시설오이재배(4)-수경재배 기술

1. 수경재배의 의의

  토양을 이용하지 않고 무토양 상태에서 작물을 여러 가지 방법으로 지지 고정시키고 작물생육에 필요한 필수원소를 그 흡수비율에 따라 적당한 농도로 용해시킨 수용액으로 재배하는 방법으로서 하이드로포닉스(Hydroponics), 양액재배(Nutriculture), 무토양재배(Soilless culture), 수경재배(Water culture) 등으로 불리워진다.

2. 수경재배의 장단점

  가. 장 단 점

장                점	단             점
◦ 연작 장해 방지가 가능함. ◦ 동일한 장소에서 장기간에 걸친 연속재배를 할 수 있음. ◦ 토지 조건에 관계없이 지하부 환경을 적정 환경으로 조절할 수 있음. ◦ 재배 환경이 청결하여 유지가 가능 ◦ 신선 청정 고품질 채소의 연중대량 안정생산 가능. ◦ 모든 생산을 자동화내지 공장화 할 수 있음. ◦ 시설규모의 확대가 가능. ◦ 환경오염이 적은 생산기술.	◦ 초기 시설 투자비가 과다하게 소요됨. ◦ 양액조성과 농도보정, 병해, 오염방지 대책 등 기술 필요. ◦ 완충능이 낮아 환경 변화에 민감하게 반응. ◦ 화학적인 기초 지식이 필요함.

  나. 토경과 수경재배의 비교

항    목	토    양    재    배	양    액    재    배
재배측면 연작장해 잡초방제 병 충 해   재식밀도 배지소독   시    비   정    식	발생이 많다 잡초가 많아 제초작업이 필요 많은 토양전염성병원균, 선충 해충 때문에 윤작함 영양분과 광량 때문에 제한됨 노동력과 시간이 요구됨 완전소독이 현실적으로 불가능 시비량이 많고, 균등시비가 어렵다 이용효율이 나쁘다 이식․정식에 시간이 걸린다 정식시 정식해를 입는다 정식작업이 힘들다	발생이 없다 잡초제거 불필요 배지내에 병해충이 없고 윤작이 불필요 외부병원균의 침입시에는 만연되기 쉬움 제한요인이 광량뿐이여서 밀식이 가능 단기간 소요, 간단함   시비량이 적고 균등시비가 가능하다. 이용효율이 좋다 이식과 정식이 간편하다. 이식해 및 정식해가 적다 특별한 정지작업이 불필요하다
재배환경 위    생 자 동 화 재 배 지	비위생적인 경우가 많다 어느 정도 가능함 한정됨	위생적이다 거의 가능 덜 한정됨
편 리 성 식물영양   토양수분     과실품질 식물생육 수 확 량 저 공 해	불편 변동이 심함 국부적인 양분부족이 일어날 수  있다 양분의 조절이 어렵다 수분스트레스를 받기 쉽다 물 이용효율성이 적다 부적절한 환경으로 나빠지기 쉽다 늦다 보통 어렵다	편리 적정량을 균일하게 조절, 공급할 수  있다   pH나 양분조절 하기가 쉽다 수분스트레스가 거의 없다 물 이용 효율성이 크다 품질, 수송성, 저장성을 좋게 할 수  있다 빠르다 많게 할 수 있다 가능하다
시 설 비 지식수준 경영비비중	저렴 약간이 필요함 인건비의 비율이 큼	고가 화학적 지식이 많이 필요함 설비비의 비율이 큼

3. 수경재배의 분류

						NFT(박막수경) DFT(담액수경) 분무경 모관수경
			비고형배지경
						암 면 경 펄라이경 훈 탄 경 사    경 역    경 우레탄경 송 이 경 왕 겨 경 톱 밥 경 피트모스경
양 액 재 배
			고형배지경
			양액토경 (관수시비재배)			용기재배   격리베드

4. 수경재배시 검토요건

  가. 유통배경：최근 3~5년간의 도매시장 가격동향과 판매량, 판매 가능한 시장 크기, 동일 작물에 대한 생산자 목록 및 생산량 등

 나. 환    경：지역별 청명일수, 일장, 최대 최소 광량, 총 일사누적량, 최고 최저 온도 및 주간/야간 온도변화, 최대 최저 습도, 풍속과 풍향, 강우량, 적설량 등

  다. 용    수：용수량(1ha 온실에 50톤/1일), 수질, 수온 등

                나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 산화철 등 염류가 많이 들어 있거나 오염이 심한 물은 양액재배 용수로 사용하지 않도록 한다.(EC 0.3이하, pH 6.5~7.0)

  라. 시 설 비：재배시스템의 종류와 설치방법 및 도입할 기기 등에 따라 평당 5~10만원 내외가 소요되므로 미리 준비

  마. 시설규모：관리노동력, 수확물의 판매량과 단위 시설내의 환경 및 관리효율을 고려하여 결정한다. 과채류는 1인당 300평 정도, 엽채류는 100평정도 관리 가능

  바. 기술 지원 체계 및 비용

   ※ 수경재배 수익성을 보다 향상시키기 위한 방안

						장치비,시공비 절감			장치의 간이화, 시공․운용관리의 생력화
			생 산 비 절    감						배지량의 절감, 多回作利用
									시설규모에 적당한 장치 기기의 선택
						배양액관리 적정화			적량급액(비료, 센서개발)
									적정농도, pH유지(센서, 제어장치 개발)
수 익 성 향 상
									성분밸런스의 적정화(용수, 배지세척)
			작 황 의 안전향상			온도관리의 적정화			여름：베드내 승온방지(멀칭재, 냉각등)
									겨울：배지온도 저하대책(배지가온)
						작물별 재배법의 선택			안정작물, 작형의 선택
									품종 선택
			생산물의 유 리 한 판    매
									적용작물의 종류 및 품종확대
						(생산수단, 식미등의 PR, 특정판로, 소비자의 개척)

5. 오이 수경재배 시설

  가. 고형배지경 재배 방식

    1) 배지 종류

  고형배지경에 사용되는 배지는 가격이 저렴하고 취급이 용이하며 작물생육이 우수한 물리화학적 특성을 갖는 것으로 천연유기물, 천연광물 및 인공섬유로 사용되는 배지에 따라 구분되고 있다. 천연유기물 배지에는 피트모스, 훈탄, 톱밥, 바크, 야자섬유, 목탄 등이 있으며, 천연광물질 배지에는 암면, 입상면, 펄라이트, 질석, 모래, 자갈 등이 이용되고 있다. 인공배지로는 폴리에스테르매트, 폴리우레탄, 폴리페놀섬유 등의 활용가능성이 적극적으로 검토되고 있다.

