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문제 정의
- 이상의 내용을 고려하여 코이어더스트가 주재료인 세 종류의 혼합상토를 조제하고 크기가 다른 작물 재배용 화분에 인위적으로 상토의 충전량을 변화시켰다. 이후 변화된 물리성을 측정하므로써 상토 충전량 차이에 따른 물리성 변화에 관하여 기초자료를 확보하고자 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 본 연구를 위해 코이어더스트 + 팽연왕겨(8:2, v/v; coir dust + expanded rice hull, CD + ERH로 지칭), 코이어더스트 + 훈탄(6:4; coir dust + carbomized rice hull, CD + CRH), 그리고 코이어더스트 + 분쇄된 수피(8:2; coir dust + ground and raw pine bark, CD + GRPB) 등 세 종류의 상토를 조제하였다. 세 종류 상토는 Choi et al.
- 수분을 보유한 3종류의 상토는 중량을 측정하고, 105°C의 건조기에서 24시간을 건조시킨 후 다시 중량을 측정하여 습윤상태의 용적밀도(wet bulk density)와 건조상태의 용적 밀도(dry bulk density)를 계산하였다(Nelson, 2003). 이 밀도를 기준으로 각 화분의 용적을 고려하여 중량 기준으로 90, 100, 110, 120 및 130%가 되도록 각각의 상토를 충전한 후 물리성을 측정하였다.
- 이상의 내용을 고려하여 코이어더스트가 주재료인 세 종류의 혼합상토를 조제하고 크기가 다른 작물 재배용 화분에 인위적으로 상토의 충전량을 변화시켰다. 이후 변화된 물리성을 측정하므로써 상토 충전량 차이에 따른 물리성 변화에 관하여 기초자료를 확보하고자 본 연구를 수행하였다.
- 당 445g씩 첨가하고 작물 재배에 적합하도록 함수량을 50-65%(Hamrick, 2003)로 조절하였다. 이후 개별 상토를 각각의 화분에 충전하면서 서서히 증류수를 첨가하였으며, 인위적인 압력 조절없이 수분에 의해서만 상토가 침전되어 밀도를 유지할 수 있는 상태가 되도록 하였다. 점차 충전되는 상토의 양을 증가시키면서 각 화분의 최상부와 상토의 최상부가 일치하도록 상토의 양을 조절하였으며, 이 상태에서 관수 후 30분간 배수시키고 부피의 변화가 발생하는지를 점검하였다.
- 이후 개별 상토를 각각의 화분에 충전하면서 서서히 증류수를 첨가하였으며, 인위적인 압력 조절없이 수분에 의해서만 상토가 침전되어 밀도를 유지할 수 있는 상태가 되도록 하였다. 점차 충전되는 상토의 양을 증가시키면서 각 화분의 최상부와 상토의 최상부가 일치하도록 상토의 양을 조절하였으며, 이 상태에서 관수 후 30분간 배수시키고 부피의 변화가 발생하는지를 점검하였다. 관수 시 상토가 팽창하여 용적이 늘어나지만 배수 후 실린더와 동일한 높이로 변하는 상태를 작물 재배를 위한 최적 용적 밀도라고 판단하였다.
- 조제된 3종류의 상토에 토양습윤제인 AquagroG(Aquatrols Corporation of America, Paulsboro, NJ)를 1m3당 445g씩 첨가하고 작물 재배에 적합하도록 함수량을 50-65%(Hamrick, 2003)로 조절하였다. 이후 개별 상토를 각각의 화분에 충전하면서 서서히 증류수를 첨가하였으며, 인위적인 압력 조절없이 수분에 의해서만 상토가 침전되어 밀도를 유지할 수 있는 상태가 되도록 하였다.
대상 데이터
- 또한 상부의 내경(internal diameter)이 6cm(높이 5.5cm, 용적 85mL), 7.5cm(높이 7.0cm, 용적 192mL), 8.5cm(높이 9.0cm, 용적 308mL), 10.5cm(높이 10.5cm, 용적 590mL), 그리고 12.5cm(높이 12.5cm, 용적 1,097mL)인 5종류의 화분을 수집하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 각 상토의 충전밀도 변화에 따른 공극률, 기상률 및 액상률을 회귀분석하였다. 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻어진 1-2차항 회귀선 중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위해 R square 값과 Incremental F 값이 큰 회귀식을 최적 회귀식으로 판단하였다.
- 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻어진 1-2차항 회귀선 중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위해 R square 값과 Incremental F 값이 큰 회귀식을 최적 회귀식으로 판단하였다. 통계분석은 CoStat 프로그램(Monterey, California)으로 수행하였다.
- 각 상토의 충전밀도 변화에 따른 공극률, 기상률 및 액상률을 회귀분석하였다. 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻어진 1-2차항 회귀선 중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위해 R square 값과 Incremental F 값이 큰 회귀식을 최적 회귀식으로 판단하였다. 통계분석은 CoStat 프로그램(Monterey, California)으로 수행하였다.
