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 우리나라 쌀 산업의 농업여건이 급변하고 있다. 농촌노동력의 감소와 더불어 고령 농업인은 해마다 증가하고 있으며, 농업임금은 매년 높은 비율로 상승하고 있다. 이러한 상황을 반영하듯 벼 재배면적은 매년 감소하고 있으나 영농규모는 점차 확대되고 있는 실정이다(MFAFF, 2011). 이러한 농업여건의 변화에 따라 쌀 생산비 절감과 노동력 부족을 해결할 수 있는 대응방안으로 생력기계화 직파재배기술이 연구 보급되기에 이르렀다. 1990년 이후 농가에 보급되어 온 직파재배기술로서는 건답직파를 비롯한 담수직파, 무논골뿌림, 부분경운 건답직파 등 매우 다양하다(Back et al., 1998; Back et al., 2010; Kim et al., 1993; Kim et al., 1994; Kim et al., 2005; Park & Lee, 2000). 벼 직파재배면적은 1991년 915ha에 불과했던 것이 1995년에는 117,494 ha까지 확대되었으나 그 이후부터 지속적으로 감소하여 2010년에는 27,700 ha, 2011년에는 16,700 ha까지 감소했다(MFAFF, 2011). 이와 같이 벼 직파재배면적이 급속히 감소한 원인으로는 잡초 및 잡초성벼의 방제가 어렵고, 도복의 위험성과 미절저하에 관한 우려 때문이다. 또한 현재까지 농가에 보급된 직파방법으로는 대규모 영농체제하에서 생력효과가 다소 미흡한 측면도 있다. 미국이나 호주 등 광활한 농경지에서는 항공기를 이용한 파종, 시비 및 병해충 방제작업이 이루어지고 있다. 우리나라와 벼농사 작업환경이 비슷한 일본에서는 1990년대 초부터 무인헬기를 보급하기 시작하여 2008년에는 약 2,300여대가 보급되어 87만 ha 논에 방제작업이 실시되었고, 벼 직파재배 시험도 실시하였다 (농촌연구지도정보, 1993). 한편 국내에서는 2003년부터 무인헬기를 보급하기 시작하여 2010년에는 전국 시군 농협을 중심으로 100여대가 보급되었으며, 2015년에는 500여대가 보급될 전망이다(김, 2009). 무인헬기는 병해충 방제작업에 주로 활용되고 있으며, 경남과 전남 등 직파재배단지에서는 시범재배가 실시되고 있다. 이러한 관점에서 쌀 생산비와 노동력 절감을 극대화하기 위해서는 무인헬기를 이용한 병해충 방제는 물론이고 직파 및 제초제 살포 등에 관한 이용기술 개발이 시급히 요구되고 있다. 따라서 본 연구는 무인헬기를 이용한 벼 직파재배 기술을 확립하기 위하여 무인헬기의 벼 직파성능, 최적 비행방법, 볍씨의 적정 최아길이 및 수량성 등을 조사하였다.

재료 및 방법

무인헬기 이용 벼 직파성능 및 최적 비행방법 구명

 본 실험은 국립식량과학원 벼맥류부 시험포장에서 2009년 5월 3회에 걸쳐 수행했고, 공시품종은 호품벼를 사용했다. 직파성능 시험은 무인헬기의 비행속도를 20 km/hr, 비행고도는 지상 3 m 높이, 메인로터의 회전수는 900 rpm으로 하여 파종했다. 비행방법 시험은 비행속도를 10 km/hr, 20 km/hr 및 30 km/hr, 비행고도는 지상 3 m 및 5 m 높이, 메인로터의 회전속도는 1,200 rpm으로 하여 파종했다.

 실험에 사용한 무인헬기는 Fig. 1과 같이 RMAX TYPE (야마하)이며, 기체의 길이가 3.6 m, 높이가 1.1 m, 폭이 0.7 m이다. 기체의 중량이 63 kg, 이륙중량은 94 kg이다. 파종장치는 Fig. 1과 같이 무인헬기의 하단부에 탈부착이 가능하고, 파종량을 늘리거나 줄일 수 있는 조절레버가 있으며, 종자 통 2개가 있다. 파종작업은 무인헬기가 이륙하여 작업선을 정렬한 후 파종장치를 작동시키면 송풍 팬에서 하향 풍이 발생하면서 볍씨가 파종된다.

