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스탠다드 국화는 한국, 일본, 중국 등 동아시아 지역에서 주 로 장례용, 불단용, 장식용 등으로 사용되고 있다. 한국의 2018 년도 스탠다드 국화 생산량은 108백만본, 생산액은 34,807백 만원으로 전체 절화 국화의 76%와 86%를 차지할 정도로 많이 재배하고 있다. 그러나 절화 국화의 수출실적은 2015년도에 340톤, 2,370천불에서 2018년도에 170톤, 1,441천불으로 크게 감소하였다(MAFRA 2019). 이러한 현상은 국내의 농자재 가 격 상승과 환율하락 등으로 인한 수출 경쟁력 약화의 원인도 있으나(Roh and Yoo 2018), 지구 온난화 및 이상 기후로 인 하여 생육과 개화기 조절의 실패 및 병충해 발생에 따른 품질 저하로 인하여 고품질의 절화 국화를 생산하지 못했던 것도 큰 원인이라고 할 수 있다.
스탠다드 국화 중 ‘백마’는 순백색의 꽃이 9월 중순에 개화 하고, 꽃잎 수가 많아 일본의 소비자들이 선호하는 품종이다 (Shin et al. 2005). 그런데, 주로 5~9월에 재배되고 있어 늦봄 과 가을철에 다습시에는 백수병이 발생하고(Yoo and Roh 2014), 8월의 고온 건조기에는 응애나 총채벌레와 같은 충해 가 많이 발생한다(Choi and Shin 2002). 또한 고온기에 시설 내의 온도관리 불량으로 기형화가 발생하고, 절화장이 짧아져 품질이 떨어지는 현상들이 나타난다(Lee and Cho 2011).
시설 내에서의 작물 재배는 최적의 생육환경을 인위적으로 조절할 수 있음에 따라 절화의 품질을 향상시킬 수 있는데, 최 근 스마트팜이 도입되면서 생산성과 품질 경쟁력이 향상되고 있다. 스마트팜은 자동화 설비와 정보통신기술을 활용하여 시 간과 장소의 제약없이 농사 환경을 실시간으로 관측하고 진단 하여 원격 제어 관리함으로써 편의성이 향상될 뿐만 아니라 품질과 생산성이 향상된 농장을 말한다(Yoon et al. 2018). 한 국 정부에서는 시설현대화 사업과 연계하여 지속적으로 스마 트팜을 보급하고 있으며, 최근에는 스마트팜 혁신밸리를 조성 하여 더욱 확산시키고 있다. 스마트팜을 도입한 딸기 농가의 경우 정밀 생육 관리로 수량이 증가하고, 품질이 향상되어 총 수입이 증가하였다(Choi and Lim 2018). 또한 토마토의 생산 성도 일반 농가에 비해 스마트팜에서 수확량이 224.9% 증가 하는 것으로 조사되었다(Lee and Seol 2019). 그러나 한국의 시설원예 스마트팜은 1,235호이나, 이 중에서 화훼 스마트팜 은 190호로 15.4% 정도로 적다. 특히 절화류 스마트팜은 70호 인데, 장미는 23농가, 국화는 7농가로 조사되었다(Kim et al. 2016). 절화류 중에서도 국화의 재배면적은 다른 절화류보다 넓으나, 스마트팜 보급은 상당히 저조한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 절화 국화 ‘백마’를 재배하고 있는 관 행농가와 스마트팜의 재배시설과 환경, 절화의 품질 및 경영 성과를 비교 분석하여, 절화 국화의 스마트팜 보급에 기초자 료를 제공하고자 수행하였다.
재료 및 방법
농가 선정 및 시설 정보 분석
절화 국화 ‘백마’를 재배하는 농가 중에서 전라남도 무안군 의 비닐하우스에서 재배하는 농가를 관행농가로, 전라북도 전 주시의 유리온실에서 재배하는 농가를 스마트팜으로 선정하 였다. 이들 두 농가의 시설유형, 면적, 난방 방식, 스크린, 천 창과 측창 유무 등의 시설정보, 재배품종, 재배방식, 년간 재 배횟수, 예냉처리, 저장방법, 국내출하, 수출여부 등의 재배정 보, 제어부 채널수, 환경센서, 양액조절장치 등의 스마트팜 시 스템 정보 등을 조사하였다.