  현재 암면재배 외에도 고형배지경에 실용적으로 이용되는 배지는 피트모스, 펄라이트, 질석, 수피, 야자섬유, 왕겨, 톱밥 등이다. 국내에서는 펄라이트를 이용한 배지경 면적이 급속히 증가되고 있는데 PE필름의 자루에 넣어 이용하기도 하나, 대부분 스티로폴 베드[20~40(W)×15(H)]㎝에 배지를 충진하여 사용하고 있으며 이러한 배지경에 이용되는 배지의 구비조건은 다음과 같다.

  ① 배지의 재질이 균일하고 화학적으로 안정되어 있을 것.

  ② 저렴하고 구입이 용이할 것.

  ③ 물의 확산이 양호하여 수분관리가 편할 것.

  ④ 사용후 처리가 간단하고 환경오염을 유발하지 않을 것.

  따라서 사용할 배지의 물리성과 화학성을 파악하여 배지에 적합한 배양액 관리와 급액관리를 하는 것이 작물의 생산성과 품질을 높이는 데 있어 매우 중요하다.

  고형배지재배에 주로 재배되는 작물은 오이, 토마토, 고추, 피망과 같은 과채류와 장미, 거베라와 같은 절화류 등이며 이러한 배지경이 관심의 대상이 되고 있는 것은 기존의 암면재배에서 배출되는 암면의 양이 많고 폐기과정상의 문제점으로 환경론자들의 많은 지탄의 대상이 되고 있기 때문이다.

    2) 고형배지의 물리 화학적 특성

  현재 고형배지로서 이용되고 있는 것은 입상면, 폴리우레탄(PUR), 질석, 펄라이트, 바크, 팽연왕겨, 코코넛 정도이며 기타 다른 인공배지에 대한 연구가 계속되고 있다.

  이들 배지중 공극량이 높은 재료는 암면, 펄라이트, 코코넛, 피트모스, 훈탄, 질석, 목탄 등으로써 80% 이상을 나타내고 있으며 유효수분함량이 높은 재료는 암면, 피트모스, 코코넛으로써 50%를 상회하고 있다. 가비중이 토양의 1/4정도 되는 배지로는 코코넛, 팽연왕겨, 피트모스, 입상면, 훈탄, 펄라이트, 질석, 목탄, 왕겨, 톱밥 등이 있다.

  그러나, 어느 재료나 물리화학적 성질이 완전한 것은 찾기 힘들고 단지 암면과 펄라이트가 가장 가능성이 높았다.

  한편 유럽에서 암면대체용 인공재배지로서 폴리우레탄(PUR)의 사용이 증가되고 있는 추세이다.

  폴리우레탄의 특징은 수면이 재배표면 10㎝ 아래에 있을 때도 겨우 5% 정도의 수분만을 모세관 작용으로 흡수하며, 식물의 뿌리가 생육하여 엉켜있는 상태에서 수분이 8% 정도를 차지한다. 여기에 비해 그로단 암면(Grodan)은 각각 62%, 73%로 많은 수분을 흡수해 상대적인 공기량이 적다. 즉 폴리우레탄은 표면장력의 영향을 작게 받는다. 그럼에도 불구하고 건조상태 100g당 보유능력은 1,068g으로 그로단 암면의 1,270g과 크게 차이가 나지 않는다.

    3) 고형 배지경 수경재배 시스템 기본 구성

  재배시스템의 기본구성은 배지용 베드, 배양액 혼합장치, 급액장치 및 배지가온, 냉각장치로 구성된다. 배양액 혼합장치는 배양액 희석탱크를 이용하는 방법과 이용하지 않는 방법이 있다. 전자는 탱크내의 물량과 배양액농도를 항상 일정하게 조절하는 방법으로 줄어든 만큼의 물을 보급하여 pH메타와 전기전도도계로 액비공급량을 자동적으로 조절한다. 후자는 탱크가 없는 유량비례방식의 액비혼합장치로서 공간활용을 극대화할 수 있도록 한 간이형 형태의 시설이다.

  최근에는 이 두 방법의 장점을 혼합하여 간이하게 시스템을 구성한 것들이 국내에서 많이 개발되고 있다. 즉, 탱크용량을 극소화(60~100ℓ)하여 pH메타와 전기전도계를 이용하여 일정한 pH와 EC농도를 갖은 상태에서 재배베드로 공급되도록 설계된 최신장치가 활용되고 있다.

  급액조절법에는 ① 타이머제어 ② 일사량에 의한 PC제어 ③ 수분센서(수위센서에 의한 제어) ④ 증발산량에 의한 제어, 혼합형으로는 타이머와 수분센서에 의한 제어, 일사량과 증발산량에 의한 제어 등으로 최적의 근권환경을 유지하기 위한 급액제어법이 등장하고 있다.

  주년재배를 전제로 하면, 배지경에서는 베드 내 작물의 근권환경중 배지온도를 조절하기 위해서 배지가온 및 냉각장치가 필요하다. 저온기에는 배지온도가 실온까지 낮아지기 때문에 배지내 가온파이프를 이용하여 가온하고 고온기에는 배지내 온도가 고온이 되지 않도록 냉각수를 흘러 보내 작물의 최적근권온도(18~24℃)를 유지하도록 하는 것이 양액재배시 대단히 중요하다.

  나. 펄라이트경, 왕겨경 간이시설

< 베드의 단면도 >

    1) 배지의 조성과 사용량

      ◦ 배  지：펄라이트(직경 1~3㎜), 훈탄, 왕겨, 왕겨+마사

      ◦ 배지량：주당 10ℓ기준

    2) 배지경 베드설치 방법

      ① 길이 20m×넓이 30~40㎝×깊이 15~20㎝(지하 10㎝, 지상 10㎝) 정도의 도랑을 파되, 배수부위를 약간 낮게 수평을 맞춘다.

