KR20170005796A - 재배 장치 및 재배 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 재배 장치는, 작물을 착생시키는 배지부와, 이 배지부에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구를 구비하는 재배 장치로서, 상기 배지부가, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 갖는다.

Description

재배 장치 및 재배 방법{CULTIVATION APPARATUS AND CULTIVATION METHOD}

본 발명은 재배 장치 및 재배 방법에 관한 것이다.

작물의 토양 재배에서는, 예컨대 연작 장해, 흙의 단단함에 의해 뿌리의 신장이 억제되는 것에 의한 작물 전체의 생육 장해, 해충의 영향이나 토양의 노후화에 의한 수확량의 저하 등 여러 가지 문제가 있다. 최근, 이들 문제를 해소하는 재배 방법으로서 수경 재배가 주목되어, 여러 가지 장치가 개발되고 있다.

이 수경 재배에서는, 일반적으로 배지를 사용하지 않고, 식물의 근부를 재배액 중에 직접 침지한다. 종래의 수경 재배에서는, 식물의 뿌리 썩음을 피하기 위해 근부에 산소를 많이 공급할 필요가 있어, 산기관(散氣管)이나 재배액 순환에 따라 공기를 보낼 수 있는 재배액 순환 펌프 등의 산소 보급 구조에 의해 근부로의 산소의 공급이 행해지고 있다(일본 특허 공개 제2013-9644호 공보 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-9644호 공보

그러나, 종래의 상기 재배 장치에 있어서는 산소가 충분히 공급되고 있다고는 하기 어려우며, 또한 장치의 관리 비용이 비싸지는 등의 문제점이 있다.

또한, 수경 재배와 같이 뿌리가 침지된 조건에서는, 물의 과잉 공급에 의해, 얻어지는 작물의 함수량 증대에 따른 식미의 저하를 초래하는 경우가 있다. 작물의 식미를 유지 또는 향상시키기 위해, 예컨대 건조 스트레스나 침투압 스트레스 등의 수분 스트레스를 가하는 것에 의한 고당도 처리를 행하는 것이 알려져 있지만, 보다 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있는 재배 장치가 요구되고 있다.

또한, 종래의 토양 재배에서는, 대량의 토양이 필요하게 된다. 그 때문에, 토양의 질량이 매우 커져 비계 등의 위에 농지를 마련하는 구성으로 하기 어려우며, 농지에 고저차가 있는 경우, 정지(整地)하기 위한 큰 노동력과 비용이 필요하게 된다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 작물에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있으며, 저비용으로 작물의 근부에 충분한 산소를 공급하여 뿌리 썩음을 피할 수 있고, 또한 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 저감할 수 있는 재배 장치 및 재배 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 일 양태에 따른 재배 장치는, 작물을 착생시키는 배지부와, 이 배지부에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구를 구비하는 재배 장치로서, 상기 배지부가, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 갖는 것인 재배 장치이다.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 재배 방법은, 작물을 착생시킨 배지부에 재배액을 공급하는 재배 방법으로서, 상기 배지부가, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 가지고, 상기 영역을 통해 작물에 재배액을 공급하는 것인 재배 방법이다.

본 발명의 실시형태에 따른 재배 장치 및 재배 방법에 따르면, 작물에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있으며, 저비용으로 작물의 근부에 충분한 산소를 공급하여 뿌리 썩음을 피할 수 있고, 또한 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 재배 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 재배 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 배지량 평가에 있어서의 수확량 및 당도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 농지 고저차 평가에 있어서의 포트 프레임의 배치를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 5는 온실 내 기온, 저류부 액온(液溫) 및 배지부 온도의 각 온도 변화를 나타내는 그래프이다.

[본 발명의 실시형태의 설명]

본 발명의 일 실시형태에 따른 재배 장치는, 작물을 착생시키는 배지부와, 이 배지부에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구를 구비하는 재배 장치로서, 상기 배지부가, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 갖는 것인 재배 장치이다.

상기 재배 장치는, 배지부가, 프레임과 이 프레임 내에 충전되는 입자를 가지고, 또한 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에서 모관 현상이 발현되어 재배액이 배지부 내에 공급되는 영역을 가짐으로써, 재배액의 과잉 공급을 피할 수 있어, 작물의 근부에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있다. 또한, 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 상기 영역은, 기상이 액상에 비해서 커서, 통기성이 우수하다. 이에 의해, 산소 공급 구조가 없더라도, 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 효과적으로 억제할 수 있어, 설비 비용 및 운전 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 영역에서 모관 현상을 발현시킬 수 있는 양(量)의 토양 등의 입자가 프레임 내에 충전되면 좋기 때문에, 종래의 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 대폭 저감할 수 있어, 배지부를 경량화할 수 있다. 이에 의해, 수지 파이프 등의 저렴한 재료로 형성한 비계 위에 농지를 마련하는 구성으로 할 수 있어, 비계의 조절에 의해 농지의 고저차를 용이하게 조정할 수 있다. 여기서, 「수분 스트레스」란, 예컨대 작물이 저습도의 상태에 노출되는 것에 의한 건조 스트레스 및 작물을 둘러싸는 환경이 고농도의 염분 때문에 고침투압이 되는 것에 의한 침투압 스트레스를 의미한다.

상기 재배액 공급 기구가, 재배액을 저류하는 저류부와, 상기 배지부와 저류부 사이에 배치되는 송액부를 가지고, 상기 송액부가, 저류부의 재배액을 모관 현상에 의해 배지부 내의 입자의 바닥부에 공급하면 좋다. 재배액 공급 기구가, 이러한 저류부 및 송액부를 구비함으로써, 배지부와 저류부를 격리하여도 배지부 내에 재배액을 용이하게 그리고 또한 확실하게 공급하는 것이 가능해진다. 또한, 저류부의 재배액을 모관 현상에 의해 배지부 내의 입자의 바닥부에 공급함으로써, 재배액이 저류부로부터 배지부에 일방향적으로 송액되기 때문에, 저류수를 통한 병해의 수평 전파를 방지할 수 있다.

상기 저류부 내의 재배액의 수위 또는 염분 농도를 조절하는 기구를 구비하면 좋다. 이와 같이, 저류부 내의 재배액의 수위 또는 염분 농도를 조절 가능하게 함으로써, 작물의 근부에 대하여 전술한 건조 스트레스 또는 침투압 스트레스를 제어할 수 있기 때문에, 수확하는 작물의 당도를 더욱 높일 수 있다.

상기 저류부 내의 재배액의 온도를 조절하는 온도 조절 기구를 구비하면 좋다. 이와 같이, 저류부 내의 재배액의 온도를 조절함으로써, 작물의 생육에 적절한 온도가 되도록 배지의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 재배액의 온도 조절에 필요한 운전 비용은, 기온을 조절하는 에어컨 등의 운전 비용보다 낮기 때문에, 종래의 에어컨 등에 의해 기온을 조절하는 경우에 비해서 저비용으로 배지 온도를 조절할 수 있다. 또한, 배지 온도는 재배액의 온도와 밀접하게 연동하기 때문에, 배지 온도를 조절하기 쉽다.

상기 프레임 중 적어도 바닥부가 방근 투수 시트인 것이 바람직하다. 이와 같이 프레임 중 적어도 바닥부를 방근 투수 시트로 함으로써, 배지부 내의 작물의 근부가 저류부에 침지되는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 뿌리 썩음 방지 및 수분 스트레스의 부여를 보다 효과적으로 발휘할 수 있다. 또한, 저류부의 오염을 방지할 수도 있다.

상기 입자로서는, 토양이 바람직하다. 이와 같이 상기 입자를 토양으로 함으로써, 충전 입자가 형성하는 층의 중층부가 모관 현상을 보다 확실하게 그리고 또한 효과적으로 발휘할 수 있다. 그 결과, 뿌리 썩음 방지 및 수분 스트레스의 부여를 보다 효과적으로 발휘할 수 있다.

