친환경 작물재배기술 및 소재개발
이 호 진 서울대학교 농업생명과학대학
서 종 호 농촌진흥청 작물시험장
서 언
친환경농업 기술의 기본 이념은 농업이 근본적으로 자연계의 물질순환을 활용한 산업이라는 점에서 출발한다. 농경지 토양에 화학비료, 농약, 화석연료를 과도하게 투입하는 농업기술은 생산-소비-환원의 물질순환체계를 손상시키고 있다. 과도하게 투입한 질소비료는 지하수의 질산오염을 일으키고 볏짚, 콩 줄기와 같은 포장부산물들 마저 수확물과 함께 반출되고 농경지에 순환되지 못한다. 축산 배설물들은 처리되지 못하고 축사 근처에 쌓여 수질을 오염시키고 쉽사리 분해되지 못한 농약들은 생태계를 파괴하고 식품의 안전을 위협하고 있다.
친환경농업은 유기물의 종합관리체계를 확립하고 비료 시비효율을 높이고 농약의 사용을 적극 자제하면서 소비자에게 안전 농산물을 생산하려는 농업기술을 의미한다. 유기물 시용은 토양내 물질순환을 왕성하게 하여 공기, 양분, 수분 등의 회류를 활발하게 한다. 좋은 토양으로 상징되는 완충능이 높은 토양은 물질대사나 회류가 활발하게 일어나는 토양이라 할 수 있다.
1. 작물 양분관리를 위한 시비방법 및 자재이용
가. 저투입 지속성 작물재배
종래의 우리나라 작물 양분관리는 농토에 비료를 다량 시용하여 가급적 작물의 수량을 최대한으로
증가시키려고 하는 데 있었다. 과다하게 시용된 비료로 병충해가 다발하고, 웃자람으로 인해 내재해성이 약하게 되고, 시비된 비료 양에 비해 이용률은 현저히 저하되는 수가 흔하였다. 특히 질소비료의
경우에는 다량 시용시 채소류 등에서 질산염의 축적이 이루어져 생산품의 가치가 감소되거나 토양에
잔류된 질산염은 강우에 의해 호수 및 강으로유입되거나 또는 토양의 지하수로 용탈되어 수질오염을
으킨다. 또한 인산 및 칼리는 토양에 축적되어 양분의 불균형화를 일으키기도 하며 인산의 축적량이
현저히 증가할 경우에는 수용성 인산의 증가에 따라 유실된 인산이 수질의 부영양화를 일으킬 우려도 있다. 특히 비료의 축적이 가장 심한 시설원예지는 보통 5년 이상 재배시 대부분의 경우 질산태 질소, 인산, 가리 및 염분농도가 일반경작지의 5배 이상에 달하고 있다. 이는 농가의 화학비료 사용량이
계속 증가하였고 추천시비량보다 많이 시용하는 경향이 있었으며, 특히 복합비료를 선호하여 농토별 성분별 균형시비가 이루어지지 않는 것으로 보인다.
환경 폐해를 줄이고 농업 생산성은 유지하려는 초기의 재배방식이 바로 지속성농업이었고 비료와 농약의 투입을 감량하는 저투입 재배가 주류를 이루었다. 우리나라 벼농사에 투여되는 추천 시비량은 N:P:K의 성분량으로다수계품종들은 15:9:11 kg/10a, 일반계품종들은 11:7:8 kg/10a 이나 농민의 입장에서 항상 증량 시비하는 경향이 있었다. 벼 농사에 비료시비량을 감량하였을때 수량감소는 그다지 현저하지 않아, 30% 감비에서도 현미수량은 관행에 비하여 차이가 없었고 무비·무농약은 40% 감수를 초래하였다. 농업 에너지 투입 효과를 조사했을때 산출/투입에너지 비는 관행 재배에서는 6.53이나, 30% 감비에서는 8.77, 무비․무농약은 25.5로 크게 향상되었다(농과원, 1994).
벼 농가포장에 농가 관행의 재배법을 사용한 구(Conventional farming)와 저투입 지속농법(Low-Input Sustainable Agriculture, LISA)에 의한 시험구들을 조성하고 농민이 3년간 직접시험을 수행하였다. LISA구는 관행구에 비하여 질소비료를 52% 만을 시용하였고, 분시 방법은 관행구의 기비 중심으로 시비하는 대신 5엽기에 1차추비를 주고 이삭거름을 주었다. 또 농약은 일년에 6회 살포하는 대신 사전 예찰에 따라 2회만 살포하였다. 또 LISA구는매년 수확한 볏짚을 전량 농토에 갈아넣었다. 쌀 수확량은 실험 첫해에는 약간 적었으나 2년, 3년에 각각2.7%, 10.3% 증가하였으나 통계상 유의적인 증가는 아니었다. 질소비료와 농약을 절감하는 것이 벼의 생장과 수량에크게 영향을 주지 않는 것이 지속성 연구의 다수 실험 결과였다. 논농사에 저투입 연구는 사전 토양조사에 따라 시비량의 적정
투입 처방에 따라 시비를 하였을 때 관행 시비방법에 비하여 벼 수확량에서는 차이가 없었고 비료
시비효율은 매우 높아졌다. 그 동안 한국 농가에서 질소 과다 시용과 농약의 잦은 살포가 당연시되어 왔지만 사전 토양조사에 따라 필요량만을 사용하는 감비와 병충해 예찰을 통하여 농약은 적기에 필요한 양만을 살포하여도 방제의 효과와 적정수량을 올릴 수 있다고 말할 수 있다.
나. 양분종합관리 시비체계
저투입만으로 농토와 지역에 따른 변이를 고려할 수 없기때문에 보다 정확하게 작물이 필요로 하는 적량만을 투입하여 효율성을 높일 필요성이 증대되었다. 작물을 재배하기 이전에 농토별로 토양조사를 실시하고 그에 따라 비료 종류와 시비량을 결정하여 적기에 적정량을 공급하려는 시비방식이 양분종합관리(INM)이다.
양분의 종합관리에서 토양분석과 관련된 시비처방 만 아니라 여러 가지 토양조건 및 기후, 작기 등에 따라 시비량을 유동적으로 결정하는 것도 양분종합관리를 하기 위해서는 꼭 필요한 사항이다. 일본에서는 채소재배시에 질산태 질소와 관련이 높은 EC와 토성의 두 가지 요인에 따라 유동성 있게 질소시비량을 결정하고 있으며(표1), 미국 미조리에서는 토성과 치환이온용량 및 작기에 따라 질소시비량을 조정하고 있다(표 2). 우리나라에서도 주요 지역 및 작목별 시비와 크게 관련되는 요인들의 탐색과 이에 따른 시비기준들의 확립이 필요하다 하겠다.
표 1. 일본의 EC 및 토성에 의한 채소의 기비질소 감비율
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EC (중량법 1:5 ) |
사 토 |
사 토 - 사양토 |
양토 - 식토 |
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0.09이하 0.1～0.4 0.5～0.7 0.8～1.1 1.2～1.4 1.5이상 |
기준량 〃 제1,2회는 기준량의 ½ 〃 제1,2회는 무시용 〃 |
기준량 기준량의 ⅔ 기준량의 ½ 기준량의 ⅓ 무시용 무시용 |
기준량 기준량 기준량의 ⅔ 기준량의 ½ 기준량의 ⅓ 무시용 |
표 2. 미국 중서부(미조리)에서 토양특성, 유기물함량 및 작기에 따른 질소 시비량의 조정
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Soil texture |
CEC (Me/100g) |
OM (%) |
Cool-season crops(kg N/ha) |
Warm-season crops(kg N/ha) |
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Sands - sandy loams |
less 10 |
0.5 1.0 1.5 |
11 22 34 |
22 45 67 |
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Silt loam - loams |
10～18 |
2.0 3.0 4.0 |
22 34 45 |
45 67 90 |
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Clay loams - clays |
greater than 18 |
2.0 3.0 4.0 5.0 |
11 17 22 28 |
22 34 45 56 |
다. 양분종합관리를 위한 자재 개발
이런 시비과잉의 문제점의 해결하기 위해서는 토양상태를 고려하지 않고 작물에 따른 일률적인 시비처방 및 복합비료의 시용보다는 토양의 분석에 따른 적정시비 및 주문형인 BB비료사용, 환경보전형 저인산 복합비료 및 비료이용효율을 증가시키는 완효성 비료의 사용이 필요하다(표 3). 최근 양분종합관리를 위한 자재들의 개발에는 다음의 예가 있으며 양분종합관리에 적합한 농자재가 계속 개발되어야 할 것이다.
(1) 토양검정기기 : 농가에서 사용할수 있는 간이 토양 검정기기로서 질산태 질소 농도 측정, 암모니아태 질소농도, 인산함량 측정기, pH 측정기 등이 시판되고 있다.