      ② 배수구를 설치한다.(한곳에 모이면 노지재배 작물에 활용가능)

      ③ ø22㎜ 파이프로 골조를 세운다.

      ④ 평라이트나 FRP, 폴리시트 등을 깐다.

      ⑤ 100㎜ PE관을 1/2로 쪼개어 10㎝ 간격으로 V자 홈을 판 다음 엎어 놓는다.

      ⑥ 방충망(촘촘한 나일론천)을 깐다.

      ⑦ 혼합배지를 1/2정도 채운다.

      ⑧ 전열선이나 냉․온수파이프를 10~15㎝ 간격으로 2~3열 배치한다.

      ⑨ 혼합배지를 가득 채우고 16㎜ 타이푼 점적호스를 2열 설치한다.

      ⑩ 급액시설(액비혼입기, 액비탱크 설치)을 완료 후 점적호스와 연결하여 누수여부를 확인하고 나서 급액토록 한다.

6. 오이 수경재배 방법

  가. 품종선택

  우리나라에서는 아직 양액재배에 적합한 품종이 육성되어 있지 않으므로 우선은 토양재배용 품종을 이용하고 있다.

  나. 재배작형

  촉성, 반촉성, 억제작형이 대부분이다. 오이 양액재배는 토양재배에 비해 생육이 빠르고 초기 수량도 많은 경향이나 노화가 빨라 장기재배가 현재 기술로는 어렵다. 따라서 양액재배로 오이를 다수확 하려면 연 2~3기작 재배 작형을 고려해야 한다.

  다. 육묘 및 정식

  훈탄이나 펄라이트를 채운 폿트에 종자를 파종하고 발아후 본잎이 나올 때 까지는 지하수를 공급해 주며, 본잎이 나온후 부터는 오이 배양액 1/2 농도를 공급한다. 양액공급은 물뿌리개로 뿌려주거나, 폿트의 아래부분이 1~2㎝ 정도 잠길 정도로 저면급액하는 방법이 좋다. 그리고 본잎 3~4매 때 정식하는데 정식, 유인 및 정지법은 일반 토양재배와 동일하게 관리해 준다.

  라. 양액 관리

   1) 양액조성

    가) 용수조건

  양액재배에서 수질상태는 대단히 중요하다. 용수로서 사용되는 물은 주로 지하수, 수돗물, 하천수, 빗물 등이지만 병원균을 함유하지 않는 것을 원칙으로 하여 배양액을 조성하고 농도를 조절하는 것이 필요하다.

  양액재배에서 수질 불량으로 작황을 불완전하게 하는 요인으로는 다음과 같은 몇 가지 요인이 있다.

     ① 전기전도도(EC)가 높은 물

  전기전도도를 높이는 원소로는 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 나트륨(Na) 등이 있는데, 나트륨(Na) 농도가 높은 원수의 경우, 배양액 중에 집적되기 쉬우므로 이용하기가 곤란하지만 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등은 원수 농도를 고려하여 배양액 관리를 하면 문제가 없다.

  각국의 수질기준을 보면 전기전도도(EC)에 대해서 일본은 0.3 mS/㎝ 이하인데 반하여 네덜란드에서는 0.5mS/㎝이하로 차이를 보이고 있다. 이것은 일본이 나트륨(Na)과 염소(Cl)을 대량으로 함유하지 않음을 전제로 하고 있기 때문으로 보인다. Na와 Cl에 대한 한계농도는 현재 명확하게 결정되어 있지 않으나 일반적으로 용수 중에 나트륨과 염소의 함량이 30~40ppm 정도가 되면 문제가 발생할 가능성이 있다고 하며 75ppm 이상에서는 급액방법과 배액방법을 적절히 조절하여야 하고 100ppm 이상이 되면 용수로서 장기간 이용이 곤란하다.

     ② 철분(Fe) 함량이 높은 물

  미량원소는 기준 이하인 경우 배양액 조성의 일부로 계산하면 되지만 철(Fe)의 경우는 다르다. 일반적으로 원수 중에 함유된 Fe는 Fe(HCO₃)₂로 용해되어 있고 공기와 접촉하면 산화되어 Fe(OH)₃로 되어 침전되므로 작물이 직접 이용할 수 없다. 또한 Fe(OH)₃는 점적관수시 노즐을 막히게 하는 원인이 되므로 제거해야 한다. 철분을 제거하는 방법에는 원수에 공기를 불어넣는 폭기식과 필터를 이용하여 걸러내는 방법이 있다. 실용적으로 모래여과기를 많이 활용하고 있다.

     ③ 중탄산(HCO₃^-) 농도가 높은 물

  고농도의 중탄산(HCO₃^-)은 pH 상승의 원인이 되므로 산으로 중화시켜야 한다.

  즉, ▷ HCO₃^- 　 H₂O → OH^- 　 CO₂ 　 H₂O(pH상승)

중화에는 보통 4% 초산 (HNO₃)이나 40% 인산(H₃PO₄)를 이용한다.

     ▷ HCO₃^- 　 HNO₃ →  NO₃^-  　 H₂O 　 CO₂

     ▷ HCO₃^- 　 H₃PO₄ →  H₂PO₄^- 　 H₂O  　 CO₂

  해안지역과 온천수가 가까운 지역은 중탄산 농도가 높은 경우가 있으며, pH가 높은 물(8.0이상)은 중탄산 함량을 측정하여 대책을 세우는 것이 좋다.

  원수 속의 중탄산 함량은 30~50ppm 수준으로 유지하는 것이 용수가 어느 정도 완충능을 갖게 되어 배양액 조성에서 산도의 변화가 적게 나타나므로 이 수준으로 조절하도록 하는 것이 좋다.

     ④ 중금속이 함유된 물

  수은(Hg), 납(pb), 구리(Cu) 등의 중금속이 함유된 원수로 식물을 재배할 경우에는 식물이 외관상으로는 정상이지만 식물체내의 농도가 식품으로서 기준치를 초과하는 경우가 있으므로 주의를 요한다.

