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문제 정의
- 따라서 이 두 가지 변수의 경향을 파악하고 정량화하여 EC 기준 순환식 수경재배의 배액 처리 방식에 적용한다면, 재사용 양액의 사용주기를 안정적으로 최대한 연장할 수 있을 것이다. 본 실험은 파프리카 수경재배에서 EC 기준 순환식 수경재배를 통해 배액을 재사용하였을 때의 이온 비율 변화를 조사하고, 배액율에 따른 이온 비율의 교정 효과를 파악하여 순환식 수경재배에서 재사용 양액의 분석 주기의 규명에 기여하고자 하였다.
- 본 연구는 파프리카(Capsicum annum L.‘Boogie’)의 EC 기준 순환식 양액재배에서 시간과 배액율에 따른 이온 농도의 변화를 분석하기 위해 수행하였다.
제안 방법
- 4개의 배액율 처리(7%, 16%, 39%, 51%)를 적용하였으며, 배액율은 관수량으로 제어하였다 배액은 관수용 양액의 EC인 2.6dS · m−1에 기준하여 원수로 희석하였다.
- 관수는 일사비례제어 방식을 사용하였으며 누적광량이 100J · cm−2가 되었을 때 식물체 한 주당 약 20mL ·min−1의 유속으로 10분간 점적관수 하였다.
- 2dS · m−1로 조정하고 새로 조성한 양액과 혼합하여 재사용 하고 주기적으로 샘플링 하여 이온의 농도를 분석하였다. 두번째 실험은 7%, 16%, 39%, 51%의 배액율을 적용하고 배액과 배액을 원수로 희석하고 새로 조성한 양액과 혼합하였을 때의 EC 변화와 이온 농도를 분석하고 비교하였다. 재사용 양액에서의 K+ : Ca2+와 # :#와 같은 이온 간의 비율 변화를 조사하였다.
- 희석된 배액의 성분조정을 위해서 투입할 새로운 양액의 양은 각 처리에 사용한 관수량에서 각 배액량과 원수의 투입량을 제외한 양으로 결정하였다. 발생된 배액과 희석 후 새 양액과 혼합한 배액은 수집하여 양이온은 유도결합플라즈마발광광도기(ICP-730 ES, Varian)로 음이온은 이온크로마토그래프(ICS-3000, Dionex)로 분석하였다.
- ‘Boogie’)가 첫화방이 생성되는 시기에 정식하여 비순환식으로 수경 재배를 실시하다가 평균 초장이 약 160cm 일 때 순환식 수경재배 처리를 실시하였다. 배지는 암면(Cultilene, Netherlands)을 사용하였으며, 파프리카는 한 개의 슬라브 당 3주씩 3반복으로 처리하였다. 관수는 일사비례제어 방식을 사용하였으며 누적광량이 100J · cm−2가 되었을 때 식물체 한 주당 약 20mL ·min−1의 유속으로 10분간 점적관수 하였다.
- 재사용 양액은 순환식 수경재배 처리 중 8월 15일에서 9월 11일 사이에 수집하여 분석에 사용하였다. 양이온 유도결합플라즈마발광광도기(ICP-730 ES, Varian)로 음이온은 이온크로마토그래프(ICS-3000, Dionex)로 분석하였다.
- 재사용 양액 내 양이온비율 변화의 경향을 파악하기 위해 Mg2+ : K+ : Ca2+ 당량의 변화를 분석하였다(Fig. 2). 각 이온 변화의 경향은 K+와 Ca2+을 중심으로 Mg2+에 비교적 큰 폭으로 나타났으며 8월 26일과 9월 11일 샘플 수집 시기의 비율이 8월 15일과 8월 19일에 비해 초기 비율과의 차이가 더 크게 벌어졌다.
- 첫 번째 실험에서 수집된 배액을 EC 2.2dS · m−1로 조정하고 새로 조성한 양액과 혼합하여 재사용 하고 주기적으로 샘플링 하여 이온의 농도를 분석하였다.
- 관수에 사용된 양액의 조성은 이전 실험과 동일한 조성을 사용하였다. 희석된 배액의 성분조정을 위해서 투입할 새로운 양액의 양은 각 처리에 사용한 관수량에서 각 배액량과 원수의 투입량을 제외한 양으로 결정하였다. 발생된 배액과 희석 후 새 양액과 혼합한 배액은 수집하여 양이온은 유도결합플라즈마발광광도기(ICP-730 ES, Varian)로 음이온은 이온크로마토그래프(ICS-3000, Dionex)로 분석하였다.
대상 데이터
- 배액율에 따른 배액의 이온성분 변화를 관찰하기 위해 비순환식으로 수경재배 중인 파프리카를 총 12주 선발하였다. 파프리카는 암면 슬라브 당 각 3주씩 재식되어 총 4개의 암면 슬라브를 실험에 사용하였다.
- 배액은 배액 저장 탱크에 수집되었으며 공급설정 EC인 2.2dS · m−1까지 원수를 투입하여 EC를 조정한 뒤에 양액 공급 탱크로 옮긴 후 최초 수위에서 증산으로 인해 감소한 부분은 새로운 양액을 투입하고 혼합하여 양액 관수에 사용하였다.
