서론
복숭아는 2015년 기준 국내 재배면적과 생산량이 각각 15,576ha와 21,000톤으로 사과, 감귤, 포도, 배 에 이어 다섯 번째로 많이 생산되는 주요 과수작물이 다(Korean Statistics information Service, 2015). 재배면적 및 생산량은 2011년 이후 지속적으로 증가 하고 있으며, 1인당 소비량도 5.3kg 수준을 안정적 으로 유지하고 있다(Hong et al., 2012). 복숭아 재 배에서는 고품질 과실생산을 위한 기초작업으로 적 뢰(꽃눈제거)작업을 꽃피기 전 1~2회 정도 실시하고 있으며, 개화와 착과가 이루어진 이후에는 적화(개화 기 꽃 제거)와 적과(과실제거)작업을 수행하고 있다. 이 중 적뢰작업은 복숭아 결과지내 꽃눈을 제거하 는 작업으로 해거리 방지와 고품질 과실생산을 위한 매우 중요한 작업이다(Southwick & Fritts, 1994; Southwick et al., 1995). 복숭아 성목 당 개화 수는 일반적으로 20,000개 정도인 것에 비해 고품질 복 숭아 생성을 위한 적정 과실의 수는 600개에 불과 하기 때문에 95% 이상의 꽃눈이 제거되어야 한다 (Turkey & Einset, 1939; Myers, 1986).
과수 재배에서 적뢰·적화작업은 손으로 하는 인 력작업(Gonzalez-Rossia et al., 2006), 도구를 이 용한 기계작업(Baugher et al., 1991), 생장조정제 나 농약을 이용한 화학적 방법(Taylor & Taylor, 1998) 등에 의해서 수행이 가능하다. 국내의 복숭아 재배에서는 화학적 방법을 이용한 개화기 적화작업 이 일부 시도되었지만 기상에 따른 약제효과가 균일 하지 않고, 착과 이후 기형과가 발생하는 문제가 있 어 거의 사용되지 않고 있다. 또한 관련 도구 개발 의 부재로 기계작업도 전무하다. 따라서 국내 복숭 아 재배농가의 경우 98% 이상이 인력으로 적뢰·적 화작업을 하며, 노동력 확보의 어려움으로 인해 적 뢰작업은 생략하고 적화작업과 적과작업을 하거나 적과작업만을 실시하고 있는 실정이다.
국내 복숭아 재배에서 적화작업은 10a당 29.6시 간이 소요되어 수확작업 다음으로 많은 노동력을 요 구한다(Rural Development Administration, 2011). 반면 이탈리아 등 주요 복숭아 재배국가의 적화작업 시간은 10a당 7시간 내외로 국내에 비해 25% 이하 이다. 이는 기계 적화작업 및 개화기 약제적화작업 을 병행함으로써 소요시간 및 생산비를 크게 낮추기 때문인 것으로 보고되어 있다(Taylor & Taylor, 1998). 따라서 국내 복숭아 재배의 경쟁력을 강화하 기 위해서는 적뢰·적화작업의 생력화가 필수적으로 요구된다.
본 연구에서는 국내 복숭아 재배의 생력화를 위해 물 직분사를 이용하여 복숭아의 적뢰·적화작업을 수행할 수 있는 시스템을 개발하였다. 또한 다양한 인자들에 대한 성능시험을 통해 개발된 시스템의 적 용 가능성을 평가하였다.
