서 언
재료 및 방법
1. 재배환경
2. 실험 처리구
3. 환경 데이터 수집 및 분석
4. 측정항목 및 측정방법
5. 실험 통계 방법
결과 및 고찰
1. 온실의 환경 특성
2. 토마토 생육 및 수량
서 언
최근 급격한 기후변화와 지구온난화, 세계 인구 증가, 고령화, 코로나19와 같은 감염병, 러시아-우크라이나 전쟁 등으로 곡물과 식품 가격이 상승하며 식량안보의 중요성이 높아지고 있다. 식량안보 문제는 기후 요인과 수입 의존도가 높은 몽골에서 큰 이슈가 되고 있다. 몽골 정부는 2020년에 장기개발계획인 ‘비전 2050’을 확정하고 농산물 자급 등을 포함시켜 정책에 반영하고 있다(NGII 2020). 또한, 디지털 전환 정책과 ‘식품의 공급 안정화’ 캠페인 추진에 따라 농업 분야에서 IoT, AI 등을 활용한 자동화된 스마트팜 도입으로 수입에 의존하는 채소류의 자급자족과 안정적인 공급 확대를 목표로 하고 있다(KOTRA 2022). 몽골은 전통적으로 과일과 채소섭취가 부족하여 질병 발생률이 높고 국민의 평균 기대 수명도 상대적으로 짧았으나 국민소득 증가로 현대 몽골인의 식생활 패턴은 곡물, 채소, 과일 쪽으로 소비가 다양화되었다. 채소류 소비량은 2018년에 약 67㎏에서 연평균 1.7% 성장하여 2022년 약 72㎏으로 집계되었으며, 전체 식품 소비량의 21.3% 비중을 차지하고 있다(KATI 2023). 몽골의 채소 총재배면적과 생산량은 2024년도 기준으로 각각 20,233ha, 282,000톤으로 2020년도의 재배면적과 생산량이 각각 11,000ha, 121,000톤인 것과 비교하면 약 4년 만에 2배가 증가한 것을 알 수 있다(NSOM 2026). 하지만, 국내 채소 총생산면적(노지와 시설재배)이 2025년도 기준으로 약 360,000ha인 것과 비교하면(KOSIS 2026) 10% 미만인 것을 알 수 있다. 몽골의 채소 작목별 생산량은 2024년도 기준으로 순무(turnip)이 94,000톤, 양배추는 53,000톤, 당근은 84,000톤, 양파는 24,000톤, 오이와 토마토는 각각 10,000톤과 2,000톤으로 과채류 생산량이 다른 작물보다 낮은 것을 알 수 있다(NSOM 2024).
몽골은 강한 대륙성 기후로 일교차가 심하고, 열악한 전기, 통신인프라 등의 여건이 시설재배 면적 확대에 걸림돌이 되고 있다. 몽골의 총 시설 재배 면적은 2021년도 기준으로 68.4ha이고 여름용 시설 재배가 51%를 차지한다(KDI 2022). 세계기상정보서비스에 따르면 몽골 울란바토르 지역의 2025년 일평균 최저/최고 기온은 각각 －26.1/－15.5(1월), －22.3/－9.6(2월), －13.6/－0.6(3월), －4.4/9.7(4월), 3.2/17.9(5월), 9.5/22.7(6월), 12.7/24.6(7월), 10.5/22.4(8월), 3.5/16.8(9월), －4.8/7.7(10월), －15.7/－4.8(11월), －23.1/－13.5℃(12월)로, 여름이 짧아 채소 작물을 재배할 수 있는 시기는 6월부터 9월까지로 고작 4개월에 불과하다(WWIS 2026). 하지만, 기후 요인 중 월평균 일조시수가 다른 북방국가보다 높아(Choi et al. 2023), 몽골은 일광온실 설치 및 운영에 적합한 지역 중 하나이다.
