본 논문은 1999년 농촌진흥청 대형공동연구사업의 3년차 완결보고서입니다.
주 의 1. 이 보고서는 농촌진흥청에서
시행한 대형공동연구사업의 연구보고서입니다.
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순환식 양액재배시 양액재활용에 관한 연구
경기도농업기술원 원예연구과
연 구 책 임 자
: 이 성 재
연구수행참여자 : 이 수
연
서 명 훈
Summary |
Reusing Techniques of Nutrient Solution for Recycling Hydroponic System
This study was carried out to establish the reusing techniques of nutrient solution for environmental preservation and to determine the effect of organic compound treatment to reduce micronutrient toxicity in recycling hydroponic system.
The pH of nutrient solution was stable ranging from 5.5 to 7.0 during 4 successive cultures at nutrient solution analysis-compensation(NSAC) and NSAC+Humus. The growth of lettuce was low at NSAC+Humus in the first culture ; plants of all treatments were cultivated by same standard nutrient solution. After the second culture at NSAC and NSAC+Humus growth of lettuce was not different from control, but it was lower at nutrient solution supplement(NSS) and EC control system. Lettuce yield was lower at NSAC+Humus in the first and second culture, but it was non-significant at following cultures. In the third and fourth culture, yield sharply decreased at NSS and EC control, on the other hand, NSAC had the same yield as control had.
As a result, NSS, EC control, and NSAC+Humus systems may be suitable only for the first and second culture, whereas, NSAC may be suitable up to the fourth successive culture.
In the recycling hydroponics, pH of nutrient solution gradually decreased until the middle of growing period, and then began to go up and reached the initial level at the latter of growing period regardless of Cu·Zn content. Changes of pH was gently down for supplement of humus in nutrient solution. The growth of lettuce was good with supplement of humus, but it was poor by increasing Cu·Zn content. Although leaf chlorosis was caused by excessive content of Cu·Zn as 5, 10 ppm, it was controlled by adding humus in nutrient solution, and supplement of humus obviously improved fresh weight of lettuce.
최근 급속한 산업 발달은 환경오염을 날로 심화시키고 있으며, 도시 근교 시설재배 토양은 염류 과다집적등 연작장해 발생으로 생산성이 저하되고 있다. 특히 식품보건적인 측면에서 토양이나 수질의 중금속 오염문제가 크게 우려되고 있다. 원예작물의 고품질 연중생산이 가능한 양액재배 면적은 '93년 23 ha에서 '98년 554 ha로 급속히 증가되고 있는데, 이 중 약 12%가 담액경이나 박막수경의 순수 수경재배 방식이 차지하고 있다. 순환식 담액수경 상추재배를 기준으로 할 때 농가 300평 재배시 약 100 ton의 양액이 소요되며 이 양액은 1회 재배가 끝난 후 상당량이 폐기되고 있고 고형 배지경 양액 재배의 경우에도 대부분 비순환식 재배로 1회 급액 후 나오는 20%의 배액이 그대로 방출되고 있어 자원의 낭비뿐만 아니라 토양 및 지하수 등 환경오염 등의 여러 가지 문제를 야기하고 있다.
네덜란드에서는 토양 이외에 재배할 때에 배양액은 순환 재활용해야 함을 법제화하고 있으며 그 밖의 유럽 여러 나라에서도 양액재배시 버려지는 폐양액이나 배지 등을 재사용하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 현재 양액재배 농가의 양액폐수는 오염물질 배출 허용기준(수질환경보전법 제8조 제1항 - 총 질소 60 ppm, 총 인 8 ppm)을 초과할 우려가 있으며 배출되는 양액내에 함유되어 있는 Cu와 Zn은 식물체의 탄수화물이나 단백질 합성 및 여러 가지 효소 작용에 필수적인 원소이지만 그 양이 과다하면 철 결핍 증상과 비슷한 잎의 황화현상(chlorosis)을 일으킨다.
한편, humus내에 함유되어 있는 humic acid는 양액에 첨가하면 양이온을 흡착하여 완충능을 향상시키며 특히 H+이온을 흡착하여 양액의 pH저하를 방지한다고 알려져 있다.
따라서, 본 시험은 수경재배시 양액의 재활용으로 상추의 연속재배 가능성 검토와 양액에 humus를 첨가하여 양액이나 원수 내에 존재하는 중금속 및 미량원소가 식물체에 어떻게 작용하고 어떤 흡수 변화를 일으키는지 알아보기 위해 본 시험을 수행하였다.
우리 나라에서 양액재배는 1960년대 초에 처음으로 시도된 이래 1980년대에 본격적으로 연구되기 시작하여 1990년대 초반부터 그 재배면적이 급격히 증가되고 양액재배 방법도 다양화되고 있다.
비순환식 양액재배시스템으로 토마토를 재배했을 경우 손실되는 비료량은 배액량을 20%로 했을 때 ha당 N 147, P 71, K 282, Ca 126, Mg 60 kg정도이며 비료흡수율의 경우 토양재배시 30∼50%, 비순환식 양액재배 70∼80%, 순환식 양액재배시스템은 90%이상이다. 또한 순환식과 비순환식 양액재배 시스템의 수분소비량, 양분배출량, 비료값을 비교했을 때 오이의 경우 비순환식에 비해 순환식 시스템이 각각 21, 80, 35%가 절감되며 상추의 경우 29, 100, 50%, 국화의 경우 15, 65, 20%가 절감된다고 한다(Van Os 등, 1994).
