바이오인

1. 서론

2. 본론

  2.1. 수경재배

    2.1.1. 수경재배의 정의

    2.1.2. 수경재배 시스템의 종류

    2.1.3. 수경재배 기술의 장/단점

  2.2. 아쿠아포닉스

    2.2.1. 아쿠아포닉스의 정의

    2.2.2. 아쿠아포닉스의 작동원리

    2.2.3. 아쿠아포닉스의 구성요소

  2.3. 아쿠아포닉스의 기술 및 기업현황

    2.3.1. 국내/외 아쿠아포닉스 동향

    2.3.2. 국내/외 아쿠아포닉스 대표기업

    2.3.3. 국내 아쿠아포닉스와 관련된 R&D 현황

3. 결론

4. 참고문헌

아쿠아포닉스(Aquaponics)는 어류양식과 수경재배를 결합한 새로운 시스템 방식을 의미하며, 수상생물에서 발생하는 바이오메스가 미생물에 의해 분해되어 이를 식물이 성장에너지로 사용하는 친환경적인 최신농업기술이다. 이러한 시스템은 기존에 토경재배 방식에서 과량 소비되는 물 사용량을 급격히 낮출 수 있으며, 동시에 살충제 사용을 줄여 줌으로써 생태계 보호와 식량난을 해결할 수 있는 좋은 대안으로 여겨지고 있다. 

현재 아쿠아포닉스의 주요 과제는 상업적 규모에서 최적화된 어류 및 작물 수확이 최적화 실현이 가능하고 신뢰할 수 있도록 하는 것이다. 일반적으로 전통적인 농업 의미에서 적용되는 정밀 농업의 개념이 이제 도입되고 있으며, 자동화된 프로세스의 모니터링 및 제어를 위해 감지, 스마트 및 IoT 시스템을 채택할 필요가 늘어나고 있다. 

하지만 여전히 아쿠아포닉스에 관한 기초학문의 연구는 매우 복잡하게 여러 학문들이 융합되어 있으며, 본 동향리포트에서는 아쿠아포닉스의 기초개념을 숙지하고 아쿠아포닉스에서 개발되어야 할 핵심기술들을 살펴보고자 한다.

키워드: 수경재배, 아쿠아포닉스, 수상양식, 과농업

분야: Pharmacology

1. 서론

 

과거 산업사회의 발달과 함께 자연에서 얻어지는 자원에 대한 지나친 남용은 생태계 파괴를 급격하게 악화시켰으며, 오늘날 전 세계 생태계는 크게 위협받고 있다. 따라서, 생태계를 보전하면서, 안전하고 건강한 먹거리에 대한 소비자들의 관심은 꾸준히 증가하고 있으며, 세계무역기구(WTO) 협상으로 인해 전 세계 농수산물 시장의 전면 개방 위기에 대한 국가별 대응 방법의 일환으로 고품질 농수산물로 경쟁력을 확보하고자 하는 시도가 활발해졌다. 

 

2010년 이후, 과학지식과 혁신적인 농업기술의 발전으로 도시농업은 혁신적 도시농업으로 활성화되었으며, 전 세계적으로 고품질의 농수산물들을 높은 기술력을 동반한 친환경 재배방식을 채택하여 현재와 미래의 식량 수요를 충족시키고자 노력하고 있다. 그중 수경재배는 세계가 직면한 식량 및 환경 문제에 대한 좋은 대안으로 여겨지면서 농업방식 중 대표기술로 부각되었다. 

 

농업과학의 발전은 기존의 수경재배를 벗어나 수산양식(어류양식, Aquaculture)과 수경 농법(토양 없이 식물을 재배하는 농업, Hydroponic)을 융합한 새로운 형태의 농업기술로 발전하였으며, 이를 “아쿠아포닉스(Aquaponics)”라고 정의하고 있다 (그림 1)[1-3].

 

 

그림 1. 수경재배 및 아쿠아포닉스 재배공법 예시.

  

이 아쿠아포닉스 농업기술은 수산양식 과정에서 물속에 유기 영양소를 자연스럽게 형성하여 식물에게 제공하고, 이를 식물이 흡수하면서 수질 정화와 함께 성장이 동시에 이뤄지는 생태계 순환을 이용한 재배방식이다. 이 기술은 물 사용 효율이 높고 살충제를 사용하지 않으며, 비료 사용을 줄여 친환경적이고 지속 가능하게 만든다고 알려져 있으며, 환경오염에 민감한 유럽 및 선진국에서는 상업적으로 활발히 연구가 진행되고 있다. 

 

이러한 특징은 수경재배를 통해 작물을 재배하는 과정에서 발생하는 토양의 질, 작물 재배에 필요한 물 부족, 자연재해 등 농업에서 직면하고 있는 대부분의 문제점들을 해결할 수 있게 하며, 이전에는 작물 재배에 열악한 지역에서 신선한 농산물을 직접 생산 및 유통을 가능하게 한다. 하지만, 이러한 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 국내에는 아쿠아포닉스에 대한 체계적인 연구가 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 친환경 농업 형태인 수경재배의 종류를 살펴보고, 친환경 농업 기법인 아쿠아포닉스 시스템 기술에 대하여 세부적으로 살펴보고 이에 대해 논해보도록 한다.