     ⑤ 수 돗 물

  수돗물을 사용하는 경우 살균에 사용된 염소가 혼입되어 있으므로 뿌리에 장해를 일으킬 수 있으며, 따라서 수돗물을 하루 정도 방치하여 염소를 탈기시킨 후 사용하도록 한다.

  양액재배시 반드시 수질검사를 하는 것이 좋은데, 양액재배를 시작한 때는 물론, 시작한 후에도 수질과 더불어 수시로 배양액과 배액을 정기적으로 검정하는 것이 좋다. 진단 항목으로는 산도(pH), 전기전도도(EC), 무기이온류, 중탄산함량, 철, 망간 등이다. 또한 수질검사를 할 때는 무기이온 함량뿐만 아니라 생물학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)도 고려해야 한다. 즉 수중 부유물이 많으면 미생물이 많아지고 BOD도 높아짐에 따라 환원성 메탄(CH₄)이나 암모니아(NH₃), 황화수소(H₂S), 철(Fe), 망간(Mn)이 많아지고 이들이 산화되면서 산소를 빼앗아감에 따라 COD가 높아지게 된다. BOD와 COD가 높은 지하수, 하천수는 용수로써는 불량하다. 특히 우물물을 사용하는 경우에 BOD가 높은 경우에는 뿌리를 가해할 수 있는 병원균의 존재 가능성이 높아 그 피해의 우려가 있다.

  용수 중 무기성분의 농도는 순수한 물이 이상적이지만 가능한 한 그 농도가 낮은 것이 좋은데 국내 지하수를 중심으로 양액재배용 수질 기준은 표 5-2과 같다.

표 5-2. 국내 양액재배 방법별 적정용수기준(서울시립대，95)

(단위：ppm)

Elcment	순수 수경재배		고형 배지경 재배
	A	B	A	B	C
pH EC(mS/㎝) Ca Mg Na Cl SO4 HCO3 Fe Mn Zn B	5.5-7.5 <0.3 <20 <10 <20 <15 <20 <50 <0.5 <0.2 <0.2  <0.05	5.0-8.0  <0.5 <60 <20 <30 <30 <40  <100  <1.0  <0.6  <0.5  <0.1	6.0-7.5  <0.2 <20     <5 <10 <15 <20 <50   <0.03  <0.2   <0.15   <0.05	5.0-8.0 <0.5 <40 <15 <30 <30 <40  <100 <0.5 <0.6 <0.5 <0.1	5.0-8.0  <0.5 <80 <30 <60 <50 <60  <200 <1.0 <1.0 <1.0 <0.7

A：시판되는 양액재배용 비료를 이용하는 경우  B：단비로 배양액 원액을 조성하는 경우  C：단비로 원액을 조성하여 작물재배는 가능하지만 양이온과 미량 원소가 배지경 베드내에 집적되므로 재배 중에 수시로 씻어낼 것.

    나) 배양액 조성

  국내에서 주로 사용되고 있는 오이 재배용 양액 조성은 일본의 야마자키 추천 배양액과 일본원예시험장 배양액, 네덜란드 PTG양액 및 한국원예연 오이 전용액 등이 있다.

표 5-3. 고형 배지경을 기준으로한 오이 양액 조성표

(단위：g/물 1톤)

비    료     종    류		일    본 야마자키	일  본 원시액	벨기에 EVRDC	네델란드 PTG	한    국 원예연액
A 액	질산석회 Ca(NO3)2․4H2O  질산가리 KNO3  킬레이트철 Fe-EDTA(12.5%)	826 206 20	944 268 20	1,118 120 6.8	850 100 18	590 237 20
B 액	질산가리 KNO3  황산고토 MgSO4․7H2O  질산고토 Mg(NO3)2․6H2O  제1인산가리 KH2PO4  제1인산암모늄 NH4H2PO4  질산암모늄 NH4NO3  <미량원소>  붕산 H3BO3  황산망간 MnSO4․4H2O  황산아연 ZnSO4․7H2O  황산구리 CuSO4․5H2O  몰리브덴소다 Na2MoO4․2H2O	400 492     -     - 114     -   2.86 2.13 0.22 0.08 0.025	540 492   -   - 152   -   2.86 2.13 0.22 0.08 0.025	597 336 55 222    -    -   1.55 1.70 1.45 0.19 0.12	558 308 50 204     - 70   1.54 1.70 1.45 0.20 0.12	470 246     -     - 76      -   3.00 2.00 0.22 0.05 0.02
	EC(mS/cm)	2.0	2.2	2.5	2.0	2.0

  배양액의 종류는 재배 시스템이 순환식인가 아니면 관주식인가에 따라 달라져야 하며 순환식의 경우는 관주식보다 농도를 낮게 하여야 한다. 또한, 이들 양액처방은 양액 전체 농도보다는 양액에 함유되어 있는 N, K, Ca, Mg 농도의 차이에 주의해야 하며 어떠한 종류든 양액 처방액을 선택한 후에는 양액의 농도를 증감시켜야 할 경우 전체 무기원소를 같은 비율로 높이지 않고 다량원소중 인산을 제외한 N, K, Ca, Mg 농도만을 동등한 비율로 증감시켜야 한다.

  대부분의 농가에서는 육묘기와 정식 직후에는 양액농도가 낮은 일본 야마자키 양액을 사용하고 과실이 착과 되면서 부터는 일본원예시험장 양액이나 네덜란드의 PTG 양액을 표준 농도로 급액하는 경우가 많으며 일부 다른 농가에서는 수확기 이전에 저농도의 야마자키 양액 위주로 관리하고 수확이 시작되면서 야마자키 양액중 미량원소는 같게 유지하지만 다량원소는 EC 2.0 또는 2.3mS/㎝까지 비례적으로 높여 관리하거나 또는 일본원예시험장 양액(EC 2.2mS/㎝)으로 변경하여 관리하는 경우도 있다.

  미량요소의 경우에는 어느 것을 사용하여도 무방하지만 단, 비순환식의 경우에는 다소 농도가 높은 미량요소 처방액을 사용하는 것이 바람직하다. 양액 조제시 목표농도는 용수의 EC를 합한 농도로 조제하여야 한다.

