방통대 공무원 시험용 시설원예학 핵심 요점 요약 노트 11. 수경재배

제3부 무토양재배론

제11장 수경재배

 

*주요용어 ·킬레이트철 : 수경재배 양액에 철 원소는 Fe²⁺, Fe³⁺의 이온형태로 흡수되며 황산 제1철(FeSO₄, 7H₂O) 등으로 공급되기도 하지만, 양액의 pH가 4.5 이상 높아지면 침전되어 불용화 되기 때문에 철 금속원소와 EDTA 화합물이 복합된 킬레이트철 형태의 비료(Fe-EDTA 또는 Fe-DPTA)로 공급한다. 이 두 종류는 pH 7.0이나 8.0에서도 침전 되지 않아 흡수가 가능하다. ·당량 : 원자량이나 분자량을 원자가로 나눈 값이며, me/L는 1L당 밀리그램당량이다. 즉 칼슘의 1me/L는 원자량 40mg(밀리그램)을 원자가, 2로 나누면 20mg이 되고 이것이 칼슘의 1me/L이 된다. ·pH : 용액의 수소이온 농도를 pH라 하는 데 그 식은 pH = -log[H⁺]로 수소이온[H⁺]농도의 역수의 상용대수 값 을 사용한다. 따라서 수소이온 농도가 10⁻¹(mole/L)인 경우 pH는 1.0이다. ·EC : 용액의 농도는 보통 전기전도도(EC)로서 단위면적 1cm² 전극이 1cm 떨어져 있을 때 평행 전극 사이에 채 워져 있는 용액의 전기저항(ohm, Ω)의 역수(ohm⁻¹ 또는 mho)를 사용한다. 토양용액이 낮으므로 밀리모 (mmho/cm)로 나타낸다. 현재는 1mho를 1S(Siemens) 단위로 사용한다. 전기전도계의 측정범위는 보통 µS/cm, mS/cm, dS/m이다. ·고형배지경 : 배지란 토양 대신에 뿌리에 양분, 수분, 산소를 공급하며 뿌리를 고정시키는 기능을 갖는 무기 또는 유기의 고형물을 말한다. 이러한 고형물에 양액을 공급하면서 작물을 재배하는 방식이다. 이때 이용되는 불활성 고형 물은 뿌리를 고착시키고 양수분을 일시적으로 보관하고 공급하는 역할을 한다. 주요 고형물로는 모래, 자갈, 암면, 펄 라이트, 질석, 왕겨, 훈탄, 피트모스, 코이어 등이 있는데 이들을 단독 또는 혼합하여 사용한다. 고형배지경은 과채류 와 장미 등에서 폭넓게 사용되고 있다. ·순수수경 : 말 그대로 순수한 무토양재배로 뿌리를 직접 양액에 담그거나 뿌려주면서 재배하는 방식이다. ·순환식 : 양액을 탱크에서 베드로, 베드에서 탱크로 계속 순환시키면서 재배하는 방식이다. 한번 사용했던 양액을 버 리지 않고 재사용하는 것이기 때문에 친환경적이며 자원절약형 방식이라 볼 수 있다. ·베드(bed, 재배조) : 작물을 심어 재배하는 장소로서 수경재배에서 가장 중요한 설비이다. 베드는 작물을 지지하고 배지나 배양액을 수용하며 산소를 공급하는 역할을 한다. COD(Chemical Oxygen Demand) : 화학적 산소 요구량, 하천 사업 폐수 오염도를 나타내는 지표의 하나로 ppm 단위로 표기. BOD(Biological Oxygen Demand) : 생화학적 산소 요구량, 생물분해가 가능한 유기물질의 강도를 뜻한다. 유기물질은 수중의 호기성 세균에 의해 산화되며, 이에 소요되는 용존산소의 양을 mg/L 또는 ppm으로 나타낸 것.