농가 재배환경 분석
관행농가와 스마트팜의 재배환경을 분석하고자 절화 국화 ‘백 마’를 정식 일부터 수확 일까지 WatchDog 1650 Micro Station Data Logger(Spectrum Technologies Inc., USA)로 온도와 습도 는 내장 센서를, 일사량은 LightScoutⓇ Silicon Pyranometer 센 서를, 토양수분과 EC는 WaterScoutⓇ SMEC 300 센서를 이용하 여 30분간격으로 측정하였다.
절화 재배방법과 생육 조사
관행농가와 스마트팜은 각각 5월 20일과 23일에 삽목 발근 묘(초장 7~8cm, 엽수 4~5장)를 3.3m2당 150주를 정식하였고, 토양소독, 전조시간, 단일처리, 재전조, daminozide 처리 등 재배방법을 조사하였다. 절화를 반복당 100주씩 3반복으로 수 확한 후 절화장, 엽수, 줄기직경, 절간장, 화폭, 꽃목길이, 상위 엽 길이, 만개시 화폭, 절화중, 엽록소 함량 등을 측정하였다.
간이 경영성과 분석
관행농가와 스마트팜의 경영성과를 분석하고자 농촌진흥청 에서 사용하고 있는 간이 경영성과분석요령을 참고하여 조사 하였다(RDA 2015). 조사는 농가 대표자와 면담 형식으로 진 행하였고, 조사항목은 시설투자비(재배시설 및 스마트 자동화 시설 설치비), 생산량과 수취가격, 종묘비, 비료비, 농약비, 광 열동력, 수리비(水利費), 재료비, 수리유지비, 고용 및 자가노 동비 등이었으며, 순이익을 계산하였다.
통계처리
수집된 자료는 SPSS 25.0(IBM Inc., USA) 프로그램을 이용 하여 독립표본 t-test를 실시하여 유의성을 분석하였다.
결과 및 고찰
농가 시설정보 분석
본 연구에서 선정된 관행농가는 2012년에 설치된 1,155m2 규모의 비닐하우스에 온풍기로 난방을 하고, 라디에이터로 냉 방을 실시하고 있었다. 보온커텐은 없었고, 차광커텐이 1겹이 있었으며, 환기팬, 제습기, 전조시설, 저장고 등의 시설을 갖 추고 있었다(Table 1). 재배하고 있는 절화 국화는 ‘백마’와 스 프레이 국화이었으며, 3.3m2당 150주를 토경 방식으로 재배하 고 있었다. 년간 절화 국화를 1.5기작 재배하고 있었고, 절화 를 수확 후 예냉으로 저온처리를 실시하고 있었으며, 3℃에서 저장하며, 출하는 서울 aT 화훼공판장과 광주원협 경매장으로 출하하고 있었다. 또한 천창과 측창 개폐, 차광커텐의 제어를 위한 채널들이 1개씩 있었으며, 환경 측정용 센서와 관비재배 용 pH와 EC 센서들도 전혀 없었고, 모든 시스템들을 수동으 로 작동하고 있었다.