  양액의 종류가 오이재배 전기간 동안 미치는 영향은 양액농도와 급액량이 영향하는 것보다 생산성과 품질면에서 그 정도가 적은 편이지만 생리장해를 미연에 예방한다는 차원에서 보면 양액 종류의 선택은 매우 중요한 의미를 지니게 되며 안정적인 성분비를 이루고 있는 균형 양액을 선택하는 것이 바람직하다.

    라) 배양액 조성용 비료 종류

  배양액 조성은 양액재배용 전용비료와 화학약품(단비) 등을 이용하여 조성하는데, 배양액을 각 농도에 알맞게 조성하는 것이 가장 바람직하다. 보통 배양액 조성시 2개의 원액탱크에 동량의 비료를 용해시켜 두고 사용하고 있는데, 그 이유는 이온끼리 고농도를 혼합되는 경우 상호 결합하여 침전함에 따라 침전된 이온의 흡수가 불가능해져 결핍증상을 나타내기 때문이다.

표 5-4. 주요한 비료염의 분자식, 당량중 및 성분함량

비  료  염	분  자  식	분자량	당 량 중 (㎎/me)	성  분  함  량
				me	%
질산칼륨	KNO3	101	101	N 1, K 1	N 14, K 39
질산칼슘	Ca(NO3)2․4H2O	236	118	N 1, Ca 1	N 12, Ca 17
제1인산암모늄	NH4H2PO4	115	38	N 0.3, P 1	N 12, P 36
제1인산칼륨	KH2PO4	136	45	K 0.3, P 1	K 28, P 22
황산마그네슘	MgSO4․7H2O	246	123	Mg 1, S 1	Mg 10, S 13
질산마그네슘	Mg(NO3)2․6H2O	256	118	Mg 1, N 1	Mg 96, N 11
초  안	NH4NO3	80	40	N 1	N 35
유  안	(NH4)2SO4	132	66	N 1, S 1	N 21, S 24
염  안	NH4Cl	53	53	N 1, Cl 1	K 26, Cl 66
황산가리	K2SO4	174	87	K 1, S 1	K 45, S 28
염화가리	KCl	74	74	K 1, Cl 1	K 35, Cl 47
염화칼슘	CaCl2․2H2O	147	73	Ca 1, Cl 1	Ca 27, Cl 48
질산칼슘	5[Ca(NO3)2․ 2H2O]NH4NO3	1080	16	Ca 1, N 5.5	N 15.5, Ca 20
황산망간	MnSO4․H2O	169.0	84.5		Mn 32.5
황산구리	CuSO4․5H2O	249.7	124.9		Cu 25.4
황산아연	ZnSO4․7H2O	287.5	143.8		Zn 22.7
붕  산	H3BO3	61.8	206		B 17.5
붕  사	Na2B4O7․10H2O	381.2			B 11.3
몰리브덴산암모늄	(NH4)2Mo7O24․ 4H2O	1236			Mo 54.3
킬레이트철	EDTA	432	―		Fe 13
	DTPA	932	―		Fe 6
	EDDHA	1118	―		Fe 5
	EDDHA	932	―		Fe 6

  2개의 원액탱크로 나누는 원칙으로는 칼슘(Ca)이 들어있는 비료와 황산기(SO₄^2-)가 들어있는 비료는 서로 분리시킨다. 그 이유는 칼슘과 황산기가 결합해 석고가 되어 칼슘흡수가 이루어지지 않기 때문이다. 또한, 칼슘(Ca)과 인산기(H₂PO₄^-, HPO₄^2-, PO₄^3-)는 분리되어지는 것이 좋은데, 칼슘이온과 인산기는 결합되어 육안으로 식별할 수 없는 침전상태로 존재하기 때문이다. 이들의 결합은 pH 변화에 따라 크게 좌우되는데 pH 7.0 이하에서는 침전이 이루어지지 않지만, pH 7.0 이상일 경우에는 침전물이 형성되기 때문이다. 그리고 철성분과 황산기는 따로 분리시키는 것이 좋다. 이 또한 철성분과 황산기가 결합하여 침전물이 형성되기 때문이다.

   2) 양액농도

  오이 배지경에서는 근권내 배양액 농도 변화를 보면 급액농도가 2.0mS/㎝일 때 정식후부터 점차 낮아지기 시작하여 오이 수확 15일까지 계속 낮아지다가 다시 점차 높아져 수확 25일째에는 급액농도 보다도 높아져 모두 2.0mS/㎝ 이상의 농도를 나타내고 수확시작 30일째부터는 근권내 농도가 2.5mS/㎝ 이상으로 증가되어 시간이 흐름에 따라 3.0mS/㎝ 이상으로 높아졌다. 오이 근권부위의 최적 EC농도는 품종간에도 차이가 있으나 일반적으로 2.5~3.0 mS/㎝ 수준으로 보고되고 있다. 또한 EC농도의 증가는 오이품질을 향상시키지만 수확량의 감소를 초래하므로 적정수준에서 관리하는 것이 바람직하다.

  따라서 오이 배지경에서 근권내 배양액의 최적농도 관리는 식물체가 1.2m 이상 커지면 양분흡수가 급속히 증가하여 이후 3~4주 동안 최대 양분흡수 시간대로 되기 때문에 근권내 농도를 2.0mS/㎝로 유지하려 해도 최소한 2.4mS/㎝ 정도의 배양액을 급액해야 된다. 반면에 이 기간이 지나고 나면 근권내 농도가 다시 높아지므로 급액농도를 점차 낮추어 수확초기 2.2mS/㎝, 수확중기 2.0mS/㎝로 하고 생육후기에는 1.8mS/㎝로 낮추어 충분한 수량과 품질을 유지하도록 해야 한다(표 5-5).

