초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1. 연구개발 결과 요약
가. 공정육묘 신배지 개발(제 1 과제)
(1) 기존 무기물 및 유기물 대체 재료 발굴 및 가공기술 개발
(가) 국내산 무기물 신재료 가공기술 개발
상토제조에 사용되는 무기물 소재인 펄라이트에 상응하는 물리적 및 화학적 특성을 가진 무기원료를 염가의 경남 산청산 저급 고령토 및 발포성 점토를 사용하여 개발함으로서 상토제조 원가를 낮추고자 하였다. 더불어 상토용 무기소재에 요구되는 물리적ㆍ화학적 특성을 갖고 있는 폐유리를 활용한 다공질 무기소

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1. 연구개발 결과 요약
가. 공정육묘 신배지 개발(제 1 과제)
(1) 기존 무기물 및 유기물 대체 재료 발굴 및 가공기술 개발
(가) 국내산 무기물 신재료 가공기술 개발
상토제조에 사용되는 무기물 소재인 펄라이트에 상응하는 물리적 및 화학적 특성을 가진 무기원료를 염가의 경남 산청산 저급 고령토 및 발포성 점토를 사용하여 개발함으로서 상토제조 원가를 낮추고자 하였다. 더불어 상토용 무기소재에 요구되는 물리적ㆍ화학적 특성을 갖고 있는 폐유리를 활용한 다공질 무기소재를 적용하는 시험을 수행하였다.
상토용 무기소재의 구체적 개발내용은 다음과 같다. 저급 고령토 및 발포성 점토를 입자화하고 열처리하여 기공율 60vol% 이상, 부피비중 0.3g/mL, pH 6∼7, 입도 1.6∼2.5mm의 특성을 가진 펄라이트 대체용 무기질 상토 소재를 개발하였다. 저급 고령토대신 규조토를 사용한 경우 과립의 점성을 높이기 위하여 벤토나이트를 10% 첨가하여 무기질 상토 소재를 개발하였다. 폐유리에 탄산칼륨(CaCO3)을 첨가하여 용융시킨 후 다공질화하여 상토용 무기소재로서의 각종 물리적, 화학적 특성을 측정한 후 육묘 효과 실험이 가능한 물량인 100L를 제공하였다. 혼합규조토에 훈탄을 20% 혼합한 후 과립화하고 1,000℃ 부근에서 열처리하여 다공질 무기소재를 100L 제공하였다.
(나) 국내산 유기물 재료 발굴(배지의 유기물 대체 재료로서의 버섯 폐상재 이용 실험)
① 폐상재를 재활용한 혼합배지에서 팬지와 페튜니아 플러그묘의 생육
본 실험은 표고버섯, 느타리버섯, 그리고 팽이버섯 재배에 이용된 배지들을 가공하여 양액재배용 상토로서 활용가능성 및 문제점을 파악하기 위하여 수행되었다. 각각의 폐상재를 입상암면과 혼합한 배지에서 페튜니아의 플러그묘의 생육을 조사하였다. 모든 처리에서 저조한 생육을 보였기에 작물의 생육을 억제하는 물질을 제거하기 위한 실험을 수행하였다. 1차실험 결과 생육이 양호하였던 표고버섯 폐상재를 120℃, 1.2기압 하에서 15분간 고압증기 살균처리하여 작물의 생육을 억제하는 물질을 제거하기 위한 전처리 과정 후 페튜니아 육묘실험을 수행하였다. 대조구와 비교하여 메탄올로 24시간 침지한 후 물로 씻어낸 처리에서 가장 양호한 생육결과를 보였다. 72시간 물로 씻어낸 처리에서는 초장, 근장, 생체중, 건물중 모두에서 저조한 생육결과를 보였다.
(2) 육묘배지의 이ㆍ화학성 분석 표준화 및 신배지의 이ㆍ화학적 특성 분석 Mass wetness 조절에 따른 6종류의 상토 단용재료의 물리적 특성을 밝혔다. 상토재료의 전 공극율(total porosity)을 조사하고, 기상율(air space)을 조사하므로써 통기성을 조사하였다. 포트용수량과 347.5mL의 core에서 잔존 수분량(residual water)을 조사함으로써 보수성을 측정하였다. 진비중(particle density)과 가비중(bulk density)을 측정하므로써 작물재배 중 쓰러짐을 방지할 수 있는 능력을 조사하였다.
Mass wettness 조절에 따른 혼합상토의 물리적 특성을 밝혔다. 상토재료의 전 공극율(total porosity)을 조사하고, air space(기상율)을 조사하므로써 통기성을 조사하였다. 포트용수량과 347.5mL의 core에서 잔존수분량(residual water)을 조사함으로써 보수성을 측정하였다. 진비중(particle density)과 가비중(bulk density)을 측정하므로써 작물재배 중 쓰러짐을 방지할 수 있는 능력을 조사하였다.
AOAC 방법에 의한 상토 단용재료 및 혼합상토의 화학적 특성과 단용재료 및 혼합 상토의 양이온 치환 용량을 밝혔다.
1N-NH₄OAc(pH 7.0) 방법에 의한 단용재료 및 혼합상토의 화학적 특성을 밝혔다. 1N-NH₄OAc로 상토에 존재하는 양이온을 치환시킨 후 양이온 치환용량을 측정하였다.
(3) 공정육묘용 신배지의 재배효과 실험
(가) 채소(토마토, 고추) 화훼(페튜니아, 팬지) 공정육묘용 신배지 재료선발과 재료 혼합실험
① 밤나무 목재 입자와 입상 암면의 배지 내 혼합 비율이 플러그묘의 생육에 미치는 영향
식물 생육을 저해하는 물질을 제거하기 위하여 48시간 수돗물에 침지시킨 것과 6개월간 노지에 적재하여 후숙시킨 밤나무 목재 입자를 각각 입상 암면과 25:75, 50:50 또는 75:25 (v/v)의 비율로 혼합한 상토에서 고추(Capsicum annuum) ‘Kumtap’, 토마토(Lycopersicon esculentum) ‘Seokwang’, 페튜니아(Petunia hybrida) ‘Madness Rose’ 및 팬지(Viola tricolor) ‘Magestic Giant’의 생육을 조사하였다. 대조구로는 공정육묘용 전용 혼합상토를 이용하였다. 초장, 생체중, 건물중 및 엽록소 농도 모두 목재 입자의 함량이 많을수록 대조구보다 생육이 저조하였다. 그러나 토마토는 오히려 초장, 생체중, 건물중 등이 대조구보다 유의성 있게 컸으며, 48시간 수돗물에 침지한 목재나 6개월간 노지에서 후숙한 목재 입자가 비슷한 경향을 보였다. 페튜니아, 팬지 및 고추는 48시간 수돗물에 침지시켰던 목재보다 노지에서 6개월간 후숙시킨 목재 입자를 사용한 혼합상토에서 생육이 약간 더 좋았다. 팬지, 페튜니아는 상토내 목재 입자의 비율이 높을수록 입모율이 저조하였다. 또한 토마토의 경우 목재 입자를 상토 재료로 활용 할 수 있다는 가능성이 입증되었다.
② 발포유리와 탄화 밤나무 칩의 배지 내 혼합비율이 고추와 토마토 플러그묘의 생장에 미치는 영향
본 연구는 발포 우리질 소재(CGF)와 밤나무 탄화 목재입자(CCW)를 이용하여 배지를 개발하고 원예재배용 배지의 국산화를 위한 필요성 때문에 수행되었다. 고추와 토마토 종자는 발포 유리질 소재, 탄화 목재입자, 입상암면(GR), 그리고 피트모스를 다양하게 혼합한 19종의 배지를 만들어 플러그 트레이에 충진하여 종자를 200구 플러그 트레이에 4반복으로 파종한 후 fog 번식상에서 3일간 발아시켰고, 발아 후 양지붕형 유리온실에 난괴법으로 배치하여 양액은 저면관수 하면서 육묘하였다. 상업적으로 이용되는 공정육묘 배지(토실이 상토)를 대조구로 이용하였다. 플러그묘의 생육은 파종 후 고추와 토마토를 각각 69일, 42일째 측정하였다. 모든 처리에서 유사한 생육결과를 나타냈지만 특히 CCW(67%) + peatmoss(33%) 혼합배지에서 생체중, 건물중, 하배축 길이, 그리고 뿌리 등급이 다른 처리에서보다 유의성이 있었다. 모든 배지의 pH는 6.2∼8.9의 범위로 측정되었다. CGF와 입상암면의 혼합비율이 증가할수록 배지의 pH는 증가하였다. 배지의 재배후 EC는 대조구에서 가장 높았으나 독성증상은 관찰되지 않았다. 엽수와 엽록소 함량은 처리간 유의성이 없었다.
③ 탄화된 목재 입자와 가공된 폐유리를 이용한 혼합배지에서 페튜니아와 팬지 플러그묘의 생육
국내 유기물재료 중 탄화된 밤나무 입자와 무기소재인 폐유리를 가공한 신배지, 펄라이트가 입상암면과 피트모스와의 혼합비율에 따른 페튜니아와 팬지 플러그묘의 생육에 미치는 영향을 알아보고자 실험을 수행하였다. 페튜니아 팬지를 재배한 배지의 pH는 각각 6.0∼7.5와 6.5∼8.5의 범위로 측정되어 양호한 범위에 있었다. 펄라이트와 피트모스가 50:50으로 조합된 처리구는 대조구보다 초장이 컸다. 엽수의 경우 펄라이트와 피트모스가 조합된 처리구에서 많았으며, 폐유리 입자와 피트모스가 조합된 처리구에서도 높은 유의성을 나타냈다. 뿌리 등급은 대조구에서 가장 높았으며, 엽록소 농도는 탄화된 밤나무 입자와 입상암면이 33:66으로 조합된 처리구에서 가장 높았다.
(나) 이화학적 특성에 따른 공정육묘 신배지 이용기술 확립
① CGF와 피트모스를 함유한 혼합배지에서 관수빈도에 따른 ‘세계’ 토마토 플러그 묘의 생육
CGF와 피트모스 혼합 배지에서 관수 빈도가 플러그묘의 생육에 미치는 영향에 대하여 실험하였다. 공시 작물로는 서울종묘의 ‘세계’ 토마토를 이용하였다. CGF와 피트모스를 33:67(v/v), 그리고 25:75(v/v)로 혼합된 배지에 2일에 1회, 2회, 그리고 3회의 빈도로 관수 하였다. 전체적인 생육에는 큰 차이가 보이지 안았다. 엽면적과 T/R율에서 유의성이 높았다. 그리고, 엽수, 초장, 총엽록소 함량에서는 유의성이 낮았다. 전체적으로 관수 빈도가 높고, CGF와 피트모스를 25:75(v/v)로 혼합된 배지 처리에서 생육이 우수하였다.
