적산 일사 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배에서 배액 혼합 방식에 의한 재사용 양액 내 양분 조정효과 비교 Comparison of Nutrient Replenishing Effect under Different Mixing Methods in a Closed-loop Soilless Culture using Solar Radiation-based Irrigation원문보기
순환식 수경재배에서 배액의 EC, 부피, 관수량은 재사용 양액의 혼합비율을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 적산 일사량 제어법으로 관수할 경우 일일 관수량의 예측은 곤란하며 일반적으로 고정된 혼합비율을 사용한다. 이 경우 새 양액이 고정적으로 투입되어 양분의 조정 효과가 기대되지만, 때때로 배액의 강제배출을 필요로 한다. 본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배 조건에서 배액의 혼합비를 고정한 처리구(FR)와 정해진 혼합 용량 내에서 배액의 부피와 EC에 따라 혼합비를 변경하는 처리구(MR)의 재사용 양액 내 양분 조정효과를 비교하여 양수분 이용효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행하였다. 배액의 농도 변화를 비교하기 위한 대조구로는 비순환식 수경재배 처리구(OP)를 구성하였다. FR처리구의 배액 혼합 비율은 배액의 희석 EC를 각각1.0, $2.0dS{\cdot}m^{-1}$로 설정하여 혼합처리를 적용하였다. MR 처리구의 경우는 혼합 용량을 1회 관수량을 기준으로 배액의 EC와 부피에 따라 혼합비율이 변경되도록 하였다. 배액의 누적 현상은 FR 1.0 처리구에서 관찰되었으며, FR 2.0과 MR 처리구에서는 배액 누적현상이 나타나지는 않았으나 MR 처리구의 배액 저장량이 FR 2.0 처리구에 비해서 낮게 나타났다. 배액과 재사용 양액 내 $Mg^{2+}:K^+:Ca^{2+}$와 $SO^{2-}_4:NO^-_3:PO^{3-}_4$의 당량 농도 간 비율 변화는 FR, MR 처리구에서 초기비율 대비 비교적 좁은 변화 범위를 나타냈다.
순환식 수경재배에서 배액의 EC, 부피, 관수량은 재사용 양액의 혼합비율을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 적산 일사량 제어법으로 관수할 경우 일일 관수량의 예측은 곤란하며 일반적으로 고정된 혼합비율을 사용한다. 이 경우 새 양액이 고정적으로 투입되어 양분의 조정 효과가 기대되지만, 때때로 배액의 강제배출을 필요로 한다. 본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배 조건에서 배액의 혼합비를 고정한 처리구(FR)와 정해진 혼합 용량 내에서 배액의 부피와 EC에 따라 혼합비를 변경하는 처리구(MR)의 재사용 양액 내 양분 조정효과를 비교하여 양수분 이용효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행하였다. 배액의 농도 변화를 비교하기 위한 대조구로는 비순환식 수경재배 처리구(OP)를 구성하였다. FR처리구의 배액 혼합 비율은 배액의 희석 EC를 각각1.0, $2.0dS{\cdot}m^{-1}$로 설정하여 혼합처리를 적용하였다. MR 처리구의 경우는 혼합 용량을 1회 관수량을 기준으로 배액의 EC와 부피에 따라 혼합비율이 변경되도록 하였다. 배액의 누적 현상은 FR 1.0 처리구에서 관찰되었으며, FR 2.0과 MR 처리구에서는 배액 누적현상이 나타나지는 않았으나 MR 처리구의 배액 저장량이 FR 2.0 처리구에 비해서 낮게 나타났다. 배액과 재사용 양액 내 $Mg^{2+}:K^+:Ca^{2+}$와 $SO^{2-}_4:NO^-_3:PO^{3-}_4$의 당량 농도 간 비율 변화는 FR, MR 처리구에서 초기비율 대비 비교적 좁은 변화 범위를 나타냈다.
Electrical conductivity, drainage, and irrigation amount of nutrient solution are important factors for determination of the mixing ratio of fresh and reused nutrient solutions in closed-loop soilless culture. Generally a fixed mixing ratio is applied in commercial scale greenhouses using solar radi...
