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문제 정의
- 따라서 본 연구는 우리나라에서 상토제조 시 많이 사용되는 원자재 피트모스, 펄라이트, 버미큘라이트를 혼합하여 혼합 상토의 물리적 특성을 EN 분석법과 RDA 분석법으로 분석하여 자재 혼합비율별 물리적 특성 변화 관찰 및 각각의 분석법에 따른 식물생육에 적합한 혼합비율을 도출하고자 수행하였다.
- 하지만 우리나라의 상토 분석법과 국제적으로 표준화되어 있는 분석법간의 차이로 인해 외국의 분석결과와 국내의 분석결과를 비교 해석하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 EN 분석법과 RDA 분석법에 따라 피트모스, 펄라이트, 버미큘라이트의 혼합비율에 따른 물리적 특성 변화를 관찰하고, 분석법 간의 차이점을 조사하였다. 연구결과, 각각의 분석법에 따른 상토의 물리적 특성에 차이가 있었으며, 이는 상토 분석 시 전처리 과정의 차이에 의한 것으로 보인다.
제안 방법
- 상토의 물리성 항목은 EN 분석법에 따라 건조기에 50 g의 상토를 넣고 103 ± 2℃에서 일정시간 건조하여 수분함량, 건물함량을 측정하였고, 작열감량법을 이용해 유기물 함량, 회분 함량을 분석하였다. 가밀도 (dry bulk density), 진밀도 (particle density), 공극률, 기상, 액상은 직경 100 mm, 높이 50 mm로 제작된 원통형 용기 2개를 상, 하부로 결합하여 그 안에 혼합상토를 골고루 채우고, 증류수로 24-48시간동안 포화시켰다. 포화된 시료를 sand suction table에 옮긴 후 48시간동안 -50 cm (-5 kPa)의 수두차이를 주었다.
- 또한, 같은 시료를 RDA 분석법에 따라 모든 실험의 전처리로 시료를 105℃에서 건조하였으며, 추다짐법으로 가밀도를 분석하였고, 기존 pycnometer를 응용한 방법으로 진밀도를 구하였다. 기상, 액상, 공극률, 수분보유곡선, 식물이 이용하기 쉬운 수분함량 (easily available water, EAW), 완충수분 (water buffering capacity, WBC)은 sand box를 이용하여 -1 kPa, -5 kPa, -10 kPa의 수두차에 따른 수분함량 결과를 바탕으로 측정하였다 (RDA, 2002).
- 또한, 같은 시료를 RDA 분석법에 따라 모든 실험의 전처리로 시료를 105℃에서 건조하였으며, 추다짐법으로 가밀도를 분석하였고, 기존 pycnometer를 응용한 방법으로 진밀도를 구하였다. 기상, 액상, 공극률, 수분보유곡선, 식물이 이용하기 쉬운 수분함량 (easily available water, EAW), 완충수분 (water buffering capacity, WBC)은 sand box를 이용하여 -1 kPa, -5 kPa, -10 kPa의 수두차에 따른 수분함량 결과를 바탕으로 측정하였다 (RDA, 2002).
- 수집한 재료는 EN 분석법에 따라 원재료 (peatmoss, perlite, vermiculite)의 가밀도를 분석한 뒤, 가밀도를 이용하여 부피 당 무게를 계산한 후 피트모스, 펄라이트, 버미큘라이트를 일정 부피 비율로 혼합하였다 (Table 1).
- 하부 용기의 상토를 평평하게 조절한 뒤 103 ± 2℃에서 일정시간 건조하여 각각의 항목을 분석하였다 (CEN, 1999a, 1999b, 1999c).
대상 데이터
- 본 연구에서는 현재 상토제조회사에서 사용하는 원재료 중 보수력이 우수하고, 넓은 표면적을 갖고 있으며, 매우 안정적인 유기성 자재인 피트모스 (캐나다산)와 진주암을 1000℃ 이상의 고온에서 팽창하여 생산한 펄라이트 (중국산), 질석을 300℃ 이상에서 팽창시킨 버미큘라이트 (중국산)를 수집하였다.
이론/모형
- Table 4. Dry bulk density, particle density, total pore space of horticultural substrates by RDA method.
- 5. Water retention curve of peatmoss to perlite by RDA method.
- 7. Water retention curve of peatmoss to vermiculite by RDA method.
- 6. Water retention curve of perlite to vermiculite by RDA method.
- Table 5. Water volume, air volume, easily available water and water buffering capacity of horticultural substrates by RDA method.
