KR100900311B1 - 작물재배방법 및 그 재배장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작물에 양액을 공급하는 작물재배방법 및 재배장치에 관한 것으로, 작물에다 양액을 공급해서 작물의 뿌리가 수역과 닿도록 하고, 이 수역에 닿도록 설치된 흡입장치(3)로 양액을 흡입하여 이 흡입장치의 한쪽 끝에 연결된 제1관로(4)로 들어가도록 한 다음, 이 제1관로(4)를 거친 양액이 이 제1관로(3)의 다른쪽 끝에 연결된 제2관로(5)로 들어가도록 하는 작물재배방법에서, 상기 제2관로(5)의 일부분이 공기로 채워져, 양액이 제1관로에서 상기 제2관로(5)의 공기가 채워진 부분으로 방출되도록 한 특징으로 하는 작물재배장법 및 장치이다.

Description

작물재배방법 및 그 재배장치 {Method and apparatus for growing plants}

본 발명은 작물뿌리의 주변을 흐르는 배양액의 유량을 제어해서 작물을 재배하는 방법에 관한 것으로, 특히 석면으로 구성된 배지(培地)에 작물을 심어 양액(養液)을 순환시켜 재배하는 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 재배장치에 관한 것이다.

일반토양이나, 암면(岩綿) 또는 유리솜(glass wool)과 같은 석면(mineral wool)으로 된 배지에다 심어 재배하는 재배방법은 널리 알려져 있는 사실로서, 이 경우 상기 배지에는 필요한 비료성분 및 다른 첨가제를 공급할 때 재배양액에다 일반적으로 비료성분 및 기타 필요한 첨가제를 함유시킨 양액을 배지를 통해 흐르도록 한다. 그 때문에 배지에서 심어지는 작물은 양액과 산소 및 양액에 용해되어 이송되는 비료와 같은 영양분을 충분히 공급받을 수 있어야 한다.

양액은 또한 배지에 산소를 공급하는 수단이 되기도 한다. 특히, 양액이 석면으로 된 배지 위쪽에서 물방울형식으로 밑으로 떨어지는 물방울 떨어짐장치에 의해 공급되도록 한 경우에는, 배지로 떨어지는 양액방울에는 산소가 풍부하게 함유되어 있어서, 그 함유된 산소가 배지로 공급되어 작물의 뿌리에서 흡수될 수 있게 된다. 따라서, 배지에 산소가 적게 함유되어 있는 경우라면 보다 많은 양액을 공급함으로써 그러한 문제를 완화시킬 수 있게 된다. 한편, 그와 같은 고려에서 양액에는 비료와 같은 첨가제를 용해시킨 것을 사용하게 되는 바, 이는 배지 내로 공급되는 양액의 유속을 빠르게 할수록 공급되는 첨가제의 공급량이 많아지게 된다.

그 외의 다른 이유로도 양액이 적당하게 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 양액의 유속이 빨라지면 뿌리 주변에서의 난류현상이 커져 양액과 비료와 같은 성분이 뿌리로 더 많이 공급되어 흡수될 수 있게 된다. 또한, 양액은 작물에서 방출되는 불필요한 성분을 배지로 내보내는 역할도 하게 된다.

그러나, 단순히 양액을 배지로 공급하는 속도를 빨라지게 하면 여러 가지 문제가 일어나게 된다. 특히, 양액의 최대유속은 일반적으로 중력 하에서 배지를 통과하는 물의 최대유속으로 결정되기 때문에, 양액의 공급속도가 이 최대유속을 넘게 되면 양액이 넘쳐나게 된다.

보다 높은 최대유속을 얻기 위해서는 배지를 수정해야 하지만, 이는 일반적으로 특히 배지의 밀도를 줄여야 하고, 특히 석면의 경우에는 그렇게 하여야 하는바, 그렇게 되면 배지를 통과하는 양액의 배분성능이 나빠지게 되고, 또 배지 위쪽 부분에서의 수분함량이 배지 바닥부분 보다 훨씬 더 낮아지게 된다. 즉 상부는 너무 건조하고 바닥부분은 과포화상태로 된다.

따라서, 배지를 통과하는 양액의 유속을 적극적으로 제어하는 것이 요청되는바, 그렇게 적극적으로 유속을 제어하는 유속제어시스템이 유럽특허공보 EP-A- 300,536호 및 동 EP-A-409,348호에 기재되어 있다.

상기 유럽특허공보 EP-A-300,536호에는 배지를 통과해서 흐르는 양액이 모세관작용에 의해 제어되도록 된 유속제어시스템이 기재되어 있다. 여기서는 양액이 급배수되는 관로가 배지 내로 뻗고서 양액펌프와 연결되도록 구성되어 있다. 이러한 양액 관로시스템은 미리 설정해놓은 속도로 양액을 배지에서 밖으로 펌핑하도록 되어 있는 바, 이 관로시스템에서는 급배수관로가 거의 양액으로 채워진 상태를 이루는 한편, 유속은 기본적으로 설정된 펌프의 회전속도에 의해 결정되도록 되어 있다. 이 공보에는 "흡입력"에 대해, 이 흡입력은 작물에 의해 배지로부터 양액을 방출하도록 작물에 가해지는 힘이라고 설명해놓고 있다. 이러한 관점에서 높은 "흡입력"은 낮은 배지의 함수량과 관련되는 것으로, 이 공보에 기재된 기술의 목적은 배지의 함수량이 일정하게 유지되도록 함으로써 적절한 흡입력을 갖도록 하는데 있다 하겠다.

