선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 이용하여 코코넛 코이어 배지에서 급액 공급관리에 적합한 수분측정 장소를 찾고 보다 정밀한 측정 방안을 제시하기 위한 기초 실험으로 급액구에서의 측정거리와 위치 그리고 노이즈 필터 사용에 따른 수분변화와 편차를 조사하였다. 시판되는 코코넛 코이어 슬라브 중 coir dust와 chip의 함량이 10:0, 7:3, 5:5, 3:7인 배지들을 사용했고 배지 윗면과 측면에 급액구부터 5, 10, 20, 30cm의 거리를 두어 센서를 설치하여 동일한 급액을 공급한 후 수분변화를 측정하였으며, 노이즈 필터 사용 여부에 따른 수분변화는 내부가 균일한 인공토양인 글라스 비드를 포수하여 설치간격 0, 6, 12, 21cm에서 측정하였다.
- 본 연구는 토양 수분측정으로 많이 활용되고 있는 FDR(frequency domain reflectometry)센서를 이용하여 수경재배에서 우수한 특성을 가지고 있어 친환경 유기배지로 사용이 증가되고 있는 코코넛 코이어 배지내 수분의 변화를 미세하게 감지하며 급액 공급 관리에 사용할 수 있는 적합한 측정 지점을 찾고 배지 수분측정 센서 활용시 기초 자료로 활용할 수 있도록 하고자 수행하였다.
제안 방법
- 두 센서 간의 간격은 다양한 위치에 따른 변화를 측정하기 위해 각각 0, 6, 12, 21cm의 네 가지로 조절하였다. 그리고 센서와 데이터 로거에 공급되는 전기에서 발생되는 전기적 노이즈가 측정에 미치는 영향을 알아보고자 전기노이즈 필터(UF4STS, Union Elecom, Korea)를 이용한 콘센트를 만들어 사용 유무에 따른 수분함량 변화를 계측하였다. 수분 함량 센서와 데이터 로거를 통해 저장되는 데이터 값의 시간에 따른 변화와 편차를 조사했다.
- 이러한 편차는 수분함량이 지속적으로 증가(+)되는 순간에는 같이 증가(+)되고, 지속적으로 감소(-)가 되면 같이 감소(-)가 되며, 변화가 없으면 0을 나타낸다. 그리고, 그 차이를 0, 0.1, 0.2, 0.2초과 4가지로 구분하여 개수했고 구분 영역들을 각각 4, 3, 2, 1점으로 점수화하여 가장 작은 편차인 0이 많을수록 높은 점수를 나타내도록 계산하였다.
- 글라스 비드를 증류수에 3회 이상 세척하고 이물질을 제거한 후, 용기 내부의 가로 세로 높이가 29 × 14 × 14cm 인 플라스틱 상자에 증류수(EC 0.0025dS·m−1, pH 5.5)를 절반 정도 담고 일정한 사이즈의 글라스 비드를 천천히 저으면서 내부에 기포가 생기지 않도록 하여 11cm 높이까지 편평하게 채웠다.
- 배지를 완전 포수한 후 하루가 지난 다음 측정을 시작하였다. 급액 이후 시간에 따른 배지내 수분 변화를 가장 정밀하게 계측하는 위치와 거리를 판단하기 위해 수분측정 센서와 데이터 로거를 통해 저장되는 데이터 값에서 급액 직후 최고 수분함량에 도달하는데 걸리는 시간, 최고 수분함량 지점과 급액 공급 시점의 수분함량 차이, 그리고 최고 수분함량까지의 변화율을 조사하였다.
- 급액은 온실내 수돗물(EC 0.3dS·m−1, pH 6.2)을 이용하여 수중펌프를 이용해 애로우형 드리퍼로 배지 윗면에 공급되도록 설치했고, 이를 통해 1회 6분동안 150 ± 20mL가 급액되도록 하였다.
- 증류수 수위를 글라스 비드보다 3~4mm 정도로 약간 높게 채운 상태에서 그 윗면에 센서 2개를 설치하여 센서간 간격에 따른 수분변화를 측정했다. 두 센서 간의 간격은 다양한 위치에 따른 변화를 측정하기 위해 각각 0, 6, 12, 21cm의 네 가지로 조절하였다. 그리고 센서와 데이터 로거에 공급되는 전기에서 발생되는 전기적 노이즈가 측정에 미치는 영향을 알아보고자 전기노이즈 필터(UF4STS, Union Elecom, Korea)를 이용한 콘센트를 만들어 사용 유무에 따른 수분함량 변화를 계측하였다.
