04. 스마트 팜 시설 및 작목 선택방법

1. 오프닝 <기후변화의 해결책, 스마트 팜>

날씨 예측이 점점 어려워지고 있습니다.
무더위가 계속되거나, 갑작스러운 폭우가 내리는 일이 많아지면서, 농사에도 큰 영향을 미치고 있죠.
농사를 짓는 것이 점점 힘들어지고 있는데요.
그래서 날씨와 상관없이 신선한 농작물을 키울 수 있는 ‘스마트 팜’이 주목받고 있습니다.
스마트 팜은 온도와 습도 조절, 물 공급 등을 컴퓨터가 자동으로 조절해서 작물이 가장 잘 자랄 수 있는 환경을 만들어줍니다.
그 덕분에 날씨 걱정 없이 일 년 내내 농작물을 재배할 수 있어, 생산량을 높일 수 있습니다.
또 관리 방법이 간편해서 농사일도 훨씬 수월해졌는데요.
기후변화에 속에서도 지속가능한 농업을 할 수 있는 ‘스마트팜’
지금부터 스마트 팜의 재배 방식과 시설, 재배 작목에 대해 알아보겠습니다.

2. <스마트 팜 기본 시설>

스마트 팜은 정보통신기술(ICT)을 활용해 생육 환경을 자동으로 관리하고, 원격으로 조정하는 과학 기반의 농업 방식입니다.
기본 시설로는 작물에 알맞은 기후를 유지하는 자동 온습도 조절 시스템과 환기 시스템이 있고, 빛을 제공하는 조명 시스템과 작물의 생육 상태를 실시간으로 모니터링하는 다양한 센서들이 있습니다.
그리고 영양분을 물과 함께 공급하는 배양액 관련 시설이 있는데, 이 시설은 배양액 탱크, 배관, 공급 장치, 물의 흐름을 조절하는 전자 밸브 등으로 구성되어 있습니다.
재배 방식에 따라, 베드나 수위 조절기, 배액 조절기 등을 추가로 설치하기도 합니다.
그중에서도 베드는 식물을 지지하고 뿌리를 보호하며, 양분과 물, 산소를 공급하는 역할을 하기 때문에 수경 재배에서 가장 중요한 부분이라고 할 수 있습니다.
베드는 크게 자루식과 충전식, 두 가지 방식으로 나뉩니다.
자루식 베드는 암면, 코코피트 등을 자루나 비닐 백에 담아 재배하는 방식으로 주로 파프리카, 토마토 재배에 많이 사용되며, 슬래브(slab) 또는 백(bag)이라고도 불립니다.
충전식 베드는 스티로폼이나 천막 형태의 구조물 안에 배지를 채워 재배하는 방식으로 딸기 재배에 주로 활용됩니다.
설치 방법에 따라서는 바닥 재배 방식, 행잉 거터 방식, 스탠딩 거터 방식 등으로 구분합니다.
먼저 바닥 재배 방식은 온실 바닥에 스티로폼 재배 상자를 놓고, 그 위에 슬래브나 백을 올려 재배하는 방식입니다.
시설이 간단해서 비교적 쉽게 도입할 수 있습니다.
행잉 거터 방식은 와이어를 이용해서 재배 베드를 온실 중단에 매다는 방식으로 공중에 매달려 있어 공간 활용이 쉽고, 관리가 편리하다는 장점이 있습니다.
그리고 상하 이동식 행잉 거터 방식이 있습니다.
기존 행잉 거터 와이어에 구동 모터를 설치해 위아래로 움직일 수 있도록 한 방식입니다.
기존 행잉 거터보다 설치 비용이 더 들지만 동일한 공간에 행잉 거터를 1.5배 더 많이 설치할 수 있다는 장점이 있습니다.
스탠딩 거터 방식은 원형 파이프 등을 이용해서 땅에 지지대를 세우고, 그 위에 스티로폼 또는 거터를 올려 작물을 재배하는 방식입니다.
행잉 거터보다 구조적으로 안정적인 편이고, 설치도 쉽습니다.
그리고 이동형 스탠딩 거터는 기존 스탠딩 거터를 좌우로 움직일 수 있도록 구동 장치를 장착한 방식입니다
상하 이동식 행잉 거터와 같이 스탠딩 거터를 1.5배 더 많이 설치할 수 있으며 행잉 거터보다 설치 비용이 저렴합니다.