(2) 식물체 진단기기 : 작물 잎의 녹색의 농담을 측정하여 질소비료의 추비여부를 결정하려는 엽록소 측정기(S PAD meter)가 있다. 옥수수 줄기의 단면에 화학시약을 처리하여 발색상태에 따라 질소함량을 판단하는 방법도있다.
(3) 완효성 비료 : 기존의 단비를 황이나 특수 물질로서 피복하여 비료효과가 15일에서 100일 이상으로 장기간 지속시킴으로써 작물 생육기간 동안 비효를 나타내는 완효성 비종들이 개발되어 있다.
표 3. 환경보전형 화학비료의 사용 (정, 2000)
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구 분 |
주 요 내 용 |
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토양검정에 의한 적정시비 |
·토양 검정에 의한 시비량 결정 · 축분 등 유기질 비료 사용에 따른 시비량 조절 · 단비 배합비료 및 입상 배합비료의 사용 |
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환경보전형 비료의 확대 |
· 저인산 복합 비료의 사용 |
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완효성 복합 비료의 사용 |
· 비료 지속 기간 15일 → 100일 · 분시 4회 → 1회사용 · 직파재배시 완효성 복비 전층시비 |
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주문배합비료 (BB)의 사용 |
· 작물별 단일 표준시비 → 토양 검정 시비 · 비료 운반 및 사용과정 중 굳지 않음 |
2. 농경지 물질 재순환 및 영양회로의 폐쇄화
가. 잔여유기물 환원 및 유기자원의 조달
친환경농업의 기본은 토양의 다양성과 건전성을 바탕으로 지속적 작물생산을 기본으로 하기 때문에 이를 위해서는 토양에 유기물의 공급 및 농약 및 비료 등 외부로부터 반입되는 무기자재의 절감을 필수적으로 한다.
농가단위 영농이 주를 이루었던 전통 농업에서는 에너지순환이 대부분 농가 또는 마을 단위로 이루어졌지만 전문적 작목 단위의 단지형으로 개편된 현대에서는 농촌의 생산지와 도시 소비지를 연결이 쉽지 않다. 지속적 농업을 위한 유기자원의 확보를 위해서는 농가간 또는 지역간의 연락 및 유기적 조달체제의 확립이 필요하다(표4). 즉 전통적인 농업에서는 윤작 및 구비 등을 주축으로 한 경지내 순환을 위주로 한 폐쇄적 농업이 주축이었지만 현대와 같이 산업과 교통이 발달하고 농업자체도 전문화되어 가는 상황에서는 지속적 농업을 위한 유기적 자원의 확보를 위해서는 농가간,지역내 및 지역간의 유기자원의 상호교환 및 복합농업을 새롭게 구축할 필요가 있다.
표 4. 순환농업의 유형과 방법 (保田, 1989)
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순환유형 |
Subsystem |
유기물 유형 및 순환 |
농업형태 |
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농가내 순환 |
경지내 순환 |
· 볏짚환원, 녹비환원 · 윤작, 혼작,공영식물 · 천적, 미생물제 |
개별복합 농업 |
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작목간 순환 |
· 구비 · 답전윤환 | ||
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농가생활내 순환 |
· 가정용 폐기물, 분뇨 | ||
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지역내 순환 |
경지-비경지간 순환 |
· 산야초, 객토 · 방목과 휴한지의 윤환 · 산림과 나무의 이용 |
지역복합 농업 |
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농가간 순환 |
· 구비-볏짚,왕겨의 교환 | ||
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지역간 순환 |
농업지역간 순환 |
· 경종-축산부문의 교환 |
지역간 복합 및 순환농업 |
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농공간 순환 |
· 유기성 폐기물의 퇴비화 · 톱밥, 수피의 이용 | ||
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농촌도시간 순환 |
· 음식물쓰레기의 퇴비화 |
농업상호간의 유기자원의 확보와 더불어 더욱 중요한 것은 이용되는 유기자원의 질의 문제이다. 전통적인 농업에서 농가단위로 순환되던 유기자원은 대부분 유기재배로 이루어 졌기 때문에 유기자원의 질의 문제에서 큰문제가 없었다. 현대는 유기부산물 생산과 관련된 농가 및 산업체는 전문적 상품생산을 위해 여러 가지 화학첨가물을 투여하는 경우가 많아 산업부산물 및 그것으로 생산된 많은 퇴비는 중금속 및 페놀물질 등 오염물질이 포함된 경우가 허다하고 소비자단체와 환경단체들이 문제를 제기하고 있다. 또한 Codex에서 규정한 유기축산을 위해서는 100%유기재배로 이루어진 사료를 쓰도록 규정하고 있으며 유기재배의 농가 또한 유기작물재배를 위해서는 유기축산에 의해 생산된 가축분뇨를 사용하게 되어 있다. 따라서 친환경농업을 위한 농가간, 지역간 및 지역외로부터 깨끗한 유기자원의 조달을 위해서는 사회 전체적인 차원에서 유기물 조달체계 및 품질관리의 기준이 이루어져야 할 것으로 보인다.
벼 재배농가들은 가을철 벼 수확시 포기 밑둥에서 짤라 벼이삭을 탈곡하여 수확할 뿐 아니라 볏짚을 모아 곤포기로 볏단을 만들고 조사료로서 팔아 추가 소득을 올린다. 볏짚에 포함된 양분은 품종별 재배방식에 따라 차이가 있으나 수확물의 톤당 질소 5～12 kg, 인산 1～4 kg, 칼리 20～45 kg이나 된다. 논에서 이삭부위를 제외한 나머지부분을 농경지로 갈아 넣는다면 이듬해 이삭부위에 포함되었던 양분과 논에서 겨울동안 방출된 양분만 시비형태로 환원하면 된다는 계산이다(표 5). 볏짚의 환원에 따른 벼 알곡 및 볏짚의 수량증가 효과도 크다(표 6).
표 5. 벼 수확에 따른 양분 제거량(kg/ton)
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벼품종 |
이 삭 |
볏 짚 | ||||
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N |
P |
K |
N |
P |
K | |
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IR-8 Peta 다산벼 추청벼 |
13.3 11.2 10.4 9.2 |
4.4 2.1 6.3 5.4 |
7.1 2.8 2.9 2.4 |
5.4 12.1 8.7 7.4 |
0.9 3.6 3.4 3.6 |
29 45 24 20 |
(Juliano, 1985; 농촌진흥청, 1996)
표 6. 논에서 생산된 전체 생볏짚을 그 토양에 환원하였을 때 시용효과
(농과원, 2000 )
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처 리 |
정조수량 |
짚생산량 | ||
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정조량 (kg/ha) |
지수(%) |
짚량(kg/ha) |
지수(%) | |
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표준시비 표준시비 + 볏짚 |
7,250 7,831 |
100 108 |
8,749 9,702 |
100 111 |
벼 재배후 녹비작물로서 헤어리벳치, 자운영, 호밀을 파종하면 논에 잔존하는 여분의 비료성분을 흡수하여 체내에 저장하여 월동기 동안 경지에서 비료성분의 방출을 억제할 수 있고 이앙 전에 논에 갈아넣으면 부숙하면서 벼가 이용할 수 있게 된다.
논물에 포함된 영양분을 배수로로 방출하지 않고 재순환 시키는 것은 비료끼를 재활용할 기회를 만들고 수질오염을 방지하는 이점이 있다. 논 용수는 관수로를 통하여 논에 들어오고 벼에 흡수되거나, 증발, 지하로 침투되어 감소된다. 논물의 감소심은 2cm/일 정도가 적당하지만, 사질 논은 하부로 침투가 많고 습답은 침투량은 적지만 변이가 크다. 논물 높이의 변화를 자동 감지하여 관수구의 개폐를 조절함으로써 용수량을 절약할 수 있다. 또 논물을 완전히 배수하지 말고 집수하였다가 양수기를 사용하여 관수구로 재순환하는 시설은 논물을 절약할 뿐아니라 논물에 포함된 양분을 방출하지 않고 재활용할 수 있게 한다.
나. 친환경 유기자재의 종류 및 효과
농경지에 투입할 수 있는 유기물은 종류가 다양하고 그에 따라 유기물에 포함된 양분과 토양에 환원시 토양에 흡착되거나 작물이 이용할 수 있는 형태가 달라지기 때문에 유기물을 이용할 때 이용목적을 확실히 할 필요가있다. 본래 유기물의 이용은 지력증진을 목적으로 탄소율이 높은 유기물을 토양에 넣어 토양 미생물의 바이오매스를 증가시킴으로써 미생물의 활성을 높이는 데 있다. 이에 따라 토양 비료성분의 발현과 토양병해 발생을 억제하고 토양의 다양성을 높일 수 있다. 최근에 생산되는 유기물은 가축사양규모의 확대와 축산이 토지와 분리됨에따라 분뇨가 지역적으로 편재되어 있고 지력증진을 위한 자재로 활용되기보다는 환경오염을 발생시키는 원인이되고 있다. 탄소율이 낮은 유기물을 시용할 때는 그 유기물의 비료적 가치를 고려하여 화학비료를 감비하여야한다(그림 1).