일반적으로 일광온실은 북쪽 벽체가 태양 에너지를 저장하는 시스템으로 낮에는 태양 복사열이 남쪽 지붕을 통해 온실 내부로 들어와 온실 내부 표면에 흡수된다. 이로 인해 내부 표면 온도가 상승하고 대류 현상을 통해 온실 공기가 따뜻해진다. 온실의 북쪽 벽과 지면은 낮 동안 온실로 유입되는 태양 에너지를 저장하고 밤에 방출하여 온도 조절에 중요한 역할을 한다. 지금까지 북방지역에 보급된 기존 일광온실은 동고가 낮고 천창이 없는 구조로, 저온기에 습도가 높아 병 발생률이 높고, 고온기에는 온실 내부의 온도가 높아 작물 재배가 어려우며, 북쪽 벽은 흙벽을 단열재를 사용하여 설치비용이 높아 경제성이 낮다.
최근 국내 연구팀은 몽골 지역의 극한 기후 조건에서 과채류를 안정적으로 생산하기 위해 저비용 고효율 스마트 일광온실을 설계하였다(Choi et al. 2023). 이 온실은 단열재가 외벽의 지하 50cm까지 연속기초로 설치되어 외부에서 지하로 전달되는 냉기가 차단되고 보온성이 강화된 모델이다. 구조적으로는 트러스형 서까래를 3－4m 간격으로 설치하여 강풍과 폭설에 견딜 수 있도록 설계되었다. 또한, 환기 불량을 개선시키기 위해 온실 동고 북측면에 환기용 랙피니언 천창과 남쪽 측면에 권취식 환기창을 두어 원활한 환기가 이루어질 수 있게 하였다.
몽골 기후에 적합한 스마트 일광온실 도입은 다양한 채소 작물의 재배시기를 연장하여 채소를 원활하게 공급하기 위해 필수적이다. 본 연구는 몽골의 현지 유통을 목적으로 재배가 이루어지고 있는 스마트 일광 온실(PSH-11, PSH-9, PSH-7)에서 현장의 온도, 습도, 광량, 생육 및 수량 데이터를 수집하여 온실 환경 특성과 과채류의 안정적 생산 가능성을 검증하고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 재배환경
본 연구는 몽골 울란바토로 북동부 헨티 주 Ar gunt, Burhabta에 위치한 스마트팜센터(48°06'32.6"N 106°39'31.6"E)의 판넬과 폴리올레핀[polyolefin, PO(0.15mm)]필름으로 피복한 스마트 일광온실(PSH, Passive Solar Greenhouse) 3 종류(PSH-11(550m2, 11m×50m×6.4m), PSH-9(450m2, 9m×50m ×5.4m), PSH-7(350m2, 7m×50m×4.3m))에서 수행하였다(Fig. 1).
Fig. 1
Experimental images; greenhouses in the smart farm center (A), passive solar radiation greenhouses (PSH-11, PSH-9, and PSH-7) (B), tomato plants in the PSH-11 (C), strawberry plants in the PSH-9 (D), garden plants in the PSH-7 (E), an automated irrigation system (F), a radiation sensor (G), a greenhouse control panel and compute (H)
2. 실험 처리구
조사는 온실 PSH-11에서 방울토마토 스위트아미(Solanum lycopersicum L., ‘Sweetami(SA)’) 모종을 3개 시기로 구분하여 정식한 식물체를 대상으로 하였다. 처리구 ‘SA41’은 2025년 4월 1일에 586주가, 처리구 ‘SA420’은 4월 20일에 92주가, 처리구 ‘SA51’은 5월 1일에 97주가 완전임의배치로 정식되었다.
3. 환경 데이터 수집 및 분석
외부 기상환경(온도, 상대습도, 외부 일사량)은 스마트루트(Smart Root System, ISU System, Seoul, Korea)에 기록되었고, 내부 온도와 상대습도는 HOBO 스마트 온도/습도 센서(S-THC-M002, Onset, USA), 내부 일사량은 HOBO 스마트 Silcon일사센서(S-LIB-M003, Onset, USA)를 사용하여 측정하여 HOBO data logger(H21-USB, Onset, USA)에 수집하였다(Fig. 1). 수집된 데이터 중 7월 26에서 29일까지의 데이터를 활용하여 내부 및 외부온도(internal and external temperature, DT), 포화수증기압차(vapor pressure deficit, VPD), 절대습도(absolute humidity, AH), 엔탈피(enthalpy)(Woo et al. 2000)와 환기율(ventilation rate, Vent)(Geelen et al. 2018)은 다음 식에 적용하여 계산하였다.
