KR102459815B1 - Hydroponic cultivation method of halophytes using microbubbles in seawater conditions - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원 발명은 해수를 이용한 염생식물의 재배방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 마이크로버블을 고 염도의 배양액에 사용함으로써 염류장애가 발생하지 않고 염생식물을 재배하는 재배기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cultivating halophytes using seawater. More specifically, it relates to a cultivation technique for cultivating halophytes without causing salinity disorders by using microbubbles in a culture medium of high salinity.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 염생식물의 재배방법이 개시되어 있다. 이 기술에서는 염생 식물을 경작지에 심고, 상기 경작지에 해수를 살포하며, 상기 경작지의 지중 염분 농도를 산출하여 지중 염분 농도가 상기 해수의 염분 농도 이하로 유지되도록 상기 해수의 살포량을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 염생식물의 재배 방법을 제공한다.As a prior art prior to the filing of the present invention, a method for cultivating halophytes is disclosed. In this technology, halophytes are planted on cultivated land, seawater is sprayed on the cultivated land, and the underground salinity concentration of the cultivated land is calculated to control the spraying amount of the seawater so that the underground salinity concentration is maintained below the salinity concentration of the seawater. It provides a method for cultivating halophytes.
또 다른 선행기술로 퉁퉁마디의 재배방법이 개시되어 있다. 이 기술은 퉁퉁마디 대량생산을 위한 인공재배기술을 제공하는 것으로 겨울철인 12∼2월 사이에 염전이나, 간척지를 이용하여 토양염분조건을 조절한 재배지를 조성한 후 3∼4월에 퉁퉁마디를 파종하고, 7∼8월에 수확을 하며, 10∼11월에는 다음해에 재배생산을 위한 종자를 확보하는 과정을 통하여, 특유의 맛과 다량의 미네랄 성분을 함유한 퉁퉁마디를 재배하는 방법을 개시하고 있다.As another prior art, a method for cultivating Tungtung nodule is disclosed. This technology provides artificial cultivation technology for the mass production of chrysanthemums. During the winter season, between December and February, salt fields or reclaimed land are used to create cultivated fields with controlled soil salinity, and then sown in March to April. Initiates a method of cultivating tundra containing a unique taste and a large amount of minerals through the process of securing seeds for cultivation and production in October and November, and harvesting in July-August. are doing
본 출원 발명은 농업용수로 사용할 수 있는 담수가 지속적으로 줄어들고 있어서 세계적으로 심각한 상황에서, 한국은 간척농지에서 지하수위의 변동으로 인한 고염도 문제가 발생하고 있으며, 전 세계적으로도 수경재배에 이용되는 담수의 EC 농도가 증가되고 있는 상황이다. 담수가 부족한 스페인 알스미어 시설원예 대단지는 해수를 일부 희석하여 양액으로 이용하고 있다. 고 염도(해수) 조건에서 식물이 자라게 되면 식물은 수분스트레스, 산화적 스트레스, 세포막 파괴, 양분 불균형에 의한 결핍 등으로 정상적인 생육이 불가능 하다. 고염도 조건은 기공을 닫게 하여 광합성을 감소시키며, 잎의 노화를 촉진하고 결국 생육이 늦어지는 생육장해가 발생하게 된다. 이온의 불균형으로부터의 장해는 고염조건의 NaCl 때문이며, 높은 Na농도는 다른 양이온인 Ca, K 등의 흡수를 저해시켜 양분 결핍 증상을 일으키고 생육의 불균형을 초래한다.According to the invention of the present application, fresh water usable for agricultural water is continuously decreasing, and in a serious global situation, Korea has a problem of high salinity due to fluctuations in the groundwater level in reclaimed farmland, and fresh water used for hydroponics worldwide is also occurring. EC concentrations are increasing. In the Alsmere facility horticultural complex in Spain, where fresh water is scarce, seawater is partially diluted and used as a nutrient solution. When plants are grown in high salinity (seawater) conditions, normal growth of plants is impossible due to moisture stress, oxidative stress, cell membrane destruction, and deficiency due to nutrient imbalance. The high salinity condition closes the stomata, which reduces photosynthesis, accelerates leaf aging, and eventually causes growth disorders that slow growth. The disturbance from ion imbalance is due to NaCl under high salt conditions, and high Na concentration inhibits absorption of other cations, such as Ca and K, causing nutrient deficiency symptoms and imbalance in growth.