친환경농업에 이용되는 주요 유기물의 분해와 토양개량, 양분공급의 효과는 주로 그 유기물의 탄질률에 의해좌우된다(표 7). 대표적인 유기물의 종류, 특성과 그 시용효과를 표 8에 나타내었다. 과거에는 퇴비, 퇴구비의 원재료는 고간류, 낙엽 등이 중심이었고, 그것에 가축의 분뇨를 더하여 퇴비화하는 것이 보편적이었다. 그러나 현대는 재료도 다종다양하여 이용시는 꼭 성분함량을 확인할 필요가 있다.지금까지는 토양개량을 위한 유기물의 시용과 화학비료의 시용은 다른 것으로 생각하여 왔지만 비료성분이 높은 유기물은 토양에서 무기화되어 화학비료로 시용된 것과 똑같은 양분형태로 존재하게 된다. 따라서 환경친화형 농업에서는 유기태 및 무기태를 불문하고 질소성분의 총량으로 시용량을 평가하는 방향으로 진행되고 있다.
그림 1. 유기물(가축분뇨 포함) 사용시 고려해야 할 점
표 7. 퇴비의 주요재료와 탄질율
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식 물 성 |
동 물 성 | ||
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재 료 |
탄질율 |
재 료 |
탄질율 |
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작물잔사 낙 엽 바 크 전정가지 음식쓰레기 |
50～120 30～50 500～800 100～150 10～40 |
우 분 마 분 계 분 깔 짚(소)
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20 25 10 30～60
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표 8. 각종 유기물의 특성과 사용상의 주의
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유기물의 종류 |
원재료 |
사 용 효 과 |
사용상 주의점 | ||
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비료 효과 |
화학성 개량 |
물리성 개량 | |||
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퇴비 |
고간류 채소류 |
중 |
소 |
중 |
가장 안심하고 사용가능 |
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구비 (우분뇨) (돈분뇨) (계 분) |
우분뇨와 깔짚 돈분뇨와 깔짚 계분과 볏짚 |
중 대 대 |
중 대 대 |
중 소 소 |
비료효과를 고려하여 사용량을 결정 |
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목질혼합퇴비 (우분뇨) (돈분뇨) (계분뇨) |
우분뇨와 톱밥 돈분뇨와 톱밥 계분과 톱밥 |
중 중 중 |
중 중 중 |
대 대 대 |
미숙목질이 있으면 해충이 발생하기 쉽다 |
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바크퇴비 |
바크와 톱밥을 주체로 한 것 |
소 |
소 |
대 |
″ |
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왕겨퇴비 |
왕겨를 주체로 한 것 |
소 |
소 |
대 |
물리성 개량 효과 위주로 투입량 결정 |
|
도시음식물 퇴비 |
음식물쓰레기를 주체로 한 것 |
중 |
중 |
중 |
유리등 이물질의 혼합에 주의 |
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식품 산업폐기물 |
식품산업폐기물 및 수분조절제 |
대 |
중 |
소 |
비료효과 고려 시비량 결정 |
표 9. 유기농업에서 토양개량과 작물생육을 위해 사용할 수 있는 물질
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사용이 가능한 자재 |
허용이 가능한 조건 |
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·농장 및 가금류의 퇴구비
·오줌(가축의 뇨) ·퇴비화된 가축배설물, 유기질 비료
·건조된 농장퇴구비, 탈수한 가금 퇴구비
·질소질 구아노 ·짚, 산야초 ·버섯재배 및 지렁이 양식에서 생긴 퇴비
·유기농장 부산물로 만든 비료 ·식물잔류물로 만든 퇴비 ·도축장과 수산물 가공공장에서 나온 제품 (혈분,육분, 골분, 깃털분, 키토산 등) ·식품 및 섬유공장의 유기적 부산물 ·해조류 및 해조류 식품 ·톱밥, 나무껍질 및 목재부스러기 ·나무 숯 및 나무재 |
·유기농업의 부산물에서 생산하지 아니한 것은 농약 등 화학합성물질을 처리하지 않은 것
·완전히 발효되어 부식된 것, 공인기관의 등록 및 허가된 제품 ·유기농업의 부산물에서 생산하지 아니한 것은 농약 등 화학합성물질을 처리하지 않는 것
·지렁이 양식용 자재는 동 표에서 허용하는 자재만 사용하여야 함 -
·도축장의 가공제품은 인증기관 또는 공인기관의 등록 및 허가된 제품 ·합성첨가물이 없는 것
·폐가구 목재 부스러기는 제외
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·천연 인광석 ·칼륨암석, 채굴된 칼륨염 ·황산가리 ·물리적 공정으로 제조된 것 ·자연산 탄산칼슘 (해조류 퇴적물 , 석회석 등 ) ·마그네슘 암석 ·석회질 마그네슘 암석 ·사리염 (황산마그네슘), 천연석고 ·스틸리지(알코올발효찌꺼기) 및 스틸리지 추출물 ·염화나트륨(소금) ·인산알루미늄칼슘 ·미량원소(브롬,철,망간,구리,몰리브덴,아연 등) ·황 ·자연암석분말 , 분쇄석 또는 그 용액 ·점토 및 불석(Bentonite, Perlite, Zeolite) ·자연적으로 생긴 유기체(벌레) ·질석(풍화한 흑운모) ·이탄(泥炭, Peat) ·피트모스(土炭) |
·암모니아 스틸리지는 제외
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·지렁이 또는 곤충으로부터 온 부식토 ·석회소다 염화물 ·사람의 배설물 ·제당산업의 부산물 ·유기농업 유래의 재료가공 산업부산물 ·목초액 ·석회질 및 규산질 비료 ·미생물 제제 ·키토산 ·기타 농림부장관이 고한 자재 |
· 완전히 발효되어 부식된 것
· 임업연구원이 고시한 품질규격에 적합한 것 · 등록 및 허가된 제품 · 등록 및 허가된 제품 ·농림부장관이 고시한 품질규격에 적합한 제품
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표 10. 유기농업에서 병해충관리를 위하여 사용할 수 있는 물질
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사용이 가능한 자재 |
허용가능 조건 |
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식물과 동물 ·제충국에서 추출한 제재 ·데리스(열대콩과식물) 제재 ·쿠아시아 제재 ·라이아니아 제재 ·님(Neem) 제재 ·밀랍 ·동식물 유지 ·해조류, 해초류 가루, 해조류 추출액, 소금과 소금물 ·아교(젤라틴) ·인지질(레시틴) ·카제인(유단백질) ·식초 및 천연산 ·누룩곰팡이(Aspergillus)의 발효생산물 ·버섯 추출액 ·크로렐라의 추출액 ·천연식물에서 추출한 제재, 천연약초와 한약제,목초액 ·담배잎차(순수 니코틴은 제외) |
·천연물질을 추출한 자재 ·천연물질을 추출한 자재 ·천연물질을 추출한 자재 ·천연물질을 추출한 자재 ·천연물질을 추출한 자재
·화학적으로 처리되지 않은 것
·목초액은 임업연구원이 고시한 품질규격에 적합한 것
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미네랄 ·무기화합물(보르도액,수산화동,산염화동) ·부르고뉴액 ·구리염 ·유황 ·광물질 분말(맥반석 등) ·규조토 ·규산염, 점토 (벤토나이트) ·규산나트륨 ·중탄산나트륨, 생석회 ·과망간산 칼륨 ·탄산칼슘 ·파라핀유 ·키토산 |
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생물학적 병해충 관리를 위해 사용되는 미생물 ·미생물제재(박테리아, 바이러스, 곰팡이) ·기타 ·이산화탄소, 질소가스 ·비눗물 ·에틸알코올 ·동종요법 및 Ayurvedic 제재 ·향신료 및 바이오다이나믹 제재, 기피식물 ·웅성불임곤충 ·기계유제
덫 ·성유인물질(페로몬) ·메타알데하이드를 주성분으로 한 제재 ·기타 농림부 장관이 고시한 자재 |
·등록 및 허가된 제품
·작물에 직접 살포하지 아니하여야 함
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현재 생산되는 유기물 중 토양에 살포하여 작물의 생산에 이용되면 비료자원으로 이용이 가능하지만 이용되지 않으면 환경을 오염시키는 것이 가축분뇨이다. 우리나라에서 생산되는 가축분뇨를 전량 농경지에 시용한다고 가정하여 양분량과 작물생산에 필요한 양분량을 비교하면 가축분뇨의 인산 및 가리는 이미 작물의 필요 요구량을초과하였으며, 가축분의 질소량도 작물생산에 필요한 양분의 대부분을 공급할 수 있다.
