WO2023096179A1 - Hydroponic method for halophytes using microbubbles under seawater condition - Google Patents

Hydroponic method for halophytes using microbubbles under seawater condition Download PDF

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Abstract

In the serious global situation where fresh water usable as agricultural water is continuously decreasing, a high salinity problem caused by changes in groundwater levels in reclaimed agricultural land is arising in Korea. When plants are grown under a high salinity (seawater) condition, plants cannot possibly grow normally as a result of water stress, oxidative stress, cell membrane disruption, deficiency caused by nutrient imbalance, etc. Provided, in order to solve such problem, is a hydroponic method using seawater, in which a culture medium prepared using seawater is used, the hydroponic method using seawater using a microbubble generator to supply microbubbles to the root zones of cultivated plants. According to such configuration of the present invention, microbubbles are used under a condition of a high-salinity culture medium using seawater, and thus a damage of crop growth reduction caused by the high salinity of the culture medium is reduced, normal cultivation is possible, and minerals, etc. in the seawater are absorbed into crops, thereby enabling the production of high-quality crops having increased functional material content.

Description

해수 조건에서 마이크로 버블을 이용한 염생식물 수경재배방법Method for hydroponic cultivation of salt plants using microbubbles in seawater conditions
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 invention of this application relates to a method for cultivating halophytes using seawater. More specifically, it relates to a cultivation technology for cultivating salt plants without saline disturbance by using microbubbles in a culture solution with 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 has been disclosed. In this technology, salt plants are planted on arable land, seawater is sprayed on the arable land, and the underground salinity concentration of the arable land is calculated to control the amount of seawater sprayed so that the underground salinity concentration is maintained below the salt concentration of the seawater. It provides a method for cultivating salt plants.
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 nodes has been disclosed. This technology provides an artificial cultivation technology for mass production of Tung Tung joints. In winter, between December and February, a salt field or reclaimed land is used to create a plantation with controlled soil salinity conditions, and then Sowing Tung Tung joints in March to April Harvesting in July-August, and in October-November, through the process of securing seeds for cultivation production the following year, a method of cultivating Tungtungmadi containing a unique taste and a large amount of minerals was disclosed. 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.In the present application, fresh water usable as agricultural water is continuously decreasing, and in a serious situation worldwide, Korea is experiencing a high salinity problem due to fluctuations in the groundwater level in reclaimed farmland, and freshwater used for hydroponic cultivation worldwide. of EC concentration is increasing. In the Aalsmeer horticultural complex in Spain, where fresh water is scarce, some of the seawater is diluted and used as a nutrient solution. When plants grow in high salinity (seawater) conditions, normal growth is impossible due to moisture stress, oxidative stress, destruction of cell membranes, and deficiency due to nutrient imbalance. High salinity conditions reduce photosynthesis by closing stomata, accelerate leaf aging, and eventually cause growth disorders that slow growth. Disturbance from imbalance of ions is due to NaCl in high salt conditions, and high Na concentration inhibits the 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 technique to prevent growth disorders caused by high concentration of salt while using seawater.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the invention to solve the above problem is as follows.
고염도(농도 3% 이상의 NaCl) 배양액으로 수경재배를 하는 고염도 수경재배방법에 있어서,In the high salinity hydroponic cultivation method of hydroponic cultivation with a high salinity (concentration of 3% or more NaCl) culture medium,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.Provided is a high-salinity hydroponic cultivation method characterized in that microbubbles are supplied to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator.
또한also
상기 고염도 배양액은 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The high-salinity culture medium provides a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that it contains seawater.
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The culture solution provides a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that for 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.Adjusting the ratio of nitrogen: calcium provides a high-salinity hydroponic cultivation method characterized in that the ratio of calcium is increased to between 120% and 300% in the culture medium ratio 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 adjustment provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that 4: 5 in the NaCl 3% concentration condition.
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, seaweed.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that leafy vegetables.
