서 론
재료 및 방법
1. 실험 장소와 컨테이너 제원
2. 파종 및 컨테이너 육묘 조건
3. 양액 및 광도 실험 조건
4. 전력량 분석 실험 조건
5. 정식 및 본답재배
6. 조사 항목 측정 및 통계 분석
결과 및 고찰
1. 광도 및 양액 처리에 따른 벼 품종별 초장 및 건물중 비교
2. 컨테이너형 수직농장 벼 육묘 전력 및 물 사용 분석
3. 컨테이너형 수직농장 재배묘의 노지정식 생산량 비교
4. 인력 사용에 따른 경제성 분석
결 론
서 론
화석연료 사용이 증가하여 배출되는 온실가스로 인해 지구 평균기온이 지속적으로 상승하고 있으며, 이와 마찬가지로 한국의 평균기온 또한 꾸준히 상승하고 있다(KMA, 2021). 이러한 기온 상승은 벼를 비롯한 많은 작물의 생식을 위한 수정과 수분 과정과 생장을 위한 광합성 등 생리적 작용에 악영향을 미치며, 작물 생산 전반에 부정적인 영향을 일으키고 있다(Dubey 등, 2018; Shrestha 등, 2022). 특히, 예년 평균치나 추세를 크게 벗어나는 이상 기상 조건은 농작물의 생산량을 크게 감소시키는 주요 요인으로 작용하고 있다(Kim, 2024). 뿐만 아니라, 기온 상승은 작물 생육 외적인 부분에도 악영향을 미치는데, 혹명나방과 벼물바구미 등 병충해 피해를 증가시키기도 하며(Kim과 Kim, 2018), 기후변화로 인한 강수량의 증가 및 일조량의 감소는 줄무늬잎마름병과 잎집무늬마름병, 잎도열병의 피해를 확산시키기도 한다(Jeong 등, 2024).
이러한 기후변화에 대응하기 위해 수도작 분야에서는 재배 시기 조정에 대한 연구가 진행되고 있다(Lee 등, 2011; Yun 과 Kim, 2001). 조기 이앙과 조기수확을 통해 기후변화로 인한 여러 악영향을 회피할 수 있다는 점에서 그 중요성이 더욱 부각되고 있다. 수도작의 경우, 재배 기간 동안 수행하는 여러 작업의 90% 이상이 기계화되었으나, 여전히 벼의 노지육묘 과정에서는 파종과 치상에 많은 인력과 시간이 소요되며, 기계화가 아직까지 충분하게 이루어지지 않는 실정이다. 또한 수도작은 지속적인 고령화와 인력 부족으로 많은 어려움을 겪고 있으며, 인건비 상승에 따른 경영비가 가중되고 있는 상황이다. 이러한 노지육묘의 문제점을 개선하고자 시설을 활용한 육묘 방식이 도입되었지만, 시설 구축비용이 과다하게 소요된다는 단점이 있다.
컨테이너형 수직농장은 일반적인 벼 육묘를 위한 기존 시설의 구축 비용보다 저렴하며, 노동력 절감과 육묘시간 단축에 유리하기에 고령화와 인력 부족 문제에 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 판단되어 식물공장에서의 벼 육묘에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보여진다(Yamori 등, 2014). 특히 노지육묘는 평면 배열 방식으로 인해 육묘 시 많은 공간을 필요로 하지만, 컨테이너형 수직농장을 활용하면 효율적인 배열을 통해 제한된 공간에서도 다량의 고품질 육묘가 가능하다. 또한, 컨테이너형 수직농장을 이용하면 고른 최아를 위한 상자 쌓기, 보온을 위한 부직포 덮기, 본답 정식을 위한 모판 떼기 작업 등을 생략할 수 있어 적은 인원으로도 다량의 육묘를 단시간 내에 완성할 수 있다. 이와 더불어, 일반 노지육묘는 평면 배열된 육묘상자를 담수를 이용한 관수 방식을 채택하고 있어 불필요하게 많은 물이 낭비되는 경우가 많지만, 컨테이너형 수직농장에서는 기존 방식에 비해 물 사용량이 적어 친환경적인 장점을 지닌다.