- 양액 공급 탱크의 부피는 40L이었다. 재사용 양액은 순환식 수경재배 처리 중 8월 15일에서 9월 11일 사이에 수집하여 분석에 사용하였다. 양이온 유도결합플라즈마발광광도기(ICP-730 ES, Varian)로 음이온은 이온크로마토그래프(ICS-3000, Dionex)로 분석하였다.
- 배액율에 따른 배액의 이온성분 변화를 관찰하기 위해 비순환식으로 수경재배 중인 파프리카를 총 12주 선발하였다. 파프리카는 암면 슬라브 당 각 3주씩 재식되어 총 4개의 암면 슬라브를 실험에 사용하였다. 4개의 배액율 처리(7%, 16%, 39%, 51%)를 적용하였으며, 배액율은 관수량으로 제어하였다 배액은 관수용 양액의 EC인 2.
성능/효과
- 그러나 배액을 희석하고 새로 조성한 양액과 혼합함에 따라 교정 효과에 차이가 나타났다. 7% 의 배액율이 새 양액의 이온 비율에 가장 근접하였으며, 16%, 51% 39% 순으로 교정되었다. 교정에 따른 이온 비율 변화는 K+ : Ca2+와 #와 #를 중심으로 나타났다.
- 이온 간의 비율 변화는 양이온에서는 주로 K+ : Ca2+을 중심으로 음이온에서는 # : #을 중심으로나타났다. 두 번째 실험에서 배액율에 따른 배액의 배액율이 증가함에 따라 점차 감소하는 경향을 나타냈다. 배액 내 각 이온의 농도도 배액율의 증가에 따른 감소 경향을 보였다.
- 3). 배액율의 증가에 따른 EC가 감소하는 경향은 초기에는 비교적 빠르게 감소하다가 점차 그 기울기가 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 토양 용탈 모델의 경우에서도 배액율과 동일한 의미인 leaching fraction이 증가할수록 배액의 EC가 감소하는 기울기가 작아지는 경향을 보였다(Corwin 등, 2007).
- 배액을 희석하여 공급 목표에 맞는 EC로 조정을 한 뒤, 새로 조성된 양액과 혼합하였을 때, 배액율에 따라 점차 간격이 벌어지면서 초기 양액의 비율로 접근해가는 경향을 보였다. 양이온에서는 K+와 Ca2+의 중심으로 변했던 비율이 새 양액과 혼합됨에 따라 점차 초기 비율에 근접하도록 교정되는 효과를 보였다.
- 배액의 전체 이온의 농도 변화를 EC의 변화를 이용하여 배액율 처리에 따라 분석한 결과, 배액율이 증가할수록 배액의 EC는 관수되는 양액의 EC 값에 근접하였다(Fig. 3). 배액율의 증가에 따른 EC가 감소하는 경향은 초기에는 비교적 빠르게 감소하다가 점차 그 기울기가 감소하는 경향을 볼 수 있었다.
- Marti and Mills(1991)의 착색단고추의 생육단계에 따른 양분 흡수에 대해서 수행한 실험에서는 K+의 요구도가 상대적으로 높으며 생육단계에 따른 Ca2+의 흡수율의 변화가 Mg2+ 또한 생육 단계에 따라 흡수율이 변화되지만 전체적인 비율에서 낮았다. 본 실험에서 양이온의 비율 변화 경향은 파프리카의 양분 흡수 패턴에서 영향을 받은 것으로 사료된다.
- 의 비율이 새 양액의 혼합과 합께 점차 교정됨을 보였다. 초기 양액이 가진 비율에는 배액율에 따라 7%, 16%, 51%, 39% 순으로 근접해가는 경향을 보였다. 이는 배액율이 배액의 성분에 영향을 주는 것을 의미하며 7%, 16% 처리의 경우는 배액에 비해 새로 투입되는 양액의 비율이 높아서 그 영향이 작용했을 것으로 판단된다.
후속연구
- EC 기준 순환식 수경재배에서 배액은 새로운 양액과의 혼합을 통한 교정의 한계를 결정하는 인자로 작용하며(Savvas와 Manos, 1999), 배액율은 배액의 EC에 영향을 준다(Corwin 등, 2007). 따라서 이 두 가지 변수의 경향을 파악하고 정량화하여 EC 기준 순환식 수경재배의 배액 처리 방식에 적용한다면, 재사용 양액의 사용주기를 안정적으로 최대한 연장할 수 있을 것이다. 본 실험은 파프리카 수경재배에서 EC 기준 순환식 수경재배를 통해 배액을 재사용하였을 때의 이온 비율 변화를 조사하고, 배액율에 따른 이온 비율의 교정 효과를 파악하여 순환식 수경재배에서 재사용 양액의 분석 주기의 규명에 기여하고자 하였다.
- 배액의 누적으로 인한 강제 배출이 없는 EC기준 순환식 수경재배 방식에서는 배액과 새로운 양액과의 혼합은 배액량과 배액의 EC에 의해서 그 한계가 결정되기 때문이다. 본 실험결과 배액율과 식물의 양분흡수는 재사용 양액의 농도에 영향을 주고 이는 일정한 경향을 보이며, 순환식 수경 재배에서 작물의 양분 흡수 패턴 및 배액율에 따른 이온 변화 범위를 정량화 한다면 EC 기준 순환식 수경재배 방식의 안정성과 실용성의 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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