스마트팜의 경우에는 2013년에 설치된 9,372m2 규모의 유 리온실로 공기열 히트펌프로 난방을 실시하고 있었으며, 냉방 장치는 없었다. 3겹의 보온커텐과 1겹의 차광커텐이 있었으 며, 천창은 개폐가 되었으나, 측창은 개방할 수 없는 구조이었 다. 그 외에 양액재배시스템, 병충해 방제기, 환기팬, 제습기, 전조시설, 저장고 등의 시설이 있었다. 재배하고 있는 절화 국 화는 ‘백마’와 스프레이 국화이었으며, 3.3m2당 150주를 양액 재배 방식으로 재배하고 있었다. 년간 절화 국화를 3.3기작 재배하고 있었고, 예냉으로 저온처리를 실시하고 있었으며, 3℃에서 저장하며, 출하는 서울 aT 화훼공판장으로 출하하며, 일본으로 수출하고 있었다. 천창 개폐, 차광커텐과 보온커텐 의 제어를 위한 채널들이 4개씩 있었으며, 광량, 온도, 습도, CO2, 풍속, 강우, 양액 pH와 EC 측정을 위한 센서들을 갖추어 자동제어하고 있었으며, 실시간으로 컴퓨터와 휴대전화 어플 리케이션을 이용하여 온실을 관리하고 있었다.
절화 장미의 스마트팜과 관행농가의 시설 분석에서 스마트 팜은 온도, 양액조절, 보광 등을 자동으로 제어할 수 있는 시 스템을 갖추고 있었다고 하였는데(Choi et al. 2019), 본 연구 에서 절화 국화 스마트팜과 거의 동일한 수준이라고 판단되었 다. 또한 전국의 스마트 온실 중 90% 정도가 제어패널과 컴퓨 터, 휴대폰을 통한 애플리케이션으로 원격조절도 가능한 디지 털 제어방식인데(Lee et al. 2018), 본 연구에서의 스마트팜도 디지털 제어방식을 사용하고 있었다. 농촌진흥청에서는 1세 대, 2세대, 3세대 한국형 스마트팜 모델을 제시했는데, 1세대 스마트팜은 원격관리에 의한 환경관리를 자동화하고, 2세대 스마트팜은 환경요인의 변화에 따라 작물의 생육상태를 측정 및 수집하고, 환경과 생육정보 데이터를 분석하여 정밀한 생 산환경관리 조건을 도출하고, 생육관리를 최적화할 수 있는 생육모델을 개발하여 생산성을 향상시킬 수 있는 빅데이터를 활용하는 기술이 포함되어 있다(Yoon et al. 2017). 따라서 본 연구의 절화 국화 스마트팜은 1세대 한국형 스마트팜이라고 할 수 있다.
절화 재배방법 비교
관행농가와 스마트팜의 ‘백마’ 재배방법을 비교해 보면, 관 행농가는 토양소독을 실시하지 않았으며, 스마트팜은 과산화 수소를 사용하여 5월 20일에 배지를 소독하였다. 삽목 발근묘 를 관행농가는 5월 19일에, 스마트팜은 5월 23일에 정식하였 고, 일장을 장일상태로 유지하기 위해 야간 22시부터 02시까 지 4시간 전조하였다(Table 2). 화아유도를 위한 단일처리는 관행농가에서 정식 후 53일째인 7월 11일에, 스마트팜은 정식 후 47일째인 7월 10일에 실시하였다. 재전조는 관행농가는 단 일처리 12일 후인 7월 23일부터 야간에 4시간씩 5일간, 스마 트팜은 단일처리 9일 후인 7월 19일부터 야간에 4시간씩 6일 간 실시하였다. 재전조는 절화 국화의 상위엽을 증대시키고, 설상화 수를 증가시키기 위해 처리하는데, ‘백마’의 경우 단일 처리 후 9~11일째에 야간에 4~8시간, 5~6일간 전조하는 것이 효과적이라고 하였다(Yoo et al. 2009). 따라서 ‘백마’ 재배에 있어서 관행농가와 스마트팜의 전조, 단일처리, 및 재전조 방 법에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
절화 국화의 꽃목 신장을 억제하기 위해 daminozide를 처 리하는데, 관행농가에서는 1000~1500배액으로 4회처리, 스마 트팜은 800배액으로 3회 처리하였다. Yoo and Roh(2011)은 단일처리 후 18일과 28일째에 daminozide를 1000배액으로 처 리시 효과적이라고 하였다. 관행농가와 스마트팜의 daminozide 의 처리농도와 처리횟수가 달랐는데, 이는 재배환경에 따라 꽃목의 길이 생장에 맞게 재배자가 농도와 횟수를 적절하게 조절하여 처리한 것이라 판단되었다.
