서 언
재료 및 방법
혼합 배지 재료
혼합 배지의 물리성 분석
혼합 배지의 화학성 분석
혼합 배지를 활용한 생육 특성
실험 통계 방법
결과 및 고찰
혼합비율에 따른 물리적 특성
혼합비율에 따른 화학적 특성
서 언
수경재배는 토양이 아닌 배지 또는 무배지를 이용하여 작물의 생육에 필요한 무기양분을 적정농도로 용해시킨 배양액으로 작물을 재배하는 것을 말한다. 수경재배는 순수수경과 고형배지경으로 나뉘는데 그중 고형배지경은 유기질이나 무기질의 인공배지와 양액을 이용하여 재배하는 시스템으로, 토양에서 발생할 수 있는 각종 병해충의 피해를 감소시키고, 복잡한 토양 환경을 단순화하여 지하부 환경을 인위적으로 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있고, 작물의 수확량과 품질에 큰 영향을 미친다(Urrestarazu et al. 2008; Hanna 2009).
고형배지경에 이용하는 고형배지로는 암면, 펄라이트, 코코피트이며, 암면은 공극률과 보수력, 배수성이 우수하여 수분을 쉽게 조절하여 관수를 정밀하게 제어할 수 있지만(Nelson and Fonteno 1991; An and Shin 2021), 양분 조절이 어렵고, 자연분해가 되지 않아 폐기에 따른 환경문제가 발생하고, 연용으로 사용하면 배지의 이화학성이 깨져 소독하여 재사용하기 불가능하다(Nelson and Fonteno 1991; Bae et al. 2008; An and Shin 2021). 펄라이트는 단용으로 배지를 사용할 시 관수하는 방식에 따라 수분의 변화가 심하고 완충능력이 낮아진다는 단점을 가지고 있어 단용으로 사용하기보다는 다른 배지와 혼용으로 많이 이용되고 있다(Olympios 1992; Kim et al. 2000a; Bae et al. 2008). 코코피트는 코코넛과실의 부산물로, 물리성과 화학성이 재배 배지로 적합하고 장기간 사용할 수 있어 전 세계적으로 사용량이 증가하고 있으며, 국내에서도 2020년 기준 2017년에 비해 사용량이 32% 증가하였다. 하지만 스리랑카, 인도, 필리핀, 인도네시아 등 전량 수입에 의존하고 있고, 코로나19의 장기화로 이들 국가의 현지 생산 설비 운영 중단과 물류 시스템 마비, 중국의 전량 회수 등의 이유로 수입 공급이 어려워지고 있으며, 이러한 여러 가지 이유로 코코피트의 수입단가는 2018년 대비 2020년에 15.97%가 상승하는 등 꾸준히 오르고 있다(Cho 2020). 이러한 코코피트, 펄라이트, 암면 등의 문제점을 해결하기 위해 국내에서 쉽게 구입할 수 있으며 가격이 저렴하고 환경친화적인 팽연왕겨와 훈탄(Park et al. 2014), 석탄재(Rhie et al. 2018), 폐 버섯 배지(Lemaire et al. 1985; Kim et al. 2007), 밤나무 파쇄 입자(Kim and Jeong 2003) 등의 산업부산물을 이용한 고형배지에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히 산업부산물 중 임산 부산물은 산림에서 생산되는 임산물이 가공되는 과정에서 생성되는 자원으로(Jung et al. 2015), 환경친화적으로 이용할 수 있는 소재 중 하나이다. 2019년 기준 연간 벌채량은 518만m3로, 소나무(33.3 %) > 참나무(28.0) > 기타 활엽수(14.2) > 낙엽송(11.8) 순으로 벌채에 많이 이용되고 있으며, 전체 벌채량 중 83%는 수집·이용하지만, 나뭇가지 등의 17%는 이용되고 있지 않다(KREI 2020). 그렇기 때문에 재활용도가 낮은 임산 부산물에 대한 연구가 꾸준히 요구되고 있으며, 현재 국내에서는 소나무와 밤나무 수피(Park et al. 2014), 톱밥 및 목질섬유(Jung et al. 2015) 등을 이용한 상토 개발에 대한 연구가 진행되었으며, 미국에서도 펄프 제조 과정에서 생성되는 수피, 톱밥, 또는 우드칩을 활용한 연구가 진행 중에 있다(Fields et al. 2012; Owen et al. 2012; Park et al. 2014).
