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문제 정의
- 그러므로 국내에서 혼합배지 재료로 유통되는 유기물질인 피트모스와 코이어 더스트를 확보한 후 물리· 화학적 특성을 구명하여 혼합배지 조제를 위한 기초자료를 제시하고자 본 연구를 수행하였다.
- 유기 배지재료로써 국내에서 유통되는 피트모스와코이어 더스트의 물리ㆍ화학적 특성을 분석하여 식물공장용 혼합배지 조제를 위한 기초자료를 얻기 위하여 본 연구를 수행하였다. 연구목적을 달성하기 위해 캐나다, 리투아니아, 라트비아로부터 수입되는 피트모스 6점과 인도, 스리랑카, 베트남으로부터 수입되는 코이어더스트 10점을 확보한 후 물리적 특성과 화학적 특성을 분석하고 비교하였다.
제안 방법
- 치환성 양이온함량은 양이온교환용량 분석을 위해 NH4OAc로 치환시킨 용액 속에 존재하는 양이온의 양을 원자흡광분석계(atomic absorption/flame emission spectrophotometer, Model 680, Shimazu, Japan)로 분석하였다(Hendershot등, 1993). NH4-N, NO3-N, 및 P2O5은 라만분광광도계(Raman spectrophotometry, Oprtizen 2120UV, Mecasys, Korea)로 분석하였다.
- 5mL인 알루미늄 실린더를 이용하여 공극률(total porosity), 기상률(air-filled porosity), 용기용수량(container capacity)과 가비중(bulk density)를 측정하였다. 또한sand box(Model Eijkelkamp 08.27, The Netherlands)를 사용하여 장력변화에 따른 보수량 변화를 측정하였고, 쉽게 흡수 할 수 있는 수분(4.903KPa 보다 낮은장력하에 존재하는 수분, easily available water, EAW)과 완충수분(4.903~9.806KPa 장력 하에 존재하는 수분, buffering water, BW)의 양을 계산하였다(Milks, 1989; Wallach, 1992).
- 수집한 피트모스와 코이어 더스트는 적당량의 물을 첨가하여 복원시켰다. 복원 후 작물 재배에 적합한 수분함량을 갖도록 증류수를 첨가하고 밀봉한 상태에서 48시간을 기다려 배지 내 수분이 평형상태에 도달하였다고 판단된 다음 물리성 측정을 하였다. 이 후 Choi 등(1997)의 방법에 준해 높이 및 직경 7.
- 피트모스와 코이어 더스트는 수송비를 절감하기 위해 건조 후 피트모스는 2~3 : 1, 코이어 더스트는 4:1로 압축된 상태에서 국내로 수입되었다. 수집한 피트모스와 코이어 더스트는 적당량의 물을 첨가하여 복원시켰다. 복원 후 작물 재배에 적합한 수분함량을 갖도록 증류수를 첨가하고 밀봉한 상태에서 48시간을 기다려 배지 내 수분이 평형상태에 도달하였다고 판단된 다음 물리성 측정을 하였다.
- 유기 배지재료로써 국내에서 유통되는 피트모스와코이어 더스트의 물리ㆍ화학적 특성을 분석하여 식물공장용 혼합배지 조제를 위한 기초자료를 얻기 위하여 본 연구를 수행하였다. 연구목적을 달성하기 위해 캐나다, 리투아니아, 라트비아로부터 수입되는 피트모스 6점과 인도, 스리랑카, 베트남으로부터 수입되는 코이어더스트 10점을 확보한 후 물리적 특성과 화학적 특성을 분석하고 비교하였다. 공극률에서 피트모스가 평균±표준편차가 79.
- 0) 방법(Hendershot 등, 1993)으로 분석하였다. 치환성 양이온함량은 양이온교환용량 분석을 위해 NH4OAc로 치환시킨 용액 속에 존재하는 양이온의 양을 원자흡광분석계(atomic absorption/flame emission spectrophotometer, Model 680, Shimazu, Japan)로 분석하였다(Hendershot등, 1993). NH4-N, NO3-N, 및 P2O5은 라만분광광도계(Raman spectrophotometry, Oprtizen 2120UV, Mecasys, Korea)로 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 국내에서 유통되는 각종 피트모스를 수집하였는데 Latagro(P1: Imported from Latvia, Shinsung Mineral Co., Ltd. Jincheon, Korea), Mixca(P2: Imported from Estonia, Kims Trade Company, Seoul, Korea), Sungro(P3: Imported from Canada, Sungro Agricultural Consulting, Yangjoo, Korea), Klasmann(P4: Imported from Lithuania, Planutri, Inc., Seoul), Tref(P5: Imported from Latvia, Sungro Agricultural Consulting, Yangjoo, Korea), 및 Peltracom(P6: Imported from Latvia, Punong Co., Ltd. Kyeongju, Korea) 으로 총 6점을 확보하였다. 코이어더스트는 대부분 동남아시아 지역에서 수입된 것이었으며 Nelson(CD1: Imported from India, Shinsung Mineral Co.
