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문제 정의
- 우리나라 유통상토에 대한 물리적 표준분석법을 설정하기 위한 연구를 실시하였다.
- 전 호(Kim et al. 2002)에 이어 우리나라 상토에 대한 물리성 표준분석법 실험결과를 몇 가지 더 추가하고자 한다.
가설 설정
- 이러한 특성을 가지는 상토에 대하여 유묘가 수 분장력 10 kPa에서의 수분상태에서 재배된다고 가정하면 뿌리의 과도한 공기노출로 유묘에 수분 장해를 초래할 것으로 기대된다. 실제로, Oe Boodt 등은 유묘재배 시험을 통해 수분장력 10 kF에서 작물의 수분장해가 시작된다고 보고한 바 있다(de Boodt et al.
제안 방법
- (Saturated hydraulic conductivity : Ksat)투명한 아크릴컬럼(0: 5.0cm, h:20cm)에 거름 천(filter cloth)을 부착하고 14cm의 높이로 상토를 채웠다. 시료는 용적밀도를 고려하여 가능한 균일하게 충진하였다.
- 8) +1}로 변형하고 y = a + bx + ex2 + dx3에 의해 각 시료에 대해 parameter a, b, c, d를 구함으로써 수행되었다. 그러나 본 연구에서는 수분장력별 수분함량의 관계에서 수분장력의 변형 없이 3차식을 적용하였다.
- 08cm, 용적 lOOatf)에 채우고 수조에서 저수위법으로 물을 공급하여 1일간 포 화시킨다. 그리고 수조에서 옮겨 중력수를 제거한 후 건조온도와 건조시간을 조사하기 위하여 105℃와 70℃의 건조기에 넣어 항량이 될 때까지 건조하였으며, 항량점을 확인하기 위해 시간 간격을 두어 무게를 측정하였다. 중량수분함량의 계산은 건물을 기준(dry base)으로 한 수분 중량/건조상토중량과 함수물을 기준(wet base)으로 한 수분중량/ 습윤상토중량의 두 가지 방법으로 하였다.
- 그리고 일정한 장력에서 수분함량을 측정하기 위하여 다시 물로 1일간 포화시킨 후. 물을 배수시켜 가면서 수분장력 0.5, 1, 3, 5, 7, 10 kPa에서 각각 48시간의 평형을 유지시킨 후 무게를 측정하였고, 105 ℃ 에서 24시간 건조 후의 무게로 각 장력에 대하여 중량수분 함량(%, w/w)을 계산하였다. 용적수분함량(%, v/v)은 중량수분함량X용적밀 도에 의하여 산출하였다(그림 1).
- 보수력은 주로 저압용으로서 Eijkelkamp사의 Sandbox법을 사용하여 0.5, 1, 3, 5, 7, 10 kPa 의 수분장력 상태의 수분함량을 조사하였다.
- 상토의 수분흡수 물성을 측정하기 위한 한 가지 방법으로 토양의 포장용수량 측정법을 응용하였다. 시료를 거름천 (filter cloth) 으로 하단을 막은 시료관(직경 5.
- 수분 함량은 105℃ 건조기에서 16시간 건조하여 수도용상토는 (건조전 무게-건조 후 무게) / (건조 후 무게) X 1으로, 원예용상토는 (건조 전 무게 - 건조 후 무게) / (건조전 무게) X 100으로 하였다.
- 시료를 거름천 (filter cloth)으로 하단을 막은 시료관(sample tube, 2inch core (직경 5.08cm, 용적 100에 채우고 샌드박스(Eijkelkamp Co.)에 올려놓고 하단으로부터 물을 공급하여 2 일간 포화시키고, 수분장력 1 kPa에서 시료관 위 로 팽창한 시료를 절단판으로 시료관면에 수직으 로 밀어 제거하여 시료를 안정화시켰다. 그리고 일정한 장력에서 수분함량을 측정하기 위하여 다시 물로 1일간 포화시킨 후.
- 5, 1, 3, 5, 7, 10 kPa에서 각각 48시간의 평형을 유지시킨 후 무게를 측정하였고, 105 ℃ 에서 24시간 건조 후의 무게로 각 장력에 대하여 중량수분 함량(%, w/w)을 계산하였다. 용적수분함량(%, v/v)은 중량수분함량X용적밀 도에 의하여 산출하였다(그림 1).
- 그리고 수조에서 옮겨 중력수를 제거한 후 건조온도와 건조시간을 조사하기 위하여 105℃와 70℃의 건조기에 넣어 항량이 될 때까지 건조하였으며, 항량점을 확인하기 위해 시간 간격을 두어 무게를 측정하였다. 중량수분함량의 계산은 건물을 기준(dry base)으로 한 수분 중량/건조상토중량과 함수물을 기준(wet base)으로 한 수분중량/ 습윤상토중량의 두 가지 방법으로 하였다.
