서 언
재료 및 방법
혼합 배지 재료
혼합 배지의 물리성 분석
혼합 배지의 화학성 분석
사용된 코이어의 이화학적 특성
생육 측정 항목 및 방법
온실 내부 환경 특성
실험 통계 방법
결과 및 고찰
혼합비율에 따른 배지의 이화학적 특성
배지 혼합비율에 따른 생육 특성
서 언
가지(Solanum melongena L.)는 가지과 식물로, 주로 나물용이나 튀김, 불고기, 생채 및 김치 등 다양하게 이용되고 있으나, 8대 과채류에는 해당되지 않아 다른 작물에 비해 재배면적과 생산량이 상대적으로 적은 작물이다(RDA 2018). 하지만 발암성을 억제하는 물질인 폴리페놀이 채소 중 가장 많이 함유되어 있으며, 혈관을 강하게 하고, 고혈압과 동맹경화 예방에 좋다고 알려져 있어 아시아와 지중해 지역에서 중요한 채소 작물로 오랫동안 재배되어 왔다(Taher et al. 2017; RDA 2018). 가지의 국내 수경재배면적은 263ha로 전체 재배면적의 38%로 해당되며, 대부분은 토경에서 이루어 지고있다(KOSIS 2022). 하지만 토경에서 가지 재배시에 연작으로 인한 토양 전염성 병 증가와 염류집적 등의 문제로 상품성과 생산성이 낮아지고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 수경재배 면적이 점차 확대되어야 하지만 가지의 수경재배 기술은 아직 미흡한 상황이며(Kim et al. 2004), 특히 가지 수경재배에 적합한 고형배지에 대한 연구는 미비한 실정이다.
수경재배에 이용되는 고형배지는 식물 생육을 물리적으로 지원하는 것 뿐만 아니라 근권에 공기와 물을 적절하게 공급해야 한다(Júnior et al. 2014). 또한 식물 병원균이 없어야 하고, 근권환경이 단순해 인위적으로 조절할 수 있으며, 오랫동안 사용이 가능하고, 작물의 품질을 좋게하고 생산량을 높여야 한다(Fernandes et al. 2006; Urrestarazu et al. 2008; Hanna 2009; Mesquita et al. 2012). 국내 수경재배에 주로 이용되는 배지에는 코이어(1,831ha), 펄라이트(1,174ha), 암면(256ha) 등이 있으며(KOSIS 2022), 고형배지경 면적은 2023년 기준 4,194ha로 2004년의 507ha에 비해 8.3배 증가하는 등 고형배지의 수요도가 꾸준히 증가하고 있다(Byun et al. 2012; KOSIS 2024). 이러한 고형배지의 사용량 증가와 함께 무분별한 방치로 인한 환경오염 문제가 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 세계적으로 고형 배지를 자원으로 재활용하여 환경을 중시하는 추세이다(Jeong 2000).
부적절한 폐기로 인해 발생할 수 있는 환경 문제를 최소화하고 상업용 배지를 대체하여 생산비용을 절감하고 각 지역에서 생성된 농업 잔류물을 재사용하기 위한 연구가 진행되고 있다(Ferreira et al. 2014; Cerqueira et al. 2015; Costa et al. 2015). Park et al.(2003)은 재활용암면과 피트모스, 버섯재활용배지 4종. 폐면 등을 활용하여 수경재배 재배로의 활용 가능여부를 분석한 결과 폐버섯배지 같은 유기성 폐자원을 이용한 경우 토마토 수경재배가 상용배지와 같은 수량을 올렸다고 보고하였으며, Lee et al.(2016)은 방울토마토 생육이 2년 사용한 코이어 배지가 신규배지 보다 높았으며, 평균 과실수는 1년 및 2년 사용배지에서 206개와 164개로 신규배지의 43개에 비해 증가하였다. 또한 방울다다기 양배추의 엽수는 3년 사용배지(34.3장)가 신규배지(26.8장)에 비해 많았고, 생체중과 건물중도 신규배지보다 높았다고 하였다(Lee et al. 2016). 또한 Lee et al.(2017)은 1–2년 사용한 코이어 배지에서 딸기의 생육과 수량이 신규 배지 보다 높아, 코이어 배지를 재활용하여 사용할 가치가 충분하다고 하였으며, Jeong(2000)은 재활용 된 코이어배지를 단용으로 사용이 어려우나 다른 배지와 혼합하여 개발할 경우 자연적이고 환경에 부담을 거의 주지 않는다고 하였다.