따라서, 해수를 이용하면서도 고농도의 염에 의한 생육장애를 방지할 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a technology to prevent growth disorders caused by high concentrations of salt while using seawater.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the invention for solving the above problems is as follows.
고염도(농도 3% 이상의 NaCl) 배양액으로 수경재배를 하는 고염도 수경재배방법에 있어서,In the high salinity hydroponics method of hydroponics culture with high salinity (NaCl concentration of 3% or more) culture medium,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.It provides a high salinity hydroponics method, characterized in that using a microbubble generator to supply microbubbles to the rhizome of cultivated plants.
또한In addition
상기 고염도 배양액은 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The high salinity culture medium provides a high salinity hydroponics method comprising seawater.
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The culture medium provides a high salinity hydroponics method, characterized in that by adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 칼슘의 비율을 담수의 배양액 비율에서 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a high salinity hydroponics method, characterized in that increasing the calcium ratio between 120% ~ 300% in the ratio of the culture medium of fresh water.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a high salinity hydroponics method, characterized in that 4: 5 in
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponics method, characterized in that any one of ice plant, namunjae, turmeric grass, and haeheung vegetable.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponics method, characterized in that leaf vegetables.
또 다른 과제해결 방법으로 Another way to solve the problem
해수를 사용하여 배양액을 제조하여 이용하는 해수 이용 수경재배방법에 있어서,In the hydroponics method using seawater to prepare and use a culture solution using seawater,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.It provides a hydroponics method using seawater, characterized in that the microbubbles are supplied to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator.
또한In addition
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The culture medium provides a hydroponics method using seawater, characterized in that by adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 담수의 배양액 비율에서 칼슘의 비율을 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a hydroponics method using seawater, characterized in that increasing the calcium ratio between 120% to 300% in the freshwater culture medium ratio.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a hydroponics method using seawater, characterized in that 4: 5 in
상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that the mineral content is high by absorbing minerals from seawater.
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that any one of ice plant, namunjae, turmeric grass, and haeheung greens.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that leaf vegetables.
상기와 같은 구성에 의하여 간척농지에서 수도작 또는 타작물 재배 시, 용수가 고 염도 조건인 경우 마이크로 버블수를 공급하면 고염도에 의한 작물 생육저하 피해를 줄이고 정상적인 재배가 가능하며, 기능성 물질 함량이 증대되어 고품질 작물의 생산이 가능하다.According to the above configuration, when growing crops or threshing crops in reclaimed farmland, if microbubble water is supplied when water is in high salinity conditions, damage to crop growth due to high salinity is reduced, normal cultivation is possible, and functional substance content is increased This makes it possible to produce high-quality crops.
또한, 일반 과채류 수경재배에서 용수의 EC가 0.8 dS/m를 넘는 경우 염성분이 많아 작물 생육을 저해시키는 요인으로 작용하는데, 본 발명의 상기 마이크로버블 장치를 사용하여 관수 시, 고염 스트레스를 완화시켜 주고 양분 흡수를 균형적으로 도와주는 효과가 있다.In addition, when the EC of water exceeds 0.8 dS/m in hydroponic cultivation of general fruits and vegetables, a lot of salt components act as a factor inhibiting crop growth. It has the effect of helping balance the absorption of nutrients.
도 1은 본 발명의 배양액의 pH에 따른 마이크로버블 표면의 제타 포텐셜 변화를 도시하고 있다.
도 2는 본 출원 발명의 마이크로버블의 직경에 따른 버블 표면의 제타포텐셜 변화를 도시하고 있다.
도 3은 본 출원 발명의 발생된 마이크로버블 직경에 따른 단위부피 당 버블 개수
도 4는 본 출원 발명의 마이크로버블과 배양액 조성액을 이용한 해수 수경재배 시스템 개념도
도 5는 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 재배기간 중 대조구와 마이크로버블 처리구 배양액의 pH, EC, DO의 변화 그래프
도 6은 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 대조구와 마이크로버블 처리구에서 각각 재배한 상추의 생체중과 건물 중 대비 그래프1 shows the zeta potential change of the microbubble surface according to the pH of the culture medium of the present invention.
Figure 2 shows the zeta potential change of the bubble surface according to the diameter of the microbubble according to the present invention.
