KR101042166B1 - 코코넛 코이어 배지에서 ｆｄｒ 센서를 이용한 수경 재배 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법에 관한 것으로서, 코코넛 코이어 배지 내에 상기 배지의 수분 함량 측정을 위한 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 설치하고, 상기 배지에서의 수경 재배 대상 작물에 따른 기준 수분 함량치를 상기 FDR 센서에 입력함으로써, 수경 재배 중 상기 FDR 센서에 의해 감지되는 상기 배지 내 수분 함량이 상기 기준 수분 함량치를 미달하면 상기 배지 내에 미리 정해진 1회 급액량을 공급하는 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법을 제공한다. 특히, 본 방법에 의해 배지 내 함수량을 50% 수준 이내로 관리하게 되면 무배액 수경 재배 방식이 되어 환경 친화형 수경 재배 방식으로 각광받을 수 있다.

코코넛 코이어, 배지 조성, ＦＤＲ, 수분 함량 변화, 장미, 오이, 파프리카, 무배액 수경 재배

Description

코코넛 코이어 배지에서 ＦＤＲ 센서를 이용한 수경 재배 방법{METHOD OF HYDROPONICS USING FDR SENSOR IN COCONUT COIR CULTURE MEDIUM}

본 발명은 친환경적인 코코넛 코이어 배지를 이용한 수경 재배 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FDR(Frequency domain reflectometry) 센서를 이용하여 급액함으로써 배액율을 현저하게 감소시키거나 무배액이 가능한 수경 재배 방법에 관한 것이다.

현재 수경 재배용으로 개발되어 이용되는 배지는 암면 배지, 펄라이트 배지, 혼합 배지 등이 있으며, 이들 중 펄라이트가 36%, 암면이 34.6%로 대부분을 차지한다. 그러나, 암면과 펄라이트 등의 처리 및 폐기 시 분진 발생 등으로 인해 작업과 환경상의 문제점을 야기하므로, 새로운 환경 친화형 배지 개발이 요구된다.

이러한 친환경 배지로서 최근 코코넛 코이어(coconut coir) 배지에 대한 관심이 높아지고 있다. 코코넛 코이어는 높은 수분 보유 능력을 가지고 있을 뿐 아니라, 유효 양분 함량, 수분 침투율, 공극, 토양의 수분 전도율을 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있다 (Vavrina 등, 1996).

한편, 수경 재배 농가에서 배양액의 관리는 작물 생산성과 품질에 큰 제한 요인으로 작용하고 있다. 실제 농가에서는 작물이 필요로 하는 양의 수분을 공급하는 방법으로 배액구의 설치 단계 이후에 타이머(timer) 제어, 일사량 제어, 배액량 제어, 중얄 제어 등의 방법에 의해 배양액의 급액을 관리하는데, 주로 타이머 또는 일사량에 의한 관수 제어 방법이 사용된다.

그러나, 코코넛 코이어 배지는 그 물리적 특성으로 인하여 기존 방법으로 배양액을 공급하면 필요 이상으로 많이 급액 양을 공급하게 됨으로써 많은 양의 물과 작물이 흡수하고 남은 폐액의 처분으로 인해 환경 문제를 초래할 수 있다. 실제 정부는 추후 친환경 육성을 통하여 2013년까지 농약·화학비료 사용량 40% 절감을 지향하고 있으며, 미국, EU, 일본 등 선진국에서도 환경보전 기능을 장려하기 위해서 경제적 인센티브 및 정책적 지원을 시행 중에 있다. 네델란드와 같은 선진 시설 농업 국가에서는 환경보존형 농업으로 전환하기 위해서 대부분의 채소, 화훼작물의 재배를 수경 재배로 전환하고 온실에 투여되는 모든 에너지 (농약, 비료 등)는 대폭 줄이기 위해서 'closed production system'으로 전환하고 있다. 이는 토양 재배에 비해서 수경 재배가 토양 및 수질 오염을 50% 이상 줄일 수 있고, 방제약품도 최소화할 수 있다는 연구 결과에 바탕을 두고 실행 중이라고 할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 국내 수경 재배 농가에서는 아직 순환식 수경 재배로의 전환에 있어서 배양액 내 이온 조정과 작물 특성상 해결해야 할 여러 문제점을 남기고 있어 어려움을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은,