Air density at given temperaturesy,
Ventilation rate
4. 측정항목 및 측정방법
PSH-11 온실에서 토마토 생육 특성을 분석하기 위하여 처리구 ‘SA41’의 586주에서 10개체, 처리구 ‘SA420’의 92주에서 10개체, ‘SA51’의 97주에서 10개체를 무작위로 선발하여 10 반복수로 하여 7월 23일에 초장, 화방높이, 엽수, 엽장, 엽폭, 줄기직경, 엽록소, 과장, 과경, 과중을 측정하였다. 초장은 지제부에서 생장점까지 길이, 화방높이는 생장점 아래에서 개화 위치까지 길이를 측정하였으며, 엽수는 지제부부터 생장점 아래 완전 전개한 잎의 수, 엽장과 엽폭은 생장점 아래 5번째 잎의 길이와 너비를 측정하였으며, 줄기직경은 지제부 1cm 위의 줄기직경(diam. I)과 생장점 아래로 5번째 잎 1.5cm 밑의 줄기직경(diam. II), 엽록소는 SPAD(SPAD-502, Konica Minolta Camera Co., Japan)을 이용하여 측정하였다. 과실은 처리구별 과장, 과경, 과중을 측정하였다.
5. 실험 통계 방법
SAS 9.4 소프트웨어 패키지(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 사용하여 Duncan’s multiple range test로 분석하였다.
결과 및 고찰
1. 온실의 환경 특성
본 연구가 수행된 스마트팜 센터의 전기와 통신 환경으로 인해 1월부터 12월까지 모든 환경 데이터 요소가 온전히 수집되지 않아 연중 상세한 환경 분석을 수행하지는 못했지만, 몽골에서 작물 재배가 활발히 이루어지는 핵심 작기인 7월에 스마트 일광 온실에서 재배되는 토마토 생육 특성과 함께 같은 기간에 재배 환경을 집중적으로 분석하였다.
온실 PSH-11에서 대표적으로 수집된 월평균 최저/평균 기온은 각각 －0.5/1.2(1월), －0.4/-4.5(2월), －0.5/8.8(3월), 0.3/18.1(4월), 3.2/17.6(5월), 8.3/19.0(6월), 13.1/20.8(7월), 5.9/19.2(8월), 2.7/15.1(9월), 1.8/13.7(10월), －0.5/6.1(11월), －0.4/0.6℃(12월)였다(Fig. 2). 외기온이 11월부터 2월까지 영하 15°C이하로 하강하는 조건에서 온실 내부가 영하 5°C 수준으로 유지되었다.
스마트 일광온실 PSH-11, PSH-9, PSH-7의 7월 중 온실 내부의 최저에서 최고 온도는 각각 13.3－36.1, 13.4－30.4, 13.7－31.2℃ 범위를 보였다(Table 1). 상대습도(relative humidity, RH)는 각각 37.1－95.6(PSH-11), 36.3-78.8(PSH-9), 38.0－88.7%(PSH-7)를 보였으며, 각각의 온실 최고 내부 광량은 각각 595, 310, 471W·m-2이었다. 온실 내부의 7월 중 온도차 범위가 큰 결과는 7월 후반부부터 외부 온도가 낮아졌기 때문이다. Ryu et al.(2012)은 작물의 한계저온이 딸기 3℃, 토마토 5℃, 오이, 멜론, 호박 등은 8℃까지 가능하다고 보고하였는데, 온실 내부의 온도가 11℃ 이상으로 유지되는 것으로 관찰되었다.