한편, 상기 유럽특허공보 EP-A-409,438호도 마찬가지로 양액펌프시스템에 관한 것으로, 관로시스템과 배지 사이에 결합부재가 갖춰진 구조로 되어 있는 바, 이는 관로시스템 내로 작물의 뿌리가 뻗는 것을 막도록 된 것이다. 여기서는 결합부재가 설치됨으로써 배지주변보다 높은 함수량이 유지될 수 있고, 또 공기가 슬래브 측면에서 관로시스템으로 들어가는 것이 차단되도록 되어 있다.

그런데, 이상의 2가지 시스템이 효과적이고 유용하다 할지라도, 어떤 분야에서는 아직도 더 개선해야 할 여지가 있는 바, 특히 앞에서 설명한 시스템에서는 작물이 재배되는 재배상의 표면, 다시 말해 바닥이 대체로 수평을 유지하고 있어야 한다. 그렇지 않으면, 이 시스템 내의 압력과 양액의 유속이 석면으로 된 배지의 슬래브(slab)가 올려놓아지는 높이에 따라 달라지게 된다. 더구나, 관로시스템 내부가 거의 양액으로 채워진다는 것이 잠재적인 문제로 되는 바, 즉 관로시스템 내에서 어떤 한 작물에서 다른 작물로 이어지는 관로가 파손되지 않아야 한다. 그렇지 않으면 심겨지는 전체 작물이 바이러스나 기타의 병균에 감염될 가능성이 있게 된다.

작물을 재배하는 다른 시스템으로는 수경법(NFT)으로 작물을 재배하는 시스템이 알려져 있다. 이 시스템에서는 작물은 소형의 번식용 블록 또는 전혀 배지가 없는 상태에서 재배하게 되는데, 작물이 블록에서 재배되는 경우에는 블록이 플라스틱필름으로 만들어진 용기와 같은 플라스틱용기에 담겨진 상태에서 재배된다. 만일 번식용 블록이 사용된다면 물방울이 용기와 번식용 블록으로 떨어져 공급된 후 플라스틱용기에 뚫려진 구멍을 통해 밖으로 배출되게 된다. 이와 같은 시스템에서는 배수가 작물이 심겨지는 식재상(植栽床) 표면의 편평도에 따라 크게 영향을 받게 되는 것이 문제로 된다. 편평하지 못한 표면이 불안정한 배수를 초래한다는 점과, 작물의 종류가 다르면 그에 맞춰 함수량의 포화도가 달라지게 된다는 점이다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명에 따른 작물재배방법은, 재배할 작물을 제공하는 단계와 제공된 작물에 양액을 공급하는 단계를 포함해서 이루어지되, 작물의 뿌리가 양액에 닿도록 하거나 또는 배지에 함유 되어 있는 양액에 닿도록 된 흡인장치로 양액을 제1관로로 공급하고 나서, 이를 제1관로를 통해 다시 제2관로로 공급함에 있어, 이 제2관로의 일부에 공기가 채워지는 한편 상기 제1관로가 제2관로와 연결됨으로서 제1관로의 용액이 제2관로 내의 공기가 채워진 공간으로 방출되도록 구성되어 있다. 이 경우 상기 각 관로 내의 압력은 에어펌프로 제어되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 액체를 끌어들여 공급하는 장치와 기밀장치를 갖추도록 되어 있는바, 이들은 관로시스템 내에 일체로 구성되어 배지로부터 액체가 방출되는 것이 제어됨으로써, 일부는 액체로 채워지는 한편 일부는 공기로 채워져 재배기질로부터 양액이 공급되는 것이 제어될 수 있는 관로시스템의 일부를 이루도록 되어 있다. 상기 액체를 끌어들이는 장치 및 기밀장치는 대체로 배지 내에 삽입된 흡입플러그와 같은 흡입장치의 형태로 되어 있다. 이 흡입장치는 관로시스템 내의 압력이 그를 통해 공기를 흡입하려는 경우 기밀상태를 이룰 수 있도록 되어 있다. 양액을 관로시스템 내로 끌어들이는 압력이 높아지면 양액의 흐름이 빨라지게 되는 바, 일반적으로 양액을 끌어들이는 힘이 적어도 30cm 수주(水柱)만큼 올라가게 된다.

상기 압력은, 관로시스템 내로 양액을 끌어들이는 힘이 흡입장치 내에서 양액을 붙잡아두려는 힘보다 크기 때문에, 상기 흡입장치가 양액보다 공기를 1관로로 방출하게 되는 흡입력이 될 때까지 관로시스템 내부의 압력이 높아지게 된다.

본 발명의 실시예로는, 작물을 배지에다 심고서, 이 배지에 양액을 공급하면서 배지 내에 갖춰진 흡입장치로 양액을 끌어들이도록 되어 있다. 여기서, 상기 액체공급 및 기밀장치는 배지 내에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에서는 상기 관로시스템 내로 양액을 끌어들이는 힘이 공기압에 의해 제어되도록 되어 있는 바, 이는 유럽특허공보 EP-A-300,536호 및 EP-A-409,348호에 기재된 시스템과는 다르게 되어 있다. 상기 유럽특허에서는 양액이 재배기질로부터 관로시스템 내로 이동하는 것을 양액의 흐름으로 제어하도록 되어 있어서, 배지의 슬래브의 상대적인 높이에 따라 영향을 받도록 되어 있기 때문에, 시스템이 효율적으로 작동할 수 있으려면 슬래브가 반드시 모두 같은 높이로 되어 있어야 한다.

그러나, 본 발명에서는, 높이가 같은 면이 갖춰질 필요가 없기 때문에, 본 발명에서의 관로시스템은 바닥면의 높이를 조절하지 않고도 어떤 온실에도 쉽고 간단하게 적용될 수가 있게 된다.