2001년 7월 1일부터 시행에 들어간 친환경 육성법에서는 생산되는 친환경 농산물을 재배기준에 따라 일반 친환경농산물, 유기농산물, 전환기 유기농산물, 무농약 농산물 및 저농약 농산물의 5가지로 나누고 있는데 인증제를 위해 윤작 및 GMO종자 사용금지 등 친환경 농산물 기준이 대폭 강화되었다. 이중 유기농산물 및 전환기 유기농산물에서는 화학비료와 농약의 사용이 금지되고 사용되는 유기비료자원 및 농약대체자원의 사용도 Codex 유기농산물의 기준에 따르고자 하였는데 그것은 표 9과 표10 에 나타내었다. 특히 오염물질이 우려되는 일반유기질비료와 공장식 축산에서 생산되는 축분비료는 2004년까지는 사용되고 이후에는 유기농산물에 사용할 수 없게 규정을 두어 앞으로 그에 대한 대책이 필요함을 알 수 있다.
다. 합리적 작부체계 및 윤작시스템의 도입
(1) 답리작 맥류작물 재배
논에서의 작부방식은 계속적인 연작에도 별다른 문제점이 없으나 과채류 등 고소득작물을 재배하기 위하여 하우스로 전환하거나, 병충해를 감소시키고 잡초를 방제하려고 답전윤환이 시도될 수 있다. 답리작으로 보리를 재배하는 것은 우리나라와 같이 좁은 경지면적에서 식량을 확보하는 매우 효과적인 농경방법인 것을 우리민족은 오래 전부터 터득하였고 1965년만 하더라도 100만 정보까지 보리재배를 하여 모자라는 식량을 보충하였다. 통일계다수확 벼 재배후 일손부족과 낮은 보리가격 때문에 급격히 감소되었으나 최근 일부 지역에서 농기계 파종과 수확으로 생력화가 이루어지고 대규모재배를 하여 상당한 소득을 올리는 농가도 나타나고 있다. 최근 쌀과 함께 혼식하기 좋은 찰보리도 육성되어 식미검사에서 호평을 받고 있고 우량 밀 품종도 있어 휴한 밭과 답리작 논을 적극 활용한다면 식량자급율도 향상시킬 수 있을 것이다. 또 월동기 논밭에 호밀, 귀리, 이탈리안라이그라스, 자운영,헤어리벳치를 심어 조사료생산을 하면 거의 전량 도입에 의존하고 있는 사료곡물 도입량을 줄이고 축산농가의 경영합리화도 꾀하는 방안이 된다.
(2) 녹비작물의 종류와 재배
녹비작물의 재배도 크게는 윤작의 범주에 포함된다.그러나 녹비작물은 작물 자체가 생산의 대상물이 아니라 생산을 위한 자재로 토양에 다시 환원되기 때문에 작물생산을 위한 자재로 간주된다. 녹비작물 이용기술은 토양에유기물을 공급하여 토양의 물리성 및 미생물상을 개선시키고 녹비의 양분을 토양에 공급하여 지속적으로 농업을영위할 수 있게 하는 환경농업의 가장 중요한 기술이다. 따라서 Codex에서도 두과 녹비작물이 포함된 윤작기술을 유기농산물 생산의 핵심기술로 설정하여 녹비작물를 이용하지 않는 농산물은 유기농산물로 취급하지 않으려는 경향이다.
표 11. 캘리포니아 벼-베치 녹비 시스템에서 Purple vetch 질소량과 질소비료 대체효과
(단위 : kg/ha)
|
년도 |
볏짚태움 |
볏짚환원 | ||
|
vetch 질소량 |
질소비료 대체 |
vetch 질소량 |
질소비료 대체 | |
|
1990 1991 1992 1993 1994 5년평균 |
42 117 63 7 41 54 |
82 120 100 0 78 76 |
18 96 52 11 38 43 |
98 100 67 0 67 67 |
* Data from Sills Farm , Sutter Co.
두과 녹비작물은 농경지에 질소의 공급원으로 매우 중요한데 우리나라의 대표적 작물로는 자운영과 헤어리벳치를 들 수 있다. 자운영은 대전 이남의 남부 수도작 지대에서 주로 재배되는데 9월 말 벼 수확전 입모중에 파종하여 벼 이앙 2주전인 5월 초순에 녹비로 토양에 투입이 가능하며 이 때가 건물중 및 양분함량이 가장 높은 개화성기다. 자운영은 내한성이 다소 약하여 경기·강원의 중북부지역에서는 월동이 어렵기 때문에 이 지역에서는 자운영 대신에 내한성이 아주 강한 헤어리벳치가 답리작 녹비작물로 이용되고 있다. 논에서 헤어리벳치 녹비가 10a당 생체중으로 2ton 가량 투입될 때는 벼 재배시 화학질소비료를 전혀 시용치 않더라도 관행에 비하여 수량이11%정도 증가되는 효과가 있었다. 미국의 다소 온난한 캘리포니아 벼재배 지역에서는 동계 두과 녹비작물로 주로 purple vetch가 이용되는데 purple vetch의 질소비료 대체효과는 70～100 kg/ha로 아주 높았다(표 11).
현재 환경친화적인 대체농업 기술을 개발하고 있는 미국에서는 녹비작물 40 여종을 대상으로 연구가 많이 이루어지고 있다(표 12). 미국에서 사용되는 녹비 또는 피복작물 중 헤어리벳치는 다른 녹비작물에 비해 녹비 및 피복효과가 아주 유망한 것으로 보고되고 있는데 미국 농무성 ARS의 연구에 의하면 노지 토마토의 재배시 동계 헤어리벳치의 재배 및 토마토 이식전 토양 피복은 많이 사용되는 흑색필름과 달리 강우의 토양 침투력을 증가시켜 토양유실을 억제하고, 방출되는 기지물질에 의해 잡초발생을 억제하며, 헤어리벳치 녹비질소의 토양공급에 의해 수량을 증가시키는 효과가 있어 친환경 토마토재배기술로 농가에서 정착되어 가고 있다고 한다. 헤어리벳치를 토양에 환원했을 때는 쉽게 분해되어 토양에 무기태 질소의 공급효과가 있을 뿐만 아니라 토양의 탄소와 질소의 Pool을 증가시키는 효과도 큼을 알 수 있다(표 13).
일본에서도 주요 녹비작물의 종자는 주요 종묘회사 뿐만 아니라 농협을 통해 공급받는 것이 가능하여 다양한 화본과 및 두과의 녹비작물이 필요에 따라 이용되고 있는데(표 14), 특징적인 것은 채소의 연작시 발생하기 쉬운 선충해를 방지할 수 있는 녹비자원이 많이 개발되었으며 도시 및 농촌의 경관을 위한 녹비자원도 눈에 뜨인다. 녹비의 환원시 질소비료의 감비량은 녹비의 탄질율과 녹비량에 의해 달라진다(표 15). 가리 성분도 녹비에 많이 포함되어 있으므로 녹비의 투입시 가리시용량의 감비는 그 토양의 치환성 가리함량을 기준으로 하고 있는데 기준치이상(31 mg/100g)이면 녹비에 포함된 가리의 80%를 평가하여 감비를 하고 있으며 기준치 이내(14 mg/100g)이면 감비를 하지 않고 있다.