② CGF와 피트모스를 함유한 혼합배지에서 관수빈도에 따른 페튜니아 ‘Madness Rose’ 플러그묘의 생육
CGF와 피트모스 혼합 배지에서 관수 빈도가 플러그묘의 생육에 미치는 영향에 대하여 실험하였다. 공시 작물로는 Ball Seeds의 페튜니아 ‘Madness Rose’를 이용하였다. CGF와 피트모스를 33:67(v/v), 그리고 25:75(v/v)로 혼합된 배지에 2일에 1회, 2회, 그리고 3회의 빈도로 관수 하였다. 각 처리와 배지간 생육의 차이는 적었다. 관수 빈도에 의한 생육은 유의적인 차이를 보였다. CGF와 피트모스가 25:75(v/v), 그리고 관수 빈도가 많은 것이 생육이 우수하였다.
(다) 신배지용 공정육묘 적정 양액개발
① 가공된 폐유리 입자가 함유된 배지에서 양액의 농도별 처리에 따른 화훼류 플러그묘의 생육
펄라이트 대체를 위한 신배지 CGF를 이용한 페튜니아(Petunia hybrida) ‘Madness Rose’와 팬지(Viola×wittrockiana) ‘Magestic GT’ 공정육묘시 적정양액의 농도를 찾고자 본 실험을 실시하였다. CGF와 피트모스 배지 혼합비율에 대한 실험결과 가장 생육이 양호한 1CGF:2피트모스 배지를 선정하였으며 실험처리구는 기존의 육묘용 다용도 액비 1배액을 기준으로 0.25배, 0.50배, 1.00배, 1.50배, 2.00배 및 2.50배로 설정하였다. 페튜니아 생육조사 결과 모든 조사항목에서 처리간의 유의성을 나타내었다. 초장, 엽수, 엽면적, 생체중, 건물중, 및 T/R율 등이 양액의 농도가 증가할수록 각각 증가하였다. 그러나 2.50배 처리에서는 다소 감소하였다. 팬지의 경우 2.00배 처리에서 초장이 가장 길었다. 다음으로 1.50배와 2.50배였다. 그러나 근장의 경우 0.25배와 0.50배에서 가장 길었다. 엽수에서는 처리간 유의성이 없었다. 지상부 생체중과 건물중은 양액의 농도가 증가할수록 증가하였다. 그러나 지하부 생체중과 건물중은 0.25배에서 가장 컸다. 따라서 CGF와 피트모스 혼합배지에서 기존의 육묘용 양액의 2.00배 처리에서 페튜니아 육묘시 생육이 가장 양호하였다.
② 가공된 폐유리 입자가 함유된 배지에서 양액이 농도별 처리에 따른 토마토와 고추 플러그묘의 생육
최근 무기물재료로 새롭게 주목을 받고 있는 폐유리를 이용한 다기능 복합 무기소재를 육묘용 배지로 사용시 적당한 양액의 총이온농도를 규명하기 위해 본 실험을 실시하였다. 실험은 경상대학교 원예생산공학 실험실 부속의 유리온실에서 수행됐으며, 공시품종은 토마토(Lycopersicon esculentum) ‘세계’와 고추(Capsicum annum) ‘녹광’ 이었다. 700℃이상의 고온에서 가공하여 입자화 시킨 폐유리 입자와 피트모스를 1:2(v/v)로 조합한 배지를 이용하였다. 파종 전 배지가 충분히 젖도록 관주한 후 토마토와 고추를 2001년 10월 23일에 파종하여 접목활착실에서 7일동안 발아시킨 후 난괴법 4반복으로 배치하여 토마토는 32일간, 그리고 고추는 50일간 육묘하였다. 실험에 사용된 양액은 공정육묘용 다용도 액비를 기준으로 총이온 농도에 따라 0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00, 그리고 2.50으로 조제하여 매일 아침 저면관주하였다. 배지의 pH와 EC를 측정한 결과 양액의 총이온농도가 낮을수록 pH는 높았으며, EC는 낮게 나타났다. 하배축의 길이는 1.50농도에서 가장 길었으며, 초장은 1.50, 2.00, 그리고 2.50농도에서 길었다. 하지만 뿌리의 길이는 초장이나 하배축과는 반대로 0.25와 0.50농도에서 길었다. 엽수와 엽록소 농도는 1.00과 2.50농도에서 다른 처리에 비해 우수했다. 경경은 2.50농도에서 높았으며, 엽면적은 2.00농도에서 컸다.
(라) 화훼류 영양번식용 신배지 선발
① 재활용 CGF의 다양한 혼합에 따른 분화 칼란코에 ‘Gold Strike’ 삽수의 발근 및 생육
CGF(cellular glass foam)는 폐기된 유리물질을 재 가공하여 입자화한 것으로 통기성, 배수성이 뛰어난 펄라이트와 이화학적 성질이 유사하여 칼란코에 영양번식용 배지로의 가능성이 있다. 따라서 CGF와 펄라이트를 각각 입상암면과 피트모스를 다양한 부피비로 혼합하여 Kalanchoe blossfeldiana ‘Gold Strike’의 생육을 비교하였다. 배지의 입자크기는 CGF 2.0∼4.0mm, 펄라이트 1.2∼4.0mm를 사용하였다. 평균온도 18.2℃와 상대습도 66.7% 조건의 미스트상에서 전조처리(명기 14hㆍd^-1, 암기 10hㆍd^-1)하여 재배하였다. 초장, 근장, 줄기 경경, 엽수, 엽면적, 발근율, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중, 총 엽록소 농도, 그리고 이화학성을 조사하였다. 모든 처리구에서 100% 발근율을 보였다. CGF와 펄라이트가 혼합된 배지의 이화학적 특성은 처리간 유의차가 적었다. 또한 CGF의 혼합배지에서 칼란코에의 생육은 펄라이트의 혼합배지와 비교해 유사하거나 오히려 우수한 생육을 보였다. 따라서 칼란코에의 영양번식용 배지로서 CGF의 사용 가능성이 입증되었으나 추후 CGF를 이용하기 위해 보다 폭 넓은 실증실험과 분석이 필요하며, 높은 pH를 보정할 수 있는 적정 양액이 개발되어야 할 것이다.
② 절화 국화와 분화 포인세티아의 삽목배지로서 다공성 CGF의 이용
절화 국화 ‘Backwang'과 분화 포인세티아 ‘Freedom Red’의 발근배지로서 cellular glass foam(CGF)의 이용 가능성을 평가하기 위해 수행하였다. CGF, 펄라이트, 입상 암면, 그리고 피트모스를 혼합한 발근배지에 삽목하여 평균온도 18.3℃의 미스트번식상에서 재배하였다. CGF와 펄라이트 단용 배지에서는 생장이 저조하였으나 입상암면과 피트모스를 혼합할 때 생장이 좋았다. CGF가 혼합된 배지의 pH와 EC가 높았다.
특히 단용 배지는 각기 9.38과 194μSּ cm^-1이었으며, 이때 국화의 발근이 심하게 억제되었다. 그러나 단용 배지를 제외한 펄라이트가 혼합된 배지에서의 생장경향과 CGF가 혼합된 배지에서의 생장경향은 유사했다.
(마) 공정묘 작물별 농가실증 실험
① 공정묘(고추, 토마토, 수박)의 작물별 농가실증 실험
지난 2년간 수행한 연구자료를 토대로 생육이 우수한 배지조합 3가지를 선발하여 신배지의 상업화를 위한 작물별 현장실증연구를 위해 탄화된 밤나무 입자와 가공된 다공성 유리질 입자를 함유한 혼합배지에서 토마토(Lycopersicon esculentum ‘Seogun’), 고추(Capsicum annuum ‘Nokkwang’), 그리고 수박(접수, Citrullus lanatus Thunb. ‘Galchae’; 대목, Lagenaria siceraria ‘FR-Dantos’) 플러그묘의 생육을 조사하였다. 밤나무 입자는 600℃에서 24시간 동안 탄화시켰으며, 다공성 유리질 입자(CGF)는 700℃이상의 고온에서 가공되어 건축단열재로 사용된 것을 재수거 후 입자화 하여 사용하였다. 탄화된 밤나무 입자(50%) + 피트모스(50%), CGF(33%) + 피트모스 (67%), 피트모스(50%) + 입상암면(50%), 그리고 대조구로 공정육묘용 전용상토(유비토실이상토)가 이용되었다. 고추, 토마토, 수박묘 모두 CGF(33%) + 피트모스(67%) 처리에서 뿌리길이, 엽수, 그리고 엽면적이 가장 유의성 있게 우수하였다. 발아율과 건물율, 그리고 엽록소 농도는 모든 처리에서 유의차가 인정되지 않았다. 생체중과 건물중은 CGF(33%) + 피트모스(67%) 처리와 대조구에서 우수했으며, 탄화된 밤나무 입자(50%) + 피트모스(50%) 처리에서 뿌리길이, 하배축 길이, 줄기직경, 그리고 지상부의 생체중과 건물중이 가장 저조했다.
(4) 신배지의 경제성 분석
개발된 다공질 폐유리(CGF)를 이용한 배지를 대량생산할 수 있는 회사[유진(주)]의 협조 받아 CGF의 원가, 혼합공정 투입비, 포장공정 투입비, 신배지 제조원가 및 농가 보급가를 산정하였다.
나. 양액재배 신배지 개발
양액재배용 신배지를 개발하는데는 두 가지 측면에서 생각할 수 있다. 하나는 화학적, 물리적으로 완벽한 새로운 배지를 만드는 것으로 이는 공정상에서 문제는 있으나 한번 만들면 계속적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 또 다른 하나는 기존의 배지를 이용하여 혼합을 하거나 아니면 지금까지 시도되지 않은 환경친화적인 물질을 이용해서 새로운 배지를 개발하는 것이다. 이런 측면에서 새로운 공정을 이용한 배지와 기존의 폐배지를 이용한 신조성 배지 개발 등 두 가지 측면에서 본 실험을 수행하였다.
(1) 과채류용 신배지 선발과 개발
(가) 각종 배지의 새로운 조합으로 배지를 제조하여 신조합 배지를 이용한 토마토와 오이의 육묘 실험의 결과, 오이, 토마토 모두 암면:피트모스 (1:2, v/v)로 혼합한 배지가 초장과 생체중과 건물중이 가장 좋았으며, 폐암면과 밤나무톱밥을 이용한 배지에서는 밤나무 톱밥이 증가할수록 생육이 가장 저조했다.
(나) 상용배지와 폐암면과 버섯 폐배지를 이용한 과채류 재배 비교실험에서는 오이의 경우 UR(Ca⁺²) 암면에서 수확량이 가장 좋았다. 그러나 양송이 폐배지의 경우 상용배지인 질석이나 펄라이트와의 수확량을 비교하면 비슷한 수확량을 보였다. 폐암면 단용배지와 버섯폐배지인 폐면이나 느타리 배지는 모든 조사항목에서 낮은 수치를 보여 오이의 배지로 적합하지 않다고 본다. 배지의 경제적인 면으로 볼 때에는 폐암면 : 피트모스(1:2, v/v)배지의 경우 초장이나 엽수, 엽장, 엽폭의 경우 좋은 결과를 얻어
장기 재배시, 팽이, 애느타리 배지 또한 좋은 배지로 활용할 수 있다 사료된다.