관행농가와 스마트팜에서 충해를 방지하기 위해 화아분화기 이후 1주일 간격으로 1~2회 적용 약제를 살포하였으나, 관행농 가에서는 응애를 적절하게 방제하지 못하여 응애 피해를 받은 절화들이 많았다. 토마토의 경우에도 관행 비닐하우스 농가보 다 스마트팜에서 담배가루이 발생이 적었다고 하였는데, 이는 일반 비닐하우스보다 폐쇄적인 환경인 스마트팜에서 약제의 방제효과가 더 효율적이었기 때문이라고 하였다(Yoon et al. 2018). 본 연구에서 절화국화 ‘백마’의 경우에도 관행농가보다 스마트팜에서 응애 피해가 적은 것은 절적한 생육환경 조성 및 약제 방제 효과가 더 높았기 때문인 것으로 판단되었다.
절화는 관행농가에서 9월 1일에, 스마트팜은 9월 3일에 수 확하였는데, 재배기간은 관행농가가 105일, 스마트팜은 102일 이었다.
농가 재배환경 분석
관행농가와 스마트팜의 재배기간 중 시설 내의 주간과 야간 의 평균 온도는 Fig. 1에 나타나 있다. 주간 온도는 관행농가 와 스마트팜의 경우 각각 평균 27.5℃와 29.8℃였으며, 주간 평균온도의 범위는 각각 18.6~34.1℃와 22.3~35.7℃로 관리되 고 있었다(Table 3). 이와 같이 스마트팜보다 관행농가에서 주간온도의 편차가 컸으며, 주간 생육적온인 20~23℃보다 낮게 관리되는 날들이 있었다(Fig. 1). 야간 온도의 경우에도 관행농 가와 스마트팜의 경우 각각 평균 21.8℃와 24.6℃였으며, 평 균온도의 범위는 각각 10.6~27.0℃와 19.4~28.9℃로 관리되고 있었다. ‘백마’는 정식 후 화아분화 전까지 야간 최저 13~16℃, 화아분화기에는 야간 최저 18~20℃ 이상의 온도를 유지해야 정상적으로 생육 및 화아분화가 진행된다(RDA 2008). 그러나 관행농가에서 야간 최저 생육온도보다 낮게 관리하는 경우가 있어 생육이 불량할 것으로 판단되었다.
관행농가와 스마트팜의 재배기간 중 시설 내의 주간과 야간 의 평균 상대습도는 Fig. 2에 나타나 있다. 시설 내 상대습도 는 관행농가와 스마트팜에서 각각 주간 평균 69%와 70.9%, 야간 평균 84.8%와 83.9%로 비슷하게 관리하고 있었다(Table 3). 일사량은 관행농가와 스마트팜에서 각각 평균 231.8과 166.3으로 스마트팜에서 낮았는데(Fig. 3, Table 3), 이는 스마 트팜에서 주간에 온도를 낮추기 위해 차광커텐을 쳐서 일사량 이 상대적으로 낮은 것으로 판단되었다. 수증기압포차는 관행 농가에서 주간과 야간에 각각 평균 1.2와 0.4kPa이었으며, 스 마트팜은 각각 1.3과 0.5kPa로 나타났다(Fig. 4, Table 3). Yoo et al.(2016)은 수증기압포차가 0.3~0.4kPa 이하의 조건 에서는 흰녹병이 발생하기 좋은 환경이 된다고 하였는데, 본 연구에서 스마트팜보다 관행농가에서 흰녹병이 발생할 가능 성이 높다고 판단되었다.
