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문제 정의
- 그러나, 장미의 계통별 흡수특성 및 재배시기를 고려한 순환식 수경재배에 적합한 장미 전용 배양액은 개발되지 않은 실정이다. 따라서 본 시험에서는 계절별로 국내 환경조건에서 적용성이 높아 배양액의 pH, EC 및 무기이온의 안정성을 높일 수 있고 장기간 사용가능한 장미 전용 순환식 배양액을 개발하고자 하였다.
- 본 연구는 장미 순환식 수경재배 시 재배시기별로 적합한 배양액을 개발하고자 일본야채다업시험장 표준액을 1/4S, 1/2S, 2/3S, 1S로 하여 펄라이트와 입상암면을 4:6 부피비로 섞은 고형배지를 이용하여 실험을 실시하였다. 고온기재배의 경우 1/2S 처리구에서, 저온기의 경우 2/3S 처리구에서 광합성 속도, 절화 품질 및 생육이 우수하였다.
가설 설정
- y: The initial concentration of macronutrients in culture solution (me/l).
제안 방법
- 조사항목으로는 절화장, 생체중, 건물중, 5소엽의 수, 최대엽장, 최대엽폭, 꽃잎 수, 수확량 등을 조사하였다. 광합성과 증산량(Li-6400, Li-COR, USA) 측정은 실험 시작 4주 후에 생장점에서 3번째 위치한 5소엽을 기준으로 측정하였다.
- 배양액은 각 베드마다 30l의 급배액용기를 설치하고 각각의 용기 안에 30W 용량의 수중전기펌프(UP 300, 협신워터디자인, 한국)를 설치하여 순환시켰고 배양액통 내부의 한쪽 면에 눈금을 표시하여 흡수량을 측정하였다. 급액은 1일 6회 점적관수하였고 용수는 증류수를 사용하였다. 배양액농도는 일본야채다업시험장 배양액을 1/4 strength(S), 1/2S, 2/3S, 1S 수준으로 조성하여 처리하였으며 시험구는 완전 임의배치 2반복으로 하였다.
- 배양액 내 무기성분 함량은 매주 시료를 200ml 채취하여 Whatman No. 2 여과지로 여과하여 분석하였다. 배양액내 질소분석은 질소자동 증류기(Büchi 323, Büchi, Switzerland)로 증류한 다음 0.
- 배양액내 질소분석은 질소자동 증류기(Büchi 323, Büchi, Switzerland)로 증류한 다음 0.01N H2SO4으로 적정하는 방법을 이용하였다.
- 급액은 1일 6회 점적관수하였고 용수는 증류수를 사용하였다. 배양액농도는 일본야채다업시험장 배양액을 1/4 strength(S), 1/2S, 2/3S, 1S 수준으로 조성하여 처리하였으며 시험구는 완전 임의배치 2반복으로 하였다.
- 베드에서 수분증발을 막기 위해 정식 전에 흑백 플라스틱 필름으로 베드를 피복하였다. 배양액은 각 베드마다 30l의 급배액용기를 설치하고 각각의 용기 안에 30W 용량의 수중전기펌프(UP 300, 협신워터디자인, 한국)를 설치하여 순환시켰고 배양액통 내부의 한쪽 면에 눈금을 표시하여 흡수량을 측정하였다. 급액은 1일 6회 점적관수하였고 용수는 증류수를 사용하였다.
- 배양액의 pH와 EC는 고온기에 적합한 배양액 개발의 경우 3일 간격으로, 저온기에 적합한 배양액 개발의 경우 5일 간격으로 조사 및 보정하였다. 배양액의 보충은 용기에서 줄어든 양만큼을 각 처리구에 해당하는 농도의 양액을 채워주는 방식으로 하였다.
- 배양액의 pH와 EC는 고온기에 적합한 배양액 개발의 경우 3일 간격으로, 저온기에 적합한 배양액 개발의 경우 5일 간격으로 조사 및 보정하였다. 배양액의 보충은 용기에서 줄어든 양만큼을 각 처리구에 해당하는 농도의 양액을 채워주는 방식으로 하였다. 양수분 흡수특성 조사기간 동안 배양액에서의 pH는 5.