표 5-5. 오이 배지경에서 생육단계별 최적 배양액농도 및 pH관리기준

(서울시립대, ’95)

생 육 단 계	급 액 농 도 (mS/㎝)	근권내농도 (mS/㎝)	급 액 pH	근권내 pH
육묘전기 육묘후기 정식-수확기 수확초기 중    기 후    기	1.6 2.0 2.4 2.2 2.0 1.8	1.5 ~ 2.5 1.5 ~ 2.5 1.5 ~ 2.5 2.0 ~ 3.0 2.0 ~ 3.0 2.0 ~ 3.0	5.5 ~ 6.5 5.5 ~ 6.5 5.5 ~ 6.5 5.5 ~ 6.5 5.5 ~ 6.5 5.5 ~ 6.5	5.5 ~ 6.5 6.0 ~ 6.5 6.0 ~ 7.0 5.5 ~ 6.5 5.0 ~ 6.0 5.0 ~ 6.0

  한편, 오이 배지경에서 생육단계뿐만 아니라 계절의 기상조건에 따른 최적 급액농도도 중요하지만 배지경에서는 무엇보다도 근권내 배양액농도와 pH가 작물재배의 성패를 좌우하는 요건이 되므로 근권환경을 최적 수준으로 유지할 수 있도록 급액농도, pH 및 급액량을 조절하도록 해야 한다(표 5-6).

표 5-6. 오이 배지경 재배에서 수확기에 계절별 최적급액농도 및 급액량

(서울시립대. ’95)

시    기	급액농도(mS/㎝)	근권내농도(mS/㎝)	급액량(ℓ/주/day)
4월~6월 7월~8월 9월~10월 11월~3월	2.0~2.2 1.8~2.0 2.0~2.4 2.4~3.0	2.0~3.0 1.5~2.5 2.0~3.0 2.5~3.5	1.8~2.4 2.0~2.5 1.8~2.2 1.3~1.8

그림 5-4. 오이 배지경에서 배지종류별 근권내 EC 변화(서울시립대 ’95)

   3) 양액산도[pH]

  배양액의 pH 조절은 배지종류별 화학적 특성과 근권내 배양액의 pH 수준을 적정수준(pH 5.5~6.0)으로 할 수 있도록 하여야 한다. 암면, 입상면, 훈탄, 목탄과 같이 알카리성 배지로서 공급된 배양액의 산도에 의해서 배지내 pH를 변화가 적은 경우에는 급액시 적정 pH 범위를 pH 5.2~5.7로 하고 최적범위는 pH 5.5로 하도록 하는 것이 배지(slab) 내 pH 5.5~6.0 수준으로 유지할 수 있어 과채류의 생산성과 품질향상에 기여할 것이다.

  피트모스와 수피는 강산성으로 역시 급액되는 산도에 의해 변화가 적으므로 배지 자체를 석회 등으로 pH 6.0 수준으로 교정하거나 pH 6.0 수준의 배양액으로 포수시킨 다음 급액하는 배양액의 산도 범위를 pH 5.8~6.5로 하고 최적 수준을 pH 6.0으로 하는 것이 타당하다.

  펄라이트 배지는 공급되는 배양액의 산도에 의해 영향을 받고 자체배지가 적정수준에 가까운 배지산도를 갖고 있는 관계로 배지경으로 이용시 배양액의 적정산도 범위는 pH 5.5~6.0이고 최적산도는 pH5.8로 조정하여 급액하는 것이 바람직하며 이상을 요약하면 아래 표 5-7과 같다.

표 5-7. 과채류 배지경에서 배지종류에 따른 배양액의 적정 pH 관리 기준(이용범, ’94)

배    지    종    류	배     양     액
	적정 pH범위	최 적 pH
알카리성 배지    암    면(입상면 포함)    훈    탄    목    탄	5.2 ~ 5.7	5.5
중성 및 약산성 배지    팽연왕겨    코 코 넛    펄라이트    버미큘라이트(질석)    하이드로볼    폴리페놀수지(오아시스)    폴리우레탄(PUR)	5.5 ~ 6.0	5.8
강산성 배지    피트모스    바    크	5.8 ~ 6.5	6.0

  일반적으로 식물근권에 적합한 산도는 pH 5.5~6.0 수준에 있다고 한다. pH 4.0 이하에서는 식물뿌리가 손상 받기 쉽고, pH 7.0 이상에서는 대부분의 무기원소의 흡수가 저해되며 특히 칼슘과 붕소의 흡수가 저해되어 과실의 강도가 물러지고 축엽, 순멎이 현상 등이 발생하기 쉬워진다. pH는 용수의 수질에 중탄산 이온의 함량이 없는 경우에 변동이 쉬우므로 이 때에는 용수 또는 양액에 소량의 탄산칼슘이나 중탄산 칼륨을 첨가함으로써 pH를 안정화 시킬 수 있다. 그러나, NO₃-N 흡수량이 증가하면서 pH가 상승할 경우에는 일정량의 N을 NH₄-N으로 바꾸어 주어야 하며 NO₃-N의 절대량을 늘려 주어도 효과적일 수 있다. 이와는 반대로 생식생장기에는 K 흡수량이 많아지면서 근권 pH가 낮아지기 쉬우므로 이 때에는 K의 절대량을 20~40%정도 늘려주는 것이 바람직하다.

그림 5-5. 토양(좌)과 양액재배(우)에서의 근권 pH에 따른 무기원소의 흡수 패턴

  배지종류별 근권내 pH 변화는 생육초기에 급액산도를 pH 5.8로 하고 과일 수확부터 pH 5.4로 급액한 상태에서 근권내 pH 변화를 보면 그림 5-6과 같다.

그림 5-6. 오이 배지경에서 배지종류별 근권내 pH 변화 (서울시립대, ’95)

  생육초기인 과일 수확이전까지는 배지내 배양액의 pH가 급격히 상승하였으나 과실비대가 이루어지고 수확이 되는 시기에는 근권내 pH가 낮아지는 것을 보여주었다. 특히 4종류의 배지 모두 수확시작 10~20일부터 모든 배지에서 근권내 pH가 낮아지기 시작하였으며, 그 변화가 빠른 것은 펄라이트 배지였다. 수확 40일째부터 배지 근권내 pH가 5.5 이하로 낮아지기 시작하는 경향이었으며 역시 펄라이트에서 빨리 저하된 결과를 보여주었다. 이와 같이 배지내 pH의 변화는 오이의 무기양분 흡수특성에 기인한 것으로 생육초기에는 NO₃-N이 다른 이온에 비해 흡수속도가 빨라 근권내 OH^-과 HCO₃^-을 방출하기 때문에 pH가 상승하였지만, 생육중기(수확성기, 생식생장)에는 K⁺중심으로 흡수가 급격히 증가하여 근권내 H⁺를 방출하여 근권내가 강산성으로 바뀌었다.