재료 및 방법
1.물 직분사 시스템의 구성
본 연구를 위해서 개발된 물 직분사 적뢰 적화시스 템은 3마력 펌프 방식의 농업용 전동 동력분무기를 기반으로 하여 자체적으로 개발한 직분사 분무건을 직경 8.5mm, 길이 50m의 농약용 압력호스로 연결하 여 사용하도록 제작하였다. 직분사 분무건은 물이 분 사되는 노즐, 분사여부를 결정하는 방아쇠, 농약호스 와 연결되어 동력분무기의 수압을 지지해 주는 본체 로 구성하였다. 본체는 가볍고 내구성이 뛰어난 알루 미늄 열처리 합금을 이용함으로써 최대 5MPa의 압력 을 지지할 수 있도록 제작하였다(Fig. 1). 본체와 노 즐은 나사산을 통하여 조립되도록 설계하여 필요에 따라 다양한 특성을 가진 노즐을 적용할 수 있도록 하였다. 노즐은 직분사 분무건의 성능을 좌우하는 가 장 중요한 요소로서 개발된 직분사 분무건의 분사각 도는 0°로 조절하였으며, 우수한 직분사 성능과 내마 모성을 위해서 특수노즐인 1/4-MEG-SSTC를 사용 하였다.
2.물 직분사 시스템의 성능 요인시험
개발된 직분사 시스템과 관련된 주요 요인들에 대 한 영향성은 분사거리, 노즐직경, 동력분무기 압력에 대한 성능 평가의 비교를 통해서 수행하였다. 분사 거리에 대한 성능 평가는 0.5m, 1.0m, 1.5m, 2.0m 의 4개의 구간에서, 노즐직경에 대한 성능평가는 0.9mm, 1.2mm, 1.5mm, 1.7mm, 2.0mm, 2.2mm, 2,4mm, 2.7mm, 3.1mm와 같은 9수준에서 수행하 였다. 동력 분무기 압력에 대한 성능평가는 1MPa, 2MPa 및 3MPa 세 개의 압력 조건에서 수행하였고, 이들 세 가지 요인들에 대한 교차실험도 동시에 수 행하였다. 성능 인자는 분사충격량과 분사집중도로 서 분사충격량은 디지털 저울을 지면과 직각으로 벽 면에 설치한 후 분무건을 이용하여 10초간 분사하였 을 때 계측된 최대 하중으로 도출하였다. 분사 집중 도는 압력필름을 40×40mm 절단하여 지면과 직각 이 되도록 벽면에 고정 후 물을 분사하였을 때 붉은 색으로 변환된 부위의 동심원의 직경을 측정하였고, 또한 압력필름이 붉은색으로 변환된 부위를 스캔하 여 붉은색 등급인 마젠타 등급을 이용하여 등급이 높을수록 분사집중도가 우수하고 분사충격량이 높은 것으로 판단하였다.
3.물 직분사 시스템의 적뢰·적화 요인시험
직분사 시스템의 성능 요인시험을 통해서 파악된 결과를 기초로 각 요인들이 실제 적뢰·적화작업에 미치는 영향성을 도출하기 위한 실험은 강원도농업 기술원 과수시험연구포장에서 3월 상순경 수삽을 통 해서 확보된 5년생 ‘천중도백도’ 결과지(300mm 내 외의 가지)를 이용하여 수행하였다. 수삽 후 복숭아 꽃눈의 생육단계는 농촌진흥청 복숭아 생물계절조사 방법에 의거하여 도출하였으며, 각각의 생육단계에 서 10개의 결과지를 1처리로 하여 3반복 평균값을 도출하였다. 본 연구의 대상 생육단계는 발아기, 분 홍기, 풍선기, 개화기로서 생육단계별 10개의 결과지 를 바이스를 이용하여 테이블에 45°의 각도로 고정 후 개발된 직분사 시스템을 이용하여 3초간 꽃눈 또 는 꽃에 물을 분사하는 방식으로 수행하였다(Fig. 2). 아울러 분사방향의 영향을 도출하기 위해서 결과지 자람과 동일한 순방향, 반대방향인 역방향, 결과지 의 측면방향으로 구분하여 분사하였다. 성능검증을 위한 인자로는 아래와 같이 적뢰·적화율과 적엽아율 을 사용하였다. 적뢰·적화작업에서는 꽃눈 또는 꽃 만을 떨구고 엽눈은 그대로 두어야 하므로 적뢰·적 화율이 높고 적엽아율이 낮은 경우 적뢰·적화작업 효율이 우수한 것으로 판단하였다.(1)
여기서,
(2)
여기서,
동력분무기의 요인으로는 네 가지 수준의 분사거 리(0.5m, 1.0m, 1.5m, 2.0m), 다섯 가지 수준의 노 즐직경(0.9mm, 1.5mm, 2.0mm, 2,4mm, 3.1mm), 세가지 수준의 동력분무기 압력(1MPa, 2MPa, 3MPa) 를 고려하였다.