표 12. 미국의 주요 피복·녹비작물
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구 분 |
일반명 |
학 명 |
초 형 | |
|
Winter annuals |
Legumes |
Bur medic (burclover) Austrian winter pea Berseem clover Crimson clover Rose clover Subterranean clover
Bell(fava) bean Common vetch Hairy vetch Woollypod vetch(Lana) Purple vetch |
Medicago polymorpha Pisum satvum Trifolium alexandrium Trifolium incarnatum Trifolium hirtum Trifolium subterraneum
Vicia faba Vicia sativa Vicia villosa 〃 (spp dasycarpa) Vicia benghalensis |
Prostrate-erect Viny Erect Erect Semierect Prostrate-semierect Erect Viny Viny Viny Viny |
|
Nonlegumes Glasses |
Annual ryegrass Blando brome Foxtail fescue |
Lolium multiflorum Bromus mollis Festuca megalura |
Erect Semierect Erect | |
|
Cereals |
Barley Cereal rye Oat |
Hordeum vulgare Secale cereale Avena sativa |
Erect Erect Erect | |
|
Others |
Mustards Tansy Phacelia |
Brassica spp. Phacelia tanacetifolia |
Erect Semierect | |
|
Perennials |
Legumes |
Birdsfoot trefoil Strawberry clover White clover |
Lotus corniculatus Trifolium fragiferum Trifolium repense |
Semierect Prostrate Prostrate |
|
Nonlegumes |
Perrenial ryegrass |
Lolium perenne |
Semierect-erect | |
|
Summer annuals |
Legumes |
Cowpea Hemp sesbania Hyacinth bean Sunhemp |
Vigna unguiculata Sesbania exaltata Dolichos lablab Crotalaria juncea |
Erect, viny Erect Viny Erect |
|
Nonlegumes |
Buckwheat Sorghum & Sudangrass |
Fagopyrum esculentum Sorghum bicolor |
Erect Erect | |
표 13. 헤어리벳치 녹비의 누적투입에 의한 토양 탄소 및 질소 Pool의 증가 (서, 1999)
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처 리 |
토양탄소 (g/kg) |
토양질소 (g/kg) | ||||||
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처음 |
1년 |
2년 |
3년 |
처음 |
1년 |
2년 |
3년 | |
|
벳치녹비 35 ton/ha♩ 벳치녹비 50 ton/ha 질소화학비료(대조) |
8.46 8.42 8.44 |
9.12 8.76 8.48 |
9.24 9.05 8.45 |
9.24 9.40 8.40 |
0.80 0.81 0.78 |
0.89 0.89 0.80 |
0.86 0.87 0.80 |
0.89 0.89 0.79 |
♩ 생체중
표 14. 일본의 주요 녹비작물 종류 및 특성
|
구 분 |
종 류 |
특 성 |
|
화본과 |
녹비용 옥수수, 수수, 수단그라스 호밀, 야생종연맥 기니아그라스 바이아그라스 들묵새(나기나타가야) |
과잉염류제거, 유기물확보 선충억제, 병해충 억제 선충억제 과원피복 과원피복 |
|
두과 |
자운영, 세스바니아 헤어리벳치 크림슨클로버 녹비용 레드클로버 |
유기물확보, 질소공급 잡초억제, 질소공급 토양피복, 질소공급 선충억제 |
|
기타 |
크로타라리아 매리골드 시로카라시 하제리소우 |
선충억제 선충억제 경관녹비 경관녹비 |
표 15. 녹비 투입시 뒷작물의 질소감비 가능량 (북해도, 1994)
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녹비탄질율 (T-N %) |
질소이용률 (%) |
녹비의 건물수량 (kg/10a) | |||
|
200 |
400 |
600 |
800 | ||
|
10 (4.0-4.4) 15 (2.7-2.9) 20 (2.0-2.2) 25 (1.6-1.8) |
45 30 20 10 |
-------- 질소감비량 kg N/10a ------- | |||
|
5.5 2.5 1.0 0.5 |
11.0 5.0 2.5 1.0 |
16.0 7.5 3.5 1.5 |
- 9.5 4.5 2.0 | ||
(3) 윤작기술
밭작물 및 하우스 토양에서 친환경적 농업의 두 가지 근간은 탄소원이 풍부한 유기물의 공급 및 윤작의 실시이다. 탄소원이 풍부한 유기물의 공급은 토양양분 특히 염류의 흡수력이 강하고 탄질율이 높은 유기물을 생산할 수있는 화본과 작물(표 16)이 그 역할을 대신할 수 있으므로 진정한 의미에서 밭작물에서 친환경농업의 근간은 윤작(합리적 윤작)의 실시에 달려있다고 할 수 있다. 유기농산물 생산을 위한 Codex 기준 및 우리나라의 친환경 농업육성법의 내용에서도 친환경 농산물 인증의 전제조건으로 윤작을 규정하는 것을 보아도 밭작물 및 하우스토양에서 윤작의 중요성을 알 수 있다.
표 16. 청예작물의 양분흡수량
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청예작물 |
수 량(ton/ha) |
N (kg/ha) |
P2O5 (kg/ha) |
K2O (kg/ha) | |
|
생체중 |
건물중 | ||||
|
옥수수 수수 피 연맥 호밀 I.R.G. |
50～70 50～70 50～70 30～60 30～45 30～60 |
8.0～14 10～13 6.0～10 4.5～7.5 5.0～6.0 4.0～6.0 |
200～300 200전후 100～250 100～200 100～200 100～200 |
30～40 30～50 10～30 20～40 20～40 10～40 |
500～900 300～700 300～500 200～500 300～400 200～400 |
표 17. 밭의 윤작효과 및 논의 물의 효과 비교 (서, 2000)
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효과 |
윤작효과 (밭) |
물의 효과 (논) |
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토양양분 |
·양분공급능력 증가 ·양분의 균형화 ·토양양분(염류) 집적방지 : 화본과 ·토양유기물 생산 : 화본과 토양질소생산 : 두과 ·토양미생물 증가에 따른 뿌리의 활력증가 및 인산흡수능 증가 |
·관개수에 의한 양분공급능력증가 ·물에 의한 양분농도의 균일화 ·유거수에 의한 염류의 제거
·담수에 의한 토양비옥도 (유기물, 지력질소) 유지 ·담수에 의한 토양인산의 이용효율 증대 |
|
토양 독성물질 |
·작물다양화에 따른 토양기지물질의 생 성억제 및 해독 |
·담수에 의한 독성물질제거
|
|
토양물리성 |
·윤작에 토양 易耕性 증대
|
·물에 의한 토양의 굳어짐 방지, 써레질 |
|
병해충 |
·식물기주 및 미생물상의 다양화에 의 한 충(선충) 및 병의 발생억제 |
·담수에 따른 충(선충) 및 병의 발생억제
|
|
잡초 |
·재배작물의 다양화에 의한잡초의 발 생억제 |
·담수조건에 따른 잡초 초종의 감소 |
|
환경보전 |
·질소 및 인의 유출억제 |
·토양환원에 따른 질소의 정화 |
밭벼를 재배할 때는 연작장해가 발생하지만, 수도작은 계속적인 연작에도 불구하고 연작장해가 없는데, 그것은 논에서 관개수가 밭에서의 윤작과 거의 비슷한 역할을 해주기 때문으로 생각된다(표17). 하우스 토양에서 연작장해를 해소하기 위해서는 일시적으로 논상태로 환원한다든지 그것이 어려우면 관개수를 계속 흘러 대는 것도 연작에 의해 생성된 유해물질을 제거하는 과정으로 이해되어진다. 윤작에서는 특성이 다른 작물군의 조합(합리적윤작)이 꼭 필요한데 특히 화본과 작물은 윤작에서 절대적으로 필요하다. 우리나라에서 밭작물에서 화본과의 곡류가 사라지고 양분흡수력이 적은 채소류의 전반적 재배가 전국적인 연작장해를 불러일으킨 가장 큰 요인으로 생각되는데 특히 자연적인 강우를 받지 못하는 하우스 토양에서는 그 연작의 피해가 많이 나타난다. 농업의 소득측면에서 보면 화본과 곡류와 채소의 윤작이 거의 불가능하기 때문에 가장 실현이 가능한 윤작형태는 주작물을 재배하지 않는 겨울 또는 여름에 호밀, 옥수수(수단그라스)와 같은 화본과 작물을 재배하는 것이다. 이에 의해 윤작효과뿐만 아니라 유기물의 공급효과를 기대할 수 있다. 특히 채소가 몇 기작을 반복하면서 재배되는 하우스 토양에서는 윤작을 실시하기는 더욱 어려워 소득작물을 재배하기 전 또는 사이에 윤작의 효과를 거둘 수 있는 재배기술을 실시할 수밖에 없는데 지금까지 개발된 친환경농업의 윤작대체 기술은 표 18과 같다.
표 18. 시설채소 토양의 윤작기술 원용사례 및 그 자재 (서, 2000)
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토양관리 |
토양화학성 |
토양물리성 |
토양생물성 |
|
윤작기술 원용사례 |
·청정작물재배(옥수수, 수단그라스,호 밀 등) ·담수, 장마철비닐피복제거 ·거친유기물 (수피톱밥퇴비, 왕겨) 및 ·두과녹비 재배 ·액비 및 가축발효퇴비 소량시비, 토양 검정 및 적정시비 |
·심경 ·심토반전,심토파쇄, 객토 ·암거배수 ·심토 볏짚 및 폐목매 설 ·고휴재배
|
·태양열소독 ·유기물공급(볏짚, 녹 비) ·미생물제재 (광합성세균,유산균) ·목초액 시용
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4. 침식방지와 지력증진을 위한 토양관리 및 재배기술
친환경농업에서 토양의 비옥도를 증진시키는 것도 중요하지만 농업생산의 기반이 되는 토양을 보존하는 것이 더욱 중요할 지 모른다. 토양이 1 cm 생성되는데 소요되는 시간은 무려 200년이 걸리는데 우리나라 경사지의 연간 토양유실량은 3 mm라고 한다. 토양유실을 방치하면 작물을 재배할 수 있는 작토층이 매년 얕아져서 나중에는작물을 재배할 수 없으므로 토양보전은 친환경농업에서 가장 중요한 것이라는 것을 인식하는 것이 필요하다. 우리나라 밭의 경사도가 7% 이상인 곳이 전체 밭의 60.5%에 달할 정도로 많아 여름철 집중호우시 많은 양의 토사가 유실되고 있다(표 19). 강원도 고랭지 채소재배 단지들은 경사지에 위치하고 경사도가 높은 곳이 많다. 이러한 곳에서 토양유실은 심각한 수준에 이르고 산지 고랭지 농업의 지속성을 의심할 정도이다. 토양 유실을 방지할 수 있는 가장 쉬운 방법은 농사를 포기하고 나무를 심어 다시 임야로 환원하는 것이지만 경사지 농업의 재배방법에
따라 토양유실을 현저히 줄일 수 있다.