(다) 토마토의 재배실험 결과 버섯 폐배지인 팽이와 양송이 배지에서 생육이 좋았다. 배지의 재배 후 부피 감소율을 보면 버섯 폐배지인 느타리와, 폐면 폐배지를 제외 하고는 일반 상용배지와 비교할 때 비슷한 결과를 볼 수 있었다.
(2) 엽채류용 신배지 선발과 개발
(가) 엽채류(상추, 시금치) 육묘실험에서 폐암면과 피트모스를 1:1(v/v) 비율로 혼합한 배지가 타처리구보다 생육이 우수하였다. 그러나 외관상으로는 피트모스 단용, 바크(밤나무) 단용, 그리고 폐암면과 바크를 비율별로 조합한 처리구를 제외하고는 생육 차이를 볼 수 없었다.
(나) 엽채류 재배 비교 실험시에 최종 수확시 담액 수경베드에서 자란 식물체가 부직포 수경베드의 식물체보다 생육이 우수하였다. 피트모스 단용과 바크 단용에서 특히 발아가 되지 않았으며, 바크가 혼합된 배지에서는 생육이 저조하였다. 부직포 수경재배방식으로 재배한 엽채류는 요즘 소비자들의 기호도가 소 채소류 방향으로 선회하고 있어서 경제성이 있을 것으로 판단된다. 그리고 부직포 수경베드에서 육묘를 했던 플러그 트레이를 정식하는 방법은 노동력 절감과 생산 단가를 낮출 수 있고, one-stop으로 육묘부터 수확까지 한곳에서 할 수 있는 장점이 있다. 문제점으로는 엽채류 재배시 이른 봄철과 가을의 경우는 좋지만, 온실내의 온도가 높을 경우 근권온도 변화가 문제된다. 배지의 용적이 작기 때문에 식물체가 도장할 우려가 있다(박, 1999).
(3) 화훼용 신배지 선발과 개발
화훼류의 폐배지 재활용 실험은 양액재배시 배출되는 폐배지의 재활용과 국내에 풍부한 자원을 복합적으로 활용하여 양액재배용 신배지를 개발, 농가의 경제적 부담을 줄이고자 실시하였다. 또한 기존의 화훼재배시 관행되는 토양관비재배를 대신할 수 있는 부직포재배를 적용하여 실험을 수행하였다. 실험 결과, 폐암면 단용처리구와 폐암면과 피트모스를 혼합사용한 배지 모두 국화의 생육에 적합한 것을 볼 수 있었다.
폐암면과 피트모스의 혼합시는 비율을 1:1(v/v)로 하는 것이 효과적이다. 폐암면과 바크(밤나무)의 혼합처리구에서는 초기 생육시 초장이 작아 화훼작물의 왜화적 효과를 보였으나 후기 수확시 개화가 늦어 큰 효과는 없었다. 그러나 폐암면과 피트모스 그리고 바크의 혼합비율을 효과적으로 조절한다면 폐배지를 재활용하는 성과이외에 분화에 적합한 새로운 미니 국화를 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
(4) 배지 이화학성 분석 표준화 및 신배지의 이화학성 분석
신배지의 분석 실험은 전세계적으로 양액재배 면적이 증가하고 있으며 이에 따른 양액재배용 배지의 종류 및 특성이 중요시되고 있다. 그러나 이러한 배지의 물리ㆍ화학적 특성을 연구하는데 있어 국가별, 연구기관별로 다양한 분석 방법이 사용되고 있어 이로 인해 야기되는 혼란과 여러 가지 문제들을 해결하기 위하여 표준화된 분석방법이 절실하다. 유럽의 경우 오래 전부터 배지분석 방법의 표준화에 관한 연구를 해왔으며 이에 대한 관심과 참여도가 높은 편이다. 반면 국내의 배지 분석 방법은 아직 미약하며, 배지분석 표준화에 대한 필요성은 인식하고 있으나 이에 대한 적극적인 연구와 참여가 부족한 실정이다. 따라서 양액재배 분야의 연구에서 앞선 유럽의 표준 방법을 국내 배지 분석 표준화에 적용하고자 하였다. 먼저 유럽의 표준화된 배지 분석 방법 연구를 위한 위원회인 CEN의 교차분석 프로그램에 참가하여 유럽 표준 방법에 따라 배지 분석을 수행하였다. 분석 방법 중 일부를 실정에 맞게 수정하여 시료를 분석한 결과 일반적인 배지의 특성을 나타내어 CEN 방법이 국내 배지 분석에 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한 국내에서 많이 사용중인 배지인 cocopeat, vermiculite, perlite를 CEN 방법에 따라 분석한 결과에서도 기존의 연구 결과와 유사한 결과를 나타내어 국내 배지 분석 방법으로 CEN 방법의 이용 가능성이 더욱 분명해졌다. 이상에서 살펴본 바와 같이 본 연구는 국내의 배지 분석 표준화를 위해 유럽의 표준 방법인 CEN 방법을 제시하였고, 국내 배지 분석에 실제로 적용하였다. 그 결과 CEN방법은 국내 표준 배지 분석 방법으로 적용 가능하였으나, 이를 국내 표준 방법으로 확립하기 위해서는 국내 실정에 알맞으며 다양한 배지에 적용할 수 있도록 지속적인 연구와 수정ㆍ보완이 필요할 것이다. 뿐만 아니라 제시된 표준방법을 국내에 실제로 적용하기 위해서는 국내 연구기관의 적극적인 관심과 참여가 필요할 것이다.
(5) 신배지 이용법 개발과 경제성 분석
(가) 신배지 개발과 재배법 확립
① 몇 가지 재활용배지로 양액재배시 오이(Cucumis sativus L.) 및 토마토(Lycopersicon esculentum Mill) 생육과 품질을 비교 실험하였다. 펄라이트, 질석, 입상암면(2종), 재활용암면(100%), 재활용 암면:피트모스(1:2, v/v), 재활용 버섯배지인 팽이를 재배하고 나오는 배지, 그리고 애느타리를 재배하고 나오는 배지로 오이 재배시 생육과 과실의 품질을 비교 실험을 하였다. 초장에서는 유의성이 나타나지 않았으나 엽면적은 애느타리 배지와 팽이 배지구에서 다른 처리구들보다 매우 우수하였다. 총수확량, 당도 및 비타민 C 함량에서도 팽이 배지구에서 매우 우수하였다. 펄라이트, 질석, 입상암면(2종), 재활용암면(100%), 재활용암면:피트모스(1:2, v/v), 재활용 배지인
폐면(100%), 팽이를 재배하고 나오는 배지, 애느타리를 재배하고 나오는 배지, 그리고 양송이를 재배하고 나오는 배지 등을 이용해서 재활용배지가 토마토의 생육과 과실에 미치는 영향을 조사했다. 배지들간의 초장의 차이는 없었으나 토마토의 엽면적은 팽이 그리고 양송이 배지구에서 다른 배지구들보다 우수한 결과를 보였다. 총수확량에서는 폐면 배지구에서 가장 좋았으나, 과실의 평균무게가 양송이배지보다 작았다. 당도, 적정산도 그리고 비타민 C는 유의성을 보이지 않았다. 각 배지들의 이화학적 특성을 알아본 결과, pH 값은 폐암면과 peatmoss를 각각의 비율로 혼합한 배지에서 pH 4.31∼4.97 범위로 낮은 수치를 나타내었다. EC는 peatmoss 단용 처리구가 0.24dSㆍm^-1로 가장 높았다. 폐암면을 제외한 모든 배지는 적정 양이온치환용량을 갖는 것을 볼 수 있다.
② 상추의 육묘기간동안 배양토의 종류와 혼합비율에 따른 상추묘의 엽수를 보면 폐암면과 peatmoss를 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 3:1(v/v)로 혼합한 배양토 처리구에서 가장 우수하였다. 폐암면과 peatmoss를 1:2(v/v) 비율로 혼합한 배양토에서 엽장은 12.38cm, 엽폭은 5.96cm로 가장 우수하였으며, UR암면의 밝은 색 배양토에서는 엽장, 엽폭이 가장 저조하였다. 부직포 수경시 배지의 종류와 혼합비율이 상추의 생육에 미치는 영향을 보면 각 처리구에서 엽수는 폐암면과 peatmoss를 1:1(v/v) 비율로 혼합한 배양토에서 13.8로 우수하였으나, 1:2(v/v) 비율로 혼합한 배양토와는 유의차가 인정되지 않았다. 엽장은 엽수와는 달리 폐암면과 peatmoss를 2:1(v/v) 비율로 혼합한 처리구에서 21.24cm로 UR 암면의 배지들 보다 2배 가량의 차이를 보였다. 엽폭은 폐암면, 폐암면과 peatmoss를 각 비율로 혼합한 혼합배지 간에는 유의차가 인정되지 않았다. 생체중은 폐암면과 peatmoss를 1:1, 1:2, 1:3, 2:1(v/v) 비율로 혼합한 처리구에서는 차이를 보이지 않았다. 부직포 수경시스템에서 양액공급방식에 따른 상추의 생육차를 보면, 전체적으로 비순환식 재배방식에서 생육이 좋은 것으로 나타났다. 그러나 본 실험에서는 재식 거리 및 배지 용량이 일반 엽채류의 고형배지경 보다 작았기 때문에 전체적으로 식물체의 생육은 좋지 않았다. 부직포 수경시스템에서 배지의 종류 및 혼합비율에 따른 시금치의 생육차를 보면 엽수에서는 처리간에 큰 차이를 보이지 않았다. 엽장은 폐암면과 peatmoss를 1:1(v/v) 비율로 혼합한 처리구에서 타처리구에 비하여 우수하였다. 그 다음은 폐암면을 단용으로 한 처리구에서 우수하였으며, 폐암면과 peatmoss를 1:2, 1:3, 2:1, 3:1(v/v)로 혼합한 처리구 간에는 차이를 보이지 않았다. 엽폭에서도 폐암면과 peatmoss를 1:1(v/v) 비율로 혼합한 처리구에서 우수하였다. 생체중은 유기물이 포함되지 않은 폐암면 단용 처리구에서 가장 낮았다.
③ 국화의 부직포 수경시 알맞은 새로운 배지와 포트 크기별 비교 실험에서 폐배지는 사용시 폐암면 또는 폐암면:피트모스 3:1의 조합을 큰 포트(8cm×8cm×9cm)에 심었을 때 작은 포트(5.5cm×5.5cm×6.3cm, 또는 4.5cm×4.5cm×5.3cm)보다 개화수가 배로 증가했다. 즉 포트 크기가 클수록 개화수가 많았다.
(나) 신배지 이용기술 개발
① 신배지를 이용해서 오이를 재배할 때 적산 일사량에 의한 관수는 폐암면 배지 300Whㆍm^-2, 폐암면:피트모스 혼합배지는 150Whㆍm^-2, 팽이버섯폐배지 300Whㆍm^-2, 그리고 애느타리 버섯폐배지는 450Whㆍm^-2 시점에서 급액하는 것이 오이의 수량을 높일 수 있음을 알았다. 폐암면과 피트모스를 1:2로 섞은 신배지에서 오이의 수량이 대량원소 N 12, P 3, K 7, Ca 5, Mg 2meㆍL^-1 미량원소 Fe 3, B 0.5, Cu 0.02, Mo 0,01, Zn 0.05ppm의 신양액에서 높았다.