- 5cm로 유지하면서 포화 수리전도도를 측정하였다. 측정전에 수두차 15.5 cm로 30분간 물을 흘려 토주를 안정시켰으며, 203가 통과하는 시간을 측정하였다. 포화 수리 전도도는 Darcy의 이론에 따른 정수위법 (constant head) 에 의하여 다음과 같이 계산하였다.
- 충진된 컬럼은 저수위법으 로 물을 공급하여 24시간 포화시킨 후. 포화수리 전도도 측정장치에 설치하고 사이펀 (siphon)을 연결하여 수두차(h)를 15.5cm로 유지하면서 포화 수리전도도를 측정하였다. 측정전에 수두차 15.
- 포화수리전도도 측정을 위해 컬럼을 충진할 경우 용적밀도를 고려하였으며, 24시간 수분포화시 대부분의 시료가 팽창하여 고정한 높이에서 안정화되었으나, 일부 시료는 그 양이 다소 부족하여 더 첨 가하고 다시 24시간 포화시킨 후 측정하였다.
- 포화수리전도도는 직경 5cm X높이 20cm인 아크릴 원통을 이용하여 정수위별에 의한 포화수리전 도도를 측정하였다.
- 풍건상토 일부를 건조기에 넣어 105P에서 16 시간 건조하고 건조된 상토 100g을 전기로에 넣 어 600℃에서 17시간 회화시켜 변화된 무게를 측정하였다.
대상 데이터
- 국내 시중에 유통되고 있는 53개의 원예용 상토와 9개의 수도용 상토를 대상으로 설정된 분석법을 적용하여 실험하였다.
이론/모형
- 5 cm로 30분간 물을 흘려 토주를 안정시켰으며, 203가 통과하는 시간을 측정하였다. 포화 수리 전도도는 Darcy의 이론에 따른 정수위법 (constant head) 에 의하여 다음과 같이 계산하였다.
성능/효과
- 2로 유사했다. 3차식에 의한 전체 시료의 회귀식에서 결정계수(R2)는 0.9731 ~0.999의 범위에 있었으며 그 평균은 0.9956으로 다양한 상토의 수분 변화 특성을 나타내는데 적합하였다.
- 4종류의 시료 모두 AV와 WBC 에는 큰 차이가 없었으나, EAW와 OMP에 대해서는 큰 차이를 보였다. 시료 C와 시료 B의 보수력 특성을 비교해보면, 시료 C는 초기 수분 포화시 보수력이 떨어지지만 수분장력에 의해 수분을 유출시키는 과정에서는 수분과 강한 결합력을 형성함으로써 수분장력 -1.
- 그림 4는 시료의 보수력 특성의 차이를 EAW에 의해 구분하여 나타낸 것이다. 국산상토에서 시료 C사 제품은 EAW가 가장 낮았으며 시료 D사 제품은 가장 높았고 외산상토에서는 시료 E사 제품이 가장 낮았으며 시료 그림 1의 B사 제품이 가장 높게 조사되었다.
- 따라서 무기 재료인 수도용상토의 경우에는 토양과 같이 건물기준 (수분중량/건조상토중량 X 100)이 합리적이며 , 유기재료인 원예용상토는 식물체 수분함량 측정법인 함수물 기준(수분중량/ 습윤상토중량 X 100)이 적절하였다. 또한 수분 함량을 조사하기 위한 건조기 건조시간은 수도 및 원예용상토 모두 105℃에서 16시간 정도로 통일하는 것이 적절한 것으로 보인다.
- 즉 OMP가 낮은 상토의 경우 유묘의 재배에 유리한 특성을 가지고 있으나 쉽게 건조할 수 있어 관수를 자주해 주어야 하며 , OMP 가 큰 상토는 유묘 가 수분을 이용하는데 다소 어려움이 있으나, 쉽게 건조되지 않아 배지의 물관리가 유리할 것으로 생각된다. 따라서 작물 종자의 발아 초기에는 OMP가 낮은 상토가 유리하고, 유묘가 어느 정도 생장하여 뿌리의 발달에 의한 수분의 이용이 많아질 경우 OMP가 다소 높은 상토가 유리할 것으로 판단된다.
- 따라서 무기 재료인 수도용상토의 경우에는 토양과 같이 건물기준 (수분중량/건조상토중량 X 100)이 합리적이며 , 유기재료인 원예용상토는 식물체 수분함량 측정법인 함수물 기준(수분중량/ 습윤상토중량 X 100)이 적절하였다. 또한 수분 함량을 조사하기 위한 건조기 건조시간은 수도 및 원예용상토 모두 105℃에서 16시간 정도로 통일하는 것이 적절한 것으로 보인다.
