Introduction

감자는 쌀, 밀, 옥수수와 함께 세계 4대 식량 작물 중 하나이며 전 세계 125개 국가 이상에서 재배되고 있는 중요한 작물이다(Devaux et al., 2021). 국내에서도 감자는 식량 및 가공원료 측면에서 중요한 위치를 차지하고 있다(Lee et al., 2024). 그러나 최근 국내 농촌 사회는 고령화 및 인구 감소로 인한 노동력 부족이 심화되면서 생산비용 증가와 농업 경쟁력 약화라는 구조적 문제로 이어지고 있다(Shin et al., 2015). 감자 생산 공정에서 수확 작업은 가장 많은 비용과 노동력이 소요되는 단계에 해당되며, 특히 굴취 작업 이후 진행되는 수집 작업은 기계화율이 낮아 인력 의존도가 매우 높은 실정이다(Lee et al., 2020). 그러나 수확 기계화를 통해 생산비용을 절감하고 노동 생산성을 향상시킬 수 있다는 사실은 다수의 선행 연구에서 입증된 바 있다. Da Cunha 등은 기계화 수확의 총 비용이 반기계화 방식 대비 49.03% 낮으며, 자주식 수확기 1대가 평균 23명의 인력 수집 작업을 대체할 수 있음을 보고하였다(Da Cunha et al., 2011). 또한, 감자 굴취기와 컨베이어 벨트를 결합한 수확 기계의 도입이 관행 인력 작업 대비 75%의 노동력 및 작업 비용 절감 효과를 가져온 사례도 보고되었다(Reddy et al., 2018).

그러나 고가의 농업기계 도입에 따른 초기 투자비용은 중소규모 농가의 기계화를 제한하는 주요인으로 작용하고 있다. 이에 따라 새로운 농업기계 도입의 타당성을 객관적으로 평가하기 위해서는 단순한 작업능률 향상 효과뿐만 아니라 기계비용분석법(machinery cost analysis)에 기반한 체계적인 경제성 분석이 필요하다. 기계비용분석법은 연간 고정비와 연간변동비를 산정하여 인력 작업 대비 기계화 방식의 손익분기점(break-even point)을 도출하는 방법이다(Lee et al., 2016, Choi et al., 2021). 이는 농업기계의 현장 보급 가능성을 판단하고 관련 정책을 수립하는 데 있어 중요한 근거자료로 활용된다(Machado et al., 2018, Jobbágy et al., 2021).

최근 국내외에서는 노지 밭작물 수확 작업의 기계화를 위한 경제성 분석을 수행한 연구가 다수 수행되었다. 승용 자주식 마늘 수집기 개발 연구에서는 포장성능평가를 통해 농업기계 검정기준을 만족하고 밭작물 기계화율 향상에 기여할 수 있음을 확인하였다(Lee et al., 2022). 또한, 두류 픽업형 수확기 연구에서도 관행 수확 대비 작업능률이 대폭 향상됨과 동시에 구체적인 손익분기점 면적이 도출되었으며, 정부 보조금이 손익분기점 개선에 기여하는 것으로 보고되었다(Yoo and Chang, 2014). 이러한 연구 동향에 맞추어, 감자 수집 공정에서도 수확 후 처리 과정에서의 인력 소모를 최소화하고 기계화율을 제고하기 위한 맞춤형 기술 개발과 이에 따른 경제성 분석을 요구하고 있다(Johnson and Cheein, 2023).

따라서, 본 연구에서는 개발된 감자 수집기 및 추종형 이송기를 대상으로 국내 감자 주요 생산지인 강원도 정선군에 위치한 실증 포장에서 현장 시험을 수행하였으며, 관행 인력 작업 방식과 기계화 작업 방식의 작업능률을 비교·분석하였다. 또한, 기계비용분석법을 적용하여 각 작업 방식에 따른 연간 총 소요비용을 산정하고, 누적 소요비용 분석을 통해 손익분기점을 도출함으로써 감자 수집기 및 추종형 이송기 시스템 도입의 경제적 타당성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 향후 국내 밭작물 환경에 적합한 수확 기계화 보급 정책 및 농가 의사 결정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Materials and Methods

감자 수집기 및 추종형 이송기

본 연구에서 적용된 감자 수집 시스템은 전방의 감자 수집기와 후방의 이송기가 연계하여 작동하는 전기 배터리 구동 방식이며 형상 및 제원은 Fig. 1 및 Table 1에서와 같다. 본 수집 시스템은 전방에서 감자 수집기가 토양 표면에 노출된 감자를 컨베이어 벨트를 통해 1차적으로 수집하면, 뒤를 따르는 추종형 이송기가 이를 받아 톤백에 저장되는 구조로 설계되었다.