또 다른 과제해결 방법으로 Another problem solving method
해수를 사용하여 배양액을 제조하여 이용하는 해수 이용 수경재배방법에 있어서,In the hydroponic cultivation method using seawater to prepare and use a culture medium using seawater,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.Provided is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that microbubbles are supplied to the rhizosphere of cultivated plants using a microbubble generator.
또한also
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The culture solution provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that for 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 adjustment provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that to increase the ratio of calcium to between 120% and 300% in the culture medium ratio of fresh water.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio adjustment provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that 4: 5 under the NaCl 3% concentration condition.
상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponic cultivation 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 hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, and seaweed.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that leafy 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 configuration as described above, when cultivating water crops or other crops in reclaimed farmland, if the water is in a high salinity condition, microbubble water is supplied to reduce the damage of crop growth degradation due to high salinity, enable normal cultivation, and increase the content of functional substances. 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 in general fruit and vegetable hydroponic cultivation exceeds 0.8 dS / m, there is a lot of salt content, which acts as a factor that inhibits crop growth. It has the effect of helping to balance the absorption of nutrients.
도 1은 본 발명의 배양액의 pH에 따른 마이크로버블 표면의 제타 포텐셜 변화를 도시하고 있다.Figure 1 shows the change in zeta potential of the microbubble surface according to the pH of the culture medium of the present invention.
도 2는 본 출원 발명의 마이크로버블의 직경에 따른 버블 표면의 제타포텐셜 변화를 도시하고 있다.Figure 2 shows the change in zeta potential of the bubble surface according to the diameter of the microbubble of the present application.
도 3은 본 출원 발명의 발생된 마이크로버블 직경에 따른 단위부피 당 버블 개수Figure 3 is the number of bubbles per unit volume according to the generated microbubble diameter of the present application invention
도 4는 본 출원 발명의 마이크로버블과 배양액 조성액을 이용한 해수 수경재배 시스템 개념도Figure 4 is a conceptual diagram of the seawater hydroponic cultivation system using the microbubbles and culture medium composition of the present application
도 5는 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 재배기간 중 대조구와 마이크로버블 처리구 배양액의 pH, EC, DO의 변화 그래프5 is a graph of 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.
도 6은 본 출원 발명의 실시예 1에 따른 대조구와 마이크로버블 처리구에서 각각 재배한 상추의 생체중과 건물 중 대비 그래프Figure 6 is a contrast graph of live weight and dry weight of lettuce grown in the control group and the microbubble treatment group according to Example 1 of the present application, respectively
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 hydroponic cultivation technology for overcoming salinity disorders generated during hydroponic cultivation using seawater and crop cultivation in reclaimed farmland under high salinity conditions by 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.The depletion of fresh water available for agricultural use is a serious global problem. Korea has a high salinity problem due to fluctuations in groundwater level in reclaimed farmland, and the EC concentration of freshwater used for hydroponic cultivation is increasing worldwide.
(스페인 알스미어 시설원예 대단지는 해수를 일부 희석하여 양액으로 이용하는 사례도 있다. )(Alesmere facility horticulture complex in Spain has some cases where seawater is partially diluted and used as a nutrient solution.)
고 염도(해수) 조건에서 식물이 자라게 되면 식물은 수분스트레스, 산화적 스트레스, 세포막 파괴, 양분 불균형에 의한 결핍 등으로 정상적인 생육이 불가능하다.When plants grow in high salinity (seawater) conditions, normal growth is impossible for plants due to moisture stress, oxidative stress, destruction of cell membranes, 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 reduce photosynthesis by closing the stomata of plant leaves, accelerate leaf aging, and eventually cause growth disorders in which growth is delayed.
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 disorder arising from the imbalance of ions in plants is due to NaCl in high salt conditions.
본 출원 발명은 상기와 같은 고염 조건에서의 식물 생육저하를 막기 위하여 마이크로 버블의 물리화학적인 성질을 이용하고자 한다.The invention of the present application is intended to use the physicochemical properties of microbubbles to prevent plant growth degradation under 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 rotates at high speed underwater is installed and a certain amount of gas is supplied. In the process of generating the microbubbles, a small amount of hydroxy radicals are produced (Takahashi, 2007), and the surface of the microbubbles exhibits -zeta potential. Figure 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. Figure 2 shows the change in zeta potential of the bubble surface according to the diameter of the microbubble. It can be seen that the zeta potential appears well when the diameter of the microbubble is 20 ~ 40 μm. At the moment these microbubbles disappear, the pressure inside the bubbles increases and collapses while contracting.