이에 본 연구는 참나무 수피 부산물을 활용한 배지가 토마토 수경재배 배지로써 사용 가능여부를 구명하고자 국내에서 발생하는 참나무 수피를 펄라이트, 코이어 더스트와 혼합하여 혼합 비율에 따른 배지의 물리적, 화학적 특성을 파악하고 토마토의 생육 특성을 구명하고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
혼합 배지 재료
본 연구에 사용된 참나무 수피 부산물은 산림조합에서 제공받아 입자의 크기에 따라 2종류로 분류하였다. 입경이 5mm 이하인 고운 참나무 수피 부산물과 입경이 5mm 이상 되는 참나무 수피 부산물을 7:3으로 혼합한 후 펄라이트(The good perlite No.1, GFC., LTD, Hongseong, Korea), 코이어더스트(Sri Lamka)를 혼합하여 실험 재료로 사용하였다. 펄라이트(perlite) : 코이어 더스트(coir dust) : 참나무 수피 부산물(oak bulk)을 10:20:70(PCO127), 30:20:50(PCO325), 50:20:30(PCO523), 20:10:70(PCO217), 20:30:50(PCO235), 20:50:30(PCO253, %, v/v)로 혼합하였으며, 배지의 활용 가능성을 비교하기 위해 현재 시판되고 있는 코이어 배지(100 × 20 × 10cm, BioGrow DUO, dust:chip = 50:50(v:v), BioGrow, France)를 대조구로 사용하였다(Fig. 1).
혼합 배지의 물리성 분석
혼합 배지의 입도분포를 알아보기 위하여 배지들을 105°C의 건조기에서 24시간 건조한 후 100g씩 정량하여 미국 표준규격(ASTM)에 맞추어 체(sieve; 3½(직경 5.6mm), 7(2.8mm), 1.4(1.4mm), 25(710µm, 45(355µm), 100(150µm), 140(106µm)를 이용하여 sieve shaker로 Choi et al.(1997)의 방법에 따라 3반복으로 수행하였으며, 혼합 배지의 총공극률(total porosity), 용기용수량(container capacity), 기상률(air space) 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
물리성 분석과 마찬가지로 참나무 수피 부산물, 펄라이트, 코이어 dust를 비율별로 섞은 혼합배지를 이용하여 pH와 EC(electrical conductivity)를 경기도농업기술원의 토양 및 퇴비 분석법에 따라 측정하였다(GARES 2009).
참나무 수피 부산물, 펄라이트, 코이어 dust의 혼합 비율에 따른 배지의 무기 성분 분석은 농촌진흥청의 상토 분석법(RDA 2002)과 경기도농업기술원의 토양 및 퇴비 분석법(GARES 2009)을 따랐다. 암모니아태질소는 Indophenol-Blue 비색법을 이용하여 분석하였으며, 질산태질소는 Brucine 비색법을 이용하여 분석하였다. 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.
혼합 배지를 활용한 생육 특성
배지별 생육 특성을 비교하기 위해 전라북도 익산시 원광대학교 내 연동형 플라스틱 온실(면적: 645m2, 규격: 15m(W) × 43m(L) × 5.9m(H), 피복재: PO필름)에서 완숙 토마토 품종인 ‘도키아’(Enza zaden Co., Netherlands)를 4월 27일 정식하여 실험하였다. 균일한 급액을 공급하기 위해 식물체 당 점적핀 한 개씩 설치하여 네덜란드 온실작물연구소(PBG) 비순환식 배양액으로 EC 1.8–2.0dS·m-1, pH 5.5–6.0 범위로 조정하여 1회 130ml가 공급되도록 자동급액시스템을 이용하여 누적 일사량 급액제어 방식으로 급액하였다. 시험에 사용된 배지는 펄라이트, 코이어 더스트, 참나무 수피 부산물을 혼합하여 수경재배용 자루(120 × 28cm, UR media Co., Korea)에 22L씩 넣은 후 100cm 길이로 밀봉하여 slab로 만들어 사용하였으며, 시판 코이어 슬라브(100 × 20 × 10cm, BioGrow DUO dust:chip = 50:50(v:v), BioGrow, France)를 대조구로 하여 배지 당 5반복으로 완전임의배치법으로 배치하였다(Fig. 1).
생육 조사는 정식 후 13일(5월 10일)에 시작하여 105일(8월 10일)까지 주 1회 초장, 엽수, 엽장, 엽폭, 화방 높이, 생장길이, 지상부와 지제부의 줄기 경경을 측정하였으며, 과실은 처리구별 화방당 3개의 과실을 착과시켰다.
실험 통계 방법
데이터 통계분석은 SAS 9.4 소프트웨어 패키지(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 사용하여 Duncan’s Multiple Range Test에서 5% 유의수준으로 분석하였다.