Fig. 1. Agricultural helicopter(Left) and seeding machine(Right).

 무인헬기 종자통의 볍씨 탑재량, ha당 파종시간, 파종간격, 파종 균일도 및 헬기 조종의 편리성 등을 조사하였으며, 무인헬기 직파와 담수표면산파(동력살분기)의 파종비용 분석은 무인헬기의 구입가격 155백만원, 동력살분기의 구입가격 143만원, 내구연수는 7년, 무인헬기의 연간 이용시간(병해충 방제작업 400시간, 직파 100시간), 동력살분기의 연간 이용시간(100시간), 수리비는 6%, 이자율은 5%, 유류비는 713원/L(농협조사월보), 인건비는 76,172원/일(농협조사월보)을 적용하였다.

무인헬기 이용 벼 직파시 볍씨의 적정 최아길이 구명

 무인헬기를 이용한 벼 직파시 볍씨의 적정 최아길이를 구명하기 위하여 국립식량과학원 벼맥류부 계화시험지(문포통, 세사양토)에서 2009년 5월 2회에 걸쳐 수행했다. 공시품종은 호품벼를 사용했다. 무인헬기의 비행속도는 20 km/hr, 비행고도는 지상 3 m 높이, 메인로터의 회전수는 900 rpm으로 하여 파종했다. 처리내용으로 볍씨의 최아길이는 1 mm 및 3 mm로 하여 수행했다. 시비량은 N-P₂O₅-K₂O = 90-45-57 kg/ha으로 하여 질소비료는 기비-5엽기-수비 = 40-30-30%로 분시했다. 인산비료는 전량기비, 칼리는 기비-수비로 70-30%를 분시했다. 파종 후 물 관리는 6일간 낙수 후 담수하였다. 기타 본답관리는 국립식량과학원 표준재배법에 준하였다. 파종직후 어린 싹의 손상정도와 파종 균일도를 조사했으며, 파종 후 25일에 입모수, 입모율 및 입모 균일도 등을 조사하였다.

무인헬기 이용 벼 직파시 담수로터리 후 적정 파종시기 구명

 무인헬기를 이용한 벼 직파시 담수로터리 후 적정 파종시기를 구명하기 위하여 국립식량과학원 벼맥류부 계화시험지(문포통, 세사양토)에서 2009년 5월 2회에 걸쳐 수행했다. 공시품종은 호품벼를 사용했다. 무인헬기의 비행속도는 20 km/hr, 비행고도는 지상 3 m 높이, 메인로터의 회전수는 900 rpm으로 하여 파종했다. 처리내용은 담수로터리직후 파종, 담수로터리후 1일에 파종 및 담수로터리 후 3일에 파종했다. 파종직후 볍씨의 매몰깊이, 파종 후 25일에 입모수, 입모 균일도 및 제초제 살포 가능시기 등을 조사하였다.

재배양식별 벼 생육 및 수량성

 재배양식별 벼 생육 및 수량성 등을 검토하기 위하여 국립식량과학원 벼맥류부 계화시험지(문포통, 세사양토)에서 2009 ~ 2010년에 수행했다. 공시품종은 호품벼를 사용했다. 처리내용으로 무인헬기와 동력살분기를 이용한 직파재배는 5월 22일에 ha당 50 kg씩 파종했으며, 이앙재배는 5월 22일에 80주/3.3 m²를 이앙했다. 시비량은 N-P₂O₅-K₂O = 90-45-57 kg/ha으로 하여 질소비료는 기비-5엽기-수비 = 40-30-30%로 분시했다. 인산비료는 전량기비, 칼리는 기비-수비로 70-30%를 분시했다. 파종 후 물 관리는 6일간 낙수 후 담수하였다. 기타 본답관리는 국립식량과학원 표준재배법에 준하였다.

 파종 후 25일에 입모율과 출수 후 60일에 수확하여 수량구성요소 및 쌀 수량 등을 조사하였다. 쌀의 품위는 근적외선분석기인 AN-700(Kett, Japan), 쌀의 단백질 분석은 RN-500(Kett, Japan)으로 하였다. 기타 생육 및 수량조사 등은 농촌진흥청 시험연구 조사기준에 준하였다.

