10년 후를 준비하는 정밀농업
요약
1. 녹색혁명의 성과와 한계
1944년말 미국 록펠러재단의 전문가들이 밀 생산성을 획기적으로 증대시키면서 시작된 녹색혁명은 1960~70년대 식량난으로 허덕이던 나라들을 구하는 공을 세웠다. 이 때부터 시작된 종자, 화학비료, 농약, 농기계, 수리시설의 발달 등은 현재 농업시스템의 근간을 이루게 된다. 그러나 최근 지구온난화 등에 의해 촉발된 식량위기로 녹색혁명의 한계가 드러나면서 그 대안으로 제시된 것이 정밀농업과 자원순환형 농업이다.
2. 10년 후의 농업모델, 정밀농업
그 중 정밀농업기술은 식량생산 한계나 환경보존의 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 부상하고 있다. 정밀농업은 논밭 내에 수분, 양분, 토양의 성질, 수확량이 서로 다른 지점이 존재한다는 사실에서 시작한다. 각 지점에서 요구하는 수분량, 양분량, 농약량 등을 필요한 만큼만 공급함으로써 남는 비료분이나 농약이 환경을 오염시킬 확률을 줄이고 작물에는 최적의 환경을 조성하여 생산성을 극대화하는 것이다. 관찰→처방→농작업→결과분석으로 이어지는 작업단계에 관여되는 기술로는 센서기술, 정보처리기술, 인공지능기술, 자동화 기계기술, 위치정보(GPS), 지리정보시스템(GIS) 등이 있다.
3. 정밀농업의 현주소
정밀농업이 처음 시작된 미국은 현재 전체 농가의 40%가 전체 또는 일부 기술을 사용하고 있고 토양분석, 컨설팅서비스 전문회사들도 생겨나 성업 중이며, 독일, 덴마크 등 유럽에서는 정밀농업인증이 실시되고 있기도 하다. 우리나라와 비슷한 농업환경을 가진 일본에서는 벼농사 중심의 정밀농업기술이 1990년 중반부터 개발되어 현장에 보급되어 왔으며 최근에는 중국, 인도도 정밀농업 대열에 합류하고 있다.
4. 시사점
정밀농업이 우리나라에 자리잡기 위해서는 ① 단순한 기술이 아니라 미래의 농업시스템이라는 점을 인식할 필요가 있다. ② 정밀농업 관련 기술들은 농업에만 국한된 것이 아니라 정보, 기계, 전자 등의 업계에 새로운 시장을 제공할 수 있다는 점도 고려해야 할 것이다. ③ 또한 미국․EU 등과 우리나라는 지형이나 농업환경이 큰 차이가 있으므로 우리만의 독자기술 개발이 반드시 필요하다 ④ 마지막으로 일본, EU의 사례처럼 정밀농업 농산물에 대한 인증제도 등 정부의 지원책도 검토되어야 할 것이다.
목차
요약
Ⅰ. 녹색혁명의 성과와 한계 ...................1
Ⅱ. 10년 후의 농업모델, 정밀농업 .......6
Ⅲ. 정밀농업의 현주소 ...........................16
Ⅳ. 시사점 ..................................................19
정밀농업기술은 식량생산 한계나 환경보존의 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 부상하고 있다. 정밀농업은 논밭 내에 수분, 양분, 토양의 성질, 수확량이 서로 다른 지점이 존재한다는 사실에서 시작한다. 각 지점에서 요구하는 수분량, 양분량, 농약량 등을 필요한 만큼만 공급함으로써 남는 비료분이나 농약이 환경을 오염시킬 확률을 줄이고 작물에는 최적의 환경을 조성하여 생산성을 극대화하는 것이다. 관찰→처방→농작업→결과분석으로 이어지는 작업단계에 관여되는 기술로는 센서기술, 정보처리기술, 인공지능기술, 자동화 기계기술, 위치정보(GPS), 지리정보 시스템(GIS) 등이 있다.