3 shows the number of bubbles per unit volume according to the generated microbubble diameter of the present invention;
4 is a conceptual diagram of a seawater hydroponics system using microbubbles and a culture solution of the present invention
5 is a graph showing changes in pH, EC, and DO of the control and microbubble-treated cultures during the cultivation period according to Example 1 of the present invention;
6 is a graph showing the contrast between live weight and dry weight of lettuce grown in a control group and a microbubble treatment group according to Example 1 of the present invention;
본 발명은 해수를 이용한 수경재배 및 고 염도 조건인 간척농지에서 작물 재배 시에 발생되는 염류장해를 마이크로 버블 기술을 이용하여 극복하기 위한 수경재배 기술이다.The present invention is a hydroponics technology for overcoming salt disturbances that occur during hydroponics using seawater and crop cultivation in reclaimed farmland under high salinity conditions using microbubble technology.
농업용수로 사용할 수 있는 담수가 지속적으로 줄어들고 있어서 세계적으로 심각한 상황이다. 한국은 간척농지에서 지하수위의 변동으로 인한 고염도 문제가 있으며 세계적으로도 수경재배에 이용되는 담수의 EC 농도가 증가되고 있는 상황이다.It is a serious situation worldwide as fresh water available for agricultural use is continuously decreasing. In Korea, there is a problem of high salinity due to fluctuations in the groundwater level in reclaimed farmland, and the EC concentration of freshwater used for hydroponics is increasing worldwide.
(스페인 알스미어 시설원예 대단지는 해수를 일부 희석하여 양액으로 이용하는 사례도 있다. )(There is also a case where seawater is partially diluted and used as a nutrient solution in the Alsmere facility horticultural complex in Spain.)
고 염도(해수) 조건에서 식물이 자라게 되면 식물은 수분스트레스, 산화적 스트레스, 세포막 파괴, 양분 불균형에 의한 결핍 등으로 정상적인 생육이 불가능하다.When plants are grown in high salinity (seawater) conditions, normal growth of plants is impossible due to moisture stress, oxidative stress, cell membrane destruction, and deficiency due to nutrient imbalance.
이러한 원인으로 고염도 조건은 식물 잎의 기공을 닫게 하여 광합성을 감소시키며, 잎의 노화를 촉진하고 결국 생육이 늦어지는 생육장해가 발생하게 된다.For this reason, high salinity conditions close the stomata of the plant leaves, reducing photosynthesis, promoting leaf aging, and eventually causing growth disorders that slow growth.
식물의 이온의 불균형으로부터 발생하는 장해의 원인은 고염조건의 NaCl 때문이며, 높은 Na농도는 다른 양이온인 Ca, K 등의 흡수를 저해시켜 식물이 양분 결핍 증상을 일으켜 생육의 불균형을 발생시킨다.The cause of the disturbances caused by the imbalance of ions in plants is NaCl under high salt conditions, and high Na concentration inhibits the absorption of other cations such as Ca and K, causing nutrient deficiency symptoms in plants, resulting in imbalance in growth.
본 출원 발명은 상기와 같은 고염 조건에서의 식물 생육저하를 막기 위하여 마이크로 버블의 물리화학적인 성질을 이용하고자 한다.The present invention intends to utilize the physicochemical properties of microbubbles to prevent plant growth deterioration in the high salt conditions as described above.
수중에서 고속으로 선회시키는 장치를 설치하고 일정량의 기체를 공급하면 마이크로버블(MB)이 발생된다. 상기 마이크로버블을 발생시키는 과정에서 미량의 히드록시 래디컬이 만들어지며(Takahashi, 2007), 마이크로버블 표면은 -제타 포텐셜을 나타낸다. 도 1은 배양액의 pH에 따른 마이크로버블 표면의 제타 포텐셜 변화를 도시하고 있다. pH가 높을수록 마이크로버블 표면의 제타포텐셜이 높아지는 것을 볼 수 있다. 도 2는 마이크로버블의 직경에 따른 버블 표면의 제타포텐셜 변화를 도시하고 있다. 마이크로버블의 직경이 20 ~ 40 um에서 제타포텐셜이 잘 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 마이크로버블이 소멸되는 순간에는 버블 내부의 압력이 높아져 수축되면서 붕괴되는데, 이때 순간적인 고열이 발생되며, 이러한 고열이 수온을 상승시키는 원동력이 된다.Microbubbles (MB) are generated when a device that turns at high speed in water is installed and a certain amount of gas is supplied. In the process of generating the microbubbles, a small amount of hydroxy radicals are created (Takahashi, 2007), and the microbubble surface exhibits -zeta potential. 1 shows the zeta potential change of the microbubble surface according to the pH of the culture medium. It can be seen that the higher the pH, the higher the zeta potential of the microbubble surface. 2 shows the zeta potential change of the bubble surface according to the diameter of the microbubble. It can be seen that the zeta potential is well exhibited when the diameter of the microbubble is 20 ~ 40 um. At the moment when these microbubbles disappear, the pressure inside the bubble rises and contracts and collapses.