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 cause oxidative stress, but also act as an elicitor in the rhizosphere of plants to promote growth. On the other hand, the zeta potential generated on the surface of the microbubble has electrical properties, so that positive ions are attached to the surface of the root zone 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 due to the high concentration of sodium ions (Na+), resulting in nutrient imbalance. The cause is that the movement of substances between cells is not normally performed 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 surface of the microbubbles due to -zeta potential generated on the surface of the microbubbles, and the microbubbles form the rhizosphere of the plant, that is, the root. It is attached to the plant and helps to easily absorb cations such as K+ and Ca2+ necessary for plant growth, so
불균형이 완화되어 식물이 정상적 생장을 유지할 수 있게 된다.The imbalance is alleviated, allowing the plant to 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 generator used in the present invention has a rotating body rotating at high speed 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 medium is rotated by the rotating body, Collisions with the gas generate microbubbles. In order to increase the production efficiency of microbubbles, the surface of the rotating body may be formed unevenly.
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 condition, the composition of Yamazaki culture medium, which is a representative vegetable culture medium, is modified. The ratio of nitrogen fertilizer and calcium fertilizer in general Yamazaki culture medium is 4: 3 me/L. However, in seawater conditions, the ratio of nitrogen fertilizer and calcium fertilizer is set high at a ratio of 4: 5 me/L to increase the concentration of calcium ions so that calcium ions can replace sodium ions inside the plant. is to do By doing this, it is possible to eliminate the imbalance of nutrients by not absorbing other cations due to 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, in the case of cultivating halophytes such as ice plant, japonica, chimyeoncho, and seaweed under high salinity conditions, if the microbubble-utilizing hydroponic cultivation technology of the present application is used, high salinity It is also possible to maintain a wide range of salt tolerance while relieving stress, allowing normal growth of the salt plants.
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 the microbubbles and the composition of the cultivation nutrient solution as described above, high salt damage to crops is reduced under high salinity conditions, normal crop growth is possible, and growth of halophytes with high content of functional substances is further increased. It is possible to produce high-quality crops with 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 seawater hydroponics technology is applied to highly functional salt plants, it is possible to efficiently utilize seawater resources by inducing normal growth while controlling salt stress, and salt plants absorb many minerals dissolved in seawater to produce salt water. When the mineral content of the plant increases and normal growth is shown under high salt conditions, the hydroxy radical (OH-) generated in the process of generating the microbubble acts as an elicitor in the rhizosphere of the plant, resulting in secondary metabolites (functional substances ) is accumulated, enabling high-quality cultivation of crops.
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 using groundwater in general fruit and vegetable hydroponic cultivation, when the EC of water exceeds 0.8 dS / m, the groundwater has a lot of salt, which acts as a factor that hinders crop growth. At this time, the cultivation method using the microbubble device of the present invention If used, it relieves the high salt stress of crops caused by groundwater irrigation and improves 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 solution using seawater maintains a temperature suitable for plant growth, and the maximum concentration is 3% NaCl based on the culture solution temperature of 22 ° C.
본 출원 발명의 마이크로버블을 이용한 고염도 조건에서의 발명의 실시예는 다음과 같다.Examples of the invention under high salinity conditions using the microbubbles of the invention of the present application are as follows.
<실시예 1><Example 1>
플러그 트레이에 상추를 파종하여 3주간 육묘한다.Sow lettuce in the plug tray and raise seedlings 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.Thereafter, lettuce is planted in a bile hydroponic cultivation system equipped with a high-speed swirling microbubble generator, and then cultivated. At this time, air for bubble generation is supplied at a flow rate of 1 L/min.