Electrical conductivity, drainage, and irrigation amount of nutrient solution are important factors for determination of the mixing ratio of fresh and reused nutrient solutions in closed-loop soilless culture. Generally a fixed mixing ratio is applied in commercial scale greenhouses using solar radiation-based irrigation system. Although it ensures continuous supply of fresh nutrient solution in the mixing process, occasional discharge of the drainage is inevitably required. This study was conducted to compare the nutrient replenishing effect under different mixing processes and to investigate appropriate mixing process. For this experiment, a fixed mixing ratio (FR), modifiable mixing ratio (MR), and open-loop (OP) as control were applied. Mixing ratio was determined by a set value of EC for dilution of collected drainage in FR and the set values of 1.0 and $2.0dS{\cdot}m^{-1}$ were used as treatments (FR 1.0 and FR 2.0), respectively. In MR, mixing ratio was determined based on EC and volume of drainage within irrigation volume per event. The volume of drainage stored in the drainage tank tended to increase in FR 1.0. Although such trend was not observed in FR 2.0 and MR, the volume of drainage stored in MR was lower than that in FR 2.0. The ion balance of $Mg^{2+}:K^+:Ca^{2+}$ or $SO^{2-}_4:NO^-_3:PO^{3-}_4$ in the drainage and reused nutrient solution changed within a narrow range regardless of treatment.
Electrical conductivity, drainage, and irrigation amount of nutrient solution are important factors for determination of the mixing ratio of fresh and reused nutrient solutions in closed-loop soilless culture. Generally a fixed mixing ratio is applied in commercial scale greenhouses using solar radiation-based irrigation system. Although it ensures continuous supply of fresh nutrient solution in the mixing process, occasional discharge of the drainage is inevitably required. This study was conducted to compare the nutrient replenishing effect under different mixing processes and to investigate appropriate mixing process. For this experiment, a fixed mixing ratio (FR), modifiable mixing ratio (MR), and open-loop (OP) as control were applied. Mixing ratio was determined by a set value of EC for dilution of collected drainage in FR and the set values of 1.0 and $2.0dS{\cdot}m^{-1}$ were used as treatments (FR 1.0 and FR 2.0), respectively. In MR, mixing ratio was determined based on EC and volume of drainage within irrigation volume per event. The volume of drainage stored in the drainage tank tended to increase in FR 1.0. Although such trend was not observed in FR 2.0 and MR, the volume of drainage stored in MR was lower than that in FR 2.0. The ion balance of $Mg^{2+}:K^+:Ca^{2+}$ or $SO^{2-}_4:NO^-_3:PO^{3-}_4$ in the drainage and reused nutrient solution changed within a narrow range regardless of treatment.
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문제 정의
따라서, 적산 일사량 제어법으로 관수하는 수경재배 조건에서 배액의 재사용을 통해 양수분 이용효율을 극대화하기 위해서는 양분의 교정 효과를 유지하면서도 배액을 전량 이용하는 혼합 방식을 고려할 필요가 있다. 본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 수경재배 조건에서 배액의 혼합 방식에 따른 이온 농도 교정 효과와 배액의 강제 방류 가능성을 비교하여 EC 기준 순환식 수경재배에서 안정적인 재배가 가능하고 양수분의 이용 효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행 하였다.
이 경우 새 양액이 고정적으로 투입되어 양분의 조정 효과가 기대되지만, 때때로 배액의 강제 배출을 필요로 한다. 본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배 조건에서 배액의 혼합비를 고정한 처리구(FR)와 정해진 혼합 용량 내에서 배 액의 부피와 EC에 따라 혼합비를 변경하는 처리구(MR)의 재사용 양액 내 양분 조정효과를 비교하여 양수분 이용효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행하였다. 배액의 농도 변화를 비교하기 위한 대조구로는 비순환식 수경재배 처리구(OP)를 구성하였다.
제안 방법
FR 처리구의 배액 혼합 비율은 배액의 희석 EC를 각각 1.0, 2.0dS · m−1로 설정하여 혼합처리를 적용하였다.
6dS · m−1였다. 각 처리 당 총 9주의 파프리카를 재식하였다. 실험 기간 동안 각각의 처리구로부터 배액과혼합탱크 내 양액을 채취하여 분석에 이용하였고 양이 온은 유도결합플라즈마 발광광도기(ICP-730 ES, Varian, USA)를, 음이온은 이온크로마토그래프(ICS3000, Dionex, USA)를 사용하였다.
관수 방식은 적산 일사 제어법을 적용하였으며, 누적광량이 100J · cm−2에 도달하였을 때 작물 1주당 양액 150mL가 공급되도록 설정하였다.
0) 와 혼합탱크에서 1회 관수 시 공급되는 양액의 부피를 VIr로 고정한 처리구(MR)를 설치하였다. 대조구로는 비순환식 수경재배 방식(OP)을 설정하였다. 모든 처리의 공급 양액의 EC는 2.
배액 혼합에서 ECDi를 각각 1.0과 2.0dS · m−1로 설정한 처리구(FR 1.0과 FR 2.0) 와 혼합탱크에서 1회 관수 시 공급되는 양액의 부피를 VIr로 고정한 처리구(MR)를 설치하였다.
