최근 벌 개체 수가 줄면서 안정적인 농산물 생산에 대한 우려가 커지고 있다.

농촌진흥청은 스마트기술을 적용해 작물 재배 농가에서 꿀벌, 뒤영벌 등 화분매개 벌을 효과적으로 관리하고 이용할 수 있는 화분매개용 스마트벌통을 개발하고 이를 현장에 적용할 계획이다.

이번 기술로 작물 재배 농가도 손쉽게 벌을 관리해 화분매개 효율을 높이고 농작물을 안정적으로 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

※ 화분매개 벌 : 농작물 생산을 위해 꽃가루를 암술에 묻혀 수정을 돕는 벌로 꿀벌, 뒤영벌 등이 있다.

 

● 스마트벌통 안정적인 농작물 생산에 꼭 필요

화분매개는 농작물 생산에 꼭 필요한 과정이다. 화분매개벌의 생존 기간과 활동은 농작물 생산에 크게 영향을 미친다. 벌을 효과적으로 화분매개에 활용하려면 벌통 내부를 벌이 살기 좋은 환경으로 유지하고 먹이를 관리해 주어야 한다.

국내에서는 한 해 평균 61만 개의 화분매개용 벌통이 농작물 수분에 사용되고 있다. 특히 딸기, 토마토 등 시설 과채류에서 화분매개벌 사용률은 67%에 달한다.

지금까지 화분매개벌로 꽃가루받이를 하는 작물 재배 농가들은 벌 관리가 생소하고 정보도 부족해 비닐온실(하우스)에 벌통을 가져다 놓은 후 별도 관리 없이 벌을 화분매개에 이용해 왔다.

그러나 최근 꿀벌 개체 수가 줄어들면서 효율적인 벌 관리를 통해 화분매개 효율을 높여 농작물을 안정적으로 생산할 수 있도록 돕는 농가 지원방안이 필요해졌다.

이에 농촌진흥청은 2018년부터 화분매개용 스마트벌통 개발을 시작했으며, 2020년 첫 스마트벌통을 개발한 후 여러 차례 농업 현장에 적용해 그 기능을 개선했다.

 

● 화분매개용 스마트벌통 개발

 ○ 스마트벌통 구성

화분매개용 스마트벌통은 벌통에 각종 감지기(센서)를 적용해 벌통 내부 환경을 최적으로 유지한다.

불볕더위일 때는 벌통 내부 온도 감지기(센서)와 연동된 환기팬이 자동으로 켜져 벌의 활동에 지장이 없도록 온도는 2~3℃, 이산화탄소 농도는 500ppm까지 낮춘다. 한파 때는 감지기(센서)와 연결된 열선 판이 작동돼 벌통 온도는 28~32℃, 습도는 60% 내외로 유지해 준다.

감지기(센서)로 수집된 온도‧습도 등 환경정보, 벌통에 설치된 카메라로 촬영한 벌의 움직임 등을 바탕으로 이미지 심화학습(딥러닝) 기술을 이용해 벌의 활동상태를 확인할 수 있다. 이 정보들은 전용 애플리케이션으로 사용자에게 실시간 제공되며, 벌에 익숙하지 않은 사용자도 벌 상태를 점검하고 벌에 문제가 생겼을 때 신속하게 벌을 교체할 수 있다.

 

 ○ 스마트벌통 종류별 차이점 비교

 

 ○ 스마트벌통 사양 비교

 

 ○ 관련 특허

- 등록 : 곤충 활동 모니터링 시스템 및 그 방법(10-1961670), 뒤영벌의 활동량 측정장치와 그 방법(10-2334566)

- 출원 : 꿀벌 화분매개용 스마트벌통 시스템(10-2022-0172507), 뒤영벌 화분매개용 스마트벌통 시스템(10-2022-0172514), 통합센서를 포함하는 스마트벌통 모니터링시스템(10-2021-0174356), 벌의 활동량 측정장치 및 방법(10-2021-0171672)

핵심기술은 기계학습을 통한 벌 활동 인식 및 벌 내부 환경제어다. 활동량은 이미지 심화학습,딥러닝 기술로 벌의 활동량 계산, 벌의 상태 파악한다. 관리는 벌통 내부 온도, 습도, CO₂ 농도 및 먹이량을 모니터링한다.

벌의 활동량은 꿀벌의 상태와 꽃의 방문 수를 가지고 판단한다.

벌의 크기, 형태, 색깔을 학습시켜 딥러닝을 통한 벌의 인식률 향상한다. (관련 특허 출원 및 등록(‘19, ‘21))

벌의 건강 상태, 꽃의 방문량 예측 통한 작물의 수정률, 꿀의 생산량 계획 등 양봉산업 전반으로 활용 가능하다. 사진-실시간 화분매개벌 인식한다.

 

불볕더위로 비닐온실이 고온일 때 효과적인 수정을 위하여 벌통 내부 온도 유지 및 가스교환 필수적이다.

벌통 내부 온도 35℃ 미만 및 CO₂ 농도 500ppm 미만 유지한다.(관련 특허 등록(‘18))

벌의 활동량 증대(1.6배), 생존 기간 연장(68일)

사진은 화분매개용 스마트벌통(꿀벌)이다.

 

● 화분매개용 스마트벌통 현장 적용 효과

 ○ 스마트벌통을 통한 벌통 내부 환경 개선 효과

(겨울철) 딸기 비닐온실에서 벌통 내부가 화분매개용 꿀벌이 가장 효과적으로 활동할 수 있는 환경(온도 30℃, 습도 60%)을 유지한다.

