토마토 코이어 수경재배에서 FDR센서, 적산일사량센서 및 타이머 급액방식에 따른 급배액량, 생육 및 과실수량 비교 Comparisons in Volumes of Irrigation and Drainage, Plant Growth and Fruit Yield under FDR Sensor-, Integrated Solar Radiation-, and Timer-Automated Irrigation Systems for Production of Tomato in a Coir Substrate Hydroponic System원문보기
비순환식 고형배지경에서 배액이 토양과 지하수 오염을 발생시키는 문제를 해결하고자 그 동안 연구된 데이터를 바탕으로 배액 최소화 재배방식을 확립을 위해 본 연구는 토마토 코이어 수경재배농가 시설에서 FDR 센서, 적산일사량 센서 및 타이머를 이용하여 토마토를 재배하며 급배액량, 생육 및 생산량을 비교하였다. 정식 후 88일까지 일일 식물체당 평균 급액량은 처리구에 따른 큰 차이가 없었다. 하지만 정식 후 88일 이후 107일까지 TIMER, FDR, IR 제어구 각각의 일일 식물체당 평균 급액량은 IR(2125mL) > TIMER(2063mL) > FDR(1983mL) 수준이었고 108일부터 120일 까지는 IR(2000mL) > TIMER(1664mL) > FDR(1500mL) 수준이었다. 배액률은 TIMER 제어구의 경우 5~12%, FDR 센서 제어구의 경우 0~7%, IR 제어구의 경우 12~19% 수준으로 IR > TIMER > FDR 순이었다. 정식 후 88일이후부터는 FDR과 IR 제어구가 급액량에 상이한 결과를 보였는데, 이는 재배 후기 즉, 5월 20일 이후 (정식 후 94일) 누적일사량의 증가로, IR 제어구에서는 급액이 증가된 반면 FDR 센서 처리구는 적심 이후 30일이 경과된 6월 2일경부터 IR 제어구 보다 일일 급액량이 평균 500mL 적게 공급된 결과이다. 식물체 생육 및 상품과 수량도 급액방식에 따른 통계적 유의차는 없었지만, 당도는 FDR 처리구에서 TIMER 처리구에 비해 약 11%, IR 처리구에 비해 약 18% 높았다.
비순환식 고형배지경에서 배액이 토양과 지하수 오염을 발생시키는 문제를 해결하고자 그 동안 연구된 데이터를 바탕으로 배액 최소화 재배방식을 확립을 위해 본 연구는 토마토 코이어 수경재배농가 시설에서 FDR 센서, 적산일사량 센서 및 타이머를 이용하여 토마토를 재배하며 급배액량, 생육 및 생산량을 비교하였다. 정식 후 88일까지 일일 식물체당 평균 급액량은 처리구에 따른 큰 차이가 없었다. 하지만 정식 후 88일 이후 107일까지 TIMER, FDR, IR 제어구 각각의 일일 식물체당 평균 급액량은 IR(2125mL) > TIMER(2063mL) > FDR(1983mL) 수준이었고 108일부터 120일 까지는 IR(2000mL) > TIMER(1664mL) > FDR(1500mL) 수준이었다. 배액률은 TIMER 제어구의 경우 5~12%, FDR 센서 제어구의 경우 0~7%, IR 제어구의 경우 12~19% 수준으로 IR > TIMER > FDR 순이었다. 정식 후 88일이후부터는 FDR과 IR 제어구가 급액량에 상이한 결과를 보였는데, 이는 재배 후기 즉, 5월 20일 이후 (정식 후 94일) 누적일사량의 증가로, IR 제어구에서는 급액이 증가된 반면 FDR 센서 처리구는 적심 이후 30일이 경과된 6월 2일경부터 IR 제어구 보다 일일 급액량이 평균 500mL 적게 공급된 결과이다. 식물체 생육 및 상품과 수량도 급액방식에 따른 통계적 유의차는 없었지만, 당도는 FDR 처리구에서 TIMER 처리구에 비해 약 11%, IR 처리구에 비해 약 18% 높았다.
Water drainage from the open hydroponics often causes significant environmental pollution due to agrochemicals and loss of water and nutrients. The objectives of this study were to show the potential application of an irrigation schedule based on threshold values of volumetric substrate water conten...