첫째, 코코넛 코이어 배지를 이용한 친환경적인 재배 방법을 제공하고,

둘째, 수경 재배의 대상 작물에 따라 적합한 코코넛 코이어 배지 구성과 적정 급액량 및 급액횟수를 제공하며,

셋째, 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 내에 함유된 수분을 측정하는 센서를 장착하여 배지가 함유한 수분 보유량을 조절하면서 재배하는 수경 재배 방식을 제공하고,

넷째, 코코넛 코이어 배지 내 함수량을 50~55% 이하로 조절함으로써 무배액 수경 재배를 가능케 하는 데 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위하여,

본 발명은 코코넛 코이어 배지 내에 상기 배지의 수분 함량 측정을 위한 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 설치하고, 상기 배지에서의 수경 재배 대상 작물에 따른 기준 수분 함량치를 상기 FDR 센서에 입력함으로써, 수경 재배 중 상기 FDR 센서에 의해 감지되는 상기 배지 내 수분 함량이 상기 기준 수분 함량치를 미달하면 상기 배지 내에 미리 정해진 1회 급액량을 공급하는 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 내에 함유된 수분 보유량을 조절하면서 작물 재배가 가능하여 작물의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다. 즉, 코코넛 코이어(coconut coir)와 같은 유기 수경 재배에서 배지 내 함수량 조절로 생육 및 수량의 변화 없이 배액을 극소화함으로써 미래의 수경 재배 방식으로 발전할 수 있다. 배지 내 전기전도도(EC) 증가는 공급하는 배양액의 EC를 1.5~2.5 dS/m 범위에서 조절함으로써 적정 근권 EC 조절이 가능하다.

또한, 배양액 공급 대비 배액율을 현저하게 감소시킬 수 있어 환경 친화형 수경 재배를 요구하는 세계적 추세에 부응할 수 있다. 특히, 본 방법에 의해 배지 내 함수량을 50% 수준 이내로 관리하게 되면 무배액 수경 재배 방식이 되어 환경 친화형 수경 재배 방식으로 각광받을 수 있다.

또한, 수경 재배에 FDR 센서를 이용하여 저렴하고 간편한 방법으로 관수 조절 관리가 가능하다.

본 발명에 따른 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법은, 코코넛 코이어 배지 내에 상기 배지의 수분 함량 측정을 위한 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 설치하고, 상기 배지에서의 수경 재배 대상 작물에 따른 기준 수분 함량치를 상기 FDR 센서에 입력함으로써, 수경 재배 중 상기 FDR 센서에 의해 감지되는 상기 배지 내 수분 함량이 상기 기준 수분 함량치를 미달하면 상기 배지 내에 미리 정해진 1회 급액량을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 코코넛 코이어 배지는 코코넛 코이어 파이버(coconut coir fiber)(이하, '파이버'라고도 함) 및 코코넛 코이어 칩(coconut coconut chip)(이하, '칩'이라고도 함) 중 적어도 하나와, 코코넛 코이어 더스트(coconut coir dust)(이하, '코이어 더스트' 또는 '더스트'라고도 함)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 코이어 더스트는 장기간 사용할 수 있고 연중 충분한 양을 확보할 수 있으면서 균일한 물리성을 갖는 배지이다. 그러나, 코이어 더스트만으로는 작물에 적합한 지하부 환경을 가지고 있지 못하여 단일 상토로서 사용이 부적합한 실정이다. 그리하여 물리성 측면에서의 개선이 필요하다. 따라서, 본 발명은 코코피트(코이어 더스트) 생산 시 얻어지는 파이버(fiber) 및/또는 칩(chip)을 상기 코이어 더스트에 첨가하여 부족한 배지 내 기상 환경을 확보해 줌으로써 통기성과 배수성을 조절하는 방법으로 코이어 더스트 배지의 물리성을 개선하고, 장미·오이·파프리카·토마토 등 다양한 수경 재배 작물에서 최상의 생육을 얻을 수 있도록 알맞은 조성법을 개발하였다.

수경 재배의 대상 작물이 장미인 경우, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 20∼30%인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 1회 급액량은 60∼90 ㎖이고, 상기 배지 내 수분 함량은 30∼40%를 유지하는 것이 좋다. 또한, 상기 대상 작물이 오이인 경우, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 0% 초과 30% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 대상 작물이 파프리카 또는 토마토인 경우, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 30∼50%인 것이 바람직하다.