이에 본 연구는 토마토 고형배지경에서 1회 사용한 코이어 배지를 재활용하여 수경재배 배지로써 사용 가능 여부를 구명하고자 1회 사용한 코이어 배지를 펄라이트와 혼합하여 혼합비율에 따른 배지의 물리적·화학적 특성을 분석하고 가지의 생육과 과실 품질에 미치는 영향을 구명하고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
혼합 배지 재료
본 연구는 일회 사용한 코이어 배지를 분쇄하여 입경이 5mm 이하의 코이어와 펄라이트(GFO Co., Hongseong, Korea)를 혼합하여 사용하였다. 일년 된 코이어(Used Coir) : 펄라이트(perlite)을 70:30(UC7P3), 50:50(UC5P5), 30:70(UC3P7), 10:90(UC1P9, %, v:v)로 혼합하였으며, 배지의 활용 가능성을 비교하기 위해 현재 시판되고 있는 신규 코이어 배지(100 × 20 × 10cm, BioGrow DUO, dust:chip = 50:50(v:v), BioGrow, France, coir)와 펄라이트(perlite)를 대조구로 사용하였다(Fig. 1).
혼합 배지의 물리성 분석
배지의 물리성을 분석하기 위해 배지들을 105°C의 건조기에서 24시간 건조한 후 입자밀도를 농촌진흥청 상토표준법에 따라 분석하였으며(RDA 2002), 배지의 공극률(total porosity), 용기용수량(container capacity), 기상률(air porosity) 및 용적밀도(bulk density)를 측정 및 계산하기 위해 Choi et al.(1997)의 방법에 따라 347.6mL의 알루미늄 실린더(직경 7.6cm, 높이 7.6cm)를 사용하여 측정하였다.
혼합 배지의 화학성 분석
배지의 pH와 EC(Electrical conductivity)는 pH meter(Orion Star A211, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)와 EC meter(Orion Star A212, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하여 농촌진흥청 상토표준법에 따라 분석하였으며(RDA 2002), 혼합 배지의 무기 성분 분석은 농촌진흥청의 상토분석법(RDA 2002)과 경기도농업기술원의 토양 및 퇴비 분석법(GARES 2009)을 이용하여 암모니아태 질소(Indophenol-Blue 비색법)와 질산태질소(Brucine 비색법)를 분석하였다. 또한 유효인산은 분광광도계(Jasco V-560, UV/VIS Spectrophotometer, Japan)를 이용하여 Lancaster법으로 분석하였으며, 치환성 양이온(K, Ca, Mg, Na)은 유도결합플라즈마(Integra 6000, ICP, Gbc scientific equipment, AU)를 이용하여 측정하였다.
사용된 코이어의 이화학적 특성
사용된 코이어의 공극률 93.5%, 용기용수량 59.4%, 기상률 34.9%였으며, 유효수분은 11.7%, 완충수분은 2.83%, 용적밀도와 입자밀도는 각각 0.18mg·m-3, 1.31mg·m-3이었다(Table 1). 사용된 코이어의 pH는 5.57, EC는 2.43dS·m-1였다. 배지의 회분함량과 유기물 함량은 21.3%, 78.7%였으며, 암모니아태질소와 질산태질소, 유효인산은 36.5mg·kg-1, 1,836.7mg·kg-1, 6.84g·L-1, 양이온함량은 K(10.9), Ca(87.1), Na(16.4), Mg(21.4cmol+·L-1)로 나타났으며, 양이온치환용량은 136.0cmol+·L-1이었다.
Table 1.
Physical and chemical characteristics of used coir aubstrate before mixing
| Substrates | EAWz | WBC | TP | AP | CC | BD | PD | pH | EC | AC | OMC | NH4-N | NO3-N | K+ | Ca2+ | Na+ | Mg2+ | CEC | ||||||
| % | mg·m-3 | dS·m-1 | % | mg·L-1 | cmol+·kg-1 | |||||||||||||||||||
| Used coir | 11.7 | 2.83 | 93.5 | 34.1 | 59.4 | 0.18 | 1.31 | 5.57 | 2.43 | 21.3 | 78.7 | 32.4 | 1,836.7 | 11.0 | 87.2 | 16.4 | 21.5 | 136.0 | ||||||
생육 측정 항목 및 방법
배지의 생육 특성을 비교하기 위해 전북 특별자치도 익산시에 위치한 원광대학교 내(35°58’10.3”N, 126°57’43.6”E)에 위치한 연동형 플라스틱 온실(면적: 645m2, 규격: 15m(W) × 43m(L) × 5.9m(H), 피복재: PO필름)에서 무수정 가지 품종인 ‘오토킹’(Haesung Seed Plus Co., Korea)을 9월 20일부터 1월 31일까지 131일간 수행하였다. 균일한 급액을 공급하기 위해 식물체 당 점적핀 한 개씩 설치하여 한국 원예연구소 가지 전용 배양액으로 pH 6.0 ± 0.2, EC 1.7 ± 0.2dS·m-1로 조정하여 1회 100–170mL가 공급되도록 자동급액시스템을 이용하여 누적 일사량 급액제어 방식으로 급액하였다. 시험에 사용된 배지는 사용된 코이어와 펄라이트를 혼합하여 수경재배용 자루(120 × 28cm, UR media Co., Korea)에 22L씩 넣고 100cm 길이로 밀봉하여 슬라브로 만들어 사용하였으며, 대조구는 시판 코이어 슬라브(100 × 20 × 10cm, BioGrow DUO dust:chip = 50:50(v:v), BioGrow, France)와 펄라이트를 슬라브로 만들어 배지 당 3주씩 5반복으로 완전임의배치방식으로 정식하였다(Fig. 2).