 

2. 본론

 

2.1. 수경재배

 

2.1.1. 수경재배의 정의

 

수경재배의 시초는 1627년 Francis Bacon (프란시스 베이컨) 연구원이 물에서 식물의 성장발육을 관찰한 것을 시작으로, 1929년 캘리코니아대학교 윌리엄 F게릭교수에 의해 작물 용액 재배 방법을 권장하면서 발전하였다. 본격적으로 상업에 적용된 사례는 1930년 태평양의 웨이크 섬(Wake Island)에서 항공사 기내식으로 신선한 채소를 제공하기 위해 시작되었다. 이후 수경재배는 세계 지역 작물 환경에 맞는 최적화된 조건을 개발하고 점차 보급이 확대되었다 [4]. 

 

수경재배는 원예의 한 유형이자, 수경재배의 하위 집합으로 토양(흙) 없이 식물을 재배하는 방식으로 유동성 수성용매를 재배식물에 적합한 미네랄 또는 영양분을 추가하여, 식물의 양분으로 제공하는 재배 형태이다. 전통적인 방식으로는 토지에서 식물을 재배하는 형태인 “토경재배”가 있으며, 흙을 사용하지 않으면 “수경재배”라고 구분하고 있다(농업용어 사전에 따르면, “수경재배는 토양 대신에 물이나 배지에 생육에 필요한 무기 양분을 녹인 배양액을 공급하면서 작물을 재배하는 방식”이라고 칭함) [5]. 

 

일반적으로 과거부터 현재까지 사용되는 가장 기본적인 전통농업 방식은 토경재배로 작물의 식물 뿌리가 토양에 지지되어 토양의 양분을 흡수하는 형태로, 영양분을 공급받는 형태를 활용하고 있다. 이와 달리, 수경재배 농법에서는 식물을 펄라이트, 자갈 또는 기타 기질과 같은 불활성 매체에 의해 물리적으로 지지하여, 토양이 아닌 제공되는 유동성 수성용매로 부터 양분을 직접 흡수함에 따라 뿌리를 성장시키는데 필요한 에너지 소모를 줄이고, 생육에 집중하여 농산품의 품질을 높이는데 기여하는 것이 특징이다. 

 

식물을 재배할 경우는 필수적으로 물이 요구되며, 식물이 필요한 물에 양분을 배합하여 뿌리에 직접 닿게 하거나, 불활성 매체에 적시는 방법으로 성장발육을 가능하게 한다. 이 수경재배 공법은 식물의 생육환경을 자체적으로 제어할 수 있기 때문에 성장에 필요한 수분, 미네랄, 양분, 산소, 이산화탄소 등을 세밀하게 제어함으로써, 최적화 할 수 있어 작물의 출하 시기 조율 및 안정적인 농장 운영이 가능한 특징을 보여준다. 또한, 물 사용량을 기존 농업방식에서 크게 절감할 수 있다는 이점은 작물 재배가 어려운 열악한 환경에 있는 사람들이 직접 식물을 재배하는 것이 가능할 수 있다 [6, 7].

 

2.1.2. 수경재배 시스템의 종류

 

수경재배는 토경재배와 비교하여, 작물을 생산하는데 비용을 낮추고 효율을 높일 수 있는 다양한 방법들이 존재한다. 수경재배는 크게 작물의 뿌리를 직접 양분을 포함하는 양액에 직접 담그는 순수수경 방식 또는 뿌리가 지지체 틀에 고정되어 자리 잡게 하는 고형배지경 방식으로 구분된다 [8].

 

  1) 순수수경: 식물의 뿌리가 작물의 뿌리를 지탱하는 지지체 없이 배양액만으로 기르는 방식이며, 재배 방법에 따라 담액식(DWC, deep water culture), 박막식(NFT, nutrient film technique), 분무식(aeroponics), 모관식(capillary culture) 등으로 구분되어진다.

  2) 고형배지경: 식물의 뿌리를 지지하는 고형지지체가 존재하여 양분을 식물에 공급해서 키우는 방법으로, 고형지지체 종류에 따라 무기물지지체와 유기물 지지체 공형배지경 공법으로 구분하고 있다. 일반적으로 무기물 지지체로는 암면, 펄라이트, 모래, 자갈, 폴리우레탄폼, 버미큘라이트 등이 있으며, 유기물 지지체로는 코코 섬유, 왕겨, 피트못, 훈탄 등이 사용된다. 이외에도 이 둘을 혼합하여 재배하는 방식은 “혼합배지경”이라고 불린다. 결과적으로, 수경재배의 방식을 7가지를 나눌 수 있는데 그 비교표는 아래 표 1에 나타내었다.