컨테이너형 수직농장을 활용한 벼 육묘에 대한 연구는 아직 충분히 이루어지지 않았으며, 특히 컨테이너에서 육묘 된 벼를 정식하여 그 효과성을 검증한 현장 중심의 연구 또한 다소 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 컨테이너형 수직농장을 활용하여 벼 육묘에 적합한 최적의 광환경과 양액 조건을 탐색하고, 기존 노지육묘에서 이앙 가능한 육묘를 생산하기 위해 약 25일 이상 소요되던 육묘기간을 대폭 줄여, 컨테이너형 수직농장에서 육묘기간이 단축된 묘가 정식 후 정상적으로 발달할 수 있는지 확인하고자 한다. 또한 컨테이너형 수직농장 활용이 경제적 측면에서 어떤 효과를 가져오는지에 대해서도 분석하고자 한다.
재료 및 방법
1. 실험 장소와 컨테이너 제원
본 연구는 충청남도 천안시 서북구 성환읍에 위치한 연암대학교 컨테이너형 수직농장(36.95°N, 127.15°E)에서 진행하였다. 컨테이너형 수직농장(Insungtec, Yongin, Korea) 규격은 11,554 × 2,246 × 2,390mm이며, 단열된 수출용 냉동 컨테이너를 개조하여 사용했다. 컨테이너형 수직농장 내에 3단 재배 베드와 항온항습기(HT-A3GG5(EG)-A, Century Inc., Seoul, Korea)를 설치하였으며, 시간대별 온도와 습도를 개별적으로 설정하였다.
2. 파종 및 컨테이너 육묘 조건
본 실험에서는 경기도종자관리소에서 보급한 고시히카리(Oryza sativa L. cv. Koshihikari)와 참드림(O. sativa L. cv. Chamdream) 품종의 종자를 사용하였다. 종자는 24시간 침종한 뒤, 볍씨 발아기(MD600kA, Modooenergy, Pyeongtaek, Korea)를 이용하여 30℃에서 48시간 침지 후 탈수하였으며, 발아기 가동 중 종자소독제 키자바(Kizaba, NHchemical, Seongnam, Korea)를 처리하였다. 파종은 일반 벼 육묘 상자(600 × 300 × 30mm)에 준경량 수도상토(Lightweight growing medium, Punong Inc., Gyeongju, Korea)를 충진하여 수행하였다. 파종 과정은 1.6kg의 상토를 깔고 관수 한 후, 190g의 종자를 파종하고 상토 0.4kg를 덮는 순서로 진행했다. 관수 시 살균제 가지란(Gajiran, Farmhannong, Seoul, Korea)을 500배 희석하여 처리하였다. 파종된 육묘상자는 사각 쟁반에 올려 컨테이너 내부에 배치하였으며, 48시간 동안 암조건에서 온도 30℃, 습도 90%을 유지하여 최아를 유도하였다. 90% 이상 최아가 유도되고 본엽의 길이가 2cm 이상 자란 후, 컨테이너 내 환경을 온도 26℃, 습도 70%로 설정 06:00 부터 18:00까지 14시간 동안 광을 10일간 공급하였다.
3. 양액 및 광도 실험 조건
컨테이너형 수직농장을 활용하여 서로 다른 조건에서 벼 육묘 시 생육 수준을 분석하기 위해, 2024년 8월 31일 고시히카리와 참드림 두 품종의 벼를 컨테이너형 수직농장 내 파종하여 9월 10일까지 육묘 하였다. 컨테이너 내 실험은 2개 품종(고시히카리, 참드림), 2가지 광도(160 및 355μmol·m-2·s-1), 2가지 관수조건(지하수, 양액)을 조합하여 총 8개 처리구로 구성하였으며 처리구 별 3개의 육묘상자를 이용하였다. 컨테이너 처리구에서는 입실 후 3, 6, 9일차에 각각 지하수 또는 양액을 1L씩 관수하였다. 양액은 크리스탈론 레드(Kristalon RED, Yara, Oslo, Norway)를 500배 희석하여 사용하였다. 공급한 양액 성분과 지하수 성분은 표로 나타내었다(Table 1).
Table 1.
Nutrient and groundwater composition used for rice seedling cultivation in a container vertical farm.
4. 전력량 분석 실험 조건
전력량 분석을 위해, 2024년 8월 31일부터 9월 10일까지 총 10일 간의 광도 및 양액 실험에서 사용된 전력 소모량을 계산하였다. 광 공급과 온도 및 습도 조절에 소모된 전력을 구분하여 측정하였으며, 컨테이너형 수직농장의 LED에는 단상용 전자식전력량계 LD1210DM-040(LSelectric, Anyang, Korea)를, 항온항습기에는 삼상용 적산전력계 LD3410DM-080 (LSelectric, Anyang, Korea)을 각각 설치하여 측정하였다.