별도의 비이커를 설치하여 급·배액량과 EC, pH를 pH/EC Meter(HI9814, Hanna, Italy)로 측정하였으며, 가지를 2줄기로 재배하여 초장, 엽장, 엽폭, 엽병장, 마디수, 지제부 및 생장점 줄기굵기, 엽록소 함량(SPAD-502, Konica Minolta Camera Co., Japan)을 처리구별 5반복으로 정식 후 매주 실시하였다. 또한 과실의 특성을 파악하기위해 과중, 과장, 과병장과 과경을 정식 후 50일부터 시험 종료시까지 수시로 측정하였다.
온실 내부 환경 특성
가지 수경재배 온실 내부 최고, 최저 온도환경은 9월(33.6–17.8°C), 10월(30.4–12.8°C), 11월(28.9–11.4°C), 12월(27.1–11.5°C), 1월(27.8–7.4°C)이었으며, 월평균 온도는 9월(25.0°C), 10월(22.4°C), 11월(20.9°C), 12월(18.4°C), 1월(18.9°C)로서 동절기로 접어들수록 낮아졌다(자료미제출). 온실 내부의 최고, 최저 상대습도는 9월(97.8–48.8%), 10월(100–53.3%), 11월(100–58.7%), 12월(95.8–58.2%), 1월(100–62.9%)로 유지되었다. 적산일사량은 9월(1,194–2,133W·m-2), 10월(436–1,840W·m-2), 11월(422–1,424W·m-2), 12월(363–1,138W·m-2), 1월(164–1,308W·m-2) 범위로 나타나 동절기에 접어들수록 일장이 짧아지면서 감소하였다.
실험 통계 방법
토마토 배지경으로 1회 사용한 코이어 배지를 재활용하여 수경재배 배지로서 활용여부를 구명하고 이를 활용하여 작물 재배의 가능여부를 확인하고자 가지 작물을 이용하여 재배 가능성을 확인하고자 하였다. 따라서 재활용 코이어 배지와 펄라이트의 혼합비율에 따른 이화학성 분석은 SAS 9.4 소프트웨어 패키지(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 분산분석(ANOVA)을 통해 그룹 간의 차이를 확인한 후 그룹 간 평균을 비교하기 위해 Duncan’s Multiple Range Test에서 5% 유의수준에서 처리구간 3반복으로 진행하였다. 또한 가지를 이용하여 재배한 생육 특성은 SAS 9.4 소프트웨어 패키지(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 분산분석(ANOVA)을 통해 그룹 간의 차이를 확인한 후 평균을 Duncan’s Multiple Range Test에서 5% 유의수준에서 5반복으로 진행하였다.
결과 및 고찰
혼합비율에 따른 배지의 이화학적 특성
혼합비율에 따른 배지의 물리적 특성
혼합 배지의 공극률(Total porosity)은 Coir에서 재배 전·후 95.6, 95.7%로 가장 높아 다른 배지와 통계적 유의차가 나타났다(Fig. 3A). 일반적으로 식물 생육에 적합한 공극률은 85% 이상으로 보고되어있는데, 모든 처리구에서 85% 이상을 보여 식물 생육에 적합할 것으로 보인다(de Boodt and Verdonck 1972; Kim et al. 2002). 또한 Sim et al.(2006)은 펄라이트의 입경이 클수록 공극률이 감소한다고 보고하였는데, 본 실험에서도 펄라이트 함량이 높았던 UC3P7, UC1P9, Perlite에서 89–90%의 범위로 Coir 과 UC7P3에 비해 낮은 경향을 보였다. 용기용수량(Container capacity)은 배지 내 최대 함수량으로UC7P3이 52.10%로 가장 높았으며, 펄라이트 함량이 많았던 UC3P7, UC1P9, Perlite가 각각 36.96, 36.89, 32.78%로 낮았다(Fig. 3C). 재배 후 배지의 함수량은 재배 전과 비슷한 경향을 보였으나 재배 전보다 모든 처리구에서 약간 높게 나타났다. 기상율은 사용된 코이어 함량이 70% 이상 혼합된 UC7P3에서 40.5%로 가장 낮았으며, Perlite에서 58.18%로 가장 높았다(Fig 3B). 일반적으로 배지 생육에 적합한 기상율은 20–30%로(de Boodt and Verdonck 1972; Kim et al. 2002), 본 실험에 사용된 배지 모두 기상률이 높아 작물 재배 시 관수 간격이 짧을 경우 양액의 과잉 공급으로 인한 배액 발생이 증가하여 생산비가 많이 증가할 것으로 판단된다. 배지 내 작은 입자의 비율이 증가할 수록 기상률은 감소하고 용기용수량은 증가해 배지의 보수성은 좋아지지만 통기성이 불리할 수 있으며, 반대로 입자가 큰 비율이 증가할 경우 통기성은 높아지지만 보수성은 낮아져, 보수성과 통기성을 고려한다면 UC5P5에서 작물 생육에 적합한 물리성을 보유할 것으로 판단된다(Sim et al. 2006).
