농촌진흥청(청장 이승돈)은 광운대학교 김양래 교수팀과 공동으로 토양 속 양분을 성분별로 실시간 측정할 수 있는 양분 감지기(센서)를 개발했다고 22일 밝혔습니다.

이번에 개발된 양분 감지기는 다채널 스크린프린트형 이온 선택성 전극을 적용해 토양에 꽂기만 하면 작물이 실제 흡수할 수 있는 양분을 실시간 측정할 수 있습니다. 

지금까지는 토양에 녹아있는 양분의 총량만 알 수 있었다면, 이번 기술로 질소(NO₃^-, NO₂^-, NH₄+), 인산(H₂PO₄^-), 칼륨(K⁺) 등 작물 생육에 필수적인 성분의 농도를 각각 측정할 수 있게 됐습니다. 특히 토양에서 인산을 직접 특정하는 것으로는 세계 최초입니다.

또한, 기존 이온선택성전극 기반 감지기는 용액에서만 측정할 수 있고, 전기전도도(EC) 기반 감지기는 일정 기간이 지나면 전체를 교체하거나 보정해야 하므로 비용 부담이 컸습니다. 반면, 새로 개발된 양분 감지기는 토양 수분이 일정 수준(30% 이상) 존재하면 높은 정확도를 유지하며, 사용자가 감지기 전극만 교체하면 반영구적으로 사용할 수 있다. 전극 교체 비용도 1~2만 원 이하로 저렴해 경제성이 뛰어납니다. 측정 데이터는 스마트폰이나 컴퓨터로 전송해 실시간 모니터링도 가능합니다. 

농촌진흥청 스마트생산기술과 연구진이 밭 토양 모사 시험구에서 실제 투입한 비료 농도와 양분 감지기가 측정한 값을 비교했을 때, 성분별 정확도가 83∼96%(질소 92, 칼륨 83, 인산 96)로 나타났습니다. 벼 재배 논 토양 시험에서는 92∼99%, 들깨 수경재배 양액기 시험에서는 평균 90% 이상으로 확인됐습니다. 

양분 감지기는 작물에 필요한 최적의 양분량을 제공해 생육을 돕고 불필요한 비료 사용은 줄여 환경오염을 방지할 수 있습니다. 양액시스템, 관비시스템 등 양분 관리를 위한 정밀 농업기술과 연계하면 스마트농업 실현을 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다. 

농촌진흥청은 이번 성과와 관련해 국내 특허 3건과 국외 특허 1건 등 총 4건의 특허를 출원·등록했으며, 연구 결과는 국내외 전문 학술지에도 게재했습니다. 

현재는 다양한 환경과 토양 조건에서도 안정적인 성능을 발휘하도록 추가 연구를 진행 중이며, 내구성 강화와 유효기간 연장, 염(Na)과 전기전도도(EC) 측정 기능 추가도 계획하고 있습니다. 앞으로 토양검정을 위해 트랙터 부착형이나 휴대용 등 다양한 형태를 개발해 감지기 활용도를 높이고, 나아가 인공지능(AI) 기반의 양분모델 개발을 접목해 계측 정확도 향상과 상용화를 앞당길 방침입니다. 

농촌진흥청 국립식량과학원 곽도연 원장은 “이번에 개발한 양분 감지기는 실시간 양분 상태를 확인할 수 있는 기술로, 스마트농업을 위한 정밀 양분 관리 기반을 마련한 것”이라며, “필요한 만큼 비료를 사용해 온실가스와 같은 환경오염을 줄이고 농작업 효율 및 작물의 생육 향상에도 크게 기여할 것으로 보인다”라고 전했습니다.

이득흔 기자(pigpeople100@gmail.com)