상기 토양으로서는, 모래가 바람직하다. 이와 같이 상기 토양으로서 모래를 이용함으로써, 충전 입자가 형성하는 층의 중층부에 있어서 액상에 대한 기상의 비율을 더욱 높일 수 있어, 산소 공급 능력을 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 모래는 흙에 비해서 유기물 함량이 낮고 미생물 생식수도 적기 때문에 뿌리병이 발생하기 어렵다. 따라서, 수경 재배에서 필요한 재배액의 순환 필터 처리나, 재배 장치의 살균 등을 생략 또는 간략화할 수 있다. 또한, 모래는 물리 화학적으로 안정적이기 때문에, 오랜 세월 사용한 경우라도 연작 장해가 발생하기 어려워 계속적으로 사용할 수 있으며, 뿌리병도 발생하기 어렵다. 또한, 모래는 단립 구조이기 때문에, 단립 구조를 취하는 다른 토양보다 모관 현상의 재현성 및 물의 균일한 확산성이 높아, 수분 조절을 하기 쉽다. 그 결과, 저비용으로 고품질의 작물을 재배할 수 있다. 여기서, 「모래」란, 예컨대 미고결(未固結)의 파편의 퇴적물로 공극에 모관수가 보수(保水)되는 예컨대 직경이 0.01 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 쇄설물을 의미한다.

상기 충전 입자가 형성하는 층의 모관 상승 높이로서는, 3 ㎝ 이상 300 ㎝ 이하가 바람직하다. 이러한 모관 상승 높이로 함으로써, 장치 설계의 자유도가 높여지는 것 외에 농작업의 작업성을 향상시킬 수 있다.

상기 충전 입자는, 입경 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하의 단립(團粒)을 50 질량％ 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 충전 입자를 이러한 구성으로 함으로써, 상기 중층부가 모관 현상을 보다 효과적으로 발휘하고, 또한 중층부에 있어서의 액상에 대한 기상의 비율을 더욱 높임으로써 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 여기서, 「입경」이란, JIS-Z8801-1(2006)에 규정되는 체를 이용하며, 메쉬가 큰 체부터 순서대로 입자를 쳐서 체 위의 입자수와 각 체의 메쉬로부터 산출되는 입자의 평균 직경이다.

상기 충전 입자의 탭 밀도로서는, 1.00 g/㎤ 이상 3.00 g/㎤ 이하가 바람직하다. 이와 같이 입자의 탭 밀도를 전술한 범위 내로 함으로써, 상기 중층부가 모관 현상을 보다 효과적으로 발휘할 수 있고, 또한 중층부에 있어서의 액상에 대한 기상의 비율을 더욱 높임으로써 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 여기서, 「탭 밀도」란, 분체(粉體)의 부피 밀도를 의미하고, JIS-Z2512(2012)에 준거하여 측정되는 값이다.

또한, 별도의 본 발명의 일 양태에 따른 재배 방법은, 작물을 착생시킨 배지부에 재배액을 공급하는 재배 방법으로서, 상기 배지부가, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 가지고, 상기 영역을 통해 작물에 재배액을 공급하는 재배 방법이다.

상기 재배 방법은, 프레임 내의 충전 입자가 형성하는 층의 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역으로부터 작물에 재배액이 공급되기 때문에, 재배액의 과잉 공급을 피할 수 있어, 작물의 근부에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있다. 또한, 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 상기 영역은, 기상이 액상에 비해서 커서 통기성이 우수하기 때문에, 산소 공급 구조가 없더라도, 작물의 근부에 충분한 산소를 공급할 수 있어 뿌리 썩음을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 재배 방법은, 상기 영역에서 모관 현상을 발현시킬 수 있는 양의 토양 등의 입자를 프레임 내에 충전하면 좋기 때문에, 종래의 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 대폭 저감할 수 있어, 배지부를 경량화할 수 있다. 이에 의해, 상기 재배 방법은, 수지 파이프 등의 저렴한 재료로 형성한 비계의 위에 농지를 마련하는 구성으로 할 수 있고, 비계의 조절에 의해 농지의 고저차를 용이하게 조정할 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 상세]

이하, 본 발명에 따른 재배 장치의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

〔제1 실시형태〕

도 1에 나타내는 상기 재배 장치(1)는, 작물(P)을 착생시키는 배지부(2)와, 이 배지부(2)에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구(20)를 주로 구비한다. 배지부(2)는, 프레임(4)과, 이 프레임(4) 내에 충전되는 충전 입자(5)와, 이 충전 입자(5)가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역(6)을 갖는다. 또한, 재배액 공급 기구(20)는, 재배액을 저류하는 저류부(3)와, 재배액을 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급하는 송액부(7)를 갖는다. 또한, 상기 재배 장치(1)는, 상기 저류부(3) 내의 재배액의 수위 및 염분 농도를 조절하는 수위 염분 농도 조절 기구(21), 방근 투수 시트(8), 제1 방수 시트(9a) 및 제2 방수 시트(9b)를 구비한다.

<배지부>

배지부(2)는, 프레임(4)과, 이 프레임(4) 내에 충전되는 충전 입자(5)와, 이 충전 입자(5)가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역(6)을 가지고, 작물(P)을 착생시키는 부분이다.

(프레임)

프레임(4)은, 충전 입자(5)를 유지하며, 작물(P)의 뿌리가 프레임(4) 밖으로 관통하는 것을 방지한다.

프레임(4)은 바닥을 갖는 통형체이다. 프레임(4)의 평면 형상으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 수송의 관점에서는 중첩 가능한 형상이 바람직하고, 원형이 보다 바람직하다. 또한, 프레임(4)의 바닥부는 방근 투수 시트(8)로 구성된다. 이와 같이 프레임(4)의 적어도 바닥부를 방근 투수 시트(8)로 함으로써, 배지부(2) 내의 작물(P)의 근부가 저류부(3)에 침지되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 프레임(4)의 바닥부뿐만 아니라, 측부 및 상부도 방근 투수 시트(8)로 하는 구성으로 하여도 좋지만, 배지부(2)의 보수성(保水性)을 높이는 관점에서는 바닥면만을 방근 투수 시트(8)로 하는 것이 바람직하다.

프레임(4)의 평균 내경의 하한으로서는, 6 ㎝가 바람직하고, 9 ㎝가 보다 바람직하다. 한편, 프레임(4)의 평균 내경의 상한으로서는, 23 ㎝가 바람직하고, 15 ㎝가 보다 바람직하다. 프레임(4)의 평균 내경이 상기 하한 미만인 경우, 작물(P)의 근부가 충분히 넓어질 수 없어 생육 불량이 될 우려가 있다. 반대로, 프레임(4)의 평균 내경이 상기 상한을 넘는 경우, 배지부(2)의 질량이 지나치게 커질 우려가 있다. 또한, 「평균 내경」이란, 프레임(4)의 평면에서 보아 내면 형상과 동일 면적의 원의 직경(진원 환산 직경)을, 프레임(4)의 높이 방향으로 평균한 값을 의미한다.

프레임(4)의 바닥부[방근 투수 시트(8)]를 제외한 부분을 구성하는 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 통기성과 투수성을 갖는 종이, 시트형의 수지 등을 들 수 있다. 시트형의 수지는 직포이어도 좋고 부직포이어도 좋으며, 그 중에서도 다공질 수지 필름이 바람직하고, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지제 필름을 연신시킨 다공질 수지 필름이 보다 바람직하다.

방근 투수 시트(8)는, 프레임(4)의 바닥면 부분에만 배치하여도 좋지만, 도 1에 나타내는 바와 같이 평면에서 보아 프레임(4) 이외의 영역에도 부설(敷設)하여도 좋다. 방근 투수 시트(8)는, 투수성을 갖기 때문에, 이와 같이 부설함으로써 재배액의 송액을 방해하지 않고, 방수, 차광 등의 기능이 발휘된다. 또한, 프레임(4)의 바닥부와 방근 투수 시트(8)는 접착되어 있어도 좋고, 프레임(4)을 방근 투수 시트(8) 위에 배치하여도 좋다.

방근 투수 시트(8)의 소재로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 종이, 직포 등을 들 수 있다.

방근 투수 시트(8)의 평균 두께의 하한으로서는, 0.1 ㎜가 바람직하고, 0.2 ㎜가 보다 바람직하다. 한편, 방근 투수 시트(8)의 평균 두께의 상한으로서는, 5 ㎜가 바람직하고, 3 ㎜가 보다 바람직하다. 방근 투수 시트(8)의 평균 두께가 상기 하한 미만인 경우, 방근성이 손상될 우려가 있다. 반대로, 방근 투수 시트(8)의 평균 두께가 상기 상한을 넘는 경우, 방근 투수 시트(8)의 비용이 지나치게 비싸질 우려가 있다.