- 배지별 측정한 위치와 거리에 따른 수분함량 증가율을 비교하였다(Fig. 3). 급액 구에 가장 가까운 측정거리 5cm는 네 종류의 배지조성과 측정위치 모두에서 가장 높은 증가율을 나타냈다.
- 작물에 의한 영향력이 없는 상태에서 급액 후 배지내 수분 이동 변화를 측정하기 위해 작물없이 실험을 진행했다. 수분 센서는 설치면의 중간 지점에 배치하였고, 한번 측정시 한 개의 센서만을 사용해 측정거리와 위치별 급액 이후 시간에 따른 수분변화를 측정했다. 측정 거리는 실험에서 사용되는 급액구인 드리퍼에서부터 5cm 거리를 센서 설치 최소거리로 선택하였고, 거리를 5, 10, 20, 30cm로 늘여가면서 실험하였다.
- 그리고 센서와 데이터 로거에 공급되는 전기에서 발생되는 전기적 노이즈가 측정에 미치는 영향을 알아보고자 전기노이즈 필터(UF4STS, Union Elecom, Korea)를 이용한 콘센트를 만들어 사용 유무에 따른 수분함량 변화를 계측하였다. 수분 함량 센서와 데이터 로거를 통해 저장되는 데이터 값의 시간에 따른 변화와 편차를 조사했다. 편차는 측정된 각 데이터의 시간에 따른 유지 정도를 나타내는 것으로 연속되는 계측값 간의 차로 계산하였다.
- 본 연구는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 이용하여 코코넛 코이어 배지에서 급액 공급관리에 적합한 수분측정 장소를 찾고 보다 정밀한 측정 방안을 제시하기 위한 기초 실험으로 급액구에서의 측정거리와 위치 그리고 노이즈 필터 사용에 따른 수분변화와 편차를 조사하였다. 시판되는 코코넛 코이어 슬라브 중 coir dust와 chip의 함량이 10:0, 7:3, 5:5, 3:7인 배지들을 사용했고 배지 윗면과 측면에 급액구부터 5, 10, 20, 30cm의 거리를 두어 센서를 설치하여 동일한 급액을 공급한 후 수분변화를 측정하였으며, 노이즈 필터 사용 여부에 따른 수분변화는 내부가 균일한 인공토양인 글라스 비드를 포수하여 설치간격 0, 6, 12, 21cm에서 측정하였다. 배지조성에 상관없이 센서가 급액구에 가까울수록 높은 수분함량 증가를 나타내었다.
- 실험에 사용한 모든 배지 조성들 간에 측정 위치별 수분함량변화 특성을 분석하였다(Table 6). 센서 측정위치에 따른 수분함량변화 특성들은 통계적 유의성이 없었지만, 최대수분 함량에 도달하는 시간은 배지내 chip의 함량이 감소할수록 빨라지는 경향을 나타냈다.
- 5)를 절반 정도 담고 일정한 사이즈의 글라스 비드를 천천히 저으면서 내부에 기포가 생기지 않도록 하여 11cm 높이까지 편평하게 채웠다. 증류수 수위를 글라스 비드보다 3~4mm 정도로 약간 높게 채운 상태에서 그 윗면에 센서 2개를 설치하여 센서간 간격에 따른 수분변화를 측정했다. 두 센서 간의 간격은 다양한 위치에 따른 변화를 측정하기 위해 각각 0, 6, 12, 21cm의 네 가지로 조절하였다.
- 8%에 보다 근접하게 나타났다. 지속적인 수분환경 측정에 있어서 정밀성을 의미하는 수분 편차는 보다 정확한 비교가 필요할 것으로 판단하여 측정 결과별 편차 정도를 개수하고 점수를 부여하여 실험 처리구별로 점수화하였다(Table 7). 편차 점수에 있어서 노이즈필터의 사용 효과는 통계적으로 고도로 유의함을 나타내었고, 거리에 따른 편차 차이 또한 유의하였다.
