정의
액재배(nutrient culture)는 인공배지(medium 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)또는 무배지 상태에서 식물의 필요한 양 수분을 그의 알맞은 조성 및 농도의 영양액을 공급하여 식물을 기르는 재배법
◎ 수경재배(hydroponics, water culture)는 영양소가 들어 있는 수경액 속에 뿌리를 담아서 식물을 생장시키는 재배법
◎ 무토양 재배(soilless culture)는 인공배지에 양액을 공급하여 식물을 재배하는 방법
사진 참조 :수경재배, 배지경재배, 담맥재배, 공장식재배, 식물공장
양액재배는 식물이 뿌리로부터 어떠한 것을, 어떻게 흡수하여 어떻게 이용되는가? 하는 식물 영양의 연구수단에서부터 발전되었다. 그러나 오늘날과 같은 양액재배의 역사는 17C 부터 그 유래를 찾을 수 있다. 1648년 헬몬트(Helmont) 버드나무를 화분에 심고 5년 동안 빗물로만 재배
결과 : 흙의 무게는 57g 감소된 반면 버드나무 무게는 74kg 증가 → 생장에 중요한 역할은
물이라고 결론 내림
1766년 Woodward 77일간 박하 수경재배
빗물재배 1배
템즈강물 1.5배
하이드 파크 암거수(暗渠水) 8배
하이드 파크 암거수(暗渠水) + 庭泥 16배
결론 : 식물은 뿌리로부터 물 + 어떤 성분(?)을 흡수함
1803년 Dalton의 원자설
1842년 비그만(Wiegmann)과 폴스토르프(Polstorff)
石英砂 또는 백금분말 + NH4NO3 → 충분히 생장하지 않음
石英砂 또는 백금분말 + NH4NO3 + 식물을 태운재 → 잘 생장함
1860년 삭스(Sachs) 배양액 연구
1864년 크노프(Knop) 10원소설 제기, 배양액 개량
1921년 Pember 와 Adams 온실 카네이션 재배
1929년 캘리포니아 농업연구소는 게리크(Gericke)등
순수 수경재배인 물탱크재배(tank culture) →양액재배를 원예생산에 이용하는 효시
1938년 Withrow 역경재배 ( gravel culture)
철(鐵)결핍증 - 3∼4일 마다 철원비료 첨가
배양액 조성, 농도 등 문제 - 7∼10일 마다 배양액 갱신
*자갈은 양분의 흡착 치환성이 있고 뿌리도 잘지지 된다.
1946년 미국의 청경채소용(淸경채소용)으로 일본의 조후시(調후시,22ha), 사가현 오쓰시 (,10ha)에서 재배 미군의 역경시설을 Hydroponic Farm 이라 칭함
1955년 네델란드의 슈베닌겐(Scheveningen)에서 제 14차 국제 원예학회에서 국제 무토양재 배학회(ISOSC, International Society for soilless Culture)결성
1965년 일본 240농가 22ha 보급
전국 하천 자갈의 성분차이
자갈의 입수 곤란
作後殘根처리 문제
1965년 훈탄재배
1973년 cooper 의 NFT(Nutritional film technigue) 방식
*1994년 현재 유럽의 시설재배 면적 (37,518ha) 중 28%(8,042ha)가 양액 재배를 하고 있다. (22%는 고형배지경재배 이고 6%는 NFT방식 재배임)
*고형배지경 재배 중 암면재배가 주종을 이루고 피트재배가 그 다음을 차지한다.
*유럽 전체의 채소 양액재배 면적 가운데 절반 정도가 네덜란드에 있으며 화훼는
80%정도를 차지한다.