더구나, 본 발명에서는 제1관로가 제2관로 내의 공기용 공간으로 양액을 방출하도록 되어 있다. 그 바람직한 실시예로서는, 적어도 2개 이상 복수의 관로가 배치되고서, 그들 각 관로가 작물의 뿌리와 접촉하고 있는 수역(水域)과 접촉하는 흡입장치와 연결되도록 되어 있다. 작물이 배지에서 재배되고 있는 동안에는, 보통 하나 또는 몇 포기의 작물이 심어진 복수의 슬래브로 된 배지에서 재배되게 된다. 이 경우에는 일반적으로 각 1개의 슬래브에 각각 흡입장치가 배치되고, 어떤 경우에는 각 작물마다 1개씩의 흡입장치가 설치될 수도 있다. 따라서, 어떤 한 작물에서 바이러스나 기타 병원체가 배지로부터 나와 제1관로로 들어간 다음 제2관로로 방출되더라도, 제2관로와 다른 작물과 관련된 제1관로 사이에 양액의 관로가 존재하지 않기 때문에 바이러스나 다른 병원체가 전염될 위험이 훨씬 줄어들게 된다.

또, 본 발명에서는 에어펌프를 가지고 관로시스템의 압력을 간단히 변화시켜 배지의 작물뿌리 주변을 통과하는 양액의 공급량을 제어할 수가 있고, 산소의 공급량이나 기타 첨가제의 공급량, 함수량의 제어, pH, 전도율, 질소나 미량원소와 같은 영양성분 및, 불필요한 생성물을 제거할 수 있는 등 앞에서 설명한 여러 가지 바람직한 결과를 얻을 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 배지의 밀도가 높아 양액의 분산성이 우수해지게 됨으로써, 상기 유럽특허공보 EP-A-300,536호 및 EP-A-409,348호에 따른 시스템이 갖고 있는 결점이 해소될 수 있게 된다.

또, 관로시스템 내에 공기압을 빠르고 쉽게 변화시킬 수가 있어 어렵지 않게 양액의 유속과 함수율을 바꿔줄 수가 있게 된다.

만일 배지가 사용되면서 그 바닥부에 흡입장치가 배치된다고 하면, 배지의 바닥부에서 양액이 끌어올려져 배지 바닥부에서의 수분함량이 줄어들게 된다.

또, 본 발명은 작물을 재배하기에 적합한 재배장치를 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 발명에 다른 작물재배장치는, 작물과 양액을 수용하여 작물의 뿌리가 수역과 닿게 되는 식재부를 이루어, 이러한 식재부로부터 양액을 끌어들이는 흡입장치가 제1관로의 한쪽 끝에 연결되도록 되어 있다. 한편, 상기 제1관로의 다른쪽 끝에는 제2관로가 연결되고서 이 제2관로에는 양액을 배출하는 배출수단이 설치되도록 되어 있다. 이 배출수단은 아래에 설명하는 바와 같이 제3관로 또는 이에 연결된 사이펀이 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 재배장치에는 관로시스템 내의 공기압을 제어하는 에어펌프가 갖춰지는 것이 바람직한 바, 이 재배장치가 동작하는 도중에 상기 제2관로의 일부에 공기가 채워지도록 되어 있다.

요컨대 본 발명에 다른 작물재배방법에서는, 작물의 식재부가 배지로 이루어 지도록 하고서 이 배지 내에 흡입장치를 설치하도록 하는 것이 좋다.

도 1은, 본 발명에 따른 작물재배장치의 개략도이고,

도 2는, 본 발명에 따른 작물재배장치의 일부를 도시한 단면도,

도 3은, 본 발명에 따른 작물재배장치의 다른 일부를 도시한 단면도,

도 4는, 본 발명에 따른 작물재배장치의 다른 실시예의 개략도,

도 5는, 본 발명에 따른 재배방법으로 재배한 작물의 중량을 종래의 2가지 재배방법에 의한 것과 비교해서 나타낸 그래프이다.

본 발명에서 작물이라 함은 일반적으로 온실에서 상업적으로 재배하는 여러 가지 작물을 총칭하는 말로서, 그러한 작물의 예로는 상추나 토마토, 오이 또는 피망 같은 것을 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 작물이 모두 배지(growth substrate)에서 재배되도록 하고 있는바, 배지로는 여러 가지 자연적 또는 인공적인 배지로서 예컨대 일반적인 토양이나 토탄, 펄라이트(perlite) 또는 인조유리섬유(man-made vitreous fiber, MMVF) 및 이들을 혼합한 것을 쓰도록 한다. 배지로는 특히 유리솜(glass wool)이나 암면(rock wool)과 같은 석면(mineral wool)으로 만들어지는 것이 좋다.

석면으로 된 배지는 광물을 녹여 섬유를 뽑아내는 종래의 방식으로 만들게 되는바, 이러한 석면질 섬유를 제조하는 과정에서는 좋던 나쁘던 섬유를 제조한 후에 결합제로서 가교재(架橋財)로서 바인더(binder)가 첨가되는 경우가 있게 된다.

한편, 상기 배지에는 습윤제가 함유되도록 하는 것이 바람직한 바, 이는 상기 바인더에 첨가되어 사용되게 된다. 여기서, 1가지 재료를 가지고 바인더와 습윤제의 역할을 함께 수행하도록 할 수 있음은 물론이다.

또, 상기 배지에 그 특성을 교정하거나 개선하기 위해 갈탄(lignite)과 같이 특성이 알려진 첨가물이 첨가될 수도 있다.

본 발명의 1실시예로는, 상기 배지로서 1포기씩의 작물이 심어진 일련의 소형번식용 블록 형태가 된 것을 쓰면서, 이들 일련의 번식용 블록이 1개의 플라스틱판재로 된 플라스틱용기 내에 수납되도록 할 수도 있는바, 이는 앞에서 설명한 NFT시스템의 1가지 예가 된다.