NFT방식으로 토마토를 재배했을 때 4주마다 양액을 교체한 것에 비해 배액을 pH와 EC만 보정하고 무기이온은 보정하지 않은 것은 생체중, 건물중, 수량이 감소하고 이것은 sulfate 이온의 축적에 기인한다고 하였다(Zekki 등, 1996). 그러나 배양액을 분석한 후 무기이온농도를 보정하는 방법은 EC 제어에 비하여 배양액의 교환회수가 줄어들고, 수량이 증대되는데 딸기를 재배했을 때 EC제어에 비해 무기이온농도를 조절한 경우가 15% 수량이 증대되었다(Udagawa, 1996). 이 때 각 무기이온과 EC와의 상관계수가 NO3-N =0.800, P=0.616, K=0.682, Ca=0.781, Mg=0.742인 것과 같이 양액의 EC는 다량원소와 상관이 높고 미량원소와의 상관관계는 낮다(Udagawa, 1996). NFT 방식의 딸기 양액재배시 주 2회 각 무기성분의 농도를 조절한 경우, 매월 배양액을 교환한 것에 비해 질산칼리는 11, 질산칼슘은 66, 황산마그네슘은 59% 정도가 절감되며 수량도 증대된다고 보고되었다(Udagawa, 1996).
오이 양액재배시 배양액을 2주마다 교환한 것과 그렇지 않은 것과는 생육에는 차이가 없으나 배양액을 교환하지 않았을 경우 수량이 급격히 감소하며 이러한 감소추세는 새 양액의 보충과 활성탄 첨가에 의해 완화되고 토마토에서도 이러한 처리에서 경엽생장 및 수량이 증가한다고 보고하였다(Asao 등, 1998).
양액재배시 배양액의 NH4-N : NO3-N비가 높아질수록 양액의 pH는 빨리 저하한다고 알려져 있는데(Hoagland 등, 1938 ; Kirby 등, 1967) pH의 저하로 인한 양분 흡수저해 및 뿌리생육 부진으로 무기양분 결핍증이 발생하기도 한다. 대개 NH4-N비율이 높으면 K, Ca, Mg 등의 흡수는 억제되고 P의 흡수는 촉진된다고 한다(Brefler 등, 1973 ; Kirby 등, 1968 ; Maria 등, 1974 ; Quebedeaux 등, 1973 ; Ruth 등, 1983). 또한 NH4-N비율이 지나치게 높으면 뿌리가 짧아지고 측근의 발생이 불량해져 흡수가 억제되고 그로 인한 잎의 수분장력이 떨어져서 생육이 저해된다고 하였으며(Quebedeaux 등, 1973), NO3-N비율을 높이면 새 뿌리의 발생이 많아진다고 보고하였다(Ruth 등, 1980). 또 NH4-N이 과다할 경우 뿌리의 목질화가 쉽게 이루어져 뿌리로서의 기능을 충분히 발휘하지 못하기 때문에 엽록체 부위에 이상이 나타난다고 한다(Aberg 등, 1948).
상추는 양액의 pH와 무관하게 NH4-N을 선택적 또는 우선적으로 흡수하는 작물로 NO3-N와 NH4-N의 혼합비율에 상관없이 배양액중의 NH4-N이 존재하는 한 pH가 저하된다고 한다(Ikeda 등, 1979). 비슷한 결과로 암모니아태 질소원 배지에서 생육시킨 상추가 질산태 질소원 배지에서 생육시킨 상추에 비해 수량이 높으며 같은 암모니아태 질소원 배지에서도 pH가 자동으로 일정하게 유지되는 것이 수량이 높다고 보고되었다(Kawasaki 등, 1996). 또한 오이, 거베라, 장미 등에서도 NH4-N처리에 의해서 Chlorosis 발생이 줄어들며 pH가 낮을수록 역시 그 발생이 줄어들고 수량이 증가한다고 하였다(Voogt, 1992). 특수한 경우에 암모니아태 질소의 비율이 증가하게 되어 양액의 pH가 급속히 저하되는데, 이때 pH 자동조절장치가 없는 경우 humate와 humus같은 유기물을 첨가하면 이들이 양액내의 H+ 이온을 포함한 양이온을 흡착하여 양액의 pH저하 속도를 지연시킨다는 보고도 있다(이 등, 1998).
일반적으로 양액의 pH가 낮아지면 양이온의 흡수가 저해되고 음이온의 흡수가 촉진되는 반면, pH가 높아지면 그 반대현상이 나타나고 특히 nitrate, chloride, phosphate등의 흡수가 저해되기 때문에 pH증가시 나타나는 생육부진현상은 아마도 이러한 원인에 의한 것으로 보고 있다(Islam 등, 1980).
상추는 질소와 양액중의 EC에 영향을 많이 받는 작물로 토양재배시 토양내 질소수준이 정상수준에 비해 낮았을 때 재배시기에 관계없이 상추의 수량은 감소하고(Post 등, 1992), 순환식 양액재배시 EC 2.1 dS·m-1에서 배지에 관계없이 가장 높은 수량을 나타냈으며 EC 1.3에서는 21%, EC 5.4에서는 37% 감수되는 경향을 보였다고 한다(Van den Bos, 1992).
한편 토양내에 과잉 축적된 Cd, Zn이 다량 흡수되면 식물체에 철 결핍증상과 유사한 chlorosis를 일으키며, 식물체의 탄수화물과 단백질 합성에 관여하는 필수원소 Cu 역시 과잉되면 뿌리생장을 억제시키며 황화현상 및 생체중을 감소시킨다고 보고되고 있다(Treshow, 1970). 그러나 상추 양액재배시 Zn을 10 ppm까지 처리하여도 상품성이나 질산환원효소의 활성에는 영향이 없다고 한다(이 등, 1998).
1. 상추의 다기작 양액재배를 위한 양액관리기술 연구
가. 공시재료 및 재배개요
본 시험은 경기도농촌진흥원 유리온실 양액재배 시설에서 수행되었고 공시작물로 상추 '뚝섬적축면' 품종을 재배하였다. 시험 수행기간동안 정식부터 수확까지 총 4회 연속재배 하였는데, '96년 9월 25일부터 10월 28일까지 1차, 10월 31일부터 12월 9일까지 2차, 12월 13일부터 '97년 1월 24일까지 3차, 2월 3일부터 3월 10일까지 4차재배 하였다. 양액량은 1처리당 2.7 ton(양액탱크+재배조)으로 하였고 처리당 560주가 재배되었다.