결과 및 고찰
1.물 직분사 시스템의 성능 요인시험 결과
분사거리, 노즐직경, 동력분무기와 같은 요인들이 분 사충격량과 분사집중도에 미치는 영향은 Fig. 3~6에 나타낸 것과 같다. 분사충격량은 노즐직경이 증가할 수록 커지다가 특정 노즐직경에서 최대값을 가진 후, 노즐직경이 더 커지면 감소하는 경향을 보였다.Fig. 4Fig. 5
동력분무기 압력이 1MPa인 경우의 분사충격량은 0.13~0.37kg으로 조사되었으며 노즐직경 2.7mm에 서 최대값에 도달하였다. 분사거리의 경우 노즐 직경 에 비해 상대적으로 분사충격량에 미치는 영향이 작 은 것을 확인 할 수 있었다. 특히, 노즐직경 0.9mm, 1.2mm, 2.0mm 및 3.1mm에서는 분사거리에 따른 충 격량의 차이가 없었으며, 그 외의 노즐직경에서는 전반적으로 분사거리가 짧으면 분사충격량이 증가하 는 경향을 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 노즐직경 및 분사거리에 따른 압력필름의 염색된 원의 최대직경 은 분사거리 0.5m에서 10~14mm, 분사거리 1.0m에 서 18~24mm, 분사거리 1.5m에서 28~35mm, 분사거 리 2.0m에서 40mm로 나타났다. 또한 염색된 원의 원점을 중심으로 직경 0~10mm에서 마젠타 80등급 이상은 노즐직경 1.2mm 이상 및 분사거리 0.5~1.0m 에서 나타났고, 직경 10~20mm에서 마젠타 50등급 이상은 노즐직경 1.7mm 이상 및 분사거리 1.0~1.5m 에서 나타났다. 따라서 동력분무기 압력이 1MPa인 경우 분사집중도는 분사거리 1.0m, 노즐직경 1.7mm 이상에서 양호한 것으로 나타났다.
동력분무기 압력이 2MPa인 경우의 분사충격량은 0.23~0.63kg으로 나타났으며 노즐직경 2.4mm에 서 최대값을 보였다. 분사거리의 경우 동력분무기 압력이 1MPa인 경우와 유사하게 분사충격량에 미 치는 영향이 상대적으로 작았다. 노즐직경 및 분사 거리에 따른 압력필름의 염색된 원의 최대직경은 분사거리 0.5m에서 10~16mm, 분사거리 1.0m에서 20~24mm, 분사거리 1.5m에서 29~34mm, 분사거리 2.0m에서 30~37mm로 나타났다. 또한 염색된 원의 원점을 중심으로 직경 0~10mm에서 마젠타 80등급 이상은 노즐직경에 관계없이 분사거리 0.5~1.0m에서 나타났고, 직경 10~20mm에서 마젠타 70 등급 이상 은 노즐직경 1.5mm 이상 및 분사거리 1.0~1.5m에 서 나타났다. 따라서 동력분무기 압력이 2MPa인 경 우 분사집중도는 분사거리 1.0m, 노즐직경 1.5mm 이상에서 양호한 것으로 나타났다.