NFT시스템의 다른 실시예로는, 배지를 전혀 사용하지 않는 대신 작물이 플라스틱판재와 같은 플라스틱용기 내에 담겨진 양액에 직접 작물의 뿌리가 닿아 자라도록 할 수도 있다.

상기와 같은 작물재배방법에서는, 양액이 예컨대 사용되는 배지로 공급됨으로써 작물로 공급되게 되는 바, 이는 예컨대 물방울이 떨어지도록 하는 방법으로 물방울 떨어짐장치(물방울 적하장치,滴下裝置)에 의해 공급하게 된다. 이러한 물방울 떨어짐 방법은 양액이 작물의 재배환경 즉 배지에 도달하게 되면 산소가 풍부하게 함유되기 때문에 특히 바람직하다. 이러한 양액공급은 연속적 또는 단속적으로 이루어질 수 있는데, 공급되는 양액에는 비료와 살균제와 같은 첨가제가 함유되도록 한다.

본 발명에서는 작물의 뿌리와 접촉하는 수역이 흡입장치와 닿도록 되어 있다. 그리고, 본 명세서에서 "흡입장치"라 함은 배지로부터 양액을 끌어들이는 장치를 말하는 바, 즉 중력에 대항해서 양액을 흡입할 수 있도록 하는 장치이다. 따라서, 본 발명에서는 비록 진공펌프나 기타 양액을 흡인하기 위한 장치를 이루는 시스템이 갖춰지게 되지만, 그것이 필수적인 구성요소로 되는 것은 아니다. 그러한 시스템을 갖지 않더라도 양액을 공급될 수가 있고, 모세관 힘으로도 배지로부터 양액이 끌어올려질 수 있게 된다.

상기 흡입장치는 다공성 재료로 만들어지는 것이 좋은데, 그 예로서는 암면이나 유리솜과 같은 석면으로서 특히 다공성의 인조유리섬유가 적합하다. 또한, 상기 흡입장치는 폴리머폼(polymer foam)이나 폴리머섬유와 같은 유기재료로 만들어지는 것이 바람직한 바, 이와 같은 유기재료는 기공(氣孔)의 크기가 소요의 모세관 힘이 만들어질 수 있는 크기로 작아야 한다.

상기 흡입장치는 공기보다는 양액을 보다 더 확실하게 보유할 수 있어야 한다. 즉 적어도 5cm 수주, 바람직하기로는 10cm 이상의 수주, 보다 더 바람직하기로는 20cm 이상의 수주, 가장 바람직하기로는 30cm 수주의 힘에 대해서도 양액을 보유지지할 수 있어야 한다. 때로는 200cm 수주 이상의 힘에 대해서도 보유지지될 수 있어야 한다.

흡입장치를 사용할 때의 성능은 배지의 특성에 따라 양액을 보다 많이 또는 적게 보유지지하기도 하는 바, 예컨대 암면으로 된 배지인 경우라면 흡입장치가 5cm의 수주로 되는 힘에 대해서도 양액을 보유지지할 수 있게 된다. 한편, 배지가 토양일 경우의 최적의 결과는, 흡입장치가 적어도 50cm 수주의 힘에 대해 양액을 보유지지할 수 있을 때에 얻어질 수 있게 된다.

일반적으로 제2관로의 압력이 대기압보다 낮은 경우에는, 상기 흡입장치는 일반적으로 어떤 설정된 수주값에서 양액을 공기보더 더 확실하게 보유지지하고 있게 되는바, 이는 제2관로가 흡입장치보다 높게 위치하게 되어 제2관로 내의 압력이 대기압 이하(때로는 부압으로 표현됨)가 되도록 낮추기 때문이다. 실제로는, 상기 흡입장치가 제2관로 내의 부압(負壓)과 대체로 같은 힘에 대해 양액을 보유지지할 수 있어야 한다.

배지가 사용될 때는 다공질 소재의 평균적 기공의 크기가 배지의 평균적 기공의 크기보다 작은 것이 좋다.

상기 흡입장치는 앞에서 설명한 여러 가지 재료로 만들어지되, 특히 화산암으로 된 것이 좋다는 것을 알 수 있었다. 어떤 특정한 재료가 흡입장치를 사용하기에 적합한 것인가를 결정하기 위해서는, 앞에서 든 수주 값에 대해 양액을 보유지지할 수 있는지를 간단히 시험해볼 필요가 있다.

상기 흡입장치는 앞에서 설명한 바와 같이 실질적으로 기밀상태로 있게 된다. 그 때문에 공기가 작물뿌리와 접촉하고 있는 수역을 통과해서(배지를 사용한다면 이를 통과해서) 제1 및 제2관로 내로 공기가 들어가지 못하도록 한다.

본 발명에서는 상기 제1 및 제2관로의 공기압이 일반적으로 대기압보다 낮게 미리 설정되게 된다. 따라서, 흡입장치를 통해 제2관로로 들어간 공기가 어느 정도 상기 공기압을 변화시킬 수 있게 된다. 이는 또한 공기압을 달리하는 단일한 시스 템에서는 다른 흡입장치를 채택해야 하는 결과를 가져오게 되어 본 발명과는 다르게 된다. 그러나, 내부의 압력은 대기압보다 약 0.5bar (5000cm 수주) 정도로서 대기압보다 훨씬 아래로 되어 있는 시스템에서는, 흡입장치를 통해 제2관로로 들어가는 공기의 주입압력은 전혀 문제가 되지 않는다. 따라서, 상기 흡입장치가 거의 기밀상태를 유지하도록 되어 있어서, 제2관로 내로 들어가 이 제2관로 내의 공기압에다 영향을 끼치는 공기의 주입이 거의 차단시켜지게 된다.