- 수분 센서는 설치면의 중간 지점에 배치하였고, 한번 측정시 한 개의 센서만을 사용해 측정거리와 위치별 급액 이후 시간에 따른 수분변화를 측정했다. 측정 거리는 실험에서 사용되는 급액구인 드리퍼에서부터 5cm 거리를 센서 설치 최소거리로 선택하였고, 거리를 5, 10, 20, 30cm로 늘여가면서 실험하였다. 선택 이유는 과채류 작물재배시 이식용으로 많이 사용되는 암면큐브 사이즈가 폭 10cm로 이를 정식시 중간에 급액구가 설정되는데, 이 때 급액위치에서 5cm 떨어진 곳부터가 센서를 이용해 측정할 수 있는 최소거리라 판단했다.
- Table 2~5는 배지별로 수분함량 변화를 측정하여 급액이 들어가는 시점과 급액 후 최고 수분함량 시점과의 관계를 나타낸 것이다. 측정위치와 측정거리별로 급액 후 수분함량이 최고점에 도달하는 시간, 급액 시작점의 수분함량에서 최고 수분함량간 차이, 그리고 급액 후 최고 수분함량에 도달하는 동안의 수분함량 상승률을 조사했다. 실험에 사용한 4가지 조성의 각 코코넛 코이어 배지들에서 측정위치와 측정거리별 급액 후 배지수분 최고점 도달시간은 통계적 차이를 나타내지 않았으며, 급액 시작점에서 최대 수분함량간의 차이와 수분함량 상승률은 측정거리가 가까울수록 높았다.
- 코코넛 코이어 배지를 대상으로 급액구에서 5cm 떨어진 지점에 센서를 설치하여 위치와 배지 종류에 따른 급액 후의 배지내 수분함량 변화를 측정하였다(Fig. 2). 센서 거리 5cm는 실험에서 다른 거리에 따른 처리들보다 가장 급액구에 가까운 곳으로 급액 후 시간에 따른 수분함량 변화를 모든 배지들에서 확연히 관찰할 수 있었다.
대상 데이터
- 균일한 토양 구성과 수분함량에서 센서 사용시 노이즈 필터 사용에 따른 수분함량 측정변화를 조사하기 위해 불균일하여 포수 후 지속적으로 일정한 수분을 같은 배지 다른 측정 위치에서 나타낼 수 없는 코코넛 코이어 대신 내부 구성이 일정하고 포수 상태에서 위치에 상관없이 일정한 수분함량을 나타내는 글라스 비드(glass beads, spherical glass beads made of soda lime silicate glass, Trime-IMKO, Germany, water saturated volume 44.8%)를 이용하였다. 글라스 비드를 증류수에 3회 이상 세척하고 이물질을 제거한 후, 용기 내부의 가로 세로 높이가 29 × 14 × 14cm 인 플라스틱 상자에 증류수(EC 0.
- 수분측정 대상은 슬라브 형태의 코코넛 코이어 배지(100 × 20 × 12cm, Sivanthi Joy, India)를 네 가지의 구성비(coir dust:chip, v/v, 3:75:5 7:3 10:0, Table 1)로 하여 사용했다.
- 실험은 2011년 4월에 서울시립대학교 연동형 비닐하우스에서 수행하였다. 실험이 진행되는 동안 비닐하우스의 평균 공기 온도는 21ºC 였다.
- 선택 이유는 과채류 작물재배시 이식용으로 많이 사용되는 암면큐브 사이즈가 폭 10cm로 이를 정식시 중간에 급액구가 설정되는데, 이 때 급액위치에서 5cm 떨어진 곳부터가 센서를 이용해 측정할 수 있는 최소거리라 판단했다. 측정 위치는 배지가 벤치 위에 놓였을 때 노출되는 부분인 윗면과 측면 두 곳을 선택하였다(Fig. 1). 배지를 완전 포수한 후 하루가 지난 다음 측정을 시작하였다.
데이터처리
- 분석은 SAS(Statistical Analysis System, 9.3 Versioin)통계 프로그램을 이용하여 분산분석 analysis of variance(ANOVA)을 하였고, 처리간 평균 값은 Tukey의 다중검정법을 이용하여 그 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 수분측정 센서는 FDR(frequency domain reflectometry)방식의 탐침형 센서(CoCo sensor, 3 stainless rods of 6.5cm length and 5cm width, volumetric water content , Mirae Sensor, Korea)를 사용하였다. 본 실험에 사용한 FDR센서의 수분측정범위는 0.