본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배 조건에서 배액의 혼합비를 고정한 처리구(FR)와 정해진 혼합 용량 내에서 배 액의 부피와 EC에 따라 혼합비를 변경하는 처리구(MR)의 재사용 양액 내 양분 조정효과를 비교하여 양수분 이용효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행하였다. 배액의 농도 변화를 비교하기 위한 대조구로는 비순환식 수경재배 처리구(OP)를 구성하였다. FR 처리구의 배액 혼합 비율은 배액의 희석 EC를 각각 1.
는 배액의 목표 희석 EC를 의미한다. 본 처리구에서는 ECDi를 고정하여 항상 일정한 비율로 배액과 원수 그리고 새 양액이 혼합되도록 처리하였다.
식(3)에서의 VDi는 공급 양액의 목표 EC로 설정하였다. 본 처리에서는 VIr을 고정하고 VDr의 변화에 따라 VMx를 산출하게 된다. 적산 일사량 제어법으로 관수하는 조건에서는 VIr을 일일단위로 예측하기 곤란하기 때문에 1회 관수량으로 설정하여 관수시마다 혼합 비율을 계산하도록 설정하였다.
각 처리 당 총 9주의 파프리카를 재식하였다. 실험 기간 동안 각각의 처리구로부터 배액과혼합탱크 내 양액을 채취하여 분석에 이용하였고 양이 온은 유도결합플라즈마 발광광도기(ICP-730 ES, Varian, USA)를, 음이온은 이온크로마토그래프(ICS3000, Dionex, USA)를 사용하였다. 최초 공급 양액의 조성은 각각 K+ 7, Ca2+ 12, Mg2+ 2, #, #, #이었다.
본 처리에서는 VIr을 고정하고 VDr의 변화에 따라 VMx를 산출하게 된다. 적산 일사량 제어법으로 관수하는 조건에서는 VIr을 일일단위로 예측하기 곤란하기 때문에 1회 관수량으로 설정하여 관수시마다 혼합 비율을 계산하도록 설정하였다. VMx 값이 음수로 계산될 경우에는 새 양액의 투입은 발생하지 않고 배액의 희석만이 진행된다.
배액, 원수, 새 양액의 투입량은 혼합탱크 상단에 설치된 초음파 수위센서의 측정값으로 조정된다. 전반적인 혼합 과정에서 필요한 계측과 제어는 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific, USA)와 컨트롤러(SDM-CD16AC, Campbell Scientific, USA)를 이용하였다.
cv ‘Fiesta’)를 공시작물로 이용하였다. 파프리카는 2011년 1월 18일에 정식하여 비순환식 수경재배로 재배하다가 2011년 9월 25일에서 2011년 9월 28일까지 순환식 수경재배의 배액 혼합방식 처리를 적용하였다. 배지는 암면(Cultilene, Denmark)을 사용하였으며 암면 슬라브 당 3주의 식물을 재배하였다.
대상 데이터
파프리카는 2011년 1월 18일에 정식하여 비순환식 수경재배로 재배하다가 2011년 9월 25일에서 2011년 9월 28일까지 순환식 수경재배의 배액 혼합방식 처리를 적용하였다. 배지는 암면(Cultilene, Denmark)을 사용하였으며 암면 슬라브 당 3주의 식물을 재배하였다. 재식밀도는 2.
실험용 순환식 수경재배 모듈은 배액탱크, 양액 혼합탱크, 관수장치로 구성하였다(Fig. 1). 배액 탱크에서는 수집된 배액의 무게와 EC의 측정이 이루어지며, 혼합탱크에서는 실험의 처리에 맞게 결정된 혼합비율에 따라 혼합이 이루어진다.
실험은 서울대학교 부속농장의 연구용 유리온실에서 수행하였으며 파프리카(Capsicum annum L. cv ‘Fiesta’)를 공시작물로 이용하였다.
성능/효과
본 실험에서 혼합 처리에 따른 이온 간 비율 변화의 차이가 관찰되지 않았던 것은 파프리카의 양분 흡수로 인해 발생한 배액 내의 이온 농도의 변화가 단기간의 배액 재사용을 통해서는 나타나지 않았기 때문으로 생각된다. 따라서 적산 일사량 제어법으로 관수하는 수경재배 시스템 내에서 식물의 흡수로 인해 발생된 배액 내 이온 농도의 변화가 미치는 영향이 상대 적으로 작은 범위에서 나타날 경우 배액의 EC와 부피에 따라 혼합비를 변경하여 양수분의 이용효율을 증가시키는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 하지만 본 실험에서는 단기적인 처리를 적용하였기 때문에 식물의 생육단계 변화를 포함한 장기적인 배액의 재사용에 대한 영향에 대한 평가를 위해서는 추가적인 실험이 필요할 것으로 생각된다.