이론/모형
- 각각의 화분에 Bilderback et al.(1982)의 방법에 의해 목표 용적밀도(target bulk density)가 되도록 세 종류 상토를 채워 넣은 후 물리성을 측정하였다. 공극률(total porosity, TP), 용기용수량(container capacity, CC) 및 기상률(air filled porosity, AFP)은 크기가 다른 화분에 각 상토를 5반복으로 하여 Karlovich and Fonteno(1986)의 방법에 의해 측정하고 계산하였다.
- (1982)의 방법에 의해 목표 용적밀도(target bulk density)가 되도록 세 종류 상토를 채워 넣은 후 물리성을 측정하였다. 공극률(total porosity, TP), 용기용수량(container capacity, CC) 및 기상률(air filled porosity, AFP)은 크기가 다른 화분에 각 상토를 5반복으로 하여 Karlovich and Fonteno(1986)의 방법에 의해 측정하고 계산하였다.
성능/효과
- 1% 수준의 회귀관계가 성립하였다. CD + CRH 상토의 CC는 충전량 90%에서 약 70%였고 충전량 130%에서 약 57%로 측정되었으며, 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 보였다. 상토 충전량이 증가할수록 세 종류 상토의 AFP는 직선적으로 감소하였다.
- 상토 충전량이 증가할수록 세 종류 상토의 AFP도 감소하였다. CD + CRH 혼합상토는 90% 충전량에서 약 18%, 그리고 130% 충전량에서 약 10%로 AFP가 직선적으로(y = 34.8393 - 01884X, R2= 0.9368***) 낮아졌으며, CD + ERH와 CD + GRPB 상토보다 그 정도가 더 심하였다.
- 세 종류의 혼합상토 모두 상토 충전량이 증가함에 따라 TP가 감소하였다. CD + ERH(8:2) 상토는 충전량을 90%로 조절한 처리의 TP가 약 98%였지만 상토 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하여(y = 172.07-0.7951X, R2= 0.9397***) 0.1% 수준의 회귀관계가 성립하였다. 세 종류 상토 모두 충전량이 많아질수록 CC가 2차곡선회귀적으로 감소하였고, AFP도 뚜렷이 감소하였다.
- CD + ERH(8:2), CD + CRH(6:4), 또는 CD + GRPB(8:2)를 직경 7.5cm 화분에 충전하는 과정에서 충전량의 변화는 상토의 물리성에 뚜렷한 영향을 미쳤다. Fig.
- 1% 수준의 2차곡선회귀가 성립하였으며, CD + CRH 혼합상토와 유사한 경향을 보였다. CD + GRPB 혼합상토도 충전량이 증가함에 따라 TP가 직선적으로 감소하였다(y = 132.04 -0.3815X, R2= 0.9109***). 직경 7.
- 4에 나타내었다. CD + GRPB 혼합상토에서 충전량을 90%로 조절한 처리가 약 93%의 높은 TP로 측정되었지만 충전량을 130%로 증가시킬 경우 약 61% 수준으로 낮아졌고, 충전량 증가는 TP가 직선적으로 감소하는 원인이 되었다. CC도 CD + ERH와 CD + CRH의 경우 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 보였다.
- 5에 나타내었다. CD + GRPB는 90% 충전량에서 TP가 약 96%로 측정되었지만 130% 충전량에서는 약 63%로 측정되었고, 2차곡선회귀적으로 낮아졌다. 상토 충전량이 많아질수록 세 종류 상토의 CC도 2차곡선회귀적으로(CD + ERH와 CD + GRPB) 또는 직선적으로 (CD + CRH)으로 감소하였으며, CD + GRPB(8:2)의 결정 계수(R2)가 0.
- 5cm 화분에 충전하는 과정에서 충전량의 변화는 상토의 물리성에 뚜렷한 영향을 미쳤다. Fig. 2에 나타낸 바와 같이 CD + ERH의 충전량을 90%로 조절한 처리의 TP가 약 87%였지만 충전량이 증가함에 따라 TP가 감소하여(y = -38.59 + 2.9168X - 0.0158X2, R2= 0.9607***) 0.1% 수준의 2차곡선회귀가 성립하였으며, CD + CRH 혼합상토와 유사한 경향을 보였다. CD + GRPB 혼합상토도 충전량이 증가함에 따라 TP가 직선적으로 감소하였다(y = 132.
- 점차 충전되는 상토의 양을 증가시키면서 각 화분의 최상부와 상토의 최상부가 일치하도록 상토의 양을 조절하였으며, 이 상태에서 관수 후 30분간 배수시키고 부피의 변화가 발생하는지를 점검하였다. 관수 시 상토가 팽창하여 용적이 늘어나지만 배수 후 실린더와 동일한 높이로 변하는 상태를 작물 재배를 위한 최적 용적 밀도라고 판단하였다.