한편, 상기 코코넛 코이어 배지에는 농용 석회, 석고, 질산 칼슘, 황산 마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나를 상기 배지 1 리터당 0 g 초과 5 g 이내로 첨가하여, 상기 배지 내에 부족한 Ca 및/또는 Mg 이온의 함량을 증진시켜 줌으로써 배지 내에 포함된 이온들 간의 농도 균형을 이룰 수도 있다. 또는, 상기 코코넛 코이어 배지에는 질석 또는 제올라이트를 상기 배지 1 리터당 0 g 초과 100 g 이내로 첨가하여, 상기 배지 내에 다량 함유된 K 및/또는 Na 이온을 용탈 또는 흡착시킴으로써 배지 내에 포함된 이온들 간의 농도 균형을 이룰 수도 있다.

상기 FDR 센서는 상기 배지 내 수분 함량 측정을 위한 센서이다. 이 FDR 센서는 전기용량을 이용한 방법으로 공명 진동수나 그것의 변화를 측정하며, 반복적인 파장을 생성해 내는 발진기로 불리는 전자회로에 의해 생성된다. 이러한 FDR 센서 외에, 전기적인 펄스의 전송 시간을 측정하여 용적 수분 함량을 측정하는 TDR(time domain reflectometry) 센서의 적용을 검토해볼 수 있으나, 비용 면에서 FDR이 TDR에 비해 저렴하여 실용적으로 사용 보급하기에는 FDR이 적합하다.

본 발명에 따라 FDR 센서를 이용하여 작물을 수경 재배하기 위해서는, 수경 재배 대상 작물에 따른 적합한 배지 조성과, 1회 수분 공급량 및 기준 수분 함량 등을 미리 결정할 필요가 있다. 이러한 값들이 결정되면, 대상 작물에 적합한 조성을 갖는 코코넛 코이어 배지 내에 FDR 센서를 설치하고, 이 FDR 센서에 상기 기준 수분 함량치를 입력함으로써, 수경 재배 중 상기 FDR 센서에 의해 감지되는 상기 배지 내 수분 함량이 상기 기준 수분 함량치를 미달하면 상기 배지 내에 미리 정해진 1회 급액량 (1회 수분 공급량)을 공급한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 수경 재배 방식은 자루 재배, 포트 재배 또는 베드형 재배일 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.

[실시예 1] 장미 수경 재배

1. 장미 수경 재배용 코코넛 코이어 배지의 조성비 및 1회 급액량 등의 결정

실험에 사용된 배지는 코코넛 코이어 더스트(coconut coir dust)에 코코넛 코이어 파이버(coconut coir fiber)를 부피 비율로 0%, 10%, 20%, 30%, 50% 섞어 만든 것과 코코넛 코이어 칩(coconut coir chip)이 부피 비율로 0%, 30%, 60%, 80% 함유된 coir slab를 사용하였다.

상기 코코넛 코이어 배지들 모두 90% 이상의 높은 공극률을 보였다. 기상은 모든 처리에서 25%보다 높았고, 액상은 29∼64% 정도로 조성에 따라 다양하였으며, 유효 수분 함량은 20% 이하였다. fiber가 0%, 10%, 20% 함유된 배지와 chip이 0%, 30% 함유된 배지는 수경 재배용으로 우수한 물리성을 가지며, 조성비가 5:5 (dust:fiber)나 2:8 (dust:chip)인 섬유와 칩이 많이 함유된 배지는 낮은 유효 수분으로 수경 재배용으로 사용 시 정밀한 급액 관리가 필요하다 (표 1과, 도 1 및 도 2 참조).