나. 처리내용 및 양액조성
처리내용은 대조구, 양액보충, EC조절, 양액검정보정과 양액검정보정+Humus첨가구등 5처리를 두었다. 양액조성은 원예연 상추 전용액(N-P-K-Ca-Mg=9.2-3.6 -5-3-1.5 me/ℓ)으로 하였다. 양액관리 방법은 대조구의 경우 매회 재배후 남은 양액을 모두 폐기하고 다시 표준양액을 조성하여 전량 공급하였으며, 양액보충구는 매회 재배 후 남은 양액에 재배전의 양액량 만큼 다시 표준 양액을 보충하였다. 그리고 EC조절구는 재배후 남은 양액에 표준 양액을 보충하고 다량원소들로 농축한 비료로 EC를 맞춰주었고 양액검정보정구는 재배 후 남은 양액에 표준 양액을 보충하고 재배전후 양액의 주요 무기성분을 분석하여 부족한 성분을 첨가하였으며 양액검정보정+Humus첨가구는 양액검정보정 처리에 Humus(Humic acid 75% 함유) 0.32 g/ℓ를 첨가하였다.
다. 처리별 양액조제 및 보정
재배후의 양액의 감모량은 처리에 관계없이 1차재배에 비해 2, 3차 재배에서 다소 많아졌다. EC조절구에서 재배후 EC가 0.11∼0.27로 낮아져 표준비료량을 농축한 액으로 EC를 대조구 수준으로 맞춰 주었다. 양액검정보정구와 양액검정보정+Humus첨가구에서는 1차재배후에는 주로 KNO3와 NH4H2PO4로 보정하였고, 2, 3차재배후에는 KNO3와 NH4NO3로 보정하였는데 그 이유는 <표 4>의 분석결과에 따라 양액내 소모된 무기성분이 주로 질소원이었기 때문이다.
<표 1> 처리구의 재배회차별 양액조제 및 보정내용 (양액 1 ton 기준)
구 분 |
양액재배 전·후 감모량(ℓ) |
EC 보정 |
검정보정 (me/ℓ) |
||||
처 리 |
재배 회차 |
보정값 (dS·m-1) |
보정내용 |
KNO3 |
NH4NO3 |
NH4H2PO4 |
|
대조구 |
1∼4 |
매 재배시 마다 양액을 새로 조성하여 재배함 |
|||||
양액보충구 |
1 2 3 4 |
241 185 222 - |
- 감모량 만큼 표준액으로 양액보충 〃 〃 |
||||
평균 |
216 |
|
|
- |
|
|
|
EC 조절구 |
1 2 3 4 |
287 233 204 - |
표준액 +0.13 +0.27 +0.11 |
- 0.1 Sz 0.2 S 0.07 S |
- - - - |
||
평균 |
241 |
+0.17 |
0.12 S |
- |
|||
양액검정 보정구 |
1 2 3 4 |
224 156 185 - |
- - - - |
표준액 0.5 1.4 1.7 |
표준액 - 1.2 1.2 |
표준액 1.2 - - |
|
평균 |
188 |
- |
1.2 |
1.2 |
- |
||
양액검정 보정구 + Humus 첨가 |
1 2 3 4 |
222 204 204 - |
- - - - |
표준액 0.30 0.56 1.10 |
표준액 - 0.9 1.2 |
표준액 1.2 - - |
|
평균 |
210 |
- |
0.65 |
1.1 |
- |
||
z S 는 표준액 비료량의 배량값임.
라. 생육조사 및 양액·식물체시료 분석 방법
생육조사는 농촌진흥청의 농사시험연구조사기준에 따라 실시하였고 양액 및 식물체시료의 분석은 NH4-N, NO3-N와 T-N은 Kjeldahl법을, 인산은 양액의 경우Lancaster법, 식물체시료의 경우 Vanadate법, K, Ca, Mg는 원자흡광분광분석법으로 측정하였다.
2. 수기경 양액중 Humus첨가가 미량원소 흡수에 미치는 영향
가. 공시재료 및 재배개요
시험은 경기도농촌진흥원(경기도화성) 유리온실에서 85×40×35 cm 크기의 간이 양액재배기(하이그린)로 수행하였고 공시작물은 상추(품종:뚝섬적축면)를 공시하여 1처리당 27주씩 3반복으로 하였다. 재배는 '96년 11월 8일에 파종하여 12월 27일에 수확하였다.
나. 처리내용 및 양액조성
처리내용은 주구로 Humus(humic acid 75% 함유)농도를 0, 1, 2 ㎖/ℓ의 3수준, 세구로 미량원소 Cu·Zn을 0.1, 1, 5, 10 ppm의 4수준을 두었다. 양액재배방법은 담액수경 재배를 하였고 기본 양액조성은 원예연 상추 전용액(N-P-K-Ca-Mg = 9.2-3.6-5-3-1.5 me/ℓ)으로 하였다.
다. 생육조사 및 양액·식물체시료 분석 방법
생육조사는 농촌진흥청의 농사시험연구조사기준에 따라 실시 하였고 양액 및 식물체시료분석은 NH4-N, NO3-N와 T-N은 Kjeldahl법을, 인산은 양액의 경우 Lancaster법, 식물체시료의 경우 Vanadate법, K, Ca, Mg, Cu, Zn은 원자흡광분광분석법으로 측정하였다.
가. 재배기간중 양액의 pH와 EC의 변화
양액의 pH는 대조구가 전 재배기간동안 6.8∼7.2를 나타내었고, 양액보충구는 재배회수가 늘어날수록 높아지는 경향을 보였다. 반면에 양액검정보정구와 양액검정보정+Humus첨가구는 5.5∼7.0의 비교적 상추 생육에 알맞은 수준을 나타내었다<그림1>. 특히 양액검정보정+Humus첨가구는 다른 처리에 비해 전 재배기간동안 비교적 낮은 pH수준을 유지하여 이 등(1998)이 보고한 특수한 경우 암모니아태 질소의 비율이 증가하게 되면 양액의 pH가 급속히 저하되는데 humate와 humus같은 유기물을 첨가하면 이들이 양액내의 H+ 이온을 포함한 양이온을 흡착하여 양액의 pH저하 속도를 지연시킨다는 내용과 상이한 결과를 보였는데 이것은 이 등(1998)의 실험과는 달리 본 시험의 경우 NH4-N비율이 낮아 pH의 급속한 저하를 보이지 않았다.