 -화분매개용 스마트벌통과 기존 관행 스티로폼 벌통 간 벌통 내부 온도 비교

여름철에 토마토 비닐온실에서 벌통 내부 온도를 2℃ 감소시키고, 벌에게 해로운 CO₂를 100ppm 감소시킨다.

 

 -여름철 토마토 비닐온실에서 스마트벌통(뒤영벌)과 일반 벌통의 내부 온도와 CO₂ 농도 비교

벌통 내부 온도

 

 ○ 스마트벌통을 통한 화분매개벌 생존 기간 및 활력 증대 효과

(겨울철) 딸기 비닐온실에서 꿀벌 대상으로 스마트벌통을 적용한 결과, 벌의 생존 기간이 105일에서 173일로 68일 연장되었습니다. (p=0.031).

 - 겨울철 딸기에서 화분매개용 꿀벌의 생존 기간 비교

여름철에 토마토 비닐온실에서 스마트벌통(뒤영벌)을 적용한 결과, 7~8월 벌이 시간당 꽃을 방문하는 횟수가 8.8마리에서 14마리로 1.6배 향상되었다. (p=0.013).

 

 ○ 스마트벌통을 통한 농작물 생산성 향상 효과

(겨울철) 딸기 비닐온실에서 화분매개용 스마트벌통을 적용한 결과, 딸기의 정상과율이 5.6% 향상되었으며, 4월 이후 최대 6.7% 차이를 나타났다. (p=0.008).

 - 겨울철 딸기에서 스마트벌통을 통한 정상과율 향상 효과

여름철 토마토 비닐온실에서 화분매개용 스마트벌통을 적용한 결과, 착과율이 기존보다 14.9% 향상되었다. (p=0.005)

 - 여름철 토마토에서 착과율 비교

 

● 기대효과

농작물에 스마트벌통 적용으로 딸기 농가는 10a당 117만 원, 토마토 농가에서는 100만 원의 이익을 더 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

 

 ○ 겨울철 딸기에서 스마트벌통 경제성 분석(단위 : 원/10a)

1) 대용화분 : 5회×4000원/kg (3회/벌통, 1벌통/6.6a →1.5벌통/10a)

2) 당액비용 : 5회×백설탕 3000원/kg (1:1 당액 기준 제조시 설탕 1kg + 물 1ℓ)

3) 보온재 : 3개×1000원/EPP보온재 20mm (벌통 1.5개 분)

4) 인건비 = 15시간 × 9,710.75원(18‘여성농업노임 77,686원 / 8시간)* 21시간 = 수확 증가량 185 kg / 1인당 1시간 동안 딸기수확량 12.5kg

5) 포장비 = 185.19kg × 880원

6) 꿀벌 구입비 :- 임대료 1통(소비 4매, 10,000마리 이상)/120,000원/하우스 1동(충남 2019년 11월 4-5매 벌 시세)- 추가 꿀벌 임대료 1통(소비 4매, 10,000마리 이상)/320,000원/하우스 1동(충남 2020년 2월 이후 4-5매 벌(시세)

7) 스마트벌통 : 700,000원(고급형) + 꿀벌 가격 120,000/봉군

8) 기형과율 감소- 기존 벌통 상품과율 88.0%, 스마트벌통 상품과율 93.6%- 딸기생산량 3,307kg/10a, 딸기도매단가: 20,511원/2kg (‘19, 농업과학기술 경제성 분석 기준자료집)- 10a당 기형과 감소 증수량: (0.936스마트벌통상품과율 – 0.880기존상품과율 )× 3,307 kg10당딸기생산량

 

 ○ 여름철 토마토에서 스마트벌통 경제성 분석(단위: 원/10a) * 3,000주 정식기준)

1) 봉군 구입비 : 뒤영벌 1통(120마리 이상/통)

2) 스마트벌통 구입비용 : 보급형 환기용 FAN 설치, 자동 환기 온도제어

3) 인건비 = 3일 × 85,300원(‘20 여성농업노임) *2021 농업과학기술 경제성 분석 기준자료집※ 3일 = 수확 증가량 372.66 kg / 1인당 일 수확량 100kg

4) 포장비 = 37상자(10kg 기준) × 880원

5) 상품과율 증가 = 5035.4원 × 372.66 kg (15% 착과율 증가)- 관행 착과율 32%, 스마트벌통 뒤영벌 이용 상품과율 47%- 9월 방울토마토 생산량=2484.4kg/10a (착과율 32% 기준) ※ 7065kg/10a (착과율 91% 기준, ‘09 영농_원예원)- 9월 방울토마토 도매단가: 50354원/10kg (‘20, 월평균) *‘21 농업과학기술 경제성분석 기준자료집- Kg 당 방울토마토 단가 5035.4원(50,354원 / 10kg)- 10a당 증수량(Kg): (0.47개선 뒤영벌 착과율 – 0.320관행 뒤영벌 착과율)× 2484.4 kg10당 뒤영벌생산량( 9월 기준)

 

● 화분매개용 스마트벌통 현장 접목 계획

사과나 배와 같은 노지작물을 비롯하여 딸기, 토마토 등 과채류 스마트팜 혁신밸리 등에 개발 기술을 접목시켜 화분매개 벌의 농작물 생산성 향상 효과검증 및 생산량 예측 시스템으로 확장할 예정이다.

이번에 개발된 스마트벌통을 채밀을 위한 양봉에 맞게 개선하여 화분매개 뿐만 아니라 일반 양봉용으로도 기술을 확장해 나갈 예정이다.

농가에 본 기술이 적극적으로 보급되도록 화분매개용 디지털벌통 기술 시범사업을 지속적으로 추진하겠다.

국립농업과학원양봉생태과 이경용 063-238-2845