농촌진흥청이 논의 토양 상태에 따라 비료량을 자동 조절하는 스마트 이앙기를 개발했다. 현장 시험 결과 비료 사용량은 29%, 작업시간은 40% 줄었고, 수확량은 10% 증가했다. 이 기술은 비용 절감, 노동력 완화, 환경 보호, 고품질 쌀 생산이라는 네 가지 효과를 동시에 거둘 것으로 기대된다.
농촌진흥청(청장 이승돈)은 농업 현장의 비료 사용 환경을 개선하고 고품질 쌀 생산 기반을 강화하기 위해 '이앙 동시 위치별 맞춤형 비료 살포량 조절 스마트 이앙기'를 개발했다고 27일 밝혔다. 현재 농업 현장은 농가 경영비 증가, 농촌 인력 부족 등으로 어려움을 겪고 있다. 특히 국제 정세 불안정으로 비료 원료 수급 차질이 우려되는 가운데, 농가 생산비 부담을 줄이기 위한 노력이 이어지고 있다.
일반적으로 벼농사를 지을 때 모내기 전에 비료를 뿌리고 이앙기를 이용해 모내기한다. 이후 생육 단계에 따라 가지거름, 이삭거름 등 여러 차례 비료를 준다. 현재 스마트 이앙기를 사용하는 농가가 있으나 자율주행을 하며 논 전체에 정해진 양만큼의 완효성 비료(비료 성분이 천천히 녹아 한 번 또는 적은 횟수의 시비로도 영양을 공급하는 비료)를 일정하게 뿌리는 단계다.
그러나 같은 논 안에서도 물 빠짐 정도, 유기물 함량과 지력 차이, 이전 작물 관리 상태에 따라 벼가 필요로 하는 양분량이 달라진다. 양분이 부족한 곳의 벼는 생육이 저하되고, 이미 충분한 곳은 비료 과다 상태가 된다. 비료를 과다하게 쓰면 벼가 웃자라 쉽게 쓰러지거나 병해충 발생 위험이 커질 수 있다. 또한, 작물이 흡수하고 남은 비료 성분이 하천으로 흘러 들어가 수질오염의 원인이 되기도 한다. 필요 이상으로 비료를 사용하면 비료비와 인건비 증가 등 농가 경영 부담으로 이어질 수 있다.
이에 농촌진흥청은 필요한 곳에 적정량의 비료를 정밀하게 사용할 수 있도록 네 가지 핵심기술을 적용해 스마트 이앙기를 개발했다. 첫째, 적정 시비량 산정 기술이다. 시군 농업기술센터나 한국농업기술진흥원에 의뢰해 분석한 토양 정보와 농촌진흥청 '흙토람'(토양검정정보, 비료사용처방, 작물별 비료 표준사용량 처방 등 서비스 제공)의 비료사용 처방 정보를 활용해 논 재배지의 양분 분포 상태를 확인하고 완효성 비료의 제품별 물리적 특징(지름 3~5mm 구슬 형태로 제품별 알갱이 크기 차이로 살포량 편차 발생)을 고려해 적정 시비량을 산정한다.
둘째, 시비 처방 지도 생성 기술이다. 앞서 산정한 적정 시비량을 바탕으로 질소, 인산, 칼리 등 주요 성분의 적정 투입량을 결정해 필지 또는 이앙기 농작업 간격에 따른 단위 구역별 시비 처방 지도를 작성한다. 셋째, 실시간 농작업 위치 인식 기술이다. 작성한 시비 처방 지도를 스마트 이앙기에 탑재된 비료 살포 제어장치에 입력하면 농작업 위치를 실시간으로 인식해 해당 구역에 적합한 비료량 정보를 제공한다. 넷째, 최적 시비량 제어 기술이다. 스마트 이앙기로 모내기 하는 동시에 시비 처방 지도에 설정된 값에 따라 자동으로 조절된 비료를 살포한다.
스마트 이앙기를 사용하면 모내기와 비료 살포를 동시에 수행할 수 있어 논 상태를 일일이 판단해 비료를 조절해야 하는 부담을 줄일 수 있다. 또한, 구역별로 적정 비료량을 사용할 수 있어 비료 사용량을 줄이고, 논 전체의 벼 품질을 균일하게 관리할 수 있다. 특히 단백질 함량 등 쌀 품질 기준을 좌우하는 질소의 양을 적정하게 관리함으로써 고품질 쌀 생산 지원도 가능해 '품질 관리형 농기계'로서의 역할도 기대된다.
