령지농업연구소
[농업현장과 함께하는 월간원예]
