시설 과채류의 환경관리(8)-양액재배와 양분관리

 

시설 과채류의 환경관리 8

양액재배와 양분관리 1. 원수의 수질   양액토경재배에서는 소량 점적관수를 하기 때문에 염분농도가 높은 물을 사용하더라도 장해를 입지 않는다고 한다. 그것은 다량으로 시용함으로써 작물에 흡수되지 않고 토양에 잔류해서 염류집적의 원인이 되어버리는 토경재배와 직접 작물의 뿌리에 영향을 주거나 배양액농도를 높여 침투압을 상승시켜 흡수능을 저하시켜버리는 양액재배와 비교하는 것에 의하여 설명된다.   그러나 비료를 용해하기 쉽게 하거나, 점적노즐이 막히는 것을 방지하기 위해서는 원수의 수질은 중요한 요소이다. 물리적인 요인으로서는 점토광물이나 모래 등의 입자가 없을 것, 녹조등의 물이끼류가 없어야하며 만일 이러한 것이 있을 경우에는 필터나 모래 등의 여과기를 통할 필요가 생긴다. 화학적인 요인으로서는 양액재배의 원수에 요구되는 특성이 필요하다. 예를 들면, 과잉의 철, 망간은 필수 미량성분이지만 침전물이 되어 점적 노즐을 막히게 하는 원인이 된다. 이러한 것을 제거하는데는 모래여과가 싸고 효과적이다. 여과는 흄관에 큰돌, 자갈, 모래의 순으로 채워 모래에 발생하는 철 세균을 이용한다. 또한 원수에 고농도의 중탄산이 포함되어 있는 경우에는 pH를 상승시켜(①), 다량의 산을 더하여도 pH를 저하시키는 것이 불가능하다. 그래서 미리 4%정도의 질산(②) 혹은 40%정도의 인산(③)으로 중화한다. 반대로 원수에 중탄산이 거의 포함되어있지 않고 pH가 낮고 불안정한 경우에는 탄산수소칼륨을 첨가해서 pH를 높여 안정시킨다.       ① HCO3 + H2O → OH- + CO2 + H2O       ② HCO3 + HNO3 → NO3- + H2O + CO2       ③ HCO3 + H3PO4 → H2PO4- + H2O +CO2 2. 시설과채류의 양분흡수량   토마토의 수량을 8t/10a 이라 가정하면 흡수되는 질소, 인산, 칼륨, 석회, 고토량은 각각 23.6, 10.0, 55.3, 21.0, 5.0kg/10a 이다. 토마토는 칼륨, 석회, 고토 염기의 흡수량이 많다.   토마토의 생육은 영양생장과 생식생장을 계속해서 생육후기까지 활발하게 양분흡수를 계속하는 연속흡수형이다(그림 1). 그 때문에 생육후기까지 토양 중에 어느 정도의 양분을 필요로 하기 때문에 비효가 지속하도록 하는 시비법이 필요하게 된다(그림 2). 토마토 이외의 파프리카, 가지, 오이, 딸기 등의 시설과채류도 모두 연속흡수형이며, 토마토와 마찬가지로 비효를 지속시키는 시비법이 필요하다. 이들은 추비 중점형의 시비를 행하며 항상 토양중의 질소 레벨을 10mg/100g정도로 유지할 필요가 있다. 그림 1. 채소 군별과 질소 흡수과정의 형태(相馬, 1996) TYPE Ⅰ영양생장형 Ⅱ영양생장*생식생장 동시 진행형 Ⅲ 영양생장*생식생장 전환형 불완전 전환 완전전환 간접적 결구 직접적 결구 뿌리 비대 채소의 종류 (엽채) 시금치 쑥갓 유채 청경채 (과채) 토마토 오이 가지 피망 (결구엽경체) 배추 양상추 양배추 (결구엽경채) 양파 마늘 (근채감자류) 무 당근 순무 고구마 감자 (과채) 단옥수수 꽃양배추 양분흡수 패턴(주로 질소) (A형) 연속흡수 (A형) 연속흡수 (C형) 연속에 가까운 山형흡수 (B형) 山형흡수 (B형) 山형흡수 (B형) 山형흡수 인산농도에 대한 적응성 低 ~ 高 광역적응성 低 ~ 高 광역적응성 高 중*고영역적응성 高 중*고영역 低 ~ 中 저*중영역 低 ~ 中 저*중영역 그림 2. 억제 오이의 최저질소 필요량 (相馬, 1996)   그런데, 시설 과채류의 재배에는 수량을 최대로 하는 것을 목적으로 하기 때문에 시비가 그림 3의 점 C에서 점 D의 범위에서 관리되고 있다. 그러나 보다 많은 수확을 얻기 위하여 과잉시비에 의한 장해가 발생하기 시작하는 점 D부근의 수준으로 시비하는 수가 많다. 비료의 효율적인 이용에서 본다면 시비수준은 점 C 혹은 이것보다도 약간 낮은 점 B의 수준으로 충분하다. 이 수준 이상의 시비는 수량에 크게 관련되지 않는다. 그러기 위해서는 과채류의 양분흡수특성을 이해해 토양특성에 의한 양분의 동태 등을 정확하게 파악해서 그것에 기초로 한 시비관리를 행하는 것이 중요하다. 