연구진은 화성의 벼 재배 농가에서 현장 적용 시험을 했다. 4개 필지에 스마트 이앙기를 적용한 결과, 관행보다 1헥타르 기준 비료 사용량은 29%, 비료 살포 시간은 40% 줄었다. 그리고 수확량은 10% 늘었으며 구역별 수확량 편차는 33% 줄었다. 스마트 이앙기를 전국 벼 재배 면적(70만 헥타르)에 적용한다면 연간 약 5,600억 원(80만 원/헥타르)의 농자재 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 비료비 절감뿐만 아니라 노동력 절감에 따른 인건비 절약, 벼 품질 향상으로 인한 소득 증대 등 다양한 경제적 효과를 거둘 수 있을 것으로 전망된다.
농촌진흥청은 스마트 이앙기의 빠른 상용화와 현장 보급을 위해 2027년까지 산업체와 협력해 기술을 고도화하고, 2028년에는 신기술 보급사업 추진을 검토할 계획이다. 농촌진흥청 국립농업과학원 성제훈 원장은 "스마트 이앙기는 데이터 기반의 정밀농업 기술로 노동력과 비용 절감, 수질오염 예방, 고품질 쌀 생산은 물론, 지금과 같은 비료 수급 위기에는 농가 대응력 강화에 도움을 줄 것"이라며, "앞으로도 지속 가능한 미래 농업 구현을 위한 농업기술 개발과 현장 보급에 최선을 다하겠다"라고 말했다.
한편, 농촌진흥청은 이날 전북특별자치도 김제시 부량면에서 스마트 이앙기 등 스마트 농업기계 현장 연시회를 열었다. 연시회에서는 스마트 이앙기 기술 개요 설명과 현장 시연, 언론사 기자단 질의응답이 진행됐다.
이번 기술의 핵심 요소기술을 자세히 살펴보면, 먼저 '분석' 단계에서는 토양 시료 분석값(질소, 인산, 칼리, 유기물, 규산 등 토양 내 성분 함량 분석 데이터)을 입력받아 회귀 분석 기반 적정 질소량 산정 알고리즘을 적용하고, 입제 비료 물리적 특성을 반영해 위치별 질소 기준 시비량 정량 시비 처방 값을 출력한다. '처방' 단계에서는 농작업 위치별 시비처방 값과 고정밀 위성 위치정보 데이터(RTK-GNSS)를 입력받아 공간보간법(Kriging)을 적용해 연속 구역 시비맵을 작성한다. '판단' 단계에서는 실시간 고정밀 위성 위치정보 데이터를 수신(±2cm 이하 정밀도)해 작업 범위 경계를 인식하고, 경로를 누적하며 현재 위치를 추적해 시비 대상 구역 위치정보와 시비기 제어 신호를 출력한다. '제어' 단계에서는 현재 위치 정보와 시비맵 대응 시비량을 입력받아 제어기 연산부에서 실시간 시비량을 연산하고 모터 출력을 조정해 정밀한 살포량을 조절한다(±5% 오차 이내).
이번 기술의 주요 성능지표를 보면, 비료사용량 절감률은 관행 대비 29% 감소, 수확량 증가율은 10% 증가, 작업시간 단축률은 40% 감소, 수확량 편차 감소율은 33% 감소했다. 위치인식 오차는 ±2cm 이내, 시비량 정밀도는 ±5% 이내로 측정됐다. 이는 해외 선도국 기술 수준(미국 John Deere, 일본 Yanmar 등)과 동등하거나 일부 항목에서는 우위를 확보한 수준이다.
이번 기술은 정밀농업 및 스마트농업 R&D 분야의 기반 기술로, 자율주행 농기계, 작물별 시비처방 DB, 드론 시비 시스템 등으로 파급 확장이 가능하다. 또한, 민간 기업과의 협력 기반을 조성해 제품화 및 플랫폼 전환을 유도할 수 있다. 농업 현장의 고령화 대응, 농업 생산성 유지, 식량 자급률 향상에 기여하고, 질소비료 절감으로 수질·토양 환경오염 문제 감소 효과도 기대된다.
향후 계획으로는 현장 실증 추가, 시스템 개선 및 고도화(2028년), 시범 보급(2029년)을 추진할 예정이다. 비료성분, 식생지수(NDVI), 수확량 등 재배 전주기 데이터 연계 기술도 개발할 계획이다.