선진국에서는 토양을 보전하고 투입 에너지 및 토양생태계를 복원하기 위해 무경운 재배 및 피복작물의 재배가 현저히 증가하고 있는 추세이다. 무경운재배는 토양 표면에 피복작물이 덮여 있어 표토의 유실은 감소되었는데 작물시험장에서 조사한 바에 의하면 무경운 헤어리벳치 및 화이트클로버의 피복이 경운의 무피복조건에 비해 약 96% 정도의 토양유실을 감소시켰다(표 21). 특히 무경운 재배시에는 토양물리성의 개선 및 뿌리잔사 통로에의한 모세관이 증가함으로써 근권으로 침투하는 수분량이 증가하여 토양수분의 함량 및 토양유실을 억제하는 효과가 크다(표 20, 21). 또한 피복작물의 재배는 80～90% 이상의 잡초억제 효과도 있는 것으로 나타나 우리나라경사지 토양에서 도입 검토해야 할 필요가 있는 것으로 나타났다.
표 19. 밭토양 경사도별 분포면적과 토양유실량 (박, 신, 2001)
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경 사(%) |
0～2 |
2～7 |
7～15 |
15～30 |
30이상 |
계 |
|
면적(천ha) |
78.4 |
260.3 |
339.4 |
168.7 |
12.7 |
859.5 |
|
구성비(%) |
9.1 |
30.3 |
39.5 |
19.6 |
1.4 |
100 |
|
토양유실량(톤/ha/년) |
0.2 |
2.6 |
9.4 |
30.0 |
81.2 |
- |
표 20. 작부체계와 경운에 따른 침투수의 비율 (Owen, 1994)
|
작 부 체 계 |
지하부로 침투한 년 평균水量 %a | |
|
관 행 경 운 |
무 경 운 | |
|
옥 수 수 |
54 |
85 |
|
콩 |
66 |
93 |
a : 유출수와 침출액 중 침출액의 비율 (%)
표 21. 피복작물처리별 토양유실량 (작물시험장, 2001)
|
처리 |
토 사 |
류거수 | ||
|
유실량(kg/10a) |
지수(%) |
류거수량(ℓ/10a) |
지수(%) | |
|
나지(관행재배) |
10,064 |
100 |
604,696 |
100 |
|
헤어리벳치피복 |
372 |
3.7 |
526,526 |
87 |
|
클로버생체피복 |
411 |
4.1 |
465,100 |
77 |
* 조사기간 : 2000. 6. 12 - 8. 22, 총강수량 : 618mm
우리나라에서 노동력절감을 위한 논에서 벼수확과 동시에 보리를 파종할 수 있는 기계가 개발되었지만 경사지등 밭에서 무경운 재배를 하기 위해서는 무경운 파종기가 필요하다. 친환경 무경운재배가 확대되고 있는 미국 등서구에서는 콜터(파종기) 및 디스크(시비기, 진압기)가 한 단위로 된 무경운 파종기가 다양하게 개발되어 판매되고 있는데 주요 판매회사는 John deere, Semeato, Bettinson, Tye 및 Allis Chalmer사 등이다. 우리나라에서도 진정한 무경운 농업이 실현되기 위해서는 한국형 무경운 파종기의 개발 및 보급이 전제로 되어야 할 것이다.
폴리에틸렌 투명필름은 토양온도를 상승시키고 토양수분의 증발을 억제하는 효과가 있어 원예작물과 밭작물재배에 폴리에틸렌 투명필름이 광범하게 사용되고 있다. 작물을 수확 후에도 수거가 되지 않고 농경지에 버려져있으면 분해되지 않고 토양수분 이동을 방해하거나 후작물재배에 장애요인이 된다. 최근 전분이 함유된 분해성필름이 개발되었으나 가격이 비싸고 견인성이 약하여 아직 활용도가 매우 낮은 편이지만 환경 보전이나 영농인력절감에 매우 필요한 자재들이다. 또 펄프지를 지표에 피복하는 것이 잡초를 방제하고 수확후 수거할 필요가 없는이점이 인정되고 있다.
5. 농토 및 작물의 정밀관리 기술
정밀농업기술은 첨단기술의 하나인 정보기술(IT)을 농업에 응용한 것으로 농작물 생산과 토양, 환경관리에 컴퓨터를 활용한 정밀화 자동화를 이룩하려는 것이다. 종래의 관행 영농 기술은 모든 포장을 동일한 토양조건이라는 가정아래 동일한 재식밀도, 동일한 시비량을 고루 포장에 적용하고 포장의 일부지점에 병충이 발생하였더라도 모든 포장에 동일한 시기에 같은 농약량을 살포하는 균일처리 위주였다. 그러나 동일 소유자의 농토라도 지력, 무기영양성분, pH, 수분 공급에서 변이가 존재하고 심지어 토성까지도 상당한 차이가 있음이 확인되었다. 이러한 토양조건의 변이가 각 지점별 수량의 차이로 나타나지만 동일한 비료성분과 동일 양을 살포하여 부분적으로 비료의 과다 시용으로 인한 환경피해가 크고 비용손실도 수반된다.
농토의 변이는 오랫동안 관리하여온 농민의 경험에 의존하여 막연히 인식될 뿐 문제점에 대한 정확한 인식이 결여되어 있었다. 현실적으로 변이를 밝혀내는 기술도 미비되어 있었으나 1980년대 중반부터 Geoscience에서 활용된 토양의 변이 처리기술과 인공위성에서 발사된 원적외선을 감지하여 지표상 식생상태를 탐지하는 원격탐사 기술을 농업에 활용하려는 시도가 진행되었다. 최근 미국과 유럽에서는 대규모 농지에서 자동화 토양표본채취와 분석이 이루어지고, GPS, 센서, 모니터 등 필요장비를 파종기, 작업기, 수확기 등 농기계에 장착하여 예정된 작업을 정확히 행함으로서 고도의 영농효과를 거두려는 농업기술이다.
가. 정밀농업의 세부 기술
현재 미국과 유럽에서 Site Specific Agriculture이 기본이 되고, Modeling and Robot기술과 Prescription Agriculture가 새로운 분야로 전개되고 있다. 기존의 기술로서는 해결할 수 없었던 농경지와 작물의 변이를 추적하여 규명하려면 새롭게 개발된 첨단기술들을 활용함으로서 가능하여지는데 정밀농업은 GPS, GIS를 활용하고, Yeld monitoring and maps, Soil sampling and testing, Soil monitoring and maps, Variable Rate Application, Variable Rate Planting, Remote sensing, Spectroradiometer 기술이 시도되고 있다. 작물생육과 수량에 관한 최적화 알고리즘으로 적정모델링 기술들이 개발되어 수량모델, 재배관리모델, 환경보전모델, 농경영모델들이 실제 상황에 예측에 사용되고 있다.
(1) Site Specific Agriculture (지대별 특화농법)
농지는 각각 지형적 특징, 경사도, 토양유형, 토성, 토양산도, 유기물함량, 비옥도, 비료 유효성분 함량 등 서로 다른 성질을 갖고 있다. 만약 농지가 서로 멀리 떨어진 지역에 위치한다면 그 차이는 더욱 심하고 주변의 미세기상과 물 공급, 배수상태, 관배수의 질, 곤충의 분포상, 병해충의 발생 등 많은 점이 다른 것을 그 지역 주민이나 경작인은 이해하고 있다. 우리나라의 시비량 추천은 전국의 농경지를
한 두가지의 예로서 추천하였고 농민들은 추천량보다 다량의 비료를 넉넉히 주는 것이 관례였다. 이러한 관행은 과다한 시비와 부적절한 방제를 가져와 질소비료가 관개수를 부영양화 시키거나 조류와 곤충, 미생물을 무차별적으로 살상시켜 생태계의 균형을 파괴시키는 일이 잦아지게 되었다. 지역별로 적합한 시비와 재배관리에는 무엇보다 정확한 토양조사와 분석법의 확립이 필요하다. 농지 면적이 상대적으로 협소한 우리나라에서는 지역별, 위치별로 특화하는 것도 필요하지만 포장별, 필지별로 특성화하는 것이 더욱 긴요한 일이라 하겠다. 인접 포장간에 토양의 차이는 그리 크지 않지만 경사가 존재하거나 재배자가 다른 경우, 작부체계가 다르면 일률적인 관리는 적절치 않다 하겠다. 비옥도가 높은 곳은 보다 높은수량을 올릴 수 있음에 불구하고 시비량이 모자라 최고의 수량을 얻지 못하고 척박지에는 과도한 량이 투입되어 작물이 활용하지 못하고 주변 지역으로 방출되는 예가 흔하다. 또 일부지역 토양은 인산이 부족한 토양이지만 보충하지 않고 다른 곳과 동일하게 시비한다면 타 성분도 이용되지 못하고 수량 역시 낮은 상태로 지속될 뿐이다.