<그림 1> 상추 연속재배시 재배시기별 양액의 pH 변화
양액의 EC는 대조구에서 재배 전 약 1.6 dS·m-1이었고 재배 후 0.3정도 떨어진 1.3 dS·m-1 수준이었다. 양액보충구에서는 재배회수가 늘어날수록 낮아지는 경향을 나타내었는데 1차 재배전 1.5 dS·m-1에서 4차 재배가 끝난 후 1.1 dS·m-1정도로 처리 중에서 가장 낮은 수준이었다. EC조절구는 1, 2차 재배에서는 대조구와 비슷한 감소경향을 보였으나 3, 4차 재배에서는 재배전후의 변화가 적었다. 양액검정보정구와 양액검정보정+Humus는 대조구와 비슷한 경향을 나타내었다<그림2>.
<그림 2> 상추 연속재배시 재배시기별 양액의 EC 변화
나. 생육특성 및 수량
1차재배에서 양액검정보정구+humus첨가구가 엽수는 다른 처리와 비슷하면서 초장, 엽면적 등이 떨어져 대체로 잎이 작은 경향을 보였고, 근장 또한 다른 처리에 비해 짧은 경향이었으나 재배회수가 늘어날수록 대조구와 큰 차이는 보이지 않았고 양액보충구와 EC조절구의 생육이 대조구에 비해 현저히 떨어지는 경향이었다<표 2>. Zekki 등(1996)이 보고한 NFT방식으로 토마토를 재배했을 때 4주마다 양액을 교체한 것에 비해 배액을 pH와 EC만 보정하고 무기이온은 보정하지 않은 것은 생체중, 건물중, 수량이 감소하였으나 배양액을 분석한 후 무기이온을 보정하는 방법은 EC 제어에 비하여 배양액의 교환회수가 줄어들고, 수량이 증대되는데 딸기를 재배했을 때 EC 제어에 비해 무기이온을 제어한 경우가 15% 수량이 증대되었다(Udagawa, 1996)는 보고와 같이 본 시험의 상추재배에서도 같은 결과를 보였다
<표 2> 재배시기별 상추 생육
구분 |
처 리 |
초장 (cm) |
엽장 (cm) |
엽폭 (cm) |
엽수 (매/주) |
엽면적 (㎠/주) |
경장 (cm) |
경경 (mm) |
근장 (cm) |
1차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
29.9 ab 30.4 a 28.9 abc 28.5 bc 27.2 c |
25.9 26.4 25.5 25.3 24.6 |
25.4 24.1 23.8 24.1 22.5 |
11.5 11.0 11.9 11.7 11.7 |
2,055 2,114 1,848 1,948 1,647 |
5.0 5.8 5.4 4.5 4.2 |
19.6 19.2 18.6 19.0 18.8 |
45.1 47.9 38.3 40.0 30.6 |
2차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
27.5 ab 25.0 c 25.6 bc 25.4 c 27.9 a |
23.5 22.1 21.5 23.0 24.7 |
24.6 21.5 22.2 22.3 23.7 |
10.7 10.7 9.8 10.0 9.4 |
2,576 1,981 2,079 2,231 2,142 |
3.2 2.8 2.7 2.7 3.1 |
14.6 13.3 14.4 13.5 14.5 |
56.1 47.6 47.8 45.0 47.4 |
3차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
28.6 a 21.9 b 21.6 b 26.9 a 28.6 a |
25.5 19.1 19.2 24.6 25.4 |
21.6 16.6 16.6 22.1 20.8 |
13.2 11.1 10.9 12.5 12.1 |
3,312 1,138 1,248 2,124 1,755 |
4.2 2.0 1.8 3.3 3.9 |
16.4 11.4 10.6 15.1 15.0 |
58.3 36.5 30.6 40.0 35.3 |
4차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
27.0 a 19.3 b 19.6 b 26.4 a 24.0 a |
24.0 17.6 17.3 24.1 20.5 |
23.4 16.0 16.0 23.0 21.7 |
12.9 10.0 9.6 12.1 9.7 |
3,032 986 1,127 2,586 1,667 |
3.6 1.6 1.6 3.7 2.3 |
17.2 10.4 9.6 16.5 12.9 |
49.6 36.7 39.7 37.7 28.8 |
z Duncan's multiple range test at 5% level
지상부 생체중은 1차 재배에서 양액검정보정+Humus첨가구가 다소 낮았고 나머지 처리간에 약 110 g/주 수준으로 유의차가 없었으며 2차재배에서는 모든 처리에서 유의차가 없었다. 3, 4차 재배로 재배회수가 늘어날수록 대조구와 양액검정보정구를 제외한 나머지 처리구에서 계속 감소하는 경향으로 4차 재배에서는 EC조절구와 양액보충구가 대조구 생체중의 40%이하까지 감소하였다<표 3>. 수량도 생체중과 같은 경향으로 1차 재배에서 양액검정보정구+Humus첨가구가 다른 처리에 비해 다소 낮았고 처리간에 유의차가 없었다. 재배회수가 늘어날수록 양액검정보정+Humus첨가구는 계속 낮아졌고 양액보충구와 EC조절구는 3차와 4차 재배에서 수량이 크게 감소되었는데 이는 재배기간중 pH의 상승과 무기성분의 불균형으로 인한 양분흡수 저해가 큰 원인인 것으로 생각된다. 반면 재배회수가 늘어날수록 양액을 검정하여 보정한 구에서는 수량의 감소가 적었다<표 3>.