Fig. 3.
Total porosity (A), air porosity (B), and container capacity (C) values before and after cultivation according to the mixing ratio of used coir and perlite as substrates for eggplant hydroponics. Different lowercase letters above the bars indicate significant differences based on Duncan’s multiple range test at p < 0.05. Vertical bars represent the standard errors of the means (n=3).
용적밀도(Bulk density)는 재배 전 UP7C3에서 0.165mg·m-3로 높았고 Coir에서 0.138mg·m-3가장 낮았으며, 사용된 코이어 함량이 줄어들수록 낮아졌다(Fig. 4A). 재배 후에는 UC7P3, UC5P5, UC3P7에서 유의차가 없었고, Coir은 0.107mg·m-3로 재배 전 보다 용적밀도가 낮았다. 이와 같은 결과는 Coir이 dust와 chip의 비율이 50:50으로 칩 굵기가 상대적으로 커서 수분 공급 시 공극을 많이 형성하여 밀도가 낮아졌다고 사료된다. 또한 용적밀도는 낮으면 수분과 각종 수용성 염류의 이동이 용이하게 이루어지며 반대로 용적밀도가 높을경우 수분과 수용성 염류의 이동이 지연되어 집적되기 쉬운데(Patel and Sigh 1981; Brady 1990; Kim et al. 1997), Coir에서 염류집적이 많이 발생할 것으로 생각된다. 입자밀도(Particle density)는 Coir에서 재배 전·후에 각각 1.29, 1.21mg·m-3이었고, Perlite에서 0.83mg·m-3로 통계적 유의차가 나타났으며, 재배 후에도 비슷한 경향을 보여, 사용된 코이어의 혼합비율이 낮고 펄라이트의 함량이 많을수록 입자밀도가 낮아졌다(Fig. 4B). 배지 내 입자밀도가 낮으면 투수성과 통기성은 우수하지만 보수성이 부족해져 관수 간격이 길 경우 작물이 수분 스트레스를 받을 수 있어 입자가 고운 더스트(dust)의 적절한 혼합이 필요하다고 판단된다.
Fig. 4.
Bulk density (A) and particle density (B) characteristics before and after cultivation according to the mixing ratio of used coir and perlite as substrates for eggplant hydroponics. Different lowercase letters above the bars indicate significant differences based on Duncan’s multiple range test at p < 0.05. Vertical bars represent the standard errors of the means (n=3).
혼합비율에 따른 배지의 화학적 특성
혼합 배지의 pH는 Perlite(7.1)을 제외한 모든 처리구에서 5.6–6.1의 범위로, 작물의 이온 흡수 적정범위인 5.5–6.5 사이에 수용되었다(Table 2, Goh and Haynes 1977; Nelson 1991; Kang and Kim 2004). Perlite에서 pH의 값이 높았던 것은 펄라이트 단용으로 약알칼리의 배지 특성에 기인한 것이 원인으로 판단되어, 펄라이트를 단용으로 사용하는 것보다는 유기물 배지를 혼합하여 사용하는 것이 좋을 것으로 생각된다. 배지의 EC는 사용된 코이어의 혼합비율이 높은 UC7P3과 코이어 비율이 높은 Coir에서 1.65, 1.63dS·m-1으로 높았던 반면, 펄라이트함량이 높았던 UC3P7과 UC1P9, Perlite에서 0.48, 0.35, 0.05 dS·m-1로 낮게 나타났다. 따라서 유기물과 무기물 혼합 시 혼합비율에 따라 pH와 EC의 결과 값이 달라지므로 배지의 특성을 고려하여 배지를 혼합하는 것이 좋을 것으로 생각된다.
