정밀농업

정밀농업(Precision Agriculture, Precision Farming)은 1929년 미국의 일리노이 대학의

‘농경지의 세분화 관리를 통하여 농자재 투입량을 줄일 수 있다’는 주장에서 처음 제기 되었다. 이후 50여 년이 지난 1980년대 말 미국 토양학자로부터 정밀농법에 관한 아이 디어가 나온 뒤 항공사진과 토양도를 이용해 비료를 변량 살포하는 장비가 처음으로 개발돼 농가에서 활용되기 시작했다. 1995년 GPS(위성위치확인시스템)의 도입과 함께

그림 1. 정밀농업 단계별 기술

GPS

수확량

방제

생육 계측

수확

비료살포

토양 계측

데이터

가시화

살포량

의사결정

데이터

보조적 데이터 RS GIS 토양분석 등 데이터

데이터 DB화 토양, 작물, 수확량 등 데이터 잡초 계측

파종

자료: RDA Interrobang 90호(농진청 2012).

급진적으로 발전하였으며, 정밀농업은 관찰(조사) → 처방(분석) → 농작업 → 결과분석 단계로 이루어지며 단계별로 ICT 융합기술이 적용되게 된다<그림 1 참조>.

유럽 농업 연구의 중심지라 불리는 네덜란드에서는 정밀농업을 정밀화 사업(Programma Precisie Lanbouw, PPL)으로 지칭하고 있으며, 와게닝겐 UR(Wageningen University and Research Centre)에서는 다양한 센서를 농지에 적용하는 연구를 진행하고 있다. 와게닝겐 UR의 시험용 온실에는 땅속에 고정된 센서가 각종 무기염류, 필수영양소, 수분의 양, 산성도를 점검하며, 공기중의 이산화탄소 양, 온도, 습도 등을 모니터링한다. 또한 트랙터 와 같은 농기계에 부착된 센서는 작물의 잎과 열매의 영양상태나 성숙도, 특정 성분의 양 등을 분석하여 최소한의 자본과 노동력을 투입해서 최대한의 산출물을 얻으려는 전략을 추진 중에 있다.

미국은 현재 전체 농가의 약 40% 이상이 정밀농업을 활용하고 있으며, 독일, 덴마크 등 유럽에서는 정밀농업 인증이 시행되고 있다. 일본 역시 벼농사 중심으로 정밀농업 기술이 1990년대 중반부터 개발되어 현장에 보급된 상황이고 중국과 인도도 정밀농업 대열에 합류하고 있다.

이러한 정밀농업에 적용되는 대표적인 ICT 융합기술은 빅데이터, 센서, 어플리케이션, 드론 등이며, 기술별 개발 및 활용 사례를 살펴보면 다음과 같다.

3.1.1. 빅데이터를 이용한 처방농법

최근 미국의 농업은 4차 산업혁명과 더불어 고도로 발달된 첨단 ICT와 빅 데이터 기술을 기반으로 하고 있다. 이러한 미국의 처방농업은 농기계와 농경지 이곳저곳에 센서를 최대한 장착하고 이들이 수집하는 방대한 자료를 ‘빅 데이터’기법으로 분석, 해당 지역에 최적 농법을 처방하는 방식이다. 해상도가 10m×10m(100㎡)인 경우, 6,000 에이커는 구역을 2,400분의 1로 세분화된 맞춤 관리를 받게 된다. 처방농법은 농부들 에게 토양정보, 일기예보, 작물의 생장 상황은 물론 곡물 시세에 이르는 다양한 정보를 제공한다. 몬산토에 따르면 농부는 곡물을 재배하는 과정에서 작물 선택, 파종 시기, 시비량 조절 등 40가지 의사결정을 내려야 하는데 이 가운데 한두 가지만 정확하게 이뤄지더라도 농업 생산성이 크게 향상된다고 한다. 그리고 처방농업이 미국 전역에서 전면 실시될 경우, 옥수수 농가의 에이커 당 생산량은 4,352kg에서 5,440kg 수준까지 높아질 것이라고 예측하고 있으며, 곡물의 최적 생산으로 추가되는 부가가치도 연간 200억 달러(24조 원)에 달할 것으로 추정하였다. 아직 전면적이지는 않지만 미국 전체 농민의 60% 가랑이 한두 가지 종류의 데이터 서비스를 이용하고 있으며, 미국에서 운행되는 농업용 트랙터의 80%에 데이터 송수신 장치가 장착되어 있다.