*일본은 500ha 정도임
3-2. 한국의 현황
*1954년 중앙농업기술원( 현 농업진흥청)10ha 정도의 온실을 만들어 양액재배를 시작하였으나 그 후 20여년 동안 전혀 연구가 이루어지지 않음
*1970년대초 김용철 교수의 관비농업
*1977년 이후 원예시험장(현 원예연구소)에서 순수 수경에 대한 연구 본격화
*1980년 독농가들에 의해 훈탄 수경재배
*192년도에 13.2ha 이었던 것이 5년 후인 196년에는 275.1ha로 약 20배로 면적이 증가
작목별 양액재배 현황 ('97 농진청)
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면적 및 |
고추 |
토마토 |
방울 |
오이 |
상추 |
기타 |
장미 |
화훼류 |
계 |
|
면적(ha) |
24.9 |
75.2 |
46.0 |
36.4 |
15.8 |
15.3 |
56.7 |
4.8 |
275.1 |
|
농가수(호) |
94 |
265 |
154 |
154 |
77 |
66 |
136 |
22 |
968 |
배지 종류별 양액재배 현황
|
면적및 |
Perlite |
암면 |
NFT |
혼합배지 |
사경, |
수기경 |
기타 |
계 |
|
면적(ha) |
118.3 |
84.5 |
11.5 |
21.4 |
1.8 |
16.3 |
21.2 |
275.1 |
|
농가수(호) |
457 |
233 |
71 |
76 |
12 |
65 |
54 |
968 |
3-1. 외국의 분류법
Ellis 와 Swaney (1946) 수경재배, 사경재배, 역경재배
Penningsfeld and Kurzmann (1965) 수경재배, 사경재배, 역경재배 +피트재배추가
Resh (1978)순수수경, 역경재배, 사경재배, 톱밥재배, 기타 수경재배(통재배, peat module method, culumn culture, bag culture)
야마자키 (1982) 고형배지경, 순수수경, 부근식수경(浮根式水耕)
사카키(1983) 분무경, 수경, 고형배지경
Jensen and collins (1985) 비고형배지경, 고형배지경
다카쿠라(1986) 인공배지경, 순수수경, 분무수경
3-2 국내의 분류
|
비고형배지 |
|
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고형배지경 |
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특수수경 |
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*토양과 인공용토의 특성비교
*토양과 인공용토를 이용한 식물 영양학적 장단점 비교
*토양과 인공용토의 재배 관리적인 측면 비교
*재배면적, 재배환경, 식물생육 등을 비교하여 양액재배의 특징을 분석하면 이해가 쉬울 것 입니다.
양액재배는 시설비가 많이 들고 시설을 설치하는데 다음의 사항들을 고려해야 한다.
6-1. 기후 환경
* 일조량이 충분한 지역
*북쪽은 바람을 막을 수 있는곳
*바람이 강한 곳이나 적설량이 많은 곳은 피함
6-2. 토양 조건
*수평이거나 수평을 만들기가 용이한 곳
*배수가 용이한곳
6-3. 용수
*식물 1그루 당 1일 2ℓ 가량의 양질의 물 공급가능
*지하수 오염이 적은 곳
6-4. 사회적 환경
*가스, 전화, 전기 등의 사용이 용이한 곳
*교통이 편리하고 도 소매가 인접한 곳
*노농력을 쉽게 구할 수 있는 곳
* 단지화가 되어 있 는곳
*토지 가격이나 임차료가 적은 곳
7-1. 생산자 측면에서의 필요성
1)노동력 부족 및 인건비 증가로 인한 자동화의 필요성 대두
2)인구 증가 및 공업화의 발달로 재배 변적이 감소함에 따라 생산성 증대가 필요
3)재배 불가능 지역에서의 재배
4)과학적 재배 욕구 증대
5)생산 환경의 개선
6)주년 생산에 의한 소득 증대
7)여가 시간의 확보
7-2. 소비자 측면에서의 필요성
1)저공해, 고품질 생산물에 대한 욕구 증대
2)주년 구매 욕구
|
What elements must a plant absorb to live and grow? Can a plant grow we provided only with elements inorganic form (mineral salts)? Or do plant, like animals, require vitamins? If only minerals are required, then which ones and in what ammounts? How can we know when a plant is lacking some essential elements? How can we provide the limiting element to overcome its deficiency? What are the functions of these elements in plant.
1. 식물의 조성 초본성 원예식물은 생체의 80∼95%가 수분으로 구성되어 있다. 식물체에서 수분 함량을 추가설명 Table. Elemental analysis of whole maize shoot system and selected maize leaf.