혼합배지의 암모니아태 질소(NH4-N)함량은 UC7P3에서 32.1mg·L-1로 가장 높았으며, Perlite에서 10.5mg·L-1으로 가장 낮았는데, 사용된 코이어 함량이 증가할수록 높아졌다(Table 2). Yoon et al.(2024)은 코이어 더스트 함량이 증가할수록 NH4-N의 함량이 높아진다고 보고하였는데, 본 실험에서도 유사한 경향을 보였다.
혼합배지의 질산태 질소(NO3-3)함량은 UC7P3에서 1,250.0mg·L-1로 나타나 Coir(87.3mg·L-1)에 비해 약 14.3배 높았으며, 사용된 코이어의 비율이 낮아질수록 NO3-N 값이 줄어들었다(Table 2). Lee et al.(2017)은 코이어 배지의 연용에 따라 재배 전 NO3-N함량이 거의 없었다고 보고하였는데, 본 시험에서도 Coir에서 낮은 함량을 보였다, 하지만 사용된 코이어의 NO3-N함량은 높았는데, 이는 본 시험에 사용되기 전 배지와 작물의 NO3-N 흡수 특성 등에 따라 NO3-N함량이 집적되어 달라졌을 것으로 사료된다. Yi et al.(2013)은 토마토 재배에서 NO3-N이 배지 내 집적되었다 하더라도 작물 재배 시 초기 생육과 생장에 질소 흡수량이 많아 초기 생육에 유리하다고 보고하였다. 하지만 재배 초기 질산태 질소가 과잉 흡수가 될수 있어 비료 시비에 주의를 기해야 할 것으로 생각되며, 다른 무기성 배지와 혼합하여 T-N의함량을 감소시켜 이용하는 것이 필요할 것으로 판단되다.
유효인산(P2O5)은 UC7P3에서 5.59g·L-1로 가장 높았으며 사용된 코이어 함량이 감소하고 펄라이트 함량이 증가할수록 UC5P5(2.91) > UC3P7(1.74) > Coir(0.39) > UC1P9(0.30) > Perlite(0.05 g·L-1) 순으로 감소하여 뚜렷한 차이를 보였다(Table 2). 사용된 코이어 배지가 유효인산 함량이 증가한 것은 전작 재배에서 양액 공급으로 인해 배지 내에 여러 가지 다른 이온들과 유효인산이 함께 집적된 것으로 사료된다.
혼합배지의 치환성 양이온 함량을 분석한 결과 K+, Na+, Mg2+은 Coir에서 38.6, 14.7, 16.1cmol+·kg-1로 가장 높았으며, Ca2+은 UC7P3에서 61.6cmol+·kg-1로 가장 높았다(Table 2). Lee et al.(2018)과 Yoon et al.(2024)은 K+, Na+, Mg2+은 배지 내 수용성으로 존재하여 무기물인 펄라이트가 혼합되면서 K+, Na+, Mg2+가 감소했다고 보고하였으며, 코이어 함량이 많을수록 K+, Na+, Mg2+의 함량이 높다는 일련의 보고와 유사한 경향을 보였다(Evans et al. 1996; Nelson 2003; Choi et al. 2011; Yoon et al. 2024).
Table 2.
pH, Electric conductivity (EC) and cation exchange capacities as the chemical characteristics of the mixed substrates
| Mixed Substrates | pH | EC | NH4-N | NO3-N | P2O5 | K | Ca | Na | Mg | CEC | |||
| dS·m-1 | mg·L-1 | g·L-1 | cmolc·kg-1 | ||||||||||
| Coir slab | 5.62 dz,y | 1.63 a | 12.87 b | 87.3 d | 0.39 d | 38.64 a | 18.38 d | 14.70 a | 16.10 a | 95.99 a | |||
| Perlite slab | 7.10 a | 0.05 e | 10.50 b | 11.7 d | 0.05 f | 0.84 d | 4.47 e | 1.20 f | 0.96 e | 4.88 e | |||
| UC7P3 | 5.70 dc | 1.65 a | 32.11 a | 1,250.0 a | 5.58 a | 7.12 b | 61.56 a | 11.68 b | 14.93 b | 27.93 b | |||
| UC5P5 | 5.80 c | 1.19 b | 22.22 ab | 709.0 b | 2.91 b | 4.29 c | 44.93 b | 8.46 c | 10.40 b | 19.05 c | |||
| UC3P7 | 6.10 b | 0.48 c | 24.24 ab | 431.7 c | 1.74 c | 2.12 d | 25.65 c | 5.26 d | 5.78 c | 11.51 d | |||
| UC1P9 | 6.13 b | 0.35 d | 12.30 b | 172.7 d | 0.30 e | 1.45 d | 14.93 d | 3.40 e | 3.23 d | 8.32 de | |||