5. 정식 및 본답재배
정식 및 본답재배 검정을 위해서, 관행적인 노지육묘 유래 모와 컨테이너형 수직농장 육묘 유래 모를 같은 날 이식하여 본답에 재배하였다. 노지육묘의 경우, 고시히카리와 참드림 품종의 종자를 2024년 4월 20일 파종하여 노지에서 최아를 유도하였으며, 21일 육묘한 모를 2024년 5월 10일 본답 정식하였다. 해당 기간의 노지육묘 환경은 평균기온이 16.0℃, 일조량이 144시간, 강수량이 73.3mm으로 확인되었다(KMA, 2024). 컨테이너형 수직농장 내 육묘의 경우, 2개 품종(고시히카리, 참드림), 2가지 광도(160 및 355μmol·m-2·s-1)에서 지하수를 관수하여 총 4개 조건을 구성하였다. 2024년 4월 28일 파종 후 컨테이너형 수직농장에서 10일 육묘한 모를 5월 8일 육묘 후 순화하여 5월 10일 본답에 50주 간격으로 8본씩 정식하였다. 본답에 정식된 고시히카리 품종은 7월 28일날 출수 하여 9월 3일날 수확하였고, 참드림 품종은 8월 10일 출수 하여 10월 16일날 수확하였다. 본답의 재배 환경은 7월 중순 유수형성기 동안 평균기온이 26.1℃, 일조량이 114.8시간, 강수량이 403.3mm로 나타났다. 8월 출수기 평균기온은 28.4℃로 평년 대비 2.2℃ 높은 경향을 보였으며, 9월 등숙기 평균기온은 22.2℃로 평년 대비 2.9℃ 높았다.
6. 조사 항목 측정 및 통계 분석
육묘 10일 후 묘의 생육 상태를 평가하기 위해 초장(cm)을 측정하였다. 건물중 측정을 위해 60℃에서 72시간 동안 건조하였다(HJ120, Hanilgnco Inc., Jangseong, Korea). 생육 데이터에 대한 통계 분석은 R-4.4.1(R-Studio, Boston, MA, USA)을 사용하여 일원분산분석을 수행하였고, 평균 간 유의성은 5% 수준에서 Duncan의 다중검정법(DMRT)으로 분석하였다. 수확한 벼의 이삭은 농업과학기술연구조사분석기준(RDA, 2012)에 따라 이삭수, 영화수, 등숙비율, 정현비율, 천립중을 분석하여 수량지수를 도출하고 비교 분석하였다. 경제성 분석을 위한 육묘판 기준 수는 관행적으로 농가의 조수입 1억원 이상을 생산할 수 있는 양인 육묘판 4,000장으로 정하였으며, 관행적으로 순조로운 작업을 위해 실제 고용하여 진행하는 인력을 기준으로 분석하였다. 노지 육묘 4,000장 시 사용되는 물 소모량은 4,000장 기준, 관행적으로 바닥 지상면적과 트랙터 이동 최소면적으로 필요한 600평을 기준으로, 5cm 깊이 5회 담수로 계산하여 495.87톤으로 추산하였다.
결과 및 고찰
1. 광도 및 양액 처리에 따른 벼 품종별 초장 및 건물중 비교
컨테이너형 수직농장에서 벼 육묘 시 광도와 양액 처리에 따른 생육 차이를 평가하기 위해 2024년 8월 31일 고시히카리와 참드림 두 품종의 벼를 파종하여 9월 10일까지 컨테이너형 수직농장에서 육묘하였다. 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 고시히카리와 참드림 두 품종의 모에서 별다른 생리장해가 발생하지 않았으며, 생육단계는 3엽기와 유사하였다(Figs. 1 and 2). 또한, 본답 이앙이 가능한 수준인 약 15cm 정도의 초장이 형성됨을 확인하였다. 고시히카리의 경우, 지하수를 처리한 조건에서는 160μmol·m-2·s-1 광도에서 13.5 ± 1.04cm, 355μmol·m-2·s-1 광도에서 13.8 ± 1.32cm의 초장이 측정되었다(Fig. 3A). 양액을 처리한 조건에서는 각각 14.8 ± 1.15cm 및 15.7 ± 1.32cm의 초장이 관측되었다(Fig. 3A). 참드림의 경우, 지하수를 처리한 조건에서는 160μmol·m-2·s-1 광도에서 13.2 ± 1.02cm, 355μmol·m-2·s-1 광도에서 14.8 ± 1.35cm의 초장이 측정되었다(Fig. 3B). 양액을 공급한 조건에서는 각각 14.5 ± 1.07cm 및 15.1 ± 1.50cm의 초장이 관측되었다(Fig. 3B). 고시히카리 품종에서는, 광도가 160에서 355μmol·m-2·s-1로 증가함에 따라 초장의 길이가 지하수 공급 조건에서 약 9.36%, 양액 조건에서 약 14.1% 정도 유의성 있게 길었다(Fig. 3A). 참드림의 경우, 광도가 160에서 355μmol·m-2·s-1로 증가함에 따라 초장이 지하수 공급 조건에서 약 10.2% 정도 유의성 있게 길었으나, 양액 조건에서는 광도에 따른 초장 길이의 차이가 없었다(Fig. 3B). 고시히카리 품종에서는 160μmol·m-2·s-1에서 양액 처리가 초장에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었으며, 355μmol·m-2·s-1로 높은 광도 조건에서는 약 6.5% 초장이 길어졌다(Fig. 3A). 