② 토마토 수경재배시 여러 배지 중에 팽이버섯재활용배지가 수량이 가장 좋았으며 폐배지에 적용하는 양액으로는 NO₃-N 7, NH₄-N 0.67, Ca 3, PO₄-P 2, Mg 3, SO₄ 3, K 4 meㆍL^-1, Fe 3, B 0.5, Mn 0.5 Zn 0.05, Cu 0.05, Mo 0.05ppm에 10a 당 9L의 Power-M을 1주일에 1회씩 공급하는 것이 수량을 최대로 올릴 수 있음을 알았다. 팽이 버섯배지를 농가에서 사용하려 할 때는 주당 4L정도의 관수를 하는 것이 가장 알맞으며 양액은 제시한 양액을 사용하는 것이 좋았다. 팽이버섯 폐배지의 무기성분 분석결과 K, Cu, Mg 등의 농도가 높았으며 특히 인산은 5.803ppm이였으며, 펄라이트 대비 38% 수준이였다.
③ 엽채류인 상추 재배에서는 배양액 농도 및 플러그 트레이 셀 크기에 따른 생육은 배양액 농도가 증가함에 따라 외관상 생육이 진전되는 경향을 보였다. 그리고 플러그 트레이 셍의 크기가 커질수록 우수한 성적을 보였으며, 각 배양액 농도의 18공 플러그 트레이 처리구에서 자란 어린 상추들이 가장 우수하였다. 엽록소 함량은 외관상 생육과 비슷한 고농도일수록 그리고 플러그 트레이 셀의 용적이 클수록 증가하는 경향을 보였다. 비타민 C를 제외한 내적 품질은 각 처리구의 배양액 농도가 고농도일수록 증가하는 경향을 보였다. 질산염 함량과 수량 면에서 농도가 높은 2배, 3배의 18공 플러그 트레이가 우수하였다. 그러나 최근 어린 채소(baby vegetable)를 선호하는 소비 경향으로 볼 때 기본 야마자키 배양액의 2배액의 50공, 72공 플러그 트레이가 적당하다고 생각된다.
④ 부직포 수경시에 국화재배를 할 때는 NO₃-N 12.75, NH4-N 1.25, P 3, K 7.5, Cu 5.0, Mg 3.0, S 3.0 meㆍL^-1와 Fe 3, Mn 1, Zn 0.05, B 0.5, Cu 0.05, Mo 0.05 meㆍL^-21의 배양액 농도에 광합성균(photosynthetic microbe)을 10a당 1주일에 3L 씩 배양액에 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
⑤ 개발된 새로운 배지를 이용한 농가 적용시험을 실시했다. 여러 농가에서 토마토, 오이, 상추, 시금치, 국화 등을 나누어 시험한 결과 좋은 성과를 얻었음으로 앞으로 실용화에도 큰 문제가 없다고 생각된다. 아울러 재배지침서를 따로 작성하여 농가가 이용할 수 있도록 하였다. 이 지침서는 농가에 많은 도움이 되리라 생각된다.
다. 배지 재활용기술의 체계화 및 재활용 소독기술 개발
(1) 양액재배 코이어 재활용과 공정육묘 폐배지 재활용 배지 개발
(가) 혼합배지의 공정묘 및 분식물(페튜니아, 팬지) 재배
① 원예용 폐배지를 재활용한 혼합배지에서 페튜니아와 팬지 플러그묘의 생육 공정육묘장과 양액재배 농장에서 재배후 폐기되는 폐배지를 재활용한 배지를 개발하기 위하여 실험을 수행하였다. 공정육묘 폐배지와 양액재배 폐코이어, 그리고 펄라이트, 입상암면, 버미큘라이트를 여러 가지 부피비로 혼합한 배지에 페튜니아(Petunia hybrida) ‘Madness Rose’와 팬지(Viola tricolor) ‘Magestic GT’의 플러그묘를 각각 파종후 36일 43일간 재배하였다. 육묘 폐배지와 양액재배 폐코이어는 120℃에서 30분 동안 증기소독 하였다. 대조구로는 미사용의 육묘배지[토실이 상토, pH 5.10, EC 0.12mSㆍcm^-1, 1:5 희석법, 신안그로(주)]를 사용하였다. 재배전 배지의 pH값은 6∼7로 처리간 변화의 폭이 좁았고 재배후의 pH도 재배전과 유사했다. EC는 폐배지가 들어간 처리에서 다소 높았고 폐코이어(75%)+버미큘라이트(25%) 처리에서도 높았으며
처리간 변화의 폭이 pH보다 컸다. 입상암면이나 펄라이트 혼합처리에서는 EC가 다소 낮았다. 폐코이어(75%)+펄라이트(25%)의 처리에서 페튜니아는 초장, 근형성, 지상부 건물중, 엽수가, 그리고 팬지는 초장, 생체중, 건물중, 지상부 생체중, 지상부 건물중이 가장 컸다. 폐배지보다 폐코이어가 혼합된 배지의 이화학성이 더 우수하였고 생육에서도 보다 좋은 결과를 나타냈다. 이상의 결과로부터 폐배지를 이용시에는 펄라이트나 입상암면을 혼합하는 것이 좋을 것으로 사료된다.
② 원예용 폐배지를 재활용한 혼합배지에서 분 재배 페튜니아와 팬지의 생육
일반 공정육묘장이나 양액재배 농가에서는 고가의 배지를 사용하므로 경영비의 부담과 폐배지의 처리가 문제시되고있는 실정인데 한번 사용한 배지를 재활용한다면 경제적 부담을 줄이고 농가소득에도 도움이 될 것이다. 양액재배 폐코이어와 공정육묘 폐배지를 소독한 것과 소독하지 않은 것을 각각 미사용한 펄라이트와 입상암면을 조합한 혼합배지에 수입판매 흥농종묘(주)의 페튜니아(Petunia hybrida ‘Madness Rose')와 팬지(Viola tricolor ‘Magestic GT')를 이식하여 분화재배의 배지로서의 사용 가능성을 알아보고자 실험을 수행하였다. 공정육묘 폐배지보다 양액재배 폐코이어가 혼합된 처리에서 전반적으로 보다 좋은 생육을 나타냈다. 초장, 가지수, 총엽록소 함량은 폐코이어 100%처리가 수치가 높았고, 엽수와 꽃수는 공정육묘 폐배지에 펄라이트를 25% 혼합한 배지에서 많았다. 뿌리길이는 대조구보다 소독한 폐배지를 혼합한 처리에서 생육이 좋았고, 폐코이어에 펄라이트 25% 처리에서 가장 생육이 좋았다.
③ 원예용 폐배지를 재활용한 혼합배지에서 분국화 ‘Pink Pixie Time’과 ‘Sombrero Aztec’의 분 재배
일반 양액재배 농가나 표고버섯재배 농가에서는 고가의 배지를 사용하므로 경영비의 부담과 폐배지의 처리가 문제시되고 있는 실정인데, 한번 사용한 배지를 재활용한다면 경제적 부담을 줄이고 농가소득에도 도움이 될 것이다. 양액재배 폐펄라이트와 폐암면 및 표고버섯 폐상재를 소독한 것과 소독하지 않은 것을 각각 미사용한 펄라이트와 피트모스 및 입상암면을 조합한 혼합배지에 분국화 ‘Pink Pixie Time'과 ‘Sombrero Aztec'를 이식하여 분화재배의 배지로써의 사용 가능성을 알아보고자 본 실험을 수행하였다. ‘Pink Pixie Time’은 폐펄라이트1:입상암면3(v/v)을 혼합한 처리에서는 초장이 가장 길고, 버섯 폐상재가 혼합된 처리에서는 줄기신장이 억제되는 현상이 있었으나 대조구보다 개화소요일수는 빨랐다. ‘Sombrero Aztec’은 폐펄라이트와 폐암면의 혼합처리에서 초장이 가장 길고, 가지수도 많았으며, 마디수는 폐펄라이트 1 : 입상암면 1을 혼합한 처리에서 가장 많았다.
(나) 양액재배 펄라이트 재활용 배지 개발
① 페튜니아와 팬지의 공정육묘 배지 구성요소로서의 폐펄라이트 재활용
폐펄라이트를 원예용 배지로 재활용하기 위하여 본 실험을 실시하였다. 장미 양액 재배 후 배출된 폐펄라이트를 120℃, 1.5기압에서 30분 동안 고압증기멸균 하였다. 소독된 재활용 펄라이트는 2.8mm와 1.0mm 체로 쳐서 그 중간 크기의 일정한 입자를 선발하고 이물질과 뿌리를 제거하였다. 재활용 펄라이트, 피트모스 및 입상암면 등을 1:1:0, 1:0:1, 2:1:1, 1:2:1, 1;1:2, 1:3;0, 1:0:3 및 1:1:1(v/v) 비율로 혼합하였고, 대조구는 육묘용 혼합상토를 이용하여 총 9처리로 실험을 실시하였다. 재배기간 동안 플러그 육묘용 다용도 액비를 조제하여 두상관수 하였다. 재활용 펄라이트의 사용으로 인한 장애를 우려하였으나 모든 처리구에서 대조구와 별다른 차이 없이 양호한 생육을 보였다. 페튜니아는 재활용 펄라이트와 피트모스 및 입상암면의 혼합비율이 1:2:1, 1:1:2인 경우 초장, 생체중, 건물중 및 엽면적 등이 유의성 있게 컸다. 특히 입상암면이 혼합된 처리구보다 피트모스가 혼합된 처리구 1:1:0 또는 1:3:0처리에서 생육이 좋았다.
피트모스가 많이 첨가된 처리구에서 초기 pH가 타처리구보다 낮은 경향이었고 재배 후기에는 처리구 모두 pH가 거의 비슷한 경향을 보였다. 실험의 결과 재활용 펄라이트를 물리성과 화학성을 보완하는 재료들과 혼합하여 이용할 경우 원예용 배지로 이용 가능성이 충분하다고 판단된다.
② 폐펄라이트와 다공성 CGF의 혼합배지와 매트저면관수를 이용한 분화 Petunia hybrida ‘Orchid Madness’의 재배
본 실험은 양액재배에 사용된 후 폐기된 사용한 펄라이트와 폐기된 유리를 재가공하여 입자화 시킨 cellular glass foam(CGF)을 각각 입상암면과 피트모스와 조합하여 Petunia hybrida ‘Orchid Madness’의 생장을 비교하였다. 사용한 펄라이트와 CGF는 2∼4mm의 체를 통과한 입자를 사용하였다. 관수방법으로 매트저면관수를 하였다. 평균 19.3℃와 66.7% RH 조건의 미스트상에서 발아시킨 후 평균 17.8℃와 69.1% RH 조건에서 60일간 재배하였다. 초장, 경경, 꽃수, 분지수, 마디수, 근장, 뿌리 등급, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중, 엽면적, 그리고 총엽록소 함량을 조사하였다. 엽면적, 근장, 그리고 뿌리 등급을 제외한 모든 처리에서 유의성이 없었다. 대조구인 사용한 펄라이트(25%)와 피트모스(75%) 혼합처리와 비교하여 모든 사용한 펄라이트와 CGF를 혼합한 처리에서 생육차가 없었다.