결과 및 고찰

무인헬기 이용 벼 직파성능 및 최적 비행방법 구명

 무인헬기를 이용한 벼 직파성능은 Table 1과 같다. 무인헬기가 1회 비행하여 파종할 수 있는 볍씨의 탑재량은 18 kg이었으며, 파종면적은 40 a였다. 한편 무인헬기의 비행속도 20 km/hr, 비행고도 3 m 높이에서 파종했을 때 ha당 파종시간은 10분이 소요되었다. 작업과정별로 살펴보면 파종볍씨 탑재 및 연료주유 4.5분, 무인헬기가 이륙하여 작업선 정열 0.8분, 파종 4.3분, 이착륙 0.4분이 소요되었다. 이상의 결과를 토대로 한 무인헬기의 1일 파종 가능면적은 36 ha 정도로 추청해볼 수 있다.

Table 1. Performance of rice direct sowing with agricultural helicopter.

 벼 직파재배에 의한 노동력 절감은 기계이앙재배보다 25.1%이며, 직접 생산비 절감은 13.1%이다(농촌진흥청, 1999). 현재 농가에 보급된 직파의 파종시간을 보면 무논골뿌림은 ha당 2.5시간(150분), 트랙터 부착 대형조파는 1시간(60분)이 소요된다(백 등, 2007). Table 2에서와 같이 무인헬기를 이용한 파종시간은 8 ~ 13분이 소요되었는데, 이는 무논골뿌림 직파보다 15배, 트랙터 부착 대형조파보다 6배 정도 파종노력이 절감된다. 비행방법별 파종시간은 비행속도가 빠를수록 파종시간이 다소 단축되었으나, 비행고도간에는 차이가 없었다. 파종간격은 7.3 ~ 8.2m로 비행속도간에는 차이가 없었으나, 비행고도가 높을수록 파종간격이 넓어지는 경향이었다. 파종 균일도는 비행속도가 느릴수록, 비행고도가 낮을수록 양호하였다. 헬기조종은 비행속도 10 ~ 20 km/hr, 비행고도 3 m 높이에서 비행할 때 가장 편리했다. 이는 무인헬기로 병해충 방제농약을 살포할 때의 비행방법과 비슷하기 때문으로 생각된다. 이상의 결과를 토대로 한 무인헬기의 최적 비행방법은 파종시간, 파종 균일도 및 헬기조종의 편리성 등을 고려할 때 비행속도는 20 km/hr, 비행고도는 3 m가 적당하다고 판단된다(Table 2). 또한 담수표면산파(동력살분기)와 무인헬기를 이용한 직파의 ha당 파종비용을 분석한 결과 무인헬기를 이용한 직파가 담수표면산파보다 14% 정도 비용이 절감되었다(Table 3).

Table 2. Seeding time, width, stand of uniformity and the convenience of helicopter control according to flight method of an agricultural helicopter.

Table 3. Costs of seeding by direct seeding methods.

무인헬기 이용 벼 직파시 볍씨의 적정 최아길이 구명

 벼 직파재배시 전용 파종기로 파종할 때 볍씨의 적정 최아길이는 1 ~ 2 mm, 동력살분기로 파종할 때는 2 ~ 3 mm가 적당하다(농촌진흥청, 2004). 무인헬기를 이용한 직파시 볍씨의 최아길이에 따른 어린 싹의 손상정도, 입모율 및 입모 균일도는 Table 4에서와 같다. 볍씨의 최아길이가 1 mm(백체출현)일 때는 어린 싹의 손상이 현저히 적어 입모율이 높고 입모도 균일하였다. 그러나 볍씨의 최아길이가 3 mm일 때는 어린 싹이 많이 손상되어 입모율이 낮고 입모가 불균일하였다.

Table 4. Damage rate of gemmule, seedling stand rate and seedling stand uniformity according to hastening sprout length of rice.