Fig. 1.

View of the potato collecting system: (a) potato collector, (b) follow-type transporter.

작업능률 계측 방법

작업능률 계측을 위한 현장 시험은 강원도 정선군에 위치한 실증 포장에서 수행하였다(Fig. 2). 작업능률 측정을 위한 시험구획은 감자 수집기의 최대 작업 폭인 1.2 m와 주행 길이 18 m를 고려하여 총 21.6 m²의 면적으로 설정하였다. 기계화 수집 작업은 감자 수집기가 포장 표면의 감자를 컨베이어 벨트로 이송하기 시작한 시점부터, 최종적으로 후방의 이송기 내 톤백에 감자 수거가 완료되는 시점으로 정의하였다. 반면, 인력 수집 작업은 작업자가 지정된 구획 내의 모든 감자를 수작업으로 수집하여 지정된 수거 장소까지 운반을 완료하는 데 소요된 총 시간으로 계측하였다. 이때 작업자의 연령 및 숙련도 차이에 따른 작업능률의 오차를 최소화하기 위해 해당 지역에서 감자 수집 작업 경험이 있는 숙련된 농민을 섭외하여 현장 시험을 수행하였다. 각 작업 방식에 따른 현장시험 및 작업능률 계측 모습은 Fig. 3에서와 같으며 식 (1)을 통하여 산출하였다.

Fig. 2.

View of the experimental field for the test: (a) actual field, (b) satellite image.

Fig. 3.

Detailed view of potato collecting operation in field test: (a) mechanized operation, (b) manual operation.

여기서, K는 작업능률(h/10a), A는 작업면적(10a), T는 작업시간(h)을 의미한다.

경제성 분석 방법

기계화 및 인력 작업의 경제성을 비교·분석하기 위해 기계비용분석법을 적용하였다. 기계비용분석법은 농작업 수행 시 발생하는 연간 고정비와 연간 변동비를 산정하여 연간 총 소요비용을 산출하고, 손익 분기점을 도출하는 방법이다. 이때 연간 총 소요비용은 식 (2)와 같이 연간 고정비와 연간 변동비의 합으로 산출된다.

여기서, Ct는 연간 총 소요비용(원/년), Cf는 연간 고정비(원/년), Cv는 연간 변동비(원/년)를 의미한다.

연간 고정비는 감자 수집기 및 추종형 이송기를 구매 및 사용할 때 고정적으로 소요되는 비용으로 연간 감가상각비, 연간 수리비, 연간 이자의 합을 통하여 식 (3)과 같이 도출하였다. 이때 감자 수집기 및 추종형 이송기의 구매가격 및 내구연한은 제조사에서 제시한 정보를 기반으로 각각 50,000,000원 및 12년으로 설정하였다. 연간 감가상각비는 직선법을 활용하여 식 (4)를 통해 도출하였다. 이때 폐기가치는 참고문헌을 통해 기계 구매비용의 5%로 적용하였다(Lee et al., 2025). 연간 수리비는 기계 구매비용의 6%로 설정하였으며, 연간 이자는 기계 구매비용과 폐기가치의 평균값에 연간 이자율 5%를 곱하여 식 (5)와 같이 산출하였다(Koo, 2021).

여기서, Cd는 연간 감가상각비(원/년), Cr는 연간 수리비용(원/년), I는 연간 이자(원/년), Cp는 구매비용(원), Cdp는 폐기가치(원), E는 내구연한(년)을 의미한다.

연간 변동비는 식 (6)에서 같이 연간 유류비와 연간 인건비의 합으로 구성되나, 본 연구의 감자 수집기 및 추종형 이송기는 전기 배터리 구동 방식이므로 연간 유류비는 분석 대상에서 제외하고 연간 인건비만을 고려하였다. 이때 배터리 충전에 소요되는 농업용 전력 요금은 기존 내연기관의 유류비 대비 비용이 극히 미미하여 전체 경제성 분석결과에 미치는 영향이 제한적이므로 계산의 편의를 위해 연간 변동비 산정에는 배제하였다.

여기서, Cl는 연간 인건비(원/년), Cfuel는 연간 유류비(원/년)을 의미한다.