2013년 몬산토가 9억 3,000만 달러(1조 원)를 들여 Climate Corporation을 인수한 뒤 이용자의 급증으로 처방농업의 선두 기업으로 자리매김을 하고 있다. 몬산토가 인수 이전 서비스를 이용한 농지는 1,000만 에이커로 미국 전체 농지(1억 6,100만 에이커)의 16분의 1에 불과하였으나 2015년에는 6,000만 에이커로 전체 농지의 3분의 l로 늘어 났다. 한편, 빅데이터 기술의 농업 분야 응용에 우려를 보내는 견해가 적지 않다, 남한 면적(9만 9,000㎢)의 6.5배에 달하는 미국 전역 1억 6,000만 에이커(64만 7,000㎢) 농지에 첨단 센서를 설치하고 여기서 수집되는 자료(에이커 당 1기가바이트)를 실시간 분석 하려면 막대한 자본 투입이 불가피하기 때문이다. 따라서 미국의 새로운 농업 혁명은 몬산토(종자), 존디어(농업장비), 듀폰(농자재·비료) 등 대기업 주도로 이뤄지고 있으며, 이들은 모두 기존 주력 업종은 제쳐놓고, 농업 관련 빅 데이터 처리업체로 자처하며 농업 정보망 구축에 매달리고 있다. 몬산토는 클라이 밋 코퍼레이션을 바탕으로 ‘필드 스크립트’라는 정보망을 개발했고, 듀퐁도 인공 위성 위치정보와 기상정보를 결합시킨

‘프로그레시브 파머’라는 시스템으로 대응하고 있다.

3.1.2. 정밀농업을 위한 어플리케이션

정밀농업을 위한 장치는 해당지역의 30년 기후와 토질, 토양의 수분함량 및 파종될 종자의 특성을 빅 데이터로 실시간으로 분석하여 최적의 깊이로 파종을 할 수 있도록 파종기를 조절하고 모니터링을 할 수 있다. 씨앗이 뿌려지는 것과 동시에 또 다른 모니터 에는 토양의 비옥도 정보가 실시간 제공된다. 파종 후 컴퓨터 화면에서 농장을 구글 (Google) 지도로 확인할 수 있으며, 화면 한 구석에 날씨 정보가 실시간으로 업데이트 되는 가운데 파종한 옥수수 품종 번호를 입력하면 예상 수확일자와 수확량은 물론이고 톤당 가격까지 제공된다. 이러한 정밀농업을 위한 대표적인 시스템은 Climate Corporation의

‘Climate Fieldview Pro’와 Trimbl社의 ‘ConnectedFarm’ 등이 있으며, Climate Corporation에 따르면 프로그램 이용료는 에이커 당 15달러이지만 시스템 덕분에 에이커 당 수익이 100달러가 증가되는 것으로 나타났다.

그림 2. 정밀농업시스템

Climate Pro ConnectedFarm 정밀농업장치를 탑재한 농기계 내부 모습

자료: Climate Corporation, Trimble Co. 및 JohnDeere 각 홈페이지.

이러한 서비스는 콤바인 내부에서도 가능하지만 스마트 폰에서도 이용이 가능하여 활용도가 더욱 더 증가하여 Climate Corporation사가 몬산토에 인수한 2015년 프로그램 이용료는 에이커 당 3달러로 인하됨과 동시에 사용자들은 더 많은 향상된 서비스를 제공받고 있다.

① 몬산토의 필드스크립트(FieldScripts)

필드스크립트(FieldScripts)은 농업회사인 몬산토가 옥수수, 대두, 면화, 밀, 카놀라, 수수, 사탕수수 종자를 제공하며 좋은 품질의 종자 유전학과 첨단 형질 기술로 데이터를 분석 해서 각 농가에게 최적의 해결책을 제공하는 시스템이다. 몬산토는 식물육종연구로 유 전적 수확량을 극대화하여 옥수수의 가치를 높였고 이로 인해 농가는 안정적으로 옥 수수를 재배할 수 있었다. 종자의 생산성을 높이기 위한 기법으로 유전체학(Genomics), 작

물분석(crop analytics), 표지육종(marker-assisted breeding) 등의 첨단육종기법을 이용한다.