무인헬기 이용 벼 직파시 담수로터리 후 적정 파종시기 구명

 무인헬기를 이용하여 볍씨를 파종할 때 하향 풍으로 인해 볍씨가 토중에 묻히게 되는데, 논 굳힘이 미흡할 때는 볍씨가 토중에 깊게 매몰되어 산소부족 등에 의한 입모불안정의 요인이 되기도 한다. 담수로터리 후 파종시기에 따른 볍씨의 토중매몰깊이, 입모율, 입모 균일도 및 제초제 살포시기는 Table 5와 같다. 볍씨의 토중 매몰정도는 담수로터리 후 파종시기가 빠를수록 깊었는데, 담수로터리직후 파종에서는 0,4 cm가 매몰되었다. 반면에 담수로터리 후 1일 파종과 3일 파종에서는 0.1 ~ 0.2 cm가 매몰되었다. 입모율은 볍씨가 깊게 매몰되었던 담수로터리직후 파종에서 현저히 낮았고 입모도 불균일하였으며, 담수로터리 후 1일 파종과 3일 파종에서는 볍씨가 얕게 매몰되어 입모율이 높고 입모도 균일하였다. 잡초방제효과를 높이기 위한 제초제 살포가능 시기는 담수로터리 후 11 ~ 14일이었다. 이상에서와 같이 무인헬기 직파시 볍씨의 매몰깊이, 입모율 및 제초제 처리시기 등을 고려해 볼 때 담수로터리 후 1일에 파종해야 할 것으로 생각된다.

Table 5. Seeding depth, seedling stand, seedling stand rate, seedling stand uniformity and application time of herbicide according to seeding season after flooding rotary.

재배양식별 벼 생육 및 수량성

 재배양식별 벼 생육 및 수량성은 Table 6과 같다. 당 입모수, 수수 및 립수는 직파재배간에는 차이가 없었으나, 직파재배가 이앙재배보다 당 수수는 많았으나 립수는 적었다. 이는 직파재배가 이앙재배보다 수당 영화수가 적었다는 보고와 비슷하였다(Back et al., 1992). 등숙비율과 현미천립중은 직파재배간에는 차이가 없었으며, 직파재배가 이앙재배보다 등숙비율이 약간 낮았고 현미천립중이 다소 가벼웠으나 유의성은 인정되지 않았다. 쌀 수량과 완전미 수량은 직파재배간에는 차이가 없었으나, 무인헬기를 이용한 직파재배가 이앙재배에 비해 쌀 수량이 3%, 완전미 수량이 5%정도 감소되었다.

Table 6. Head rice and milled rice of yield components by cultural method.

 일반적으로 직파재배가 이앙재배보다 미질이 떨어지는 것이 보통이다(Back et al., 1992). 재배양식별 백미의 외관상 품위 및 단백질 함량은 Table 7과 같다. 완전미 비율은 직파재배간에는 차이가 없었으나, 직파재배가 이앙재배보다 완전미 비율이 다소 낮은 경향이었다. 쌀의 단백질 함량은 직파재배와 이앙재배간에 별 차이가 없었다.

Table 7. Quality and protein content of rice by cultural method.

적 요

 무인헬기를 이용한 벼 직파재배기술을 확립하고자 2009 ~ 2010년에 국립식량과학원 벼맥류부 계화 시험포장에서 무인헬기의 벼 직파성능, 최적 비행방법, 볍씨의 적정 최아길이 및 쌀 수량 등을 검토한 결과를 요약하면 다음과 같다.

 1. 무인헬기의 볍씨 1회 탑재량은 18 kg이며, 파종면적은 0.4 ha이었으며, 무인헬기의 비행속도는 20 km/hr, 비행높이는 3m가 적당하였다.
 2. 무인헬기의 ha당 파종시간은 10분이 소요되었으며, 이는 기존의 직파재배보다 파종노력이 6 ~ 15배정도 절감되었다. 파종비용은 무인헬기 직파가 담수표면산파보다 14%정도 절감되었다.
 3. 무인헬기로 파종할 볍씨의 최아길이는 3 mm보다 1 mm가 적당하였다.
 4. 무인헬기 직파시 담수로터리직후 파종보다 담수로터리 후 1일에 파종한 것이 볍씨가 얕게 매몰되어 입모가 양호하였다.
 5. 무인헬기를 이용한 직파재배가 이앙재배보다 쌀 수량이 3%, 완전미 수량이 5%정도 감소되었으며, 완전미 비율도 다소 낮은 경향이었다.
 6. 이상의 결과로 보아 대규모 들녘에서 무인헬기를 이용하여 벼 직파재배를 할 경우 획기적인 노력절감 효과가 기대된다.