<표 3> 상추 연속재배시 재배회수 및 처리별 상추 수량
구분 |
처 리 |
지상부 |
지하부 |
수량 (kg/10a) |
||
생체중 (g/주) |
건물율 (%) |
생체중 (g/주) |
건물율 (%) |
|||
1차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
115.1 az 113.1 a 119.0 a 112.5 a 96.4 b |
3.0 3.5 3.6 3.9 3.6 |
15.1 14.6 13.1 14.5 14.7 |
5.8 5.9 5.7 5.5 6.1 |
3,069 a 3,016 a 3,173 a 3,000 a 2,571 b |
2차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
95.6 a 75.0 a 77.8 a 74.7 a 79.5 a |
3.7 4.5 4.4 4.6 3.7 |
10.6 9.0 9.4 8.1 9.2 |
4.8 5.1 4.2 5.7 4.0 |
2,549 a 2,000 a 2,075 a 1,992 a 2,120 a |
3차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
88.3 a 40.9 d 41.1 d 75.9 b 69.3 c |
3.9 4.6 4.7 4.3 4.4 |
7.7 4.2 3.7 6.6 6.3 |
4.7 5.0 5.1 5.2 5.4 |
2,355 a 1,091 d 1,096 d 2,024 b 1,848 c |
4차 재배 |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
111.9 a 41.3 b 42.2 b 99.4 a 63.0 b |
3.8 4.3 4.6 3.9 4.8 |
13.4 6.1 6.2 11.6 9.2 |
4.5 4.6 4.7 4.8 5.6 |
2,984 a 1,101 b 1,125 b 2,651 a 1,680 b |
z Duncan's multiple range test at 5% level
Humus첨가구에서 수량이 계속 낮아지는 것은 Asao 등(1998)의 양액보충 재활용시 활성탄 첨가로 토마토의 경엽생장 및 수량이 증가하였다는 보고와 다른 결과를 보였는데 이는 활성탄이 뿌리 분비물의 흡착만을 주로 하는 반면 humus는 humus내에 존재하는 부식산중에 페놀물질이 있어 이것이 오히려 재배회수가 늘어날수록 뿌리의 분비물과 함께 양액의 수질을 떨어뜨려 생육저하의 원인이 된 것으로 판단된다.
다. 양액 및 식물체 무기성분 함량
양액의 무기성분중 NO3-N는 재배가 계속될수록 양액보충구 및 EC조절구에서 농도가 크게 떨어졌고 특히 EC조절구는 재배회수가 늘어날수록 시험전후의 농도 차가 줄어들어 pH의 영향이 컸던 것으로 생각되며, 양액검정보정구와 양액검정보정+Humus첨가구에서는 대조구와 차이가 없었다. NH4-N는 1차재배전 양액검정보정+Humus첨가구에서 4.8 me/ℓ로 humus로 인해 다소 높았던 것으로 보이고, 상추는 배양액의 pH와 무관하게 NH4-N을 선택적 또는 우선적으로 흡수하는 작물로 NO3-N와 NH4-N의 혼합비율이 어떻든 간에 배양액중의 NH4-N이 존재하는 한 pH가 저하된다(Ikeda 등, 1979)고 보고된 내용과 일치하여 시험후의 잔량이 없었다.
<표 4> 상추 연속재배시 재배전후 양액의 무기성분 함량
무기성분 (me/ℓ) |
처 리 |
1차재배 |
2차재배 |
3차재배 |
4차재배 |
||||
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
||
NO3-N |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
10.3 8.7 10.1 9.7 10.7 |
7.2 6.1 5.8 7.5 7.7 |
9.5 6.7 8.6 7.4 8.6 |
6.5 3.2 5.4 5.4 7.4 |
8.4 4.9 7.0 7.8 7.7 |
5.5 3.9 5.5 5.1 5.7 |
8.7 4.3 7.2 9.1 9.8 |
7.5 2.6 7.2 7.6 7.2 |
NH4-N |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
1.4 1.3 1.2 1.4 4.8 |
0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 |
0.9 0.1 0.5 1.1 0.9 |
0.2 0.0 0.2 0.1 0.3 |
1.0 tr 0.4 0.7 0.6 |
0 0 0 0 0 |
1.1 tr tr 1.5 1.0 |
0 0 0 0 0 |
H2PO4-P |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
1.3 1.3 1.3 1.6 1.3 |
1.1 1.0 1.2 1.1 1.1 |
1.4 1.1 1.3 2.2 2.1 |
1.1 0.9 1.1 2.1 2.0 |
1.3 0.8 1.2 1.9 1.9 |
1.2 0.5 0.9 2.0 2.0 |
1.3 0.7 1.0 1.9 2.1 |
1.2 0.5 0.8 1.9 2.2 |
K |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
5.8 5.4 5.9 6.0 5.8 |
3.6 3.9 3.2 3.8 4.0 |
3.4 2.4 2.9 2.7 3.0 |
1.7 1.2 1.7 1.4 1.9 |
4.9 1.8 3.5 3.3 2.8 |
2.6 1.1 2.9 1.2 1.1 |
4.2 2.6 3.9 3.5 3.2 |
2.9 1.6 3.5 1.8 2.2 |
Ca |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
3.4 3.6 3.9 3.8 4.0 |
4.3 4.2 4.3 4.3 3.7 |
2.8 2.3 3.0 2.7 2.0 |
2.4 2.3 2.5 2.4 2.2 |
2.2 2.1 2.4 2.4 2.4 |
2.8 2.1 2.7 2.8 2.5 |
3.2 3.3 3.9 4.0 3.8 |
3.8 3.2 4.1 4.6 4.4 |
Mg |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
2.4 2.2 2.3 2.3 2.2 |
2.6 2.4 2.5 2.5 2.3 |
2.3 2.4 2.6 2.5 2.3 |
2.4 2.6 2.7 2.5 2.4 |
2.3 2.5 2.7 2.5 2.4 |
2.4 2.5 2.8 2.5 2.4 |
2.1 2.5 2.9 2.5 2.4 |
2.4 2.8 3.1 2.9 2.6 |
H2PO4-P은 모든 처리구에 재배회수과 관계없이 시험전후의 농도변화가 미미하였고, K는 대조구를 비롯한 모든 처리구에서 시험 후에 그 농도가 낮아졌다. Ca와 Mg는 모든 처리구에서 재배회수에 관계없이 농도의 변화가 미미하였고 오히려 재배전에 비해 재배후에 양액내에 축적되는 경향을 보였는데<표 4>, 조 등(1997)이 보고한 NFT에서의 상추 재배시 EC control구에서 Ca가 축적되고 NO3-N, P와 K는 감소한다는 내용과 일치하였다.