성능/효과
- 3). 급액 구에 가장 가까운 측정거리 5cm는 네 종류의 배지조성과 측정위치 모두에서 가장 높은 증가율을 나타냈다. 이는 코코넛 코이어 배지에서 수분센서를 이용한 측정시 급액구에 가까운 곳이 최선의 위치로 사용되어야 함을 알 수 있게 해준다.
- 센서 거리 5cm는 실험에서 다른 거리에 따른 처리들보다 가장 급액구에 가까운 곳으로 급액 후 시간에 따른 수분함량 변화를 모든 배지들에서 확연히 관찰할 수 있었다. 급액구에서 센서의 위치가 멀어질수록 급액 후 수분함량 증가가 작아 뚜렷한 변화를 나타내지 않았다(Data not shown). 배지 종류별로 윗면 측정시 수분함량을 살펴보면, 배지조성 3:7(dust 30% : chip 70%)에서는 평균 39.
- 4). 노이즈 필터를 사용하였을 때 수분함량 변화가 많이 줄어들었으며 글라스 비드의 수분함량인 44.8%에 보다 근접하게 나타났다. 지속적인 수분환경 측정에 있어서 정밀성을 의미하는 수분 편차는 보다 정확한 비교가 필요할 것으로 판단하여 측정 결과별 편차 정도를 개수하고 점수를 부여하여 실험 처리구별로 점수화하였다(Table 7).
- 급액구에서 센서의 위치가 멀어질수록 급액 후 수분함량 증가가 작아 뚜렷한 변화를 나타내지 않았다(Data not shown). 배지 종류별로 윗면 측정시 수분함량을 살펴보면, 배지조성 3:7(dust 30% : chip 70%)에서는 평균 39.4%와 최대 40.6%를 나타내었고, 5:5(dust 50%: chip 50%)에서는 평균 47.7%와 최대 51.5%를 나타내었다. 배지조성 7:3(dust 70% : chip 30%)에서는 평균 54.
- 6%를 나타내었다. 배지 측면을 측정하였을 때, 배지조성 3:7에서는 평균 40.9%, 5:5에서 평균 50.0%, 7:3에서 평균 59.8%, 10:0에서 평균 58.6%을 보였으며 이 결과들은 윗면 측정보다 수분함량이 높았다. 배지구성 물질 중 chip의 함량이 감소하면서 수분함량이 증가하였다.
- 6%을 보였으며 이 결과들은 윗면 측정보다 수분함량이 높았다. 배지구성 물질 중 chip의 함량이 감소하면서 수분함량이 증가하였다. 이는 코코넛 코이어 배지에서 chip이나 fiber의 함량이 감소할수록 평균 수분함량과 최소 수분함량이 증가한다는 결과와 일치한다(Park 등, 2010).
- 5%를 나타내었다. 배지조성 7:3(dust 70% : chip 30%)에서는 평균 54.5%와 최대 56.1%를 나타내었고, 10:0(dust 100% : chip 0%)에서는 평균 56.9%와 최대 58.6%를 나타내었다. 배지 측면을 측정하였을 때, 배지조성 3:7에서는 평균 40.
- 시판되는 코코넛 코이어 슬라브 중 coir dust와 chip의 함량이 10:0, 7:3, 5:5, 3:7인 배지들을 사용했고 배지 윗면과 측면에 급액구부터 5, 10, 20, 30cm의 거리를 두어 센서를 설치하여 동일한 급액을 공급한 후 수분변화를 측정하였으며, 노이즈 필터 사용 여부에 따른 수분변화는 내부가 균일한 인공토양인 글라스 비드를 포수하여 설치간격 0, 6, 12, 21cm에서 측정하였다. 배지조성에 상관없이 센서가 급액구에 가까울수록 높은 수분함량 증가를 나타내었다. 배지 조성 3:7과 10:0에서는 윗면과 측면 측정에 따른 배지 수분함량 변화 특성이 차이를 보이지 않았으나 5:5와 7:3에서는 윗면을 측정시 보다 높은 수분함량 증가를 보였다.