2. 필수 영양소 2-1. 종류 식물이 흡수하여 체내에서 발현되는 무기원소는 92개의 천연 원소 가운데 금(Au), 납(Pb), ① 세포의 원형질 및 세포막 형성 물질의 공급 ② 세포액의 삼투압 및 산도에 대한 영향 ③ 세포액의 완충작용 ④ 원형질의 수화도(水和度)에 대한 영향 ⑤ 세포막의 투과성에 관여 ⑥ 과다 성분의 과잉해 ⑦ 원소 상호간의 길항작용 ⑧ 생리작용의 촉매작용 등을 들수 있다. 이와 같은 생리작용을 하는 데 있어 식물의 요구도에 따라 필수원소(essential element) ① 그 원소가 존재하지 않으면 식물의 생활환 (life cycle)을 달성하지 못한다. ② 그 원소가 식물의 생육에 필수적이라면 그 자체가 식물체에 필수적인 어떤 분자 혹은 ③ 어떤 원소가 필수원소라면 직접 식물체내에서 작용해야 하며, 어떤 다른 원소의 공급을 2-2. 배지내 영양소의 존재 형태 일반적으로 영양소는 배양액 상태에서는 이온상태로 존재하지만 배지내에서는 첫째, 3. 영양소의 흡수 식물의 양분의 흡수기관은 크게 잎과 뿌리로 나눌 수 있다. 잎은 주로 CO2, O2 로 존재한다. 3-1. 잎의 흡수 잎에서 양분의 흡수는 기공(stoma)과 미세공(micropore)을 통해 이루어진다. CO2는 3-2. 뿌리의 흡수 뿌리는 식물을 지지할 뿐만 아니라 물과 양분을 흡수한다. 일반적으로 한 식물에 있어 3-3. 양수분 흡수의 이론 식물체 내로의 양분 흡수는 물, 유기물, 그리고 이온 등에 따라 각각 다른 기작에 의해 3-3-1. 물의 흡수 식물체 내로의 물의 흡수는 세포벽이나 원형질막을 통해 이루어지는 수동적인 삼투현상에 3-3-2. 유기질 분자의 흡수 비전해질인 유기질 분자의 막 투과를 통한 흡수는 원형질막에 있는 아주 미세한 여과 구조를 3-3-3. 이온의 흡수 수동적 흡수- 체내의 대사작용과 전혀 상관없이 일어나는 흡수 능동적 흡수- 체내 대사작용과 관련이 있는 흡수 (1) 수동적 흡수(passive absorption) ① 확산설(diffusion theory) ② 집단류설(mass flow theory) ③ 이온접촉치환설(ion contact exchange theory) ④ 도난설(Donnan theory) (2) 능동적 흡수(active absorption) ① 운반체설(carrier theory)은 생체막내에 어떤 분자(운반체)가 있어 이것이 외부의 ② 이온 펌프설(ion pump theory) 3-4. 영양소의 체내이동 뿌리에서 흡수된 물과 영양소는 식물이 필요로 하는 잎 또는 다른 기관까지 이동하게 4-1. 다량원소 4-1-1. 질 소(Nitrogen,N)
4-1-2. 인(Phosphorus, P)
4-1-3 칼륨 (Potassium, K)
4-1-4. 칼슘 (Calcium, Ca)
4-1-5. 마그네슘 (Magnesium, Mg)
4-1-6. 황(Sulfur, S)
4-2. 미량원소
4-2-2. 망간 (Manganese, Mn)
4-3. 기타 4-3-2. 나트륨(Sodium, Na)
|
배양액을 만들기 위해서 약간의 화학적인 지식과 용수, 이온의 흡수특성 및 비료등에 관한 지식이
필요하다 하겠다.
1. 화학적인 개념
1-1. 이온(ion)
1-1-1. 이온
원자는 양전하를 띤 양성자와 음전하를 띤 전자의 개수가 같은데, 전자를 잃거나 얻었을때 생긴
전기를 띤 원자나 원자단을 가르켜 이온이라고 한다. 전자를 잃을 경우에는 양전하를 띠어
양이온이 되고, 전자를 얻는 경우에는 음전하를 띠어 음이온이 된다. 이때 원자가 1개를 잃거나
얻는 전자의 개수에 따라 1가 이온 또는 2가 이온이라고 한다.
1-1-2. 원자량, 분자량, 당량
원자량 : C의 질량을 12로 정하고 이를 기준으로 하여 정한 원자량의 상대적인 질량
분자량 : 분자를 이루는 모든 원자량의 합
당 량 : 한 원소의 원자량을 그 원소의 원자가로 나눈 것
당량 = 원자량/원자가
1-2. 용액 (Solution)
물에 물질이 녹아 있을 경우 이것을 용액이라 하고 녹아 있는 물질을 용질, 녹이는 역할을 하는
물을 용매라고 한다. 즉, 용액(소금물) = 용질(소금) + 용매(물)
1-2-1. 농도(Concentration)
용액내에 용질이 얼마나 녹아 있는가를 나타내는데에는 여러 가지 표시법이 있는데 이러한
표시법을 이해하기 위해서는 단위에 대한 접두어를 알아 두는 것이 편리하다 하겠다.
Prefixes for unit in the international system
|
Pre fix |
Symbol |
Power |
|
tetra |
T |
1012 |
|
giga |
G |
109 |
|
mega |
M |
106 |
|
kilo |
K |
103 |
|
hecto |
h |
102 |
|
deka |
da |
101 |
|
deci |
d |
10-1 |
|
centi |
c |
10-2 |
|
milli |
m |
10-3 |
|
micro |
u |
10 -6 |
|
pico |
p |
10-12 |
|
fento |
f |
10-15 |
|
atto |
a |
10-18 |
1) 퍼센트 농도 (Percent Concentration) : 용액 100ｇ중에 녹아 있는 용질의 질량(ｇ)
％ 농도 = 용질의 질량/용액의 지량 100
2) 몰 농도 (Molarity) : 몰 농도는 용액의 1L당 용질의 몰수로 정의한다.