(입자)

프레임(4) 내에 충전되는 충전 입자(5)가 형성하는 층의 중층부 및 하층부가, 모관 현상을 발현시키는 재배액 공급 영역(6)에 포함된다. 충전 입자(5)로서는, 충전에 의해 형성되는 층이 모관 현상을 발현시키는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 토양, 파미스 샌드(pumice sand) 등의 미립 경석, 다공성의 화산암의 분쇄입자, 입상의 암면, 코랄 샌드, 산호, 목탄 등을 들 수 있다. 이들은 2종 이상을 혼합하여 이용하여도 좋다. 이들 중, 양호한 모관 현상이 확보되고, 또한 불필요해진 경우에 자연토로 되돌릴 수 있다는 관점에서, 충전 입자(5)로서는 토양이 바람직하다.

상기 토양으로서는, 예컨대 시판되는 원예용 배토, 버미큘라이트, 벤토나이트, 제올라이트, 모래, 녹소토, 적옥토, 진사토 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 모래가 바람직하다. 상기 토양으로서 모래를 이용함으로써, 액상에 대한 기상의 비율을 더욱 높여, 산소 공급 능력을 효과적으로 높일 수 있다. 이에 의해, 산소 공급 구조가 없더라도, 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 모래는 일반적인 배토에 비해서 유기물 함량이 낮고 미생물 생식수도 적기 때문에 뿌리병이 발생하기 어렵다.

충전 입자(5)의 단입자의 입경의 하한으로서는, 0.1 ㎜가 바람직하고, 0.15 ㎜가 보다 바람직하다. 한편, 상기 입경의 상한으로서는, 1 ㎜가 바람직하고, 0.6 ㎜가 보다 바람직하다. 상기 입경이 상기 하한 미만인 경우, 재배액 공급 영역(6)의 공극 부분이 지나치게 적어져 과습 상태가 되어 잡균이 번식하기 쉬워질 우려가 있다. 반대로, 상기 입경이 상기 상한을 넘는 경우, 재배액 공급 영역(6)의 공극이 커져 모관 현상이 약해져, 소정의 양의 재배액을 근부에 급수할 수 없게 될 우려가 있다.

충전 입자(5)의 입경이 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하인 단입자의 함유 비율의 하한으로서는, 50 질량％가 바람직하고, 80 질량％가 보다 바람직하다. 상기 단입자의 함유 비율이 상기 하한 미만인 경우, 재배액 공급 영역(6)이 발휘하는 모관 현상이 약해져, 소정의 양의 재배액을 근부에 급수할 수 없게 될 우려가 있다.

충전 입자(5)를 구성하는 입자의 탭 밀도의 하한으로서는, 1.00 g/㎤가 바람직하고, 1.65 g/㎤가 보다 바람직하며, 1.70 g/㎤가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 입자의 탭 밀도의 상한으로서는, 3.00 g/㎤가 바람직하고, 1.85 g/㎤가 보다 바람직하며, 1.83 g/㎤가 더욱 바람직하다. 상기 입자의 탭 밀도가 상기 하한 미만인 경우, 재배액 공급 영역(6)의 공극이 커져 모관 현상이 약해져, 소정의 양의 재배액을 근부에 급수할 수 없게 될 우려가 있다. 반대로, 상기 입자의 탭 밀도가 상기 상한을 넘는 경우, 재배액 공급 영역(6)의 공극 부분이 지나치게 적어져 과습 상태가 되어 잡균이 번식하기 쉬워질 우려가 있다.

충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 상승 높이의 하한으로서는, 3 ㎝가 바람직하고, 10 ㎝가 보다 바람직하며, 20 ㎝가 더욱 바람직하다. 한편, 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 상승 높이의 상한으로서는, 300 ㎝가 바람직하고, 200 ㎝가 보다 바람직하며, 40 ㎝가 더욱 바람직하다. 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 상승 높이를 전술한 범위로 함으로써, 장치 설계의 자유도를 높일 수 있는 것 외에, 농작업의 작업성을 향상시킬 수 있다. 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 상승 높이가 상기 하한 미만인 경우, 작물(P)의 근부에 재배액을 급수할 수 없어 작물(P)이 생육 불량이 될 우려가 있다. 반대로, 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 상승 높이가 상기 상한을 넘는 경우, 근부에 수분 스트레스를 부여하기 어려워질 우려가 있다.

또한, 모관 상승 높이[h(m)]는, 재배액의 표면 장력(N/m)을 T, 재배액의 접촉각(°)을 θ, 재배액의 밀도(kg/㎥)를 ρ, 중력(m/s²)을 g, 충전 입자(5)의 질량 10％ 입자 직경(m)을 r로 하면, 아래 식 (1)로 구해진다. 여기서, 「질량 10％ 입자 직경」이란, JIS-A1204(2009) 「흙의 입도 시험 방법」에 준거하여, 입경 가적(加積) 곡선으로부터 판독되는 통과 질량 백분율이 10％일 때의 입경(D)[10％ 입경(D₁₀)]을 의미한다.

h=2Tcosθ/ρgr···(1)

하나의 프레임(4)에 있어서, 재배액 공급 영역(6)의 프레임(4)의 바닥면으로부터의 높이가 0 ㎝의 위치에 있어서의 재배액의 평균 유속의 하한으로서는, 0.2 L/hr이 바람직하고, 0.3 L/hr이 보다 바람직하다. 상기 재배액의 평균 유속이 상기 하한 미만이면, 작물(P)이 필요로 하는 흡수 속도에 도달하지 못하기 때문에, 물 끊김에 의해 작물(P)이 시들 우려가 있다. 또한, 평균 유속이란, 프레임(4)의 바닥면을 통과하여 재배액 공급 영역(6)에 이르는 재배액의 통과량(L)을 5개 이상의 독립된 프레임(4)으로 측정하여 얻어지는 수치의 평균값이다.

재배액 공급 영역(6)에 있어서의 재배액의 평균 유속이 충분히 큰 조건에서는, 작물(P)의 흡수 속도가 평균 유속 이하가 되는 지점이 재배액 공급 영역(6)에 존재하기 때문에, 작물(P)은 제한없이 흡수한다[이때의 흡수량을 최대 흡수 일량(日量)이라고 함]. 이 상태로부터 후술하는 저류부(3)의 액면의 수위가 조금씩 내려가면, 서서히 급수 속도가 느려져서 흡수에 제한이 걸린다(이때의 흡수량을 제한 흡수 일 량이라고 함). 상기 재배 장치(1)에서 작물(P)의 흡수 일량은 물 소비 일량으로부터 개산(槪算)할 수 있기 때문에, 흡수량을 임의의 비율로 제한할 수 있다. 재배액의 평균 유속이 제한되어도 급수는 계속되기 때문에, 급수량을 제한하는 경우와 비교하여 배지부(2)는 건조해지기 어려워, 근부가 상할 우려는 작다. 급수 속도 제한에 의한 배지부(2)의 보수량의 저하는, 배지부(2)의 중량의 저하에 의해서도 계측될 수 있다. 그 때문에, 관리자는 고가의 수분 센서가 없어도 수분을 관리할 수 있다.

충전 입자(5)의 충전 높이의 하한으로서는, 1 ㎝가 바람직하고, 3 ㎝가 보다 바람직하며, 5 ㎝가 더욱 바람직하다. 한편, 충전 입자(5)의 충전 높이의 상한으로서는, 50 ㎝가 바람직하고, 30 ㎝가 보다 바람직하며, 15 ㎝가 더욱 바람직하다. 충전 입자(5)의 충전 높이가 상기 하한 미만인 경우, 작물(P)의 뿌리가 재배액 공급 영역(6)의 모관 구조를 파괴함으로써, 생육 불량이 될 우려가 있다. 반대로, 충전 입자(5)의 충전 높이가 상기 상한을 넘는 경우, 배지부(2)의 질량이 지나치게 커질 우려가 있다.

재배액 공급 영역(6)의 재배액의 보수량의 하한으로서는, 0.04 L가 바람직하고, 0.05 L가 보다 바람직하며, 0.10 L가 더욱 바람직하다. 한편, 재배액 공급 영역(6)의 재배액의 보수량의 상한으로서는, 2 L가 바람직하고, 1.5 L가 보다 바람직하며, 0.6 L가 더욱 바람직하다. 재배액 공급 영역(6)의 재배액의 보수량이 상기 하한 미만인 경우, 상기 재배 장치(1)의 고장 등에 의해 저류부(3)로부터의 급수가 상실된 경우에, 작물(P)이 전멸할 위험이 높아지는 경우가 있다. 반대로, 재배액의 보수량이 상기 상한을 넘는 경우, 배지부(2)의 질량이 커질 우려가 있거나, 보수량의 조절이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 보수량이란, 보수 상태의 배지부(2)의 질량으로부터 건조 상태의 배지부(2)의 질량을 뺀 값을 체적 환산한 것을 말한다.