그림 3. 토양 유효성분과 관련된 기본원리 (伊達, 1988) 3. 양분의 동태와 흡수   (1) 암모니아태질소와 질산태질소   질소는 식물체내에서 단백질, 핵산, 엽록소, 산소 등 중요한 화합물의 구성성분으로 식물의 생명유지에서 아주 중요한 역할을 하고 있다. 작물은 이 질소를 토양에서 주로 암모니아태질소나 질산태질소인 무기태질소의 형태로 흡수하고 있다. 요소 등 유기태질소는 토양 중에 암모니아태질소로 분해된다.   암모니아태질소 비료는 일반적으로 가격이 저렴하며 시용된 암모니아태질소는 토양 콜로이드에 흡착되어 필요량이 토양용액으로 용출된다. 암모니아태질소는 저지온에서 흡수되기 쉬운 성질이 있다. 암모니아태질소가 토양 중에 다량 축적되면 암모니아가스 장해의 원인으로도 되며 칼슘, 칼륨, 마그네슘 등 양이온의 흡수를 방해한다. 암모니아태질소는 식물체내에서는 유독하다.   질산태질소는 토양 콜로이드에 흡착되지 않기 때문에 관수 등으로 유실되기 쉬워 지하수 오염의 원인이 된다. 질산태질소는 저지온에서 흡수되기 어렵다.   밭에서 시용된 질소비료는 그 형태에 따라 질화세균 등 미생물의 작용이나 가수분해에 의해 형태변화를 하여 주로 질산태질소로서 작물에 흡수된다. 그러나, 요소태질소나 암모니아태질소로 시용된 초기의 단계에서는 암모니아태질소가 흡수의 주체라고 생각된다. 흡수된 질산태질소는 뿌리에서 잎으로 전류되어 거기서 산소의 작용에 따라 암모니아태질소로 바뀌어 글루타민을 거쳐, 글루타민산 그 외 아미노산 합성에 이용된다(그림 4). 암모니아태질소로 흡수되는 경우에는 식물체내에서의 환원작용은 이루어지지 않으며, 직접 글루타민 생성이 이루어진다. 이 환원작용은 에너지를 필요로 하며 동화산물과 온도를 필요로 하기 때문에 저온이거나 광이 부족하여 동화산물이 부족한 경우에는 질소과잉에 의한 장해발생의 원인이 된다. 그림 4. 배지 및 식물체중의 질소 형태변화의 모식도 (宇田川, 2000)   (2) 인산   인의 흡수형태는 정인산이온(H2PO4-)이다. pH 7 이상에서는 정인산이온이 감소하고 흡수량도 감소한다(그림 5). 산성토양에서는 알루미늄이나 철이 불용화하여 이것이 토양 중 혹은 뿌리 내에서 인과 결합하여 난용성의 인화합물이 되어 인의 흡수나 뿌리에서 지상부로 인이 옮겨가는 것이 방해받게 된다.   토양중에서 인의 불용화를 토양의 인산흡수라 하고, 토양 100g당 인산(P2O5)흡수량을 인산흡수계수라 한다. 보통의 밭 토양의 인산흡수계수는 300전후이지만 일본에 많은 화산회토양에서는 알루미늄이나 철이 많으므로 1,500이상으로 높다. 이에 대한 대책은 ①토양산도의 교정, ②추비 등 유기물의 시용. ③토양에 흡수되기 어려운 구용성( 溶性) 인산비료의 추비 등이 있다.   인은 토양 중에서의 이동거리가 작으며, 확산에 의해서 뿌리 표면에 도달할 수 있는 것이 뿌리면에서 불과 1mm이내이다.   인의 흡수는 에너지 소비를 수반하는 능동적인 것이며, 낮은 지온이나 일조부족 등으로 뿌리의 흡수작용이 저하하면 흡수량이 감소한다.   인 부족의 영향은 생육초기에 크고 후기에 적으며, 인이 토양 중에서 이동하기 어렵기 때문에 토경재배에서는 전량 기비로 시용한다. 낮은 지온에서 정식하는 경우에는 뿌리 가까이에의 시비(肌肥)나 근부비료(스타터)로서 인을 시용하는 것이 초기생육에 좋다.   인이 부족하면 광합성산물인 전분에서 당으로의 대사가 방해받아 잎에 전분이 과잉 축적되어 잎이 광택을 잃은 진한녹색이 된다. 하엽은 변색하여 낙엽지며, 잔뿌리의 발달이 불량해진다. 그림 5. 배양액의 pH와 인산이온의 형태 및 강낭콩의 인산 흡수량과의 관계(Hendrix, 1967)   (3) 칼륨   칼륨은 토양 중에서는 토양 콜로이드에 흡착되어 있는 양이 적으며 거의 토양용액에 용존해 있다. 생육기간을 통해서 계속 흡수되므로 질소와 함께 항상 시용해야 한다.   암모니아태질소, 칼슘, 마그네슘 등 다른 양이온의 과잉흡수로 길항적 흡수방해나 토양의 건조, 낮은 지온에 의한 흡수방해로 흡수량이 부족할 수 있다. 칼륨을 과잉흡수하면 다른 양이온흡수를 방해하여 칼슘이나 마그네슘이 결핍하게 된다.   