몰농도 = 용질의 몰수/liter(L)용액 = molL-1
*“M”은 리터당 몰수(moles per liter)의 약어
* 몰 농도는 온도에 영향을 받는다.
3) 몰랄 농도 (Molarity) : 몰랄농도는 용매 1㎏당 용질의 몰수로 나타낸다.
몰랄농도 = 용질의 몰수/용매 1㎏ = mol/㎏
*질량의 비율을 내포하고 있어 온도에 영향을 받지 않는다.
4) 규정농도 (Normality, N) : 용액 1L중에 녹아 있는 용질의 당량수
N = 용질의 당량수/용액의 부피(L) (단위 : e/L)
5) Part per million (ppm) : 100만분의 1이라는 뜻으로 용액 1ℓ중에 녹아 있는 용질의 ㎎수를
말한다.
ppm = 용질의 질량(㎎)/용액의 부피(ℓ)
예제] 질산칼슘 (Ca(NO3)2) 656.4ｇ이 물 4L에 녹아서 Ca(NO3)2용액 5L가 되었다고 가정하고
％농도, 몰농도, 몰랄농도, 규정농도, ppm의 농도를 계산하면
① Ca(NO3)2의 분자량은 : 164.1g
② Ca 와 NO3 의 원자가는 : 각각 2 와 1
％ 농도 : 656.4g/5000㎖ 100 = 13.1％
몰농도 : 656.4g/164.1/5 = 0.8 M
몰랄농도 : 656.4/164.1/4 = 1 mol
규정농도 : 0.8 2 = 1.6 N
(Ca(NO3)2의 1M의 분자량은 164.1이나 1N의 분자량은 164.1 1/2임)
ppm : 656.4 103/5 = 131.280 ppm
1-2-2. 전이온농도 및 전기 전도도(Electrical Conductivity, EC)
전이온농도란 배양액 내에 존재하는 모든 이온 농도의 합을 일컽는다. 양액재배에서는 전이온
농도를 실용적으로 측정이 용이한 전기전도도(EC)로 측정한다. 전기전도도란 전기를 통하는
정도를 말하며 단면적이 1㎠인 전극이 1㎝ 떨어져 있을 때 평행전극간에 채워져 있는 용액의
전기저항의 역수라고 정의된다. 전기전도도를 나타내 는 단위는 mho 이지만, 배양액의 전기전도도는
편의상 mmho/㎝ (millimho) ms/㎝(s : siemens), 또는 ds/m(미터법을 권장)로 표시한다.
(단위만 다를 뿐 수치의 변동은 없다.) 이와 같은 전기전도도는이온의 이동성(K는 Na보다
이동성이 큼), 전하(2가 이온이 1가 이온보다 큼), 농도 및 온도에 비례한다. 용액의 온도 변화가
1℃당 전기전도도는 2％정도가 변하므로 측정시 용액의 온도를 명기하여야 한다. EC 로는
이온의 개별적인 농도를 알 수는 없으나 전체 농도를 추정할수 있는바 이온의 종류에 관계없이
이온의 농도가 높을수록 EC값은 크다. EC와 식물의 생육관계는 다음가 같다.
|
전기전도도(mmho/㎝) |
식물의 생육상 |
|
0 ∼ 2 |
모든 식물이 생육가능 |
|
2 ∼ 4 |
염분에 예민한 식물은 생육불량 |
|
4 ∼ 8 |
내염성 식물만 생육가능 |
|
8 ∼ 16 |
대부분 작물이 생육불량 |
|
16 ∼ |
생육불량 |
1-2-3. pH (Potential of Hydrogen) :
수소이온 농도의 역에 상용로그한 것이 pH이다.
즉, pH = - log10[H+]로 정의 한다. 이를 변형하면 [H+] = 10-pH 이다.
따라서 수소이온 농도에 10배의 차가 있으면 pH로도 1의 변화가 있게 된다.
예) CO2의 포화수용액에서는 수소이온 농도가 1.3 X10-4 M이다. 이 용액의 pH는 ?
[H3O] = 1.3 X10-4
pH = -log[H3O+] = log[1.3 X 10-4]
= -(log 1.3 + log10-4)
= -(0.11-4)
= 3.89
예2) pH값이 4.5인 어떤 용액의 수소이온 농도를 계산하라.