(2) Information collection and transfer (영농정보 수집과 전파)
영농에 관련된 각종 정보를 수집하고 정리하였다가 필요시 사용하거나 타인에게 공여하는 기능이다. 농장별 관리 기록의 유지하여 해당시기에 필요한 작업을 제시하여 차질없이 수행하도록 한다. 농지의 재배내용을 해마다 기록하여 영농 내역을 분석할 수 있게 하고 인터넷을 활용하여 필요한 영농기술 정보를 정기적으로 획득하고, 원격지 농지에서 발생하는 문제점들을 전문가들에게 문의하여 빠른 시간내에 해답을 얻고 해결할 수 있다. 인터넷상품판매 site를 개설하여 생산물의 홍보와 판매에 적극 나설수도 있다.
① 농지의 포장정보 : 지형, 농로, 관배수로, 필지 구분
② 필지별 토양정보 : 토성, 경사도, 비옥도, pH, 전기전도도
③ 시비정보 : 연도별 비종별, 시비량, 비료 시용시기, 유기질 비료 투입
④ 작물정보 : 작물 종류, 품종, 재식시기, 파종량, 연도별 수량 정보, 수확량지도
⑤ 재배관리정보 : 물관리, 경운회수, 농약 및 제초제 살포량, 시기, 일별 농작업 진행과 수행자,
작업내용과 소요 시간, 인력, 농기계 소요, 동력 연료 소모량
⑥ 농경영정보: 토지 가격, 농산물 가격정보
- 지출항목 : 인건비, 농기계 구입비, 사용비, 연료비, 농약비
- 수입항목 : 생산물 판매가격, 출하 물량
⑦ 영농 인터넷 web : 영농 그룹 결성, 상담, 정보수집,
⑧ 관광농업 정보 : 관광농원 이용 안내와 신청
⑨ 가축관리정보 : 가축의 사양관리, 낙농우의 우유 산출 실적, 초지의 운용 관리
⑩ 산림관리정보 : 임지의 지형과 임목 배치, 임목 생육 상황과 생산 실적
⑪ 과수원 관리 정보 : 과수원의 지형, 과수 수종, 수령, 생산실적, 병해와 농약 살포
그림 2. 농경지의 정보 시스템
(3) Yield Monitoring and Maps (수확량 진단과 수량도 작성)
정밀농업 기술의 精髓라 할 수 있는 기술로서 포장내 지점 별 수확량을 측정하고 수량도를 작성하여 변이정도를 알 수 있게 한다. 수량 감수 원인에 대한 분석을 위해 토양분석을 실시하여 변량처리와 같은 처방시비를 할 수 있게 한다. 이 기술에는 컴바인에 수확량을 측정하는 센서를 장착하여
DGPS 같은 위치시스템과 함께 작동시키면 수확과 동시에 일정 지점의 수확량이 자동으로 기록되고 저장된다. 수확량 측정센서와 함께 곡물 수분함량 센서도 설치하여 수확물의 수분함량을 보정하여 포장의 각 지점 별 곡물 수량, 포장 전체 수량을 컴퓨터 모니터에 수치와 영상자료로서 얻을 수 있다.
(4) Variable Rate Application (가변시비법, VRT)
필지 내 각 지점의 토양 변이에 따라 비료와 농약, 종자까지도 변량 처리하는 기술이다. 그림과 같이 지력이 높고 작물 생산력이 높은 곳에는 표준량 보다 다비를 하고, 생산성이 낮은 곳에는 비료를 적게 주어 시비효율을 높임으로서 환경을 보호할 수 있게 된다(그림 3 ).
그림 3. 토지 생산력에 따른 표준시비와 가변시비 모형
농약이나 비료살포기에 GPS를 설치하여 포장 각 지점에 대하여 변량 처방을 입력한 정보에 따라 액체 농약의 경우는 노즐 살포량을 조절하고, 고형 비료 경우 이송장치인 컨베어 밸트의 속도를 조절하거나 살포 게이트의 개폐도를 변화시켜 살포량을 조절한다.
자동영상 인식 장치는 컴퓨터에 작물의 映像을 기억시키고 그 이외의 식물을 잡초로 인식시켜 제초제를 해당식물에게만 살포하도록 조작한다. 또 병해충이 발생한 부분만 농약을 살포하여 농약의 부작용을 줄이고 농약 양을 절약할 수 있다.
종자 파종시 파종기의 종자공급기의 구동속도에 따라 파종량을 조절할 수 있도록 되어 있고, 주행 바퀴가 속도변화에 따라 파종밀도가 변화한다. 벼와 같이 어린 모를 株별로 이앙하는 벼 이앙기는 주간 거리를 변화시키고,옥수수, 콩 같은 조간 작물에는 조간 거리를 주어 파종량을 조절할 수 있다. 종자 파종량을 변화시키는 기술을 Variable Rate Planting(가변 파종법)이라 부르고 종자의 수와 처방된
파종밀도에 따라 종자간격을 계산하기 때문에 상당히 복잡한 과정을 거친다.
(5) 원격탐사(remote sensing)와 자동계측 기록
비행기나 인공위성에서 탑재한 광학센서, 이온센서 등 다양한 센서를 통하여 지표상 자료들은 1미터의 resolution으로 파악할 수 있다. 계절 별로 변화하는 작물과 토양의 상태를 파악하여 지표상 식생, 토양(soil sensing), 토양수분 상태, 작물의 성숙상태, 윤작, 잡초와 병해 탐사 등 자료들을 영상으로 획득할 수 있고, 수치화도 가능하다. 토양탐사에서는 soil conductivity, soil boundary, soil nematode, surface topography를 감지하여 표시할 수 있다.
포장에 자동 계측 및 데터 로거를 설치하여 작물의 생육기간동안 계속적으로 토양수분, 질산태 질소, 암모니아태 질소, 인산 농도를 측정하고 기록할 수 있어 무인 포장정보를 얻을 수 있다. 나아가 토양 pH, Conductivity sensor, Soil compaction meter, 자동관수시설 등 각종 시설들을 연결하여 포장자동화에 활용한다.
Plant disease station을 두어 온도, 습도, 강수량, Leaf wetness sensor와 자동기록을 통하여 병충해 발생상황을 예찰하고, Plant growth station에서는 온도, 일광, 토양온도 sensor 측정에 따른 작물생장 생육 모델링을 할 수 있게 한다.
나. 미국의 정밀농업 기술 현황
미국의 정밀농업은 매우 빠르게 진척되고 있다. 기술의 개발은 주로 농기계회사, 컴퓨터 software 개발회사, 대학과 연구기관의 연구자들이 협동으로 새로운 기술과 제품을 출시하고 있고 가격도 점차 저하되고 있다. 특히 John Deere 회사에서는 대형 컴바인에 GPS, yield monitor를 설치한 농기계를 출시하여 농민에게 판매하고 있으며 앞으로의 농기계의 개발 방향을 정밀농업 기술로 진행시키고 있다. 비료 살포기는 yield mapping과 soil analysis를 바탕으로 위치별 적정살포기술을 적용하고 있고, 농약 살포기에 포장의 image analysis를 통한 적정살포기술을 적용하고 있다. 또 파종기에 지력에 따른 적정 파종밀도 기술 적용을 계획하고 있다.
1998년 USDA 조사에 따르면 미국 농가 중 정밀 농업기술을 활용하고 있는 농가는 4%, 재배면적으로는 14%에 불과하지만 미국 중부지역의 heartland region 즉, 인디아나, 일리노이, 아이오와, 미네소타, 캔사스주에 주로 분포한 grain과 oil seed farm들의 65% 농가가 이미 사용하고 있고, vegetable과 fruit farm은 7%, livestock farm은 2%에 불과하여 식량작물 재배에 주로 활용되고 있음 알 수 있다. 특히 yield monitor는 28,000대 가량이 현재 사용 중에 있고 연령층이 젊은 세대에 집중되어 앞으로 보급은 더욱 광범위하게 확대될 것으로 전망된다.