Table 1
Hourly average of internal temperature (DT), relative humidity (RH), and solar radiation (SI) in the smart passive solar greenhouses (PSH) during July 2025
낮 시간대에 온실 내부 광량이 높아질 때 공기 온도와 VPD(Vapor Pressure Deficit)가 증가하였다. 온실 공기 온도가 가장 높은 시간대에 VPD가 PSH-11에서 52.8, PSH-9에서 31.9, PSH-7에서 37.3mbar로 온실 PSH-11에서 가장 높았다(Fig. 3). 최저/최고 절대습도(absolute humidity, AH)는 각각 7.22/12.92g·kg-2(PSH-11), 6.92/9.25g·kg-2(PSH-9), 7.18/ 10.0g·kg-2 (PSH-7)이었고, 세 온실 모두 낮 시간대 높았으며 온실 PSH-11에서 높았다. 계산된 환기율(Ventilation rate)은 각각 0－71.9(PSH-11), 0－42.8(PSH-9), 0－80.0m3·m-2·h-1(PSH-7)로 PSH-9에서 가장 낮았는데 이는 PSH-9의 광량이 다른 온실보다 낮았고 그로 인해 공기 온도가 낮았던 결과로 보인다. Barker(1990)는 온실에서 작물 재배시 0.5－0.8kPa (5－8mbar)이 적합한 VPD범위라고 보고하였으며, Schwarz et al.(2014)은 0.3－1.0kPa(3-10mbar) 범위에 작물에 영향을 미친다고 보고하였다. 본 실험에서 세 온실 모두 이른 오전 시간대에는 VPD가 낮았지만 한 낮에는 Barker(1990)이 제시한 적합한 VPD인 8mbar보다 PSH-11은 6.6배, PSH-9는 약 4배, PSH-7은 약 4.7배 가량 높았다.
온실 내부의 엔탈피(Enthalpy, kJ·m-3)는 최저/최고값이 각각 40.0/81.2(PSH-11), 35.2/62.0(PSH-9), 37.7/66.8kJ·m-3 (PSH-7)이었으며, 외부 enthalpy는 17.4/37.3kJ·m-3이었다(Table 2). 내·외부 공기의 엔탈피 차이인 delta (Δ) enthalpy는 각각 16.3/45.0kJ·m-3(PSH-11), 14.0/25.4kJ·m-3(PSH-9), 13.4/29.7kJ·m-3(PSH-7)로 낮 시간대 공기 온도와 습도가 높았던 온실 PSH-11에서 가장 높았다. 본 실험에서 계산된 환기율은 온실의 열배출량을 기준으로 한 것으로 열배출량은 내·외부 공기 delta (Δ) enthalpy에 환기량을 곱하여 계산하였는데, 이는 enthalpy가 공기 온도와 습도에 영향을 받기 때문이다(Geelen et al. 2018). Choi et al.(2025)은 본 실험과 동일하게 계산된 환기율과 광량은 비례적, 내부 RH와는 반비례적 관계이며, 환기율은 delta (Δ) enthalpy가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보인다고 하여 본 연구결과를 뒷받침한다.
Table 2
Hourly average of internal and external enthalpy in a smart Korean passive solar greenhouse (PSH) from 26th to 29th July 2025
PSH-11 온실에서 VPD와 AH가 낮 시간대 다른 온실보다 높았던 이유는 규모가 다른 온실보다 크고, 온실 PSH-11에 생육 특성을 조사한 토마토 품종 외에 다른 품종의 토마토와 오이가 재배되고 있었던 반면, PSH-9에는 딸기가, PSH-7에는 화훼식물이 재배되고 있어서 온실 PSH-11에서 다른 온실보다 관수가 빈번하게 이루어진 것과 관련있는 것으로 보인다. 또한, 온실 PSH-9이 다른 온실보다 광량이 낮은 것은 딸기 묘가 정식 되어 차광스크린을 늦게 열고 일찍 닫은 것이 원인으로 생각된다. 이 결과들을 종합하여 볼 때, 낮 시간대에 VPD가 높아지고 온도가 높은 시간대에는 포그 시스템 등을 활용하여 RH를 올려 VPD를 낮출 필요가 있다는 것을 제시한다.