[H3O+] = 10-pH
= 10-4.5
= 100.5 X 10-5
= 3.2 X 10-5
2. 용수
양액재배에서는 식물 1주당 일 2ℓ의 양질의 물을 공급하여야 한다. 따라서 용수에 대하여
고려해야 할 사항은 수질과 수량이라 하겠다.
2-1. 수질
용수는 양액재배를 하기 전에 모든 원소에 대하여 조사를 하여야 한다. 용수에 포함된 각 이온의
양을 알면 염류장해나 비료의 절감효과도 얻을 수 있다. 일반적으로 용수에 철분이 많으면
Mn, P이 결핍되기 쉽고 Mn이 많으면 Fe이 결핍되기 쉽다. 또한 Na, Cl, SO4가 과다하게 함유되어
있으면 K, Ca, Mg등의 흡수를 저해한다. 용수에 수은, 납, 카드뮴, 크롬, 비소 등의 중금속이
있으면 식물의 생육 뿐만 아니라 인체에 해를 끼친다.
2-1-1. 지하수
우리나라 지하수에는 대부분 Ca나 Mg 이 많이 포함되어 있다. 이러한 칼슘과 마그네슘은
탄산염이나 황산염의 형태로 존재하는 것이 일반적이다. 황산이온(SO4--)은 필수적이나
탄산이온(HCO3-)은 저농도 (50ppm이하)에서는 식물에 해를 끼치지는 않으나 고농도에서는
pH가 높아져서 불용화되고 이온이 생긴다.
2-1-2. 수돗물
수돗물을 정수하는 방법에는 침전-염소처리로 하는 방법과 입상활성탄이나 오존을 처리하는
방법이 있다. 이 중 국내에서는 침전-염소처리를 이용하고 있는데, 이는 염소가 용수에 0.4
∼0.5ppm정도 존재하게 된다. 이러한 잔류염소는 티오황산나트륨(Na2 S2O3·5H2O)을
물 1 톤당 2.5g 첨가하면 pH 변동 없이 제거된다.
2-1-3. 염분이 있는 물 (Mg, Na, Cl)
Mg, Na와 Cl의 농도가 높으면 (Na 80ppm,염소 10㎖/ℓ,Mg 8㎖/ℓ) 식물의 생육에 장해 요인이
된다. 이러한 용액이 고농도로 존재하면 과잉해(Mg 2%, Cl 350ppm)가 나타나거나 배양액의
삼투압이 상승하여 뿌리의 흡수능력이 저하되고 생리장해가 나타난다. 이러한 물질들은 역삼투법을
이용하여 제거는 할 수 있으나 비용이 많이 든다.
2-1-4. 철분이 함유된 물
용수 중에는 철분이 일반적으로 Fe(HCO3)2 형태로 용해되어 있으며 공기와 접하면 Fe(OH)3의
형태로 붉은색의 침전물이 생긴다. 이러한 철분을 제거하는 방법으로는 용수에 산소를 접촉시켜서
침전을 유도한 후 여과하는 방법이 있다.
2-1-5. 용수의 허용기준
표. 유럽과 일본에서의 용수의 기준
|
지 역 |
EC(ms/cm) |
pH |
질소를 뺀 총염류함량 |
|
유 럽 |
0.3이하 |
5∼6.5 |
450ppm |
|
일 본 |
0.02∼0.04 이하 |
6.3∼7.0 |
520ppm이하 |
*NO3-N은 60ppm이하(일본)
표. 작물에 따른 용수내 원소 한계치
|
항목 |
단위 |
식물의 내염성 | |||
|
매우약함 |
약함 |
중간 |
강함 | ||
|
EC |
㎲/㎝ |
400 |
800 |
1,000 |
1,500 |
|
삼투압 |
bar |
0.15 |
0.3 |
0.4 |
0.6 |
|
총염류량 |
㎎/ℓ |
250 |
500 |
750 |
1,000 |
|
Cl |
㎎/ℓ |
50 |
100 |
200 |
300 |
|
SO4 |
㎎/ℓ |
100 |
200 |
250 |
300 |
|
Na |
㎎/ℓ |
50 |
100 |
150 |
150 |
|
경도 |
|
2 |
4 |
7 |
11 |
|
Ca |
|
1 |
3 |
5 |
9 |
|
Fe |
㎎/ℓ |
1 | |||
|
B |
㎎/ℓ |
0.5 | |||
* Z 1me/ℓ는 28㎎ CaO/ℓ에 해당됨
2-2. 용수의 양
양액재배시 용수의 양은 식물 1주당 2ℓ, 또는 ㎡당 6ℓ의 용수가 필요하다. 1ha라면 하루에
59.4톤의 용수를 공급할 수 있어야 한다.