어떤 종류의 암석은 조류와 박테리아의 성장을 방지하기도 하는데, 본 발명에서는 배지로 그러한 암석을 쓰는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 흡입장치는 2 내지 100㎤ 의 총용적을 갖는 것을 사용한다.

상기 흡입장치는 대체로 식재부의 각 슬래브(각 슬래브에 하나 또는 몇 포기의 작물이 심어진)에 각각 별개로 갖춰지거나 또는 많은 작물이 심어진 넓은 슬래브 내에 각각 갖춰지게 되는 바, 이 경우 각 흡입장치는 1개의 작은 슬래브이나 내부에 적은 수의 작물이 심어진 넓은 슬래브에 각각 설치된다.

이러한 특성을 가진 흡입장치는 "흡입플러그"라고도 할 수 있는바, 이러한 흡입장치는 여러 가지 형상 또는 크기를 갖게 된다. 상기 흡입장치는 일반적으로 원통형이나 직사각형을 이루지만, 반드시 단일체로 될 필요는 없는 바, 예를 들어 2개 이상의 별개로 각각 형성된 핀(pin)의 형상을 한 부재로 구성될 수도 있다. 한편, 흡입장치의 크기는, 일반적으로 작물의 뿌리 주변의 환경, 즉 배지의 슬래브 또는 수역과 맞아지도록 선택하게 된다.

또한, 상기 흡입장치로는, 흡입플러그가 아닌 슬래브의 바닥부분을 따라 배치되는 여러 재료의 층으로 이루어질 수도 있다. 그 예로는, 배지 슬래브가, 상부는 밀도가 낮고(예컨대 10 내지 100 kg/㎥, 특히 20 ~ 60 kg/㎥) 하부는 밀도가 높은(예컨대 150 kg/㎥ 이상, 특히 250 ~ 350 kg/㎥) 석면으로 된 것을 쓰게 된다. 이러한 층은 각각 별도의 슬래브 또는 다수의 작물을 운반할 수 있도록 배열된 1개의 넓은 슬래브에 구성될 수도 있다. 이 시스템은 석면으로 된 하부층에 적용되는 것이 바람직하나, 흡입플러그의 형상에 맞는 임의의 재료로 만들어질 수 있다.

상기 흡입장치는 일반적으로 작은 직경을 가진 제1관로의 한쪽 끝에 연결되는 바, 상기 제1관로의 내경은 1 ~ 10 mm, 보다 바람직하기로는 2 ~ 6 mm, 그 중 특히 약 4mm 정도가 되는 것이 바람직하다. 상기 제1관로의 다른쪽 끝은 제2관로에 연결되도록 되어 있다. 상기 제1관로의 내경은 상기 제2관로 내경의 6 ~ 50%정도로 바람직하게는 7 ~ 30%정도로 하는 것이 좋다.

본 발명에서는 상기 제2관로의 적어도 일부가 공기로 채워져진다는 점이 중요한 바, 그로 말미암아 관로시스템 내의 압력을 에어펌프로 제어할 수가 있게 된다. 또, 상기 제1관로가 제2관로 내의 상기 공기가 채워진 공간으로 양액을 방출하도록 되어 있는 바, 그 바람직한 실시예로는 여러 가닥의 제1관로가 1개의 제2관로로 이어지도록 되어 있어서, 모든 작물 사이에는 제2관로에 의한 관로가 설치되지 않게 된다. 그리고 상기 복수의 제1관로는 제2관로의 상부와 연결되도록 되어 있다. 또, 이러한 관로시스템이 사용되어 양액이 흐르는 동안에는 제1관로 내에는 거의 양액이 가득 채워져 있게 된다.

한편, 상기 관로시스템 내에서 차지하는 양액에 대한 공기의 상대적인 용적 은, 필요로 하는 양액의 량과 관로의 크기에 따라 달라지게 된다. 그러나, 양액이 점유하는 용적은, 관로시스템의 내부용적의 80% 이하, 보다 더 바람직하기로는 60% 이하, 그 중 특히 40%이하로 되는 것이 바람직하다. 또한, 양액이 관로시스템의 내부용적에서 차지하는 가장 바람직한 비율로는 20% 이하, 특히 10% 이하가 되도록 하는 것이다.

상기 관로시스템 내부의 압력은 일반적으로 대기압 ± 200Pa의 범위에 있도록 하는 바, 대기압 ± 100Pa의 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하기로는 대기압보다 낮은, 예컨대 대기압보다 5 ~ 50 Pa 정도 낮은 압력이 되도록 한다.

관로시스템 내의 공기압이 대기압보다 높은 시스템이 되도록 할 수도 있는 바, 이 경우에는 제1관로로부터 제2관로로 양액이 방출되는 지점이 흡입플러그보다 낮게 위치하도록 한다. 이는 양액이 중력의 영향을 받아 흡입플러그로부터 제2관로로 이동한다는 것을 의미하게 된다. 따라서, 대기압보다 높은 압력이 상기와 같이 되는 현상이 줄어들 수는 있으나, 양액이 제2관로로 이동하는 데에는 여러 가지 힘이 작용하게 되므로, 결국은 소정의 높이에 따른 중력적인 힘과 내부공기의 압력을 적절히 조화시켜 적용해야 한다.

만일 상기 관로시스템 내의 압력이 대기압보다 낮게 되면, 양액이 제1관로로부터 제2관로로 방출되는 지점이 흡입장치보다 높게 위치해야 한다.

상기와 같이 각 제1관로에 각각 2개 이상의 흡입장치가 설치된 관로시스템이 최적의 상태로 동작하도록 하기 위해서는, 양액이 상기 2개 이상의 제1관로에서 1 개의 제2관로로 방출되도록 하고서, 상기 흡입장치와 2개 이상의 제1관로로부터 1개의 제2관로로 양액을 방출하는 지점과의 높이 차이가, 상기 각 흡입장치 및 제1관로의 사이에서 같아야 한다. 즉, 상기 각 흡입장치가 모두 같은 높이로 되어야 하거나 또는 상기 각 제1관로가 모두 같은 높이를 하고 있어야 할 필요는 없지만, 흡입장치에 대한 상기 각 제1관로의 한쪽 끝의 상대적인 높이의 차이는 모든 제1관로에서 반드시 같아야 한다.