상기한 바와 같이 마이크로버블을 발생시키는 과정에서 발생한 히드록시 래디컬(OH-)은 산화적인 스트레스를 유발하는 원인이 되지만, 식물의 근권부에 엘리시터로 작용하여 생육을 촉진시키는 기능도 수행하고 있다. 한편, 마이크로버블 표면에 발생되는 -제타 포텐셜은 전기적으로 -성질을 갖게 되어 양이온들이 마이크로버블 표면에 붙은 상태로 식물의 근권부 표면에 부착된다. 일반적으로 고 염도 조건에서 식물은 고농도의 나트륨이온(Na+)의 영향으로 다른 양이온들을 흡수하지 못하여 양분의 불균형을 초래한다. 식물체 내부의 나트륨이온 축적으로 세포간 물질 이동이 정상적으로 이루어지지 않게 되는 것이 그 원인이다. 상기한 바와 같이 마이크로버블을 고 염도 조건에서 생성시키면 마이크로버블 표면에서 발생되는 -제타 포텐셜에 의하여 상기 마이크로버블 표면에 K+, Ca2+ 등의 양이온들이 응집하게 되고, 상기 마이크로버블이 식물의 근권부 즉 뿌리에 부착되어 식물의 생장에 필요한 K+, Ca2+ 등의 양이온들을 쉽게 흡수할 수 있도록 도와주기 때문에 식물체 내부 이온의As described above, hydroxy radicals (OH-) generated in the process of generating microbubbles are a cause of oxidative stress, but also act as an elicitor in the root zone of plants to promote growth. On the other hand, the -zeta potential generated on the surface of the microbubble has electrical properties, so that the cations are attached to the surface of the rhizome of the plant in a state of being attached to the surface of the microbubble. In general, under high salinity conditions, plants cannot absorb other cations under the influence of high concentration of sodium ions (Na+), resulting in nutrient imbalance. The reason is that the movement of substances between cells is not performed normally due to the accumulation of sodium ions inside the plant. As described above, when microbubbles are generated under high salinity conditions, cations such as K+ and Ca2+ are aggregated on the microbubble surface by the -zeta potential generated on the surface of the microbubble, and the microbubbles are formed in the root zone of the plant. Because it helps to easily absorb cations such as K+ and Ca2+ necessary for plant growth by attaching to the
불균형이 완화되어 식물이 정상적 생장을 유지할 수 있게 된다.The imbalance is alleviated so that the plant can maintain normal growth.
본 발명에 사용한 마이크로버블 발생장치를 상술하면 2단으로 구성된 고속으로 회전하는 회전체를 구비하고, 상기 회전체의 고속회전부에 일정량의 기체를 공급하면 상기 회전체에 의하여 주변의 배양액이 회전하면서, 상기 기체와 충돌하여 마이크로버블이 발생한다. 마이크로 버블의 생산효율을 높이기 위하여 상기 회전체의 표면은 울퉁불퉁하게 형성할 수 있다.In detail, the microbubble generating device used in the present invention has a high-speed rotating body composed of two stages, and when a certain amount of gas is supplied to the high-speed rotating part of the rotating body, the surrounding culture solution is rotated by the rotating body, It collides with the gas to generate microbubbles. In order to increase the production efficiency of microbubbles, the surface of the rotating body may be formed to be uneven.