또한 필드스크립트(FieldScripts)는 종자 유전학과 정밀한 장비를 사용하여 경작지에 적합한 품종과 파종량을 재배하도록 돕고 토질과 질병의 이력, 강수량 등의 데이터를 통해 농지의 재배를 원활하게 할 수 있도록 지원한다. 이 시스템의 도입효과는 지속가능한 농업이라는 점과 맞춤형 수확을 통해 생산량을 증대시킬 수 있다는 점이다. 반면에 시스템 사용자의 중요한 데이터들이 유출될 경우, 이를 이용하여 영향력이 있는 농업 회사에서 경쟁력 있는 품종을 개발하게 되면 시장을 장악하여 혼란이 일어날 수 있는 우려가 있다(박로운 외 2015).

② 존디어(JohnDeere)의 시드스타 모바일(SeedStar Mobile)

시드스타 모바일(SeedStar Mobile)은 모바일 장비를 사용하여 파종 작업을 실시간으로 전송･공유할 수 있도록 하고, 트랙터 좌석에서 행 단위로 파종 수행 작업을 제공하여 풍부한 정보를 얻을 수 있도록 하는 시스템이다. 획득한 정보는 설정을 최적화하고 잠재적인 문제를 진단하며 필드를 정찰하고 농업 운영의 다른 영역에서 의사결정을 할 때 도움을 준다<그림 3>. 또한 화면의 메뉴는 실제 인구, 싱귤레이션(singulation), 파종 간격, 다운포스(downforce), 승차감, 게이지 바퀴의 폭, 다양한 것들에 맞추어 고객이 선택할 수 있다. 모바일 시스템은 문서를 시각화하고 실시간으로 파종 데이터에 접근할 수 있 으며 작업의 정밀도와 정확도에서 가장 높은 수준으로 실행되고 있고 생산자가 사무실 이나 현장에서 일하는 동안 와이파이 및 셀룰러데이터와 연결하여 MyJohnDeere의 운영 센터로 데이터를 전달한다. 이 시스템의 도입효과로는 작업 수행 중 문제가 생겼을 경우 신속한 해결이 가능하다는 점과 파종작업 향상 및 생산성 증가, 작물 수확량의

그림 3. 시드스타 모바일

자료: (https://ww.deere.com).

극대화를 유도하여 농업 생산성 향상에 기여하고, 고화질 지도 등의 공간정보와 연계 하여 가시화된 형태의 정보제공, 영농 정보의 기록·이력관리를 통한 체계화된 영농관리 및 개선 기반을 마련할 수 있다는 점이다.

③ 듀퐁(DuPont Pioneer) 파이오니어의 Pioneer Field360 Select

듀퐁사는 1999년 종자 회사 파이오니어를 인수한 후 식량산업 개발을 본격적으로 추진 하고 있으며, 2013년 기상데이터 분석 플랫폼 ‘Field360’ 공개 이후 웹 기반 경작기 관리 도구인 ‘Field360 Select’, 모바일 앱 ‘Field360 Notes’ 등을 상용화하였다. Field360 Select는 수십년간 축적된 토양 및 기상, 강우량 정보를 바탕으로 경작지별 데이터와 실시간 농경･

기상 정보와 결합하여 관리를 지원하는 소프트웨어이며, Field360 Notes는 GPS 태그로 메모 및 사진 활용 기능 제공하여 언제 어디서나 자신의 농장 데이터에 접속해 농경관리가 가능한 소프트웨어이다. 이러한 시스템을 이용할 경우에는 경작자의 경험에 의해 파종, 재배, 수확 등이 이루어지는 일반농업에 비해 축적된 데이터와 외부 환경 정보를 결합한 체계적인 관리 기반을 마련하여 과학적인 영농을 추구함으로써 보다 효율적인 농경관리로 농가의 수익성이 향상되며 농지에 나가지 않고도 데이터 접속을 통해 관리가 가능하다는 장점이 있다. 또한 농가에게 거대한 양의 데이터를 제공하여 시행착오를 줄일 수 있을 것으로 예상되지만, 시스템 사용자의 데이터들이 경쟁 지역의 생산자에게 알려질 경우 농가에 혼란을 줄 우려가 있다(박로운 등 2015).

그림 4. Pioneer사의 Field360 Tools

출처: 농림·식품 분야의 新ICT융합전략(한국정보화진흥원 2014. 06.).