미국 환경학자 레스터브라운이 1960~1970년대 종자개량과 관개시설 개선, 농약 사용 등으로 식량의 대량생산 시대가 열린 것을 녹색혁명이라 호칭
지난 50년(1950∼2000년) 동안 세계 인구는 143%가 증가한 반면, 세계 곡물 생산량은 6.5억에서 19억 톤으로 192% 증가
개발도상국에 대한 차관, 종자․식량․비료․농약 등의 무상제공 등이 이들 거대 다국적 기업에 의해 진행되었기 때문
제 2의 녹색혁명이 필요한 시기
녹색혁명이 현재의 식량위기를 초래했다는 주장이 각계에서 대두되면서 녹색혁명의 역설(paradox)에 대한 대안이 필요하다는 시각이 등장 (2008, 동아일보)
70년대 이후 곡물생산량의 증가로 식량이 남아돌자 각국에서는 농업생산을 위한 투자를 감소시켰으며 이로 인해 생산성 둔화가 나타나게 되었다는 주장
미 농업부에 따르면 1960년대까지 연평균 10%씩 늘어났던 농업생산성은 1970~90년대에는 2%로, 90년대 이후는 1.1%로 감소되었다고 함
2008년 영국의 경제전문지 이코노미스트는 2008년 이후 가장 호황을 누릴 산업으로 ‘농업’, ‘전자상거래’, ‘정보기술’ 세 가지를 선정
2012년까지 선진국의 농업분야 투자확대 정책
식량자급률이 낮은 일본을 비롯하여 미국, EU에서는 1차적으로 농업 뿐 아니라 농업생산기반에 대한 투자를 강화하기 시작(농민신문, 2008)
일본 농림수산성은 ‘식량안전보장과’를 신설하고 식량자급률을 2015년까지 45%로 끌어올린다는 계획을 50%로 상향 조정
미국은 2008년 ‘미국농업법’을 통해 농가 소득보조 정책을 대폭 강화하고 2012년까지 3,070억 달러를 지원토록 규정
EU 농업각료이사회에서 2007~2013년 집행할 새로운 농촌개발정책을 채택하면서 ‘유럽농촌개발기금’을 창설하여 투자를 확대
INM; Integrated Nutrient Management(작물양분종합관리), IPM; Integrated Pest Management(병해충종합관리)
지속가능한 농업은 유기농업인가?
유기농업은 지속가능한 농업의 한 부분으로 화학물질 과용의 폐단은 강조되어 있으나 농업의 생산성이나 경제성은 충분히 고려되어 있지 않음
최근 지속농업의 정의는 ‘식량과 섬유의 충분한 생산’, ‘환경과 자연자원의 질을 높일 것’, ‘자연생태계의 순환과 조절기능을 활용’, ‘농업경제의 건전성을 향상’, ‘농민과 전체 주민의 생활의 질을 향상시킬 것’으로 규정(미국 농업법 1990)
이미 비료 성분이 많은 곳은 적게, 비료 효과가 잘 나타나지 않는 곳은 많이 주는 식으로 위치특성을 고려하여 자원의 투입량을 조절
정밀농업 기술이 활용되고 있는 분야
현재는 컴퓨터가 일반화되고 관련 소프트웨어가 개발되면서 농업용 차량, 시설 및 공정 자동화, 식품이력관리 등으로 확산(2010. 2, Science)
포도재배, 원예와 과수, 가축생산, 초원과 잔디관리에 이르기까지 다양하게 분화되고 있으며 탄자니아와 스리랑카의 차(茶), 브라질의 사탕수수, 아르헨티나, 호주, 유럽의 곡물 생산 등 다양한 작물에 성공적으로 적용
국내에서는 자원순환형 농법으로 불리고 있는 방법으로, 작물과 가축을 활용하여 균형잡힌 지역 생태계를 구축한 사례를 제시
쿠바의 자원순환형 농법 사례
소비에트연방 붕괴 후 비료, 농약과 연료 수입의 70%와 가축수입의 50%를 잃어버린 쿠바의 자생적인 생태농업 사례(2012, REUTERS)
물의 순환 원리를 이용하여 뿌리깊이가 다른 작물을 심고 땅 표면은 수분증발을 억제하는 식물이나 잘 숙성된 가축분뇨로 덮어 수분의 증발을 억제
가뭄에 잘 견디는 품종을 선발하여 심는 단순한 방법으로 가뭄의 위협을 해소하고 자연자원을 최대로 활용하여 작물 생산을 증가시킨 생태농업을 정착
De schutter는 ‘농업생태학과 식량권’(Agroecology and the Right to Food)이라는 보고서에서 잠재력이 있다고 판단된 286개 프로젝트 사례를 인용
영국의 ‘환경과 개발을 위한 국제연구소’(IIED)의 Michel Pimbert 팀장은 농업생태학적 접근은 규모나 기후지대에 상관없이 적용이 가능하다고 주장
미래의 농업은 열악해진 농업환경 하에서도 적은 인력으로 안정적으로 식량을 생산할 수 있는 자동화된 산업이 될 것으로 예측(美미네소타대)
정밀농업 명칭의 유래
정밀농업(Precision Agriculture, Precision Farming)의 명칭은 1997년 6월 美 미네소타대학에서 열린 국제농업회의에서 통일
그 전까지는 Site-Specific Crop Management(장소대응형재배관리), Environmentally-Friendly Farming(환경친화적 농업), Farming by Soil(토양보전농업), Farming by the Foot(足本농업) 혹은 Prescription Farming(처방농업)이라고 불렸음
물을 예로 들면 토양이 좋지 않아 진땅에는 관수량을 줄이고, 물 빠짐이 좋은 땅은 관수간격을 늘린다면 최소의 투자로 최대의 성과를 올릴 수 있음
원리를 몰라도 핸드폰을 사용하는데 지장이 없는 것과 마찬가지로 사용된 기술은 복잡하지만 정작 사용자는 리모콘식으로 간단히 조절할 수 있도록 개발
우리나라 논의 구획별 벼의 생산성 차이는 얼마나 될까?!