  이러한 근권내 pH 변화흐름은 과채류와 절화류와 같이 생식생장이 왕성한 식물에서 생육단계별로 나타나는 현상이다. 이에 따른 근권내 pH 조정은 생육초기에서 수확초기까지는 필연적으로 근권내 pH 상승이 일어나 급액 pH 조절만으로 제어하기는 어려우므로 이때는 배양액 조성시 NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄H₂PO₄와 같은 생리적 산성비료를 사용하여 전체질소의 10% 내외에서 NH₄-N을  사용하여 근권내 pH 상승을 억제하는 것이 중요하다. 그러나 수확초기부터는 이들 비료염의 사용을 중단하거나 5% 이내로 사용하면 근권내가 강산성으로 바뀌는 것을 막을 수 있다. 또한 생육중기부터는 식물체와 과일에서 N과 K 흡수가 상대적으로 증가되므로 이들 이온의 공급량을 10% 이내에서 늘려 주는 것도 근권의 산도조절의 한 방법이 될 것이다. 근권내가 pH 7.0 이상인 경우는 (NH₄)SO₄을 사용하고, pH 6.0~7.0에서는 NH₄NO₃을 사용하나 pH 5.0 이하에서는 이들 암모니아태질소의 사용을 줄이는 것이 근권내 적정 pH수준 유지에 바람직하다.

   4) 양액 공급량 및 공급횟수

  배양액을 순환시키는 경우와 순환시키지 않는 경우의 2가지 방법으로 구분되는데 순환하지 않을 경우에는 배양액을 균일하게 공급할 수 있어야 되고 외부로 흘러 나가는 양이 적어야 되므로 서서히 균일하게 양액을 공급할 수 있도록 하여야 한다. 유럽에서는 대부분 이 방식을 채택하고 있으며 외부 일사량에 따라 배양액 공급을 마이크로 컴퓨터에 의해 조절함으로써 이러한 문제가 해결되어 가고 있다. 특히 이러한 비순환식에서는 양액재배에서 치명적인 영향을 줄 수 있는 병해로부터 해방될 수 있다는 점에서 바람직한 양액재배라 할 수 있으나 배액되는 배양액에 의한 수질오염의 가능성이 있다.

  순환식 재배에서는 양액이 다소 불균일하거나 빨리 공급이 되어도 집수탱크에 모여서 다시 순환되므로 비순환에서와 같이 공급방법에 어려움은 없어도 병이 발생하면 만연될 염려가 있으므로 이에 대해서도 역시 주의해야 한다.

  순환식 고형배지 재배에서는 사용한 배양액을 일정한 간격으로 소독을 한 후 EC농도와 pH를 조절하여 새로운 배양액과 혼합한 다음 사용한다. 배양액 소독법에는 현재 95℃이상으로 단기간 가열하여 소독하는 법이 일반적이며, 최근에는 모래와 필터를 겸용한 방법이 이용되기 시작하였다. 또한 UV램프를 이용한 소독은 간단하고 좋으나 배양액중 Fe의 불용화로 인한 결핍증이 나타나는 단점이 있다.

  고형배지 재배에서 급액을 조절하는 방법에는 타이머제어, 수분센서제어 및 일사량에 의한 PC제어 등으로 구분되고 있다. 타이머 급액제어는 가장 간단한 자동급액 방법이지만 작물, 품종, 생육단계 및 계절에 따른 급액이 곤란하고 비순환식 배지경에서 급액량의 과부족 현상이 자주 나타나는 것이 특징이다. 수분센서 급액제어는 배지에 수분센서를 설치하거나 수위조절센서를 이용하여 증산량에 따라 급액하는 방식으로서 모든 배지에 적합한 수분센서개발이 되지 않고 있어 수위조절센서로 활용하고 있는 실정이다. 일사량 급액제어는 작물의 흡수량과 일사량과의 밀접한 관계를 이용하여 하루 일사량의 시간적 변화에 따라 일정한 적산일사량에 도달하면 급액될 수 있도록 하고 1회 급액량은 작물생육 상황에 따라 증산량을 추정하여 급액 시간으로 조절하는 방법이다. 이 방식에서는 일사센서, 온도센서 및 컴퓨터가 필요하다.

  배지의 수분보유력에 따라서도 급액 방법을 달리해야 한다. 오이 반촉성재배에서 적산일사량을 10cal/㎠, 20cal/㎠, 30cal/㎠일 때마다 급액한 경우, 배지종류에 따른 작물의 흡수량 및 배액율을 보면 아래 표 5-8과 같다.

표 5-8. 적산일사량에 따른 오이재배에서 급액시 배지종류별 흡수량 및 배액율

(서울시립대, ’95)

배      지	적   산   일   사   량 (급액)
	10cal/㎠			20cal/㎠			30cal/㎠
	급액량 (㎖/주)	흡수량 (㎖/주)	배액률 (%)	급액량 (㎖/주)	흡수량 (㎖/주)	배액률 (%)	급액량 (㎖/주)	흡수량 (㎖/주)	배액률 (%)
암  면(Grodan) 암  면(한국UR) 입 상 면 +펄라이트(2：8) 펄라이트	900 900 900   900	790 824 796   644	12.2  8.4 11.5   28.4	1750 1750 1750   1750	1316 1349 1393   1080	24.8 22.9 20.4   38.3	1816 1816 1816   1816	1208 1222 1364   966	33.5 32.7 24.9   46.8

※ 적산일사량에 따른 급액조건    - 10cal/㎠： 50㎖/1회, 4분 급액 (18회)    - 20cal/㎠：100㎖/1회, 8분 급액 ( 〃 )    - 30cal/㎠：100㎖/1회, 8분 급액 ( 〃 )

  펄라이트와 같이 유효수분함량이 낮고 투수성이 높은 배지는 급액에 필요한 적산일사량이 증가함에 따라 배액율이 급속히 증가하는 것을 보여주고 있다.

  여러 연구결과에서 고형배지 재배의 배액율은 봄, 가을에서 15~20% 내외가 적합하고 여름과 같은 경우에서는 30% 이상이 적당하다고 추천하고 있다.