추가적인 채소 배양액 조건으로 대표적인 채소 배양액인 야마자키 배양액의 조성에 변형을 주는 것이다. 일반적인 야마자키 배양액의 질소비료와 칼슘비료의 비율은 4 : 3 me/L 로 제조한다. 그러나, 해수 조건에서는 질소비료와 칼슘비료의 비율을 4 : 5 me/L 의 비율로 칼슘비료의 첨가 비율을 높게 설정하여 칼슘이온의 농도를 높여 식물체 내부에서 칼슘이온이 나트륨이온을 치환할 수 있도록 하는 것이다. 이렇게 함으로써 식물의 고 나트륨이온 환경에서 나트륨이온(Na+)의 영향으로 다른 양이온들을 흡수하지 못하여 양분의 불균형을 제거할 수 있다.As an additional vegetable culture medium, the composition of the Yamazaki culture medium, which is a representative vegetable culture medium, is modified. The ratio of nitrogen fertilizer and calcium fertilizer of general Yamazaki culture is 4: 3 me/L. However, in seawater conditions, the ratio of nitrogen fertilizer to calcium fertilizer is set to a ratio of 4: 5 me/L, and the calcium fertilizer addition ratio is set high to increase the concentration of calcium ions so that calcium ions can replace sodium ions inside the plant. will do By doing this, it is possible to eliminate the imbalance of nutrients by not absorbing other cations under the influence of sodium ions (Na+) in the high sodium ion environment of plants.
따라서, 기능성 물질의 함량이 높은 염생 식물들의 재배에 있어서, 고염도 조건에서 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 등의 염생 식물들을 재배하는 경우 본 출원 발명의 마이크로버블 활용 수경재배 기술을 이용한다면 고염도 스트레스를 경감시키면서 내염성 범위를 넓게 유지시켜 상기 염생 식물의 정상적 인 생육이 가능하다.Therefore, in the cultivation of halophytes with a high content of functional substances, when cultivating halophytes such as ice plant, Namunjae, turmeric, and haeheung greens under high salinity conditions, if using the hydroponics technology using microbubbles of the present application, high salt Normal growth of the halophytes is possible by maintaining a wide salt tolerance range while also reducing stress.
상기와 같은 마이크로버블의 물리화학적인 성질과 재배양액의 조성변경으로 고 염도 조건에서 작물의 고염피해를 줄이고, 정상적인 작물의 생육이 가능하며, 기능성 물질의 함량이 높은 염생 식물의 경우 생육이 더욱 증대되어 기능성 물질의 함량이 높은 고품질 작물의 생산이 가능하다.By changing the physicochemical properties of microbubbles and the composition of the nutrient solution as described above, high salinity damage to crops is reduced under high salinity conditions, and normal crop growth is possible. It is possible to produce high-quality crops with a high content of functional substances.
아울러, 고기능성 염생 식물에 해수 수경재배 기술을 적용 하는 경우, 염스트레스를 조절하면서 정상적인 생육을 유도하여 해수 자원을 효율적으로 활용할 수 있고, 또한 해수에 용해되어 있는 많은 미네랄을 염생 식물이 흡수하여 염생 식물의 미네랄 함량이 높아지고, 고염 조건에서 정상적인 생육을 보일 경우 상기 마이크로버블을 발생시키는 과정에서 발생한 히드록시 래디컬(OH-)의 식물의 근권부의 엘리시터로 작용으로 식물체 내에 2차대사산물(기능성 물질)이 축적되어 작물의 고품질 재배가 가능하다.In addition, when the seawater hydroponics technology is applied to high-functional halophytes, it is possible to efficiently utilize seawater resources by inducing normal growth while controlling salt stress, and also, the halophytes absorb many minerals dissolved in seawater to produce halophytes. When the mineral content of the plant is high and the plant exhibits normal growth under high salt conditions, the secondary metabolites (functional substances ) is accumulated and high-quality cultivation of crops is possible.
한편, 일반 과채류 수경재배에서 지하수를 이용하는 경우 용수의 EC가 0.8 dS/m를 넘는 경우 지하수에 염성분이 많아서 작물생육을 저해시키는 요인으로 작용하는데, 이때 본 출원 발명의 마이크로버블 장치를 이용한 재배방법을 사용한다면, 지하수 관수에 따라 발생하는 작물의 고염 스트레스를 완화시켜 주고 양분 흡수를On the other hand, when groundwater is used for hydroponics cultivation of general fruits and vegetables, when the EC of water exceeds 0.8 dS/m, the groundwater contains a lot of salt, which acts as a factor inhibiting crop growth. When used, it relieves the high salt stress of crops caused by groundwater irrigation and reduces nutrient absorption.