③ 폐펄라이트와 다공성CGF의 혼합배지와 매트저면관수를 이용한 분화 Viola × wittrockiana ‘Majestic GT Scarlet Shadow’의 생육과 개화
공시작물로서 Viola×wittrockiana ‘Majestic GT Scarlet Shadow’를 사용하였다.
2000년 12월 19일 상업용 공정육묘배지 토실이상토[신안그로(주)]를 이용하여 200공 트레이에 파종하였다. 발아는 평균온도 19.3℃와 66.7% RH의 미스트번식상에서 이루어졌다. 2001년 1월 2일 매트 저면관수베드를 이용하여 공정육묘용 양액을 공급하였고, 2001년 1월 11일 보식을 완료했다. 2001년 2월 8일 지름 10cm 분에 초장 2.5cm의 묘를 정식하여 2001년 4월 4일 수확하였다. 정식 후 수확까지 평균온도 17.7℃와 RH 69.1% 조건에서 재배되었다. CGF(25%)와 피트모스(75%)는 사용한 펄라이트(25%)와 피트모스(75%)보다 생육이 좋았다. 그러나 CGF(25%)와 입상암면(75%)은 사용한 펄라이트(25%)와 입상암면(75%)보다 생육이 매우 저조하였다. 특히 알칼리성이며 다공성인 CGF와 입상암면이 혼합된 처리구는 피트모스가 혼합된 처리구에 비해 생장이 저조하였다.
④ 폐펄라이트와 폐암면을 재활용한 혼합배지에서 포인세티아 ‘Freedom Red’의 생육
폐펄라이트와 폐암면을 피트모스, 입상암면과 혼합하여 포인세티아의 생육에 관한 실험을 실시하였다. 배지는 일정한 부피비로 혼합하여 10가지 조합으로 처리하였다.
폐펄라이트와 폐암면은 120℃에서 1.5기압에서 30분간 증기소독 하였다. 삽목은 암면 큐브를 넣은 72공 트레이에서 30일간 실시하였다. 균일한 삽목묘를 선택하여 13cm 포트에 정식한 후, 7∼8매 이상의 잎이 자랐을 때 6매 만을 남기고 적심 하였다. 생장초기에 충분한 영양생장기간을 주기 위해 백열등으로 전조재배를 실시하였다. 양액은 매트 저면관수시스템을 이용해 일일 5회씩 공급하였다. 초장, 근장, 분지장, 뿌리수, 엽면적, 포엽장과 포엽폭은 폐펄라이트를 함유한 배지에서 대조구에 비해 큰 유의차를 보였다. 하지만 경경과 포엽수는 차이가 없었다. 이 결과로 미루어 볼 때, 폐펄라이트는 포인세티아 식물의 재배시 재활용 가능성이 입증되었다.
(2) 산업용 PUR의 배지 이용법 개발
(가) PUR 활용 혼합배지 개발
① PUR과 CGF을 재활용한 혼합배지에서 분국화 ‘Pink Pixie Time’의 생육
파쇄된 산업용 polyurethane(PUR) 입자와 cellular glass foam(CGF)을 다른 배지재료와 혼합하여 분국화 재배용 배지로 재활용하기 위하여 실험을 수행하였다. PUR, CGF, 피트모스, 코이어, 그리고 펄라이트를 여러 가지 부피비로 혼합하여 채운 직경 10cm 화분에 분국화 ‘Pink Pixie Time’을 재배하였다. PUR은 약 8mm로, 그리고 CGF는 약 4mm 크기로 파쇄된 것을 사용하였다. 재배전 배지의 pH와 EC를 조사하고, 삽수 정식후 34일과 97일에 생육조사를 하였다. pH는 5.0에서 6.3사이로 안정적이었지만 코이어가 혼합된 처리에서 다소 높았고 EC도 코이어가 혼합된 처리에서 높았다. 펄라이트와 CGF 단용에서 다른 배지에 비해 용기용수량이 낮았지만 피트모스와 코이어 혼합배지에서는 그 값이 보완되어 다른 배지와 유사한 용기 용수량을 나타내었다. 정식후 34일에 조사된 초장은 CGF가 혼합된 처리에서 컸고, 엽수도 같은 경향을 보였다. PUR이 혼합된 처리는 다른 처리에 비교해 생육이 다소 저조하였고, 잎끝이 마르는 장해현상도 보였다. 정식후 97일에 조사된 분국화의 생육도 34일과 비슷한 경향을 보였다. 피트모스와 CGF의 혼합처리와 코이어와 CGF의 혼합한 처리에서의 분국화의 생육은 펄라이트를 피트모스나 코이어와 혼합한 처리에서의 분국화의 생육과 비슷한 경향을 보이거나 오히려 좋은 결과를 나타내었다. PUR을 혼합한 처리에서 분국화의 생육은 다른 처리에서의 생육보다 저조한 결과를 나타내었고, PUR의 혼합 비율에 비례하여 잎끝이 마르는 장해현상이 심해졌다. 엽록소 농도와 뿌리의 생체중은 모든 처리에서 유의차가 없었다.
② PUR 입자의 전처리 방법과 배지 내 혼합비율에 따른 분국화 ‘Pink Pixie Time’의 생육
본 실험은 입자화 시킨 polyurethane(PUR)을 혼합한 생육배지에서 분국화 ‘Pink Pixie Time’을 재배할 때 나타나는 식물독성을 감소시킬 수 있는 방법을 찾기 위해 수행되었다. 식물의 생육은 PUR 입자를 공기 중에서 건조, 수돗물이나 50%(v/v) 에탄올 용액으로 세척해 전처리한 것과 무처리한 것을 다양한 비율로 혼합한 배지에서 재배 후 비교하였다. 배지는 PUR과 코이어 또는 PUR과 피트모스 1:1, 2:1, 그리고 3:1(v/v)로 혼합했다. 독성은 무처리와 전처리로서 공기 중에서 건조시킨 PUR을 혼합한 배지에서 재배된지 15일만에 나타났다. 독성의 양상은 성엽의 테두리가 갈변하고 타는 것으로 관찰되었다. 생육은 PUR 입자의 전처리로 수돗물이나 에탄올 처리구가 무처리구나 공기 중에서 건조의 처리구보다 우수하였다. 무처리구나 공기 중에서 건조한 PUR 입자의 배지 내 혼합비율이 증가할수록 생육은 유의성 있게 억제되었다. 이런 독성증상을 야기하는 물질은 tris(2-chloroethyl) phosphate라고 추정된다.
③ PUR과 CGF 혼합배지에서 절화 장미 ‘Comet Mu’의 생육
분쇄된 산업용 폴리우레탄(PUR)과 다공성 유리물질을 양액재배 배지의 구성성분으로써 가능성을 조사하기 위해 본 실험을 하였다. 절화장미 ‘Comet Mu’를 PUR, CGF, coir, 그리고 perlite의 다양한 혼합배지에서 재배하였다. 다양한 혼합배지에서 재배된 절화장미의 생육을 대조구인 암면슬래브에서 재배된 장미와 비교하였다. PUR과 CGF의 단용배지에서 재배된 장미의 생육은 대조구와 비교해 좋지 않았다. PUR 혹은 CGF를 다른 배지들과 혼합한 배지에서 재배된 장미의 생육은 암면슬래브에서 재배된 장미의 생육과 비교해 유사하거나 보다 좋았다. 대조구 및 모든 처리의 배지들에서 재배된 장미의 절화수명에서는 유의차가 없었다.
(3) 배지 소독 기술 개발
(가) 배지 소독기술 개발
① 재활용 배지의 화학적 소독
양액재배시 화학약제를 이용한 효과적인 배지 재활용 기술을 확립하기 위해 본 실험을 수행하였다. 배지 소독을 위해 차아염소산칼슘, 포르말린과 실제 일반농가에서 사용하고 있는 토양소독제인 밧사미드를 사용하였고 농도 2수준 처리시간 3수준을 두고 처리하였다. 그 결과 차아염소산칼슘을 처리한 경우 모든 처리구에서 세 종류의 배지 내 병원균의 밀도가 약간씩 감소하긴 했으나 무처리구와 비교했을 때 큰 차이를 나타내지 않았다. 밧사미드의 경우도 폐암면과 공정육묘용 폐배지에서 소독제의 농도가 증가하고 처리시간이 길어질수록 밀도가 다소 줄어들긴 했으나 소독효과가 거의 나타나지 않았다. 반면 폐펄라이트에 100g의 밧사미드를 10일간 처리할 경우 가장 높은 살균 효과를 나타냈고 50g을 15일 처리했을 때 100g을 5일 간 처리했을 경우와 같은 소독효과가 나타났다. 포르말린을 처리할 경우, 폐펄라이트 뿐만아니라 폐암면과 공정육묘용 폐배지에서도 높은 소독효과를 나타냈다. 폐암면과 폐펄라이트의 경우 100배액과 50배액에서 모두 높은 살균효과를 나타낸 것으로 보아 포르말린을 사용할 경우 낮은 농도에서도 충분히 높은 농도에서와 같은 소독 효과를 나타냄을 알 수 있었다. 처리시간에 따라 다소 밀도가 줄긴 했으나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 공정육묘용 폐배지에서도 역시 100배액에서 12시간과 24시간 처리할 경우 50배액에 비해 다소 소독효과가 떨어졌으나 48시간 처리할 경우 50배액으로 소독할 때와 같은 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 따라서 화학소독을 함으로써 보다 효과적으로 폐배지를 장기간 재활용할 수 있을 것으로 사료된다.
② 재활용 배지의 증기소독
양액재배시 효과적인 배지 재활용 기술을 확립하기 위해 본 실험을 수행하였다. 소독시간을 15분, 30분, 45분의 3처리를 두고, 수분함량을 용기 용수량(CC), 용기 용수량의 1/2 (1/2 CC), 완전건조(0)의 3처리로 실험하였다. 그 결과 증기소독에 의해 3종의 배지 모두 높은 소독효과를 나타냈고, 특히 폐암면이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 폐암면의 경우 15분에 비해 30분과 45분에서 더욱 병원균 밀도가 감소하였고 용기용 수량의 1/2만큼 수분을 보유했을 때와 완전 건조시켰을 때 소독효과가 증가하는 것으로 나타났다. 다른 두 종의 폐배지에서도 모두 높은 소독효과가 나타났지만 수분함량에 따른 유의는 없었고 처리시간이 15분일 때 비해 30분과 45분에서 병원균의 밀도가 크게 줄어들었다. 30분과 45분 처리간에는 큰 차이를 나타내지 않았다. 따라서 폐배지를 증기소독 함으로써 보다 효과적으로 배지를 재활용하는 것이 가능하리라 사료되며 특히, 폐암면의 경우 수분함량을 조절해 줌으로써 그 효과를 높일 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Ⅰ. Introduction
This research was conducted in an effort to meet the need for domestic production of plug and hydroponic growing media and the need for medium development using domestic resource materials. The research had the following three objectives: 1) Development of new growing media for pl

Ⅰ. Introduction
This research was conducted in an effort to meet the need for domestic production of plug and hydroponic growing media and the need for medium development using domestic resource materials. The research had the following three objectives: 1) Development of new growing media for plug plant production, 2) development of new growing media for hydroponic cultures, and 3) systematization of medium reuse technique and development of pasteurization methods of the reused media.