동력분무기 압력이 3MPa인 경우의 분사충격량 은 0.34~1.06kg으로 나타났다. 최대 분사충격량 은 노즐직경 2.7mm에서 나타났다. 분사거리가 미 치는 영향은 동력분무기 압력 1MPa과 2MPa인 경 우와 유사하게 나타났다. 노즐직경 및 분사거리에 따른 압력필름의 염색된 원의 최대직경은 분사거리 0.5m에서 13~23mm, 분사거리 1.0m에서 17~25mm, 분사거리 1.5m에서 23~29mm, 분사거리 2.0m에서 23~36mm로 나타났다. 또한 염색된 원의 원점을 중심으로 직경 0~10mm에서 마젠타 80등급 이상 은 노즐직경에 관계없이 분사거리 0.5~1.0m에서 나 타났고, 직경 10~20mm에서 마젠타 80등급 이상은 노즐직경 1.5mm 이상 및 분사거리 1.0~1.5m에서 나 타났다. 따라서 동력분무기 압력이 3MPa인 경우 직 분사정도는 분사거리 1.0m, 노즐직경 1.5mm 이상 에서 양호한 것으로 나타났다.
이상의 결과로 볼 때 동력분무기의 압력이 증가 할수록 동일한 노즐직경 및 분사거리에서의 분사충 격량이 증가하고 마젠타 등급이 높아져 직분사 정 도도 우수한 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
2.물 직분사 시스템의 적뢰·적화 요인시험 결과
2.1.동력분무기 압력의 영향
노즐직경 2.0mm, 분사거리 1.0m 및 역방향의 분 무에서 동력분무기의 압력에 따른 적뢰·적화율과 적 엽아율은 Table 1에서와 같이 동력분무기의 압력이 증가할수록 적뢰·적화율과 적엽아율이 증가하는 것 으로 나타났다. 또한 발육단계별로는 발아기에서 분 홍기로 옮겨갈 때 적뢰율이 가장 크게 증가하는 것으 로 조사되었다. 적뢰·적화율 60% 이상은 동력분무 기 압력이 1MPa인 경우 개화기에서, 2MPa과 3MPa 인 경우에는 분홍기~개화기에서 나타났다. 반면 적 엽아율은 동력분무기 압력이 1MPa인 경우 모든 생육 단계에서 0% 이었고, 2MPa인 경우 발아기에서는 0% 이었으며, 분홍기~개화기에서는 평균 8.4%로 나타났 다. 3MPa인 경우 분홍기~개화기에서 12.1~93.4%로 나타났다. Costa & Vizzottol(2000)에 의하면 복숭아 적뢰·적화 시 적뢰·적화율은 60~80% 수준이고, 적엽아율은 13% 이하인 경우 대과 생산율이 높은 것 으로 보고된 바 있다. 따라서 직분사 분무건 사용시 적정 동력분무기 압력은 2MPa이며, 꽃눈발육단계는 분홍기에서 개화기까지 작업이 가능한 것을 파악할 수 있었다.
2.2.분무방향의 영향
동력분무기 압력 2MPa, 노즐직경 2.0mm, 분사거 리 1.0m에서 분무방향에 따른 적뢰·적화율과 적엽 아율은 Table 2에 나타낸 것과 같다. 적뢰·적화율 및 적엽아율은 역방향 분무에서 가장 크게 나타났다. 적엽아율도 역방향 분무에서 가장 높은 수준을 보이 지만 최대 적엽아율이 8.9%로 생산율에는 영향을 미 치지 않는 수준이었다. 따라서 분무방향은 역방향으 로 분사하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다.
2.3.노즐직경의 영향
동력분무기 압력 2MPa, 분사거리 1.0m 및 역방 향 분무에서 노즐직경에 따른 적뢰·적화율과 적엽 아율은 각각 Table 3에 나타낸 것과 같다. 최대 적 뢰·적화율은 노즐직경 2.4mm에서 나타났고, 최대 적엽아율도 노즐직경 2.4mm에서 나타났으나 10% 미만이었다. 적뢰·적화율은 노즐직경 2.0mm 에서 분홍기 60.5%, 풍선기 62.5%, 개화기 68.1%로 조 사되었고, 노즐직경 2.4mm에서 분홍기 69.3%, 풍 선기 70.8%, 개화기 83.8%로 조사되었다. 따라서 동력분무기 압력 2MPa, 분사거리 1.0m 및 분무방 향이 역방향인 경우 2.4mm의 노즐직경을 적용하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다.