균형적으로 도와줌으로써 정상적인 작물재배가 가능한 효과가 있다.By helping in a balanced way, normal crop cultivation is possible.
해수를 이용한 배양액의 온도는 식물의 성장에 적합한 온도를 유지하며, 배양액 온도 22℃를 기준으로 NaCl 3% 농도를 최대 농도로 한다. The temperature of the culture medium using seawater maintains a temperature suitable for plant growth, and the
본 출원 발명의 마이크로버블을 이용한 고염도 조건에서의 발명의 실시예는 다음과 같다.Examples of the invention in high salinity conditions using the microbubbles of the present invention are as follows.
<실시예 1><Example 1>
플러그 트레이에 상추를 파종하여 3주간 육묘한다.Lettuce is sown in a plug tray and seeded for 3 weeks.
이후, 고속 선회식 마이크로버블 발생기가 설치된 담액 수경재배 시스템에 상추를 정식 후, 재배한다. 이때 버블 생성을 위한 공기는 1L/min 의 유량으로 공급한다.After that, lettuce is planted and grown in a hydroponics system in which a high-speed rotating microbubble generator is installed. At this time, air for bubble generation is supplied at a flow rate of 1L/min.
상기 수경재배 조건을 해수조건으로 만들기 위하여 기존의 야마자키 상추 배양액In order to make the hydroponics conditions into seawater conditions, the existing Yamazaki lettuce culture solution
의 기본 질소 : 칼슘의 비율을 재조정하고, NaCl 3% (전기전도도 26 dS/m)를 추가하여 실험구와 대조구의 배양액을 만들었다.of the basic nitrogen: calcium ratio was readjusted, and
대조구와 실험구(마이크로버블 처리구)는 광환경, 온습도 조건, CO2 농도 조건을 동일하게 유지하였다. 대조구는 배양액에 매크로버블을 형성시키기 위해서 수족관에서 사용하는 산고공급용 스톤을 이용하여 1L/min의 유속으로 공기를 넣어주었다. 한편 마이크로버블 처리구는 생성된 마이크로버블에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 냉각용 냉수를 순환시켜 온도를 22±1℃로 유지하여 대조구 동일한 온도로 배양액의 온도를 유지하였다. The control group and the experimental group (microbubble treatment group) maintained the same light environment, temperature and humidity conditions, and CO2 concentration conditions. In order to form macrobubbles in the culture medium, the control group was supplied with air at a flow rate of 1L/min using a stone for fertility supply used in an aquarium. On the other hand, the microbubble treatment group circulated cold water for cooling in order to suppress the temperature rise caused by the generated microbubbles to maintain the temperature at 22±1° C. to maintain the temperature of the culture medium at the same temperature as the control group.
상기와 같은 조건에서 대조구와 마이크로버블처리 실험구를 완성하고, 상추묘 (본엽 4매 상태)를 정식하여 2주간 생육 실험을 하였다. 대조구는 매크로버블을, 실험구는 마이크로버블을 2주 동안 연속해서 발생시켰다.Under the same conditions as described above, a control group and a microbubble treatment group were completed, and lettuce seedlings (in the state of 4 true leaves) were planted and a growth experiment was performed for 2 weeks. The control group generated macrobubbles and the experimental group generated microbubbles continuously for 2 weeks.
상기 실험결과 마이크로버블 처리구에서 생육된 상추는 지상부 생체중 32%가 증가, 뿌리 건물 중은 약 3배 이상 증가하였다. 고 농도의 NaCl (3%) 조건에서 마이크로 버블을 실험 조건에서 재배할 때, 예상되는 고염도 피해를 줄일 수 있음을재배 실험을 통하여 확인하였다. 본 출원 발명의 재배방법은 마이크로 버블의 물리화학적 성질을 이용한 것으로 Na+ 이온 농도가 높은 조건에서 식물의 생리장해를 극복하는 방법을 제시하고 있다. As a result of the above experiment, lettuce grown in the microbubble treatment group increased by 32% of the above-ground live weight, and the root dry weight increased more than 3 times. It was confirmed through cultivation experiments that the expected high salinity damage can be reduced when microbubbles are grown under experimental conditions in a high concentration of NaCl (3%). The cultivation method of the present invention uses the physicochemical properties of microbubbles, and suggests a method for overcoming physiological disturbances in plants under conditions of high Na+ ion concentration.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.In order to help the understanding of the present invention, it will be described using the drawings as follows.