상기 수경재배 조건을 해수조건으로 만들기 위하여 기존의 야마자키 상추 배양액Conventional Yamazaki lettuce culture solution to make the hydroponic cultivation conditions seawater conditions
의 기본 질소 : 칼슘의 비율을 재조정하고, NaCl 3% (전기전도도 26 dS/m)를 추가하여 실험구와 대조구의 배양액을 만들었다.The ratio of basic nitrogen: calcium was readjusted, and NaCl 3% (electric conductivity 26 dS/m) was added to prepare the experimental and control cultures.
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 the control group, air was introduced at a flow rate of 1 L/min using a birth control stone used in an aquarium to form macrobubbles in the culture medium. On the other hand, in the microbubble treatment group, the temperature of the culture medium was maintained at the same temperature as the control group by circulating cold water for cooling to suppress the temperature rise caused by the generated microbubbles to maintain the temperature at 22 ± 1 ° C.
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 above, control and microbubble treatment experimental groups were completed, and lettuce seedlings (with 4 true leaves) were planted and a growth experiment was conducted for 2 weeks. The control group generated macrobubbles and the experimental group continuously generated microbubbles 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, the lettuce grown in the microbubble treatment area increased by 32% in the live weight of the above-ground part, and the dry weight of the root increased by about 3 times or more. It was confirmed through cultivation experiments that the expected high salinity damage can be reduced when microbubbles are grown under experimental conditions at high concentration of NaCl (3%). The cultivation method of the present application uses the physicochemical properties of microbubbles, and suggests a method for overcoming physiological disorders of plants under conditions of high Na+ ion concentration.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.In order to aid understanding of the present invention, it will be described using drawings.
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.Figure 1 shows the change in zeta potential of the microbubble surface according to the pH of the culture medium of the present invention. Here, zeta potential means the surface potential of particles. Therefore, in order for the microbubble to function usefully, it is desirable that the zeta potential be appropriately high. Referring to FIG. 1, it can be seen that the -zeta potential of the microbubbles is relatively high between pH 5 and 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 change in zeta potential of the bubble surface according to the diameter of the microbubble of the present application. It can be seen that a -zeta potential between -30 and -40mV exists 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 application. 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 hydroponic cultivation system using the microbubbles and culture medium composition of the present application. 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 solution constant, a temperature controller capable of cooling and heating to adjust the temperature of the culture solution may be provided at one side of the culture tank. A pump for pressurizing the culture solution from the culture tank and supplying it to the microbubble generator is connected to the other side of the culture tank, and the air for generating microbubbles is connected to the microbubble generator using a pipe, and the microbubble generator is at the bottom of the culture tank. are 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 medium does not use 4: 3, which is the ratio of nitrogen fertilizer and calcium fertilizer of Yamazaki culture medium using general fresh water, but uses 4: 5 to increase the ratio of calcium so that the calcium can be 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 of 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. It shows 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 application.
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 graph showing the contrast between live weight and dry weight of lettuce grown in the control group and the microbubble treatment group according to Example 1 of the present application. Figure 6 is seawater-treated and macrobubble-treated control (black bar graph) and seawater-treated and microbubble-treated experimental group (dilution bar graph) in vivo (upper graph in FIG. 6) and dry matter (lower graph in FIG. 6) ) are shown in comparison. The weight of the lettuce in the microbubble-treated experimental group was measured more in both fresh weight and dry matter of leaves and roots.
본 출원 발명의 상기와 같은 작용 효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The configuration of the invention for exhibiting the above operational 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 hydroponic cultivation method of hydroponic cultivation with a high salinity (concentration of 3% or more NaCl) culture medium,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.Provided is a high-salinity hydroponic cultivation method characterized in that microbubbles are supplied to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator.
또한also
상기 고염도 배양액은 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The high-salinity culture medium provides a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that it contains seawater.
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The culture solution provides a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that for 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.Adjusting the ratio of nitrogen: calcium provides a high-salinity hydroponic cultivation method characterized in that the ratio of calcium is increased to between 120% and 300% in the culture medium ratio 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 adjustment provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that 4: 5 in the NaCl 3% concentration condition.
상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, seaweed.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that leafy vegetables.