<표 5> 재배후의 상추엽중 무기성분 함량
구 분 |
처 리 |
1차재배 |
2차재배 |
3차재배 |
4차재배 |
T-N (%) |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
1.83 2.10 2.68 2.13 1.30 |
1.73 1.88 2.20 2.52 2.07 |
2.85 2.69 3.13 2.25 2.30 |
2.59 2.82 2.89 2.30 2.47 |
P2O5 (%) |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
2.11 2.51 2.52 2.41 1.86 |
3.08 2.56 2.73 2.38 2.99 |
2.75 2.72 2.74 2.58 2.34 |
2.41 2.37 2.45 2.38 1.79 |
K (%) |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
5.24 5.43 5.21 5.28 5.27 |
5.44 5.25 5.05 5.19 5.16 |
5.43 5.09 5.34 5.29 5.35 |
5.19 5.15 5.20 4.94 4.85 |
Ca (%) |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
1.89 1.34 1.10 1.21 2.61 |
1.87 1.40 1.44 1.35 2.37 |
1.86 1.99 1.72 1.72 1.82 |
1.67 1.64 1.62 1.64 1.81 |
Mg (%) |
대조구 양액보충구 EC조절구 양액검정보정구 양액검정보정+Humus |
0.46 0.44 0.43 0.42 0.54 |
0.47 0.49 0.49 0.38 0.57 |
0.54 0.65 0.61 0.53 0.52 |
0.49 0.66 0.63 0.56 0.54 |
상추엽중 무기성분함량은 T-N와 P2O5의 경우 1차재배후 양액검정보정+Humus첨가구에서 다른 처리에 비해 함량이 적었고 재배회수가 늘어날수록 처리간에 차이가 없었다. K와 Mg는 재배회수나 처리간에 차이가 없었고, Ca의 경우 양액검정보정+Humus첨가구에서 1차재배후 다소 많았으나 재배회수가 늘어날수록 처리간에 차이가 없었다<표 5>.
2. 수기경 양액중 Humus첨가가 미량원소 흡수에 미치는 영향
가. 양액의 pH와 EC변화
양액의 pH는 모든 처리에서 생육중기에 낮아지다가 생육후반에 회복하였는데 미량원소의 농도가 높을수록 회복수준이 더디었고, humus의 첨가에 의해 pH의 변화가 완만해졌는데 이것은 이 등(1998)이 보고한 특수한 경우 암모니아태 질소의 비율이 증가하게 되면 양액의 pH가 급속히 저하되는데 humate와 humus(humic acid 10%)같은 유기물을 첨가하면 이들이 양액내의 H+ 이온을 포함한 양이온을 흡착하여 양액의 pH저하 속도를 지연시킨다는 보고내용과 같은 결과를 나타내었다. 양액의 EC는 Humus나 미량원소 수준에 관계없이 생육이 진전되면서 낮아지는 경향을 보였다<표 6>.
<표 6> 생육기간중 양액의 pH와 EC 변화
처 리 |
pH |
EC(dS·m-1) |
|||||||||
처리후 생육기간(일) |
처리후 생육기간(일) |
||||||||||
Humus (㎖/ℓ) |
Cu·Zn(ppm) |
2 |
7 |
14 |
21 |
28 |
2 |
7 |
14 |
21 |
28 |
0 |
0.1 1 5 10 |
6.8 6.8 6.6 6.4 |
6.6 6.5 6.4 6.1 |
5.8 5.9 5.5 5.6 |
4.4 4.7 4.9 4.8 |
6.5 6.5 5.4 5.0 |
1.55 1.57 1.58 1.56 |
1.52 1.56 1.58 1.60 |
1.52 1.53 1.59 1.64 |
1.48 1.49 1.65 1.65 |
1.37 1.42 1.73 1.68 |
1 |
0.1 1 5 10 |
6.9 6.9 6.7 6.7 |
6.8 6.7 6.6 6.5 |
6.2 6.1 6.0 5.8 |
5.7 5.0 4.5 4.9 |
6.4 6.2 4.1 4.5 |
1.55 1.58 1.59 1.58 |
1.55 1.59 1.59 1.59 |
1.54 1.58 1.59 1.61 |
1.50 1.53 1.63 1.66 |
1.44 1.50 1.70 1.72 |
2 |
0.1 1 5 10 |
7.0 7.0 6.8 6.8 |
6.9 6.9 6.8 6.7 |
6.5 6.5 6.2 6.2 |
6.0 6.0 5.2 5.1 |
6.8 6.6 5.1 5.3 |
1.60 1.59 1.60 1.63 |
1.60 1.60 1.60 1.64 |
1.58 1.58 1.60 1.65 |
1.53 1.56 1.61 1.74 |
1.44 1.54 1.67 1.85 |
나. 생육특성
지상부의 생체중은 Cu, Zn의 농도가 높아질수록 급격히 저조해지는 경향으로 특히 Cu, Zn 5 ppm이상의 처리는 거의 생육이 정지한 상태를 나타내었으며 10 ppm처리는 0.1 ppm에 비해 10배 이상 생체중이 감소되었고 황화현상(chlorosis)의 발생도 심하였는데 양 등(1990)이 보고한 Cu 5 ppm, Zn 10 ppm이상에서 상추의 생육이 현저히 억제되며 Cu와 Zn의 임계독성 수준이 10 ppm이상이었다는 내용과 같은 결과를 나타내었고, 이 등(1998)이 보고한 상추 양액재배시 Zn을 10 ppm까지 처리하여도 상품성이나 질산환원효소의 활성에는 영향이 없다는 실험결과를 볼 때 황화현상은 Cu독성의 영향이 큰 것으로 보인다<표 7>.