연간 인건비 산정에는 통계청에서 제시한 2024년 기준 일일 남성 노동임금인 151,828원/일을 적용하였다(KOSIS, 2024). 연간 수집 작업시간은 강원도 감자 재배 농가를 대상으로 실시한 설문조사 결과인 50시간을 적용하였다. 이때 1일 평균 작업시간을 9시간으로 가정하여 연간 총 작업일수를 6일로 산정하였으며, 이를 기반으로 연간 인건비는 식 (7)과 같이 산출하였다. 또한, 단순 비용 비교의 한계를 보완하기 위해 동일한 연간 작업면적을 처리한다는 가정을 설정하고, 이에 소요되는 인력 및 변동비를 환산하여 비교하였다. 기계화 수집 작업인원은 기계 운용을 위한 기본 인원(2인)과 톤백 교체 및 수집함 조달 등 현장 보조 작업 인원(3인)을 고려하여 총 5명으로 적용하였다. 이에 대응하는 인력 작업의 필요 인원은 본 연구의 현장 시험을 통해 도출되는 각 작업 방식의 실측 작업능률 비례 관계를 적용하여 최종 환산 후 대입하였다. 이때 인력 작업 인원의 환산은 동일한 작업 면적을 동일 기간 내에 처리한다는 조건 하에, 기계화 방식과 인력 방식의 단위 면적당 실측 작업능률(h/10a) 비를 노동 투입량에 적용하는 표준 노동력 환산(man-day) 방법을 따랐다.

여기서, Cm은 일일 남성 노동임금(원/일), Nl은 작업인원, Dl은 연간 작업일수(일/년)를 의미한다.

최종적으로 도출된 각 작업 방식의 연간 총 소요비용을 기반으로, 인력 작업 방식의 누적 소요비용과 기계화 방식의 초기 구매가격(50,000,000원)을 포함한 연도별 누적 소요비용을 비교·분석하였다. 이를 통해 기계화 작업의 누적 비용이 인력 작업보다 낮아지며 경제적 우위를 확보하게 되는 시점인 손익분기점을 도출하였다.

Results and Discussion

작업능률 계측 결과

기계화 및 인력 수집 작업의 작업능률 계측 결과는 Table 2에서와 같다. 계측 결과, 설정된 시험 구획 내에서 수집 작업에 소요된 실측 시간은 기계화 및 인력 수집 방식에서 각각 0.021 h 및 0.077 h로 나타났다. 이를 국내 농업공학 분야의 표준 대비 기준인 10a당 소요 작업시간으로 환산하여 비교한 결과, 기계화 및 인력 수집 방식에서 각각 0.97 h/10a 및 3.59 h/10a로 나타났다. 즉, 선행 연구를 통해 개발된 감자 수집기 및 추종형 이송기를 실제 감자 농가에 적용할 경우, 기존의 관행 인력 작업 대비 단위 면적당 작업 시간을 획기적으로 단축하여 작업능률을 약 3.7배 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이러한 작업능률 향상은 전방 수집기의 연속적인 회전 컨베이어 수집 메커니즘을 통해 노동자의 상하 굴신 운동을 배제하고, 후방 이송기의 자동 추종 기능을 통해 수집된 감자를 톤백에 상시 투입함으로써 기존 인력 작업에서 빈번하게 발생하는 톤백 이동 및 교체 등의 작업 지연시간을 최소화했기 때문으로 판단된다. 특히 본 연구의 감자 수집 시스템은 단일 기계가 아닌 전방 수집기와 후방 추종형 이송기가 협조 작업을 수행하는 구조로, 굴취 이후 인력 의존도가 가장 높은 수집 공정을 대상으로 작업능률과 경제성을 정량적으로 분석하였다는 점에서 기존 단일 수확기 중심의 연구와 차별성을 가진다.

경제성 분석 결과

기계화 및 인력 수집 작업의 연간 고정비 산정 결과는 Table 3에서와 같다. 기계화 수집 작업의 경우, 감자 수집기 및 추종형 이송기 시스템의 초기 구입가격을 50,000,000원으로 적용하였을 때 연간 감가상각비 3,958,333원/년, 연간 수리비 3,000,000원/년, 연간 이자 1,312,500원/년으로 나타났다. 이를 합산한 기계화 수집 작업의 최종 연간 고정비는 8,270,833원/년으로 산출되었다. 반면 인력 수집 작업은 별도의 기계 구매비용이 요구되지 않으므로 연간 고정비는 발생하지 않았다.