<재배액 공급 기구>

재배액 공급 기구(20)는, 재배액을 저류하는 저류부(3)와, 배지부(2)와 저류부(3) 사이에 배치되는 송액부(7)를 갖는다.

(송액부)

송액부(7)는 시트체이다. 송액부(7)는, 배지부(2)와 저류부(3) 사이에, 그 일부가 후술하는 저류부(3) 내에 침지되도록 배치되어 있고, 저류부(3)의 재배액을 모관 현상에 의해 양수하여, 방근 투수 시트(8)를 통해 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급한다. 재배액 공급 기구(20)가 송액부(7)를 가짐으로써, 배지부(2)와 저류부(3)를 격리하여도 배지부(2) 내에 재배액을 용이하게 그리고 또한 확실하게 공급하는 것이 가능해진다.

송액부(7)는, 모관 현상에 의해 재배액을 양수하여, 충전 입자(5)의 바닥부에 공급할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 부직포, 암면 시트, 펠트 시트, 우레탄 시트 등을 들 수 있다. 이들 중, 적절한 모관 현상의 발현 및 적절한 흡수율의 발휘라는 관점에서, 부직포가 바람직하다.

송액부(7)의 투수율의 하한으로서는, 0.01％가 바람직하고, 1％가 보다 바람직하다. 한편, 송액부(7)의 투수율의 상한으로서는, 40％가 바람직하고, 30％가 보다 바람직하다. 송액부(7)의 투수율이 상기 하한 미만인 경우, 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급되는 재배액의 양이 불충분해질 우려가 있다. 반대로, 송액부(7)의 투수율이 상기 상한을 넘는 경우, 송액부(7) 나아가서는 상기 재배 장치(1)의 비용이 지나치게 비싸질 우려가 있다. 여기서, 투수율이란, 평면형의 송액부(7)의 표면으로부터 물을 살포하였을 때에 송액부(7)의 이면에 통과된 물의 비율을 나타낸다.

송액부(7)의 평균 두께의 하한으로서는, 0.5 ㎜가 바람직하고, 0.7 ㎜가 보다 바람직하다. 한편, 송액부(7)의 평균 두께의 상한으로서는, 2 ㎜가 바람직하고, 1.5 ㎜가 보다 바람직하다. 송액부(7)의 평균 두께가 상기 하한 미만인 경우, 송액부(7)의 강도가 저하되어 파단될 우려가 있다. 반대로, 송액부(7)의 평균 두께가 상기 상한을 넘는 경우, 송액부(7)의 비용이 비싸질 우려가 있다.

송액부(7)의 양수 높이의 하한으로서는, 3 ㎝가 바람직하고, 10 ㎝가 보다 바람직하며, 20 ㎝가 더욱 바람직하다. 한편, 송액부(7)의 양수 높이의 상한으로서는, 300 ㎝가 바람직하고, 200 ㎝가 보다 바람직하며, 40 ㎝가 더욱 바람직하다. 송액부(7)의 양수 높이가 상기 하한 미만인 경우, 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급되는 재배액의 양이 불충분해져 물 끊김이 발생할 우려가 있다. 반대로, 송액부(7)의 양수 높이가 상기 상한을 넘는 경우, 송액부(7)의 비용이 비싸질 우려가 있다. 여기서, 양수 높이란, 이하의 방법으로 측정된다. 우선, 송액부(7)를 폭 4 ㎝, 길이 120 ㎝로 절단한 시트를, 평균 두께 0.03 ㎜의 폴리에틸렌 필름으로 피복한 것(열 압착을 통해 주머니형으로 된 필름에 시트를 삽입하고 둘레를 피복함)을 측정 샘플로 하고, 측정 샘플이 연직으로 현수되도록 한 프레임에 셋팅된다. 이때, 상부 및 하부를 5 ㎝ 개방하여 액면에 접하게 되도록 한다. 그리고, 24시간 동안 액면으로부터 양수한 높이를 5회 측정한 값의 평균값을 양수 높이로 한다.

(저류부)

저류부(3)는, 재배액을 유지하는 비투수성의 저류조로 구성된다. 저류부(3)는 배지부(2)와 이격하여 배치된다. 구체적으로, 저류부(3)는, 배지부(2)의 하방 또한 평면에서 보아 배지부(2)와 중복되지 않는 영역에 배치되어 있다. 이러한 영역에 저류부(3)를 배치함으로써, 작물(P)의 뿌리가 저류부(3)에 침입하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있으며, 복수의 배지부(2)에서 하나의 저류부(3)를 공유할 수 있다. 또한, 저류부(3)의 저류조는, 상방이 개방되어 재배액의 공급을 용이하게 하며, 바닥면 및 측면에는 제2 방수 시트(9b)가 부설되어 재배액의 누출을 방지하고 있다. 제1 방수 시트(9a)와 제2 방수 시트(9b)는 1장의 시트로부터 형성되어도 좋다.

저류부(3) 내에는 송액부(7)의 일부가 침지되어 있고, 재배액은 이 송액부(7)를 통해 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급된다. 재배액은 저류부(3)로부터 배지부(2)에 일방향적으로 송액되기 때문에, 수경 재배에서 나타나는, 저류수를 통한 병해의 수평 전파를 방지할 수 있다.

저류부(3)가 유지하는 재배액은, 비료를 포함하는 것이 바람직하다. 비료는, 저류부(3)에 있어서 잡균이 번식하는 것을 억제할 수 있다는 관점에서, 화학 비료를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 비료는, 재배액뿐만 아니라, 배지부(2) 내에 직접 부여하여도 좋다.

저류부(3)의 상부는, 차광재로 차광되어 있는 것이 바람직하다. 이 차광재로서는, 예컨대 방근 투수 시트(8), 제1 방수 시트(9a) 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 저류부(3)가 차광됨으로써, 저류부(3)에 있어서 수초가 번식하는 것을 억제할 수 있다. 덧붙여, 상기 재배 장치(1)에 있어서는, 저류부(3)가 유지하는 재배액이 작물(P)의 뿌리에 직접 접촉하지 않는다. 이들의 상승 효과로, 저류부(3)는 청결한 상태가 유지되며, 재배액을 여과 처리하지 않더라도 잡균의 번식이 억제된다.

<방수 시트>

제1 방수 시트(9a)는, 배지부(2) 설치 영역 이외의 영역의 방근 투수 시트(8) 및 송액부(7)의 상면측에 적층되는 시트이며, 재배액이 증발되는 것, 누출된 재배액 등이 저류부(3)에 혼입하는 것 등을 방지한다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1 방수 시트(9a)는, 차광재로서의 기능도 발휘할 수 있다.

제2 방수 시트(9b)는, 방근 투수 시트(8)와 송액부(7) 또는 저류부(3)의 하면측에 적층되는 시트이며, 상기 재배 장치(1)를 예컨대 지표와 격리함으로써, 누출된 재배액이 지하에 침투하는 것을 방지할 수 있다.

제1 방수 시트(9a) 및 제2 방수 시트(9b)로서는, 물과 작물(P)의 뿌리를 통과시키지 않는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 폴리올레핀계 필름, 불소 수지계 필름, 생분해성 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.

<수위 염분 농도 조절 기구>

수위 염분 농도 조절 기구(21)는, 배지부(2)의 충전 입자(5) 중에 매립된 수분 센서(11) 및 수분 장력 센서(12)와, 이들 센서의 측정값에 기초하여 저류부(3)에 보충하여 공급하는 재배액의 공급량 및 염분 농도를 조절하는 제어부(13)를 갖는다.

수분 센서(11)는, 배지부(2)가 유지하는 수분량을 검출하고, 수분 장력 센서(12)는, 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력을 검출한다. 제어부(13)는, 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력에 기초하여, 작물(P)에 알맞은 건조 스트레스가 가해지도록, 공급관(14)으로부터 저류부(3)로의 재배액의 공급량을 제어하여, 저류부(3) 내의 재배액의 수위를 조절한다. 저류부(3) 내의 재배액의 수위를 승강시킴으로써 모관 상승 후의 배지부(2) 내의 액면 높이를 조절할 수 있다. 따라서, 이와 같이 저류부(3) 내의 재배액의 수위를 조절함으로써, 고당도 처리를 위한 건조 스트레스를 가할 수 있어, 작물(P)의 식미의 향상을 도모할 수 있다.