4). 배액 내 이온 간 비율 변화는 네 처리구 모두 유사한 범위 내에서 유지되었으며, 음이온은 초기 비율과도 유사한 범위 내에서 유지되었다. 하지만 양이온의 경우 초기 이온 농도의 비율에서 이탈되었다.
하지만 MR 처리구에서는 오전에 새 양액의 투입비율이 비교적 높게 나타나는 경향이 관찰되었다. 배액 탱크 내 양액 저장량은 상대적으로 배액의 투입비율이 낮은 FR 1.0 처리구에서 증가되는 경향을 보였으며, 배액 투입비율이 FR 1.0에 비해 높은 FR 2.0 처리구에서는 일정 수준으로 유지되는 경향을 보였고 MR 처리구에서는 FR 2.0 처리구 보다 낮은 수준에서 배액 저장량이 유지되었다(Fig. 3).
MR 처리구의 경우는 혼합 용량을 1회 관수량을 기준으로 배액의 EC와 부피에 따라 혼합비율이 변경되도록 하였다. 배액의 누적 현상은 FR 1.0 처리구에서 관찰되었으며, FR 2.0과 MR 처리구에서는 배액 누적 현상이 나타나지는 않았으나 MR 처리구의 배액 저장량이 FR 2.0 처리구에 비해서 낮게 나타났다. 배액과 재사용 양액 내 Mg2+ : K+ : Ca2+와 # : # : #의 당량 농도 간 비율 변화는 FR, MR 처리구에서 초기비율 대비 비교적 좁은 변화 범위를 나타냈다.
본 실험에서 대조구인 OP의 경우 배액 내 이온 간 비율 변화는 초기 비율과 비교적 근접하게 유지되었다. 이는 본 실험 기간 동안 파프리카의 흡수로 인해 발생한 배액 내 이온 비율 간 변화의 영향이 비교적 작았던 것으로 판단된다.
후속연구
MR 처리구에서 새 양액만 단독으로 투입될 경우 첫 배액이 발생할 때까지새 양액이 투입된다. 배액 내 이온 간 비율 변화는 배액율의 영향을 받기 때문에(Ahn 등, 2010), 본 실험에서와 같은 현상을 정량화 하여 첫 배액을 새 양액으로 발생시킬 수 있다면 재사용 양액 내 이온 간 균형 유지에 긍정적인 기능을 할 것으로 기대된다.
따라서 적산 일사량 제어법으로 관수하는 수경재배 시스템 내에서 식물의 흡수로 인해 발생된 배액 내 이온 농도의 변화가 미치는 영향이 상대 적으로 작은 범위에서 나타날 경우 배액의 EC와 부피에 따라 혼합비를 변경하여 양수분의 이용효율을 증가시키는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 하지만 본 실험에서는 단기적인 처리를 적용하였기 때문에 식물의 생육단계 변화를 포함한 장기적인 배액의 재사용에 대한 영향에 대한 평가를 위해서는 추가적인 실험이 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환식 수경재배에서 배액의 EC, 부피, 관수량는 어떤 역할을 하는 요소 중 하나인가?
순환식 수경재배에서 배액의 EC, 부피, 관수량은 재사용 양액의 혼합비율을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 적산 일사량 제어법으로 관수할 경우 일일 관수량의 예측은 곤란하며 일반적으로 고정된 혼합비율을 사용한다.
적산 일사량 제어법으로 관수할 경우 일일 관수량의 예측은 곤란하며 일반적으로 고정된 혼합비율을 사용할때 어떤 효과를 기대 할 수 있는가?
적산 일사량 제어법으로 관수할 경우 일일 관수량의 예측은 곤란하며 일반적으로 고정된 혼합비율을 사용한다. 이 경우 새 양액이 고정적으로 투입되어 양분의 조정 효과가 기대되지만, 때때로 배액의 강제배출을 필요로 한다. 본 연구는 적산 일사량 제어법으로 관수하는 순환식 수경재배 조건에서 배액의 혼합비를 고정한 처리구(FR)와 정해진 혼합 용량 내에서 배액의 부피와 EC에 따라 혼합비를 변경하는 처리구(MR)의 재사용 양액 내 양분 조정효과를 비교하여 양수분 이용효율이 높은 혼합방식의 규명에 기여하고자 수행하였다.
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