Ⅱ. Development of new growing media for plug plant production
1. Search for alternative inorganic and organic resource materials and development of manufacturing technology
(1) Development for manufacturing technology of domestic inorganic materials
This research was conducted in an effort to meet the need for the reduction of production cost of growing media and the need for medium development using foam-clay and kaolinite. To test if recycled cellular glass foam is suitable as growing medium, physicochemical characteristics and growth responses were examined.
(2) Search for domestic organic resource materials
① Seed germination and growth of plug seedlings of pansy and petunia in various mixtures of recycled mushroom medium
This study was conducted to evaluate recycled mushroom medium (RMM) as a component of plug media. Plug seedlings of petunia were cultured in mixtures of RMM, used for the production of black mushroom, oyster mushroom, or golden mushroom, and granular rockwool at 25:75, 50:50, 75:25 or 100:0 (v/v). Growth of petunia was very poor in all media containing RMM. The RMM used for black mushroom culture was the best among the three materials tested. In the next experiment RMM used for black mushroom culture was steam pasteurized for 30 min. at 120℃, 1.5 atm. RMM was then dried in air, washed with either water or methanol to see if growth suppressing materials are washed out. Commercial plug medium used as the control. Height of petunia was the greatest in the control and in the medium washed with methanol for 24 hr. Leaf area, and fresh and dry weights of petunia were the greatest in the control.
2. Standardization of methods for analysis of physicochemical properties of plug media and analysis of physicochemical properties of newly developed media
Physical properties of six media (rice hull, peat, vermiculite, perlite, recycled particles rockwool, woodchips) and mixed media were investigated by control of mass wetness. Six media were packed (Bilderback and Fonteno, 1987) in aluminum cylinders (7.6cm x 7.6cm). Data were collected for moisture retained at 10 moisture tensions from 0 to 30kPa using a pressure plate apparatus and procedures described by Fonteno et al. (1981), Karlovich and Fonteno (1986), and Milks et al., (1989). After measurement at 30kPa, each sample was removed and bulk density was calculated by dividing dry weight (24hr at 105℃) by volume (Klute, 1986). A nonlinear, five-parameter function, developed for soils by Van Genuchten and Nielsen (1985) and adapted to horticultural media by Milk et al., (1989) was used to describe the moisture retention data. The function is defined as:
Container capacity (CC) = [(Wet weight - Dry weight)/Volume of sample] x 100
Air space (AS) = [Volume of water drained/ Volume of sample] x 100
Total porosity (TP) = (Container capacity + Air space)
Residual water was expressed as media residual water after drainage by gravitation water in aluminum cylinder (347.85mL). Total porosity and unavailable water were equal to the volume wetness at saturation and at 1,500kPa, respectively. Container capacity was predicted using the equilibrium capacity variables model developed by Bilderback and Fonteno (1987) and refined by Milks et al. (1989). Air space was calculated as the difference between TP and CC. Bulk density (gㆍcm<sup>-3/sup> ) was determined using loose-packed cores methods adapted from Byrne and Carty (1989).
Chemical and cation exchange capacity properties of six medium (rice hull, peat, vermiculite, perlite, recycled particles rockwool, woodchips) and mixed media were investigated by method of AOAC and 1N-NH4OAc.
3. Experiments on the performance of newly developed media for plug plants
(1) Effects of medium composition including chestnut woodchips and granular rockwool on growth of plug seedlings
Growth of red pepper (Capsicum annuum) 'Kumtap', tomato (Lycopersicon esculentum) 'Seokwang', petunia (Petunia hybrida) 'Madness Rose' and pansy (Viola tricolor) 'Magestic Giant' in mixtures of chestnut woodchips and granular rockwool at 25:75, 50:50 or 75:25 (v/v) was examined. Chestnut woodchips were soaked in water for 48 hours or aged in open field for 6 months in order to remove substances impeding the plant growth. A commercial plug medium was used as the control. All treatments resulted in a similar effect in red pepper, petunia and pansy. Growth, such as plant height, fresh weight, dry weight and chlorophyll content, in media containing chestnut woodchips especially in higher proportions was poor as compared to that in the control. On the contrary, height, fresh weight and dry weight of tomato seedlings in media containing woodchips were significantly greater than those in the control. For petunia, pansy, and red pepper, six month ageing in open field of woodchips was more effective for the growth than 48 hour water soaking. Emergence of petunia seedlings was inferior, especially when woodchip content was higher. To the other crops some growth suppression was observed. From the results, chestnut woodchips proved to be practical as a medium component only in tomato.
(2) Medium composition including particles of cellular glass foam and carbonized chestnut woodchips affects growth of ‘Nokkwang’ pepper and ‘Segye’ tomato plug seedlings
This study was conducted to develop growing medium using cellular glass foam (CGF) and carbonized chestnut woodchips (CCW). Seedlings of ‘Nokkwang’ pepper and ‘Segye’ tomato were grown in plug trays filled with 19 different mixtures containing various volume ratios of CGF, CCW, perlite, granular rockwool (GR), and peatmoss. A commercial plug medium (Tosilee medium) was used as the control. Seeds were sown in 200-cell plug trays filled with a medium in four replications and were germinated on a fog propagation bed. Seedlings were grown in a glasshouse in a randomized block design with a nutrient solution supplied by a subirrigation. Plant growth was measured at 69 (pepper) and 42 (tomato) days after sowing. All treatments showed a similar result. Fresh and dry weights, T/R ratio, root grade, and leaf area of pepper seedlings were the greatest in a perlite (33%) + peatmoss (67%) treatment. Fresh and dry weights, hypocotyl length, and root grade of tomato in a CCW (67%) + peatmoss (33%) treatment were significantly greater than those in other media. pH of pepper and tomato mixing media was measured in the range of 6.2 to 8.9. As the proportion of CGF and GR increased in mixtures, the medium pH increased. EC after culture of the pepper media was the highest in the control (0.32mS·cm-1), but no toxicity symptoms were observed. Concentration of chlorophyll was little affected. From the results, CGF and CCW proved to be practical materials as medium components for the plug production of tomato and pepper seedlings.
(3) Medium composition including particles of carbonized chestnut woodchips and cellular glass foam affects growth of plug seedlings of petunia 'Madness Rose'
The usefulness of a mixture of carbonized chestnut woodchips (CCW) and cellular glass foam (CGF) was examined as a plug seedling medium. Petunia hybrida 'Madness Rose' was cultured for 43 days after sowing in 19 different mixtures of CCW, CGF, perlite, granular rockwool and peatmoss. A commercial plug medium was used as the control. Plant height, number of leaves, shoot and root fresh weights and leaf area were superior in a 1 perlite + 1 peatmoss mixture. Root grade and chlorophyll concentration were the greatest in the control and in 1 CCW + 2 granular rockwool mixture, respectively. Growth in the mixture of CCW, CGF, perlite and peatmoss were similar to the control, whereas it was suppressed in a CCW + granular rockwool mixture.
(4) Growth of plug seedlings of pansy 'Scarlet Shadow' in various mixtures of carbonized chestnut woodchips and cellular glass foam
Growth of pansy (Viola × wittrockiana) 'Majestic GT Scarlet Shadow' in various mixtures of carbonized chestnut woodchips (CCW), cellular glass foam (CGF), perlite, granular rockwool and peatmoss mixed at 1:1, 1:2, or 2:1 (v/v) was examined. A commercial plug medium was used as the control. Plant height, number of leaves, shoot and root fresh weights and leaf area of plants grown in media containing granular rockwool, especially in a mixture of CGF and granular rockwool, were poorer as compared to those in the control. Chlorophyll concentration was the greatest in a 2 perlite + 1 peatmoss mixture, followed by 1 CCW + 2 granular rockwool and 1 perlite + 1 peatmoss mixtures. Seedling emergence was not affected by treatment. Root grade was the greatest in a 1 CCW + 1 peatmoss mixture. Growth in the mixture of CGF + perlite + peatmoss were similar to the control.
(5) Growth of plug seedlings ‘Segye' tomato grown in various mixtures containing CGF and peatmoss as affected by irrigation frequency
An experiment was conducted to investigate growth of plug seedlings ‘Segye' tomato as influenced by irrigation frequency in the medium of cellular glass foam (CGF) and peatmoss. The frequency of irrigation was one, two or three times per every two days. Plug seedlings of tomato were cultured in mixtures of CGF and peatmoss at 33:67 and 25:75 (v/v). These treatments little affected total growth of seedlings. Leaf area and T/R ratio were very significantly affected. Number of leaves, height and chlorophyll concentration were not affected by irrigation frequency. Growth of seedlings were the greatest in 25% CGF + 75% peatmoss mixture with high frequency of irrigation.
(6) Growth of plug seedlings ‘Madness Rose’ petunia grown in various mixtures containing CGF and peatmoss as affected by irrigation frequency
An experiment was conducted to investigate growth of plug seedlings ‘Madness Rose' petunia as influenced by irrigation frequency in the medium of cellular glass foam (CGF) and peatmoss. The frequency of irrigation was one, two or three times per every two days. Plug seedlings of petunia were cultured in mixtures of CGF and peatmoss at 33:67 and 25:75 (v/v). These treatments and medium composition little affected total growth of seedlings. Irrigation frequency had very significant effect. Growth of seedlings was the greatest in 25% CGF + 75% peatmoss mixture with high frequency of irrigation.
(7) Growth of plug seedling of petunia and pansy according to various nutrient solution strength in medium including particles of CGF
An experiment was conducted to determine a suitable nutrient solution strength on the growth of plug seedlings of petunia (Petunia hybrida) ‘Madness Rose' and pansy (Viola×wittrockiana) ‘Magestic GT'. Seedlings were cultured in mixture of cellular glass foam (CGF) and peatmoss at 1:2 (v/v), and treated with six nutrient solutions strength (0.25S, 0.50S, 1.00S, 1.50S, 2.00S, and 2.50S). The growth of petunia in all treatments were significantly affected by nutrient solution strength tested in the experiment. Plant height, number of leaves, leaf area, fresh and dry weights, and T/R ratio increased as the nutrient solution strength increased.
However, growth was slightly declined in 2.50S. Plant height of pansy was the greatest in 2.00S, followed by 1.50S and 2.50S. However, root length was superior in 0.25S and 0.50S. Number of leaves was not different in all treatments. Shoot fresh and dry weights increased as the nutrient solution strength increased, but root fresh and dry weights were the lightest in 0.25S. It was concluded that 2.00S was desirable for the growth of plug seedlings of petunia ‘Madness Rose'.