칼륨의 결핍증은 생육초기에는 나타나지 않고, 생육이 어느 정도 진행된 후 하엽의 잎가(葉緣) 및 선단이 황색으로 변하여 떨어지게 된다.   (4) 석회   석회를 비료로서 시용하는 것은 드물며 통상은 토양 pH를 교정(산성토양을 적정 pH로 교정)하기 위하여 시용된다. 그러나, 그 흡수량은 많으며 체내에서는 다시 이동하기 어려우므로 생육기간을 통해서 항상 흡수될 필요가 있다. 칼슘의 흡수는 물과 함께 이루어지므로 물의 흡수가 방해받으면 칼슘의 흡수량도 감소한다.   칼슘은 세포벽, 세포막의 외표면, 액포에 많이 분포하고 붕소와 함께 세포의 밖에서 생리작용을 하고 있다.   칼슘은 사관부(체관부)에 존재하지 않고 대부분은 도관부를 통하여 체내를 이동한다. 이동에는 물의 존재가 필요하며 증산이 많은 부위로 많이 이동하고 생장점이나 미전개엽, 과실 등 증산이 적은 부위로는 이동하기 어렵다. 이러한 기관으로의 이동은 성숙엽의 증산이 감소하는 야간에 주로 행해지며 야간의 환경조건이 이러한 기관으로의 물의 이동을 억제하는 조건인 경우에 결핍증이 많이 생긴다.   (5) 고토   고토도 비료로서 시용하는 것은 드물다. 석회시용만으로는 고토/석회비를 무너트리므로 고토석회와 같이 석회시용시에 동시에 시용된다.   마그네슘은 엽녹소의 구성원소로서 알려져 있지만 엽록소를 구성하고 있는 마그네슘은 식물체내 전 마그네슘의 10%이하에 지나지 않고 대부분은 이온의 형태로 세포질, 엽록체, 핵, 액포 등으로 존재한다.   마그네슘의 결핍증은 산성토양과 같은 치환성 마그네슘이 적은 토양에서 많이 발생하는 것은 당연하지만 암모니아태질소, 칼륨, 칼슘 등 양이온 농도가 높은 토양에서도 길항작용에 의하여 마그네슘의 흡수가 방해를 받는다. 저온기에 성숙엽의 엽맥간이 희게 변하는 마그네슘 결핍은 낮은 지온에 의해서 마그네슘의 흡수력이 저하하는 것과 칼륨의 길항작용에 의해 마그네슘이 흡수되지 않는 것에 의한다.   (6) 망간   망간은 엽록체에 많이 포함되어 명반응(광에 의한 물의 분해)의 촉매로서 직접 광합성에 관계하고 있다. 망간은 토양에서는 Mn2+, Mn3+, Mn4+ 등의 형태로 존재하고, Mn2+는 주로 콜로이드에 흡착해 있으며 치환성 망간이라고 한다. 작물이 흡수하는 것은 Mn2+이다. 치환성 망간은 pH 및 산화환원 전위의 저하, 망간 환원균의 증가, 망간 산화균의 감소에 의해 증가한다.   시설재배에서는 다량의 석회시용으로 pH가 상승하여 망간 결핍증이 발생하기도 있다. 상위엽의 클로로시스, 잎 뒷면의 함몰반, 잎가나 가운데 잎맥(中肋脈) 부근의 흑갈색 얼룩이 진다.   또한, 토양 pH가 5.0이하에서 치환성 망간이 100ppm이상인 포장(육묘 배양토)이나 배수불량의 포장에서는 망간 과잉증이 발생한다. 하엽의 흑갈색 반점이나 털이 검게 변한다. 또한 과잉 망간이 철이나 칼슘, 마그네슘의 흡수나 이동을 방해하고 상위엽의 클로로시스나 주름, 하엽의 클로로시스를 같이 발생하는 경우가 많다.   (7) 붕소   붕소는 세포벽의 형성이나 기능에 관여한다. 토양중의 붕소는 토양용액에 용존하는 것과 토양입자에 흡착되어 있으며 작물은 용존태붕소를 흡수한다. 용존태붕소는 토양의 건조나 높은 pH에 의해서 감소하고 게다가 높은 pH에서는 작물에 흡수되기 어려운 붕소이온이 증가하기 때문에 이러한 조건에서는 결핍증이 발생하기 쉽다. 시설포장에서는 더욱이 많은 비료에 의해 흡수의 감퇴나 칼륨의 길항작용이 생겨 붕소 흡수가 방해를 받는다.   결핍증은 분열중 혹은 신장중의 어린 조직에 나타나고 토마토의 기형과, 공동과, 이상경의 원인이 된다.   (8) 철   철은 엽록체에 포함되어 엽록체·엽록소의 형성이나 기능에 관여하고 있다. 철 결핍은 토양의 알칼리화에 따라 가급태(可給態)의 Fe2+가 불가급태의 Fe3+가 되는 것이나 인, 망간의 과잉흡수나 동, 아연 등의 중금속이 과잉 상태가 되면 길항작용에 의해 발생한다. 철 결핍은 엽록소의 형성이 방해받기 때문에 상위엽에 클로로시스가 나타난다.   (9) 몰리브덴   몰리브덴은 질산동화에 관여하고 있다. 토양 중에는 음이온으로 존재하고 산성 토양에서는 철이나 알루미늄에 고정되어 불용화 한다. 4. 