관행농가와 스마트팜의 재배기간 중 주간과 야간의 평균 토 양수분함량 변화는 Fig. 5에 나타나 있다. 관행농가에서의 수 분관리는 재배자의 경험에 의해 행해지고 있었으며, 토양수분 함량이 주간과 야간에 25.2%와 25.1%로 나타나 적절하게 관 리되고 있었다(Table 4). 그러나 토양 EC는 정식부터 2달 후 까지 4.9~8.1dS･m-1로 높았으며, 이후 수확 때까지 차츰 감소 하여 0.4~2.0dS･m-1로 유지되고 있었다(Fig. 6A). 전체 재배기 간 동안의 주간과 야간의 평균 토양 EC는 3.2dS･m-1로 조사되 어 스마트팜의 배지의 EC보다 높게 관리되고 있었다(Table 4). 반면에 스마트팜은 펄라이트 배지경을 이용한 양액재배를 실시하고 있었으며, 계절과 날씨에 따라 양액 급액 횟수와 급 액량을 조절하면서 pH 5.5, EC 1.4~1.7dS･m-1의 양액을 공급 하고 있었다. 스마트팜의 토양수분 함량은 정식부터 2달 후까 지는 2~4%로 낮았으나, 이후 수확기까지 12~23%로 관리되고 있었다(Fig. 5B). 전체 재배기간 동안의 주간과 야간의 평균 토양수분 함량은 각각 10.8%와 10.2%로 나타나 관행농가보다 낮게 유지되었는데, 이는 통기성이 높고 보수성이 낮은 펄라 이트 배지의 특성 때문인 것으로 판단되었다. 토양 EC는 생육 초기에는 0.2~0.3dS･m-1를 유지하다, 중기 이후부터 차츰 높 아져 1.0~2.5dS･m-1로관리되고 있었다(Fig. 6B). 전체 재배기 간 동안 주간과 야간의 평균 EC는 각각 1.1dS･m-1과 1.0dS･ m-1로 조사되어 관행농가보다 낮게 관리되고 있었다(Table 4). Yoo and Roh(2012)는 ‘백마’를 관비 재배시 EC 2.0dS･m-1 이 상의 농도로 공급했을 때, 절화장이 짧아졌고, 살상화수가 감 소하였으며, 상위엽이 작아져 절화 품질이 떨어진다고 하였 다. 본 연구에서 관행농가의 토경과 스마트팜의 펄라이트 배 지경의 토성이 달라 EC 수분을 비교하는데 한계가 있지만, 관 행농가에서 토양 EC가 3.2dS･m-1로 나타남에 따라 절화의 품 질이 떨어지는 결과를 초래할 것으로 판단되었다.
절화 생육 비교
관행농가와 스마트팜 농가에서 재배한 ‘백마’를 수확하여 절 화의 생육을 조사하였는데, 절화장은 관행농가의 90.9cm보다 스마트팜에서 97.9cm로 더 길었으며, 화폭도 관행농가의 9.2cm 보다 스마트팜에서 10.3cm로 더 길었다(Table 5). 생체중도 관 행농가보다 스마트팜에서 23.2g 더 무거웠고, 엽록소 함량도 스마트팜에서 더 높은 것으로 나타나 전반적으로 관행농가보다 스마트팜에서 절화의 생육이 양호한 것으로 나타났다. 이와 같 이 스마트팜보다 관행농가에서 ‘백마’의 생육이 저조한 원인은 주야간 온도의 부적절한 관리와 낮은 수증기압포차, 토양의 높 은 EC농도 등의 복합적인 요인에 의해 발생했다고 판단된다. 따라서, 관행농가의 시설 내에 온도, 습도, 및 토양 EC 센서 등을 설치하여 ‘백마’ 생육에 적합한 환경으로 제어한다면 더 좋은 품질의 절화를 생산할 수 있을 것으로 판단되었다.