- Kyeongju, Korea) 으로 총 6점을 확보하였다. 코이어더스트는 대부분 동남아시아 지역에서 수입된 것이었으며 Nelson(CD1: Imported from India, Shinsung Mineral Co., Ltd. Jincheon, Korea), Delmege 1(CD2: Imported from India, Monsanto Korea, Inc. Seoul, Korea), Delmege 2(CD3: Imported from India, Monsanto Korea, Inc. Seoul, Korea), Brown (CD4: Imported from Sri lanka, Punong Co., Ltd. Kyeongju, Korea), Yeaeun(CD5: Imported from India, Yeaeun Co., Ltd. Seoul Korea), Covina(CD6: Imported from Vietnam, Personal Import, No importing agent), Tamilradoo(CD7: Imported from India, Personal Import, No importing agent), Toplant (CD8: Imported from India, Personal Import, No importing agent), Parker(CD9: Imported from India, Personal Import, No importing agent), 및 Hanuman(CD10: Imported from India, Seoul Bio Co., Ltd. Eumseong, Korea) 으로 총 10점을 실험재료로 이용하였다.
- 피트모스와 코이어 더스트는 수송비를 절감하기 위해 건조 후 피트모스는 2~3 : 1, 코이어 더스트는 4:1로 압축된 상태에서 국내로 수입되었다. 수집한 피트모스와 코이어 더스트는 적당량의 물을 첨가하여 복원시켰다.
데이터처리
- 두 종류 유기물의 물리ㆍ화학적 특성을 분석한 후 CoStat 프로그램(Monterey, California)를 사용하여 표준편차를 구한 후 각각의 그림에 나타내었다. 또한 국내에서 유통되는 피트모스와 코이어 더스트는 원산지별 또는 생산방법에 따라 물리ㆍ화학성의 차이가 크며 실제 작물 재배에 이용할 때 선택기준이 모호하다.
이론/모형
- 배지 재료 속에 포함된 식물 생장 저해물질은 TAPPI표준법(1975)에 준해 회분함량, 냉수 추출물, 온수 추출물 및 알칼리 추출물의 양을 정량함으로써 간접적으로 측정하였다. 냉수추출물에는 불가용성 탄수화물, 탄닌, 배당체 등이 포함되고, 온수추출물에는 냉수추출물보다 양이 많은 불가용성 탄수화물, 탄닌, 배당체 등이 포함된다.
- 수집된 두 종류 물질의 입도분포를 Choi 등(1999)의 방법에 준하여 조사하였는데 ROTAP-II sieve shaker(Model A.S.T.M.E-11, Fisher Scientific Co, USA)를 사용하였고, 이용된 체(sieve)는 미국 표준규격(American standard) 번호 3 1/2(직경 5.6mM), 7(2.8mM), 14(1.0mM), 25(710µm), 45(355µm), 100(150µm) 및 140(106µm)였다.
- 유기재료의 pH 및 EC는 포화추출법(saturated paste method, Warncke, 1986)으로 측정하였고, 양이온교환용량은 ammonium acetate(pH 7.0) 방법(Hendershot 등, 1993)으로 분석하였다. 치환성 양이온함량은 양이온교환용량 분석을 위해 NH4OAc로 치환시킨 용액 속에 존재하는 양이온의 양을 원자흡광분석계(atomic absorption/flame emission spectrophotometer, Model 680, Shimazu, Japan)로 분석하였다(Hendershot등, 1993).
- 복원 후 작물 재배에 적합한 수분함량을 갖도록 증류수를 첨가하고 밀봉한 상태에서 48시간을 기다려 배지 내 수분이 평형상태에 도달하였다고 판단된 다음 물리성 측정을 하였다. 이 후 Choi 등(1997)의 방법에 준해 높이 및 직경 7.62cm, 그리고 내부용적 347.5mL인 알루미늄 실린더를 이용하여 공극률(total porosity), 기상률(air-filled porosity), 용기용수량(container capacity)과 가비중(bulk density)를 측정하였다. 또한sand box(Model Eijkelkamp 08.