결과 및 고찰
혼합비율에 따른 물리적 특성
입도분포
배지의 혼합비율에 따른 입도 분포를 조사한 결과, 펄라이트의 혼합비율이 증가하고 참나무 수피 부산물의 혼합비율이 감소할수록 2.8–5.6mm 직경 비율이 11.7%에서 34.9%까지 늘어났으며, 355µm–1.4mm는 52.8%에서 33.6%로 감소하였다(Table 1). 하지만 코이어 더스트의 혼합비율이 증가하고 참나무 수피 부산물의 혼합비율이 감소할수록 입도분포는 큰 차이를 보이지 않았으나 2.8 – 5.6mm 직경 비율은 15.8%에서 18.6%로 소폭 증가하였는데, 이는 코이어 더스트에 파이버(Fiber)가 혼합되어 있어 늘어난 것으로 생각된다. 또한 대조구는 355–710µm 직경이 21.3%로 가장 많았으나 150µm–5.6mm까지 96.2%가 분포되어 있었다. 일반적으로 입자크기가 작은 입도의 분포가 높을 경우 통기성이 불량하고, 작물의 생육이 억제된다고 하였으며(Bunt 1988; Choi et al. 2000; Rhie et al. 2018), 반대로 입자 크기가 큰 입자 분포가 높을 경우 수분보유력이 떨어진다고 보고하였다(Olszewski and Eisenman 2017; Rhie et al. 2018). 본 실험 결과 PCO127이 1.4mm 이하 직경의 입자가 68.4%로 분포하고 있어 통기성이 좋지 않으나 수분보유력이 높고, 반대로 펄라이트 함량이 높은 PCO523이 2.8mm 이상 직경이 52.4%를 분포하고 있어 통기성은 좋으나 수분보유력이 낮을 것으로 판단된다.
Table 1.
Particle size distributions (%) of the pearlite, coir dust and oak bark mixed substrates
|
Mixed Substratez | < 106 µm |
106 µm– 150 µm |
150 µm– 355 µm |
355 µm– 710 µm |
710 µm– 1.4 mm |
1.4 mm– 2.8 mm |
2.8 mm– 5.6 mm | > 5.6 mm |
| Con. | 1.8 a (±0.39)y, x | 2.0 a (±0.44) | 13.4 a (±1.20) | 21.3 a (±0.93) | 18.3 c (±0.61) | 14.0 a (±0.52) | 12.3 cd (±1.11) | 16.8 a (±0.95) |
| PCO127 | 1.4 a (±0.50) | 1.7 a (±0.26) | 12.6 a (±1.72) | 24.2 a (±1.49) | 28.6 a (±1.95) | 16.8 a (±0.70) | 11.7 d (±1.62) | 3.2 b (±0.32) |
| PCO325 | 1.4 a (±0.06) | 2.8 a (±0.11) | 12.1 a (±0.40) | 19.7 ab (±0.69) | 22.1 b (±1.24) | 17.1 a (±0.47) | 22.0 b (±1.25) | 2.8 b (±0.85) |
| PCO523 | 1.4 a (±0.18) | 2.5 a (±0.14) | 10.1 a (±0.47) | 15.9 b (±0.72) | 17.7 c (±0.55) | 15.5 a (±1.20) | 34.9 a (±2.21) | 1.9 b (±0.23) |
| PCO217 | 1.5 a (±0.61) | 2.7 a (±0.85) | 13.3 a (±3.77) | 21.8 a (±2.29) | 25.5 ab (±0.76) | 15.6 a (±2.26) | 16.0 bcd (±3.51) | 3.5 b (±1.21) |
| PCO235 | 2.0 a (±0.30) | 2.9 a (±0.23) | 13.8 a (±1.38) | 21.4 a (±2.05) | 22.7 b (±1.37) | 17.4 a (±1.22) | 15.8 bcd (±2.03) | 4.1 b (±1.86) |
| PCO253 | 2.4 a (±0.63) | 3.0 a (±0.52) | 13.1 a (±1.44) | 20.7 a (±0.70) | 21.8 b (±0.57) | 16.3 a (±0.78) | 18.6 bc (±0.97) | 4.0 b (±0.90) |
| < 710 µm | 710 µm–5.6 mm < | |||||||
| Con. | 38.60 (±1.38) | 61.40 (±1.38) | ||||||
| PCO127 | 39.81 (±1.85) | 60.19 (±1.85) | ||||||
| PCO325 | 36.00 (±0.37) | 64.00 (±0.37) | ||||||
| PCO523 | 29.94 (±0.37) | 70.06 (±0.73) | ||||||
| PCO217 | 39.41 (±4.34) | 60.59 (±4.34) | ||||||
| PCO235 | 40.05 (±1.95) | 59.95 (±1.95) | ||||||
| PCO253 | 39.25 (±1.81) | 60.75 (±1.81) | ||||||
zPearlite, coir dust and oak bark substrates mixed ratios [Con. (coir substrate), PCO127 (10:20:70), PCO325 (30:20:50), PCO523 (50:20:30), PCO217 (20:10:70), PCO235 (20:30:50), and PCO253 (20:50:30)]
용적밀도 및 입자밀도
참나무 수피 부산물, 펄라이트, 코이어 더스트의 혼합비율에 따른 배지의 용적밀도를 분석한 결과, PCO217이 0.222mg·m-3으로 대조구의 0.115mg·m-3 간에 통계적 차이를 보였다(Table 2). Jeong et al.(2002)은 용적밀도가 높으면 배지가 식물을 지지해 주는 능력이 우수하고, 반대로 용적밀도가 낮으면 이동, 수송, 취급에 용이해진다고 보고하였는데, 용적밀도가 높았던 PCO217에서 식물을 지탱해주는 능력이 우수하고, 반대로 대조구에서 이동, 수송, 취급에 용이할 것으로 판단된다. 또한 Rhie et al.(2018)은 굵은 입자의 석탄재 저회의 비율이 높아질수록 용적밀도는 낮았으며, 반대로 고운 입자 석탄재 저회의 첨가 비율이 증가할수록 용적밀도가 높아진다고 보고하였는데, 본 실험 결과 입자 크기가 5.6mm 이상이 많았던 PCO523에서 가장 낮아 Rhie et al.(2018)과 유사한 결과를 확인할 수 있었다. 또한 Kim and Kim(2011)은 상토 원재료의 혼합비율에 따라 용적밀도에 영향을 미친다고 보고하였는데, 본 실험에서도 이와 유사한 결과를 확인할 수 있었다.