기계화 및 인력 수집 작업의 연간 변동비 산정을 위해 앞서 도출한 작업능률 실측 결과를 기반으로 작업 인력을 환산하였다. 인력 수집 작업이 기계화 수집 작업과 동일한 작업능률을 확보하기 위해서는 약 3.7배의 추가 인력이 요구되는 것으로 분석되었다. 이에 본 경제성 분석에서는 계산의 편의성 및 실제 농작업 현장의 적용성을 고려하고 제한된 수확 적기 내에 동일한 면적을 처리하기 위한 총 노동투입력을 등가 환산하여 가정할 필요가 있다. 따라서 인력 수집 작업 인원을 기계화 작업 인원의 4배에 해당하는 총 20명으로 환산 및 설정하여 분석을 수행하였다. 연간 변동비 산출 결과는 Table 4에서와 같으며, 기계화 및 인력 수집 작업에서 각각 4,554,840원/년 및 18,219,360원/년으로 나타났다.

기계화 및 인력 수집 방식의 연간 총 소요비용 산정 결과는 Table 5에서와 같다. 각 작업 방식의 연간 총 소요비용을 분석한 결과, 기계화 및 인력 수집 방식에서 각각 12,825,673원/년 및 18,219,360원/년으로 나타났다. 따라서 기계화 수집 방식을 도입할 경우, 인력 수집 방식 대비 연간 5,393,687원의 비용 절감 효과가 있음을 확인하였다.

기계화 수집 방식의 초기 감자 수집기 및 추종형 이송기의 구매비용(50,000,000원) 부담이 발생하여 초기 투자 비용이 상대적으로 크다. 그러나 영농 규모가 지속됨에 따라 인력 소모에 따른 변동비 상승을 기계화 시스템이 대체하여 매년 5,393,687원의 누적 비용 격차가 발생한다. 따라서 초기 투자 비용 회수 시점인 손익분기점을 분석한 결과, 기계화 수집 방식 도입 후 9.3년이 경과하는 시점부터 기계화 수집 방식의 누적 소요비용이 인력 작업 방식보다 낮아져 경제적 우위가 나타나는 것으로 확인되었다(Table 6, Fig. 4). 이는 단일 농가 구입 및 이용을 가정한 결과이며, 감자 수확 적기 제한에 따른 연간 작업일수 부족이 주된 원인이다. 향후 기계화 시스템의 보급 타당성을 확보하기 위해서는 인근 농가와의 공동 이용 체계 구축이 필요하다. 이를 통해 연간 기계 이용률을 확대하면 초기 구매비용 대비 손익분기점을 단축할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 4.

Break-even point result based on the cumulative cost for mechanized and manual collecting operation.

Conclusion

본 연구에서는 감자 수집기 및 추종형 이송기를 강원도 정선군 실증 포장에 적용하여 작업능률을 계측하고, 이를 기반으로 인력 수집 방식과의 경제성 분석을 수행하였다. 현장 실증 시험을 통한 작업능률 계측 결과, 기계화 수집 방식의 작업능률은 0.97 h/10a로 나타나 인력 수집 방식(3.59 h/10a) 대비 약 3.7배 향상되는 것으로 확인되었다. 이는 전방 감자 수집기의 연속 회전 컨베이어 메커니즘과 후방 이송기의 자동 추종 및 투입 기능을 통해 작업 지연시간을 최소화했기 때문으로 판단된다. 각 작업 방식의 경제성을 평가한 결과, 기계화 수집 방식의 연간 고정비는 8,270,833원/년으로 산출되었으나 별도의 기계 구매가 필요하지 않은 인력 수집 방식은 0원으로 나타났다. 한편 기계화 작업 인원 5명에 대응하는 인력 작업 인원을 20명으로 환산하여 연간 변동비를 산정한 결과, 기계화 및 인력 작업 방식에서 각각 4,554,840 및 18,219,360원/년으로 나타났다. 이에 따라 연간 고정비 및 변동비를 합산한 연간 총 소요비용은 기계화 작업 방식이 12,825,673원/년으로 산출되어, 인력 작업 방식 대비 매년 5,393,687원의 누적 비용 격차가 발생하는 것으로 확인되었다. 초기 기계 구입비용(50,000,000원)을 고려한 경제적 손익분기점을 분석한 결과, 기계화 수집 방식 도입 후 약 9.3년이 경과하는 시점부터 누적 소요비용의 역전 현상이 발생하여 경제적 우위를 점하는 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에 적용된 기계화 수집 방식은 초기 투자 비용의 부담이 발생하지만, 지속적인 영농 규모 확보 시 대규모 인력 소모를 효과적으로 대체하여 농가 경영비를 절감할 수 있는 것으로 기대된다. 이는 향후 농촌 사회의 노동력 부족 및 인건비 상승 문제에 대응하기 위한 밭농업 기계화 정책 및 농가 보급 타당성을 뒷받침하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.