3. 이온의 흡수특성
3-1. 질소
질소는 질산태 질소 (NO3-N)와 암모니아태 질소(NH4-N)의 형태로 식물이 흡수한다. 일반적으로
식물은 NO3-N을 선호하나 식물의 종류, 생육단계, 환경, 배지내 다른 이온의 농도에 따라서 달라진다.
암모니아태 질소는 식물에 흡수되면 곧 바로 생합성에 이용되어 영양생장이 바르게 일어나고 질산태
질소는 식물에 흡수된 후 환원이 되고 나서 생합성에 이용되므로 영양생장은 조금 늦어진다. 그러나
일반적으로 질산태 질소와 암모니아태 질소를 적당한 비율로 공급하는 것이 좋다. 이때 암모니아태
질소는 50%를 넘지 않는 것이 좋다.
(1)질소를 NO3-으로만 줄 경우 나타나는 문제점
① NO3-는 KNO3나 Ca(NO3)2 의 형태로 공급
→NO3-의 농도를 변화시키면 Ca나 K의 농도도 변함
② 배양약의 pH가 안정되지 않고 상승하기 쉽다.
③엽채류에는 잎에 NO3-가 축척될 가능성이 크다.
④염색이 담록색으로 되고
⑤파 등에서는 품질저하(잎이 꺽임)
(2) NH4-만을 줄 경우
① 낮은 농도에서도 식물생육에 장해가 나타남
② 뿌리 표면에 H+가 많이 축적됨
③ pH가 안정되지 않고 내려감
④ 온도가 높으면 과잉해가 나타나기 쉽다
(3) NO3 와 NH4를 겸용해서 줄경우
① pH의 변화가 작다
② 엽중의 NO3농도를 낮출 수 있다.
③ 엽색이 짙어진다.
3-2. 인산
인산이온의 형태는 배양액의 pH에 따라서 H2PO4- 이온과 HPO4-2 이온이 서로 변화된다.
예를 들면 pH 5.0에서는 용액에 H2PO4-2 -만이 존재하고 pH 6.0에서는 인산의 9%가 HPO4-2
91%가 H2PO4-2 -로 존재한다. 이러한 현상은 pH가 높아지면 OH-이 많아지므로 H2PO4-2 -는
OH-와 반응하여 HPO4-2 로 되기 때문이다.
H2PO4-2 + OH-2 → HPO4-2 + H2O
반면에 pH가 낮으면 H2PO4-가 많이 생기기 때문에 배양액 중 Ca, Fe, Mg, Zn, Cu의 농도를
높게 해도 침전이 생기지 않는다. 즉, CaHPO4나 Ca3(PO4)2가 생기지 않고 Ca(H2PO4)2가
생겨 침전이 생기지 않는다.
3-3. 철
철은 중성이나 알칼리성에서는 난용성이나 산성에서는 용해도가 높다. 즉, pH가 높을 때
FeSO4·7H2O나 FeCl2·6H2O를 철원으로 양액에 공급하게 되면 침전이 생긴다. 따라서 넓은
범위의 pH에서도 안정적인 킬레이트의 형태로 철을 공급하는 것이 좋다.
표. Chelate 의 종류
|
종 류 |
유효 pH |
|
Nitrilotriacetic acid (NTA) Ethylene-diamine-tetra-acetic acid (EDTA) Diethylene-triamine-pentaacetic acid (DTPA) Ethylene-diamine-dihydroxyphenyl-acetic acid (EDDPA) |
1∼3 1∼6 2∼7 2∼9 |
4. 배양액에 사용하는 비료
식물에 필요한 16가지의 필수 영양소 중 C, H, O는 공기나 물에 포함되어 있으므로 13가지
성분을 배양액 상태로 식물에 공급한다.
4-1. 용해도
용해란 물에 녹아 있는 비료의 최대 농도를 말한다. 즉 용해도가 낮다는 것은 물에 비료 등이
조금 밖에 녹지 않는다는 것을 뜻한다.