또 다른 과제해결 방법으로 Another problem solving method
해수를 사용하여 배양액을 제조하여 이용하는 해수 이용 수경재배방법에 있어서,In the hydroponic cultivation method using seawater to prepare and use a culture medium using seawater,
마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.Provided is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that microbubbles are supplied to the rhizosphere of cultivated plants using a microbubble generator.
또한also
상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The culture solution provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that for 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 adjustment provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that to increase the ratio of calcium to between 120% and 300% in the culture medium ratio of fresh water.
상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The nitrogen: calcium ratio adjustment provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that 4: 5 under the NaCl 3% concentration condition.
상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponic cultivation 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 hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, and seaweed.
상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법을 제공한다.The cultivated plant provides a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that leafy vegetables.

Claims (14)

  1. 고염도(농도 3% 이상의 NaCl) 배양액으로 수경재배를 하는 고염도 수경재배방법에 있어서,In the high salinity hydroponic cultivation method of hydroponic cultivation with a high salinity (concentration of 3% or more NaCl) culture medium,
    마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.A high-salinity hydroponic cultivation method characterized by supplying microbubbles to the root zone of cultivated plants using a microbubble generator.
  2. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 고염도 배양액은 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The high-salinity culture medium is a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that it comprises seawater.
  3. 제2항에 있어서,According to claim 2,
    상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The culture solution is a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that for adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
  4. 제3항에 있어서,According to claim 3,
    상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 칼슘의 비율을 담수의 배양액 비율에서 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The nitrogen: calcium ratio adjustment is a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that to increase the ratio of calcium to between 120% and 300% in the culture medium ratio of fresh water.
  5. 제4항에 있어서,According to claim 4,
    상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The nitrogen: high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that the ratio control of calcium is 4: 5 under the NaCl 3% concentration condition.
  6. 제5항에 있어서,According to claim 5,
    상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The cultivated plant is a high salinity hydroponic cultivation method, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, seaweed.
  7. 제6항에 있어서,According to claim 6,
    상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 고염도 수경재배방법.The cultivated plant is a high-salinity hydroponic cultivation method, characterized in that leafy vegetables.
  8. 해수를 사용하여 배양액을 제조하여 이용하는 해수 이용 수경재배방법에 있어서,In the hydroponic cultivation method using seawater to prepare and use a culture medium using seawater,
    마이크로버블 발생기를 이용하여 마이크로버블을 재배식물의 근권부에 공급하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.A hydroponic cultivation method using seawater, characterized by supplying microbubbles to the rhizosphere of cultivated plants using a microbubble generator.
  9. 제8항에 있어서,According to claim 8,
    상기 배양액은 질소 : 칼슘의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The culture medium is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that for adjusting the ratio of nitrogen: calcium.
  10. 제9항에 있어서,According to claim 9,
    상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 담수의 배양액 비율에서 칼슘의 비율을 120 % ~ 300 % 사이로 증가 시키는 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The nitrogen: calcium ratio adjustment is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that to increase the ratio of calcium to between 120% and 300% in the culture medium ratio of fresh water.
  11. 제10항에 있어서,According to claim 10,
    상기 질소 : 칼슘의 비율 조절은 NaCl 3% 농도 조건에서 4 : 5 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The nitrogen: hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that the ratio control of calcium is 4: 5 under the NaCl 3% concentration condition.
  12. 제11항에 있어서,According to claim 11,
    상기 재배식물은 해수로부터 미네랄을 흡수하여 미네랄 함량이 높은 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that the cultivated plant absorbs minerals from seawater and has a high mineral content.
  13. 제12항에 있어서,According to claim 12,
    상기 재배식물은 아이스플랜트, 나문재, 칠면초, 해흥나물 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The cultivated plant is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that any one of ice plant, namunjae, chilmyeoncho, seaweed.
  14. 제13항에 있어서,According to claim 13,
    상기 재배식물은 엽채류인 것을 특징으로 하는 해수 이용 수경재배방법.The cultivated plant is a hydroponic cultivation method using seawater, characterized in that leafy vegetables.
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