논 0.9ha를 가로 12.5m, 세로 10m의 구획으로 나누어 평방미터당 수확량을 조사한 결과, 최고 601g~최저 341g로 76%의 차이가 발생 (농촌진흥청, 2010)
미국의 세계적인 농기계 회사 앨디어는 연간 생산되는 100마력 이상의 트랙터 중 80% 이상이 수확량모니터와 GPS가 기본사양으로 장착된다고 보고
정밀농업의 미래 모습은?!
잡초만 찾아서 제초제를 뿌리는 동력분무기가 등장하는 등 작물을 자동으로 판별하는 시스템이 도입되며, 지금처럼 거대 농기계가 일을 하는 것이 아니라 무인의 소형 농기계가 인간을 대신할 것(’09, GRDC)
이외에도 위성을 이용하는 내비게이션 시스템이 보다 정밀해지고, 정밀농업용 장비와 데이터의 표준화(ISOBUS)가 빠른 속도로 이루어질 것
과수원에 적용하는 정밀농업, 구체적인 모습은?!
GPS와 전기전도도(EC)를 이용한 토양의 상태를 측정하는 것은 기본, 로봇 비전 시스템이라는 것을 이용해 과일나무에 달린 과일의 수확량도 파악
나무의 건강상태를 파악하면서 나무의 높이, 재식밀도에 맞추어 필요한 곳에만 농약을 뿌리는 분무기가 적용되고, 진공청소기의 원리를 이용한 흡입식 열매따기 기계도 출현(’10, Nuffield Farming Scholarships Trust)
과일 수확량 측정기
정밀농업형 분무기
열매를 빨아들이는 진공수확기
정밀농업학계에서는 요소기술을 센서기술, 의사결정기술, 변량처방기술, 기반기술로 나누고 있으나 본지에서는 이해를 돕기위해 현장작업순서에 따라 설명하였음
농촌진흥청은 땅을 파지 않고 5초 만에 토양의 염류 집적 정도를 손쉽게 측정할 수 있는 ‘휴대용 토양 전기전도도 센서’를 2010년 개발
개발도상국에서도 정밀농업이 가능하다?!
중국, 인도, 아프리카는 농가당 땅의 면적도 작고, 정밀농업을 도입하기 위한 기계화, 첨단기술도 부족해 소규모 농가는 엄두도 못 내던 것이 현실
미국농학회(ASA)와 토양과학회(SSA), 국제미작연구소(IRRI)등의 국제적인 공조(共助) 결과, 현지 환경에 맞춘 다양한 기술들을 개발
토양의 비옥도를 측정하기 위해, ‘탁상용 토양시험기’를 개발․공급하였고 작물의 생육상황을 확인하기 위한 1만 달러가량의 엽록소 센서도 ‘저가형 모델(포켓센서)’을 개발(’12, CSA News)
농촌진흥청은 ‘07년 콤바인에 부착하여 벼 수확과 동시에 수확량과 벼의 수분함량을 측정할 수 있는 시스템을 개발, 수확량 예측과 건조작업에 활용
휴대형 토양센서
비료성분 분포 표시도
엽록소 측정센서
벼 수확량 모니터링
바이오센서는 생물의 다양한 반응 작용에서 나타나는 전기적 변화를 감지하는 센서로 주로 병해충예찰에 많이 쓰임
일본 도쿄 공과대학은 ‘04년 ‘토양 진단용 바이오센서’를 개발하여 농경지에 발생하기 쉬운 병원균들은 사전 진단하는데 이용
식생지수는 식물의 정보 취득 외에도, 토양 피복 변화 측정을 통한 황사 발원지 모니터링, 가뭄 모니터링 등에도 활용
멀리 떨어진 곳에서 센서를 이용하여 필요한 정보를 수집·이용한다고 하여 원격탐사(Remote Sensing)이라 부름
컴퓨터에 저장된 위치 및 속성 자료를 활용하여 속성별 주제도를 만들 수 있으며, 분석된 토양의 성질, 비료량 등을 표기하여 이용하는 것도 가능
종이지도를 단순한 그림이라고 한다면 전자지도는 그림 내에 위도, 경도, 해발고도 등의 정보가 모두 들어가 있는 정보의 종합체
처방은 인간의 지능으로 할 수 있는 사고, 학습, 판단, 추론 등을 컴퓨터가 특별한 알고리즘에 따라 독자적으로 수행하는 기술인 ‘인공지능’이 활용
