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문제 정의
- 본 연구는 우리나라 벼 재배에 정밀농업기술을 적용하는데 필요한 기초기술을 개발하는 농림부 기획과제의 일부로서 고능률 변량비료살포기를 개발하는 것이다. 정밀농업기술을 이용하면 같은 필지 내에서도 토양이나 작물의 상태에 따라 비료나 농약을 최적으로 처방하기 때문에 비료나 농약과 같은 투입재를 줄여 환경오염을 방지하거나 줄일 수 있다.
- 시비작 업은 작물이 생육되는 중에도 하여야 하기 때문에 기계에 의한 작물의 손상이 적어야 한다. 본 연구에서는 기비 외에 분얼비나 수비도 살포할 수 있어야 한다는 설계지침에 의하여 최저지상고가 높은 승용관리기를 선택하였다. 트랙터의 최저 지상고는 28~46 cm 인데 비하여 승용관리기는 74 cm 로서 벼 생육 중에도 사용할 수 있다고 판단되었다.
- 정밀농업은 기술적으로 매우 다양하게 이루어지는데, 작물 재배이전의 정보에 기반을 두 고 변량 살포하는 방식과 실시간 센서의 계측값에 따라 변량 살포하는 방식으로 구분할 수 있다. 우리나라의 연구 수준으로 볼 때, 벼 재배에 있어 수량에 영향을 미치는 주요 계측 항목과 신뢰성 있는 센서의 개발이 아직까지 미흡하기 때문에, 이 연구에서는 작물 재배 이전의 정보에 기반을 두고 처방지도를 작성하고 그에 따라 변량으로 비료나 농약을 살포할 수 있는 입제 변량살포기의 개념설계하고 시작기의 제작 결과에 대하여 보고한다.
- 이 연구는 정밀농업을 우리나라 벼 재배에 적용하는 기초 기술을 개발하는 농림부 기획과제의 일부로서 고능률 변량비료살포기를 개발하는 것이다. 정밀농업은 기술적으로 매우 다양하게 이루어지는데, 작물 재배이전의 정보에 기반을 두 고 변량 살포하는 방식과 실시간 센서의 계측값에 따라 변량 살포하는 방식으로 구분할 수 있다.
- 정밀농업기술을 이용하면 같은 필지 내에서도 토양이나 작물의 상태에 따라 비료나 농약을 최적으로 처방하기 때문에 비료나 농약과 같은 투입재를 줄여 환경오염을 방지하거나 줄일 수 있다. 이 연구에서는 입제변량 살포기의 개념설계부터 시작기를 제작하는 과정을 보고하였다.
- 정밀 농업을 적용하는 이유는 수량의 증대, 농산물 품질 제고, 생산이력정보화, 화학농약과 비료의 사용절감 등이 있으나, 본 연구는 화학농약이나 비료의 사용절감을 목표로 하였으며, 벼 재배에 있어서 관행비료 사용량의 40%를 절감하는 것을 목표로 하였다.
가설 설정
- 2. 변량살포기의 제어 방식은 비료처방지도에 의한 것으로 한다. 비료처방지도는 토양조사나 전년도 수확량지도를 고려하여 결정된다.
- 3. 변량살포기의 살포폭은 10 m로 한다. 이론적으로는 변이가 있는 측정량의 공간변이 특성에 따라 달라야 하지만 측정량의 공간변이 특성이 서로 다르기 때문에 통일이 불가피하다.
- 8. 비료 살포의 균등도는 15% 이내로 한다.
- 입제통과 비료를 계량하는 시스템을 설계하려면 단위면적 당 시비량과 비료살포기계의 작업속도가 정해져야 한다. 먼저 비료살포작업의 속도는 벼가 재배되는 도중에는 벼와 간섭이 있기 때문에 0.3 m/s 정도로 예상하지만 최저는 0.2 m/s로 가정하였으며, 최고속도는 붐의 폭이 넓기 때문에 붐의 진동이 심하지 않은 0.6 m/s로 정하였다.
- 한편 벼 재배시 비료살포는 기비와 추비(분얼비와 수비)로 나누어 2-3회 실시되는데 기비-분얼비-수비로 각각에 살포되는 비료의 양의 비율을 분시율이라고 한다. 본 연구에서는 살포기의 적용 지역을 평야지를 기준으로 설계하였으며 분시율을 50 : 25 : 25로 가정하였다. 이에 따르면 가장 많은 비료가 살포되는 경우는 기비로서 숙답과 사질답의 평균 질소기비량을 1 N이라고 정하였다.
- 이 경우에 롤러의 회전속도(RSR)는 롤러 1 회전당 홈이 차지하는 부피와 시비율(FARUA, kg/ha), 작업속도와 작업폭 및 충전율에 의해 식 (3)과 같이 구해진다. 충전율을 100%로 가정하면 롤러의 회전속도 범위는 4.1 ~97.8 rpm이다. 롤러의 구동모터는 12 V 40 W 감속기부착 직류모터 였다.
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