순환식수경재배양수분관리 2014. 10. 24. 최기영 김일섭 이용범 여경환
순서 1. 양 수분흡수요인 2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 3. 순환식양액조성 4. 순환식정밀급액관리
배양액재사용에따른분류 양액공급 식물근권환경 양액공급 식물근권환경 양액회수 ( 재사용 ) 저장탱크 양액폐기 저장탱크 < 비순환수경재배 > 이온균형을갖춘배양액공급 - 급액량의 20~50% 가배액됨 - 수분및비료손실크다 - 환경오염발생원인 < 순환식수경재배 > 이온균형이불확실한배양액공급 - 양분관리제어능력부족 - 시스템미확보와시행착오 - 병발생 (Disease outbreak) - 생육장해 (Problem with growth)
조성배양액의유지관리 - 적합한배양액을조성처방하여도재배중변화한다. - 주기적인배양액분석을통해비료의가감처방. - 무기이온센서계측, 모델링, 식물체 ( 엽병 ) 분석 원수급액배액
파프리카배액분석과처방전
1. 양 수분흡수 작물요구도에맞는양수분공급으로생육의균형조절관리기술 작물환경시스템 종류, 품종 생육단계 ( 영양생장, 생식생장포함 ) 부위 ( 잎, 과실뿌리 ) 광 온도 습도 일장등 방식 배지종류 급액관리등
1. 양 수분흡수 작물적특성 1) 배양액종류 - 과채류 ; 한국배양액, 유럽배양액, 일본배양액 - 엽채류 ; 한국배양액, 일본배양액 - 화훼류 ; 일본배양액, 한국배양액
1. 양 수분흡수 2) 생육단계에따른양분흡수율이다름 토마토의양분흡수율
흡수량 / 공급량 (cc/j) 광 (J/cm2) 1. 양 수분흡수 - 환경 1) 일사량과급액 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 줄당흡수랑줄당공급량주평균광량 2500 2000 1500 1000 500 0.0 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0 주별일사량에따른파프리카공급량과흡수량 ( 남원, 2012)
그림. 펄라이트순환식재배시광량에따른양수분흡수변화 ( 김등, 2000, Kor. J. Hort. Sci & Technol.)
1. 양 수분흡수 2) 온도 고온기 저온기 그림. 양액농도에따른장미순환식배양액의 ph, EC 변화 ( 양등, 2009, J. Bio-Environ.Control)
1. 양 수분흡수 - 시스템 1) 시스템 순수수경, 고형배지경 < 담액수경 > < 분무경 > < 박막수경 >
표. 수경방식과용존산소함량이상추생육에미치는영향 (97, 서울시립대학교 ) System DO level (mg L -1 ) No. of Leaves No. of Length (cm) Leaf Width (cm) Fresh weight (g/plant) Dry weight (g/plant) Top Root Top Root DFT 6.0-7.0 24.5 24.0 19.2 130.4 24.7 6.67 1.66 DFT 7.0-8.0 26.0 28.1 20.1 207.6 32.3 9.06 1.80 NFT 7.0-7.5 29.0 26.5 20.1 180.9 32.6 8.10 1.90 NFT 7.5-8.0 29.7 25.8 21.5 218.7 36.4 9.09 2.16 Aeroponics 7.0-7.5 26.3 27.1 19.8 209.2 31.9 8.78 1.71 Aeroponics 7.5-8.0 30.4 26.2 21.2 281.8 48.8 14.93 2.76
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양수분흡수에따라변화하는근권환경을안정화위한관수전략 배양액조건 필수무기양분 이온형태 적정농도 적정 ph 배지물리화학성 - 수분보유, ph - 급액시간 ( 시작과마감 ) - 급액양과회수 - 배액율 양액조성 - EC ; 생육단계 0.6~3.5dS m -1 - ph 5.5~6.5 - 무기이온수준 환경 - 시스템 : 순수수경, 배지경 - 근권온도 - 용존산소
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 배지 1) 배지특성에따른수분보유력차이 수분보유력이높은피트모스, 톱밥배지과습해져영양생장유도 수분보유력이낮은자갈, 펄라이트배지는건조해져생식생장유도
코이어조성별배지함수량변화 - 1 일공급양 ; 600mL - 1 일 6 회공급 : 60mL/ 회 * 측정간격 2 분, 측정기간 2008. 1 5 ( 자료 : 서울시립대, 2011)
2) 공급횟수에따른배지수분변화. 1 일급액량 : 600mL 동일 30ml - 20times 45ml - 13times 60ml - 10times 90ml - 7times 120ml - 5times 150ml 4 times coconut dust : fiber = 8:2(v:v), * 측정간격 2 분, 측정기간 2008. 1 5 ( 자료 : 서울시립대, 2011)
