이온센서 이용한 순환식 수경재배 배양액 조성
이온센서 이용한 순환식 수경재배 배양액 조성
  • 원예산업신문
  • 승인 2016.02.29 15:34
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시설원예에 수경재배를 도입하여 시설원예지 연작장해를 극복할 수 있게 되었을 뿐 아니라 작물이 필요로 하는 양분을 가장 효과적으로 공급할 수 있게 되었다. 이후 수경재배 기술은 꾸준히 발전하여 거의 모든 작물에 확대 적용할 수 있게 되었으며 작물의 생산성과 품질향상의 필수적인 기술로 인식되며 재배면적이 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 수경재배에서 버려지는 배액을 재활용하여 물과 비료의 낭비를 막고 하천과 토양 오염을 방지하는 순환식 수경재배 필요성이 필연적으로 대두됐다.

현재 순환식 수경재배에서는 배액을 전체 이온농도(EC) 기준으로 희석하여 재활용하고 있는데 이때 배액 내 무기이온은 균형이 깨진 상태에서 새로운 양액이 혼합되는 것이므로 작물에 필요한 최적의 양분을 공급할 수가 없어 생산성 저하를 초래할 수 있다. 따라서 배액에 포함된 영양소의 농도를 각각 측정하여 개별적인 이온을 조절 할 수 있어야 순환식 수경재배가 완성될 수 있을 것이다.

수경재배용 실용적인(싸고, 안정적이며, 내구성이 우수한) 센서 개발이 이루어지고 있지만 농가에 이용할 수 있을 정도로 상용화 가능한 센서를 작물에 필수적인 12종 이온에 대하여 전부 개발하는 것은 수십 내에는 거의 불가능할 것으로 생각된다.

현재까지 개발된 것 중에서 상용 가능성이 높은 센서는 N, K, Ca 이온센서 정도이며 실제 수경재배에서 주요한  제어 이온은 N, P, K, Ca, Mg이므로 N, K, Ca는 이온센서로 측정하고 작물재배를 통하여 작물에 흡수되는 질소 함량에 따른 인산(P/N), 칼슘흡수량에 따른 마그네슘(Mg/Ca) 흡수비를 구하여 P와 Mg 제어 방법을 개발하였다.

▲ 생육시기별 이온 흡수 균형도
▲구체적인 성과
△이온의 흡수특성 = 상추 수경재배에서 생육기간의 이온흡수 특성을 조사한 결과 생육 첫 1주일간 무기이온의 흡수량은 매우 적어 이온간의 큰 불균형 없이 초기공급량의 10%이내로 흡수되었고, 2주차에 K 이온의 흡수량이 많아지면서 이온간 흡수불균형이 발생하기 시작하였다. 상추가 왕성하게 생육하면서 3주차에는 K, PO4, NO3-N는 초기 공급량의 50%내외의 흡수율을 나타낸 반면에 Mg와 Ca는 흡수량은 적어 이온간의 불균형이 심화되었다. N, K, Ca 센서를 이용한다는 전제하에 센서와 PO4와 Mg를 짝을 짓는다면 N과 PO4, Ca와 Mg 비슷한 흡수특성을 나타내었다.

△작물별 PO4/N, Mg/Ca 이온흡수 상관관계식 = 상추를 제외한 다른 작물에도 이온 간의 흡수 상관관계를 적용하는 것이 적합한지 혹은 동일한 상관 관계식을 적용할 수 있을지를 확인하였다.
상추와 생육 방법이 비슷한 엽채류인 청경채와 화훼류인 장미, 과채류인 토마토에 적용하여 분석하였다. 두 이온 간의 흡수비에 대한 결정계수는 0.73~0.87로 비교적 높게 나타나 순환식 양액조성시 이온흡수 상관관계식을 제어인자로 추가하여 제어 할 수 있을 것으로 판단되었다.

상추, 청경채, 장미, 토마토의 PO4/N 의 양분흡수비는 각각 0.58, 0.56, 0.51, 0.56이고 Mg/Ca 양분흡수비는 각각 0.38, 0.24, 0.16, 0.33으로 나타나서 N에 대한 PO4의 양분흡수비는 0.51∼0.58로 모든 작물에 공통적으로 적용할 가능성이 있으며 Ca에 대한 Mg의 양분흡수비 각 작물에 개별적인 계수를 도출해야 할 것으로 나타났다.

△개별 이온을 제어하는 순환식 수경재배의 발걸음 = 개별 이온의 실시간 제어하는 순환식 수경재배를 위하여 센서와 장비 개발 연구가 지속적으로 이루어지겠지만 단기간에 실용화되기는 매우 어려울 것으로 판단된다. 이 연구는 먼저 상용화 가능한 센서를 이용하여 상용화하기 어려운 이온 조절은 다르게 접근하여 순환식 수경재배에서 꼭 풀어야 할 과제에 접근하였다는데 의의가 있다.

■원예특작과학원 시설원예연구소 농업연구사 최경이