도 1은 본 발명의 배양액의 pH에 따른 마이크로버블 표면의 제타 포텐셜 변화를 도시하고 있다. 여기서 제타 포텐셜은 입자들의 표면 전위를 의미한다. 따라서, 마이크로버블이 유용한 기능을 하기 위해서는 제타 포텐셜이 적절히 높은 것이 좋다. 도1에서 보면 일반적인 재배 조건인 pH 5 내지 7 사이에서 마이크로버블의 -제타전위가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다.1 shows the zeta potential change of the microbubble surface according to the pH of the culture medium of the present invention. Here, the zeta potential refers to the surface potential of the particles. Therefore, in order for microbubbles to perform useful functions, it is desirable that the zeta potential is suitably high. Referring to FIG. 1 , it can be seen that the -zeta potential of the microbubbles is relatively high between pH 5 to 7, which is a general cultivation condition.
도 2는 본 출원 발명의 마이크로버블의 직경에 따른 버블 표면의 제타포텐셜 변화를 도시하고 있다. 마이크로버블의 크기에 관계 없이 -30 ~ -40mV 사이의 -제타 전위가 존재하는 것을 볼 수 있다.Figure 2 shows the zeta potential change of the bubble surface according to the diameter of the microbubble according to the present invention. It can be seen that the -zeta potential exists between -30 and -40mV regardless of the size of the microbubble.
도 3은 본 출원 발명의 발생된 마이크로버블 직경에 따른 단위부피 당 버블 개수를 도시하고 있다. 60um 직경의 마이크로 버블이 가장 많았으나, 10 ~ 50 um 사이에서 비교적 고르게 분포하고 있음을 알 수 있다.3 shows the number of bubbles per unit volume according to the generated microbubble diameter of the present invention. Microbubbles with a diameter of 60 μm were the most common, but it can be seen that they are relatively evenly distributed between 10 and 50 μm.
도 4는 본 출원 발명의 마이크로버블과 배양액 조성액을 이용한 해수 수경재배 시스템 개념도이다. 형광 등 또는 재배 등이 광을 공급하고 있으나, 태양광을 이용하는 것도 가능하다. 배양액의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 배양조 일측에 배양액의 온도를 조절하는 냉각과 가열을 할 수 있는 온도 제어부를 구비할 수 있다. 배양조로부터 배양액을 가압하여 마이크로버블 발생기에 공급하기 위한 펌프가 배양조 타측에 연결되고 마이크로 버블을 발생하기 위한 공기를 상기 마이크로버블 발생기에 파이프를 사용하여 연결하고 상기 마이크로버블 발생기는 배양조 하단에 구비된다.4 is a conceptual diagram of a seawater hydroponics system using microbubbles and a culture solution of the present invention. A fluorescent lamp or a cultivation lamp supplies light, but it is also possible to use sunlight. In order to keep the temperature of the culture medium constant, a temperature control unit capable of cooling and heating for controlling the temperature of the culture medium may be provided on one side of the culture tank. A pump for supplying the microbubble generator by pressurizing the culture solution from the culture tank is connected to the other side of the culture tank, and air for generating microbubbles is connected to the microbubble generator using a pipe, and the microbubble generator is located at the bottom of the culture tank provided
상기 배양액의 조성은 일반적인 담수를 사용하는 야마자키 배양액의 질소비료와 칼슘비료의 비율인 4 : 3을 사용하지 않고, 4 : 5를 사용하여 칼슘의 비율을 높임으로써 상기 칼슘이 나트륨을 치환하여 흡수될 수 있도록 한다.The composition of the culture solution does not use 4:3, which is the ratio of nitrogen fertilizer to calcium fertilizer of Yamazaki culture using general fresh water, but uses 4:5 to increase the calcium ratio so that the calcium is absorbed by replacing sodium. make it possible
도 5는 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 재배기간 중 대조구와 마이크로버블 처리구 배양액의 pH, EC, DO의 변화 그래프이다. 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 대조구와 마이크로버블 실험구의 재배기간 동안의 pH, EC, DO의 측정결과를 도시하고 있다. 5 is a graph showing changes in pH, EC, and DO of the culture medium of the control group and the microbubble treatment group during the cultivation period according to Example 1 of the present application. The measurement results of pH, EC, and DO during the cultivation period of the control group and the microbubble experimental group according to Example 1 of the present invention are shown.