참드림 품종의 경우 고시히카리 품종과는 반대로, 160μmol·m-2·s-1의 저광도에서 양액 공급에 의해 약 12.39% 초장이 길었지만, 355μmol·m-2·s-1에서는 유의한 차이가 없었다(Fig. 3B). 지상부 건물중도 육묘한 모를 10주씩 모아 측정하였다(Fig. 4). 고시히카리 경우, 160μmol·m-2·s-1 광도에서, 지하수 공급 시 0.10 ± 0.006g, 양액 공급 시 0.13 ± 0.020g으로 나타났으며, 양액 공급 시 건물증이 증가하는 것을 확인하였다(Fig. 4A). 355μmol·m-2·s-1의 광도 조건에서는, 지하수 공급 시 0.11 ± 0.006g, 양액 공급 시 0.13 ± 0.015g으로 나타났으며, 건물중 증가에 대한 유의적인 차이가 없었다(Fig. 4A). 또한 지하수 및 양액 처리조건에서 모두에서 광도에 따른 건물중 차이가 없었다(Fig. 4A). 참드림의 경우, 광도 처리 및 양액 공급 모두 건물중 증가에 유의적인 차이가 없었다(Fig. 4B).
Fig. 1
Final growth of ‘Koshihikari’ rice seedlings under different light intensities and nutrient solution. Phenotypes of 10-day-old rice seedlings grown under groundwater and nutrient solution (NPK) conditions with varying light intensities. (A) 160 μmol·m-2·s-1 + groundwater, (B) 160 μmol·m-2·s-1 + nutrient solution. (C) 355 μmol·m-2·s-1 + groundwater, (D) 355 μmol·m-2·s-1 + nutrient solution. Scale bar = 15 cm.
Fig. 2
Final growth of ‘Chamdream’ rice seedlings under different light intensities and nutrient solution. Phenotypes of 10-day-old rice seedlings grown under groundwater and nutrient solution (NPK) conditions with varying light intensities. (A) 160 μmol·m-2·s-1 + groundwater, (B) 160 μmol·m-2·s-1 + nutrient solution. (C) 355 μmol·m-2·s-1 + groundwater, (D) 355 μmol·m-2·s-1 + nutrient solution. Scale bar = 15 cm.
Fig. 3
Comparison of shoot length in container vertical farms. Shoot length of rice seedlings grown for 10 days in container vertical farms under groundwater (water) and nutrient solution (NPK) conditions with light intensities of 160 and 355 μmol·m-2·s-1 was measured. (A) ‘Koshihikari’ rice seedlings. (B) ‘Chamdream’ rice seedlings. Different lowercase letters indicate respectively a significant difference according to Duncan’s multiple range test (p < 0.05).
Fig. 4
Comparison of shoot dry weight in container vertical farms measured from 10 combined seedlings. Shoot dry weight of rice seedlings grown for 10 days in container vertical farms under groundwater and nutrient solution (NPK) conditions with light intensities of 160 and 355 μmol·m-2·s-1 was measured. (A) ‘Koshihikari’ rice seedlings. (B) ‘Chamdream’ rice seedlings. Different lowercase letters indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (p < 0.05).