| F-test | ***x | *** | NS | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | |||
배지의 양이온치환용량(CEC)은 Coir에서 96.0cmol+·kg-1으로 다른 처리구 보다 2.4–10.5배 높았고, 사용된 코이어 함량이 높았던UC7P3에서 27.9cmol+·kg-1, 펄라이트 함량이 많은 Perlite에서 4.88cmol+·kg-1나타나 혼합비율에 따라 뚜렷한 차이를 보였다(Table 2). Lee et al.(2018)은 재배 전 코이어 배지에서 71.0cmol+·kg-1으로 CEC 용량이 높았음을 보고하였고, Yoon et al.(2024)도 코이어 배지에서 67.65cmol+·kg-1으로 다른 배지 보다 CEC용량이 높았다고 보고하여 본 연구와 유사한 경향을 보였으며, 혼합배지에서 사용된 코이어 함량이 감소하고 펄라이트 함량이 증가할수록 CEC 용량이 감소하였는데 이로 인해 CEC 용량은 유기물인 코이어 비율에 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 또한 Lee et al.(2018)은 코이어 배지의 사용 년 수가 증가함에 따라 CEC 농도가 점진적으로 증가한다고 하였는데, 코이어의 입단구조가 파괴되고 표면 전하가 증가하면서 중과피 내에 박막층이 형성되어 상대적으로 표면적이 증가한 것이 원인으로 보고한 바 있다. 따라서 사용된 코이어의 함량이 많을수록 암모니아태질소, 질산태질소, 양이온 함량 등이 배지 내 집적되어 양분 보유력이 높은 것으로 생각되며, 펄라이트와 같은 무기물을 혼합한 결과 질소 함량, 양이온 함량, CEC 용량 등도 낮아지므로 무기물 배지와 혼합할 경우 적절한 비율로 혼합하여 사용하는 것이 양분관리 및 초기 생육에 유리할 것으로 판단된다.
배지 혼합비율에 따른 생육 특성
배지 혼합비율에 따른 급·배액 특성
배지의 급·배액량 조사는 정식 후 3일부터 수확 종료일까지 131일간 이루어졌다. 총 급액량은 220.2L이었으며, 배액량은 물리성 분석에서 공극률과 수분보유력이 높고 기상률이 낮았던 UC7P3에서 128.5L로 가장 적었다(자료미제출). 반대로 펄라이트 함량이 많았던 Perlite는 배수성은 우수하였으나 수분 보유력이 약해 상대적으로 배액량이 많은 것으로 생각되었는데, 174.2L로 가장 많았다. Lee et al.(1996)는 펄라이트와 훈탄의 혼합배지에서 펄라이트 함량이 많은 배지가 수분 보유력이 가장 적어 배액량이 많았다고 보고하여 본 실험의 결과와 유사하였다.
배지 혼합비율에 따른 생육특성
사용된 코이어와 펄라이트를 이용한 가지 수경재배의 적정 혼합비율을 선발하고자 생육 특성을 조사한 결과, 정식 19주 후의 초장은 UC7P3과 UC3P7에서 각각 180.6cm, 182.7cm로 Coir보다 약 10–12cm 정도 컸다(Table 3). 하지만 Perlite의 초장은 165.3cm로 가장 작게 나타나 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 엽장과 엽폭은 UC5P5에서 20.7, 12.9cm로 다른 처리구에 비해 약간 길었으나, 사용된 코이어와 펄라이트의 혼합비율 간에는 특별한 경향을 나타내지 않았다. 또한 모든 처리구에서 엽장과 엽폭이 생육 중기까지 왕성하였다가 생육 후기에 작아졌는데, 이는 사용된 코이어와 펄라이트의 혼합비율에 따른 영향보다 일조량 감소와 외기 온도 저하에 따른 뿌리의 양수분 흡수량이 낮아진 것이 원인으로 생각된다. 마디수, 지제부 줄기 굵기, SPAD는 처리구 간 통계적 유의차는 없었다. 엽과 줄기의 생체중을 측정한 결과 통계적 유의차는 없었으나 UC5P5에서 118.4, 300.8g으로 다른 처리구에 비해 무거웠고, Perlite에서 107.2, 247.6g으로 가장 가벼웠다. 엽과 줄기의 건물중 역시 통계적 유의차는 없었으나 UC5P5에서 21.6, 52.9g으로 무거웠고, Perlite에서 18.1, 41.6g으로 가벼웠다(Table 3). Shin et al.(2022)은 임상암면과 원예용상토, 펄라이트 등을 이용한 잎들깨 수경재배에서 수분보유력이 좋은 임상암면과 원예용상토에서 생육이 우수하고, 수분 보유력이 낮은 펄라이트 배지에서 생육이 불량하다고 보고하였다. 또한 배지의 양수분 보유량이 높으면 근권의 함수율이 급격히 낮아지지 않아 수분이용효율이 증대되고 이러한 차이는 생육에 결정적인 영향을 미친다고 하였는데(Martin et al. 1966; Aljibury and May 1970), 본 연구 결과 Perlite 배지가 다른 배지에 비해 초장, 줄기 생체중 등이 낮은 것은 배지 내 양수분 보유량보다는 배액으로 배출되는 양이 많아 식물체에서 양수분을 이용하기 부족했던 것으로 사료된다.