여기서, 당해 기술분야의 숙련된 기술자라면, 상기 양액이 제1관로에서 제2관로로의 방출되는 지점에 대한 흡입장치의 상대적인 높이와, 양액을 흡입장치로 제2관로로 끌어올리는 흡인력을 획득하기 위한 관로시스템 내의 공기압을 쉽게 선택할 수가 있게 된다.

즉, 양액이 제1관로에서 제2관로로 방출되는 방출지점의 높이는 제1관로의 어떤 지점보다도 낮게 위치하지 않아야 하는 바, 다시 말해 제1관로의 어떤 지점도 제2관로로 방출되는 지점보다 높게 위치하지 않아야 한다.

상기 작물재배시스템은 석면과 같은 배지로 만들어진 복수의 슬래브로 이루어지고서, 이들 각 슬래브에는 각각 흡입장치와 제1관로가 갖춰져 이들 각 제1관로가 모두 제2관로로 이어지도록 되어 있다. 또한 보다 바람직하기로는, 상기와 같은 일련의 관로시스템에서, 일반적으로 2개 이상 복수의 제2관로가 다시 1개의 제3관로로 양액을 공급하는 구조로 되는 것이 좋다. 이렇게 해서 양액이 제2관로에서 제3관로로 흘러들어 이곳에 설치된 배출수단인 사이펀(siphon)에 의해 관로시스템 밖으로 배출시켜지게 되는 바, 상기 사이펀은 상기 제3관로의 가장 낮은 위치에 위치하도록 한다.

그리고, 상기 제2관로는 관로시스템 밖으로 양액이 흘러나가거나 또는 제3관로로 방출되도록 적당한 각도로 기울어져 있어야 하는바, 일반적으로 실질적으로 직선을 이루면서 수평에 대해 0 ~ 45°의 각도를 이루는 것이 좋다. 상기 제2관로는 전체가 흡입장치 보다 높은 위치 또는 아래에 위치하도록 배치할 수 있다.

상기 관로시스템에서 사이펀에 의해 외부로 배출된 양액은 일반적으로 살균, 소독된 후 다시 양액으로 사용된다.

상기 관로시스템은 처음에는 적절한 수단을 가지고 흡입장치를 통해 양액이 순환되도록 하여야 하는 바, 즉 에어펌프나 기타의 흡입수단을 가지고 순환시키거나 또는 단지 중력에 의해 순환되도록 한다. 외기와 밀봉이 잘 된 관로시스템에서는 공기압을 높이거나 낮추는데 공기압 제어장치를 별도로 설치할 필요는 없지만, 실제로는 장시간에 걸쳐 가동되는 시스템에서는 시스템 내의 압력을 제어하기 위한 압력제어장치를 설치하는 것이 편리하다.

관로시스템 내의 압력을 제어하는 데에는 에어펌프를 사용하는 것이 좋은 바, 이 에어펌프는 관로시스템 내의 적당한 곳, 즉 제2관로이나 제3관로에다 연결시켜 설치하게 된다. 때로는 상기 에어펌프를 제3관로에다 연결하는 것이 편리할 때도 있다. 이 에어펌프는 관로시스템 내의 공기압이 소정의 범위 내에 있도록 제어할 수 있게 조정할 수 있게 되어 있다.

본 발명에서는 압력조정수단에 의해 양액이 배지로부터 관로시스템으로 끌어올려진 후 흡입장치를 거쳐 제2관로로 이동하도록 되어 있다. 또한, 관로시스템 내의 압력이 충분하여 공기가 흡입장치를 통해 밀려져 작물뿌리와 접촉하는 수역으로 강제로 이동하게 된다. 이는 한편으로는 작물뿌리의 주위에 있는 양액의 산소수준 을 높여주는 수단이 되기도 한다.

본 발명에 따른 작물재배시스템은 여러 가지 경작법에서 채택될 수 있을 것인바, 특히 영국특허출원 제0117182.6호를 기초로 우선권이 주장되어 국제특허출원 LAS01250WO로 출원된 것에 기재되어 있는 양액의 유속을 제어하는 산소관리시스템에서 양액의 유량을 제어하는 데에 유용하게 쓰여질 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에 따른 작물재배시스템의 실시예에 대해 첨부도면을 참조로 해서 설명한다.

(실시예)

도 1은 복수의 석면제 배지로 이루어진 슬래브(1)가 배열된 상태를 나타낸 것으로, 이들 각 슬래브(1)에 작물(2)이 심어지게 된다(도 2참조). 각 슬래브(1)에는 제1관로(4)에 연결된 흡입플러그(3)가 갖춰지도록 되어 있다. 상기 제1관로(4)는 측면관으로 설명되는 1개의 제2관로(5)에 연결되도록 되어 있다. 실제로는 여러 개의 제2관로(5)에서 각각 복수의 제1관로로 양액이 공급되도록 설계하게 된다.

또한, 도 1에서 보면 2개의 측면관로인 제2관로(5)가 모두 제3관로(6)로 합쳐지도록 되어 있는 바, 이 제3관로를 주관로라 부르기로 한다. 이 주관로(6)에는 에어펌프(7)가 연결되어 있고, 또 이 주관로(6)의 최하부에는 양액을 밖으로 배출하기 위한 배출수단인 사이펀(8)이 설치되어 있다.