3. <스마트 팜 재배방식 : 토양재배와 수경재배>

그럼 스마트 팜의 재배 방식을 알아보겠습니다.
토양 재배와 수경 재배로 나눌 수 있는데요.
토양 재배는 땅에 고형 비료를 뿌려 작물을 재배하는 방식입니다.
시설이 간단하고 초기 비용이 적게 든다는 장점이 있지만, 같은 땅에서 계속 농사를 지으면 작물이 잘 자라지 않을 수도 있고, 병해충이 생길 위험이 큽니다.
또한, 영양분을 골고루 공급하기 어려워 작물이 필요한 영양소를 제대로 받지 못해 양분 결핍이 일어나기 쉽습니다.
수경 재배는 흙 없이 물과 양액만으로 작물을 키우는 방식으로 병해충 피해를 줄일 수 있고, 작물이 영양분을 빠르게 흡수해서 성장 속도가 빠르고 생산량도 많습니다.
하지만 처음 시설을 갖추는 데 비용이 많이 들고, 한번 정한 작물에서 다른 작물로 바꾸기가 쉽지 않은 단점도 있습니다.
스마트 팜에서는 두 가지 방식 중 관리가 더 쉬운 수경 재배를 많이 이용하고 있는데요.
고정식 수경 재배는 배지 사용 여부에 따라 순수 수경과 고형 배지경으로 나뉩니다.
마지막으로, 순환식 수경 재배라는 것도 있는데요.
이는 배양액을 그냥 버리지 않고, 정화한 후 다시 사용하는 방식으로 환경을 보호하고 자원을 절약하는 데 도움이 됩니다.

4. <다양한 수경재배 방식① 순수수경>

그럼, 순수 수경에 대해 자세히 알아보겠습니다.
순수 수경은 주로 담액 수경, 박막 수경, 분무경 방식을 사용합니다.
담액 수경은 배양액을 재배 공간인 베드에 가득 채운 후, 주기적으로 배양액을 순환시키는 방식입니다.
베드, 배양액 탱크, 급액관, 배액관, 급액 펌프 등을 이용해 물과 영양분, 산소를 뿌리까지 공급합니다.
담액 수경 방식은 배양액이 많아 열이 오래 유지되어 온도 변화가 적고, 작물이 자라기 좋은 환경을 만듭니다.
그리고 배양액의 농도와 성분도 일정하게 유지되고 배양액의 흐름도 끊어지지 않아, 뿌리가 쉽게 손상되지 않습니다.
하지만 물 조절이 어려워 식물 관리가 힘들고, 배양액이 순환하면서 병이 퍼질 위험이 있습니다.
박막 수경은 경사진 베드에 아주 얇은 층의 배양액을 흘려보내면서 작물을 기르는 방식입니다.
뿌리는 물과 영양분을 흡수하고, 공기 중의 산소도 흡수할 수 있도록 노출되어 있습니다.
배양액의 사용량이 적고 베드를 깨끗하게 유지할 수 있어 현대적인 식물 공장에서 많이 사용합니다.
이 방식을 사용하면 배양액이 계속 순환되어 물과 비료가 낭비되지 않고, 수분도 원활하게 공급됩니다.
또한 환경 변화에 맞춰 생육을 조절하기 쉽습니다.
하지만 배양액 탱크가 작아 배양액 농도를 일정하게 유지하기 어렵고, 순환 펌프가 작동하지 않으면, 뿌리에 큰 피해를 입힐 수 있어 더욱 세심한 관리가 필요합니다.
분무경은 배양액을 작물의 뿌리에 직접 뿌려 주는 방식입니다.
베드 내에 급액배관과 분무노즐을 설치하고 뿌리의 산소가 부족해지지 않게 해야 합니다.
그러나 초기 시설비가 많이 들고, 환경에 따라 뿌리의 온도가 쉽게 변하며, 온도 조절도 어렵습니다.
그리고 분무 노즐이 막히거나 베드에서 물이 새는 문제가 발생할 수 있으며, 순환 펌프가 작동하지 않으면, 뿌리가 큰 피해를 입을 수 있습니다.