<표 7> 처리별 상추의 생육특성
처 리 |
초장 (cm) |
엽장 (cm) |
엽폭 (cm) |
엽수 (매/주) |
경장 (cm) |
경경 (mm) |
황화현상 발생정도 (0∼9)z |
|
Humus (㎖/ℓ) |
Cu·Zn (ppm) |
|||||||
0 |
0.1 1 5 10 |
24.8 24.1 13.8 7.6 |
21.5 20.8 11.7 7.1 |
17.0 15.7 7.8 6.3 |
8.6 9.6 6.5 5.2 |
4.0 4.6 2.9 0.7 |
10.7 11.5 5.6 3.8 |
0 0 7 9 |
평 균 |
17.6 |
15.3 |
11.7 |
7.5 |
3.1 |
7.9 |
- |
|
1 |
0.1 1 5 10 |
25.4 22.2 17.9 13.3 |
21.9 19.3 13.8 9.7 |
16.9 16.2 7.3 5.2 |
8.4 8.3 8.9 6.6 |
4.3 3.8 4.9 4.4 |
11.3 12.0 7.9 4.1 |
0 0 5 7 |
평 균 |
19.7 |
16.2 |
11.4 |
8.1 |
4.4 |
8.8 |
- |
|
2 |
0.1 1 5 10 |
26.1 25.0 19.3 17.6 |
22.5 21.1 14.0 11.9 |
17.6 16.6 8.6 6.3 |
9.4 8.9 8.8 8.4 |
4.4 5.1 5.9 6.3 |
12.3 11.4 7.7 5.9 |
0 0 3 5 |
|
평 균 |
22,0 |
17.4 |
12.3 |
8.9 |
5.4 |
9.3 |
- |
Humus ** ** Cu·Zn ** ** Humus×Cu·Zn ** ** LSD(0.05) 주구 1.61 0.36 세구 1.34 0.41 |
||||||||
z 0∼9에서 0 : 피해증상없음, 1 : 잎전체에 1∼2 mm 의 피해(직경 3 mm이하)발생
3 : 직경 5 mm 이하의 피해가 3개 이하로 3개엽 이하 발생
5 : 전체 엽면적의 1/3이상이 피해된 잎이 2매 이하 발생
7 : 전체 엽면적의 1/2이상이 피해된 잎이 3매 이하 발생
9 : 전체 엽면적의 1/2 이상이 피해된 잎이 4매 이상 발생
(계속)
처 리 |
지 상 부 |
지 하 부 |
||||
Humus (㎖/ℓ) |
Cu·Zn (ppm) |
생체중 (g/주) |
건물율 (%) |
근장 (cm) |
생체중 (g/주) |
건물율 (%) |
0 |
0.1 1 5 10 |
38.1 35.5 6.3 2.8 |
3.4 3.8 7.0 8.0 |
28.3 32.6 26.0 11.7 |
4.4 3.6 1.4 0.9 |
3.4 4.5 5.0 7.4 |
평 균 |
20.7 |
5.6 |
24.7 |
2.6 |
5.1 |
|
1 |
0.1 1 5 10 |
35.2 29.5 12.7 3.4 |
3.6 3.9 5.4 7.3 |
28.7 28.7 22.5 14.4 |
4.2 4.2 1.6 0.9 |
5.0 4.2 6.5 5.5 |
평 균 |
20.2 |
5.1 |
23.6 |
2.7 |
5.2 |
|
2 |
0.1 1 5 10 |
39.4 34.9 15.9 7.3 |
3.7 3.7 4.8 6.2 |
22.8 27.7 24.3 19.1 |
4.4 4.8 1.9 1.4 |
4.1 5.0 5.4 5.0 |
평 균 |
24.4 |
4.6 |
23.5 |
3.1 |
4.9 |
|
Humus * Cu·Zn ** Humus × Cu·Zn NS LSD(0.05) 주구 3.30 세구 3.81 |
||||||
한편 Humus첨가에 의해 Cu·Zn 고농도로 인한 초장 등 생육억제가 경감되었고 Humus의 농도가 진할수록 그 효과가 더 컸다. 또한 황화현상도 크게 억제되었다. 지상부 생체중에서도 Humus첨가에 의해 생체중 감소가 크게 억제되었고 1 ㎖/ℓ처리보다는 2 ㎖/ℓ처리가 더 효과적이었고 지하부 생육도 지상부 생육과 같은 경향을 보였다<표 7>.
또한 Humus첨가와 Cu·Zn농도간에는 Humus첨가보다는 미량원소의 영향이 컸다.
다. 양액 및 식물체중 무기성분 함량
양액중 K농도는 Humus농도와 관계없이 Cu·Zn이 5 ppm이상처리에서 흡수저해로 시험 전에 비해 시험 후에 축적되는 경향이었고 Ca는 처리에 관계없이 시험 후에 낮아졌으며 반대로 Mg은 처리에 관계없이 시험 후에 높아지는 경향이었다. Cu와 Zn은 Humus첨가에 의해 시험전후 양액에 잔존해 있는 양이 적어지는 경향이었다<표 8>.