다. 유럽의 정밀농업
유럽에서 영국과 독일, 덴마크에서 주로 사용되기 시작하였는데 급격히 감소하는 농민 수에 반비례하여 경작면적은 확대되기 때문이었다. 덴마크의 예를 보면 60ha의 농지를 1970년대에는 20농가가 경작하였으나 80년대는 5농가로 줄었고 2000년에 들면서 1농가가 이 면적 전부를 경작하게 되었다.
농민은 경작지의 토양상태와 수량의 변이성을 알기 위하여 Yield mapping을 주로 실시하였고 연구자들은 인공위성을 통한 토양분석, 작물생장과 잡초, 병충해 피해 상황을 조사하거나, GPS, GIS를 통한 positioning system 확립하고 있다. 상업용으로 농기계에 정밀농업기기를 부착하여 판매하고 컴퓨터 software 개발과 판매에 나서고 있다. 그러나 유럽농가의 경제적 위기현상 때문에 시장확대가 어려운 실정이고 EU와 각국 정부의 advisory group들이 환경평가와 관리 차원에서 보다 잘 활용되고 있다.
영국에서 GPS와 Yield mapping을 사용하는 농민은 400여명 되지만 그 효과에 대하여 회의를 나타내는 농민이 상당히 있었다. Yield mapping을 하여 포장의 상태는 어느 정도 이해하였지만 비싼 투자비용에 비하여 회수되는 이득은 별반 없다는 survey의 결과였다. 독일도 500여대의 Yield mapping system 이 보급되었고, 프랑스에 300대, 네덜란드와 덴마크에 각각 2-300여대가 사용되고 있는 것으로 추정되었다.
라. 호주, 브라질의 정밀농업
농경지가 광활한 호주와 브라질에서 Remote Sensing과 Yield mapping을 중심으로 한 정밀농업 기술이 활발하게 활용되고 있다. Yield monitor 보급 현황을 보면 아르헨티나에 260대, 브라질 50대가 보급되었으나 가격이 미국보다 월등히 비싸 보급에 문제점이 많고 대학과 연구소를 중심으로 주로 이용되고 있다. 특히 토양분석에 소요되는 비용이 미국보다 8-10배 비싸 이 비용을 낮추는데 많은 노력이 필요하였다.
마. 국내 적용의 문제점과 해결 방안
한국은 농경지 면적이 작고 농가당 평균경작면적이 1ha 정도로 영세하여 외국의 대형, 고가 농기계들은 국내 농업여건에는 부적합하다. 세계적으로 새로운 기술의 전파가 빠르게 이루어지고 있는 상황에서 소규모 재배면적인 아시아에서는 일본과 중국이 연구차원에서 정밀농업을 시작하고 있고 한국에서도 비슷한 실정이다. 미국에서 정밀농업이 주로 곡물생산지역에 보급되고 있는 것과 같이 우리나라에서도 벼 재배농가를 대상으로 단지화 된 곳에서 적용이 가능하다. 최근 전북 익산, 김제, 계화도, 경기도 여주, 이천, 평택 지역과 철원에서는 농가 당 벼 재배면적이 빠른 속도로 확대되고 있고 농기계를 활용하는 영농인은 자신의 소유 농지외에 타인의 농지도 대리 경작해 주거나 작업대행이 많아 실제 영농 면적은 5-20ha 까지 크게 늘고 있다.
대규모 경작지에 Yield mapping을 중심으로 한 Site specific agriculture 기법의 활용성은 점차
커지고 있으며, 농업연구기관이나 영농지도소에서 GIS 정보를 보급하고 토양분석을 서비스하여 해당 지역의 정밀 시비 처방을 제공한다면 가능할 것으로 보여진다. 특히 농촌지역의 영농벤쳐 기업을 중심으로 첨단 정밀농업기기들을 확보하고 Site specific agriculture 기법을 활용하여 필지별 수량도, 토양지력도 등과 변량처리를 농민에게 처방 제공할 수 있다. 젊은 영농인들은 컴퓨터작동에 능하고 internet web site를 활용한 정보교환이 매우 활발하여 정밀농업의 새로운 기술은 이들 사이에 쉽사리 전파될 수 있다. 무엇보다 대학과 연구기관에서 Yield mapping 기술을시도하여 논의 변이상태를 확인 할 필요가 절실하며 VRA을 적용하여 생산 결과와 환경에 미치는 영향을 검정할필요가 있다.
한국의 전자기술 산업은 세계 최고 수준에 이르렀고 Hi-Tech을 농업에 적용한다면 국내농업기술 발전은 물론, 동남아 지역에 한국의 정밀농기계 산업 진출의 가능성이 크다 하겠다. 정밀농업 기술회사에서 GPS, remote sensing, yield monitoring, soil testing 기술을 갖추고 농가가 요청할 때 대행하여 주고 Variable Rate Application을 제공하여 주며 소정 기술료를 징수하는 것이 바람직한 형태이다. 비료시비량의 재조정과 비료업계에 customer specified fertilizer 생산의 계기를 마련할 필요가 있다.
이러한 기술을 도입하면 산만하고 개략적이었던 농토, 시비 관리가 철저히 되고, 시간 비용 절감, 비료 및 농약의 적정량 투입함으로써 주변 환경에 영향을 최소화 할 수 있는 이점이 기대된다.
결 론
종래의 농업정책의 방향이 식량자급화를 목표한 증산위주의 농업이었다면 앞으로의 농업은 영농자의 수익성과 경영합리화를 추구하는 기업농업형이고 생태환경을 보전하는 환경친화형이어야 한다.
아직 농가당 농지면적이 협소하고 영농자금이 영세한 농업구조에서 선진형 농업의 도입에는 어려움이 많다. 또 국토 면적당 인구 부양부담이 매우 높은 우리나라로서는 식량도입이 불가피하지만 쌀 등 기초 식량생산은 자급의 원칙을 계속 유지하고 농경지 등 생산기반을 정비하여야 하겠다.
친환경농업은 농토를 활용하여 식량을 생산하고 환경을 관리하는 기본원칙이며 앞으로의 농업 발전방향으로 국가의 주요정책으로 추진되어야 한다. 식품의 안전도 생산환경이 오염이 없는 곳에서 확보되고, 식품재료의 선정과 가공과정에서 철저한 감시와 검사가 필요하다.현재의 농업에서 친환경화를 꾀하려면 비료와 농약과 같은 화학보조에너지 의존도를 줄이고 자연생태계의 물질순환과 먹이연쇄 기능을 재생시켜야 한다. 벼농사와 밭농사의 시비량을 감량하고 식물체 간이분석방법으로 추비량을 결정하여 적정량만을 시비하여 시비효율을 높혀야 하겠다. 두과작물과의 윤작, 혼작을 도입하여 생물적 질소고정량을 증대시키고 축산과 작물재배를 연계시켜 퇴구비의 농지환원을 증대시켜야 한다. 농약은 예찰,예보 시스템을 갖추어 적기 적량을 사용하고 작물별로 종합방제(IPM) 시스템을 개발해야 하겠다. 농업의 환경정화 기능을 최대한 증대시켜 수질과 대기정화에 활용하여야 한다.
현 농업 기술에서 환경에 나쁜 영향을 미치는 사항들은 제거되거나 적절한 수준에서 감축되어야하고 농업이 갖는 환경보전기능과 공익적 기능은 최대화시켜 친환경적 농업으로 변모시켜야 하겠다. 벼 농사의 수질개선, 수원확보, 습지생태 보전의 기능 강조하고 친환경농업 직불제도, 농약살포 사전 허가 등 환경보전에 대한 법제화를 확대 추진하고, 국내외적 환경보존에 대한 홍보와 시민운동을 지원하여야 한다.
영농기술에서 저투입 지속성을 강화하고 토양검사에 따라 적정시비기술을 도입하여야 한다. 선진국을 중심으로 크게 확대 보급되고 있는 정밀농업기술은 농지의 변이성을 분석, 농토의 위치에 따라 농기계의 농작업을 변량처리하여 정밀작업화를 가능하게 한다. 이 기술은 작물이 갖는 잠재 수량성을 발휘할 수 있게 하고 영농소득을 향상시키고 비료 농약의 적정량만을 투입하여 주변 생태계 누출을 최소화하여 환경을 보전 할 수 있는 친환경 첨단 농업기술이다. 국내 벼농사에 정밀농업 기술 도입하려면 영농 벤쳐 기업을 중심으로 첨단 정밀농업기기들을 확보하고 site specific agriculture 기법을 활용하여 필지별 수량도, 토양지력도 등과 변량처리를 농민에게 처방 제공할 수 있다.
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