경영성과 분석
관행농가는 비닐하우스 1,000m2 기준으로 삽목묘 구입비 2,250천원, 유기질과 무기질비료 구입비 350천원, 살균제와 살충제 구입비 955천원, 전조에 따른 광열동력비 100천원, 수 리비 20천원, 재료비 100천원, 자가 및 고용노동비 2,800천원 이었고, ‘백마’를 재배하는 과정 중에 총 투입비용은 6,575천원 으로 조사되었다(Table 6). 재배기간 중에 응애발생으로 살충 제를 많이 살포함에 따라 농약비의 비중이 스마트팜보다 높 았다. 생산량은 총 36,000본으로 국내시장으로 출하하였으 며, 1본당 171원을 수취하여 총 수입액은 6,156천원이었으며, 순이익은 –419천원으로 나타났다. 수취가격이 스마트팜보다 낮은 이유는 응애의 피해로 인한 품질 저하뿐 만 아니라 국내 시장에서의 절화국화 가격 하락에 따른 것으로 분석되었다. 또한, 생산량이 정식 주수 45,000본보다 적은 이유는 응애 피 해가 심한 것과 품질이 떨어지는 것들은 일부 수확을 하지 못 했기 때문이었다.
스마트팜은 1,000m2 기준으로 2013년에 스마트 자동화시설 이 2,570천원에 설치됨에 따라 10년 감각상각을 고려하여 자 동화시설 설치비는 년간 감각상각비로 257천원, 삽목묘 구입 비 2,143천원, 무기질비료 구입비 424천원, 살균제와 살충제 구입비 343천원, 전조에 따른 광열동력비 86천원, 수리비 64 천원, 재료비 200천원, 수리유지비 1,000천원, 자가 및 고용노 동비 2,439천원으로 조사되어 ‘백마’를 재배하는 과정 중에 총 투자비는 6,956천원으로 나타났다. 생산량은 총 44,000본을 수확하여 일본 수출 및 국내시장으로 출하하였으며, 1본당 260원을 수취하여 총 수입액은 11,440천원이었으며, 순이익은 4,484천원이었다. 이와 같이 관행농가에 비해 스마트팜은 1,000m2 기준으로 총투자비가 381천원이 더 많았다. 그러나, 스마트팜은 절화 국화 ‘백마’의 생육에 적합한 환경으로 제어, 관리해 줌으로써 절화 품질이 향상되어 관행농가보다 생산량 은 22%, 수취가격은 52% 증가함에 따라 순이익이 더 높은 것 으로 나타났다.
Choi and Lim(2018)은 스마트팜을 도입한 딸기 재배농가의 도입 전과 후의 경영성과를 분석하였는데, 스마트팜 도입으로 10a당 경영비는 2% 증가하였으나, 정밀 생육관리로 인하여 생산량이 496kg이 증가하여 2% 향상되었고, 수취가격은 373 원/kg 증가하여 5.2% 향상되었다고 하였다. 이에 따라 총수입 은 도입 전 183,422천원에서 도입 후 198,850원으로 8.4%가 증가한 것으로 나타났다. 토마토를 재배하는 스마트팜은 일반 농가보가 생산량이 224.9% 증가하며, 2세대 스마트팜을 도입 한 선도농가는 463.6% 향상되었다고 하였다(Lee and Seol 2019). 본 연구에서 절화 국화 ‘백마’ 재배농가의 경우에도 관 행농가보다 스마트팜 농가에서 생산량과 수취가격 증가로 순 이익이 더 증가한 것을 알 수 있었다. 또한 1세대 스마트팜은 온실의 환경을 원격으로 관리함으로써 농업인들을 농작업을 위한 시간과 장소의 구속에서 벗어나게 함으로써 삶의 질 향 상에 기여하는 것을 목표로 하는데(Yoon et al. 2017), 본 연 구에서도 경영성과를 면담하는 과정에서 스마트팜 재배자는 원거리에서도 핸드폰으로 환경을 원격관리 및 제어할 수 있어 서 편하게 다른 일들을 할 수 있어서 좋다고 하였다. 이와 같 이 절화 국화 ‘백마’ 재배에 스파트팜을 도입한다면 생육에 적 합한 재배환경으로 제어, 관리함으로써 품질과 생산량이 향상 되어 농가의 수익이 증가할 뿐만 아니라 재배자의 삶의 질 향 상에도 기여할 것으로 판단되었다.