종래의 수경 재배에서는 작물에 대한 재배액의 공급량을 감소시키도록 제어하는 것이 곤란하지만, 상기 재배 장치(1)에서는, 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력에 기초하여 모관 상승 후의 배지부(2) 내의 액면 높이를 조절할 수 있기 때문에, 작물(P)에 대한 재배액의 공급량을 감소시키도록 조절할 수 있다.

또한, 제어부(13)는, 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력에 기초하여, 작물(P)에 알맞은 침투압 스트레스가 가해지도록, 공급관(14)으로부터 저류부(3)에 공급하는 재배액에 첨가하는 염분의 양을 조절한다. 이에 의해, 작물(P)의 근부에 대한 재배액의 침투압을 조절할 수 있기 때문에, 고당도 처리를 위한 침투압 스트레스를 가할 수 있어, 작물(P)의 식미의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 이와 같이 재배액에 염분을 첨가하는 경우, 작물(P)의 근부로부터 흡수되는 재배액의 염분 농도를 조절할 만큼의 양의 염분만을 첨가하면 좋기 때문에, 종래의 수경 재배에서 염분을 직접 첨가하는 경우에 비해 염분의 사용량을 줄일 수 있다.

상기 재배 장치(1)는, 이와 같이 수위 조절과 함께 염분 농도를 조절하기 때문에, 보다 적은 염분의 첨가량으로, 효과적으로 작물(P)에 대하여 수분 스트레스를 가할 수 있다.

[재배 방법]

상기 재배 방법은, 작물(P)을 착생시킨 배지부에 재배액을 공급하는 재배 방법으로서, 상기 배지부(2)가, 프레임(4)과, 이 프레임(4) 내에 충전되는 충전 입자(5)와, 이 충전 입자(5)가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역(6)을 가지고, 상기 재배액 공급 영역(6)을 통해 작물(P)에 재배액을 공급하는 것인 재배 방법이다.

상기 재배 방법은, 보다 구체적으로는, 송액부(7)에 의해 배지부(2)에 재배액을 공급하는 공정(재배액 공급 공정)과, 배지부(2)에 공급하는 재배액을 유지하는 저류부(3)의 수위의 조절에 의해 작물(P)에 건조 스트레스를 가하는 공정(건조 스트레스 공정)과, 배지부(2)에 공급하는 재배액의 염분 농도의 조절에 의해 작물(P)에 침투압 스트레스를 가하는 공정(침투압 스트레스 공정)을 구비한다.

<재배액 공급 공정>

재배액 공급 공정에서는, 송액부(7)가 저류부(3)에서 유지되는 재배액을 배지부(2)의 바닥부까지 송액한다. 이 재배액은, 프레임(4) 내의 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 현상에 의해 배지부(2)의 재배액 공급 영역(6)에 공급된다. 구체적으로, 재배액을 유지하는 저류부(3)로부터, 송액부(7)의 모관 현상에 의해 재배액을 양수하여, 방근 투수 시트(8)를 통해 배지부(2) 내의 충전 입자(5)의 바닥부에 공급한다. 그리고, 충전 입자(5)의 바닥부에 송액된 재배액은, 충전 입자(5)가 형성하는 층의 모관 현상에 의해 재배액 공급 영역(6)을 통해 작물(P)의 근부에 공급된다.

재배액 공급 공정에서는, 배지부(2)로의 재배액의 공급 상태에 따라 작물(P)에 알맞은 공급량의 재배액을 저류부(3)에 보충한다. 구체적으로는, 수분 센서(11) 및 수분 장력 센서(12)에 의해 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력을 검출하고, 이들 검출 결과에 기초하여 제어부(13)가 재배액을 저류부(3)에 보충하여 공급한다. 이에 의해, 작물(P)에 연속적으로 재배액을 공급할 수 있다.

<건조 스트레스 공정>

건조 스트레스 공정에서는, 배지부(2)로의 재배액의 공급 상태에 따라 재배액을 유지하는 저류부(3)의 수위를 조절하고, 이 수위의 조절에 의해 건조 스트레스를 가한다. 구체적으로는, 수분 센서(11) 및 수분 장력 센서(12)에 의해 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력을 검출하고, 이들 검출 결과에 기초하여 제어부(13)가 저류부(3)에 보충하는 재배액의 공급량을 조절한다. 저류부(3)로의 재배액의 공급량의 이러한 조절에 의해, 저류부(3) 내의 재배액의 수위를 조절한다. 이와 같이 하여 저류부(3) 내의 재배액의 수위를 승강시킴으로써 모관 상승 후의 배지부(2) 내의 액면 높이를 조절하여, 작물(P)에 대하여 적절한 건조 스트레스를 가한다.

<침투압 스트레스 공정>

침투압 스트레스 공정에서는, 배지부(2)로의 재배액의 공급 상태에 따라 배지부(2)에 공급하는 재배액의 염분 농도를 조절하고, 이 재배액의 염분 농도의 조절에 의해 침투압 스트레스를 가한다. 구체적으로는, 수분 센서(11) 및 수분 장력 센서(12)에 의해 배지부(2) 내의 수분량 및 충전 입자(5)들 사이의 수분 장력을 검출하고, 이들 검출 결과에 기초하여 제어부(13)가 저류부(3)에 공급되는 재배액에 첨가하는 염분의 양을 조절한다. 이에 의해, 작물(P)의 근부에 대한 재배액의 침투압을 조절하여, 작물(P)에 대하여 적절한 침투압 스트레스를 가한다.

<이점>

상기 재배 장치는, 프레임 내의 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상을 발현시켜 재배액이 배지부 내에 공급되는 재배액 공급 영역을 갖기 때문에, 재배액의 과잉 공급을 피할 수 있어, 작물의 근부에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있다. 또한, 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역은, 기상이 액상에 비해서 커서 통기성이 우수하기 때문에, 상기 재배 장치는, 산소 공급 구조가 없더라도, 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 재배 장치는, 재배액 공급 영역에서 모관 현상을 발현시킬 수 있는 양의 토양 등의 입자를 프레임 내에 충전하면 좋고, 종래의 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 대폭 줄일 수 있기 때문에, 배지부를 경량화할 수 있다. 이에 의해, 상기 재배 장치는, 수지 파이프 등의 저렴한 재료로 형성한 비계 위에 농지를 마련하는 구성으로 할 수 있어, 비계의 조절에 의해 농지의 고저차를 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 상기 재배 장치는 하방 관수이기 때문에, 상방 관수보다 절수가 가능하다. 이것은, 배지부의 상층의 보수량이 비교적 낮아 증발이 발생하기 어렵기 때문이다. 이와 같이 증발이 발생하기 어렵기 때문에, 온실의 습도 관리와 관수 관리가 간섭하기 어렵다. 상기 재배 장치에는 저류부의 저류조가 비투수성이기 때문에 더욱 절수가 가능하며, 배수가 없는 완전 폐쇄적인 재배 장치를 구축 가능하다. 또한, 증발에 의한 수분의 유망(流亡)이 극히 작기 때문에, 재배액의 소비량을 거의 정확하게 계측할 수 있어, 흡수량을 통한 식물 생육의 정량화가 가능해진다. 또한, 이와 같이 배지부로부터의 증발량이 작아, 배지부에 유지된 수분에 염류가 용출되기 때문에, 상방 관수나 모관 수경에 비해서 염류 집적이 발생하기 어렵다고 하는 장점이 있다. 또한, 배지부를 플러싱(flushing)하는 것도 용이하다.

또한, 상기 재배 장치는, 배지량을 최소화함으로써, 배지부에 유지되는 재배액의 소비 속도를 높일 수 있어, 저류부 중의 재배액과 배지부 중의 재배액이 거의 균질해진다. 이에 의해 다른 배지경에 비해서 재배액의 변경의 영향도 바로 얻을 수 있어, 배지부 중의 pH의 조정 등이 용이해진다.