Water drainage from the open hydroponics often causes significant environmental pollution due to agrochemicals and loss of water and nutrients. The objectives of this study were to show the potential application of an irrigation schedule based on threshold values of volumetric substrate water content for tomato (Solanum lycopersicum L. 'Samsamgu') cultivation in a commercial hydroponic farm during spring to summer cultivation. This study was performed for minimizing effluent from coir substrate hydroponics using a frequency domain reflectometry (FDR) sensor-automated irrigation, as compared with an integrated solar-radiation (IR) and conventional timer-irrigation (TIMER) after transplanting. In results, no significant difference in daily irrigation volume was found among the treatments until 88 days after transplant (DAT). However, during the 88 to 107 DAT, the daily irrigation volume was in the order of IR (2125 mL) > TIMER (2063 mL) > FDR (1983 mL), and during the 108 to 120 DAT, it was in the order of IR (2000 mL) > TIMER (1664 mL) > FDR (1500 mL). The lowest drainage volume was observed in the FDR treatment with the order of IR (12~19%) > TIMER (4~12%) > FDR (0~7%) during the entire growing period. A lower irrigation volume in the FDR treatment after 88 DAT may be due to the sensor's detecting capacity for less water absorption by plant after completing fruit maturity with apical pruning and removal of lower leaves, while a higher irrigation volume in the IR treatment may be due to gradual increase in integrated solar-radiation amount as closer to summer season. There was no significant difference in plant growth and fruit yield among the treatments; however, a 11% and 18% of higher soluble sugar content was observed in the FDR than that of TIMER and IR treatment. respectively.
Water drainage from the open hydroponics often causes significant environmental pollution due to agrochemicals and loss of water and nutrients. The objectives of this study were to show the potential application of an irrigation schedule based on threshold values of volumetric substrate water content for tomato (Solanum lycopersicum L. 'Samsamgu') cultivation in a commercial hydroponic farm during spring to summer cultivation. This study was performed for minimizing effluent from coir substrate hydroponics using a frequency domain reflectometry (FDR) sensor-automated irrigation, as compared with an integrated solar-radiation (IR) and conventional timer-irrigation (TIMER) after transplanting. In results, no significant difference in daily irrigation volume was found among the treatments until 88 days after transplant (DAT). However, during the 88 to 107 DAT, the daily irrigation volume was in the order of IR (2125 mL) > TIMER (2063 mL) > FDR (1983 mL), and during the 108 to 120 DAT, it was in the order of IR (2000 mL) > TIMER (1664 mL) > FDR (1500 mL). The lowest drainage volume was observed in the FDR treatment with the order of IR (12~19%) > TIMER (4~12%) > FDR (0~7%) during the entire growing period. A lower irrigation volume in the FDR treatment after 88 DAT may be due to the sensor's detecting capacity for less water absorption by plant after completing fruit maturity with apical pruning and removal of lower leaves, while a higher irrigation volume in the IR treatment may be due to gradual increase in integrated solar-radiation amount as closer to summer season. There was no significant difference in plant growth and fruit yield among the treatments; however, a 11% and 18% of higher soluble sugar content was observed in the FDR than that of TIMER and IR treatment. respectively.
FDR 센서를 활용하여 실험한 작물은 토마토(Choi 등, 2013a; 2013b; 2014, 2015), 딸기(Kim, 2015), 파프리카(Yoo 등, 2014), 절화 장미(Park, 2015; Farina 등, 2007)등이 있으나 아직까지 실질적 농가활용을 위한 체계적 연구 자료의 축적은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 토마토의 코이어 배지를 활용한 비순환 수경재배 시 배액 최소화를 위한 재배방식을 확립하고자 FDR, 적산일사량 센서 및 타이머의 서로 다른 관수제어 방식을 적용하고 그에 따른 급 배액량, 생육 및 생산량을 비교 및 평가하였다.
제안 방법
급액은 FDR 센서(WT1000N, Mirae-Sensor, Seoul, Korea)에 의한 자동급액방식 처리와 비교하기 위하여 누적일사량센서(IR: Interated Solar Radiaion)와 타이머(TIMER) 제어구를 대조구로 정식 후부터 설정하였다. FDR 센서에 의한 방식과 IR 센서에 의한 급액방식은 동일한 자동관수제어기(Magma-1000, Green CS, Seoul, Korea)로 제어 되었고 TIMER 방식은 타이머가 장착된 자동급액기로 제어되었다.