5. <다양한 수경재배 방식② 고형배지경>

다음은 고형 배지경에 대해 자세히 알아보겠습니다.
고형 배지경은 배지의 종류에 따라 구분하고 있는데 코이어 배지경, 펄라이트 배지경, 암면 배지경을 주로 이용합니다.
먼저 코이어 배지경은 코코넛 껍질에서 나온 섬유와 나무질을 가공해 만든 배지를 사용합니다.
2020년대 초반부터 친환경적인 유기 배지로 주목받고 있으며 단독으로 사용되기도 하고, 다른 배지와 섞어서 쓰기도 합니다.
특히 토마토나 파프리카 같은 과채류를 수정 재배 할 때 많이 사용합니다.
펄라이트 배지경은 규산질이 많은 진주암을 잘게 부순 뒤, 약 1,000℃의 고온에서 가열해 부풀려 만든 배지를 사용합니다.
바닥에 배액을 위한 홈이 있는 베드를 사용하는 것이 좋으며, 베드 바깥쪽의 아랫면과 옆면을 필름으로 감싸서 양액이 새지 않도록 설치해야 합니다.
또한, 펄라이트는 입자가 큰 것을 아래층에, 작은 입자를 위층에 채워서 사용하는 것이 효과적입니다.
펄라이트 배지경은 일반적인 스마트 팜에서 가장 널리 사용되며, 특히 토마토, 오이, 파프리카, 딸기 같은 과채류와 잎채소, 허브류 재배에서 높은 생산성을 보여 활용도가 높습니다.
암면 배지경은 전 세계에서 가장 널리 쓰이는 수경 재배 방식입니다.
이 재배 방식에 사용하는 암면은 현무암, 석회암, 백운석, 코크스 같은 암석을 섞어서 1,500℃의 고온에서 녹인 뒤, 아주 가는 섬유 형태로 만들고, 접착제를 이용해 다양한 모양으로 만듭니다.
암면 배지경은 배지의 수분 유지력과 공기 순환을 조절할 수 있어, 정밀한 양액 관리가 필요한 토마토, 파프리카, 오이, 가지, 딸기 같은 고부가가치 작물 재배에 적합합니다.
그럼 고형 배지의 종류별 특징과 주의할 점에 대해 살펴보겠습니다.
코이어 배지는 물을 잘 흡수하고 공기 순환이 좋은 배지라 작물이 쉽게 마르지 않고, 부피도 4~5배 이상 늘어나기 때문에 사용하기 편리합니다.
또 가격이 저렴하고 무게가 가벼우며, 구입과 폐기가 쉽다는 장점이 있습니다.
하지만 사용 전에 반드시 염분을 제거하는 제염 처리를 꼭 해야 하고, 오랫동안 쓰면 배지 구조가 변하면서 공기 순환이 잘 안되고 물이 너무 많이 고일 위험이 있습니다.
또한, 수입국별로 배지의 입자 크기나 성분이 달라 차이가 발생할 수 있으며, 해충이 생길 가능성이 높아서 방제 작업을 미리 꼭 해야 합니다.
암면 배지에 비해 코이어 배지는 잎과 줄기가 무성하게 자라게 하기 때문에 작물에 따라 조절해서 사용해야 합니다.
암면 배지는 물을 잘 머금고 공기도 잘 통해서 뿌리 성장에 좋은 환경을 만들어 주는 배지입니다.
물과 공기가 적절하게 섞여 있어서 작물에 필요한 만큼만 물을 공급할 수 있고, 자동화 시스템과 함께 사용하기 좋아 대규모 재배에도 적합합니다.
그러나 암면 배지는 마르거나 젖은 정도를 눈으로 확인하기 어려워 따로 관리를 해야 합니다.
그리고 뿌리가 있는 부분의 온도가 날씨나 햇볕 영향을 많이 받기 때문에 배양액 온도 조절만으로는 뿌리 온도를 유지하기 어렵습니다.
또 배양액을 줘도, 충분히 고르게 흡수되지 않고 바로 빠져나갈 수 있어서 급액량은 적절히 조절해야 합니다.
마지막으로, 펄라이트 배지는 공기가 잘 통하고 물 빠짐이 좋아서 과습 걱정이 적은 배지입니다.
pH가 중성이라 작물에 부담이 없고, 배양액 관리도 쉽고 재배할 때마다 세척과 소독을 할 수 있으며 폐기도 쉬워서 장기간 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.
하지만 펄라이트 배지는 코이어 배지처럼 영양분을 저장했다가 천천히 공급하는 기능이 없기 때문에 작물에 직접 영양을 공급해야 합니다.
또한, 재배 준비할 때 먼지가 날릴 수 있고, 딱 정해진 모양의 제품이 없어서 작업이 다소 불편할 수 있으며 입자가 부서지면 다시 사용할 수 없습니다.
고형 배지마다 특징이 다르기 때문에, 식물의 필요에 맞춰 적절하게 선택하고 관리하는 것이 중요합니다!