본 연구결과, 광도와 양액 처리 효과가 품종별로 상이하였으며, 참드림 품종보다는 고시히카리 품종이 더 큰 영향을 받았다. 고시히카리 품종의 경우, 광도 증가에 따른 초장 증가는 양액 공급 여부와 관계없이 유의한 영향을 미쳤으며, 양액 공급은 저광도에서 건물중 증진 효과를 나타내었다. 벼 모의 생장은 질소 공급 수준에 따라 생육과 광합성 효율이 달라질 수 있으며, 이러한 차이는 품종에 따라 다르게 나타날 수 있다(Zhang 등, 2023). 따라서 컨테이너형 수직농장내 벼 육묘의 최적화를 위해서는 각 품종에 적합한 환경 조성이 필요하다고 생각된다. 또한, 본 연구에서는 양액 공급 효과가 상대적으로 미미하게 나타났는데, 이는 컨테이너형 수직농장에서 10일간의 육묘 과정 동안 배젖에 저장된 영양분이 초기 생육에 충분한 역할을 했을 가능성이 높기 때문으로 판단된다. 일반적으로 초기 육묘 단계에서는 광합성 보다 배젖 내 저장된 에너지를 활용한 생장이 우세하게 나타나며, 이로 인해 광도의 영향도 상대적으로 제한적일 수 있다. 이는 컨테이너형 수직농장에서 환경 투입요소를 최소화할 수 있음을 시사한다. 결과적으로, 본연구에서 사용된 두 품종 모두 광이나 양액 처리여부와 관계없이 본답 이앙에 적합한 10cm 이상 초장을 형성하는 모의 생산이 가능하였다(Jung과 Sohn, 2005). 또한, 경제성을 고려했을 때 160μmol·m-2·s-1 광도 조건과 지하수 공급만으로도 10일 육묘를 통해 적정 초장을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 사용된 컨테이너형 수직농장의 벼 육묘 기간은 10일로 다소 짧은 편이지만 이앙에 적합한 초장까지 성장하였다. 반면 국내에서 노지육묘의 경우, 일반적으로 4월 중순에서 말이 적합한 시기로 여겨지며, 육묘기간은 20－30일 정도로 알려져 있다. 특히 중부평야지 기준으로 육묘일수 20일과 부직포 무피복 방법이 적합하다고 알려져 있다(Lee 등, 2024). 2024년 4월 20일 파종한 노지육묘의 경우, 10일차에 측정한 모의 초장은 고시히카리 품종이 11.4 ± 1.27cm, 참드림 품종이 9.26 ± 0.45cm로, 해당 시점에는 아직 이앙에 적합한 초장을 갖추지 못한 상태로 확인되었으며(Fig. 5A), 컨테이너형 수직농장에서 10일간 육묘한 모에 비하여 약 61.4－84.5% 정도로 유의하게 짧았다(DMRT, P < 0.05). 또한 내부 환경을 온도 26℃, 습도 70%로 일정하게 유지하는 컨테이너형 수직농장의 육묘환경과 달리, 실제 노지육묘가 진행되는 동안의 노지 환경은 평균 온도 16.0℃, 일평균 일교차 10.82℃, 평균 습도 81.0%로, 평균 온도가 낮고 큰 온도 편차가 빈번히 발생하였다(Fig. 5). 이러한 환경의 높은 변동성은 노지에서 모의 생장 속도를 저하시키는 주요 원인으로 작용했을 가능성이 높으며, 지구온난화와 기후변화로 인해 노지 환경의 변동성이 더욱 증가하는 상황에서 컨테이너형 수직농장은 보다 안정적인 벼 육묘 환경을 제공할 수 있다고 생각한다. 특히 적절한 환경 조절을 통해 벼 육묘 속도를 효과적으로 향상시키는 것이 가능할 것으로 생각된다.
Fig. 5
Temperature and humidity, and seedling height during open-field rice seedling cultivation. The graphs show the seedling height (A) measured on the 10th day of cultivation, and the temperature (B) and humidity (C) conditions recorded in Cheonan during a 10-day period open-field rice seedling cultivation.