도 6은 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 대조구와 마이크로버블 처리구에서 각각 재배한 상추의 생체중과 건물 중 대비 그래프이다. 도6은 해수 처리되고 매크로버블 처리된 대조구(검은색 막대 그래프)와 해수 처리되고 마이크로버블 처리된 실험구(회석 막대 그래프)의 생체 중(도 6의 위쪽 그래프)과 건물 중(도 6 아래쪽 그래프)를 비교하여 도시하고 있다. 잎과 뿌리의 생체 중과 건물 중 모두 마이크로버블 처리된 실험구의 상추의 무게가 더 많이 측정되었다.6 is a comparison graph of the live weight and dry weight of lettuce grown in the control group and the microbubble treatment group according to Example 1 of the present invention. Figure 6 shows the living weight (upper graph in Fig. 6) and dry weight (Fig. 6 lower graph) of the seawater-treated and macrobubbled control group (black bar graph) and the seawater-treated and microbubbled experimental group (dilution bar graph). ) is shown for comparison. The lettuce weight of the microbubble-treated experimental group was measured more in both the live weight of the leaf and the root and the dry weight.
본 출원 발명의 상기와 같은 작용 효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the invention for exhibiting the above-described effects of the invention of the present application is as follows.
고염도(농도 3% 이상의 NaCl) 배양액으로 수경재배를 하는 고염도 수경재배방법에 있어서,In the high salinity hydroponics method of hydroponics culture with high salinity (NaCl concentration of 3% or more) culture medium,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.It provides a high salinity hydroponics method, characterized in that using a microbubble generator to supply microbubbles to the rhizome of cultivated plants.
또한In addition
상기 고염도 배양액은 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The high salinity culture medium provides a high salinity hydroponics method comprising seawater.
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The culture medium provides a high salinity hydroponics method, characterized in that by adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 칼슘의 비율을 담수의 배양액 비율에서 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a high salinity hydroponics method, characterized in that increasing the calcium ratio between 120% ~ 300% in the ratio of the culture medium of fresh water.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a high salinity hydroponics method, characterized in that 4: 5 in
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponics method, characterized in that any one of ice plant, namunjae, turmeric grass, and haeheung vegetable.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponics method, characterized in that leaf vegetables.
또 다른 과제해결 방법으로 Another way to solve the problem
해수를 사용하여 배양액을 제조하여 이용하는 해수 이용 수경재배방법에 있어서,In the hydroponics method using seawater to prepare and use a culture solution using seawater,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.It provides a hydroponics method using seawater, characterized in that the microbubbles are supplied to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator.
또한In addition
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The culture medium provides a hydroponics method using seawater, characterized in that by adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 담수의 배양액 비율에서 칼슘의 비율을 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a hydroponics method using seawater, characterized in that increasing the calcium ratio between 120% to 300% in the freshwater culture medium ratio.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio control provides a hydroponics method using seawater, characterized in that 4: 5 in
상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that the mineral content is high by absorbing minerals from seawater.
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that any one of ice plant, namunjae, turmeric grass, and haeheung greens.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponics method using seawater, characterized in that leaf vegetables.
Claims (14)
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하고,
상기 고염도 배양액은 배양액 내의 질소 : 칼슘의 비율을 4 : 5로 조절하며,
상기 마이크로버블 발생기에서 발생하는 마이크로버블의 직경이 20 ~ 40 um이고,
재배식물은 상추인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.In the high salinity hydroponic cultivation method of hydroponics with a high salinity culture medium of NaCl with a concentration of 3% or more containing seawater,
Supplying microbubbles to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator,
The high salinity culture medium adjusts the nitrogen:calcium ratio in the culture to 4:5,
The diameter of the microbubbles generated in the microbubble generator is 20 ~ 40 um,
The cultivated plant is a high salinity hydroponics method, characterized in that it is lettuce.
상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.
The method of claim 1,
The cultivated plant absorbs minerals from seawater, and the hydroponics method using seawater, characterized in that the mineral content is high.
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