배양액의 기본조성   (1) 양액재배의 배양액   배양액에는 다량요소로서 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 유황이 있으며 미량요소로서 철, 망간, 붕소, 동, 아연, 몰리브덴 및 염소가 있다.   다량요소를 공급하기 위해 사용되고 있는 비료는 주로 질산칼륨, 질산칼슘, 인산암모니움, 황산마그네슘, 인산칼륨의 5종류의 비료이다. 또한 미량원소를 공급하기 위해서는 킬레이트 철(Fe-EDTA), 황산망간 또는 염화망간, 붕소, 황산동, 황산아연, 몰리브덴산나트륨, 염화나트륨이 사용된다. 그러나 빗물이외의 양액재배용 원수인 우물물 등에는 필요한 양의 동, 아연, 몰리브덴, 염소가 포함되어 있으며, 구태여 시용하지 않기도 한다.   양액재배용 비료의 특징은 모든 비료가 용해도가 높은 수용성의 염으로 물에 용해한 상태로 식물에 직접 흡수 가능한 것이 요구된다. 더욱이 질산태질소를 질소원의 대부분으로 사용하고 있다. 양액재배에서는 미생물에 의한 질산화성작용을 기대할 수 없기 때문에 시용되는 암모니아태질소는 작물에 그대로 흡수된다. 암모니아태질소는 다량으로 흡수되면 암모니아의 과잉장해가 발생하기 때문에 그 시용 농도를 제한할 필요가 있다.   양분흡수 밸런스가 작물에 따라 다르기 때문에 적정한 배양액 조성도 작물마다 다르다. 또한 같은 작물에서도 생육 단계나 환경조건에 따라 흡수 밸런스가 다르다. 그러나, 작물의 배양액조성에 대한 허용범위는 비교적 넓으므로 현상에서는 작물의 평균적인 양분흡수 밸런스에 기초한 야마자키처방이 널리 이용되고 있다(표 1).   미량요소의 농도는 결핍증과 과잉증을 발생시키는 사이의 농도로 관리되고 있다(표 2) 표 1. 주된 다량요소 조성(me/ℓ)   NO3-N NH4-N PO4-P K Ca Mg SO4-S 원시처방 16 1.3 4 8 8 4 4 야마자기처방 토마토 가  지 피  망 오  이 멜  론 딸  기 . 7 10 9 13 13 5 . 0.6 1.0 0.8 1.0 1.3 0.5 . 2 3 2.5 3 4 1.5 . 4 7 6 6 6 3 . 3 3 3 7 7 2 . 2 2 1.5 4 3 1 . 2 2 1.5 4 3 1 락울처방 . 10.5 11.4 12.0 13.0 . 0.5 . 0.25 0.7 . 4.5 3.9 3.75 5.2 . 7.0 5.4 6.25 6.0 . 7.5 7.0 6.5 9.0 . 2.0 2.1 2.25 2.0 . 5.0 . 2.0 3.0 표 2. 미량 요소 조성   Fe B Mn Zn Cu Mo CI 알논(원시) 3.0 0.5 0.5 0.05 0.02 0.01   퓨잇트 2.8 0.37~0.55 0.55 0.065 0.064 0.048 3.5 야마자키처방 2.0 0.2  0.2 0.02 0.01 0.005 1.0~3.5 오츠카하우스5호 2.85 0.32 0.77 0.04 0.02 0.022   티산1호 3.0 0.3 0.60 0.03 0.012 0.006   락울처방 토마토 가  지 피  망 장  미 . 1.00 1.5~3.0 1.68 1.4 . 0.30 0.30 0.27 0.22 . 0.50 0.50 0.55 0.28 . 0.40 0.40 0.26 0.23 . 0.05 0.05 0.03 0.05 . 0.05 0.05 0.05 0.05     (2) 양액토경재배의 배양액   양액토경재배에서는 토양의 양분 공급능 등의 기능을 적극적으로 이용하기 때문에 작물이 필요로 하는 양분을 모두 공급하는 양액재배 만큼의 엄밀함은 요구되지 않는다. 또한 토양의 질화작용도 이용할 수 있으므로 질소원으로서 요소와 같은 유기태질소나 암모니아태질소도 이용 가능하다. 그래서 배양액 작성 비료는 일반적으로 토경재배용의 비료로 행하여지기도 한다. 또한 자동액비혼입기의 이용에서 농후액비를 이용하는 경우가 많으나 그 성분도 질소, 인산, 칼리의 3요소를 주체로 한 것이다. 이 경우에도 질소에 대한 인산과 칼륨의 비율을 바꾼 여러 가지 액비가 판매되고 있으며 대상작물이나 생육단계에 따라 사용하는 액비를 바꾸고 있다. 일반적으로 시설과채소류에서는 정식 직후는 인산의 비율이 높은 액비를 사용하고, 그 후에 칼륨의 비율이 높은 액비를 이용한다.   