6. <다양한 수경재배 방식③ 순환식 수경재배와 아쿠아포닉스>

다음으로 순환식 수경 재배에 대해 알아보겠습니다.
수경 재배 방식으로 농사를 짓다 보면 배액이 버려지는 경우가 많은데요.
보통 전체 배액의 20~30% 정도가 그냥 흘러가는데 이게 쌓이면 환경 오염의 원인이 되고, 물과 비료도 낭비됩니다.
하지만 순환식 수경 재배 방식은 배액을 다시 활용하기 때문에 하천이나 토양의 오염, 온실가스 배출량도 줄이고, 농업용수와 화학 비료까지 절약할 수 있습니다.
하지만 배액을 다시 쓰려면 몇 가지 신경 써야 할 점도 있습니다.
배액을 그대로 재사용하면 병원균이 퍼질 위험이 있어서 여과‧살균 장치를 설치해 배액을 깨끗하게 정화해 줘야 합니다.
또한 배액 속 영양 상태가 불균형해질 수 있어 2주마다 배액을 분석하고 필요한 영양소를 보충해야합니다.
기술적으로도 뒷받침되어야 하는데요.
배액을 다시 쓸 수 있도록 적절한 양액을 조성하는 기술, 배액 속 전기 전도도(EC)와 배액률을 관리하는 기술, 배액을 적절히 희석하고 조절하는 기술, 배액을 분석하고 양분을 보충하는 기술 등을 갖추어야 합니다.
그리고 이 기술을 활용하기 위해서는 배액 저장 탱크, 배액 희석 장치, 여과·살균 장치, 배액 분석 장비, 병원균 간이 진단 키트 등의 장치를 구비해야 합니다.
순환식 수경 재배로 키울 수 있는 작물은 딸기, 토마토, 오이, 허브류, 잎채소 등 다양합니다.
하지만 멜론, 수박, 고추 같은 작물이나 일부 뿌리채소는 재배하기 어렵습니다.
친환경 수경 재배 방식에는 아쿠아포닉스도 있습니다.
물고기 양식과 작물 재배를 결합한 친환경 기술로, 물고기와 식물이 서로 도와 가며 자라는 시스템입니다.
순환 과정을 간단히 살펴보면, 물속 미생물이 물고기 배설물을 분해해 작물에 필요한 영양분으로 바꿉니다.
작물은 이 영양분을 흡수하면서 깨끗한 물을 다시 만들어 양어장으로 내보냅니다.
그러면 작물은 화학 비료 없이도 잘 자랄 수 있고, 물고기도 건강하게 살 수 있는 환경이 만들어집니다.
이런 아쿠아포닉스 기술의 장점은, 기존 수경 재배 방식의 물 사용량을 90%가량 절약할 수 있고 화학 비료를 사용하지 않아 환경 오염을 줄이며, 운영비도 아낄 수 있다는 것입니다.
환경을 보호하고, 물 사용량을 줄이며, 건강한 먹거리를 생산할 수 있는 똑똑한 방법이라고 할 수 있습니다.
아쿠아포닉스로 재배하기 적합한 작물은 잎채소, 허브류, 그리고 미나리, 부추, 셀러리 같은 수생 습지 식물입니다.

7. <마무리>

그럼 스마트 팜의 재배 방식과 시설 등에 대한 핵심을 정리해 보겠습니다.
스마트 팜은 온도, 습도, 물 공급 등을 자동으로 조절해 최적의 생육 환경을 제공합니다.
스마트 팜을 운영하려면 자동 온습도 조절, 환기, 조명 시스템, 센서, 배양액 공급 장치, 배지 등의 시설이 필요합니다.
재배 방식은 토양 재배와 수경 재배로 나뉩니다.
그중 병해충 피해를 줄이고 빠른 성장을 돕는 장점이 있는 수경 재배 방식을 스마트 팜에 많이 이용합니다.
수경 재배 방식으로는 담액 수경, 박막 수경, 분무경이 있으며, 코이어 배지, 펄라이트 배지, 암면 배지를 사용하는 고형 배지경 방식도 있습니다.
그리고 순환식 수경 재배는 배액을 재활용하여 환경을 보호하고 자원을 절약하는 방식이며, 아쿠아포닉스는 물고기 양식과 작물 재배를 결합한 친환경 기술로 주목받고 있습니다.
스마트 팜은 효율적이고 친환경적인 농업으로, 물에 맞는 다양한 재배 방식을 선택해 적은 자원으로 더 많은 작물을 생산할 수 있는 시스템입니다.
스마트 팜을 이용한 지속 가능한 농업, 여러분도 할 수 있습니다.