- 상토의 물리성 항목은 EN 분석법에 따라 건조기에 50 g의 상토를 넣고 103 ± 2℃에서 일정시간 건조하여 수분함량, 건물함량을 측정하였고, 작열감량법을 이용해 유기물 함량, 회분 함량을 분석하였다.
성능/효과
- EN 분석법에 따라 가밀도, 진밀도, 공극률, 기상 및 액상을 분석한 결과 (Table 3) 가밀도는 0.09-0.31 Mg m-3의 범위에서 피트모스가 가장 낮고, 버미큘라이트가 가장 높은 값을 나타냈다. 진밀도는 1.
- 56 Mg m-3로 피트모스가 가장 낮고, 버미큘라이트가 가장 높은 값으로 조사되었다. RDA 분석법 가밀도는 EN 분석법을 통해 구한 가밀도의 결과와 높은 상관관계를 나타냈다 (Fig. 3). 진밀도는 0.
- 따라서 고온에서 회화하여 입자밀도를 측정하는 EN 분석법과는 다르게 Pycnometer법을 응용해 입자밀도를 측정하는 RDA 분석법에서는 내부 공극에 물이 침투하지 못하여 이와 같은 차이가 발생한 것으로 판단된다. 공극률은 71.53-91.35%로 피트모스가 가장 높은 값을 보였고, 버미큘라이트는 가장 낮은 값을 나타냈다.
- 공극률을 구성하는 액상과 기상의 분석 결과 액상은 25.36- 80.42%로 피트모스에서 가장 높고, 펄라이트에서 가장 낮은 결과를 나타냈다. 또한, 기상은 5.
- 농촌진흥청 상토 표준 분석법 RDA 분석법에 따라 피트모스 혼합 상토의 가밀도, 진밀도, 식물이 이용하기 쉬운 수분함량, 완충수분, 공극률, 기상, 액상, 수분보유곡선을 분석한 결과 가밀도는 0.11-0.56 Mg m-3로 피트모스가 가장 낮고, 버미큘라이트가 가장 높은 값으로 조사되었다.
- 또한, 가밀도와 공극률 간의 관계는 EN 분석법으로 실험한 결과와는 달리 RDA 분석법으로 실험한 결과에서는 낮은 부 (-)의 관계를 갖는 것으로 조사되었다 (Fig. 4).
- 42%로 피트모스에서 가장 높고, 펄라이트에서 가장 낮은 결과를 나타냈다. 또한, 기상은 5.58-55.77%로 피트모스 함량이 많을수록 낮아지고 펄라이트 함량이 많을수록 높아지는 경향을 나타냈다. EAW와 WBC는 -1 kPa, -5 kPa, -10 kPa의 수두차마다 수분함량의 차이를 계산하여 나타냈다 (Table 5).
- 이는 가밀도가 부피로 측정되는 공극률과 기상에 큰 영향을 미치는 물리적 특성이기 때문이다 (Bunt, 1974; Cattivello, 1991; Kim and Kang, 2001). 본 연구 결과 혼합 상토의 가밀도는 혼합비율에 따라 일정하게 증가 또는 감소하지 않고, 가밀도가 상대적으로 높은 버미큘라이트가 피트모스와 펄라이트에 20-40% 혼합될 때 60-80% 혼합된 경우보다 가밀도 변화 폭이 큰 것으로 나타났다. 이는 상토의 원재료 혼합 비율이 가밀도에 많은 영향을 미치므로 상토 제조 시 비율의 선택이 중요하다는 사실을 입증하는 내용이다.
- 식물생육에 가장 적합한 물리성은 공극률 85%이상, 기상 20-30%이다 (De Boodt and Verdonck, 1972; Gruda and Schnitzler, 2004a). 본 연구에서 피트모스가 혼합된 상토 중 위 조건을 만족하는 혼합비율은 피트모스 60-80%와 펄라이트 20-40%를 혼합할 경우로 조사되었다.
- 식물 생육에 적합한 물리성인 공극률 85% 이상, 기상 20-30% 등과 비교 시 EN 분석법으로 분석한 결과에서 피트모스가 혼합된 상토 중 8:2:0과 6:4:0 (peatmoss: perlite: vermiculite)의 상토가 적정기준을 만족하였고, RDA 분석법으로 분석한 결과에서는 6:2:2로 혼합된 상토가 적정기준을 만족하였다. 하지만 RDA 분석법에 제시된 전처리 과정 중 건조처리의 영향으로 인해 EAW와 WBC의 기준까지 만족하는 상토는 없었으며, 분석 방법 전처리 과정에 대한 수정이 필요할 것으로 판단된다.