만약 자기가 농후비료액을 만들 경우에 주의할 점은 녹이는 비료에는 작물이 흡수하기 어려운 성분이 포함되어 있지 않은 것을 선택하는 것이다. 예를 들면 황산이온을 포함한 유안(황산암모니움), 유가(황산칼륨), 과석(과린산석회)이나 염소를 포함한 염안(염화암모니움), 염가(염화칼륨) 등이다. 이러한 비료를 사용하면 황산이나 염소가 토양 중에 잔류해 토양 pH를 저하시킬 뿐만 아니라 토양으로부터 칼슘을 얻어 황산칼슘과 염화칼슘으로 되어 염류집적의 원인이 되어 토양 EC를 높이고 만다(그림 6, 표 3) 그림 6. 비료의 연속시용에 따른 토양의 EC 및 pH의 변화 (小野, 1996) 고스트레스 : 황산암모늄, 과린산석회, 염화칼륨  /  저스트레스 : 질산암모늄, 인산칼륨, 질산칼륨 표 3. 비료의 화학형태와 각 작후의 토양의 화학성 시험구 1작후 2작후 3작후 pH EC(dS/m) pH EC(dS/m) pH EC(dS/m) 황산암모늄구 염화암모늄구 질산암모늄구 4.8 4.9 5.3 0.61 0.65 0.35 5.0 4.9 5.4 1.66 0.94 0.68 4.7 4.9 5.4 1.46 1.18 0.48  주) 황산암모늄구 : 황산암모늄, 인산암모늄, 황산칼륨       염화암모늄구 : 염화암모늄, 인산암모늄, 염화칼륨       질산암모늄구 : 질산암모늄, 인산암모늄, 질산칼륨   그래서 가능한한 초안(질산암모니움), 인안(인산암모니움), 인가(인산칼륨), 초가(질산칼륨) 등의 양액재배용 배양액 작성에 이용되는 비료를 이용한다. 5. 과채류의 양분흡수 특성   (1) 토마토   토마토는 암모니아태질소에 대한 내성이 비교적 높고 특히 초기생육 단계에서는 암모니아태질소가 전질소의 25% 함유하면 생육이 우수하다(표 4). 또한 뿌리에 있어서 질산환원활성이 오이에 비하면 높으며 흡수된 질산태질소는 뿌리에 있어서도 암모니아태질소로 환원되어 아미노산 합성에 이용된다. 따라서 근부의 산소활성이 저하하는 저기온에서는 질산태질소의 흡수량이 극단적으로 저하하는 것에 대해서 암모니아태질소의 흡수량의 저하는 거의 보여지지 않는다. 그러나, 고온기에 암모니아태질소가 토양용액 중에 다량 있으면 칼슘의 흡수를 억제하여 배꼽썩음과가 발생하기 때문에 고온기에는 암모니아태질소의 다량 시용은 피하거나 질화균의 활성을 높이도록 한다. 표 4. 질산태질소와 암모니아태질소의 비율에 따른 토마토 「프롤라델」의 3생육단계에 있어서         영양기관의 생장량(Hartman 등, 1986) NO3-N : NH4-H 영양기관의 건물중 뿌리(g/주) 줄기(g/주) 잎(g/주) 계(g/주) 56일 (제1화방 만개기) 100 : 0 75 : 25 50 : 50 25 : 75 12.1a 14.6a 8.6b 5.1c 6.4a 8.3a 7.2a 4.1b 35.3b 42.2a 34.8b 23.4c 53.7b 65.1a 50.6b 32.6c 70일 (제1과방의 과경 2.5cm) 100 : 0 75 : 25 50 : 50 25 : 75 26.2a 27.3a 20.0b 11.4c 26.2a 27.3a 24.2a 15.5b 78.7a 82.2a 64.7b 41.0c 131.1a 136.8a 111.6b 67.9c 90일 (제1과방 녹숙기) 100 : 0 75 : 25 50 : 50 25 : 75 32.5a 32.1a 24.8b 12.8c 38.0ab 41.0a 36.1b 19.8c 114.7a 113.3a 97.1b 49.3c 185.2a 187.1a 158.0b 81.9c   토마토의 토양용액중의 인 농도는 2me/ℓ가 적정하며, 과도한 흡수에 의한 그이상의 농도는 소용이 없다. 엽중의 인 함류량은 생육과 함께 저하하지만, 2∼4mg/g이 적정이다. 초기생육단계에서 다량으로 흡수되면 생육후기에는 거의 흡수할 필요가 없어진다. 칼륨은 수량이나 당함량, 산함량에는 거의 영향을 미치지 않지만, 성숙 토마토과실의 적색색소인 카로티노이드(carotinoid)의 앞선 물질인 리코핀의 생합성에 관여하기 때문에 부족하게 되면 착색불량이 된다.   (2) 오이   오이는 암모니아태질소에 대한 내성이 낮으므로 배양액은 암모니아태질소를 줄이고 질산태질소 주체로 하여야 한다. 