- 본 실험에 사용한 FDR센서의 수분측정범위는 0.0~99.9%이며, 정확도는 ±0.3%였다.
- 실험에 사용한 모든 배지 조성들 간에 측정 위치별 수분함량변화 특성을 분석하였다(Table 6). 센서 측정위치에 따른 수분함량변화 특성들은 통계적 유의성이 없었지만, 최대수분 함량에 도달하는 시간은 배지내 chip의 함량이 감소할수록 빨라지는 경향을 나타냈다. 수분함량 차이는 3:7 배지에서 가장 낮게 나타났다.
- 측정위치와 측정거리별로 급액 후 수분함량이 최고점에 도달하는 시간, 급액 시작점의 수분함량에서 최고 수분함량간 차이, 그리고 급액 후 최고 수분함량에 도달하는 동안의 수분함량 상승률을 조사했다. 실험에 사용한 4가지 조성의 각 코코넛 코이어 배지들에서 측정위치와 측정거리별 급액 후 배지수분 최고점 도달시간은 통계적 차이를 나타내지 않았으며, 급액 시작점에서 최대 수분함량간의 차이와 수분함량 상승률은 측정거리가 가까울수록 높았다. 측정위치에 따른 수분함량 차이와 수분함량 상승률은 함량비 5:5와 7:3 배지에서 윗면 측정이 측면 측정보다 높았다.
- 인공 토양인 글라스 비드에서 센서 거리별로 노이즈필터를 사용 유무에 따른 수분함량 변화를 최고, 평균, 최저로 나타내었다(Fig. 4). 노이즈 필터를 사용하였을 때 수분함량 변화가 많이 줄어들었으며 글라스 비드의 수분함량인 44.
- 실험에 사용한 4가지 조성의 각 코코넛 코이어 배지들에서 측정위치와 측정거리별 급액 후 배지수분 최고점 도달시간은 통계적 차이를 나타내지 않았으며, 급액 시작점에서 최대 수분함량간의 차이와 수분함량 상승률은 측정거리가 가까울수록 높았다. 측정위치에 따른 수분함량 차이와 수분함량 상승률은 함량비 5:5와 7:3 배지에서 윗면 측정이 측면 측정보다 높았다. 그러나, 배지내 구성을 조밀하지 못하도록 하여 기상을 높이는 역할인 chip의 함량이 매우 적거나 매우 많은 함량비 3:7과 10:0 배지에서는 통계적으로 차이가 없었다.
후속연구
- 근권 수분측정을 통한 급액제어를 한다면, 급액 목표지점에 도달하는 것을 신속하고 분명하게 측정하여 신속한 공급과 차단 반응에 따른 적정 급액량 공급으로 초과되는 급액을 방지할 수 있으며, 최적의 제어로 식물에 적합한 양수분 조건을 관리할 수 있게 된다. 그래서, 센서 사용시 적합한 위치 선정은 측정의 정밀함를 높일 수 있으며 자원 절약을 통한 경제적인 활용을 가능하게 할 것이다. 하지만 배지 수분측정 센서에 있어서 적합한 측정 위치와 그 특징에 대한 연구는 미비하다.
- 편차 점수로 사용의 적합성을 판단하여 보면, 다수의 센서 사용시 최적의 조건은 노이즈 필터를 사용하여 센서 간격을 21cm 이상으로 넓게 설치해 측정하는 것이다. 본 실험 결과는 다수의 센서들로 계측시 적합한 사용방법을 목적으로 실시하였으나 노이즈 필터를 활용시 센서 측정값의 변화와 편차가 감소하는 것으로 볼 때 단일 센서를 사용할 때에도 노이즈 필터와 같은 추가적인 시스템을 이용한다면 보다 정밀한 측정 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 하지만, 실제로 측면 측정시 몇가지 문제가 발생할 수 있다. 첫째는 측면에 불안정하게 설치된 센서가 외부충격에 빠져서 고정된 설치가 불가능할 수 있으며, 두번째는 고정되더라도 배지내부에 삽입된 측정용 탐침이 센서 무게로 인하여 배지를 아랫방향으로 압박하면서 공기층이 형성되어 배지와 센서간의 접촉 불량으로 정확한 측정을 하지 못할 가능성이 있음을 실사용시 유념해야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.