[전문가 기고] 밭농업기계 발전을 위한 과제와 제언

【전문가 기고】 밭농업기계 발전을 위한 과제와 제언 
                    - 하유신 경북대학교 밭농업기계개발연구센터장

밭농업기계화의 궁극적인 목표는 노지 스마트농업
표준화 재배방식·관재시스템·수확후 전처리·수매방식 등 고도화 필요
단순 데이터수집에서 벗어나 통신망·관측장비·센서 등 인프라 확보해야

다목적 밭농업기계 플랫폼 및 작업기

2023년 현재, 우리나라의 농가 수는 지속적으로 감소해 100만 가구 아래로 떨어졌다. 특히 65세 이상 고령농의 비율이 약 52.6%에 달해 농업 생산인력의 부족과 농촌 노동력 문제는 더욱 심화되고 있다.
현재 밭농업의 생산 기반은 0.5㏊ 이하의 소규모 농지에서 이뤄지는 비율이 70% 이상이다. 경사지와 열악한 환경 속에서 농업이 진행되고 있으며, 이러한 환경 속에서 밭작물의 기계화는 매우 어려운 상황이다. 현재의 기계화율은 63.3%에 불과하며, 파종, 정식, 수확작업의 기계화율은 10% 내외로 매우 낮다. 이러한 현실을 고려할 때, 향후 밭농업기계 발전을 위한 체계적이고 효과적인 방안을 마련하기 위해 마늘 작목을 중심으로 살펴본다.

현재 마늘 재배과정에서 기계화가 많이 진행되고 있음에도 불구하고, 파종부터 최종 수확에 이르기까지 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 기계화율이 높아지지 않는 이유는 단순히 파종기와 수확기 등 밭농업기계의 문제뿐만 아니라, 전체 재배 공정에서 복합적인 문제가 동시에 존재하기 때문이다.
우선, 농업 경쟁력 강화를 위해서는 농기계에 적합한 재배 표준화를 통한 노동력 절감과 생산성 향상이 필수적이다. 경북 의성지역의 마늘 재배지에서는 두둑 폭이 4m로 너무 넓어 트랙터가 진입할 수 없어 농작업이 수작업으로 진행된다. 최근 인력 구하기가 어려워지고 인건비 등 경영비용이 높아지고 있어 다소 생산량이 감소하더라도 농기계의 기계화와 자동화를 통해 노동비용을 대폭 절감해야 한다. 이를 위해 관행의 생산량 중심의 재배방식에서 기계화에 적합한 표준화 재배방식을 우선적으로 진행해야 한다.
관리 작업에서는 두둑성형 시 관수 및 자연환경에 의해 두둑 폭이 줄어들어 가장자리 마늘의 생육이 저하될 수 있고, 성형된 두둑 열이 직선이 아닌 곡선으로 반듯하지 않아 동일 공간 내에 두둑의 개수가 줄어드는 문제가 있다. 또한, 두둑높이가 일정하게 성형되지 않아 굴취 깊이가 일정치 않아 수확 시 마늘 손상이나 마늘줄기 절단 시 길이가 불규칙하게 되는 문제점이 있다. 

파종 작업에서는 멀칭으로 인해 파종기 도입이 어려운 상황이며, 멀칭 시 추가적인 줄기 유도 노동력이 필요하다. 현재 파종기의 결주율 문제도 여전히 해결되지 않고 있다. 이를 해결하기 위해 종자 크기 선별을 통해 결주나 다립 파종을 방지해야 한다. 무멀칭 재배방식을 도입하면 파종기 보급을 확대할 수 있으나, 기후변화로 인한 냉해피해 우려와 농작물 재해보험 미적용이 기계화 추진에 걸림돌이 되고 있다. 또한, 무멀칭을 진행할 경우 관수 시스템이나 제초 방지를 위한 추가적인 시스템이 필요하다.
수확 작업에서는 줄기 절단기, 굴취기, 수집기가 사용되고 있으며, 이 과정에서 마늘 뿌리의 흙먼지 제거, 추가적인 줄기절단, 건조저장 시 노동력 소모 등의 여러 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제는 수확기의 고도화뿐만 아니라 유통 시스템의 개선이 필요하다. 줄기 절단 길이 차이, 뿌리의 흙털림 정도, 마늘 손상, 무게 및 크기 등의 요인은 상품성에 영향을 미치므로, 농가 소득 보전을 위해 수매 기준과 수매 방식의 변화가 필요하다. 농가는 생산을 담당하고 유통법인은 수매 시 건조, 선별, 저장 기능을 맡는 역할분담이 필수적이다. 이를 통해 생산-수매-가공-유통의 일원화를 이뤄 농가의 줄기 절단, 흙털림, 건조 등의 노력을 줄일 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 농기계로 재배된 마늘에 대해 수확 후 전처리 시스템을 도입해야 한다. 이 시스템은 진동컨베이어를 통한 돌과 흙먼지 제거, 미정리된 줄기 추가 절단, 차압식 열풍 건조기를 활용한 원물 건조, 센서를 이용한 이물질 선별장치, 그리고 깐 마늘 및 다진 마늘 등의 원물 가공을 포함한다. 이러한 전처리 시스템의 도입은 각 지역의 다양한 토양상태와 수확 시기에 따른 자연적 조건의 영향을 줄일 수 있다. 벼의 기계화율이 99%에 도달한 이유를 RPC와 DSC의 기능에서 찾아 볼 수 있다. 따라서 농협의 수매 방식도 이에 맞춰 변경할 필요가 있다.