성능/효과
- 903kPa 사이에 존재하는 쉽게 흡수할 수 있는 수분(easily available water, EAW)은 수집한 피트모스 중 P5가 약 22%로 가장 많았고, P2가 약 17%로 가장 적었다. 4.903~9.806kPa외 장력하에 존재하는 완충수(buffering water, BW)의 양은 P5가 약 13%, 그리고 P1이 9.9%로 측정되었다. 그러나 EAW와 BW의 양에서 피트모스의 종류별 차이가 크지 않았다.
- 710µm 이상의 입경을 갖는 비율이 C2, C6 및 C4는 각각 56.7%, 55.4% 그리고 56.1%로 조사되어 보수성이 우수한 반면 토양통기성이 불량할 것으로 예상되었다.
- 간접적인 방법으로 생장저해물질 함량을 파악하기 위해 수행한 회분 분석, 냉수추출물, 온수추출물, 알칼리추출물 분석에서 피트모스와 코이어 더스트 모두 회분 함량이 매우 낮았다. 그러나 피트모스의 냉수추출물이 평균 9.
- 공극률에서 피트모스가 평균±표준편차가 79.6 ± 5.04%로써 83.6 ± 6.18인 코이어더스트 보다 낮았으며, 용기용수량은 피트모스가 평균69.9 ± 10.17%이고 코이어 더스트는 65.9 ± 3.46으로피트모스의 보수성이 코이어 더스트 보다 높았지만 종류별 차이가 컸다.
- 국내에서 유통되는 피트모스와 코이어 더스트의 공극률을 측정한 결과 평균 79.6% ± 5.04로 측정되었고(Fig. 2) 코이어 더스트는 83.56% ± 6.18로 측정되었다.
- 국내에서 유통되는 피트모스의 pH는 평균 3.82 ± 0.94며 3.46~4.17의 범위에 포함되어 강산성 물질이였고, 코이어 더스트의 pH는 평균 6.01 ± 0.77이며 분석한 10종류 중 9점이 5.38~6.43의 범위에 포함되어 약산성이었으며 개별 코이어 더스트 간 차이가 크지 않았다.
- 코이어 더스트는 공극률, 기상률, 및 용기용수량의 결과에서 수집한 모든 재료가 수용 가능한 범위에 포함되었다. 그러나 수분장력에 따른 함수량 변화를 고려할 때 쉽게 이용할 수 있는 영역에서 함수량이 급격히 변하는 특징을 가지며, 피트모스보다 완충수의 비율이 낮은 특징을 가졌다. 따라서 피트모스 보다 정밀한 수분관리가 필요하며 혼합 배지를 조제하는 과정에서 완충수의 비율을 높일 수 있는 물질의 도입이 바람직하다고 사료된다(Milks, 1989; Wallach, 1992).
- 46으로피트모스의 보수성이 코이어 더스트 보다 높았지만 종류별 차이가 컸다. 기상률은 4종류의 피트모스가 10% 이하로 측정되었지만 코이어 더스트는 12~26% 의 범위로 피트모스보다 월등히 높았다. 조사한 6종류의 피트모스는 쉽게 흡수할 수 있는 수분(easily available water, EAW)이 18~22%의 범위였던 반면 코이어 더스트는 11~16%로 측정되었고 1점을 제외한 9점이11~13%의 범위로 측정되어 매우 낮았다.
- 또한 EC가 낮아 0.173~0.366dS · m−1에 포함된 4종류가 배지재료로서 이용 가능성이 높지만 코이어 더스트가 혼합배지재료로 이용될 경우 독성물질에 의해 생장 억제 현상이 많이 보고되고 있는 점(미 발표된 자료)을 고려할 때 알칼리 추출물의 비율이 낮아 15~30%에 포함되는 3 종류가 배지 재료로 적합하다고 판단하였다.
- 보편적으로 원예용 배지의 공극률이 85~95% 범위에 포함되며 각 피트모스에 직경이 큰 펄라이트 등의 무기물 재료를 혼합하여 혼합배지를 조제할 경우 목표한 공극률을 충분히 달성할 수 있다고 판단한다(Choi 등, 2009; Fonteno와 Nelson, 1990; Nelson, 2003). 또한 높은 용기용수량이 보수성이 높음을 나타내며 보유한 수분 중 쉽게 이용할 수 있는 영역(1~ 4.903kPa)과 완충영역(4.903~9.806kPa)의 수분량이 많아 수분 부족에 대응할 수 있는 물리적 완충력이 높고, 수분관리가 비교적 용이한 물질이라고 판단하였다.