(8) Growth of plug seedling of tomato and pepper in the CGF-containing media as affected by ionic strength of the nutrient solution
An experiment was conducted to determine a suitable ionic strength of the nutrient solution for the growth of plug seedlings of tomato (Lycopersicon esculentum) ‘Segye' and pepper (Capsicum annum) ‘Nokkwang'. Seedlings were cultured in a mixture of cellular glass foam (CGF) and peatmoss at 1:2 (v/v), and were fed with solutions of six ionic strengths (0.25S, 0.50S, 1.00S, 1.50S, 2.00S, and 2.50S). Hypocotyl length of tomato was the longest in 1.50S. Plant height was the greatest in the 2.00S, followed by 1.50S and 2.50S. However, root length was superior in the 0.25S and 0.50S. Number of leaves and stem diameter were th greatest in the 2.50S and 2.00S, respectively. Shoot fresh and dry weights increased with ionic strength, and root fresh and dry weights were the least in the 0.25S. T/R ratio and dry matter were the greatest in the 2.00S and 2.25S, respectively. Height of pepper was the greatest in the 2.00S, while root length was superior in the 0.25S. Shoot fresh and dry weights increased as ionic strength of the solution increased. Root fresh weight was the least in the 1.00S, and root dry weight was the greatest in the 2.50S. T/R ratio and % dry matter were the greatest in the 1.50S and 0.50S, respectively. It is concluded that the solutions with ionic strength of either 1.50S or 2.00S for tomato and greater than 1.00S for pepper were desirable for the rapid growth of plug seedlings.
(9) Rooting and growth of kalanchoe Gold Strike' cuttings in various mixtures of CGF
CGF (cellular glass foam), the reprocessed glass, has a possibility as a component of vegetative propagation media of kalanchoe due to the its excellent air and water permeability, similar to that of perlite. An experiment was conducted to evaluate the rooting and growth thereafter of Kalanchoe blossfeldiana Gold Strik e in media containing various volume ratios of granular rockwool, peatmoss, CGF and perlite. The particle size of CGF and perlite were 2.0∼4.0mm and 1.2∼4.0mm, respectively. The cuttings were rooted in a fog tunnel with mean temperature of 18.2℃ and RH of 66.7% under a long day regime (14h per day light period).
Height, length of the longest root, stem diameter, no. of leaves, leaf area, rooting percentage, shoot and root fresh weights, shoot and root dry weights, total chlorophyll concentration and physicochemical properties were measured. Cuttings rooted 100% in all treatments. Physicochemical properties in CGF and perlite-containing media showed little differences. The growth of rooted plants in the CGF-containing media was similar or rather superior to that in perlite-containing media. Consequently, CGF has a possibility as a vegetative propagation medium of kalanchoe. To make wider commercial use of CGF, more demonstrative experiments and analyses are necessary.
(10) Medium composition including cellular glass foam (CGF) used for propagation medium of cut chrysanthemum 'Backwang' and pot poinsettia
This experiment was conducted to evaluate cellular glass foam (CGF) as propagation medium component of cut chrysanthemum 'Backwang' and pot poinsettia 'Freedom Red'. Cut chrysanthemum 'Backwang' and pot poinsettia 'Freedom Red' were cultured in propagation media containing various volume ratios of CGF, perlite, granular rockwool, and peatmoss. Cuttings were rooted under average of 18.3℃ in a mist bed. Growth in CGF and perlite alone was poorer than that in the other media. But growth increased when incorporation ratio of granular rockwool and peatmoss was increased. pH and EC were the highest in CGF alone media, but decreased when incorporation ratio of granular rockwool and peatmoss was increased. Trends in growth at perlite-containing medium was similar to that at CGF-containing medium.
(11) Successful use of CGF and CCW as medium components for commercial production of plug seedlings of pepper and tomato
The study was conducted in a commercial plug glasshouse in Sacheon city to examine the possibility of producing vegetable plug seedlings in various growing media containing cellular glass foam (CGF) and carbonized chestnut woodchips (CCW) as medium components. Plug seedlings of ‘Nokkwang' pepper and ‘Seogeon' tomato were grown in media containing 50% CCW + 50% peatmoss, 33% CGF + 67% peatmoss, and 50% peatmoss + 50% granular rockwool. A commercial plug medium (Tosilee medium) was used as the control. All seeds were sown in 200 cell trays on November 28, 2001. Seedling growth was measured at 31 days (tomato) and 41 days (pepper) after sowing. Each treatment showed a similar result as compared to the control. Plant height, no. of leaves, stem diameter, and root grade of both pepper and tomato were significantly greater in a 33% CGF + 67% peatmoss treatment than those in the other media. However, growth was slightly suppressed in a 50% CCW + 50% peatmoss. pH and EC of the media were the highest in the control, but no toxicity symptoms were observed. The results obtained suggest that perlite can be replaced with a new material CGF in the commercial scale production of plug seedlings of pepper and tomato.
(12) Production of plug seedlings of the grafted watermelon in media containing CGF and CCW
The experiment was conducted in a commercial plug glasshouse to examine the possibility of producing plug seedlings of grafted watermelon in media containing cellular glass foam (CGF) as a medium component. Plug seedlings of ‘Galchae' watermelon were grown in media containing 50% CCW + 50% peatmoss, 33% CGF + 67% peatmoss, and 50% peatmoss + 50% granular rockwool. A commercial plug medium (Tosilee medium) was used as the control. The scion and the rootstock used were Citrullus vulgaris Schrad. ‘Galchae' and Lagenaria siceraria Standl. ‘FR-Dantos', respectively. Seeds were sown in 32 cell trays on November 28, 2001 and the seedlings were grafted on December 11, 2001. Before and after sowing, pH and EC of media were checked and physical properties were measured. Plant growth was measured at 55 days after sowing. All treatments showed a similar growth result as compared to the control. pH of the media was measured to be in a range of 6.0 to 6.9. EC was the highest in the control (477μS cּm-1), but no toxicity symptoms were observed. Root length, no. of leaves, and leaf area in a 33% CGF + 67% peatmoss medium were significantly greater than those in the other media. Emergence, T/R ratio, dry matter, root count, and concentration of chlorophyll were little affected. The results obtained suggest that growth media containing CGF can be successful used for the commercial production of plug seedlings of grafted watermelon.
4. Cost analysis of the new medium material (CGF)
With the help of Yujin Co., which produces cellular glass foam (CGF) material in large quantity, costs on materials, mixing and bagging, cost of production and projected sale price were estimated.
Ⅲ. Development of new growing media for hydroponic culture
1. Selection and development of new mixed media for the fruit vegetables
(1) Plant growth such as plant height, fresh weight, and dry weight of cucumber and tomato was enhanced in reused rockwool + peatmoss (1:2, v/v) substrate. Plant growth in mixed media of reused rockwool and chestnut woodchips was the worst among all treatments. As the proportion of chestnut woodchips increased, plant growth decreased proportionally in all treatments. UR (Ca+) rockwool gave increased fruit yield in cucumber. Reused oyster mushroom substrate and reused winter mushroom substrate were gave increased growth in tomato.
(2) Among the 10 kind of substrates used , perlite, vermiculite, rockwool (2 kinds), refused rockwool, reused rockwool + peatmoss (1:1, v/v), reused cotten, reused substrate of oyster mushroom, reused substrate of winter mushroom, and reused substrate of button mushroom, reused substrate of winter mushroom was the best for the leaf area, total yield, brix degree, and vitamin C contents in cucumber. Substrate of reused cotten gave increased total yield, but the average fruit weight increased in the substrate of reused button mushroom.
(3) Irrigation by integrated solar radiation for cucumber cultivation grown in reused substrates was studied. Irrigation starting time of integrated light intensity for increase of yield was 300Whㆍm-2 in reused substrate of rockwool, 150Whㆍm-2 in reused rockwool + peatmoss substrate, 300Whㆍm-2 in reused substrate of winter mushroom, and 450Whㆍm-2 in reused substrate of oyster mushroom.
(4) In the development of new nutrient solution, the reused rockwool medium showed the best growth in the following composition: Macroelements (in meㆍL-1) 12, P 3, K 7, Ca 5, Mg 2, and microelements (in ppm) Fe 3, B 0.5, Cu 0.02, Mo 0.01, Zn 0.05.
(5) In the development of new nutrient solution for increase of tomato yield, substrate of reused winter mushroom was the best when supplied with the microbe nutrient solution containing macroelements (in meㆍL-1) NO₃ 7, NH₄ 0.67, Ca 3, P 2, Mg 3, SO₄ 3, K 4, and microelements (in ppm) Fe 3, B 0.5, Mn 0.5 Zn 0.05, Cu 0.05 Mo 0.05 + Power-M (microbe) at 9L per 10a per week.
2. Selection and development of new mixed media for the leafy vegetables
(1) In the leaf vegetables, a suitable medium was selected from six mixed media, such as reused rockwool, peatmoss, and chestnut bark in a hydroponic system using a non-woven fabric mat. Of these substrates, reused rockwool (100%) was the most proper for lettuce growth and in this medium growth period was shortened. Also, it was better than others in leaf length, number of leaves, leaf width, and fresh weight. On the other hands, lettuce growth in media containing chestnut woodchips was the worst. The growth in media containing peatmoss was relatively good.
(2) Effect of the hydroponic system of a non-woven fabric mat on the growth of 'Chungchima' lettuce was examined. Reused rockwool + peatmoss (1:1, v/v) medium gave the greatest number of leaves. However, the best leaf length was obtained in reused rockwool + peatmoss (2:1, v/v) medium. In the 'Chugrok' spinach, reused rock + peatmoss (1:1, v/v) medium gave greater leaf length and width than others.
(3) In the hydroponic system of a non-woven fabric mat, the growth of chrysanthemum increased with new nutrient solution containing macroelements (in meㆍL-1) NO₃ 12.75, NH₄ 1.25, Ca 5.0, P 3, Mg 3.0, SO₄ 3.0, K 7.5 meㆍL-1, and microelements (in ppm) Fe 3, B 0.5, Mn 1.0 Zn 0.05, Cu 0.05 Mo 0.05 + photosynthetic microbe at 3L per 10a per week.
(4) Applications of newly developed media to commercial farms were attempted.
Developed new media and solutions were applied in several farms. The growth of tomato, cucumber, leaf lettuce, spinach, and chrysanthemum was very good in all treatments. A guide booklet on how to use new media was prepared for farmers.
This book may be useful for hydroponic farmers.
3. Selection and development of new mixed media for the cut flowers
(1) The non-woven fabric mat hydroponic system was also applied to chrysanthemum culture. The most suitable media for the growth of chrysanthemum 'Puma' were 100% reused rockwool substrate and reused rockwool substrate + peatmoss medium (1:1, v/v). Reused rockwool + chestnut woodchips medium was the worst for the growth and flowering among all media.
(2) Effect of the hydroponic system of a non-woven fabric mat and pot size on the growth of chrysanthemum grown in the new mixed media was studied.
Reused rockwool and reused rockwool + peatmoss (3:1, v/v) media contained in big size pot (8cm×8cm×8cm) gave three times more flower production than other smaller size pots (5.5cm×5.5cm×6.3cm or 4.5cm×4.5cm×5.3cm).