<표 8> 양액중 무기성분 함량변화
처 리 |
K (ppm) |
Ca (ppm) |
Mg (ppm) |
Cu (ppm) |
Zn (ppm) |
||||||
Humus (㎖/ℓ) |
Cu·Zn (ppm) |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
시험전 |
시험후 |
0 |
0.1 1 5 10 |
167.0 169.7 171.6 168.4 |
149.6 158.5 221.3 218.1 |
57.6 60.0 61.4 58.5 |
51.5 55.4 54.0 52.3 |
23.7 24.6 25.0 24.9 |
28.0 28.8 27.5 26.7 |
0.05 0.56 1.82 2.66 |
0.05 0.65 2.54 4.40 |
0.45 0.82 1.45 2.80 |
0.64 1.29 4.16 4.45 |
평 균 |
169.2 |
186.9 |
59.4 |
53.3 |
24.6 |
27.8 |
1.27 |
1.91 |
1.38 |
2.64 |
|
1 |
0.1 1 5 10 |
165.8 164.5 167.2 156.3 |
166.8 181.1 216.3 217.5 |
56.3 55.7 56.8 53.8 |
47.4 50.8 49.4 49.6 |
23.9 24.6 24.9 22.4 |
27.0 29.1 27.2 25.7 |
0.02 0.34 1.38 2.11 |
0.07 0.34 1.82 2.39 |
0.46 0.79 1.71 2.48 |
0.55 1.01 3.84 3.50 |
평 균 |
163.5 |
195.4 |
55.7 |
49.3 |
24.0 |
27.3 |
0.96 |
1.16 |
1.36 |
2.23 |
|
2 |
0.1 1 5 10 |
162.2 171.7 158.1 155.5 |
152.8 178.4 210.6 227.7 |
51.1 58.2 51.3 53.5 |
42.9 49.4 45.2 48.7 |
23.2 25.3 22.6 23.1 |
28.1 28.8 27.0 27.6 |
0.01 0.32 1.20 1.93 |
0.02 0.30 1.41 2.61 |
0.39 0.92 1.66 2.01 |
0.66 1.02 2.57 4.08 |
평 균 |
161.9 |
192.4 |
53.5 |
46.6 |
23.6 |
27.9 |
0.87 |
1.09 |
1.25 |
2.08 |
|
식물체중 무기성분 함량은 Humus첨가구에서 T-N, K 및 Zn의 함량을 증가시킨 반면, Cu의 흡수를 크게 억제시켰는데 이 결과는 앞서 나온 황화현상이나 생육억제 경감과 관계가 있는 것으로 보인다. 또한 미량원소 Cu, Zn의 농도가 높을수록 P2O5, K 및 Ca의 흡수가 억제되었다<표 9>.
<표 9> 상추엽 중 무기성분 함량
처 리 |
T-N (%) |
P2O5 (%) |
K (%) |
Ca (%) |
Mg (%) |
Cu (ppm) |
Zn (ppm) |
|
Humus (㎖/ℓ) |
Cu·Zn (ppm) |
|||||||
0 |
0.1 1 5 10 |
1.34 1.43 1.49 1.48 |
2.94 2.64 1.65 1.75 |
5.75 5.58 4.11 4.16 |
1.84 1.57 1.01 1.41 |
0.65 0.55 0.53 0.67 |
17.9 16.7 41.2 78.3 |
73 137 445 479 |
평균 |
1.44 |
2.25 |
4.90 |
1.46 |
0.60 |
38.5 |
284 |
|
1 |
0.1 1 5 10 |
2.40 1.74 1.92 1.75 |
2.38 2.54 1.93 1.61 |
5.31 5.53 4.76 4.26 |
1.76 1.88 1.72 1.16 |
0.62 0.61 0.65 0.56 |
11.3 21.9 35.0 56.9 |
82 162 699 796 |
평균 |
1.95 |
2.12 |
4.97 |
1.63 |
0.61 |
31.3 |
435 |
|
2 |
0.1 1 5 10 |
1.66 2.30 2.49 2.33 |
2.31 2.34 2.07 1.72 |
5.54 5.42 5.04 4.53 |
1.66 1.57 1.90 1.12 |
0.57 0.56 0.63 0.53 |
10.2 16.7 30.1 33.5 |
57 65 582 804 |
평균 |
2.20 |
2.11 |
5.13 |
1.56 |
0.57 |
22.6 |
377 |
|
Humus ** NS ** NS NS ** ** Cu·Zn NS ** ** ** NS ** ** Humus × Cu·Zn NS ** ** ** * ** ** LSD(0.05) 주구 - 0.21 0.14 0.18 - 3.65 46.71 세구 - 0.24 0.16 0.20 - 4.21 53.94 |
||||||||
환경보전 및 자원절감을 위한 순환식 양액재배 양액재활용 방법과 Cu·Zn등의 미량원소의 과잉흡수를 경감시키기 위한 유기물 처리효과를 구명코자 시험을 수행한 결과는 다음과 같다.
상추의 순환식 담액수경 연속 재배시 양액의 pH는 양액검정보정구와 양액검정보정+Humus첨가구가 4차재배까지 7.0이하로 안정된 경향을 나타내었고, 생육에서 모든 처리가 표준액으로 재배되었던 1차재배에서는 humus첨가구만 저조하였고, 2차재배 이후에는 양액검정보정구 및 양액검정보정+humus첨가구가 대조구와 유사한 생육을 나타내었으며 양액보충구 및 EC조절구는 생육이 저조했다. 수량은 1, 2차재배에서 처리간에 유의차가 없었으나 양액검정보정+Humus첨가구가 낮았고 3, 4차재배에서는 양액보충구와 EC조절구가 수량이 크게 떨어졌으나 양액을 검정하여 보정한 구에서는 수량의 감소가 없었고 양액검정보정+Humus첨가구는 다소 낮아졌다. 결과적으로 양액보충과 EC조절재배는 2회까지 연속 재배가 가능하고 양액검정보정재배는 1회 재배 후 양액을 분석하여 그 분석결과로 보정하면 4회까지 연속재배가 가능하며 Humus를 첨가할 경우는 1, 2차 수량이 양호하나 3차 재배부터 수량이 급격히 떨어지므로 2회 이상 연속 재배가 어려웠다.
순환식 담액수경 상추재배에서 양액의 pH 변화는 미량원소 수준에 관계없이 생육중기에 낮아지다가 생육후반에 회복하였는데 양액 내 Humus첨가에 의해 양액의 pH 변화가 완만해졌다. 생육은 Humus첨가에 의해 양호한 경향을 나타냈고 미량원소수준이 높아질수록 저조하여 Cu·Zn농도 5 ppm이상에서 황화현상 등의 피해가 발생하였으며 Humus첨가에 의해 중금속에 의한 생체중 감소가 현저히 억제되었으며 과잉피해증상이 완화되는 경향을 나타내었다. 무기성분 흡수에서는 Zn에서는 흡수억제 효과가 없었으나 Cu원소의 흡수는 억제되어 중금속의 피해 우려시 효과가 어느 정도 인정되었다.
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