Table 3.
Plant heights, leaf lengths, leaf widths, node numbers, stem diameter (from 1 cm apart from the base), SPAD, leaf and stem fresh weight and dry weight of eggplants grown on six different substates for 131 days after transplanting (DAT)
| Mixed Substrates |
Plant height (cm) |
Leaf length (cm) |
Leaf width (cm) |
No. of node (ea) |
Stem diameter (mm) | SPAD |
Fresh weight (g) |
Dry weight (g) | |||
| Leaf | Stem | Leaf | Stem | ||||||||
| Coir slab | 170.3 abz,y | 18.2 b | 12.3 ab | 19.3 b | 14.6 a | 48.5 a | 114.8 a | 259.7 a | 19.5 a | 37.2 b | |
| Perlite slab | 165.3 b | 18.0 b | 12.6 ab | 20.0 ab | 13.6 b | 47.6 a | 107.2 a | 247.6 a | 18.1 a | 41.6 ab | |
| UC7P3 | 180.6 a | 18.0 b | 11.3 b | 20.3 a | 14.2 ab | 49.5 a | 116.0 a | 260.7 a | 19.0 a | 46.7 ab | |
| UC5P5 | 178.6 ab | 20.7 a | 12.9 a | 20.0 ab | 14.2 ab | 48.8 a | 118.4 a | 300.8 a | 21.6 a | 52.9 a | |
| UC3P7 | 182.7 a | 17.2 b | 11.2 b | 20.2 ab | 14.6 a | 50.0 a | 114.1 a | 267.9 a | 19.6 a | 45.5 ab | |
| UC1P9 | 168.7 ab | 18.2 b | 11.4 b | 20.0 ab | 14.2 ab | 47.4 a | 110.5 a | 270.2 a | 17.9 a | 43.9 ab | |
| F-test | ***x | *** | *** | *** | *** | ** | ** | ** | ** | ** | |
배지 혼합 비율에 따른 과실 수량 및 품질 특성
사용된 코이어와 펄라이트의 혼합비율에 따른 과일 특성을 조사한 결과 과실 개당 평균 과중은 UC5P5에서 126.1g으로 가장 무거웠고, Coir에서 117.4g, Perlite에서 113.1g으로 가벼웠으나 통계적 유의성은 없었다(Table 4). 과중을 11월부터 1월까지 월별로 분석한 결과 11월에 수확한 과중은 UC7P3(155.4), UC5P5(154.1g)가 Coir(147.4g) 보다 무거웠으며, Perlite가 140.5g으로 가장 가벼웠다(Fig. 5B). 12월에는 UC5P5에서 120.3g으로 가장 무거웠고, Coir이 111.1g으로 가벼웠으며, 1월에는 UC7P3이 104.8g으로 가장 무거웠고, Perlite에서 87.4g으로 가장 가벼웠다. 이와 같이 동절기로 접어들수록 과실의 무게가 점차 감소하였는데 11월 과실의 개당 평균 무게는 147.8g이었던 반면 12월에는 약 21.8% 감소하였고, 1월에는 11월 대비 약 33.9% 감소하였다. 과장은 특이한 경향을 나타내지 않았으나 11월에는 UC1P9가 19.5cm로 길었고 Coir이 18.1cm로 짧았다(Fig. 5C). 12월에는 UC5P5에서 18.3cm로 길었고 Perlite가 17.6cm로 짧았으며, 1월에는 Coir이 18.0cm로 길었고, UC1P9에서 17.0cm로 나타났는데, 과중과 마찬가지로 동절기 실험 기간이 경과할수록 감소하는 경향을 보였다. 과폭은 UC5P5에서 47.5mm로 가장 굵었고 Perlite에서 45.4mm로 가늘었지만 통계적 유의성은 없었다(Table 4). 과폭을 월별로 분석한 결과 11월에는 다른 처리구에 비해 Perlite에서 50.1mm로 약간 가늘었고, 12월에는 UC5P5에서 46.7mm로 굵었고, Perlite에서 가늘었으며, 1월에는 UC7P3에서 44.1mm로 다른 처리구에 비해 굵었다(Fig. 5D). 과중, 과폭 조사 결과 사용된 코이어 함량이 많았던 UC7P3과 UC5P5에서 굵고 무거웠으며, 펄라이트 함량이 많아질수록 감소하는 경향이었다.
Table 4.