배지종류에따른 ph 와 EC 변화 ( 딸기순환식 ) ( 자료 : 전등, 2011, J. Bio-Environ. Control) 알카리성배지 : 암면, 훈탄등 중성, 약산성배지 : 펄라이트, 질석, PUR, 코코넛등 강산성배지 : 피트모스, 바크등
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 배지 2) 배지함수량조절 광량을고려한급액방식상이 W ATER CONTENT STONEW OOL SLAB recom m ended d aily course P1 P2 P3 Water content in c re a se p e rc e n ta g e d e c re a se p e rc e n ta g e firs t firs t la s t T im e irrig a tio n ru n -o ff irrig a tio n s u n ris e s u n s e t s u n ris e s ta rt ( 자료 : Grodan)
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 배지 수분공급의편차및속도분석
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 배지 표. 양액공급방법에따른배지내함수율, EC 조절 구분 1 회급액량급액횟수급액시작급액종료배액량급액 EC 다량다회 EC 높다 =/ = = =/ EC 낮다 =/ =/ = = WC 높다 다량소회 늦게 빠르게 = WC낮다 소량다회 빠르게 늦게 = 증산량이많고, 급액량이많은시기는양액농도를낮추고, 급액횟수를많게한다.
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양액조성 1) 이온조성
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양액조성 2) EC( 농도 ) 100 생육의 10% 감소 생장 (%) 50 전이구역 결핍적정독성 0 임계농도 조직내영양소농도 (μmol/g 건량 ) (Epstein, 1972)
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양액조성 3) ph ph 와양분가용성 - 경량상토 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 NITROGEN POTASSIUM PHOSPHORUS CALCIUM MAGNESIUM IRON MANGANESE BORON 양분흡수에따른배양액 ph 변화 ZINC COPPER ( 자료 : Lucas 와 Davis, 1961)
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양액조성 원예작물의적정급배액 ph 구분 ph 범위 급액 : 적정급액 5.0~6.5 근권 : 최적근권 적정근권 5.5~6.2 5.5~6.5 ( 서울시립대, 1997)
표. 과채류식물체분석에의한잎의무기이온적정수준 (J.B. Jones 등, 1991) 원소 파프리카 ( 성숙잎 ) 토마토 ( 생장점부위 ) 생육초중기생육후기생육초기생육중기생육후기 T-N 4.0~6.0% 3.5~5.0% 4.0~6.0% 3.0~4.0% 1.8~2.5% P 0.35~1.0% 0.22~0.7% 0.25~0.75% 0.4~1.0% 0.18~0.6% K 4.0~6.0% 3.5~4.5% 2.9~5.0% 5.0~9.0% 3.5~6.0% Ca 1.0~2.5% 1.3~2.8% 1.0~3.0% 1.5~2.4% 1.5~2.5% Mg 0.30~1.0% 0.3~1.0% 0.4~0.6% 0.32~0.8% 0.33~0.9% S 0.4~1.2% B 25~75ppm 25~75ppm 25~60ppm 25~75ppm 25~75ppm Cu 6~25ppm 6~25ppm 5~20ppm 5~50ppm 5~50ppm Mn 50~250ppm 50~250ppm 40~200ppm 50~250ppm 50~250ppm Zn 20~200ppm 20~200ppm 20~50ppm 20~250ppm 20~250ppm Fe 60~300ppm 60~300ppm 40~200ppm 60~300ppm 60~300ppm
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 양액조성 4) 무기이온요구도 엽채류종류에따른적정다량원소조성 ( 96~98. 서울시립대학교 ) 작물 T-N PO 4 -P K Ca Mg 미량원소 ---------------------------------me/l--------------------------------- ppm 적축면 ( 잎상추 ) 11.7 2.0 6.7 3.5 2.0 청축면 11.1 1.8 6.7 3.1 2.0 Fe-2.000 반결구 10.8 2.0 6.5 3.0 2.0 Cu-0.050 엔다이브 9.9 2.1 5.5 3.7 2.0 B-0.450 치커리 13.0 3.0 7.2 4.0 3.0 Mn-0.300 딜 9.4 2.1 6.2 2.8 1.7 Zn-0.300 바실 12.8 3.6 5.8 5.8 3.0 Mo-0.050