2.4.분사거리 및 노즐직경의 상호 영향
동력분무기 압력 2MPa 및 역방향 분무에서 꽃눈 생육단계별 적뢰·적화율과 적엽아율을 나타낸 결과 는 Table 4~6에 나타낸 것과 같다. 분홍기에서의 적 뢰율은 분사거리 0.5m의 경우 노즐직경 1.5mm 이상 에서 60% 이상으로 양호하였으나 이 경우 적엽아율 이 15.4% 이상으로 조기 엽 확보 및 생산율에 문제를 발생시킬 수 있는 수준으로 나타났다. 또한 분사거리 1.0m에서의 적뢰율은 노즐직경 2.0mm, 2.4mm에서 각각 60.5%, 69.3%로 나타났으며, 적엽아율은 노즐 직경에 관계 없이 4.2% 이하로 나타났다.Table 5
풍선기에서도 분홍기와 유사한 결과를 보였다. 분 사거리 1.0m의 경우 노즐직경 2.0mm, 2.4mm에서 의 적뢰율이 각각 62.5%, 70.8%로 나타났고, 분사 거리 1.5m의 경우 노즐직경 2.4mm에서의 적뢰율이 68.6%로 나타났는데 이들 조건에서의 적엽아율은 8.1% 이하로 양호한 수준이었다. 개화기의 경우 분 사거리 1.0m에서는 노즐직경 2.0mm, 2.4mm에서 의 적화율이 각각 68.1%, 83.8%로 나타났고, 분사 거리 1.5m에서는 노즐직경 2.4mm에서의 적화율이 73.8%로 나타났는데 이들 조건에서의 적엽아율은 9.5% 이하로 나타났다. 따라서 분홍기, 풍선기, 개 화기에 모두 적용할 수 있는 최적의 작업조건은 분 무방향은 역방향이고, 동력분무기 압력 2.0MPa, 분 사거리 1.0m 및 노즐직경 2.4mm인 조건이며 이는 성능 요인시험에서 분사집중도가 높은 영역과 일치 함을 확인할 수 있었다.
개발된 직분사 시스템의 주요 영향 인자를 도출 하기 위해 동력분무기 압력, 분사거리, 노즐직경에 따른 분사충격량과 분사집중도를 계측하고 복숭아 결과지내 꽃눈 적뢰·적화 시의 성능을 검증한 결 과, 아래와 같은 결과를 도출할 수 있었다. 동력분 무기 압력이 1~3MPa일 때 분사충격량은 노즐직경 2.4~2.7mm에서 최대값을 가지는 것으로 나타났으 며, 분사집중도는 동력분무기 압력이 1MPa인 경우 분사거리 1.0m 및 노즐직경 1.7mm 이상, 동력분무 기 압력이 2~3MPa인 경우 분사거리 1.0m 및 노즐 직경 1.5mm 이상에서 양호한 것으로 나타났다. 동 력분무기의 압력의 경우 증가할수록 동일한 노즐직 경 및 분사거리에서의 분사충격량이 증가하고, 분사 집중도도 증가하는 경향을 보였으며, 적뢰·적화율 및 적엽아율도 증가하는 것으로 나타났다. 분홍기, 풍선기, 개화기 모두에서 약 70% 이상의 적뢰·적 화율과 10% 이하의 적엽아율을 가지는 최적의 작업 조건은 분무방향은 역방향이었으며, 동력분무기 압 력 2.0MPa, 분사거리 1.0m 및 노즐직경 2.4mm인 조건으로 파악되어 성능 요인시험에서 분사집중도가 높은 영역과 일치하는 것으로 나타났다. 복숭아 적 뢰·적화율은 60~80% 수준, 적엽아율은 13% 이하 에서 대과 생산율이 높은 것으로 보고되고 있기 때 문에 개발된 직분사 시스템은 실제 적용 가능한 수 준의 성능을 가지는 것으로 판단할 수 있었다.
본 연구를 통해서 확보된 기초자료는 차후 농가 실증시험을 위한 자료서 활용될 것이며, 이는 국내 에서 복숭아 적뢰·적화작업 과정을 위한 생력화를 이루는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