상기 제1관로(4)는 내경이 일반적으로 1 ~ 10mm, 바람직하기로는 4mm 정도가 되고, 제2관로(5)의 내경은 일반적으로 20 ~ 80mm, 바람직하기로는 40 ~ 80mm 정도로 된다. 제1관로의 내경은 상기 제2관로 내경의 6 ~ 50%정도, 바람직하게는 7~ 30%정도가 좋다.

상기와 같이 구성된 시스템은 다음과 같이 설정되는 바, 즉 상기 사이펀(8)이 양액으로 채워지고, 상기 슬래브(1)도 모두 양액으로 채워지도록 하는 바, 이렇게 양액으로 채워지면 모세관작용으로 흡입플러그(3)가 양액으로 채워지게 된다. 그렇게 된 다음에는 에어펌프(7)가 작동하기 시작하여 관로시스템 내의 공기압을 낮춰 공기압이 대기압보다 약 10Pa 만큼 낮아지도록 함으로써, 양액이 흡입플러그(3)로부터 제1관로(4)로 들어가게 됨과 더불어 제2관로(5)의 상단부에서 제2관로(5)로 떨어져 내리게 된다.

도 2는 제2관로(5)의 바닥부를 따라 흐르는 공기가 채워지는 공간과 양액을 나타낸 단면도이다. 여기서 각 슬래브(1)에서 방출되는 양액은 나머지 다른 슬래브(1)에서 방출되는 양액과는 분리된 상태로 제2관로(5)로 흘러든 다음 이 제2관로의 바닥부분을 흘러 주관로(6)로 흘러들게 된다. 이렇게 주관로(6)로 흘러든 양액은 사이펀(8)에 의해 관로시스템 밖으로 배출되는 바, 이 사이펀(8)은 관로시스템 내의 공기압에 영향을 받지 않고 양액을 배출하게 된다.

도면에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 관로시스템에서는 제1관로(4)에서 제2관로(5)로 양액이 방출되는 지점이 흡입플러그(3)보다 높게 위치하기 때문에, 양액을 소정의 필요한 수위까지 제1관로(4)를 통해 끌어올리기 위해서는 시스템 내의 공기압이 대기압보다 낮아져야 한다. 양액의 수위가 높아져야 하는 상대적인 높이는 모든 흡입플러그 및 제1관로 사이의 높이 차이와 같다. 따라서, 관로시스템 내의 압력이 대기압과 같아져, 양액에 가해지는 모든 압력에 의해 양액이 흡입플러그로부터 제2관로(5)까지 끌어들여지게 된다.

상기와 같이 사이펀에 의해 외부로 배출된 양액은 일반적으로 소독되어 다시 양액으로 쓰여지게 된다.

(시험예)

도 5는 본 발명에 따른 관로시스템을 배지 블록의 함수량을 제어하는 데에 적용한 시험예를 나타낸 그래프인 바, 여기서는 본 발명에 따른 관로시스템을 사용하면 다른 2가지 공지된 수경재배에 비해 수확량이 월등하게 높음을 알 수가 있다.

도면에 나타내어진 시험에서는 10cm × 10cm × 7.5cm 규격의 암면소재의 배지 블록에다 오이를 재배하도록 하였다. 배지 블록에다 양액의 공급하는 방법으로는 3가지의 방법, 즉 (a)간헐적으로 양액을 흘리는 공급하는 간헐공급방법과, (b) 항상 작물의 뿌리가 양액에 잠겨지도록 하는 침수법 및, (c) 본 발명에 따른 방법을 쓰도록 하였다. 상기 각 경우에 있어 관로시스템에는 배지 블록 내로 미리 설정한 퍼센트 만큼씩의 양액이 공급되도록 제어하였다.

상기 (a)간헐공급방법과 (b)침수법에 따른 시스템은 공지의 기술로서, 배지 블록 내에 설정된 함수량이 유지되도록 하는 방법이다.

그 중 (a)간헐적으로 양액을 공급하는 방법에서는 하루에 두 번 씩 각 블록의 무게를 측정함으로써 실행하는 바, 즉 블록의 무게가 400g이 되면 함수량이 너무 낮다고 판단되어 적절한 함수량이 되도록 양액이 충분히 공급된다. 즉, 60%의 함수량이 필요하다면 0.5cm 높이까지 양액이 공급되도록 하고, 80%의 함수량이 필요하다면 1cm 높이까지 양액이 공급되도록 하며, 100%의 함수량(즉 완전히 핌수됨)이 되도록 하려면 7.5cm 높이까지 양액이 공급되도록 한다. 상기 양액의 공급은 설정된 %의 함수량으로 높여지도록 충분한 시간동안 공급상태가 유지되도록 한다.

(b)침수법에서도 비슷하게 실행되는 바, 즉 블록의 무게가 400g으로 되면 용양액이 담겨진 용기로부터 작물 위로 양액이 추가되게 된다. 공급되는 양액의 양은 블록 내에서 요구되는 함수율에 따라 선택하게 된다.

(c)본 발명에 따른 관로시스템에서는 도면에 도시된 것과 같이 함수량이 소정의 값으로 일정하게 유지되도록 한다.

3주가 지난 후에 배지 블록의 무게를 달아 작물의 무게를 달아본 결과는 도 5와 같았다.

그 경과는 도면에서 볼 수 있듯이 (c)본 발명에 따른 관로시스템을 채용한 방법이 (a) 간헐적 양액공급방법이나 (b)침수법에 비해 작물의 생산된 중량이 10 ~ 20%만큼 많아졌음을 알 수 있었다.