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 환경 1) 용존산소 수온, 용존산소도및뿌리호흡속도와의관계 ( 자료 : 일본시설원예협회 / 양액재배연구회, 2012)
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 환경 2) 근권온도 엽채류 작물명 근권온도 ( ) 저온한계적정고온한계 150 토마토파프리카딸기오이삼엽채파상추 15 18 13 15 13 13 13 18~24 20~24 18~22 18~24 16~22 18~24 15~22 28 28 25 28 25 25 25 Fresh weight (g plant -1 ) 100 50 0 37 30 23 Days after treatment ` 10 30 25 15 20 Solution temp.( ) ( 자료 : 서울시립대, 1996~1997)
EC (ds m -1 ) 6 5 4 3 2 배액 (EC2.7) 기준 급액 (EC2.1) 기준 1 0 1~15 16~30 1~15 16~30 1~15 16~30 1~15 16~30 1~15 16-30 1~15 16~30 1~15 16-30 1~15 16~30 1 월 2 월 3 월 4 월 5 월 6 월 7 월 8 월 공급 EC 슬라브 EC EC 비순환식방식에서파프리카공급과슬라브의 EC 변화 (2014, 강원도인제 )
2. 양수분 ( 급액 ) 관리기술 근권내양분변화 - ph 영향인자 : 작물, 양액조성, 생육단계, 배지 - EC 영향인자 : NO 3, K, SO 4, Cl, Na 등지속적증가형 (NO 3, Ca, Mg, SO 4 ) 지속적감소형 (NH 4 ) 생식생장기감소형 (PO 4, K)
급액관리 - 관수는배지내에서재포수, 새로운양액교체, 배액등에의해결정해야함. 효율적인배지는최소의배액으로최대의양액 교체효과를가져오는것.
3. 순환식양액조성 1. 분석 원수및근권 ( 배액 ) EC, ph, NO 3, NH 4, H 2 PO 4, K, Ca, Mg, Na, Cl, SO 4, HCO 과채류 3 및미량원소 국외 2~3 주간격 ( 화란 ) 구분 작물명 2. 계산 단위 mm 근권분석값조정 ( 설정 EC/ 측정 EC) 오이, 토마토, 고추, 딸기, 가지, 호박등 화훼류 장미, 거베라, 카네이션, 안스리움등 엽채류 잎상추, 결구상추 과채류 파프리카, 고추, 오이, ( 방울 ) 토마토등 국내 화훼류 4. 조제 장미 설정 EC 양이온 / 음이온엽채류비율조정잎상추, 반결구, 허브류, 치커리등근권분석값보정 비료선택 3. 처방 - 생육단계별, 이온성분별가감 배액활용율에따른배액내이온성분계산 이값 ( 원수내이온값포합 ) 을설정 EC 에서빼면실제공급하고자하는배액 EC 와각이온함량이결정됨
작물별수경재배시스템에다른양액조성과근권목표값 ( 예, 파프리카 ) 원소 순환식 급액 비순환식 근권목표값 배액허용범위 EC, ds m -1 1.6 2.1 2.7 1.5~5.0 NH 4 mm L -1 0.5 0.5 <0.5 <2.0 K 5.75 6.75 5 2~11 Na <10 Ca 3.5 5.0 8.5 4~15 Mg 1.125 1.5 3 1~6 NO 3 12.5 15.5 17 6~30 Cl <15 SO 4 1.0 1.75 3 0.5~8 HCO 3 <2 H 2 PO 4 1.0 1.25 1.2 0.4~2.75 Fe um L -1 15 15 15 3~75 Mn 10 10 5 0.5~20 Zn 4 5 7 1.5~50 B 25 30 80 25~150 Cu 0.75 0.75 0.7 <6 Mo 0.5 0.5 * 생육단계 ( 표준액, 육묘, 정식, 영양생장기, 1 그룹착과기등 ) 에따른조성다름 ( 자료 : Kreij et al., 1999; Sonneveld &Straver, 1992 )