〔제2 실시형태〕

도 2에 나타내는 상기 재배 장치(31)는, 작물(P)을 착생시키는 배지부(32)와, 이 배지부(32)에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구를 주로 구비한다. 배지부(32)는, 프레임(34)과, 이 프레임(34) 내에 충전되는 충전 입자(35)와, 이 충전 입자(35)가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역(36)을 갖는다. 또한, 재배액 공급 기구는, 재배액을 저류하는 저류부(33)에 의해 구성된다. 또한, 상기 재배 장치(31)는, 상기 저류부(33) 내의 재배액의 수위를 조절하는 수위 조절 기구(38)와, 저류부(33) 내의 재배액의 온도를 조절하는 온도 조절 기구를 구비한다.

제1 실시형태의 재배 장치(1)는, 저류부(3)와 배지부(2)가 격리되어 있었던 데 비하여, 상기 재배 장치(31)는, 저류부(33)와 배지부(32)를 격리시키지 않으며, 재배액 공급 기구가 송액부를 갖고 있지 않은 점에서 제1 실시형태의 재배 장치(1)와 상이하다. 또한, 상기 재배 장치(31)는, 송액부를 갖고 있지 않기 때문에, 재배 장치(1)가 구비하는 방근 투수 시트(8), 제1 방수 시트(9a) 및 제2 방수 시트(9b) 등을 구비하지 않는다. 이하, 제1 실시형태의 재배 장치(1)와 상이한 점에 대해서 설명한다.

<배지부>

배지부(32)는, 프레임(34)과, 이 프레임(34) 내에 충전되는 충전 입자(35)와, 이 충전 입자(35)가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 재배액 공급 영역(36)을 가지며, 작물(P)을 착생시키는 부분이다.

프레임(34)은, 재배액이 통과하고 충전 입자(35)는 통과하지 못하는 복수의 미소한 관통 구멍이 바닥부에 형성되어 있고, 저류부(33)의 바닥에 배치된 복수의 대(臺)(37) 위에 배치되어 있다. 이 프레임(34)은, 바닥부가 재배액에 침지되어 있고, 충전 입자(35)의 침지 부분은 재배액이 침입한 재배액 침윤층이 되며, 충전 입자(35)의 재배액 침윤층의 상방이 전부 재배액 공급 영역(36)이 된다. 상기 재배 장치(31)는, 재배액 침윤층에 있어서 산소가 부족하기 쉽기 때문에, 작물(P)의 뿌리는 재배액 침윤층으로 신장되기 어렵다.

또한, 프레임(34)의 바닥부를 제외한 부분, 예컨대 측면을 구성하는 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 제1 실시형태의 프레임(4)의 바닥부를 제외한 부분, 예컨대 측면과 동일한 재료를 이용할 수 있다. 즉, 통기성과 투수성을 갖는 종이, 시트형의 수지 등을 들 수 있다. 시트형의 수지는 직포이어도 좋고 부직포이어도 좋으며, 그 중에서도 다공질 수지 필름이 바람직하고, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지제 필름을 연신한 다공질 수지 필름이 보다 바람직하다.

<재배액 공급 기구>

재배액 공급 기구는, 재배액을 저류하는 저류부(33)로 구성된다.

(저류부)

저류부(33)는, 바닥에 복수의 대(37)가 배치되고, 이들 대(37) 위에 배지부(32)가 배치된다. 저류부(33)에는, 소정의 수위의 재배액이 유지되고, 프레임(34)의 바닥부가 이 재배액에 침지되도록 배지부(32)가 저류부(33) 내에 배치된다. 또한, 하나의 저류부(33) 내에 복수의 배지부(32)가 배치되는 것이 바람직하다. 하나의 저류부(33) 내에 복수의 배지부(32)를 배치함으로써, 이들 복수의 배지부(32)에 대한 건조 스트레스를 동시에 그리고 또한 동등하게 조절할 수 있다.

<수위 조절 기구>

수위 조절 기구(38)는, 저류부(33) 내에 부설된 수위계(39)와, 수위계(39)로 검출되는 수위에 기초하여 저류부(33)로의 재배액의 공급량을 조절하는 제어부(40)를 구비한다.

수위계(39)는, 저류부(33) 내의 재배액의 수위를 검출하고, 그 검출 결과를 제어부(40)에 통지한다.

제어부(40)는, 수위계(39)로 검출된 수위에 기초하여 저류부(33)에 보충하여야 할 재배액의 공급량을 구함으로써, 공급관(41)을 통해 재배액을 공급한다. 예컨대, 저류부(33) 내의 수위가 항상 일정해지도록 제어부(40)가 재배액의 공급량을 제어함으로써, 재배액을 자동 공급할 수 있어, 관리자가 물을 주는 수고의 생력화를 도모할 수 있다.

또한, 제어부(40)에 의한 저류부(33)로의 재배액의 공급량의 제어에 의해, 건조 스트레스를 가하도록 저류부(33)의 수위를 조절하여도 좋다. 전술한 바와 같이, 저류부(33) 내의 재배액의 수위를 승강시킴으로써 모관 상승 후의 배지부(32) 내의 액면 높이를 조절할 수 있기 때문에, 저류부(33)로의 재배액의 공급량을 제어함으로써, 작물(P)에 대하여 적절한 건조 스트레스를 가할 수 있다.

또한, 제어부(40)에 의해, 저류부(33)에 공급되는 재배액에 첨가하는 염분의 양을 조절하여도 좋다. 제어부(40)는, 수위계(39)로 검출된 수위로부터 저류부(33) 내에 유지되는 재배액량을 검출할 수 있기 때문에, 이 재배액량으로부터 작물(P)에 알맞은 침투압 스트레스가 가해지는 염분의 첨가량을 구할 수 있다. 이에 의해, 작물(P)의 근부에 대한 재배액의 침투압을 조절할 수 있기 때문에, 작물(P)에 대하여 적절한 침투압 스트레스를 가할 수 있다. 또한, 침투압 스트레스를 조절하는 경우, 제1 실시형태의 재배 장치(1)와 같이 배지부(32) 내의 수분량 및 충전 입자(35)들 사이의 수분 장력을 검출할 수 있는 기구를 구비함으로써, 보다 적절한 침투압을 가할 수 있다.

<온도 조절 기구>

온도 조절 기구는, 예컨대 배지부(32)의 충전 입자(35)에 매립되어 배치되는 온도계(42)와, 제어부(40)에 배치되어, 제어부(40)로부터 저류부(33)에 공급하는 재배액을 가열하는 히터(43)를 구비한다.

발명자들은, 후술하는 배지 온도 조사에 의해, 배지부의 온도가 온실 내의 기온보다 재배액의 온도에 밀접하게 연동된다는 것을 발견하였다. 이에 의해, 종래의 에어컨 등으로 온실 내의 기온을 조절하는 것보다, 배지부에 공급하는 재배액의 온도를 조절하는 쪽이, 배지부의 온도를 효율적으로 조절할 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 온도 조절 기구는, 이러한 지견에 기초하여, 배지부 내의 온도를 조절하기 위해 부설된 기구이며, 재배액의 온도를 조절하는 기구이다.

제어부(40)는, 온도계(42)로 검출되는 배지부(32)의 온도에 기초하여, 작물(P)의 근부에 공급되는 재배액의 온도가 적절한 온도가 되도록, 히터(43)를 제어하여 저류부(33)에 공급하는 재배액의 온도를 조절하며, 이렇게 온도 조절된 재배액을 저류부(33)에 공급한다. 전술한 바와 같이, 배지부(32)의 온도는 재배액의 온도와 밀접하게 연동하기 때문에, 이와 같이 저류부(33)에 공급하는 재배액의 온도를 조절함으로써, 배지부(32)에 공급되는 재배액의 온도가 조절되고, 이에 의해 배지부(32) 내의 온도를 정밀도 좋게 조절할 수 있다. 따라서, 이러한 온도 조절 기구를 구비함으로써, 종래의 에어컨 등에서의 온실 내의 기온 조절에 의한 배지부의 온도 조절에 비해서 용이하게 그리고 또한 효과적으로 배지부(32) 내의 온도를 조절할 수 있다.

<이점>

상기 재배 장치는, 재배액 공급 기구로서 송액부를 가지고 있지 않기 때문에, 간단한 구성으로 할 수 있어, 설비 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 재배 장치는, 수위계에 의해 저류부의 수위를 검출하기 때문에, 정밀도 좋게 저류부의 수위를 조절할 수 있다.