- 본 실험에서는 재배시기별로 근권 pH, EC 변화가 적고 광합성 속도 및 생육량이 높았던 1/2S, 2/3S의 양수분 흡수율을 기준으로 고온기에는 NO3-N 6.8, NH4-N 0.7, PO4-P 2.0, K 3.8, Ca 3.0, Mg 1.2, SO4-S 1.2me·L−1(UOS-HT), 저온기에는 NO3-N 9.7, NH4-N 0.8, PO4-P 2.2, K 5.0, Ca 3.9, Mg 1.5, SO4-S 1.5me·L−1(UOS-LT)인 장미 순환식 배양액을 조성하였다.
- 5dS·m−1로 조성하여 처리하였다. 시험구는 완전 임의배치 2반복으로 하였으며, 각 배양액의 무기성분 조성은 Table 1과 같다.
- 무기 양이온은 원자흡광광도계(Perkin Elmer 3100, Perkin Elmer, USA)를 사용하여 측정하였고, 인산은 Vanadate법으로 470nm 파장에서 비색계(UV/VIS 2100, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하여 건물중에 대한 백분율(%)로 환산하였다. 식물체시료는 효소의 활동을 정지시키기 위하여 60oC 건조기에서 충분히 건조시킨 후 분쇄하여 식물체 분석용 시료로 사용하였다.
- 실험 시작 후 1주일 간격으로 배양액의 pH, EC 및 흡수량을 측정하였고 생육 조사는 수확 후 실시하였다. 조사항목으로는 절화장, 생체중, 건물중, 5소엽의 수, 최대엽장, 최대엽폭, 꽃잎 수, 수확량 등을 조사하였다.
- 암면 큐브에 단경삽목한 장미묘를 이용하여 일본야채다업시험장(Japan National Institute of Vegetable and Tea Science: JNIVT) 표준액(NO3-N 16, NH4-N 1.33, P 4, K 8, Ca 8, Mg 4, S 4me·L−1)을 정식 전까지 전기전도도(electrical conductivity: EC) 0.5dS·m−1로 공급하였다.
- 이 시료를 질소 자동증류기(Büchi 323, Büchi, Switzerland)로 자동증류한 후 0.01N H2SO4으로 적정하여 건물중 100g에 대한 무게(g)로 환산하였다.
- 고온기재배의 경우 1/2S 처리구에서, 저온기의 경우 2/3S 처리구에서 광합성 속도, 절화 품질 및 생육이 우수하였다. 이를 토대로 1/2S(고온기), 2/3S(저온기) 처리구의 양수분 흡수율을 기준으로 새로운 배양액을 조성하였다. 이온의 조성은 고온기의 경우 NO3-N 6.
- 장미 순환식 고형배지경 시스템에서 계절별 양수분 흡수율에 따라 조성된 배양액(UOS)의 적합성 여부를 알아보기 위하여 기존의 장미 배양액인 네덜란드 온실작물 연구소의 순환식(PBG-Closed: Sonneveld and Straver, 1992), 비순환식 배양액(PBG-Open: Sonneveld and Straver, 1992), 아이찌현 배양액(Aichi: Gato, 1994)을 사용하여 비교실험을 실시하였다.
- 장미 순환식 고형배지경 시스템을 위해 새롭게 조성한 배양액의 적합성 여부를 알아보기 위하여 기존의 장미 배양액인 네덜란드 온실작물 연구소의 순환식, 비순환식 배양액, 아이찌현 배양액을 사용하여 재배시기별 비교 실험을 하였다.
- 5 범위에서는 조정을 하지 않고 측정만 하였다. 장미의 생육은 개화 후 절화 시 조사하였으며, 광합성과 증산량(Li-6400, Li-COR, USA) 측정은 실험 시작 4주 후에 생장점에서부터 5번째 5소엽을 기준으로 측정하였다.
- 재배시기에 따른 장미의 양분 흡수 패턴을 조사하기 위해 대륜계인 ‘Vital’을 고형배지경으로 수경재배하였다.
- 실험 시작 후 1주일 간격으로 배양액의 pH, EC 및 흡수량을 측정하였고 생육 조사는 수확 후 실시하였다. 조사항목으로는 절화장, 생체중, 건물중, 5소엽의 수, 최대엽장, 최대엽폭, 꽃잎 수, 수확량 등을 조사하였다. 광합성과 증산량(Li-6400, Li-COR, USA) 측정은 실험 시작 4주 후에 생장점에서 3번째 위치한 5소엽을 기준으로 측정하였다.
