실시간 외기 및 토양환경 측정장치 개발로 농가소득에 앞장서고 있는 홍영기 농촌진흥청 농업공학부 연구사

전기전도·수분·온도·일사량·CO₂등 7개 항목측정 

길이 120㎝, 무게 4㎏으로 휴대 및 조작 간편

◇ 국내 시설재배 현황 및 문제점

국내 시설재배 면적은 약 5만3000㏊(2015년)에 달하고 있으며, 계속해서 증가하는 추세다. 시설재배지는 폐쇄된 환경에서 작물의 재배횟수가 많고, 작기마다 시용되는 화학비료와 가축분 퇴비가 지나치게 많아 작물이 흡수 이용하고 남는 것은 질산염 또는 염산염이 되어 해가 거듭될수록 염류가 집적되어 연작장해가 발생한다.

국내 단위면적당 화학비료 사용량은 매년 감소추세에 있으나, 다른 나라와 비교하면 현저히 높은 수준에 있다. 국내 화학 비료 사용량은 2000년에 382㎏/㏊에서 2010년도에는 233㎏/㏊ 로 감소하고 있으며, 또한 2020년도까지 174㎏/㏊로 감축할 목표를 가지고 있다. 이처럼 시설재배지에서는 토양의 염농도(전기전 도도(Electrical Conductivity, EC))가 높아 작물의 양분흡수를 방해해 수량감소와 품질을 저하시키는 원인이 된다.

이와 같은 염류집적에 의한 연작장해를 줄이기 위해서는 합리적인 시비가 최선의 방법이다. 합리적인 시비를 위해서는 현재 토양내 염류집적 정도를 정확히 파악할 필요가 있다. 또한 작물의 생육을 관리하기 위해서는 시설내의 외부환경(온도, 습도, 일사량 등)을 파악하는 것도 매우 중요하다. 이처럼 토양내 염류집적 정도를 파악하기 위해서는 토양샘플을 채취해 토양분석이 가능한 기관에 분석을 의뢰하고 있다.

외기·토양환경 측정장치

이와 같은 방법은 많은 시간과 노력이 필요하고, 작물을 재배하면서 적용하기에는 어려움이 많다. 농촌진흥청 농업공학부에서는 작물생육을 효과적으로 관리하기 위해 작물이 자라는 땅속환경과 외기환경을 현장에서 짧은 시간에 손쉽게 측정할 수 있는 ‘외기·토양환경 측정장치’를 개발해 현장에 적용했다.

외기·토양환경 측정장치

◇ 외기 및 토양환경 측정장치 개발

개발한 측정장치는 상단의 외기환경 측정부와 하단의 토양 환경 측정부로 구성돼 있으며, 길이 120㎝에 무게가 4㎏밖에 되지 않아 휴대가 용이하며 조작이 간편하다. 측정항목은 외기환경의 경우 온도, 습도, 일사량, 이산화탄소 등 4항목이며, 토양환경은 땅 속의 염류집적 및 비료량을 알 수 있는 전기전도도를 비롯해 수분, 온도 등 3항목으로, 모두 7개 항목을 측정할 수 있다.  

특히 스테인리스 막대 끝에 2개의 전극이 설치된 토양환경 측정부는 측정 깊이가 50㎝나 돼 작물의 뿌리주변 깊은 곳까지 깊이별로 토양환경을 파악할 수 있다. 또한 측정장치를 일정한 장소에 고정 설치해 지속적으로 외기 및 토양환경의 변화를 파악할 수 있으며, CDMA 통신방식을 이용해 측정 자료를 웹페이지에서 확인 및 저장을 할 수 있어 작물재배지의 데이터베이 스 구축도 가능하다.

한편 기존에 토양환경을 알기 위해서는 토양샘플을 채취해 분석해야 하기 때문에 많은 노력과 비용, 그리고 2~3일 정도의 시간이 걸렸으며, 외기환경도 광범위한 지역의 상태는 알 수 있으나 작물 주변의 극소 외기환경 파악은 어려웠다. 이번 측정장치 개발로 작물재배지의 외기 및 토양환경이 적합한지 여부를 현장에서 실시간 측정할 수 있어 비료사용량이나 물 주는 시기 등 효율적인 작물 생육관리가 가능해질 것으로 기대된다.

◇ 시설오이 및 사과농가 적용사례

시설오이 3농가(2.3㏊)와 사과 1농가(1.2㏊)에 대해 토양센서를 기반으로 수분 및 양분을 관리해 작물을 재배한 결과, 오이의 경우에는 비료량 53%, 관수량 30%가 감소했으며, 수확량은 평당 3.3box(2009년)에서 5.5box(2010)로 67%가 증대해 토양관리를 통한 과습방지로 노균병 등의 병해를 획기적으로 낮춘 것으로 나타났다.

또한 사과의 경우에는 비료량 10%, 관수량 20%가 감소했으며, 수확량은 평당 15㎏(2010년)에서 16.8㎏(2011)으로 12% 늘어나 수분 및 양분관리를 통해 과실의 열과 피해를 최소화한 것으로 평가됐다.

즉 토양센서 기술을 적용하면 토양환경 파악이 가능해 적정관수 및 비료관리가 가능해 불필요한 화학비료 등의 농자재 투입을 억제하고 환경오염을 줄여주게 되며, 염류집적 최소화, 적정 양·수분관리에 의한 병해예방 등으로 비료량의 평균 20%는 절감하면서 생산량은 평균 30% 증대하는 기대효과를 바라볼 수 있게 됐다.

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