한편, 장미 수경 재배 시 코코넛 코이어 배지 (dust:fiber = 8:2)에서 수분 공급량과 공급횟수에 따른 배지 내 수분 함량 변화를 측정하였다. 1일 급액량을 주당 600 ㎖로 고정하고, 1회 급액량을 30 ㎖, 45 ㎖, 60 ㎖, 90 ㎖, 120 ㎖, 150 ㎖로 급액했다. 배지 내 평균 수분 함량은 35.4∼37.9%, 최저 수분 함량과 최대 수분 함량은 각각 31.7∼34.1%, 37.4∼41.4%이었다. 60 ㎖ 이상의 급액은 1회의 급액만으로도 평균 수분 함량에 도달하였다. 평균 수분 함량과 최저 수분 함량 간의 차이는 1회 급액량이 60∼90 ㎖로 공급될 때 가장 낮았다. 따라서, 급액량을 60∼90 ㎖/회로 설정하고 수분의 필요 유무에 따라 급액 횟수를 조절하여 관리하는 것이 적절하다고 판단되었다 (표 2와, 도 3 및 도 4 참조).

장미 coir 배지경 재배에서는 급액량을 하루에 1회 60 ㎖, 총 10회로 공급하였을 때 평균 수분 함량은 fiber 함량이 0%, 10%, 20%, 30%, 50%인 배지에서 각각 48.7%, 42.7%, 37.1%, 35.8%, 34.8%이고, chip 함량이 0%, 30%, 60%, 80%인 배지도 각각 51.1%, 45.3%, 37.6%, 30.3%이었다. 배지별 최고 수분 함량과 최저 수분 함량의 차이는 fiber 함량이 20%인 배지와 chip 함량이 30%인 배지에서 가장 낮았다. 따라서, 수분 함량의 변동이 적고 일정하게 유지되는 fiber나 chip 수준은 20∼30%가 수경 재배에 적합하였다 (표 3과, 도 5 및 도 6 참조).

코코넛 코이어 배지를 이용한 자루형 장미 수경 재배에서 배지 혼합 비율에 따른 배액의 EC와 pH는 안정적인 반면, 암면 배지는 3.5∼7.5로 변동폭이 심했다 (도 7 및 도 8 참조).

코코넛 코이어 혼합 배지 (chip 및/또는 fiber가 함유된 코코넛 코이어 배지)에서 생산된 절화의 길이가 평균 80 cm 이상으로 암면과 차이가 없었으며, chip 혼합 배지 (chip이 함유된 코이어 배지)에서 절화 생육은 우수하였다. 절화 수명은 암면과 coir dust 100% 처리에서 길었으며, fiber 혼합 배지 (fiber가 함유된 코이어 배지)에서 절화 수명은 더 길었다. 절화 수확량은 fiber 혼합 배지에서 암면 또는 chip 혼합 배지보다 10% 정도 높았으며, 길이 80 cm 이상의 절화 수량은 암면이 가장 많았다. 그러나, 절화 길이 60 cm 이상의 상품성 수량은 20% fiber 혼합 배지와 30% chip 혼합 배지에서 가장 많아, 20∼30%의 fiber나 chip 수준이 장미 수경 재배에 적합하였다 (표 4 및 표 5 참조).

2. FDR 센서를 이용한 장미 수경 재배 시 배액율

자루 재배에서 FDR 센서를 이용한 정확한 측정을 위하여 100 cm X 15 cm X 10 cm 크기의 자루에 30~35 L를 코이어 혼합 배지로 충진한다. 코코넛 코이어 배지 내 수분 측정은 배지에 따라 수분 수직 분포가 다르므로 센서 위치를 항상 식물체 주간 중앙을 대상으로 설치하도록 하였고, 측정 값이 국부적인 상태를 나타낼 수 있어 반복 측정하여 배지의 대표 값이 될 수 있도록 계측 센서를 설치하였다. 상기 배지 조성은 coir dust에 fiber 또는 chip이 20~30% 함유되도록 하였고, 급액은 1회에 60~90 ㎖를 공급하여 배지 내 수분이 30~40%를 유지하도록 하였다.

실험 결과, 상기 수경 재배용 코코넛 코이어 배지를 이용한 장미 재배 시 FDR 센서를 장착하여 재배하였을 경우 배양액 공급 대비 배액율이 0%였으며, 타이머를 장착하여 재배하였을 경우는 51.8~53.2%의 배액율이 산출되었다 (도 9 참조).

또한, 코코넛 코이어 배지를 이용한 장미 수경 재배에서 FDR 급액 방식과 배지 종류에 따라 달리하여 20일 재배하였을 때 총 수량과 상품 수량 결과는 도 10과 같다. 각 처리에 따른 상품화율은 FDR 제어 시 coir 배지 (수분 함량 40~45%)에서는 83.3%, 암면 배지에서는 92.3%인 반면, 일반 타이머 제어 시의 coir 배지는 78.3%, 암면 배지는 85.7%로 높았다.