- 01N H2SO4으로 적정하는 방법을 이용하였다. 칼슘, 칼륨, 마그네슘 함량 및 미량요소 함량은 원자흡광광도계(Perkin Elmer 3100, Perkin Elmer, USA)를 사용하여 측정하였으며, 음이온은 Ion chromatography(DX-120, DIONEX, USA)로 분석하였다. 인산은 Vanadate법으로 470nm 파장에서 비색계(UV/VIS 2100, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 공시품종은 대륜계 장미인 ‘Vital’을 사용하였으며, 급액은 1일 6회 점적관수하였다.
- 재배베드는 30 × 75 × 21cm 규격의 성형스티로폼(가화텍, 한국)베드를 사용하였으며 배지는 입상암면(중립, 서울암면, 한국)과 펄라이트(중립, 삼손 펄라이트, 한국)를 6:4(v : v)로 혼합하여 실험 전에 배지 내에 함유되어 있는 다량의 무기양분이 씻겨지도록 충분히 배지를 포수시킨 후, 다시 각 처리용 배양액으로 포수시켰다.
이론/모형
- 01N H2SO4으로 적정하여 건물중 100g에 대한 무게(g)로 환산하였다. 무기 양이온은 원자흡광광도계(Perkin Elmer 3100, Perkin Elmer, USA)를 사용하여 측정하였고, 인산은 Vanadate법으로 470nm 파장에서 비색계(UV/VIS 2100, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하여 건물중에 대한 백분율(%)로 환산하였다. 식물체시료는 효소의 활동을 정지시키기 위하여 60oC 건조기에서 충분히 건조시킨 후 분쇄하여 식물체 분석용 시료로 사용하였다.
- 칼슘, 칼륨, 마그네슘 함량 및 미량요소 함량은 원자흡광광도계(Perkin Elmer 3100, Perkin Elmer, USA)를 사용하여 측정하였으며, 음이온은 Ion chromatography(DX-120, DIONEX, USA)로 분석하였다. 인산은 Vanadate법으로 470nm 파장에서 비색계(UV/VIS 2100, Shimadzu, Japan)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 2me·L−1 이었다. 개발한 배양액의 적합성 평가실험 결과 UOS 배양액은 Ca, P 등의 이온이 장미의 양분흡수율보다 많이 함유된 기존의 배양액과 비교하여 근권 내 EC 변화가 안정적이었다. 또한 절화수량이 재배기간에 관계없이 기존 배양액보다 높은 결과를 나타내었고 특히 저온기 재배시 아이찌현 배양액 처리구에 비하여 수확량이 140% 증가하였다.
- 고온기 배양액의 EC는 배양액 무기양분 함량이 높은 아이찌현 배양액이 가장 높았으며 네덜란드 비순환식 배양액, UOS 배양액, 네덜란드 순환식 배양액 순으로 높게 나타났다. 모든 배양액에서 근권내 EC는 생육 후기로 갈수록 처리간 차이는 있으나 점차 높아지는 경향을 보였다.
- 고온기 재배실험에서 ‘Vital’의 pH는 배양액 종류간에 차이가 없이 거의 비슷한 변화를 보였으며, 전반적으로 pH는 상승하는 경향을 보였다(Fig. 3).
- 본 연구는 장미 순환식 수경재배 시 재배시기별로 적합한 배양액을 개발하고자 일본야채다업시험장 표준액을 1/4S, 1/2S, 2/3S, 1S로 하여 펄라이트와 입상암면을 4:6 부피비로 섞은 고형배지를 이용하여 실험을 실시하였다. 고온기재배의 경우 1/2S 처리구에서, 저온기의 경우 2/3S 처리구에서 광합성 속도, 절화 품질 및 생육이 우수하였다. 이를 토대로 1/2S(고온기), 2/3S(저온기) 처리구의 양수분 흡수율을 기준으로 새로운 배양액을 조성하였다.
- 개발한 배양액의 적합성 평가실험 결과 UOS 배양액은 Ca, P 등의 이온이 장미의 양분흡수율보다 많이 함유된 기존의 배양액과 비교하여 근권 내 EC 변화가 안정적이었다. 또한 절화수량이 재배기간에 관계없이 기존 배양액보다 높은 결과를 나타내었고 특히 저온기 재배시 아이찌현 배양액 처리구에 비하여 수확량이 140% 증가하였다. 따라서 고형배지를 이용한 장미 순환식 수경재배시 새로 개발된 배양액을 사용할 경우 기존 배양액에 비해 비료절감의 효과와 함께 안정적인 생육 및 수량증대를 기대할 수 있다.