(c)본 발명에 따른 시스템에 의해 재배된 작물의 최종적인 무게는 아래의 표1에 나타내었다. 표 1은 서로 다른 3가지의 유형의 석면으로 된 배지(A, B, C)에서 재배된 결과를 나타낸 것으로, 상기 각 배지에 공급되는 양액의 함수율은 미리 설정된 함수율이 되도록 하였다. 그리고, 각 시험은 R1 ~ R4로 4번에 걸쳐 되풀이하였고, 그 4번 시험한 결과의 평균값은 뒤에 따로 기재하였다.

실험	블록 유형	함수율(%)	R1 R2 R3 R4	평균값
1	A	60	383 338 336 377	359
2	A	80	461 485 480 489	479
3	A	100	599 507 559 588	563
4	B	60	250 274 316 322	290
5	B	80	461 471 494 487	478
6	B	100	583 594 614 586	594
7	C	60	329 329 307 314	320
8	C	80	342 443 444 490	430
9	C	100	462 595 581 495	533

상기 시험결과의 변동폭은 대략 8.1% 정도가 되었다. 이러한 결과는 대체로 각각 되풀이되는 시험 중 마지막 시험에서 변동이 적음을 알 수가 있는바, 이는 본 발명에서와 같이 전체 시험에 걸쳐 함수량이 항상 같은 것이 좋음을 나타내고 있는 것이다.

Claims (27)

1. 작물에다 양액을 공급해서 작물의 뿌리가 수역과 닿도록 하고, 이 수역에 닿도록 설치된 흡입장치로 양액을 흡입하여 이 흡입장치의 한쪽 끝에 연결된 제1관로로 들어가도록 한 다음, 이 제1관로를 거친 양액이 이 제1관로의 다른쪽 끝에 연결된 제2관로로 들어가도록 하는 작물재배방법에서, 상기 제2관로의 일부분이 공기로 채워져, 양액이 제1관로에서 상기 제2관로의 공기가 채워진 부분으로 방출되도록 한 특징으로 하는 작물재배방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 관로 내의 압력을 에어펌프로 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
3. 제1항에 있어서, 작물은 배지에서 재배되면서, 양액이 배지로 공급됨과 더불어 이 배지 내에 설치된 흡입장치에 의해 배지로부터 양액을 끌어들이도록 하는 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1관로의 내경이 상기 제2관로 내경의 6 ~ 50%인 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 관로의 크기를 미리 설정하고 양액의 유속을 제어함으로써, 양액이 관로시스템 내부용적의 20% 이하로 채워지도록 하는 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 배지는, 2개 이상의 제1관로가 1개의 제2관로에 연결됨으로써, 제1관로와 연결된 각 흡입플러그의 형태로 구성된 2개 이상의 흡입장치를 갖춘 1개 이상의 슬래브 형태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 제2관로는 2개 이상으로 구비되고, 이들 제2관로가 에어펌프와 연결된 1개의 제3관로로 이어지도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
8. 제1항에 있어서, 양액이 사이펀에 의해 상기 제1관로 및 제2관로에서 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1관로와 제2관로의 공기압이 대기압보다 낮은 공기압이 되도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 제2관로가 직선을 이루고서, 수평과는 0 ~ 45°의 각도를 이루면서, 전체가 흡입장치 보다 높게 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2관로가 직선을 이루고서, 수평과는 0 ~ 45°의 각도를 이루면서, 전체가 흡입장치 보다 아래에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 흡입장치가 5cm 이상의 수주에 해당하는 힘에 대해 양액을 보유지지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
13. 제3항에 있어서, 상기 흡입장치가 배지의 평균적인 기공의 크기보다 낮은 평균 기공크기를 가진 다공질 재료로 형성된 것임을 특징으로 하는 작물재배방법.
14. 제3항에 있어서, 상기 배지가 인조유리섬유로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
15. 작물과 양액을 수용하고서 작물의 뿌리가 수역에 접촉하도록 된 식재부와, 상기 식재부에 설치되어 이 식재부로부터 양액을 퍼올리는 흡입장치와, 이 흡입장치에 연결되어 흡입장치로부터 양액을 끌어들이도록 설치된 제1관로와, 이 제1관로의 다른쪽 끝에 연결되고서 상기 흡입장치와는 연결되지 않은 제2관로 및, 이 제2관로로부터 양액을 배출하는 배출수단을 갖춰 이루어지고서, 사용 도중 상기 제2관로의 일부분이 공기로 채워지도록 구성된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1관로 및 제2관로 내의 공기압을 제어하는 에어펌프가 더 갖춰진 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 식재부가 배지로 이루어진 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 식재부로 양액을 공급하는 수단으로 물방울 떨어짐장치가 더 갖춰진 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
19. 제15항에 있어서, 상기 제1관로의 내경이 상기 제2관로 직경의 6 ~ 50 %인 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
20. 제15항에 있어서, 상기 제2관로에 제3관로가 연결된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 제2관로로부터 양액을 배출하는 배출수단이 상기 제3관로의 최하위부분에 설치된 사이펀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
22. 제15항에 있어서, 상기 흡입장치는 5cm 이상의 수주에 해당하는 힘에 대해 양액을 보유지지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
23. 제17항에 있어서, 상기 배지가 인조유리섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
24. 양액으로 일부가 채워지는 한편 일부는 공기로 채워지도록 된 관로시스템에 연결되어 양액을 끌어들이는 한편 공기의 유입은 차단하는 장치에서, 상기 관로시스템이 양액을 끌어들이는 한편 공기의 유입을 차단하는 장치에 연결되어 양액이 함유된 식재부로부터 양액을 배출하는 정도를 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 작물재배시스템.
25. 제3항에 있어서, 상기 배지가 암면으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배방법.
26. 제17항에 있어서, 상기 배지가 암면으로 구성된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.
27. 제15항에 있어서, 상기 흡입장치는 배지의 평균적인 기공의 크기보다 낮은 평균 기공크기를 가진 다공질 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 작물재배장치.

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