[실시예 2] 오이 수경 재배

수경 재배용 코이어 배지를 이용한 오이 재배에서의 FDR 수분 제어에 따른 급·배액량 (표 6)과, 제어 방식에 따른 코이어 오이 재배에서의 생육 및 상품 수량 (표 7)에서도 전술한 장미 수경 재배의 결과와 같았다. 도 11은 FDR 센서를 이용한 오이 급액 제어에 있어서 근권 내 수분 함량 변화를 보여준다.

[실시예 3] 파프리카 수경 재배

수경 재배용 코이어 배지를 이용한 파프리카 재배에서의 FDR 수분 제어에 따른 일사량에 따른 급배액량 (표 8)과, 제어 방식에 따른 파프리카 상품 수량 (표 9)에서도 전술한 장미 수경 재배의 결과와 같았다.

이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

도 1은 더스트와 파이버의 비율 변화에 따른 코코넛 코이어 배지의 수분 보유 곡선을 보여준다.

도 2는 더스트와 칩의 비율 변화에 따른 코코넛 코이어 배지의 수분 보유 곡선을 보여준다.

도 3은 급액량 및 시간의 변화에 따른 장미 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 (dust:fiber = 8:2 v/v)의 수분 함량 변화를 보여준다.

도 4는 각기 다른 급액량에서 장미 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 (dust:fiber = 8:2 v/v)의 평균 수분 함량과 최저 수분 함량 간의 차이를 보여준다.

도 5는 dust와 fiber의 비율이 각기 다른 장미 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 (dust + fiber)와 암면의 수분 함량을 보여준다.

도 6은 dust와 chip의 비율이 각기 다른 장미 수경 재배용 코코넛 코이어 배지 (dust + chip)의 수분 함량을 보여준다.

도 7은 코코넛 코이어 배지를 이용한 자루형 장미 수경 재배에서 배지 혼합 비율에 따른 배액의 EC (Electric Conductivity)의 변화를 보여준다.

도 8은 코코넛 코이어 배지를 이용한 자루형 장미 수경 재배에서 배지 혼합 비율에 따른 배액의 pH (Potential of Hydrogen)의 변화를 보여준다.

도 9는 수경 재배용 코이어 배지에서 장미 수경 재배 시 급액 방식과 배지 종류에 따른 배양액의 공급량과 배액량을 보여준다.

도 10은 장미 수경 재배에서 급액 방식과 배지 종류에 따른 수량을 보여준다.

도 11은 FDR 센서를 이용한 오이 급액 제어에서 근권 내 수분 함량 변화를 보여준다.

Claims (7)

1. 코코넛 코이어 배지 내에 상기 배지의 수분 함량 측정을 위한 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 설치하고, 상기 배지에서의 수경 재배 대상 작물에 따른 기준 수분 함량치를 상기 FDR 센서에 입력함으로써, 수경 재배 중 상기 FDR 센서에 의해 감지되는 상기 배지 내 수분 함량이 상기 기준 수분 함량치를 미달하면 상기 배지 내에 미리 정해진 1회 급액량을 공급하는 것을 특징으로 하고,

   상기 코코넛 코이어 배지는 코코넛 코이어 파이버(coconut coir fiber) 및 코코넛 코이어 칩(coconut coconut chip) 중 적어도 하나와, 코코넛 코이어 더스트(coconut coir dust)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 대상 작물은 장미이고, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 20∼30%인 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 1회 급액량은 60∼90 ㎖이고, 상기 배지 내 수분 함량은 30∼40%를 유지하는 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이 용한 수경 재배 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 대상 작물은 오이이고, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 0% 초과 30% 이하인 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 대상 작물은 파프리카 또는 토마토이고, 상기 배지의 전체 부피에 대한 상기 파이버 또는 칩의 비율은 30∼50%인 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 수경 재배의 방식은 자루 재배, 포트 재배 또는 베드형 재배인 것을 특징으로 하는 코코넛 코이어 배지에서 FDR 센서를 이용한 수경 재배 방법.

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