- 47%로 가장 낮게 나타났다. 유기물 함량에서도 피트모스가 92.67%로 가장 높은 결과를 나타냈고, 펄라이트는 0.78%로 가장 낮은 결과를 나타냈다.
- 3). 진밀도는 0.61-1.97 Mg m-3로 EN 분석법의 결과와는 정반대로 펄라이트가 가장 낮은 값으로 조사되었다 (Table 4).
- 31 Mg m-3의 범위에서 피트모스가 가장 낮고, 버미큘라이트가 가장 높은 값을 나타냈다. 진밀도는 1.60-2.64 Mg m-3의 범위를 보였으며 피트모스가 가장 낮고, 펄라이트가 가장 높은 값으로 조사되었다. 삼각도를 통해 진밀도의 결과를 Fig.
- 진밀도는 시료를 고온에서 태운 후 유기물과 무기물의 함량과 그 밀도 (각각 1.55 Mg m-3 및 2.65 Mg m-3)를 이용하여 계산하기 때문에 유기물 함량이 높고, 무기물 함량이 낮을수록 진밀도 값이 감소했다.
- , 2000). 피트모스는 가밀도 0.05-0.29 Mg m-3, 공극률 81-97%, 기상 0-45%, 액상 50-96%였으며, 펄라이트는 가밀도, 공극률, 기상, 액상이 각각 0.04-0.15 Mg m-3, 94-98%, 46-76%, 19-51%로 실험에 사용된 피트모스와 펄라이트가 모든 항목의 범위 내에 포함되었다.
- 유럽 상토 표준분석법 피트모스, 펄라이트, 버미큘라이트와 혼합 상토를 EN 분석법에 따라 수분함량, 건물함량, 유기물함량, 회분함량을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 피트모스의 수분함량은 43.40%로 전체 상토 시료 중 가장 높게 나타났고, 펄라이트는 0.47%로 가장 낮게 나타났다. 유기물 함량에서도 피트모스가 92.
- 과거 연구 (De Boodt and Verdonck, 1972; Gruda and Schnitzler, 2004a)에 따라 식물생육에 가장 적합한 것으로 알려진 공극률 85% 이상의 범위를 갖는 혼합비율은 피트모스, 펄라이트 버미큘라이트 혼합비율 10:0:0, 8:2:0, 6:2:2, 0:8:2로 대부분 피트모스의 함량이 높을수록 식물생육에 적합한 공극률을 갖는 것으로 조사되었다. 하지만 분석 방법의 차이로 인해 EN 분석법 결과에서는 모든 혼합 상토가 공극률 85% 이상으로 조사된 점에 비해 RDA 분석법에서는 상대적으로 낮은 결과를 나타냈다.
- 식물생육에 적합한 물리성으로 보고된 EAW 20-30%, WBC 4-10% (De Boodt and Verdonck, 1972; Gruda and Schnitzler, 2004a)의 범위는 피트모스 100%에서만 나타냈다. 하지만 피트모스도 기상의 부피가 10.93%로 식물생육 적합 물리성 범위 (20-30%)에 미치지 못해 RDA 분석법으로 분석한 혼합 상토 중에는 적정 물리성을 갖는 상토가 없는 것으로 나타났다. 이는 식물생육 적합 물리성 범위에 사용된 분석방법과 국내 분석방법의 차이로 인한 것으로 판단된다.
- 혼합비율에 따른 가밀도, 입자밀도 및 공극률의 변화는 대부분 일정한 변화를 보였지만 펄라이트에 버미큘라이트 20-40% 혼합한 경우 공극률의 값이 펄라이트와 버미큘라이트의 원자재 공극률 값의 범위를 벗어난 것으로 조사되었다. 이는 Papadopoulos et al.
후속연구
- 본 연구에서 제시한 결과를 바탕으로 상토 자재 혼합에 따른 물리적 특성 변화를 삼각도에 응용하게 되면 향후 상토 물리성 연구 및 분석 방법 간의 관계 연구에 많은 도움을 줄 것으로 생각한다.
- 이를 통해 펄라이트의 함량이 높은 원예용 상토의 진밀도 분석에는 헬륨 (He)가스를 사용하여 분석하는 비활성 기체식 Pycnometer법을 사용해야 할 것으로 판단된다.
- 1에 나타내었다. 진밀도 이외의 모든 분석 결과를 삼각도에 대입할 경우 혼합비율에 따른 물리성 변화를 한눈에 알아볼 수 있어 향후 상토연구에 매우 유용하게 쓰일 것으로 판단된다.
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