2. 컨테이너형 수직농장 벼 육묘 전력 및 물 사용 분석
컨테이너형 수직농장을 이용한 벼 육묘의 경제성을 확인하기 위하여, 육묘 중 사용된 전력량을 분석하였다. 이를 위해 2024년 8월 31일부터 9월 10일까지 진행된 광도 및 양액 처리에 따른 벼 품종별 초장 및 건물중 비교 실험 동안의 전력 사용량을 바탕으로 추산하였다. 분석과정에서는 광원으로 사용된 LED의 적산 전력량과 온습도 유지를 위한 항온항습기의 적산 전력량을 구분하여 산출하였다(Fig. 6). 총 10일의 육묘기간 중 LED는 처음 3일차에는 사용하지 않았으며, 이후 7일간 267.6kWh를 사용하였다(Fig. 6). 항온항습기의 경우 전 기간 동안 누적하여 712.6kWh를 사용하였으며, 컨테이너 내 육묘를 위한 광과 온습도 환경을 위해 10일간 총 980.2kWh를 사용하였음을 확인하였다(Fig. 6). 본 실험에서 사용한 전력량 980kWh를 일반 전기 사용 금액으로 환산 시 약 350,000원 정도로 계산되었다. 다만, 본 연구의 전력사용량 데이터는 2024년 8월 31일부터 9월 10일 사이의 실험에서 측정된 값으로, 실제 노지육묘가 이루어지는 4월 중순에 컨테이너를 가동하였을 경우의 전력 소모 전력량과 차이가 있을 가능성이 있다. 실제로, 9월초 컨테이너형 수직농장이 위치한 천안의 평균 기온은 25.5℃였으며, 이는 4월 노지환경의 평균 기온 16.0℃보다 약 9.5℃ 높았다. 9월에는 밀폐된 컨테이너 내부에서 LED 발열로 인해, 컨테이너형 수직농장의 유지온도인 26℃를 유지하기 위해 냉방에 항온항습기의 전력이 더 많이 사용되었을 것으로 예상된다. 따라서 평균기온이 더 낮은 4월에 육묘를 실시할 경우, 본 연구에서 측정된 전력소모량 보다는 낮을 가능성이 있다.
일반적으로 컨테이너형 수직농장은 밀폐되고 통제된 환경이기에, 증발 및 침출에 의한 수분 손실이 적어 많은 물이 필요하지 않다(Despommier, 2009). 또한 육묘 과정은 유묘기 단계에서 진행되므로, 이 시기에는 엽과 뿌리가 충분히 발달하지 않아 적은 양의 물로도 정상적인 생육이 가능하다. 본 연구에서 사용된 컨테이너형 수직농장의 경우, 1장의 육묘판을 완성하는데 6리터의 물이 사용되었다. 이를 기준으로 육묘판 4,000장을 생산한다고 가정하면, 총 24톤의 물이 소모된다. 반면, 노지육묘의 경우, 4,000장 생산 시 약 495.87톤 정도 물이 필요할 것으로 계산되었으며, 이는 컨테이너형 수직농장이 상대적으로 물 사용량을 크게 절감할 수 있음을 보여준다.
3. 컨테이너형 수직농장 재배묘의 노지정식 생산량 비교
컨테이너형 수직농장에서 160 및 355μmol·m-2·s-1의 광도 환경에서 육묘한 모를 야외에 순화하거나, 노지에 정식하여 재배하였을 때, 부정적인 영향이 존재하는지 확인하기 위하여 순화 과정 및 본답 정식을 통한 재배 실험을 진행하였다. 이를 위해 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 모와 관행적인 노지육묘에서 생산된 모를 같은 날 정식하여 비교하였다. 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 모는 160 및 355μmol·m-2·s-1의 광도 환경에서 지하수를 관수하여 준비하였으며, 2024년 4월 28일 파종하여 컨테이너 수직농장에서 10일 육묘 후, 5월 8일 야외 순화 및 5월 10일 본답에 정식하였다. 노지에서 육묘한 모는 2024년 4월 20일 파종하였고, 21일 노지육묘 후 2024년 5월 10일 본답에 정식하였다. 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 모의 초장 측정 결과, 160μmol·m-2·s-1 광도에서 고시히카리 품종은 14.06 ± 1.69cm, 참드림 품종은 13.51 ± 1.42cm로 관측되었으며, 355μmol·m-2·s-1 광도에서 고시히카리 품종은 15.1 ± 1.29cm, 참드림 품종은 13.21 ± 1.05cm로 확인되었다(Fig. 7). 이 결과는 컨테이너형 수직농장 2024년 8월 31일 육묘한 모의 초장 측정 결과(Fig. 3)와 유사하게 나타남을 확인하였다. 해당 조건으로 육묘한 모의 순화 결과, 별다른 문제점 없이 정상적으로 순화과정이 진행될 수 있음을 확인하였다(Fig. 8). 