  펄라이트와 같이 투수성이 높은 배지에서는 급액횟수가 높은 10cal/㎠ 정도의 적산일사량에서 급액하는 것이 28.4%의 배액율을 나타내 암면이나 입상면 혼합배지보다 낮은 적산일사 조건에서 급액하는 것이 좋은 것으로 나타났다.

  오이 반촉성 재배시 펄라이트+입상면(8：2) 혼합배지경에서 급액적산일사량이 20cal/㎠일 때 100㎖/회 급액하는 경우 일중 급액량과 흡수량이 주간 일사조건에 따라 시간적으로 변하는 것을 그림6-7에 나타냈다. 작물의 흡수량은 이처럼 일사량에 따라 확연하게 변하는 것을 보여주고 있다.

그림 5-7. 오이 반촉성재배시 펄라이트+입상면(8：2) 배지경에서

    일사량과 급액 및 흡수량과의 관계(’95. 5. 24)

  야간에도 실내가 적정온도로 유지되고 포차로 인하여 증발산이 일어나므로 급액이 필요하다. 특히 해뜨기 1시간 전에 급액을 하여 배지내를 적정 수준의 수분상태로 유지하는 것이 해뜨면서부터 광합성의 증가를 촉진시킬 수 있는 방안이 된다. 더불어 주간에도 비가 온다던가 하는 경우는 일사량 급액제어에서 급액량이 전혀 없을 수 있고 비가 오더라도 실내에서 증발량은 존재되므로 주간 3~4회 급액하도록 하는 것이 필요하다.

그림 5-8. 오이 펄라이트재배에서 적산일사량에 의한 주간 배양액의

급액횟수 및  타이머에 의한 야간급액(서울시립대 ’95) (적산일사기준：20cal/㎠=1.25Mj/㎡)

  이와 같이 오이 펄라이트 재배에서 주간의 적산일사량에 따른 급액제어와 야간 타이머에 의한 야간급액을 나타낸 것이 그림 5-8과 같다. 적산일사량을 20cal/㎠를 기준으로 주간 급액이 24회, 야간급액이 3회 이루어진 결과를 보여주고 있다. 주간급액은 식물의 수분소비량이 집중되는 시간대에 3~4회 급액된 것으로 나타났다.

  그림 5-9는 오이 반촉성 배지재배에서 생육단계와 계절에 따른 표준급액량과 배액양을 나타낸 것이다. 오이 반촉성재배와 조숙재배에서 급배액을 조사 분석한 결과 육묘기에 300㎖/주, 정식후 약 2주간 500㎖/주, 수확시작까지는 800~1,000㎖/주, 수확이 시작되면서 오이 초장이 1.3~1.5m일 때는 1,300~1,500㎖/주 공급하고 초장이 1.8m이상이 되고 본격적으로 수확이 이루어지면 2,000~2,200㎖/주 급액하도록 하여 20% 내외의 배액율을 갖도록 하는 것이 오이 배지경에서 고품질 다수확을 가능케 한다는 결론을 얻었다.

그림 5-9. 오이 반촉성재배에서 1주당 표준배양액(서울시립대 ’95)

(일사량 400~600cal/㎠/day, 실내온도 주간 24~30℃, 야간 15℃ 이상)

  오이 생육단계별 외부 일사량에 따른 급액량 산정기준으로 이용할 수 있는 간단한 모델을 그림 5-10에 나타냈다.

그림 5-10. 오이 생육 단계별 주당 급액량 산정 모델 (서울시립대 ’95)

  이 그림을 이용하면 외부 일사량에 따라 쉽게 급액량을 산정할 수 있다. 예를 들어 오이의 초장이 1m 외부일사량이 500cal/㎝²/day(500×4.19=2,095 J/㎝²/day)일 때 오이 1주당 급액해야 할 급액량은 다음과 같이 계산하면 된다.

    

  오이의 초장이 2m인 경우는

      

  즉, 외부일사량이 500cal/㎝²/day일 때 초장이 1m이면 하루에 0.75ℓ/주, 초장이 2m이면 2.0ℓ/주의 양액을 급액해야 된다는 것을 계산해 낼 수 있다, 광량과 생육단계에 따른 주당급액량 산정모델은 일사량에 따른 배양액 농도제어와 더불어 농가에서 유효 적절하게 활용할 수 있다.

표 5-11. 오이 배지경 재배시 생육단계별 일사량에 따른 배양액농도 관리 기준 (이용범. ’94)

생    육    단    계	기  준  양  액  농  도
육  묘  기 정식~정식후 30일 수확초기(수확 4주까지) 수확중기(수확 5~8주) 수확후기(8주이후)	2.0 2.4 2.2 2.0 1.8
광량조건   ※ 12.56Mj/㎡를 기준으로 하여 2.1Mj/㎡ 증감에 따라 배양액 농도를 역으로 0.1mS/㎝씩 변화를 준다   4.19Mj/㎡ → 2.4mS/㎝         8.36Mj/㎡ → 2.2mS/㎝  12.56Mj/㎡ → 2.0mS/㎝       16.70Mj/㎡ → 1.8mS/㎝  20.93Mj/㎡ → 1.6mS/㎝

  오이배지경에서 급액설계는 1일 급액량을 4Mj/㎡당 1120l/10a씩 하도록 하고, 급액회수는 11월~1월 사이에 0.85Mj/㎡마다 100㎖/노즐씩 하도록 하고 2월~10월 사이의 급액은 1.25Mj/㎡마다 급액을 155㎖/노즐로 하여 급액횟수를 조절하였다. 월별 급액량은 표 5-12과 같다.

표 5-12. 오이 배지경 재배에서 수확기의 계절별 최적 급액 농도 및 급액량  (서울시립대 ’95)

시      기	급 액 농 도 (mS/㎝)	근권내 농도 (mS/㎝)	급  액  량 (ℓ/주/day)
4월 ~  6월  7월 ~  8월  9월 ~ 10월 11월 ~ 12월	2.0~2.2 1.8~2.0 2.0~2.4 2.4~3.0	2.0~3.0 1.5~2.2 2.3~3.0 2.5~3.5	1.8~2.4 2.0~2.5 1.8~2.2 1.3~1.8