Fruit weight, length, petiole length and diameter, marketable fruit numbers and weights of eggplants grown on six different substrates
| Mixed Substrates |
Fruit weight (cm) |
Fruit length (cm) |
Fruit petiole length (cm) |
Fruit diameter (mm) |
Marketable fruit number (ea·plant-1) |
Marketable fruit FW. (g·plant-1) |
| Coir slab | 117.4 az, y | 18.0 a | 5.6 ab | 46.46 a | 9.2 a | 1,078 a |
| Perlite slab | 113.1 a | 18.0 a | 5.5 ab | 45.40 a | 10.2 a | 1,214 a |
| UC7P3 | 125.6 a | 18.0 a | 5.7 a | 47.45 a | 10.6 a | 1,318 a |
| UC5P5 | 126.1 a | 18.3 a | 5.7 a | 47.48 a | 10.6 a | 1,325 a |
| UC3P7 | 121.8 a | 17.7 a | 5.7 a | 47.30 a | 9.6 a | 1,181 a |
| UC1P9 | 118.2 a | 18.2 a | 5.3 b | 46.23 a | 9.6 a | 1,149 a |
| F-test | NSx | NS | NS | NS | NS | NS |
과실의 주당 수량은 통계적 유의성은 없었으나 UC7P3과 UC5P5(10.6)에서 가장 많았고 Coir(9.2개)이 가장 적었다(Table 4). 월별 과실 수확량은 11월에 Coir과 UC1P9가 3.0개로 적었고, 다른 처리구는 3.2–3.4개 범위였다(Fig. 5A). 12월에는 UC1P9와 Perlite에서 4.0개였으며, UC3P7이 2.6개로 나타났으며, 1월에는 UC7P3에서 3.8개로 과실 수량이 가장 많았고, Perlite에서 2.2개로 가장 낮았다. 주당 총 과중은 UC5P5에서 1,325.4g으로 가장 무거웠고, Coir에서 1,078.2g으로 가장 가벼웠다. 과실의 상품률은 UC5P5와 UC3P7에서 기형과와 곡과가 발생되지 않았으나 펄라이트 함량이 많았던 UC1P9와 Perlite에서 93.8–94.1% 범위로 상품률이 낮게 나타나 사용된 코이어 함량이 많을수록 유리하였다(자료 미제출). 이상의 결과를 종합하여 볼 때 과실의 품질은 생육이 가장 왕성한 시기인 11월에 생산한 과실이 처리구와 상관없이 과중, 과장, 과폭 모두 우수하였던 반면 동절기로 접어들수록 과중, 과장 및 비대가 감소되었다. 이는 동절기 일조량 감소와 외기 온도 저하가 과실의 품질에 직접적인 영향을 주었던 것으로 생각되어 동절기 가지 재배시 일조량과 시설 내 온도 관리 뿐만 아니라 환기 부족으로 인해 CO2가 감소되지 않도록 CO2 시비를 통하여 작물이 광합성을 잘 할 수 있게 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 또한 과실의 총 수량에 영향을 미친 것은 사용된 코이어와 펄라이트의 함량에 따른 혼합비율 보다는 급액량에 의한 영향으로 판단되었는데, 급액량이 충분하였을 때는 펄라이트 함량이 많았던 배지에서도 수량의 차이가 없었지만 급액량이 줄어들었을 때에는 사용된 코이어 함량이 50% 이상이었던 UC7P3과 UC5P5에서 가지 수량이 좋았다. 반대로 펄라이트 함량이 많았던 처리구에서 과실의 수량이 감소한 결과를 보였는데, 이는 펄라이트 같이 입자가 큰 배지는 우수한 통기성과 배수성을 가지고 있으나 수분보유력이 부족하여 수량이 감소되었을 것으로 사료된다(Choi et al. 2021). Lee et al.(1998)은 오이 수경재배에서 코코피트 혼합 배지에 따라 총 과실 수는 처리구별 유의차는 없었으나 사용하는 배지에 따라 급액 방법이 달라져야 한다고 하였다. 또한 일반적으로 식물은 수분스트레스를 받을 경우 수분을 유지하기 위해 기공을 닫고 이로인해 작물의 생육 및 수량이 감소하고 증산량이 낮아지는데(Stewart et al. 1977), 본 실험에서도 배지 혼합비율과 재배시기에 따라 급액이 생육 및 수량에 영향을 주었던 것을 확인할 수 있었으며 이에따라 급액을 달리할 필요성이 있었다.
따라서 1회 사용한 코이어와 펄라이트의 혼합비율에 따라 배지의 이화학성과 가지의 생육 및 과실 특성을 살펴본 결과 사용된 코이어를 재활용하여 작물 생육이 가능 할 것으로 판단되며, 코이어 배지를 분쇄함에 있어 경제성을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다. 또한 코이어 배지를 재사용 함으로 발생하는 병충해에 대한 추가 실험이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
