농진청, 노지 작물 수분스트레스 기반 스마트 관개시스템 국내 첫 개발
지구온난화에 따른 이상기상 발생빈도 및 강도의 증가는 기후취약 산업인 농업의 최대 위협요인으로 대두되고 있다.
실제로 우리나라 가뭄발생빈도는 1904~2000사이 연간 0.36회에서 2001~2018 사이 0.72회 2배 증가했다. 2018년 농작물 햇빛 데임 피해 및 고사면적은 2,355ha(과수 1,106ha, 특작 549, 채소 420, 전작 197 등)에 달했다.
2020년 물 수급 분석결과 과거 최대 가뭄발생시 2020년에 우리나라 농업용수는 3.8억 톤 가량이 부족할 것으로 전망됐다.
우리나라 관개면적 대비 농업용수 공급은 상당히 취약한 편인데, 밭의 경우 논에 비해 가뭄에 더 취약하며, 밭 관개면적 비율이 18.5% 수준(2015년 기준)에 불과한 것으로 나타나고 있다.
이런 가운데 농촌진흥청(청장 김경규)이 인공지능(AI)으로 작물 수분스트레스를 진단하고 처방할 수 있는 '인공지능을 이용한 작물 수분스트레스 기반 스마트 관개시스템'을 국내 처음으로 개발해 관심이 모아지고 있다.
밭에서 작물을 기르는 노지 작물 재배는 폭염과 가뭄 등 기후변화에 취약하고, 시설재배와 달리 환경제어가 어려워 정확한 생육 정보와 환경 진단, 작물 재배에 필요한 관개 의사결정이 매우 중요하다.
국내 처음으로 개발된 이번 기술은 작물이 스트레스 환경에서 표현하는 작물 생체반응을 직접적으로 측정·분석해 작물 수분스트레스를 진단하는 것이다.
인공지능 중 하나인 딥러닝 기술을 활용해 토양 및 기상변화를 고려해서 최적의 작물 관개량을 학습을 통해 예측할 수 있으며, 추가 센서 없이도 어느 곳에 물이 부족한지 알 수 있다는 장점이 있다.
기존에는 토양 안에 설치한 센서에서 실시간 수분 정보를 전송하는 방식으로, 사용자 설정값 이하일 때만 자동으로 물을 공급했다.
그러나 이번에 개발한 '스마트 관개시스템'은 날씨 변화에 따른 작물의 생체 반응 정보를 영상기술로 진단해 물 공급 시기를 판단하는 국내 최초 노지 적용 사례라 할 수 있다.
이 관개시스템을 복숭아와 사과 재배에 적용한 결과, 과일 무게는 14∼26%, 당도는 8%, 안토시아닌 함량은 64% 늘었다.
작물이 받는 수분스트레스를 미리 진단해 필요한 때 필요한 양만큼만 물을 주므로 농업용수를 25∼31% 절약할 수 있다. 물 관리에 드는 노동력도 95%가량 줄일 수 있다.
이 관개시스템을 우리나라 전체 사과 재배면적(33,234ha)의 20%(6,647ha) 적용 할 경우 작물생육환경 적정 관리로 작물 생산성 증대 및 품질 향상을 기대할 수 있으며, 수확량 증대에 따른 농가 수익도 연간 약 476억 원 증가할 것으로 예상되고 있다.
농진청은 이번 연구 결과를 국내외 학회지에 게재해 학술적 우수성을 인정받았으며, 출원한 특허기술은 산업체에 이전할 예정이다.
앞으로 꾸준한 연구로 노지 스마트 관개 기술을 고도화·지능화·실용화하고, 국내 관개시장 활성화와 기술 수출에 힘쓸 예정이다.
국립농업과학원 이승기 농업공학부장은 “새로운 기술 적용으로 작물 생산성과 품질, 농가 소득도 높일 수 있으리라 기대한다”며, “앞으로 빅데이터 분석을 위한 작물 생체·생육정보 추가 및 계측 기술을 개발하고, 스마트 관개시스템 시범 적용 및 작물 확대 등을 추진해 노지 스마트팜 구축을 위한 적정 관개기술의 고도화를 이루어 나가겠다”고 말했다.
한편 글로벌 스마트관개마켓(Smart Irrigation Market)에 따르면 2018 관개분야 전 세계 시장규모는 9,426억 원에 머물렀지만, 2023년엔 약 2조51억 원으로 커질 것이며, 연평균복합성장률(CAGR)은 16.3%에 달할 것이라 전망(Markets and Markets, 2018)하고 있다.