1.의의와 특징
·수경재배(water culture, hydroponics)
-토양 없이 생육에 필요한 무기양분을 적정 농도로 골고루 용해시킨 양액과 배지로 작물을 재배하는 첨단 시설재배.
-복잡한 토양환경을 단순화하여 정확한 조절이 가능해졌다.
·용어의 정리
-무토양재배, 양액재배, 용액재배, 탱크농업, 베드농업, 수경재배.
·수경재배의 역사
-1860년대 독일 작스(Sachs) : 수경법 고안, 양액성분을 조절해가면서 무기원소의 생리적 기능을 조사, 작스액 발표.
-1920년대 미국 케리크(Gericke) 등 사경, 역경재배.
-1950년대 유럽 수경재배의 상업적 이용.
-1970년대 유럽 첨단농업으로 정착.
-현재 세계 전역 공장형 식물생산 수단으로 발전.
·수경재배의 현황
-딸기, 파프리카, 일반토마토, 방울토마토, 오이, 고추, 가지, 멜론, 호박 등 특히 딸기 농가수 증가.
·수경재배의 특징-장점
-다양한 채소의 청정재배가 가능하다.
-같은 작물의 연작이 가능하다.
-고품질의 무농약 청정 농산물을 생산할 수 있다.
-자원을 절약하고 환경을 보전할 수 있다.
-근권환경을 단순화하여 관리하기가 쉽다.
-재배관리의 생력화와 자동화가 가능하다.
-생육이 빠르고 균일하며 수량이 증대된다.
-토양재배가 어려운 곳에서도 사막, 극지방, 도심빌딩에서도 재배할 수 있다.
·수경재배의 특징-단점
-초기 투자 자본이 많이 소요된다.
-양액관리 등 전문지식이 요구된다.
-양액의 완충능력이 매우 약하다.
·수경재배의 성립요건
-양질의 물을 다량 확보할 수 있어야 한다.
-양액의 조제와 관리기술이 필요하다.
-양액의 급배액 관리기술을 습득해야 한다.
-수경재배 전용 육묘시설이 있어야 한다.
-폐양액이나 소독액을 처분할 수 있어야 한다.
-경영적인 측면에서 수익성이 보장되어야 한다.

 

2.양액과 배지
·양액과 배지
-양액(Nutrient solution) : 작물이 요구하는 필수 무기양분을 골고루 적정농도로 갖춘 용액.
-배지(root media) : 양액을 담으면서 뿌리를 고착시킬 수 있는 불황성 물질(기질, 매질).

·용수(원수)의 준비
-용수의 조건 : 무병, 무 중금속, 적정 무기성분, 충분한 수량.
-용수의 종류 : 하천수(수질변동 가능성 있음), 지하수(가장 많이 이용), 수돗물(잔류 염소, 불소 주의), 빗물.
-수질의 검사 : pH, EC, 무기이온류, 중탄산, 중금속, COD7), BOD8).
-수질의 기준 : pH 5~8, EC 0.5dS/m 이하, 중탄산 50ppm 이하.
-지하수 철분
-중탄산철 : 점적핀 막음(지하수에 함유된 철[Fe(HCO₃)₂]은 지상에서 산화되어 수산화철[Fe(OH)₃]이 된 후 침전.
-중탄산 : pH 상승 우려, HCO₃⁻+H₂O→OH⁻+CO₂+H₂O
·양액의 조제-필수원소별 흡수형태

-질소는 질산이온(NO₃⁻)과 암모늄이온(NH₄⁺)의 2가지 형태로 흡수되며 일반적으로 암모늄이온이 전체의 20%를 넘지
않도록 한다.
-철은 Fe²⁺, Fe³⁺의 이온형태로 흡수되며 황산 제1철(FeSO₄, 7H₂O) 등으로 공급되기도 하지만, 양액의 pH가 4.5 이
상 높아지면 침전되어 불용화 되기 때문에 철 금속원소와 EDTA 화합물이 복합된 킬레이트철 형태의 비료(Fe-EDTA 또
는 Fe-DPTA)로 공급한다. 이 두 종류는 pH 7.0이나 8.0에서도 침전되지 않아 흡수가 가능하다.
·양액의 조제-당량

·양액의 조제-필수원소의 공급원(비료염 종류)
-질산칼륨, 질산칼슘(4수염), 질산칼슘(10수염), 제1인산암모늄, 제1인산칼륨, 황산마그네슘, 질산암모늄(초안), 황산암모
늄(유안), 황산칼륨, 킬레이트철, 붕산, 황산망간, 황산아연, 황산구리, 몰리브덴산나트륨, 몰리브덴산암모늄

·양액조제의 순서
①농축양액 준비
②양액탱크 용수 90%
③농축양액 혼입
④나머지 10% 물 정용
⑤양액 pH 조절
·농축양액의 준비

-질산칼슘과 킬레이트철은 반드시 A탱크에, 인산과 황산이 들어간 것은 반드시 B탱크로.
·농축양액의 준비-A탱크와 B탱크로 구분 이유…성분 간의 결합을 막기 위하여.
-칼슘이온과 황산기가 결합 : 하얀 침전물 생성-CaSO₄
-칼슘이온과 인산기가 결합 : 눈으로 보이지 않는 침전물 생성-Ca(H₂PO₄), Ca₃(PO₄)₂
-철이온과 인산기 또는 황산기 결합 : 침전물 생성-FePO₄, FeSO₄
·양액의 관리-pH