4. Standardization of analysis of physicochemical properties and analysis of physicochemical properties of newly developed media
Culture area of hydroponics increased every year in Korea. So types and constituents of substrate for hydroponics are very important. But the research of physical and chemical characteristics of substrates are different with countries and institutes. The unifications of analysis method is needed not only for analysts but also for farmers. European has much interest, but our country has no interest, in standardization of soil analysis. European Committee for Standardization (CEN) method for substrate analysis for such materials as cocopeat, vermiculite and perlite used in Korea was tested in the University of Seoul and got good results. But acceptance of this method for application in Korea must be discussed with Korean soil scientists in more details in the future.
Ⅳ. Systematization of medium reuse technique and development of pasteurization method of reused media
1. Medium development reusing materials used for hydroponic culture and plug plant production
(1) Growth of plug seedlings of petunia ‘Madness Rose’ and pansy ‘Magestic GT’ in various mixtures of recycled horticultural media
Plug seedlings of Petunia hybrida 'Madness Rose' and Viola tricolor 'Magestic GT' were cultured in media containing various volume ratios of recycled plug medium, recycled coir, perlite, granular rockwool, and vermiculite for 36 and 43 days after sowing, respectively. Recycled plug medium and recycled coir were steam pasteurized at 120℃ and 1.5 atmosphere. An unused commercial plug medium (Tosilee medium, pH 5.10, EC 0.12mSㆍcm-1 at 1:5 dilution, v/v, Shinan Grow Co.) was used as the control. The pH of different media before and after growing seedlings was similar. Medium EC was high when recycled plug medium was included. Recycled coir (75%) + vermiculite (25%) mixture also had high medium EC. However, medium EC was low when granular rockwool or perlite was included. Height, root formation, shoot dry weight and leaf count of petunia, and height, total fresh and dry weights, and shoot fresh and root dry weights of pansy were the highest in recycled coir (75%) + perlite (25%) mixture. Recycled coir was better than recycled plug medium in physicochemical properties, and also in resultant plant growth. It is recommended to include perlite or granular rockwool when plug media including recycled horticultural media are prepared.
(2) Growth of pot culture of petunia ‘Madness Rose’ and pansy ‘Magestic GT’ in various mixtures of recycled horticultural media
This experiment was conducted to develop a horticultural medium by recycling the used media disposed from plug greenhouses and hydroponic farm. Seedlings of petunia (Petunia hybrida) ‘Madness Rose’ and pansy (Viola tricolor) ‘Magestic GT’ were cultured in a plastic pot of 10cm diameter for 45 days after planting in mixed media of used coir, used medium, rockwool, perlite, coir and Tosilee medium. Mixed medium and coir collected from plug or hydroponic greenhouses were steam-sterilized for 30 min at 120℃ and 1.5 atmosphere. Tosilee medium was served as the control. The medium pH before culture was between 6 and 7 with little difference between treatments and the pH after culture was similar to that of before culture. Electric conductivity of the used media was high and it changed after plant culture. In granular rockwool and perlite mixtures, EC was low. The used coir was more effective on growth than perlite and granular rockwool composition. Accordingly it is suggested the used medium should be mixed with perlite or rockwool to improve the physical properties. In pansy, the used medium with no sterilization resulted in poor growth and led to die, so sterilization must be a prerequisite for recycling the used medium. From this study, the recycling possibility of used medium was high and sufficient and also some difference by crop was obtained. Therefore, in the future more crop studies shall be followed up. In our laboratory, studies about the recycling of used coir, perlite and used medium are in progress.
(3) Culture of pot plant of Petunia hybrida 'Orchid Madness' in various mixtures of used perlite and CGF in mat subirrigation system
Experiment was conducted to evaluate used perlite and CGF as a medium component. Pot plant of Petunia hybrida 'Orchid Madness' was cultured in media containing various volume ratios of used perlite, CGF, granular rockwool, and peatmoss. Particular size of used perlite and CGF was between 2 and 4mm. A mat subirrigation system was used. Seeds were germinated under average 19.3℃ and 66.7% RH a mist bed, and seedlings were cultured for 60 days at average 17.8℃ and 69.1% RH. Significant differences were not found in growth except in leaf area, longest root length, and root grade. Compared with medium of used perlite (25%) + peatmoss (75%), treatments containing used perlite and CGF didn't have growth difference.
(4) Growth and flowering of pot plant of Viola × wittrockiana Majestic GT 'Scarlet Shadow' in various mixtures of used perlite and CGF in a mat subirrigation system
This research compared growth and flowering of pot plant of Viola × wittrockiana Majestic GT 'Scarlet Shadow' in various mixtures of used perlite and CGF. A mat subirrigation system was used. No. of leaves, opened flowers, flower buds, branching, fresh and dry weights of shoot, leaf area, and total chlorophyll concentration were the highest in the medium of used perlite (25%) + granular rockwool (50%) + peatmoss (25%). Height and longest root length were the highest in the medium of CGF (25%) + peatmoss (75%). The medium of CGF (25%) + peatmoss (75%) was better than the medium of used perlite (25%) + peatmoss (75%). The medium of CGF (25%) + granular rockwool (75%) was poorer than the medium of used perlite (25%) + granular rockwool (75%).
(5) Growth of Euphorbia pulcherrima ‘Freedom Red’ in various mixtures of used perlite and used rockwool in a mat subirrigation system
The use of disposed hydroponic medium materials such as mixture medium of used perlite and rockwool was examined. Euphorbia pulcherrima ‘Freedom Red’ was cultured in 10 combinations of mixtures volume ratio. Used perlite and used rockwool were steam disinfected for 30 min. at 1.5 atmosphere pressure and at 120℃. Cuttings were rooted and grown for 30 days after planting in 72 cell plug trays filled with rockwool cubes. Uniform cuttings were chosen and transplanted into 13cm pots. The cuttings were pinched six leaves. Incandescent lamps were used at the early stage of culture to extend a vegetative growth period. Nutrient solution was supplied through a mat subirrigation system. Height, root length, branch length, number of roots, leaf area, bract width and bract length in plants grown in media containing used perlite were significantly greater than those in the control. Stem diameter and Bract count were not affected. From the results, used perlite proved to be a practical material as a medium component for pot production of poinsettia plants.
2. Development of method of reusing industrial PUR
(1) Growth and development of pot chrysanthemum ‘Pink Pixie Time in various mixtures of shattered PUR and CGF
An experiment was conducted to evaluate shattered industrial polyurethane (PUR) and cellular glass foam (CGF) as growth medium components. Pot chrysanthemum 'Pink Pixie Time' was cultured in media containing various volume ratios of PUR, CGF, peatmoss, coir, and perlite. Before plant culture, pH and EC of media were determined. Container capacity (%) was low in perlite and CGF-containing media, but it increased when incorporation ratio of peatmoss or coir was elevated. pH was stable between 5.0 and 6.3, but was high in coir-containing media as compared to other media tested. EC was very high in coir-containing media. Hight at 34 days after planting was the greatest in media containing CGF, and no. of leaves was similar among treatments. Growth in PUR-containing media was poorer than that in the other media with some leaf edge burning. Trends in growth measured at 97 days after planting was similar to that measured at 34 days after planting.
(2) Growth of pot Chrysanthemum 'Pink Pixie Time' as affected by pretreatment and volume percentage of PUR particles in the growth medium
This study was conducted to find a way to reduce phytotoxicity in pot chrysanthemum ‘Pink Pixie Time' caused by shattered polyurethane (PUR) incorporated in the growth medium. Plant growth in various media containing PUR particles pretreated by drying in the air, washing with either 50% (v/v) ethanol solution or tap water was compared to that in the untreated control. Media tested were mixtures of PUR and coir at 1:1, 2:1 and 3:1 (v/v). Plants revealed phytotoxicity symptoms after 15 days in culture in the media containing either not pretreated or air dried PUR particles. The toxicity symptoms observed were browning and burning of edges of mature leaves. Pretreating PUR particles with either water or ethanol solution gave better plant growth than either air drying or the untreated control. With increasing volume ratio of air dried or untreated PUR, growth of plant was significantly suppressed. The material suspected to cause phytotoxicity is assumed to be TCEP.
(3) Growth of cut Rosa hybrida ‘Comet Mu' in various mixtures of shattered PUR and CGF
This study was conducted to evaluate shattered industrial polyurethane (PUR) and cellular glass foam (CGF) as hydroponic medium components. Cut flower rose 'Comet Mu' was cultured in media containing various volume ratios of PUR, CGF, coir, and perlite. Growth and cut flower yield in the test media were compared to those in rockwool slabs (control). Growth and yield in media containing either PUR or CGF alone were poor as compared to the control. However, growth and yield in media containing PUR or CGF in mixture with other materials were similar to or better than those in rockwool slabs. Longevity of cut flower was not significant in all treatments.
3. Development of method of medium pasteurization
(1) Effect of chemical sterilization of reused media in hydroponic system
An experiment was conducted to develop the technology of effective media reuse in hydroponic culture by means of chemicals. Calcium hypochloride, formalin and basamid are respectively used for media sterilization. the experiment was processed at 2 level in concentration and 3 level in treatment time. In the result, calcium hypochloride hardly showed differences compared with control. Basamid also didn't show effective sterilization even though in the medium of reused rockwool and reused commercial plug, it showed an increase in concentration and a slight decrease in density in the longer treatment time. On the other hand, reused perlite medium with 10 days treatment of 100g basamid showed the best sterilization effect. 15 days of treatment of 50g basamid showed same sterilization effect as 5 days of treatment of 100g basamid. Formalin showed best sterilization effect in the three kind of media. In the case of reused rockwool medium and reused perlite medium, the dilution of 100 times and 50 time both showed best sterilization effects. Therefore, it can be concluded that low level's concentration showed sterilization effect as good as high level's concentration. In the case of medium of reused commercial plug, the dilution of 100 times with With 48 hours treatment showed same sterilization effect as the dilution of 50 times. In conclusion, Chemical sterilization can be successful in recycling effectively the reused media for a long term.
(2) Effect of steam sterilization of reused media in hydroponic system
The experiment was conducted separately with 15 minutes, 30 minutes and 45 minutes treatment time in steam sterilization and with container capacity (CC), 1/2 container capacity (1/2 CC) and dry (0) in water content. he result, three kinds of media all showed excellent sterilization effect in these steam sterilization treatments. Especially, the medium of reused rockwool showed the best sterilization effect. In the case of the medium of reused rockwool, 30 minutes and 45 minutes treatment showed a decrease in the density of pathogene comparing with 15 minutes treatment and 1/2 CC and 0 in water content showed an increase in sterilization effect. The rest two reused media also showed excellent sterilization effect but they didn't show any differences in water content. 30 minutes and 45 minutes treatment showed a slight decrease in the density of pathogene comparing with 15 minutes treatment, but between 30 minutes and 45 minutes, it didn't show any differences. Therefore, steam sterilization of reused media can be successful in recycling effectively media and reused rockwool media, especially, can be more efficient by the control of water content.</sup>