디지털트윈 기반 원격주행 플랫폼

배추수확기와 배추망 자동공급장치

이후에는 농기계의 고도화와 정밀한 재배방식 발전을 통해 마늘 생산성을 높이는 전략을 수립해야 한다. 이러한 방안을 통해 생산성이 향상되면 농업의 경쟁력도 자연스럽게 강화될 것이다. 앞으로는 첨단기술을 활용한 자동화 농기계가 등장할 것으로 예상되며, 이를 적극적으로 활용하는 것이 앞서 언급한 문제점을 해결하는 동시에 농기계 기술개발의 중요한 과제가 될 것이다.
스마트 기술의 도입은 농업인의 노동 부담을 줄이고, 농작물 생산성과 품질을 향상시킨다. 또한, 기계와 센서를 통해 작물의 성장 상태, 토양 조건, 영양 요구 등을 실시간으로 감지하고 분석함으로써 최적화된 관리를 제공하고 농약과 비료의 효율적인 사용이 가능해진다. 이를 통해 농작물의 생산성과 품질을 극대화할 수 있다. 따라서 농기계의 자동화와 첨단화는 경쟁력 강화를 위한 필수 전략이다.
데이터 기반의 밭농업 기계 디지털화 기술에 대한 연구도 필요하다. 초기 단계에서는 단순한 제어 요소와 센서를 통한 데이터 수집에 초점을 맞추고, 점차적으로 무인화와 자율 농작업을 연동할 수 있는 기술로 확대해야 한다. 예를 들어, 작업시간, 작업량, 속도, 연료 소모량, 부하, 견인력 등 농기계 상태를 디지털화해 수집·관리하는 기술이 필요하다. 또한, 경운 상태, 제초 유무, 방제량, 파종 유무, 파종량, 결주율, 수확률 등의 농작업 성능상태 모니터링 기술과 작물인식 정확도, 작물손상 최소화를 위한 농작업 품질 진단기술도 중요하다. 더불어, 농작업 기계 및 시스템의 진단예측 서비스를 위한 기술, 센서 및 데이터 수집, 전송 및 저장을 위한 계측용 농작업기 플랫폼 기술, 농작업 기계 및 시스템의 빅데이터 기반 설계 최적화 기술, 수집한 빅데이터의 AI 판별을 통한 자율 농작업 기반기술이 필요하다.
그렇지만, 농기계 신제품 개발은 다년간의 설계, 제작, 농가 테스트를 통해 이뤄지지만, 이는 쉽지 않은 상황이다. 사용 농가들은 비싼 가격에 비해 성능이 좋지 않다는 목소리를 내고 있으며, 이는 대부분 농작업기나 부품 제조업체의 규모가 작고 기술인력이 부족해 시장의 요구를 빠르게 수용하지 못하기 때문이다. 업체들도 제품개발에 필요한 설계, 제작, 해석, 시험 등 핵심기술 노하우의 부족을 애로사항으로 지적하고 있다. 이를 해결하기 위해서는 데이터 관리, 통신체계 구축, 클라우드 서비스, 자율주행, 농작업 관리, 검정 기준, 농기계 신뢰성 평가, 실증 및 국가 데이터 연계를 포함하는 플랫폼을 구축해야 한다. 이를 통해 농작업 농기계 상태 및 성능, 농작업 환경 데이터를 활용해 국내외 농작업 필드를 구현하는 가상 물리환경과 실제를 연결하는 커넥티드 플랫폼을 통해 기업들은 이 가상환경에 접속해 제품 양산화를 위한 농기계 설계, 구조, 농작업, 조작 편의성 검증, 주행 테스트, ISOBUS 작업 제어기 테스트 등을 지원받을 수 있으며, 해외에서도 원격 자율주행, 정비, 교육, 전시, 바이어 상담 등 수출지원이 가능하다. 또한, 해외 현지 토양 환경을 가상에서 구현함으로써 해외 현지 시험인증을 국내에서 대신할 수 있어 관련 법규 및 규제 대응 인증시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.

밭농업기계화의 궁극적인 목표는 노지 스마트농업이라고 할 수 있다. 데이터 관리, 통신체계 구축, 클라우드 서비스, 자율주행, 농작업 관리, 검정기준, 국가 데이터 연계, 표준화, R&D 추진, 인력양성 등의 인프라 마련과 통합 시스템 구축이 매우 중요하다. 정부는 이러한 변화에 발맞추어 스마트농업을 위한 혁신밸리와 시범단지 등 다양한 정책과 보급 방안을 마련하고 있다.
하지만 우리나라의 스마트농업 기술 확산은 상대적으로 더디게 진행되고 있다. 그 이유는 통신망, 관측 장비, 센서, 자동화 장비, 스마트 농기계 등 다양한 인프라가 미비하기 때문이다. 단순 데이터 수집으로 인해 데이터 처방 기술이 부족해 농업 현장에서의 활용성이 낮아지고 있다. 또한, 정부, 연구기관, 산업체, 교육기관 등 각 기관의 역할 분담이 미흡해 사업 중복투자 우려가 발생하고 있으며, 데이터 연계 및 활용이 어려운 상황이다. 
따라서 스마트농업 기술 확산을 위해 정부와 농업 관련 기관이 협력해 산·학·연 연구자와 농업인을 대상으로 실증 연구, 교육, 홍보를 확대해야 하며, 농업 현장에 첨단기술을 적용할 기회를 제공하기 위해 각 기관별 역할을 재정립할 필요가 있다.