-산도 : 적정 범위(pH 5.5~6.5)에서 대부분의 무기양분의 흡수가
원활히 이루어지기 때문.
-양액은 재배기간이 경과하면서 작물에서 흡수가 빠른 NO₃-N이 상
대적으로 많이 흡수되면 식물 뿌리로부터 OH⁻이온을 방출하여 pH
가 높아진다.
-반면에 K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺과 같이 양이온을 많이 흡수하게 되
면 양액 내 수소이온이 많이 방출되기 때문에 양액의 pH는 낮아진다.
·양액의 관리-양액의 온도
-적온 : 토마토·딸기(18~24℃), 고추·멜론·오이(20~24℃), 최저 15℃ 이상은 유지되어야 한다.
-양액의 온도가 높으면 산소포화량이 적어지기 때문에 용존산소가 부족하게 되기 쉽다.
-겨울 : 투입히터, 히트펌프, 전열기, 온수보일러, 태양열 집열기에서 데워진 물을 이용하여 액온을 높여준다.
-여름 : 지하수 이용하여 액온을 낮추고 베드 밑에 냉난방파이프(플라스틱으로 피복한 것)를 설치.
·양액의 관리-산소, 양액의 농도
-산소 : 양분의 정상적인 흡수를 위하여 뿌리는 호흡을 활발히 해야 한다. 용존산소유지를 위하여 양액 유동과 환류, 뿌
리노출 또는 급액파이프에 에어서커(air sucker)와 같은 장치를 부착한다.
-양액의 농도 : 전기전도도(EC)를 측정하여 양액을 효과적으로 관리하고 있다. 전기전도도가 높다는 것은 양액의 농도가
높다는 것을 의미하며, 전기전도도에 따라 양액 원액의 공급량, 공급시기 등을 조절한다.
·양액의 관리-양액의 성분
-성분 제어법
-EC에 의한 성분 제어 : 배양액 내 성분 총량개념으로 조절하는 방법.
-양분흡수패턴을 이용한 성분 제어 : 작물의 생육단계 및 환경조건에 대하여 주어진 패턴으로 양분의 내용을 변화시키
는 방법.
-이온전극을 이용한 성분 제어 : 현재는 일부 이온만 제어(예 : K⁺, NO₃⁻).

·양액의 관리-양액의 살균
-살균 : 자외선등, 가열살균장치, 모래 여과, 요오드, 오존, 과산화수소 처리.
·급액관리기술
-주요 관리내용 : 공급시간, 1회 공급량, 공급 간격.
-순수수경 : 전기전도도, 부족량 또는 감액량, 타이머.
-고형배지경 : 타이머, 적산일사량, 배지 내 함수량(중량제어법, 전극제어법, 수분센서법), 컴퓨터 제어.
·급액체계가 작물균형에 미치는 영향

관수요인	영양생장 유도(근권부 수분 증가)	생식생장 유도(근권부 수분 감소)
1회 급액량	소량	다량
급액횟수	많게	적게
급액 시작시간	일찍	늦게
급액 종료시간	늦게	일찍
배지 수분함량	높게	낮게
야간 수분 감소	적게	많게
근권부 EC	낮게	높게

·하루 중 암면배지 내 수분함량의 변화

-급액 종료 후에는 증발산에 의한 수분이 감소되기 때문에 급액 종료시간을 일몰 전에 두느냐 아니면 일몰 전후로 두느
냐가 생장조절의 관건이 된다.
·배지의 구비조건
-화학적으로 불활성이어야 한다.
-오염되지 않고 청결해야 한다.
-투수성과 보수성이 높아야 한다.
-적절한 공극량을 가져야 한다.
-완충능력이 높아야 한다.
-가격이 싸고 구입이 쉬워야 한다.
-폐기에 어려움이 없어야 한다.
·배지의 종류…코코피트는 코코넛 코이어를 가공한 분말로 수경재배에 널리 이용됨.

분류	소분류	배지의 종류
천연배지	무기물 유기물	자갈, 모래, 송이. 코코넛 코이어, 훈탄, 왕겨, 톱밥, 수피, 목탄.
인공배지	무기물 유기물	펄라이트, 암면, 질석, 제오라이트. 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리페놀섬유.

·배지의 소독
-소독 목적 : 병원균, 해충, 선충, 잡초 제거.
-약재소독 : 포름알데히드, 콜로로피크린, 메틸브로마이드, 베이팜.
-가열소독 : 75℃ 30분, 증기주입-증기소독기, 난방용 보일러 연결.

·배지의 재활용과 폐기
-폐암면 : 산업폐기물, 처리비용 부담.
-암면과 펄라이트 재사용, 토양개량제, 상토원료, 타일, 블록, 세라믹 소재.