질산태질소 주체의 배양액에서는 양이온의 흡수가 촉진되어 지상부에 있어서 양이온의 집적이 현저하게 된다(표 5). 또한 뿌리에 있어서 질산환원활성은 낮으며 뿌리로부터의 질소 전류형태는 80%가 질산태질소이다. 질소의 흡수는 최대 성장률을 나타내는 파종 후 50일 전후에서 가장 많아진다. 토양용액중의 인 농도는 0.38∼24me/ℓ의 넓은 범위에서 오이의 생장은 정상이고(그림 7). 잎의 인 함유량이 1.2mg/dm2이하에서는 광합성 속도가 급격하게 저하하지만 이 농도 이상에서는 일정하게 된다(그림 8). 오이의 생장이 빠른 춘하작에서는 토양용액중의 칼슘농도가 2me/ℓ이하에서는 칼슘 결핍증이 발생할 위험이 있지만, 생장이 비교적 늦은 추동작에서는 토양용액중의 칼슘 농도가 8me/ℓ이상에서 칼륨이나 마그네슘의 흡수를 저해하는 것뿐만 아니라 양이온 전체의 흡수저하와 함께 질산태질소나 인의 흡수조차도 저하시킬 수 있으므로 더욱이 저농도가 적정이다. 토양용액중의 마그네슘농도는 4me/ℓ가 적정으로 이 이상 적거나 많아도 오이의 생장을 방해한다(그림 9). 엽맥간 클로로시스는 마그네슘 특히, 펙틴태마그네슘의 결핍에 의한다. 한편, 잎가(葉緣)의 갈변은 인의 과잉흡수에 의한 아연 결핍에 의한다. 표 5. 질산태질소와 암모니아태질소의 비율에 따른 오이「마켓트모아」의 생육 및 지상부의         무기성분 함유율 (Barker 등 일부바꿈, 1972) NO3-N:NH4-H 지상부 뿌리 지상부 무기성분 함유율 신선중 (g/주) 건물중 (g/주) 신선중 (g/주) 건물중 (g/주) T-N (%dw) NO3-N (%dw) K (%dw) Ca (%dw) Mg (%dw) 10 : 0 10 : 5 5 : 10 0 : 10 69c 65c 53b 21a 4.8c 4.2c 3.4b 1.9a 16b 16b 14b 5a 1.1b 1.4b 0.8ab 0.4a 4.38b 4.98c 5.06c 4.07a 1.33c 1.24c 0.53b 0.03a 6.30c 5.90bc 5.50b 3.52a 3.45c 2.31b 2.12ab 1.81ab 0.67c 0.55b 0.55b 0.44a 그림 7.  배양액의 인 농도를 다르게 한 오이의 기관별 건물중 (花田 등, 1981)   그림 8. 오이 개엽(個葉)의 인 함유량과 광합성 속도(花田 등, 1981) 그림 9. 배양액의 마그네슘 농도를 다르게 한 오이의 기관별 건물중 (花田 등, 1981)   (3) 딸기   딸기도 암모니아태질소에 대한 내성이 비교적 높으므로 생육초기에는 암모니아태질소를 25∼30% 함유하게 되면 생육이 좋다(표 6). 그러나, 개화직전에는 칼슘결핍에 의한 팁번이 발생하기 쉽기 때문에 꼭대기 화방 개화기의 2∼3주간 전부터는 암모니아태질소의 다량 시용은 피한다. 인은 생육초기에 다량으로 흡수되기 때문에 정식에서 개화기까지는 충분하게 시용하고 비대기 이후는 시용량을 줄인다. 칼륨은 과실 비대기부터 시용량을 증가시킨다. 표 6. 배양액의 질산태질소와 암모니아태질소비가 딸기의 생육, 수량에 미치는 영향  (塚越 등, 1993) 질소비율 기관별 건물중 수 량 질산태질소 : 암모니아태질소 엽신 (g/주) 엽병 (g/주) 크라운 (g/주) 정화방 (g/주) 측화방 (g/주) 뿌리 (g/주) 계 정과방 (g/주) 측과방 (g/주) 9 :1 8 : 2 7 : 3 6.67 8.01 8.39 2.18 2.56 2.76 2.31 2.70 2.83 5.66 4.96 7.64 1.82 1.35 3.12 2.16 2.95 4.52 20.81 22.57 29.25 241 245 288 57 86 139 6. 배양액의 농도   (1) 배양액농도의 결정   양액토경재배에서 시비량을 결정하는 경우에는 어느 기간(1주간 혹은 10일간)마다 작물을 채취·분석하여, 그 기간에 흡수된 양분을 산출한다. 이 양을 기간으로 나눈 것이 1일당의 시비량이 된다. 또한, 작물에 따라서는 수확종료 후에도 비료분이 토양에 어느 정도 잔존해 있을 필요가 있지만 앞 재배의 잔여물이 그 다음 재배에 영향을 미치기 때문에 각 재배마다 시용하는 전 시비량은 그 재배에서의 양분흡수의 전량이 된다.   