표. 순환식수경재배이온제어를위한파프리카상하한설정기준과보정값 조절 무기이온농도 (mmol L -1 ) 무기이온농도 (μmol L -1 ) 단계 K Ca Mg NO3 SO4 P Fe Mn Zn B Cu 1 <3.0 <5.0 <8.0 <0.50 <15.0 <3.0 <40 <0.3 2 3.9 5.9 <2.0 9.9 <2.0 0.89 17.9 <3.0 4.9 59 0.4 3(std.) 8.0 10.0 4.0 25.0 4.5 1.50 35.0 10.0 10.0 100 1.5 4 9.5 11.5 4.0 27.0 4.5 1.90 50.0 15.0 15.0 120 2.5 5 >9.5 >11.5 >27.0 >1.90 >50.0 >15.0 >15.0 >120 >2.5 조절 단계 보정값 (mmol L -1 ) 보정값 (%) K Ca Mg NO3 SO4 P Fe Mn Zn B Cu 1(+) 3.0 2.0 4.0 0.5 50 50 50 50 2(+) 1.5 1.0 0.5 2.0 0.75 0.25 25 25 25 25 25 3(std.) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4(-) 1.5 1.0 0.5 2.0 0.75 0.25 25 25 25 25 25 5(-) 3.0 2.0 4.0 0.5 50 50 50 50 50 ( 자료 : Kreij et al., 1999 )
파프리카근권과배액분석을이용한처방프로그램 배액의희석비율 프로그램등록 (2010, 서울시립대, 제주대공동개발 )
4. 순환식정밀급액관리 순환식양액개별이온제어를위한시스템
국내수경재배연구현황 생산기술시스템배지배액재활용 - 순환식수경 - 비순환식수경 - 무배액수경 - 배양액관리 - 순수수경 (NFT, DFT, Aeroponics) - 고형배지경 - 무기배지 ( 암면, 펄라이트등 ) - 유기배지 ( 피트, 코이어등 ) - 배액재활용 - 배액소독 - 배액분석 - 배액처방 ( 급액최적화 ) 순환식수경재배관련기술의국내 외수준구분국내국외 안정생산기술 개념정립 기술안정, 실용화 시스템활용기술 개념정립, 도입 기업화, 기술안정 배액재활용기술 개념정립, 도입 기업화
4. 순환식정밀급액관리 작물에맞는조성처방이라도재배과정중변화작물생육진단과근권안정화를위한급액관리 작물요인 ( 특성, 품종등 ) 정기적인작물생육진단 생산성향상 재배기술요인 ( 재배관리, 배양액관리등 ) 환경요인 ( 지상부, 지하부 )
작물생육진단 최소의자원투입으로최대의효과 생산성수량, 품질 경영비비용절감 연속수확시기, 크기 온실환경은동적처리과정으로지속적개선필요
작물생육진단표예 주지 잎 ( 자료 : 서브스트라투스코리아 )
1) 무기이온제어 Table. Growth characteristic of butterhead lettuce as influenced by control of mineralnutrients. Leaf Leaf Fresh weight Dry weight No. of Treatmentz length width (g/plant) (g/plant) leaves (cm) (cm) Top Root Top Root EC 14.5 by 18.5 b 42.0 b 163.8 c 20.7 b 6.48 b 1.26 b NPK 16.6 a 19.9 a 42.0 b 173.4 b 22.7 a 6.50 b 1.41 a Macro 15.8 a 19.5 a 42.8 b 182.0 ab 23.6 a 6.69 ab 1.48 a Macro & Micro 15.7 a 20.5 a 46.5 a 195.0 a 23.4 a 6.82 a 1.48 a z EC: controlling EC, NPK: controlling N, P and K nutrients, Macro: controlling N, P, K, Ca and Mg 장미 nutrients, ( 양Macro 등,& 2008), Micro: controlling 오이 N, (Toshitki P, K, Ca, Mg, Fe, et Cu, al., Mn and 1998), Zn nutrients. y Duncan's multiple range test, significant at 5% level. 토마토 (Jo, 2002), 딸기 (Udagawa, 1996) 등 ( 96~98. 서울시립대학교 )
2) EC 기준 4 주 파프리카 - 조정 EC 2.5dS m -1 - 배액재활용시기 : 4 주, 8 주, 12 주 8 주 12 주 조정전배액조정후배액 ( 자료 : Ko et al., 2013, Hort. Enviorn. Biotechnol. )
3) 배액율 파프리카암면순환식 그림. 배액율에따른이온농도변화 ( 안등, 2010, J. Bio-Environ.Control)
ph EC (ds/m ) 배액재사용 (40%) 파프리카온실 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 7/11 7/17 7/22 8/11 8/19 9/12 9/22 Δ EC 배액 급액 배액기준급액기준 품종 : 아르페가 ( 엔자 ), 소과형 평균수량 8.3kg /m 2 7 6 5 4 3 2 1 0-1 -2 7/11 7/17 7/22 8/11 8/19 9/12 9/22 Δ ph 배액급액
4. 순환식수경재배양수분관리 정기적인샘플채취 분석과조정 양분균형관리 배지 ( 특성, 급액관리 ) 정기적인작물생육진단 정밀근권관리 양수분안정범위함수량편차 환경 ( 광, 온도, 습도 )