관수 제어 시작 후 매일의 주당 급액량은 각 처리구의 재배베드의 중앙에 위치한 여분의 1개 점적핀에서 나오는 실제 급액량을 플라스틱 실린더에 모아 매일 측정하였다. 매일 배액량은 각 처리구의 재배베드의 중앙에 코이어 슬라브 아래에 배액받이 PE필름을 깔아 그 필름 아래로 배액이 흐르도록 하여 플라스틱 실린더에 모아 매일 급액종료 후 측정하였고 배액의 pH 및 EC농도도 함께 측정하였다. 배액률(%)은 다음과 같이 계산되었다: 배액률(%) = 100 × (주당 배액량 ÷ 주당 급액량).
대상 데이터
‘Samsamgu’) 유묘는 2015년 2월 17일에 세척된 재활용 코이어 슬라브 (100cm×20cm×10cm 대영지 에스(주); dust: chip (v/v) 〓 50:50%)에 6주씩 심고 1줄기로 유인 하였다. 배양액은 시립대학교 토마토 배양액을 기준으로 가감하여 사용하였다; 5[Ca(NO3)2.2H2O]NH4NO3 90.8kg, KNO3 43.9kg, NH4NO3 1.7kg KCl 6.8kg, KH2PO5 20.3kg, Fe-EDTA 860g, MgSO4·7H2O, 68.4kg, K2SO4 36.7kg, MnSO4·4H2O 169g, ZnSO4·7H2O 104g, CuSO4·5H2O 18.7g, Na2B4O7·10H2O 280g, NaMoO4·2H2O 12.1g (1000 L 100배).
본 실험은 강원도 춘천시 사농동에 위치한 토마토 재배 농가의 단동 2중 수막하우스 3동에서 실시하였다. 면적은 처리당 500m2 (150평, 1050주) 이며 총 1500m2에서 실시하였다.
면적은 처리당 500m2 (150평, 1050주) 이며 총 1500m2에서 실시하였다. 춘천 육묘장에서 구입한 토마토(Solanum lycopersicum L. ‘Samsamgu’) 유묘는 2015년 2월 17일에 세척된 재활용 코이어 슬라브 (100cm×20cm×10cm 대영지 에스(주); dust: chip (v/v) 〓 50:50%)에 6주씩 심고 1줄기로 유인 하였다. 배양액은 시립대학교 토마토 배양액을 기준으로 가감하여 사용하였다; 5[Ca(NO3)2.
성능/효과
그러나 정식 후 88일부터 107일까지 TIMER, FDR, IR 제어구 각각의 일일 식물체당 평균 급액량은 IR(2125mL) > TIMER(2063mL) > FDR(1983mL) 수준이었고 108일부터 120일 까지는 IR(2000mL) > TIMER(1664mL) > FDR(1500mL) 수준 이었다. 88일 이후부터는 FDR과 IR 제어구가 상이한 결과를 보였는데, 이는 정식 후 94일쯤 부터 누적일사량의 증가로(Fig. 1) IR 제어구는 급액이 증가된 반면, FDR 처리구는 정식 후 107일쯤 부터(적심 후 30일이 경과) 급액이 IR 제어구보다 주당 평균 500mL 적게 공급된 결과이다. 두 처리와는 다르게 TIMER 제어구는 정식 78일부터 120일까지 평균 급액량이 큰 편차 없이공급되었다.
전 재배기간 동안 생육단계별 일일 식물체당 평균 급액량은 13-51일에는 600-630mL, 52-60일에는 1000-1200mL, 61-68일은 1200-1400mL, 69-78일은 1800-1860mL, 79-87일은 1820-1900mL 범위로 공급되어 처리구 별 큰 유의적인 차이가 없었다(Table 1). 그러나 정식 후 88일부터 107일까지 TIMER, FDR, IR 제어구 각각의 일일 식물체당 평균 급액량은 IR(2125mL) > TIMER(2063mL) > FDR(1983mL) 수준이었고 108일부터 120일 까지는 IR(2000mL) > TIMER(1664mL) > FDR(1500mL) 수준 이었다. 88일 이후부터는 FDR과 IR 제어구가 상이한 결과를 보였는데, 이는 정식 후 94일쯤 부터 누적일사량의 증가로(Fig.
배액률은 TIMER 제어구의 경우 5~12%, FDR 센서 제어구의 경우 0~7%, IR 제어구의 경우 12~19% 수준 으로 IR > TIMER > FDR 순이었다(Table 1). FDR 센서구에서는 정식 후 88일 이후에는 배액이 극소화 되어 ‘배액 제로화’(Mathers 등, 2005) 결과를 얻었다.