특히 순화과정 이후 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 모의 뿌리에 매트 형성이 노지에서 육묘한 모와 같이 정상적으로 이루어지는 것을 확인하였다(Fig. 8). 컨테이너형 수직농장 재배모를 본답에 정식한 후, 고시히카리 벼와 참드림 벼의 이삭 수량을 비롯한 수확지표를 분석하였다. 수확 결과, 광도 조건에 따른 이삭 수량은 노지육묘 조건과 비슷한 지표를 같는 것으로 확인되었다(Table 2), 천립중의 경우 고시히카리 품종은 21.4－21.8g 사이의 비슷한 경향을 보였으며, 참드림 품종은 컨테이너형 수직농장 육묘가 노지육묘에 비하여 2.26－4.98% 정도 다소 증가하는 경향을 관찰하였다(Table 2). 쌀생산량의 경우, 고시히카리의 10a 단위 면적에서 노지육묘군은 487kg, 160μmol·m-2·s-1 광도 조건에서는 491kg, 355μmol·m-2·s-1 광도 조건에서는 496kg으로 확인되었으며, 참드림의 경우 노지육묘군은 577kg, 160μmol·m-2·s-1 광도 조건에서는 628kg, 355μmol·m-2·s-1 광도 조건에서는 600kg으로 생산되었다(Table 2). 컨테이너형 수직농장에서 육묘 된 두 품종 모두 노지육묘 조건 대비하여 생산량에 유의한 차이가 없었다. 위 결과를 통해 160 및 355μmol·m-2·s-1 광도 조건의 컨테이너형 수직농장에서 육묘한 벼가 노지육묘와 동등한 수준의 생산성을 보이는 것을 확인하였으며, 순화과정 및 재배과정에서 부정적인 영향을 미치지 않음을 입증하였다. 이를 통해, 컨테이너 육묘를 실제 벼 재배 시 적용해도 충분한 생산량을 얻을 수 있을 것이라 판단되었다.
Table 2.
Yield Components under open-field and light treatments in container vertical farms.
| Cultivar | Treatment |
Num. of Panicles (per hill) |
Num. of Spikelets (per hill) |
Ripening ratio (%) |
Head rice ratio (%) |
Thousand grain weight (g) |
Rice yield (kg/10a) | Yield index |
| Koshihikari | Open-field | 12z ay | 90 a | 91.2 b | 83.1 a | 21.4 a | 487 a | 100 |
| 160 μmol·m-2·s-1 | 13 a | 95 a | 90.5 a | 83.2 a | 21.5 a | 491 a | 101 | |
| 355 μmol·m-2·s-1 | 12 a | 98 a | 90.8 a | 82.9 a | 21.8 a | 496 a | 102 | |
| Chamdream | Open-field | 17 a | 103 a | 90.2 b | 83.0 a | 22.1 b | 577 a | 100 |
| 160 μmol·m-2·s-1 | 18 a | 122 a | 91.2 a | 82.8 a | 22.6 a | 628 a | 109 | |
| 355 μmol·m-2·s-1 | 17 a | 110 a | 91.2 a | 82.6 a | 23.2 a | 600 a | 104 |
4. 인력 사용에 따른 경제성 분석
일반적인 노지육묘 시 가장 많이 지출되는 비용은 인건비로 알려져 있다. 이러한 인건비를 노지육묘와 비교하여 컨테이너형 수직농장 사용 시 어느 정도 수준의 경제적인 효과가 있는지 산출하였다(Table 3). 노지육묘 생산 기준으로 육묘판 4,000장은 16ha의 논에 정식이 가능한 양이며, 이 경우 통상적으로 순조로운 작업을 위해, 육묘의 과정 중 파종 작업에는 상자투입 1명, 상토깔기 1명, 파종 1명, 복토 1명, 상자쌓기 4명, 지게차 운반 1명 등 총 9명분의 인력이 필요하며, 치상 작업 시 15명분의 인력이 동원되어야 안정적으로 작업을 할 수 있다. 또한 흙 제거 및 부직포 제거 시 작업인력은 4명분의 인력이 있어야 원활하게 진행된다. 6조이앙기를 사용하면 하루 당 2ha 면적의 논에 이앙을 할 수 있다. 이를 위해서는 하루 당 500장의 육묘판을 이송해야 하며, 모판 떼기 및 이송작업에 각각 4명분의 작업인력이 필요하고, 4,000장의 육묘판을 이송하는데 총 8회의 작업이 이루어진다. 