- 세 종류 상토 모두 충전량이 많아질수록 CC가 2차곡선회귀적으로 감소하였고, AFP도 뚜렷이 감소하였다. 그러나 AFP에서 CD + CRH는 2차곡선회귀적으로 낮아졌으며 직선적으로 낮아진 CD + GRPB 또는 CD + ERH와 차이를 보였다.
- AFP 또한 세 종류 상토의 충전량이 증가함에 따라 직선으로 감소하였다. 그러나 CD + GRPB 상토가 다른 두 종류의 상토 보다 AFP가 약 1.7배 정도 높았다.
- 5cm 화분에서 상토의 충전량이 증가할수록 CD + ERH와 CD + CRH 상토의 CC가 2차회귀적으로 낮아졌다. 그러나 CD + GRPB 혼합상토의 CC는 90% 충전량에서 약 83%였고, 충전량 증가와 함께 직선적으로 낮아져(y = 101.6247 - 0.1967X, R2= 0.8187***) 130% 충전량에서 약 75%로 측정되었다. 상토 충전량이 증가할수록 세 종류 상토의 AFP도 감소하였다.
- 본 연구의 코이어더스트가 주요 구성 재료인 세 종류 상토를 용기에 충전하는 과정에서 상토 충전량이 많아져도 TP는 모든 규격의 포트에서 유사한 경향을 보이며 감소하였다. 그러나 동일한 상토를 충전할 때 충전량이 많아질수록 큰 규격의 용기에서 작은 규격의 용기보다 AFP가 적게 감소하고 CC의 감소 정도가 커지는 경향이었다. 이는 Nelson(2003), Styer and Koranski(1997) 그리고 Wallach(2008)가 보고한 바와 같이 용기가 클수록 바닥으로부터 용기 최상부까지 높이가 높아지고, 높이가 높아질수록 중력이 강하게 작용하여 물의 하방 이동력이 강하게 작용하였기 때문이다.
- , 1999a, 1999b). 따라서 충전량이 증가하여도 대공극이 미세공극으로 변하지 않고 TP 자체가 감소한 결과로 나타났다고 판단한다.
- 본 연구의 세 종류 상토를 다양한 크기의 화분에 충전할 때 충전하는 상토의 양이 증가하면 뚜렷하게 TP, AFP 및 CC가 감소하는 원인이 되었다. TP의 감소는 앞에서 설명한 것에서 원인을 찾을 수 있다.
- 본 연구의 코이어더스트가 주요 구성 재료인 세 종류 상토를 용기에 충전하는 과정에서 상토 충전량이 많아져도 TP는 모든 규격의 포트에서 유사한 경향을 보이며 감소하였다. 그러나 동일한 상토를 충전할 때 충전량이 많아질수록 큰 규격의 용기에서 작은 규격의 용기보다 AFP가 적게 감소하고 CC의 감소 정도가 커지는 경향이었다.
- CD + GRPB는 90% 충전량에서 TP가 약 96%로 측정되었지만 130% 충전량에서는 약 63%로 측정되었고, 2차곡선회귀적으로 낮아졌다. 상토 충전량이 많아질수록 세 종류 상토의 CC도 2차곡선회귀적으로(CD + ERH와 CD + GRPB) 또는 직선적으로 (CD + CRH)으로 감소하였으며, CD + GRPB(8:2)의 결정 계수(R2)가 0.9796로 가장 높았다. AFP 또한 세 종류 상토의 충전량이 증가함에 따라 직선으로 감소하였다.
- CD + CRH 상토의 CC는 충전량 90%에서 약 70%였고 충전량 130%에서 약 57%로 측정되었으며, 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 보였다. 상토 충전량이 증가할수록 세 종류 상토의 AFP는 직선적으로 감소하였다.
- 8187***) 130% 충전량에서 약 75%로 측정되었다. 상토 충전량이 증가할수록 세 종류 상토의 AFP도 감소하였다. CD + CRH 혼합상토는 90% 충전량에서 약 18%, 그리고 130% 충전량에서 약 10%로 AFP가 직선적으로(y = 34.
- 1% 수준의 회귀관계가 성립하였다. 세 종류 상토 모두 충전량이 많아질수록 CC가 2차곡선회귀적으로 감소하였고, AFP도 뚜렷이 감소하였다. 그러나 AFP에서 CD + CRH는 2차곡선회귀적으로 낮아졌으며 직선적으로 낮아진 CD + GRPB 또는 CD + ERH와 차이를 보였다.
- 세 종류 상토를 직경 8.5cm 화분에 충전하는 과정에서도 충전량의 변화는 상토의 물리성에 뚜렷한 영향을 미쳤다. Fig.
- 1에 나타내었다. 세 종류의 혼합상토 모두 상토 충전량이 증가함에 따라 TP가 감소하였다. CD + ERH(8:2) 상토는 충전량을 90%로 조절한 처리의 TP가 약 98%였지만 상토 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하여(y = 172.
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