또한, 상기 재배 장치는, 온도 조절 기구에 의해 재배액의 온도를 조절함으로써 배지부의 온도를 조절한다. 이에 의해, 상기 재배 장치는, 종래의 에어컨 등을 통한 온실 내의 기온 조절에 의한 배지부의 온도 조절에 비해 저비용으로 운전할 수 있어, 작물의 재배 비용을 줄일 수 있다.

[그 외의 실시형태]

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

상기 제1 실시형태에서는 송액부(7)로서 시트체를 이용하였지만, 저류부(3) 내의 재배액을 배지부(2)에 공급할 수 있으면 송액부(7)는 시트체로 한정되지 않는다. 예컨대, 송액부(7)로서, 저류부(3)와 배지부(2)에 접속되는 판형이나 통형의 공급로를 이용하여도 좋다. 또한, 송액부(7)로서는, 상기 충전 입자(5)로서 적합하게 이용되는 것을 포함하는 구조체를 이용하여도 좋다. 즉, 예컨대 토양, 파미스 샌드 등의 미립 경석, 다공성의 화산암의 분쇄입자, 입상의 암면, 코랄 샌드, 산호, 목탄 등 판형이나 통형 등으로 성형된 것이나, 통형의 프레임 내로의 충전 등에 의해 재배액의 통과로 무너지지 않는 형상의 구조체로 하고, 이 구조체를 통해 저류부(3)와 배지부(2)의 바닥부를 접속하여도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 제어부에 의해 건조 스트레스 및 침투압 스트레스를 조절하는 재배 장치에 대해서 설명하였지만, 제어부를 구비하지 않는 재배 장치도 본 발명이 의도하는 범위 내에 있다. 상기 재배 장치는, 제어부를 구비하고 있지 않아도, 프레임 내의 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상을 발현시켜 재배액이 배지부 내에 공급되는 영역을 갖기 때문에, 재배액의 과잉 공급을 피할 수 있어, 작물의 근부에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있고, 또한 산소 부족에 의한 뿌리 썩음을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시형태에 있어서 제어부(13)에 의해 작물(P)에 가하는 건조 스트레스 및 침투압 스트레스는, 동시에 가하여도 좋고, 각각을 작물(P)에 알맞은 개별 타이밍에 가하여도 좋다. 또한, 상기 재배 장치는, 건조 스트레스 및 침투압 스트레스 중 어느 한쪽만을 가하는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 상기 제1 실시형태에서는, 수위 염분 농도 조절 기구(21)로서 수분 센서(11) 및 수분 장력 센서(12)를 구비하는 구성에 대해서 설명하였지만, 상기 제2 실시형태와 같이, 수위 염분 농도 조절 기구가 수위계와, 저류부로의 재배액의 공급량을 제어하는 제어부를 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 예컨대 저류부 내에 수위계를 부설하고, 이 수위에 기초하여 저류부에 공급하는 재배액량을 조절함으로써, 작물(P)에 가해지는 건조 스트레스 및 침투압 스트레스를 조절한다. 수위 염분 농도 조절 기구로서 수위계를 이용하는 경우, 수분 센서 및 수분 장력 센서를 이용하는 경우에 비해서, 검출 대상을 가시적으로 검출하기 쉽고, 또한 저비용으로 설치할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시형태에서는, 방근 투수 시트(8), 제1 방수 시트(9a) 및 제2 방수 시트(9b)를 구비하는 재배 장치(1)에 대해서 설명하였지만, 이들을 구비하지 않는 구성의 재배 장치도 본 발명의 의도하는 범위 내에 있다.

실시예

아래에서는, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

<생육 평가>

실시예로서, 4 ㎝의 높이의 모래(입경 0.15 ㎜∼0.6 ㎜인 모래 입자가 80 질량％ 이상임)를 포트 프레임에 채운 배지부에 토마토 모종을 심고, 3 ㎝의 수면 높이의 재배액을 유지하는 저류부에 배지부의 하방을 침지시켜, 2개월 이상 정치(靜置)하였다. 이때, 수경 재배에서는 필요로 하는 산소 공급 등은 행하지 않고, 수위 유지를 위한 재배액의 액체 공급을 계속하였다. 그 결과, 2개월 경과 후에도 토마토는 뿌리가 썩는 일 없이 성장하여 착과하였다.

비교예의 수경 재배에서는, 용존 산소의 확보에 의한 뿌리 호흡의 유지와 잡균의 번식 방지가 가장 중시되어, 수분 관리의 큰 수고가 필요하게 된다. 이에 대하여, 상기 실시예의 재배 방법에서는, 산소 공급 설비, 제균 설비 및 수분 관리의 수고를 배제할 수 있다.

<배지량 평가>

바닥면부에 복수의 관통 구멍을 갖는 높이 30 ㎝의 원 기둥형의 포트 프레임에 모래(입경 0.15 ㎜∼0.6 ㎜인 모래 입자가 80 질량％ 이상임) 4.3 L를 충전한 배지부에 토마토 모종을 심고, 실시예로서의 시험 No.1의 평가 모종으로 하였다. 2개의 시험 No.1의 평가 모종에 대해서, 수면 높이 2 ㎝의 재배액을 유지하는 저류부에 배지부의 바닥부를 침지시켜 2개월 동안 정치하였다. 그 후, 재배액에 대한 염분의 첨가에 의해 침투압 스트레스를 가하여 고당도 처리를 1개월 동안 실시하여, 합계 30개의 과실을 수확하였다. 각각의 평가 모종에서 수확한 과실에 대해서, 당도(Brix값)를 측정하며 수확량 환산값(t/1000㎡/년)을 구하였다. 도 3에, 이들 평균 수확량 환산값(t/1000㎡/년) 및 평균 당도(°Bx)를 각각 막대 그래프 및 검은 점으로 나타낸다. 또한, 도 3에서의 에러 바는 표준 편차를 나타내고 있다.

포트 프레임을 높이 25 ㎝의 원 기둥형의 것으로 한 것 이외에는 시험 No.1의 평가 모종과 동일하게 한 것을 실시예로서의 시험 No.2의 평가 모종으로 하였다. 2개의 시험 No.2의 평가 모종에 대해서 합계 27개의 과실을 수확하여, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

포트 프레임을 높이 20 ㎝의 원 기둥형의 것으로 한 것 이외에는 시험 No.1의 평가 모종과 동일하게 한 것을 실시예로서의 시험 No.3의 평가 모종으로 하였다. 2개의 시험 No.3의 평가 모종에 대해서 합계 28개의 과실을 수확하여, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

실시예로서의 시험 No.4에서는, 상부 5 ㎝가 원 기둥형이며, 하부 10 ㎝는 두께 방향이 수평 방향으로 되도록 세워서 설치된 판형으로, 하부가 오므라진 형상의 높이 15 ㎝의 포트 프레임을 이용하였다. 이 포트 프레임에 모래를 충전하여 토마토 모종을 심었다. 포트 프레임 상부의 원 기둥형 부분에 충전된 모래는 0.5 L였다. 1개의 시험 No.4의 평가 모종에 대해서, 이 포트 프레임을 저류부의 바닥에 배치하고, 포트 프레임의 원 기둥형의 최하 위치가, 수면 높이 2 ㎝의 재배액을 유지하는 저류부의 수면의 8 ㎝ 상방의 위치가 되도록 배치하였다. 이와 같이 하여, 포트 프레임의 하부에 판형으로 충전된 모래의 모관 현상에 의해 재배액이 상기 원 기둥형의 배지부에 양수되도록 하였다. 또한, 포트 프레임의 하부에 충전된 판형의 모래의 평균 두께는, 1 ㎝였다. 이 시험 No.4의 평가 모종에 대해서 14개의 과실을 수확하여, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

바닥면부에 복수의 관통 구멍을 갖는 높이 20 ㎝의 원 기둥형의 포트 프레임에 모래 2.2 L를 충전한 배지부에 토마토 모종을 심고, 실시예로서의 시험 No.5의 평가 모종으로 하였다. 2개의 시험 No.5의 평가 모종에 대해서, 포트 프레임의 바닥면의 위치가, 수면 높이 2 ㎝의 재배액을 유지하는 저류부의 수면의 7 ㎝ 상방의 위치가 되도록 배치하였다. 그리고, 포트 프레임의 바닥면과 저류부의 재배액의 수면 사이에 부직포를 배치하고, 이 부직포에서의 모관 현상에 의해 재배액이 배지부에 양수되도록 하였다. 이들 시험 No.5의 평가 모종에 대해서 합계 29개의 과실을 수확하여, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

시험 No.1에서 이용한 것과 동종의 모래를 토양으로 하여 토마토 모종을 심고, 비교예로서의 시험 No.6의 평가 모종으로 하였다. 14개의 시험 No.6의 평가 모종에 대해서, 종래의 토양 재배에 의해, 고당도 처리를 행하지 않고 3개월 동안 재배하여, 합계 195개의 과실을 수확하였다. 이들 시험 No.6의 평가 모종에 대해서, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

시험 No.1에서 이용한 것과 동종의 모래를 토양으로 하여 토마토 모종을 심고, 비교예로서의 시험 No.7의 평가 모종으로 하였다. 12개의 시험 No.7의 평가 모종에 대해서, 종래의 토양 재배에 의해, 2개월 뒤부터 고당도 처리를 1개월 동안 실시하여, 합계 162개의 과실을 수확하였다. 이들 시험 No.7의 평가 모종에 대해서, 시험 No.1의 평가 모종과 동일한 평가를 실시하였다.