하지만 최근 발표된 연구결과에 의하면 IR에 의해 급액시 오전에 해 뜬 후 225 W·m -2 가 되기까지 1시간이 소요되는데 반해 낮 동안에는 30분미만으로 소요 된다고 하였다(Lizarraga 등, 2003). 이러한 IR 제어법과 FDR 제어법을 함께 병행하여 급액 한다면 관수 효과를 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다. FDR 센서 제어법은 관수종료 후 관수개시까지 감소된 물량을 관수개시 후바로 충족시키므로(Choi 등, 2013a, b), Yeager 등(1997)이 언급한 관수의 의미를 잘 반영하는 방식이다.
05) 높았다. 하지만, 당도는 FDR 처리구에서 TIMER 처리구에 비해 약 11%(p < 0.05), IR 처리구에 비해 약 18%(p < 0.05) 높아 처리구 중 가장 높았다(Table 2). 이 결과는 FDR 센서구의 일일 주당 급액량을 관행수준으로 공급하면서 배액을 극소화를 목표로 1회 공급량을 생육단계별로 다르게 설정해 준 것과 이에 따라 급액횟수가 다른 것(Table 1)과 관련이 있는 것으로 판단된다.
후속연구
이 결과는 흐리고 비가 오는 날과 맑은 날의 급액 패턴과 하루 시간대별 급액빈도가 FDR과 IR 제어구간에 차이가 있는 것과 관련이 있다. 이러한 미세한 변화를 FDR 센서가 감지하고 자동관수기와의 통신이 원활하게 될 수있도록, 또 재배자가 최소 시간 투자로 바로 활용 가능하도록 기술을 안정화 시키는 것이 앞으로의 과제이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환식 방식의 단점은?
이때 방류되는 배액으로 인하여 수분 및 비료가 손실되며, 환경오염을 유발시킬 뿐 아니라 배액의 온실 내부 방류시 토양환경이 열악해지고 병발생의 원인이 될 수 있다 (Hwang 등, 2012). 이러한 문제를 극복하기 위해 순환식 방식이 권장되지만 특정이온의 비율이 증가하고 축적 되는 어려움이 있어서(Ehret 등, 2005; Zekki 등, 1996) 실용화 단계까지는 추가 연구가 필요한 실정이다. 토양과 지하수의 염류오염에 따른 환경적, 경제적 우려가 커지는 가운데(Giuffrida 등, 2003; Kim, 2014), 북미 및유럽국가에서는 온실로부터 고농도의 화학비료 성분이 배출되지 못하도록 법적으로 규제하고 있다(Runia와 Amsing 2001).
비순환식 고형배지경으로 방류되는 배액으로 인한 문제점은?
일반적으로 비순환식 고형배지경은 배지 내 염류축적 방지를 위해 배액율을 20~40%정도로 관리하는 것이 일반적이다. 이때 방류되는 배액으로 인하여 수분 및 비료가 손실되며, 환경오염을 유발시킬 뿐 아니라 배액의 온실 내부 방류시 토양환경이 열악해지고 병발생의 원인이 될 수 있다 (Hwang 등, 2012). 이러한 문제를 극복하기 위해 순환식 방식이 권장되지만 특정이온의 비율이 증가하고 축적 되는 어려움이 있어서(Ehret 등, 2005; Zekki 등, 1996) 실용화 단계까지는 추가 연구가 필요한 실정이다.
FDR 센서는 무엇인가?
수분센서의 종류로는 Time Domain Reflectometry(TDR) 센서와 Frequency Domain Refelctometry(FDR)가 있다. TDR 센서는 고주파를 발생시켜 되돌아오는 전파속도에 근거하여 토양 내 수분을 측정하는 것이고, FDR 센서는 고주파를 이용하여 토양 내 수분함량에 따른 유전율 정도에 따라 측정 회로내에 걸리는 주파수영역에서 콘덴서에 걸리는 정전용량(electric capacity)으로 읽어 토양수분함 량으로 환산하여 나타내는 것이다. 최근 FDR 센서를 활용한 고형배지경에서 관수조절 및 관리(Jaria 등, 2013), 센서 간 간격과 측정위치 및 보정방법(Kim, 2014; Park 등, 2011a; 2011b; 2014), 적정 근권 수분제어 범위 구명(Park, 2015), 급액 개시시기와 종료 시기, 배양액 관리(Yoo, 2014) 등이 연구되어 왔다.
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