2. 토마토 생육 및 수량
온실 PSH-11에 정식 시기를 달리하여 심은 방울토마토 스위트아미의 생육 특성을 7월 23일에 조사하였을 때 초장은 SA420(4월 20일 정식)이 271cm, SA41(4월 1일 정식)은 267cm로 SA51(5월 1일 정식)의 212cm와 통계적 유의차를 보였다(Table 3). 엽수는 SA41이 37.2개로 가장 많았으며, SA420은 32.2개, SA51은 28.5개로 관찰되었다. 엽폭과 지하부 줄기굵기는 큰 차이를 보이지 않았으나, 엽장은 SA420이 36.9cm로 SA41의 28.8cm와 유의차를 보였고, 지상부 줄기 굵기는 SA420이 13.3mm, SA51이 12.2mm, SA41이 9.9mm로 유의차를 보였다. SPAD 역시 4월 20일 정식하였을 때, 51.4로 가장 컸으며, 그 뒤로 SA51(48.6) > SA41(38.3) 순이었다. 토마토 과실의 과장과 과폭은 SA420이 각각 24.3, 27.2mm로 다른 정식일보다 컸으며, 과실중도 SA420(10.8) > SA51(10.1) > SA41(5.23g) 순으로 SA420에서 높았다(Table 4). 따라서 스마트 일광 온실에서 정식 시기는 4월 1일보다는 4월 20일 이후가 적합한 것을 알 수 있다.
Table 3
Plant height, flower height, leaf number, leaf length, leaf width, stem diameter Ⅰ(1cm from base), stem diameter Ⅱ(below 2cm the last flower truss), SPAD of cherry tomato ‘Sweetami (SA)’ grown for 113, 94 and 83 days after transplanting(DAT) (n=10 per plant) in the PSH-11
| Treatment |
Plant height |
Flower height | Leaf No. |
Leaf length |
Leaf width |
Stem diam. Ⅰ |
Stem diam. Ⅱ | SPAD |
| (cm) | (cm) | (ea.) | (cm) | (cm) | (mm) | (mm) | ||
| SA41 | 266.5azy | 10.4a | 37.2a | 28.8b | 22.0a | 12.4a | 9.9b | 38.3c |
| SA420 | 270.5a | 10.9a | 32.2b | 36.9a | 25.8a | 11.4a | 13.3a | 51.4a |
| SA51 | 211.6b | 16.0a | 28.5c | 33.9ab | 24.8a | 11.6a | 12.2a | 48.6b |
Table 4
Fruit height, fruit width, and fruit weight of cherry tomato ‘Sweetami (SA)’ day transplant grown for 113, 94, and 83 days after transplanting (DAT) in the PSH-11
| Treatment | Fruit height | Fruit width | Fruit weight |
| (mm) | (mm) | (g/plant) | |
| SA41 | 19.0bzy | 20.0b | 5.23b |
| SA420 | 24.3a | 27.2a | 10.8a |
| SA51 | 17.7b | 19.6b | 10.1a |
위의 결과들로부터 몽골의 7월 하순에 외부 온도가 최저 3.5℃까지 낮아지는 조건에서 온실 내부는 11℃ 이상으로 유지되어 이 시기에 과채류 생산에는 문제가 없는 것으로 판단되지만 광합성을 활발하게 하는 시간대에 RH가 30%대로 낮아져 고품질 생산에는 어려움이 있을 것으로 보인다. 따라서, 포그 시스템 등을 활용하여 RH를 높이는 기술이 투여되어야 하며 과채류의 안정적 생산을 위한 정식 시기는 4월 20일경으로 판단된다. 본 연구팀의 추가 연구 결과 토마토의 저온 한계온도를 10℃로 감안할 때 토마토 노지재배가 5월부터 7월까지 가능한 반면, 최소한의 난방기를 가동하면 4월부터 10월까지 총 7개월간 작물 재배가 가능한 것으로 판단되었다(Park et al. 2025).
종합하여 보면, 수출 온실의 현지 실증재배는 그 지역 기후에 적합한 작물 재배법과 온실 환경 관리 기술을 정립하는데 반드시 필요한 과정인 것을 알 수 있다. 예를 들면, 딸기는 적당한 저온과 단일 조건에서 화아가 분화되며 적정 온도와 장일 조건에서는 잎과 줄기의 생장이 촉진되어 자묘를 발생시키게 되는데(RDA 2019), 몽골의 7월 초중순에 온실 내부의 장일조건은 자묘를 발생시켜 러너를 받는 시기로 활용할 수 있을 것으로 보인다. 추후 스마트 일광 온실에서 계절별 재배되는 작물의 생리 및 생태, 수량과 품질에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