- 본 연구에 적용된 방법은 Karlovich 등(1986)에 의한 방법과 모든 시료의 수분특성 곡선이 대부분의 수분장력에서 중복되는 유사한 경향을 보였으며 회귀식에 의해 얻어진 OMP에 대해서도 절대값으로서 편차 평균이 0.2로 유사했다. 3차식에 의한 전체 시료의 회귀식에서 결정계수(R2)는 0.
- 시료 C는 AV 16.8%, EAW 20.0%, WBC 6.5%, OMP가 9.4kPa로 조사되었으며 시료 D는 AV 15.4%, EAW 34.5%, WBC 7.9%, OMP가 4.1kPa로 조사되었고 시료 B는 AV 19.1%, EAW 38.1%, WBC 7.4%, OMP가 2.8kPa로 조사되었으며 시료 E는 AV 17.1%. EAW 28.
- 4종류의 시료 모두 AV와 WBC 에는 큰 차이가 없었으나, EAW와 OMP에 대해서는 큰 차이를 보였다. 시료 C와 시료 B의 보수력 특성을 비교해보면, 시료 C는 초기 수분 포화시 보수력이 떨어지지만 수분장력에 의해 수분을 유출시키는 과정에서는 수분과 강한 결합력을 형성함으로써 수분장력 -1.7kPa부터 시료 B 보다 높은 수분함량 을 보였으며, 수분장력 1아;Pa에서는 그 차이가 12.7%로 큰 차이를 보였다. 이러한 시료의 보수력 특성 차이는 수분과 공기조건을 함께 고려할 수 있는 OMP에 의해 해석하는 것이 적절하였다.
- 신분석법에 의한 유통상토의 수분 함량은 원예용이 평균 46.34%, 수도용이 평균 16.89%이었고 원예용 상토의 EAW는 28.4%, WBC 7.01%,OMP는 5.60 kPa로 나타났으며, 육묘를 위한 적정 수분 함량은 44.41% 이었고 포화수리전도도는 1.71 cm minT 이었다.
- 7%로 큰 차이를 보였다. 이러한 시료의 보수력 특성 차이는 수분과 공기조건을 함께 고려할 수 있는 OMP에 의해 해석하는 것이 적절하였다. 즉 OMP가 낮을수록 고상입자와 수분사이에 결합력이 낮아 작물이 물을 이용하기에 유리하며 OMP가 높을수록 고상입자와 수분사이에 결합력이 커서 많은 양의 수분을 보유하지만 쉽게 이용할 수 없는 특성을 가진다.
- 조사된 포화수리전도도는 국산의 경우 그 범위가 0.4~4.0 cm/min이고 평균이 1.6 cm/min이었으며, 외산의 경우는 그 범위가 2.0~4.7 cm/min이고 평균이 3.6 cm/min으로 전반적으로 높게 조사되었다. 포화수리전도도에 있어 외산 상토는 국산상토에 비해 평균 2배 이상 높게 조사되었는데, 그것은 국산상토에 포함되는 무기물 (제올라이트, 황사, 규조토 등)이 물의 흐름에 부의 작용(Bunt.
- 이러한 시료의 보수력 특성 차이는 수분과 공기조건을 함께 고려할 수 있는 OMP에 의해 해석하는 것이 적절하였다. 즉 OMP가 낮을수록 고상입자와 수분사이에 결합력이 낮아 작물이 물을 이용하기에 유리하며 OMP가 높을수록 고상입자와 수분사이에 결합력이 커서 많은 양의 수분을 보유하지만 쉽게 이용할 수 없는 특성을 가진다.
- 초기 수분 함량은 105℃와 70 ℃ 에서 유사하였으나 시간이 경과함에 따라 105P에서의 건물 기준(dry base)으로 계산된 수분함량은 급격하게 감소하는 경향을 보였고 함수물기준(wet base)으로 계산된 수분함량의 경우에는 다소 직선적으로 일정하게 감소하는 경향을 보였다. 항량에 이르는 시간은 70P의 경우 72시간이었고 105℃의 경우 16에서 24시간 사이에 존재하였다.
- 표 1에서 상토 출하시 수분함량을 보면 수도용 상토는 평균이 16.89%로 나타난 반면 원예용상 토의 경우에는 매우 다양하여 평균이 46.34%이고 그 범위가 14.82%에서 70.72%까지 나타나서 제품별 수분범위가 매우 넓고, 따라서 실제 상토의 건물무게는 큰 차이를 나타내며, 출하시 상 토의 수분상태가 제품의 특성을 나타내는 기준이 될 것으로 생각되었다.
후속연구
- 따라서 우리나라 유통상토에 대한 표준분석법 개발 방향은 물리성의 일반요인인 입자밀도, 용적 밀도 외에 보수성, 배수성, 통기성과 관련되는 보수력 . 포화수리전도도, 입도 등을 선정하여 1차적 으로 정립하고자 하였으며 이 분야 연구가 발전되면 더욱 정밀하고 정확한 분석방법 들이 개발될 것으로 기 대된다.
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