- 46였고, 모든 코이어 더스트가 63~ 69%의 범위에 포함되어 코이어 더스트의 원산지별 차이가 적음을 확인할 수 있었다. 또한 총 10종류의 코이어 더스트 중 평균값을 기준으로 50% 범위에 6종류가 포함되어 피트모스보다 종류간 차이가 적었다. 피트모스의 기상률은 9.
- 식물 공장용 혼합 배지는 보편적으로 2~3 종류의 유ㆍ무기 물질을 조합하여 물리ㆍ화학성을 조절하고(Argo, 1998a; Nelson, 2003), 조합된 물질의 화학적 특성을 분석하여 그 결과를 기초로 첨가할 비료의 종류와 양을 결정한다(Argo, 1998b; Choi 등, 2009). 물리적 특성을 고려하여 식물 공장용 배지 재료로 적합한 물질을 선발할 때 피트모스는 분석한 6종류 모두 사용 가능한 재료라고 판단하였다. 이와 같이 판단하는 근거는 모든 피트모스의 공극률이 76.
- 3%가 추출되었다. 본 연구에서 수행한 이상의 결과를 고려할 때 피트모스에비해 코이어 더스트에 생장을 저해 시킬 수 있는 물질이 많이 포함되어 있음을 알 수 있었다[Fig. 7].
- 수집한 10종류의 코이어 더스트는 대부분 입경이 355~280µm 사이에 분포하여 피트모스에 비해 입경의 균일성이 높았다(Fig. 1).
- 이상의 내용을 고려할 때 EC가 과도하게 높아 1.5~1.6dS · m−1 범위에 포함된 1점은 혼합배지 구성재료로 사용이 불가하다고 판단하였다.
- 기상률은 4종류의 피트모스가 10% 이하로 측정되었지만 코이어 더스트는 12~26% 의 범위로 피트모스보다 월등히 높았다. 조사한 6종류의 피트모스는 쉽게 흡수할 수 있는 수분(easily available water, EAW)이 18~22%의 범위였던 반면 코이어 더스트는 11~16%로 측정되었고 1점을 제외한 9점이11~13%의 범위로 측정되어 매우 낮았다. 완충수(buffering water)도 피트모스가 9~13%의 범위였지만 9점의 코이어 더스트가 5.
- 양이온교환용량(CEC)은 코이어 더스트가 피트모스보다 약 3~4배 가량 낮았다. 코이어 더스트가 피트모스 보다 NO3-N와 P2O5-P 의 함량이 높았고, NH4-N 함량이 낮았지만 K와 Na 함량은 월등히 높아 전기전도도가 높아진 원인이 되었다고 판단하였다. 피트모스와 코이어 더스트의 온수추출물은 각각 6.
- 코이어 더스트는 710µm 이상의 비율이 C8에서 78.4%로가장 높았고, C9도 71.8%로 조사되어 비교적 높음을 알 수 있었다.
- 코이어 더스트의 용기용수량은 평균 65.91% ± 3.46였고, 모든 코이어 더스트가 63~ 69%의 범위에 포함되어 코이어 더스트의 원산지별 차이가 적음을 확인할 수 있었다.
- 코이어 더스트가 피트모스 보다 NO3-N와 P2O5-P 의 함량이 높았고, NH4-N 함량이 낮았지만 K와 Na 함량은 월등히 높아 전기전도도가 높아진 원인이 되었다고 판단하였다. 피트모스와 코이어 더스트의 온수추출물은 각각 6.67~16.37% 및 30.0~65.1%, 알칼리 추출물은 0~38% 및 23.1~70.3%였고 생장억제물질 함량이 코이어 더스트에서 높을 수 있음을 의미하고 있다.
- 피트모스의 기상률은 9.64% ± 10.17로 4종류가 10% 미만으로 측정되었으며, 코이어 더스트는 17.18% ± 7.11로 평균값을 기준으로 50% 범위인 14.9~21.1%의 범위에 6종류가 포함되어 피트모스 보다 기상률이 높았다.
- 피트모스의 양이온교환용량(CEC)은평균 27.20cmol+ ·kg−1 ±3.59로 24~30cmol+ ·kg−1 범위안에 분포하였고, 코이어 더스트는 평균 10.23cmol+ · kg−1 ±2.79으로 7~8cmol+ ·kg−1에 속한 1점을 제외한 나머지 9점이 9~12cmol+ ·kg−1 범위에 포함되었다.
- 화학적 특성에서피트모스는 pH가 3.46~4.17인 강산성물질이었고, 전기전도도(EC)는 분석한 6점 중 5점이 0.137~0.254dS · m−1로 측정되었다.
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