 

3.종류와 시설
·수경재배의 분류

순수수경	액상배지경	담액수경, 박막수경, 모세관수경	순환식	쌈채소, 씨감자 생산, 분화재배
	기상배지경	분무경, 분무수경
고형배지경	무기배지경	암면경, 펄라이트경, 사경, 역경	비순환식	토마토, 딸기, 파프리카, 장미 등
	유기배지경	훈탄경, 코코넛 코이어경, 피트

·비순환식과 순환식 수경재배
-비순환식 : 방류식, 관주식-수분 손실, 환경오염, 자원낭비, 병 발생.
-순환식 : 배액처리 시설과 비용, 기술 요구되지만 친환경적, 자원절약형.
·주요시설과 장치
-베드, 탱크, 급배액장치, 양액혼입기, 양액관리 및 제어장치.
①베드(bed, 재배조)
-작물 지지, 배지와 배양액 수용, 산소 공급.
-콘크리트, 나무, 플라스틱, 스티로폼-규격과 형태가 다양.
-암상태 유지, 일정 경사, 단열재, 보온, 높이(고설식).
②탱크
-원수탱크 : 저수탱크(water tank), 지하수, 빗물, 수돗물 저장, 우레탄, FRP제재.
-양액탱크 : 농축액탱크, 산도조절용탱크, 양액혼합탱크, 시멘트탱크, 플라스틱용기.
③급배액장치
-펌프, 급배액파이프(호스), 여과장치, 타이머, 전자밸브.
-부식성이 없는 플라스틱 제품을 선호한다.
-여과장치를 설치하고 급액 구멍이 막히는 것을 주의한다.
④양액혼입기
-비료희석기, 액비혼입기.
-정량식 : 진공흡입방식, 벤츄리형.
-비율식 : 수경재배 이용, 주입기형.
⑤양액관리 및 제어장치
-온도, 농도, 성분, pH, 용존산소, 공급량, 살균.

 

4.주요 수경재배의 비교
·순수수경
-고전적 개념의 수경, 엽채류, 쌈채소, 미나리, 씨감자 생산.
-전체 수경재배의 20%, 담액수경, 박막수경, 분무경, 수기경 등.
①담액수경(DFT, Deep Flow Technique)
-뿌리 전체를 양액에 담궈 재배, 별도의 산소공급장치가 필요.
-산소공급수단에 따라 연속통기식, 환류방식, 액면저하방식, 등량교환방식.
-연속통기식 : 양액 속에 기포발생기, 컴프레서를 이용하여 산소를 공급하면서 재배하는 방식.
-액면저하방식 : 작물의 생육이 진전됨에 따라 양액 수위를 상하로 조절, 공기 중에 노출된 뿌리가 공기를 충분히 흡수,
노력과 생산비 절감, 생육초기, 말기에 양액관리 불충분하면 생육이 크게 억제.
-등량교환식 : 2개의 베드 사이에 펌프를 설치하여 교호로 양액을 채웠다 뺐다함으로써 산소 공급을 촉진하는 방식, 별
도의 탱크가 필요 없다.

②박막수경(NFT, Nutrient Film Technique)
-경사진 베드에서 양액을 간헐적으로 흘려보내면서 순환식으로 작물을 재배하는 수경재배방식.
-뿌리의 일부는 공중에 노출되고 나머지는 흐르는 양액에 닿게 하는 것, 베드의 적당한 구배가 필요하다.
-공중산소와 수중산소를 다 같이 이용할 수 있음.
-세계에서 가장 널리 이용되는 순수수경.
-국내에서 엽채류, 쌈채소 재배에 주로 이용.
-저렴한 시설비, 고온기 양액온도 조절 문제.
③분무경(공기경, aeroponics)
-뿌리를 베드 내 공중에 매달아 양액을 뿌리에 분무하여 젖게 하는 것.
-국화, 감자 등에서 이용.
④수기경(분무수경, aerohydroponics)
-양액을 뿌리에 분무하면서 베드저면에 양액을 일정량 유지하여 뿌리의 일부를 담가 재배.
-씨감자 생산, 과채류, 절화(국화, 거베라, 카네이션).
·고형배지경
①암면재배(Rockwool culture)
-저렴한 시설비, 관리시스템화, 간편한 이식과 정식, 무병무충.
-2~6년 사용, 폐암면 처리문제.
②펄라이트경
-유효수분함량이 낮아 입상암면, 피트모스와 혼용. 베드방식과 자루방식이 있음.
③코이어경
-코코넛코이어(coconut coir) 배지.
④훈탄경
-태운왕겨(carbonized rice hull), 무병무충, 통기성과 보수성 양호, 잔근처리 용이, 재사용 가능.
-알칼리성이기 때문에 충분히 세척 후 사용, 2년 정도 사용 가능.
⑤사경과 역경
-사경재배(sand culture) : 0.75~1.5mm 모래.
-역경재배(gravel culture) : 4~13mm 자갈.
⑥자루재배(bag culture, sac culture)
-펄라이트, 피트모스, 코코넛코이어, 설치와 폐기가 용이하여 점차 증가.
⑦순환식 고형배지경
-핵심기술 : 배액을 회수하여 여과, 살균 후 EC, pH 재조정 후 재사용.