운전면허 취득한 똑똑한 기계
구글의 무인자동차, 애플의 음성지원 소트프웨어 ‘시리’ 같은 인공지능 기술을 적용한 똑똑한 기계들이 시장에 속속 등장
인간과 비슷한 수준의 지능 시스템 개발을 목표로 전문가 시스템, 인공 신경망 등 다양한 연구가 진행(‘12, LGERI 리포트)
미리 정보가 입력된 처방지도를 기반으로 작업하는 기계에서 최근 정보를 실시간으로 측정하여 그때그때 최적의 처리를 수행하는 기계까지 개발
실제 처방지도와 변량시비기의 모습
센서기반 변량시비기
센서, 기기의 손상, 부정확한 동작 등의 원인을 파악하고 이에 대한 수리나 프로그램의 업데이트 등을 통해 정밀도를 향상
식물의 생장에 적합한 광원 제어, 공기 환경 제어, 자동공정과 로봇 등에 의한 무인관리 및 원격관리 기술 등도 포함
사물인터넷(IoT, Internet of Things)의 탄생
IBM은 각종 센서, 카메라, 자동차 등 사물로 일컫는 디바이스들이 인터넷에 직접 연결되기 시작한 시점을 사물인터넷의 탄생 시기라 칭하였음
온습도센서와 같은 사물인터넷 센서가 스스로 대기 중이나 토양환경을 측정한 후 농부에게 정보를 제공함으로써 정밀농업 실현에 기여
최근 고정밀도 GPS를 이용한 무인주행 농작업과 실시간 센서 개발, 그리고 정밀농업 농산물의 생산이력을 관리
1994년 컨설팅을 시작한 미주리 주의 MFA는 ‘07년 25만 에이커의 계약면적을 대상으로 컨설팅을 하여 300만 달러 매출을 달성(’08. 11, 매일신문)
농자재 절감과 수익 향상, 일석이조(一石二鳥)
미국 아이오와의 농가(530ha)에서 수확량과 토양조사를 통해서 비료와 농약을 농경지 맞춤형으로 살포한 결과, ha 당 15~17달러의 농자재 비용을 절감
수익 향상의 주요인은 생산량 증가, 품질 향상, 투입 농자재 감소 등이고, 작물별로는 사탕수수, 콩, 옥수수, 밀 순서로 효과가 큼
일본의 벼 재배 정밀농업 적용 사례
벼 재배 180 농가(평균면적 25a)를 대상으로 토양분석 및 비료 살포량 지도를 작성하고, 2년째부터 수확량 데이터에 근거한 살포량을 결정
포장 간 벼 품질 변이가 20~30% 감소, 비료 투입량은 약 13% 감소, 대단위 면적의 작업 관리로 생산비 절감 등의 효과가 발생
SSNM은 현재 필리핀에서 운영 중이며 인도네시아, 방글라데시, 인도, 중국, 그리고 나아가 서아프리카로 전파될 예정
미국과 유럽에서 수확량 모니터를 도입하여 사용하고 있으나, 가격이 너무 비싸 비료변량살포기와 수확량 모니터링시스템을 독자 개발 추진 중
‘11년 우타르 프라데시 주의 밀 재배농가에서 이 방식을 적용한 결과 밀 수확량이 300% 가까이 증가하는 효과를 거둠
농촌진흥청에서는 2004년부터 위성탐사자료를 활용한 벼의 생육분석연구가 시작되었으며 2007년에는 세계최초로 농업토양정보 웹시스템을 완성
일본에서 벼 재배에 도입한 결과 나고야시 인근의 도요하시市에서는 실패, 난탄(南丹)시 야기(八木)지역은 순조롭게 되는 등 편차가 큰 것으로 보고
우리나라 정밀농업 구현 1번지, 평택시
평택시에서는 지역환경을 보존하면서도 쌀의 품질과 생산성을 높이기 위해 전략적으로 정밀농업을 도입
국내 첫 시범지역으로 국내에서 개발된 모든 기술과 두뇌들이 모두 투입되어 아직 초기지만 평택산 쌀값이 높아지는 등의 가시적인 성과가 생산
2009년에는 정밀농업 품질과 환경경영에 관한 국제인증을 동시에 흭득
예를 들면 인공위성, 항공사진 이외에도 경항공기, 무인헬기 등을 이용하여 해당 경지에 대한 정보를 보다 정확하게 수집하는 기술 등