[평가 결과]

도 3의 결과로부터, 시험 No.1∼시험 No.5의 실시예와, 고당도 처리를 실시하지 않은 종래의 토양 재배(시험 No.6)를 비교하면, 시험 No.6의 과실의 평균 당도가 6.2°Bx였던 데 대하여, 시험 No.1∼시험 No.5에서는 평균 당도 6.7°Bx 이상 7.5°Bx 이하라고 하는 고당도의 과실을 생산할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 고당도 처리를 행한 종래의 토양 재배(시험 No.7)로 수확한 과실의 평균 당도는 7.8°Bx로 높지만, 그 평균 수확량 환산값은 12.5 t/1000㎡/년으로 비교적 작았다. 이에 대하여, 시험 No.1∼시험 No.5의 실시예에 있어서의 평균 수확량 환산값은 20.8 t/1000㎡/년 이상이며, 시험 No.7의 1.6배 이상의 수확량을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 이들로부터, 시험 No.1∼시험 No.5의 재배 방법에 의해, 고당도 처리와 균형을 이루어 다소 수확량을 희생하더라도 그것을 보충하는 고당도의 과실을 생산할 수 있는 것, 즉 당도 및 수확량을 고차원으로 밸런스시켜 작물을 재배할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 모래의 충전량을 0.5 L로 한 초소형의 포트 프레임을 이용한 시험 No.4에 있어서의 평균 수확량 환산값은 21.4 t/1000㎡/년이며, 종래의 토양 재배와 동등한 과실의 수확량을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 종래의 토양 재배에서는, 1 베드(1000 ㎜×600 ㎜×70 ㎜)당 평균 2.75그루의 모종을 심으며 42 L의 모래를 사용한다. 즉, 종래의 토양 재배에서는 1그루당 15.3 L의 모래를 사용하기 때문에, 시험 No.4의 초소형의 포트 프레임을 이용함으로써, 종래의 토양 재배에 있어서의 모래의 사용량을 96.7％만큼 줄일 수 있다고 할 수 있다.

<농지 고저차 평가>

제1 실시형태의 재배 장치를 이용하여, 농지 고저차에 의한 작물의 생육 상태를 평가하였다. 구체적으로는, 도 4에 나타내는 바와 같은 비계 위에 마련한 25 m 길이의 농지(50)를 이용하여, 이 농지(50)의 길이 방향의 양단부 및 중앙부의 3부분에, 본엽 5장 또는 6장을 전개한 토마토 모종을 심은 제1 포트 프레임(51a), 제2 포트 프레임(51b), 제3 포트 프레임(51c)을 배치하였다. 그리고, 세번째 꽃송이가 확인될 때까지 이들 토마토 모종을 재배하였다. 재배한 기간은 43일간이다. 각 포트 프레임의 수직 방향 높이는, 농지(50)의 길이 방향의 일단측에 배치한 제1 포트 프레임(51a), 농지(50)의 길이 방향 중앙부에 배치한 제2 포트 프레임(51b), 농지(50)의 길이 방향의 타단측에 배치한 제3 포트 프레임(51c)의 순서로 높게 되어 있고, 제1 포트 프레임(51a)과 제3 포트 프레임(51c)의 고저차는 약 3 ㎝였다.

이들 3개의 포트 프레임, 즉 제1 포트 프레임(51a), 제2 포트 프레임(51b), 제3 포트 프레임(51c)에 심은 토마토 모종에 대해서, 농지(50) 내의 배치 부분의 차이에 의한 생육차는 나타나지 않았다. 이에 의해, 상기 재배 방법에 의해, 어느 정도의 고저차가 있는 경우라도 동등한 품질로 토마토 모종을 재배할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

<배지 온도 조사>

제1 실시형태의 재배 장치(1)를 이용하여, 온실 내의 기온, 배지부(2)의 온도 및 저류부(3) 내의 재배액의 온도를 측정하여, 배지부(2)의 온도와 온실 내의 기온 및 저류부(3) 내의 재배액의 온도의 관계를 조사하였다. 재배 장치(1)를 이용하여 토마토 모종을 재배하고, 수확 직전의 5.5일간에 있어서의 이들 온도의 경시적 변화를 도 5에 나타낸다.

도 5의 결과로부터, 배지부(2)의 온도는, 온실 내의 기온보다 재배액의 온도와 밀접하게 연동하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 도 1의 재배 장치(1)로 배지부(2)에 공급하는 재배액의 온도를 조절함으로써, 종래와 같은 에어컨 등에 의한 온실 내의 기온 조절보다, 배지 온도를 조절하기 쉽다고 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 재배 장치 및 재배 방법에 따르면, 작물에 안정적으로 적절한 수분 스트레스를 가할 수 있으며, 저비용으로 작물의 근부에 충분한 산소를 공급하여 뿌리 썩음을 피할 수 있기 때문에, 고품질의 작물을 저비용으로 재배할 수 있다. 또한, 본 발명의 재배 장치 및 재배 방법에 따르면, 토양 재배에 비해서 토양의 사용량을 줄일 수 있어, 농지에 비계를 마련하기 쉽다.

1 재배 장치
2 배지부
3 저류부
4 프레임
5 충전 입자
6 재배액 공급 영역
7 송액부
8 방근 투수 시트
9a 제1 방수 시트
9b 제2 방수 시트
11 수분 센서
12 수분 장력 센서
13 제어부
14 공급관
20 재배액 공급 기구
21 수위 염분 농도 조절 기구
31 재배 장치
32 배지부
33 저류부
34 프레임
35 충전 입자
36 재배액 공급 영역
37 대(臺)
38 수위 조절 기구
39 수위계
40 제어부
41 공급관
42 온도계
43 히터
50 농지
51a 제1 포트 프레임
51b 제2 포트 프레임
51c 제3 포트 프레임
P 작물

Claims (11)

1. 작물을 착생시키는 배지부와,
   이 배지부에 재배액을 공급하는 재배액 공급 기구
   를 구비하는 재배 장치로서,
   상기 배지부는, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 갖는 것인 재배 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 재배액 공급 기구는, 재배액을 저류하는 저류부와, 상기 배지부와 저류부 사이에 배치되는 송액부를 가지고,
   상기 송액부는, 저류부의 재배액을, 모관 현상에 의해 배지부 내의 입자의 바닥부에 공급하는 것인 재배 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 저류부 내의 재배액의 수위 또는 염분 농도를 조절하는 기구
   를 구비하는 재배 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 저류부 내의 재배액의 온도를 조절하는 온도 조절 기구
   를 구비하는 재배 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 중 적어도 바닥부는 방근 투수 시트인 것인 재배 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자는 토양인 것인 재배 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 토양은 모래인 것인 재배 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 입자가 형성하는 층의 모관 상승 높이가 3 ㎝ 이상 300 ㎝ 이하인 것인 재배 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자는, 입경 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하인 단립(團粒)을 50 질량％ 이상 포함하는 것인 재배 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자의 탭 밀도가 1.00 g/㎤ 이상 3.00 g/㎤ 이하인 것인 재배 장치.
11. 작물을 착생시킨 배지부에 재배액을 공급하는 재배 방법으로서,
    상기 배지부는, 프레임과, 이 프레임 내에 충전되는 입자와, 이 충전 입자가 형성하는 층 중 적어도 중층부에 모관 현상에 의해 재배액이 공급되는 영역을 가지고,
    상기 영역을 통해 작물에 재배액을 공급하는 것인 재배 방법.

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