전 과정 중에 인력은 총 92명분이 소요될 것으로 예상하며, 2024년도 경기도 안성 및 평택의 1일 농촌인건비는 160,000원으로, 주어진 조건에서 노지육묘 과정에 소요될 수 있는 총 인건비는 14,720,000원으로 분석되었다(Table 3). 인력 부분에 있어서, 컨테이너형 수직농장을 이용 시, 파종과정에 소모되는 인력은 노지육묘와 마찬가지로 9명의 인력이 기본 구성으로 필요 하지만, 흙 제거와 부직포 제거, 모판 떼기에 사용되는 인력이 감소될 수 있을 것으로 판단하였다. 또한 이송에 필요로 하는 인력 역시 2명분으로 감소할 수 있을 것이라 판단하였기에 작업 시 13명분의 인력 구성을 기준으로 선정하였다. 컨테이너형 수직농장 1개 동에서 생산되는 육묘판은 양립형 5단선반을 기준으로 회당 360장을 생산할 수 있으며, 노지육묘와 비슷한 생산량을 산출하기 위해서는 컨테이너형 수직농장 1동을 총 11회 가동해야 하기에, 총인력은 143명분이 소요되며 총 인건비는 22,880,000 원으로 나타났다(Table 3). 만일 컨테이너형 수직농장을 1동만 사용한다면 노지육묘에 비해 인건비가 오히려 크게 증가하는 결과가 발생한다. 다만, 컨테이너형 수직농장을 여러 개 동을 동시에 사용하면, 13명 인력구성으로 모든 동을 담당할 수 있으므로 인건비가 크게 감소할 수 있으며, 컨테이너형 수직농장 2대 가동 시, 각각 6회 사용하여 총 인건비가 12,480,000원으로 계산되어 노지육묘에 비해 인건비가 감소하게 된다(Table 3). 컨테이너형 수직농장을 최대 4개 동을 각각 3회 사용하면 인건비가 6,240,000원으로, 노지와 비교할 때 약 42.4% 수준으로 감소한다(Table 3). 일반적으로 식량 및 채소작물 육묘업체에서 지출되는 경영비 소요 비율 중 인건비가 약 20%정도 차지하고 있을 정도로 인건비의 지출 비율이 높다(MAFRA, 2020). 수도작에서도 이러한 인건비의 비중이 높다고 알려져 있다. 이러한 인건비 지출을 줄이기 위해 육묘에서 이앙까지의 노동력이 절감되는 직파재배가 대안으로 언급되기도 하며, 직파재배의 단점을 극복하려는 연구들도 지속적으로 이루어 지고 있다(NICS, 2019). 또한 노동력 필요성에 대한 설문에서, 육묘, 운반, 이앙 단계의 노동력이 필요하다는 현장의 응답이 68.2%로 가장 많으며, 해당 노동력에 대한 요구가 늘어나고 있다(KREI, 2014). 컨테이너형 수직농장을 이용한 벼 육묘 시, 이와 같은 노동력 부분에 있어 큰 장점을 갖을 수 있다고 생각한다. 뿐만 아니라 컨테이너형 수직농장을 사용하면 노지육묘 시 행해졌던 흙 제거, 부직포 제거, 모판 떼기 작업이 생략되는 노동환경의 개선이라는 장점을 갖는다. 그러나, 컨테이너형 수직농장을 구축할 경우, 고상 냉동/냉장 컨테이너, 항온항습기, 알루미늄 프로파일 선반, LED 설비의 비용이 다소 높고, 배선작업 및 배관설비에 비용이 투입되기에, 손익분기에 도달하기 위해서는 장기간 컨테이너형 수직농장을 운영할 필요가 있다. 그렇기에, 규모가 큰 논 재배를 하여 균일한 육묘를 단기간에 생산할 필요가 있는 농민에게는 컨테이너형 수직농장이 경제적이면서 운영상에 유리한 점이 많을 것으로 판단된다. 또한 컨테이너형 수직농장을 이용하여 벼 육묘 이후, 엽채류나 딸기와 같이 컨테이너형 수직농장에서 재배가 가능한 작물을 생산하여 연중 연속적인 가동을 통한 추가적인 농업소득을 얻는 것이 가능할 것이다.
Table 3.
Comparison of labor costs producing 4,000 trays of seedlings based on the number of container vertical farms used.
결 론
본 연구를 통해 컨테이너형 수직농장의 벼 육묘 시 광환경과, 양액 처리에 대한 효과를 확인하였다. 160μmol·m-2·s-1의 광원으로도 충분히 육묘가 가능하였으며, 유묘기에 고광도와 외부 양액 공급이 생장에 필수적이지 않음을 확인하였다. 또한 컨테이너형 수직농장에서의 생산된 모가 노지육묘 생육에 비해 부족하지 않았으며, 정식 이후에도 부작용 없이 안정적으로 쌀 생산이 가능함을 확인하였다. 마지막으로 이러한 컨테이너형 수직농장을 실제 적용할 때의 경제적 효과를 추산하였으며, 컨테이너형 수직농장 활용이 육묘시간을 단축하고 노동력을 절감하며, 경제성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