표. 비료의 용해도
|
화학식 |
분자량 |
용해도(g/L) |
|
KNO3 |
101 |
334 |
|
KH2PO4 |
136.1 |
330 |
|
MgSO4·7H2O |
246.5 |
720 |
|
Ca(NO3)2·4H2O |
236 |
극대 |
|
CaCl2·6H2O |
219 |
극대 |
|
K2SO4 |
174.3 |
118 |
|
NH4H2PO4 |
115 |
330 |
|
NH4NO3 |
80.1 |
902 |
|
(NH4)2SO4 |
132.1 |
531 |
|
NaH2PO4 |
120 |
극대 |
|
Fe-EDTA |
382.1 |
- |
|
H3BO3 |
61.8 |
51 |
|
MnSO4·4H2O |
23.1 |
720 |
|
MnCl2·4H2O |
197.9 |
632 |
|
ZnCl2 |
136.3 |
1280 |
|
ZnSO4·7H2O |
287.6 |
546 |
|
(NH4)2MoO4 |
196 |
- |
|
CuSO4·5H2O |
250 |
- |
4-2.순도
주성분 이외의 성분은 다른 비료와 화학반응을 일으켜 침전이 될 수 있거나 점토등과 같은 불활성
불순물이 섞여 있을 수 있다. 또한 순도가 낮으면 상대적으로 유해성분이 많이 포함될 수 있다.
따라서 양액재배에 이용하는 비료는 일반 토양에 사용하는 비료처럼 순도가 낮은 것은 사용하지
말아야 한다.
4-3. 배양액 조성의 조건
o 필수 무기 양분을 함유할 것
o 뿌리에서 흡수가 용이한 이온 상태일 것
o 식물에 필요한 양분의 총이온 농도가 적절한 것
o 식물에 유해한 이온을 함유하지 않을것
o 용액의 pH범위가 5.5-6.5범위게 있을것
o 양분의 비율 및 pH 변화가 적을 것
* 참고 : 배양액의 종류
① 대표적인 배양액의 종류
② 유럽에서 사용하고 있는 배양액
③ 식물별 양액재배용 배양액 조성표
④ 벨기에에서의 배양액 조성표
⑤ 한국 원시액의 배양액 조성표
5-1. pH
5-1-1. pH와 양분
- 배양액의 pH는 5.5∼6.5가 좋다.
- pH 4.5 이하 : Ca, Mg, K 등과 같은 알칼리성 염류가 불용화
- pH 7 이상 : 철이 침전 (Fe(OH)3)
- pH 8 이상 : Mn, P, Zn, Cu 불용
- pH 4 이하나 9 이상일 경우 : 뿌리 세포의 세포막이 파괴도거나 세포액 중의 K+와 H+
이 침출됨
* 토양에서 pH에 따른 무기성분의 용해도
5-1-2. 재배기간 중 pH의 변화
배양액의 pH가 상승하는 이유는 음이온의 흡수가 왕성하기 때문이고 pH가 하강하는 경
우는 양이온의 흡수가 왕성할 때 나타난다.
예1) 배양액의 조성 및 농도가 작무이 흡수하는 조성 및 농도와 다를 경우 배양액의 pH
변화가 생긴다. 즉, 토마토, 가지, 피망, 상추 → 박과 채소에 비하여 NO3, P을 많이 흡수
예2) 온도와 광도에 따라 pH가 변홤
적극적으로 흡수되는 이온 (N,P,K)은 고온, 고광도 일수록 흡수가 많아짐
→ pH가 높아지기 쉬움
적극적으로 흡수되는 이온 (N,P,K)은 저온, 저광도 일수록 흡수가 적어짐
→ pH가 낮아짐
* 소극적으로 흡수되는 이온(Ca, Mg)
예3) 뿌리에서 배출되는 유기산, 아미노산, CO2(H2CO3) (호흡에 의해 방출) 등은 pH를 저
하시킨다.
예4) 질소원으로 NH4H2PO4, KNO3 대신에 NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4Cl을 사용하면 pH
가 낮이진다.
예5) 영양생장기에는 NO3 흡수 왕성 → pH 상승
과실비대기에는 K 흡수 왕성 → pH 하강
5-1-3. pH 조절
pH를 높이는데는 KOH를 사용하고
pH를 낮추는데는 H2SO4 HNO3, H3PO4 사용한다.
* 황산 : 황산은 흡수 속도가 느리기 때문에 황산을 다량 사용하면 EC가 높아짐
인산 : 칼슘과 반응하여 침전을 일으키므로 다량시용은 삼간다.
질산 : 질소원으로 이용된다.
5-1-4. 배양액의 수명
2개월 정도가 배양액의 실용적인 수명의 한계임.
5-2. 용존산소
식물은 뿌리로부터 양수분을 흡수할 뿐만 아니라 산소를 흡수하여 호흡을 한다. 뿌리의
호흡은 뿌리의 생장과 양분 흡수에 사용되는데, 뿌리는 공기 중의 산소와 배양액에 녹아 있
는 용존 산소를 흡수한다.
