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[농축산기계 연구개발동향] 유인형재배장치 활용 스마트 작물생산 기술개발“연중 병충해 우려없는 신선잎 생산”

1회 파종으로 10개월 이상 수확가능…경영비절감에 효과
제어방식복잡·전력소모량, 과도한 초기시설투자비는 단점

허정욱 국립농업과학원 스마트팜개발과 연구사

일반적으로 인공광 스마트온실(식물공장)에서는 재배단 사이에 고정형으로 광원을 설치하는 형태의 다단식 재배장치를 이용해 초장과 생육기간이 짧은 호랭성 엽채류 위주로 수경재배 한다. 비교적 초장이 짧은 엽채류 이외에 노지 또는 시설에서 재배하는 초장이 긴 장간종 작물생산을 위한 재배기술과 스마트 환경제어 기술을 적용한 재배장치를 활용하면 연중 잎을 지속적으로 수확해야 하는 작물의 경우 재배기간 동안 동일한 광강도를 유지하면서 병충해 방제없이 장기간 재배할 수 있다.

◇ 인공광 스마트온실의 장·단점

형광등, 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode) 등의 인공광을 사용하는 스마트온실은 강우, 폭설, 고온 및 저온 등 외부 기상변화의 영향을 받지 않는 폐쇄된 공간에서 작물을 수경재배하기 때문에 시설내 병충해 유입이 차단되어 방제노력이 불필요하다. 또한 광원과 재배단 사이의 간격을 좁힌 다단식 재배장치를 활용해 작물을 생산하기 때문에 재배면적당 수확량 증대가 기대된다. 작물생장에 필요한 온도, 습도, 광강도 등 다양한 재배환경를 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 연중 균일한 품질의 작물을 계획적으로 생산할 수 있다. 그러나 광강도, 온·습도 등 재배환경을 균일하게 유지할 수 있는 기술이 요구되며, 설치 시스템에 따라서는 제어방식이 복잡하고 공조설비 등 많은 설치비용이 필요하거나 인공광 전용에 의한 전력소모량 등 경영비와 초기 시설투자비가 많이 소요되는 단점도 있다.

◇ 신선잎 생산용 유인형 재배장치 특성

일반적으로 스마트온실에서 작물생산을 위해 사용하는 재배시스템은 수평형이나 수직형으로, 다단식의 수직형 시스템의 경우 광원과 재배단 간격이 50 ㎝를 넘지 않으면서 재배단 사이에 고정형 광원을 설치하는 형태로 담액식, 박막식 및 분무식의 수경재배 방식을 채택하고 있다. 유인형 재배장치는 인공광 스마트온실에서 1.5m이상 자라는 작물재배가 가능하도록 재배공간을 제어할 수 있어서 초장이 긴 장간종 작물의 신선잎을 연중 1회 파종으로 10개월 이상 수확할 수 있도록 한 수경재배장치이다. 재배장치는 작물 생육상태에 따라 분무식과 담액식을 병행해 사용할 수 있다. 작물 초장이 길어지게 되면 작물 높이를 시스템 스스로 판단하도록 해 재배기간 동안 광원부를 상하방향으로 작물과 광원과의 간격을 조절하고 광강도를 일정하게 유지하면서 장기재배할 수 있다. 또한 재배장치 상부에는 자투리 공간활용을 위해 재배장치내 정식용 작물을 파종하고 육묘할 수 있는 파종·육묘상을 장착하고 육묘와 수확이 동시에 가능하도록 했다. 장치상부에는 유인레일을 설치해 상부로 말아 올리거나 작물쪽으로 내리는 방식으로 재배기간 동안 작물도복을 방지하는 것을 특징으로 하는 스마트 재배장치를 개발했다.

유인형 작물재배장치

◇ 신선잎 생산용 유인형 재배장치 적용효과

재배장치 구동을 위해 분무식 수경재배 방식을 채택했으며, 형광등과 LED의 혼합광을 인공광원으로 채택한 후 광강도는 150μmol m-2 s-1로 설정해 작물 높이가 높아짐에 따라 동일한 광강도를 유지하도록 광원부 상하이동을 설정했다. 재배장치내 녹즙용 케일 실생묘를 정식했으며 자연광 온실조건의 관행 재배방식과 생육반응을 비교했다. 재배기간 중 관행방식의 온실에서는 연 2회 파종하는 케일의 경우 미생물제제 사용에도 불구하고 케일 잎이 충해를 입어 미생물 제제에 의해 방제가 불가능했고 외부기온 상승에 의해 8월 개화 전까지 잎을 수확하지 못해 연 3회 파종해 잎을 수확했으나 유인형 재배장치에서는 병충해 피해 없이 자연광 최고 광강도의 1/15~1/20 수준의 낮은 광강도 조건에서도 1회 파종으로 10개월간 신선잎을 수확했다.

관행의 자연광 조건에서는 병충해 발생에 의해 정식후 5회 수확한 후 2회 추가 파종해 육묘기간을 제외하고 6개월간 재배했으며 재배장치에서는 1회 파종해 10개월 동안 재배했다. 5회차 수확까지 수확량은 광강도가 1/15~1/20로 낮은 조건에서도 유사한 수준을 유지했으나 연간 잎수확량은 관행재배방식에 비해 34% 증가했다. 한편 재배장치에서 수확한 잎의 생체중은 자연광이용 온실조건에서 증가했다. 이는 자연광 조건과 인공광 재배조건에서의 광강도 차이에서 기인하는 것으로, 재배장치내 광강도를 150μmol m-2 s-1 이상으로 증가시킬 수는 있으나 수확량에 있어서 유의한 영향을 미치지 않기 때문에 경영비 절감면에서는 스마트온실 조건에서 작물별 시설내 적정 광강도를 파악한 후 광강도를 제어하는 것이 생체중 증감에 유의한 영향을 미칠 것으로 판단된다.

재배 종료후 온실 관행방식 및 재배장치에서 재배한 케일 잎내 플라보노이드 함량을 조사한 결과 온실에 비해 재배장치에서 수확한 잎의 플라보노이드 함량이 80% 이상 높은 것으로 나타났다.

농촌진흥청에서 개발한 유인형 재배장치는 장간종의 녹즙용 신선잎의 장기재배 및 육묘겸용 장치로, 자연광 대비 광강도가 1/15~1/20로 낮은 조건에서도 파종회수를 1/2~1/3로 줄이면서 병충해 발생에 대한 우려없이 고품질의 신선한 잎을 수확할 수 있으며, 병충해 방제 및 세척작업에 필요한 노력과 종자구매나 육묘장 이용관련 경비 등 신선엽 생산을 위한 경영비절감에 효과적일 것으로 판단된다. 또한 이 재배장치는 신선잎을 수확하는 다양한 장간종 작물재배의 장기재배 및 농가 소득증대에 효과가 클 것으로 기대된다.

 

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