- 1A). 배양액의 EC 변화는 저농도에서 대체적으로 안정적이었고, 비교적 고농도인 2/3S와 1S는 생육중기를 지나면서 차츰 높아졌다. 고온기에서는 1/4S에서 안정적인 EC를 보였으나 1/2S에서는 20일 이후부터 EC 변화 진폭이 커지는 경향이었다.
- 0의 범위에 있으면 작물은 정상적으로 생육한다(Taro, 1982). 배양액의 pH 변화는 UOS 배양액이 가장 변화폭이 적고, 안정적으로 유지되었다. 이는 개발된 배양액이 양이온과 음이온의 흡수가 다른 배양액 조성에 비하여 균형을 이루고 있기 때문이라고 판단되었다.
- 이와 같이 새로 조성한 UOS 배양액을 이용하여 고온기와 저온기에 순환식 재배한 결과 근권 내 pH, EC 변화가 안정적이었고 기존에 사용되고 있는 아이찌현 배양액, 네덜란드 순환식, 비순환식 배양액과 비교하여 절화의 품질 및 수량을 증대시킬 수 있어 고형배지경 장미 순환식 수경재배에 적합한 배양액이라고 판단되었다.
- 장미 ‘Vital’ 고온기 재배시 절화장, 경경 및 생체중은 유의적인 차이가 없었으나 수확량의 경우 UOS 배양액 처리구에서 가장 많았다(Table 4).
- 저농도와 고농도 처리에서 광합성 속도가 낮았던 것은, 광합성에 필요한 무기이온의 흡수에 배양액의 농도가 영향을 주었기 때문이며(Roh, 1997; Bae and Kim, 2004) 염농도가 높아짐에 따라 광합성량이 감소한다는 Lee 등 (1998)의 보고와 일치한다. 저온기 순환식 수경재배에서 광합성속도와 증산속도는 1/4S와 1/2S 처리구가 비슷하거나 오히려 감소하였으나 2/3S에서 유의적으로 높게 나타났다.
- 장미 ‘Vital’ 고온기 재배시 절화장, 경경 및 생체중은 유의적인 차이가 없었으나 수확량의 경우 UOS 배양액 처리구에서 가장 많았다(Table 4). 저온기 재배시 경경, 생체중, 건물중이 UOS 배양액 처리구에서 가장 높았고 수확량의 경우 아이찌현 배양액 처리구에 비하여 약 140% 상승하였다(Table 5).
- 펄라이트와 코코피트의 혼합고형배지에 장미 ‘Vital’을 수경재배 하였을 때, 배양액의 농도차이에 따른 재배시기별 작물생육을 보면, 고온기의 절화수량은 배양액 농도처리간 차이가 없었으며 절화장, 경경, 생체중, 건물중 등이 1/2S에서 가장 높은 것으로 나타났다. 저온기에 재배한 경우에는 고온기에 비하여 2/3S에서 절화수량이 많았으며 절화장을 비롯한 생육과 품질에서도 2/3S에서 가장 우수하였다. 장미는 저온기 재배시 저농도 보다 고농도의 처리에서 생육이 우수한데(김, 1997), 고온기에 비해 양수분 흡수가 적게 일어나는 저온기에는 흡수가 낮은 만큼 고농도의 배양액이 생육에 유리하게 작용한 것으로 보인다.
- 펄라이트와 코코피트의 혼합고형배지에 장미 ‘Vital’을 수경재배 하였을 때, 배양액의 농도차이에 따른 재배시기별 작물생육을 보면, 고온기의 절화수량은 배양액 농도처리간 차이가 없었으며 절화장, 경경, 생체중, 건물중 등이 1/2S에서 가장 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 이로 인해 국내 재배품종을 대상으로 국내환경에 적합한 수경재배 방식 하에서 양수분 흡수특성을 구명하고 그에 따른 순환식 수경재배용 배양액 조성의 필요성이 증대되고 있다. 폐액을 회수하여 재사용할 수 있는 순환식 고형배지경 시스템으로 전환한다면 비순환식에 비해 폐액으로 나가는 비료량을 1/7~1/8 수준으로 낮출 수 있어 환경보전적 측면에서 중요한 의미를 가질 수 있을 것으로 기대된다. 현재 장미 배양액은 일본의 아이찌현에서 개발한 비순환식 배양액(Gato, 1994)이 가장 많이 쓰이고 있으며, 순환식 배양액으로는 네덜란드의 PBG에서 개발한 순환식 배양액(Sonneveld and Straver, 1992)과 서울시립대에서 개발한 식물공장용 분무수경재배 배양액(Kang, 2001)이 있다.
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