이 하루당 시비량과 전술한 수분흡수량으로부터 산출한 급수량으로부터 배양액의 농도가 결정된다. 예를 들면, 토마토의 촉성재배의 어느 시기의 10일간 질소 흡수량이 1.30g/㎡으로 그 사이 관수량이 13ℓ/㎡(13mm)라고 한다면 이 사이의 질소시비농도는 100ppm이 된다. 마찬가지로 인산이 0.56g/㎡, 칼륨이 3.07g/㎡라 하면 인산 및 칼륨의 시비농도는 각각 43ppm, 236ppm이 된다. 2) 양수분 흡수와 농도   배양액이 고농도일수록 양분의 흡수양은 많아진다. 그러나, 극단적인 고농도는 배양액의 침투압을 높여, 수분흡수를 억제하고 양분흡수도 억제하게 된다.   염류농도장해가 없는 통상의 양액토경재배에서 토양용액중의 양분농도는 배양액의 양분농도와 거의 같게 된다. 토마토나 파프리카의 실험에 의하면 질소양분의 흡수속도가 최대로 되는 양분농도는 50∼200ppm이다. 이 농도는 양액재배의 값과 비슷하다(그림 10). 그림 10. 토양용액중의 질소농도와 토마토의 일일당 질소흡수량 (Bar-Yosef, 1999)   (3) 생육단계와 농도   생육상이 복잡한 과채류는 생육단계에 따라 배양액 농도를 변화시키는 것이 일반적이다. 영양생장기에는 비교적 저농도로 관리하여 뿌리와 잎의 생장을 촉진시키고 그 후에 농도를 높여서 생식생장으로 방향성을 주어 착과기부터 높게 한다. 수확기간은 수확에 따라 무기성분의 수탈에 대응해서 농도를 높게 유지한다.   (4) 계절과 농도   낮은 지온, 낮은 기온, 약한 일조인 겨울은 수분흡수량이 억제되기 때문에 배양액농도는 높게 한다. 한편, 높은 지온, 높은 기온, 강한 일조인 여름에는 농도를 낮게 한다. 장마철의 토마토를 EC 1.2dS/m정도의 저농도로 관리하면 거의 착과하지 않는다. 7. 작물영양진단   (1) 영양진단의 방법   작물이 정상적으로 생육하기 위해서는 여러 종류의 양분이 밸런스가 맞게 공급되고 흡수되지 않으면 안 된다. 이 밸런스가 무너져 양분의 과부족이 생기면 생육에 이상을 초래하게 된다. 따라서 작물의 영양상태를 어떠한 방법으로 평가하여 대응할 필요가 있다. 이 영양진단에는 다음과 같은 방법이 있다.     ①외부증상에 의한 진단(잎의 색, 양분의 결핍·과잉증)     ②작물체 양분의 분석     ③조직검정법에 의한 진단(질산, 아스파라긴, 전분함량의 측정)     ④생화학적 진단법(산소활성이나 대사 경로)     ⑤증상의 인위적인 재현이나 회복에 의한 진단   (2) 질산의 즙액진단   그림 11은 다양한 질산농도의 배양액을 가하여 오이를 모래경(砂耕)한 경우의 생육과 성숙엽의 엽병중의 질산농도와의 관계를 나타낸 것이다. 배양액중의 질산농도가 낮을 때에는 생육은 아주 나쁘며 엽병중의 질산농도도 낮다. 배양액중의 질산농도를 높이면 처음 엽병중의 질산농도는 증가하지 않고 생육량만 증가한다. 이때의 오이는 아직 질소결핍 상태이다. 그 후 어느 정도까지는 생육량의 증가에 따라 엽병중의 질산농도도 상승한다. 배양액의 질산농도가 더욱더 높아지면 생육은 변화하지 않고 체내의 질산농도만 상승한다. 그러나, 배양액의 질산농도가 그 이상으로 되면 엽병중의 질산농도는 어느새 상승하지 않고 생육이 억제된다.   이러한 식물체내의 질산농도와 생육량과의 사이에는 밀접한 관계가 있으며 식물체의 질산농도를 측정함으로써 그 식물의 질소에 관한 영양상태를 알 수가 있다. 이러한 이유에서 질산농도를 간이로 측정하는 방법이 개발되어 영양진단기술로서 이용되고 있다(표 7, 8). 표 7. 영양진단을 위한 엽병 즙액의 측정부위   (六本木, 山崎) 종 류 측정부위 토마토 오  이 가  지 딸  기  수확과방 주변의 소엽의 엽병  14~16절의 본엽 또는 측지 제1엽의 엽병  최신 전개엽부터 제3엽째의 엽병  최신 전개엽부터 제3엽째의 엽병 표 8. 