용존 산소 요구량은 고온기 일수록 높고 식물의 종류에 따라 다르다. 예를 들면 오이는
토마토 2배를 요구한다.
표. 수온과 포화 용존 산소량
|
온도(℃) |
mL/L |
ppm |
|
1 |
9.96 |
14.2 |
|
5 |
8.96 |
12.8 |
|
10 |
7.91 |
11.3 |
|
15 |
7.11 |
10.2 |
|
20 |
6.42 |
9.2 |
|
25 |
5.86 |
8.4 |
|
30 |
5.34 |
7.6 |
|
35 |
4.83 |
6.7 |
* 1ppm은 약 0.7mL/L에 해당
용존산소량이 부족해지면 P, K, Ca, Mn 등의 흡수가 저하되며, 에틸렌 생성량이 많아져서
뿌리가 고사하기도 한다.
표. 용존 산소 부족에 따른 식물 반응
|
용 존 산 소 량 |
식 물 반 응 |
|
5.3 ppm 이하 |
측근 발생이 억제 |
|
1.5 ppm 이하 |
호흡 속도 감소 |
|
0.5 ppm 이하 |
생장 정지 |
제 4 장 양액재배 관련 설비 및 자동제어체계
① 양액재배 시설시 고려사항
- 양액의 누출이 없을 것
- 설비의 안전
- 수리 및 보수가 용이
- 노동력을 적게 필요할 것
② 양액재배 방식의 선택
- 작물 및 작형 고려
- 재배장소 고려
- 경제적 조건 고려
- 판매전략 고려
- 인건비 등 고려
③ 양액재배의 필요설비
- 베드
- 배양액 탱크
- 급배액 장치
- 부대장치(여과, 공기주입)
- 용수탱크
- 제어장치
1. 온실
- 온실의 토양소독 : 토양표면을 가볍게 경운 후 전면에 2% 포르말린 살포
- 수평정지
- 수평정지 후 필름을 깐다.
2. 설비
2-1. 베드(bed)
- 식물의지지
- 뿌리의 보호
- 양분, 물, 산소의 공급
2-1-1. 베드의 재료
- 콘크리트
- 나무
- 플라스틱 필름
- 시판제품
2-1-2. 베드의 구조
- 폭 120cm이내 × 깊이 20cm이내 × 길이 30m 이내
- 배액구 쪽을 낮게하여 배액이 잘 되도록 함
2-1-3. 베드의 높이
- 작업효율과 작업환경을 좋게하기 위하여 허리높이에서 작업을 할 수 있도록 설치
* 초장이 큰 것 : 베드를 낮게
* 초장이 작은 것 : 지면위에 높게 설치
2-2. 원수 탱크(Water Tank)
- 1-9ton/10a
- 방수 모르타르 콘크리트 탱크나
- 유색 FRP나 PE탱크
2-3. 배양액 탱크(Solution Tank)
- 10ton 이상일 경우 철근콘크리트로 지하에 설치
- 10ton 이하일 때 : FRP tank
* 지하에 설치시 지하수면이 낮고 배수가 잘되는 곳에 설치
2-4. 비료희석기(dilute liquid feed injector)
- 비료희석기 : 관수 시스템에 부착하여 농축 배양액을 관수하는 물에 자동으로 혼입,
희석시켜서 원하는 농도의 배양액을 공급하는 기구
- 농축정도가 심하면 침전이 생길 수 있으므로 농축정도가 200배를 넘지 않는 것이 좋음.
- 비료희석기 종류 : 정량식과 비율식이 있음
* 정량식 - 벤츄리형(Venturi type)인 진공흡입방식
* 비율식 - 주입식 방식(injector type)
2-5. 배양액의 온도 조절장치
- 배양액의 온도 16-18℃
2-6. 급배약장치
- 부식성이 강해야 함
- 인체에 무해한 도금
- 일반적으로 plastic 제품 많이 이용
- 본관은 50mm 지관은 13mm정도
- 배관은 병렬식으로 연결
2-7. 여과장치
- 100mesh의 filter
2-8. 공기주입장치
- 공기로 흡입하는 펌프
- 에어 펌프
- 배양액의 낙차를 이용
- Venturi 현상이용
2-9. 살균장치
- UV lamp(20mJ/cm2) : 킬레이트철이 불활성화 됨
- 가열살균(95℃에서 30초)
- 여과 살균
- 오존살균(750mV로 20분간) : 킬레이트철이 불활성화됨
- 모래여과
3. 제어체계
양액재배 제어체계는 양액재배 장치제어, 배양액제어, 기상환경제어로 나눌 수 있다.
제어에 관한 내용은 별도의 장에서 다루기로 한다.