엽병 즙액의 질산농도 기준치의 예   (六本木, 山崎) 종 류 작형(수확기간) 진단 기준치 토마토 촉성재배 (2월하순~7월상순)  1월~2월 : 4,000~5,000ppm  3월~4월 : 1,800~3,600ppm  5월~6월 : 500~1,500ppm 오  이 반촉성재배 (3월하순~6월하순)  4월상순 : 3,500~5,000ppm  5월~6월 : 900~1,800ppm  6월이후 : 500~1,500ppm 오  이 억제재배 (9월중순~11월하순)  수확전체기간 : 3,500~5,000ppm 가  지 노지재배 (7월상순~10월상순)  7월하순까지 : 3,500~5,000ppm  8월하순이후 : 2,200~3,600ppm 딸  기 촉성재배 (12월상순~5월상순)  11월상순~1월상순 : 1,700~2,600ppm  2월하순까지 : 1,300~2.200ppm  4월하순까지 : 900~1,800ppm   (3) 질산농도에 영향을 미치는 요인   작물의 질산농도는 질산의 흡수와 동화의 상대적인 밸런스에 의해 결정된다. 거기에는 유전적인 성질과 외적인 환경요인 등에 따라 영향을 받는다.     ① 종류나 품종에 따른 차이   오이 등 박과작물은 비교적 높고 토마토, 파프리카, 가지 등 가지과 작물은 낮으며, 장미과의 딸기는 더욱 낮아져 내염성이나 질산환원계의 발달과 관계가 있다.        ② 기관이나 생육단계에 따른 차이   과실의 질산농도는 낮으며, 잎이나 엽병의 질산농도는 높다. 일반적으로 늙은 잎은 새로운 잎보다도 질산농도가 높다. 이것은 과실로의 질산 전류량이 적은 것과 오래된 조직에서는 동화의 대사활동이 낮기 때문이라 생각된다.   질산의 시용농도가 변하게 되면 각 기관에 있어서 질산농도도 변화한다. 저농도의 질산이 주어졌을 경우에는 엽신의 질산농도가 높고 엽병이나 줄기에서는 낮지만 고농도의 질산을 공급했을 경우에는 엽병이나 줄기의 질산농도가 현저하게 높아진다. 이것은 질산이 다량으로 흡수된 경우에는 엽병이나 줄기가 질산의 저장기관이 되어있는 것을 나타낸다.     ③질소시비   광이나 온도 등 다른 환경조건이 일정하다고 한다면 작물의 질산농도에 가장 강하게 영향을 미치는 요인이 질소의 시용량이다. 그림 2-24에 나타낸 것처럼 질소의 시용농도가 증가함에 따라 오이의 질산농도도 높아지지만 생육증가가 없어진 후에도 상당한 농도에 도달하기까지 오이의 질산농도의 상승은 계속된다.   또한 암모니아태질소나 요소태질소를 이용하여 질산화성작용을 억제하는 환경조건하에서 작물은 암모니아태질소를 흡수하므로 질산농도는 저하한다. 그림 11. 오이의 지상부 중량과 성숙엽의 엽병중의 질산농도와의 관계     ④광환경   질산의 동화에는 광이 관계하고 있기 때문에 작물체내의 질산농도는 일출직후인 오전 4시∼8시경이 가장 높아지며 해질녁 4시경에 가장 낮아진다. 일반적으로 흐린날, 약광, 단일 등 불충분한 광강도에서는 작물체내의 질산농도는 높아지기 쉽다.     ⑤온도환경   온도는 질산의 흡수와 동화의 양쪽 모두에 강한 영향을 미치므로 작물체내의 질산농도에 대한 온도의 영향을 일반화하는 것은 어렵다. 온도가 상대적으로 흡수를 촉진한다면 질산은 축적되게 되며 반대로 동화를 촉진하는 형태로 영향을 미친다면 질산농도는 저하되게 된다. 일반적으로 질산의 환원작용의 대부분은 지상부에서 행하여지기 때문에 기온은 동화에 영향을 미친다. 또한 지온은 뿌리에 의한 질산의 흡수에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 그러나 질산의 흡수나 전류는 수분의 이동과도 밀접한 관계가 있으며 이것에는 기온이 영향을 미치고 있다. 또한 질산의 동화는 광합성산물의 공급없이는 생각할 수 없으며 광합성은 광이나 온도만이 아니라 탄산가스농도나 수분상태에도 많은 영향을 받는다. 8. 토양양액진단   (1) 토양수분량   토양수분량을 측정하는데는 토양수분장력을 측정하는 pF미터가 사용된다. 가장 정확한 pF미터는 텐션미터이지만 유해한 수은을 사용하므로 취급상 주의가 필요하다.   (2) 토양용액농도와 성분   토양용액의 농도나 성분을 측정하는데는 토양용액을 채취하지 않으면 안 된다. 그 방법은 폴리에칠렌·튜브를 토양에 박아 넣고 감압펌프 또는 주사기로 흡인하는 방법과 폴러스·컵을 선단에 부착한 통을 토양에 박아 넣어놓고 시간이 지나서 폴러스·컵에서 침투한 용액을 채취하는 방법이 있다. 채취한 용액은 EC미터나 pH미터로 농도와 pH를 측정한다. 토양용액의 내용성분이 알고싶을 때에는 그 용액을 분석하면 된다.