입자밀도는 공극을 배제한 상토의 고운 입자가 차지하는 밀도를 말하며, 용적밀도와 함께 배지에 존재하는 공극률을 계산할 때 사용되는 인자이다. 코이어 더스트와 참나무 수피 부산물의 고운 입자가 많이 들어간 PCO253과 PCO127에서 1.223, 1.213mg·m-3로 다른 배지에 비해 높았으며, 대조구에서 0.69mg·m-3로 가장 낮았다(Table 2). 용적밀도와 마찬가지로 배지 제조 시 혼합비율별 입자밀도 값이 크게 달라지는데, 대조구의 경우 코이어 배지의 비율이 더스트와 칩이 50:50으로 혼합되어 있어 입자밀도가 낮은 것으로 판단되며, PCO325와 PCO523에서 0.97, 0.95mg·m-3이었는데, 이는 펄라이트의 함량이 높아지면서 입자밀도가 낮아진 것으로 판단된다.
공극률, 기상률, 용기용수량
배지별 물리성을 나타내는 공극률, 기상률과 용기용수량을 분석한 결과, 공극률은 PCO127(86.6%)과 대조구(82.6%)에서 80%대를 보이고, 나머지 배지에서는 73.7–79.6%대의 범위를 보여, 85% 이상의 공극률을 보유한 배지는 없었다(Table 2). 그러나 기상률에서 대조구(18.5%)와 PCO253(19.8%)을 제외한 나머지 배지에서 22.9–26.2%로 적정 범위로 조사되었다(Table 2). 배지의 용기용수량은 47.5–64.1%의 범위를 보였으며, 펄라이트 함량이 높았던 PCO523이 47.5%로 가장 낮아 배지의 수분보유력이 좋지 않을 것으로 판단되며, PCO523에서 식물을 기를 경우 빈번하게 관수해야 할 것으로 생각되었다(Table 2). 반대로 대조구에서는 용기용수량이 64.1%로 가장 높아 수분보유력이 좋을 것으로 판단되었다. 식물 생육에 적합한 공극률은 85% 이상, 기상률은 20–30%로 알려져 있고(de Boodt and Verdonck 1972; Kim et al. 2002), 용기용수량 60–80% 이상으로 알려져 있다(Abad et al. 2002; Abad et al. 2005; Kim 2019). 보편적으로 유통되는 원예용 배지는 공극률 85–90%, 용기용수량 65–70%, 기상률은 10–20% 가지고 있다고 보고하고 있다(Nelson 2012; Kim et al. 2020). 또한 배지의 공극은 공기와 수분을 보유할 수 있는 능력을 말하며, 공극이 높으면 관수를 적게 할 수 있다(Park et al. 2014). Sin et al. (2012a)은 배지의 입경이 커질수록 공극률이 감소하고, 펄라이트 또한 입경이 작을수록 용기용수량이 증가하며, 기상률이 감소한다고 보고하였는데, 본 실험에서도 입도가 큰 배지에서 공극률이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 펄라이트의 혼합비율이 높을수록 기상률은 높아지고 용기용수량은 낮아져 통기성이 좋아지고 보수력은 나빠지며, 반대로 코이어 더스트와 참나무 수피 부산물의 혼합비율이 높을수록 용기용수량은 높아지고, 기상률은 낮아져 보수력은 증가하고 통기성은 감소한 것으로 판단된다.
Table 2.
Bulk density (BD) and particle density (PD), total porosity (TP), air space (AS), and container capacity (CC) of mixed substrates grown in a hydroponics system
| Mixed Substrates | BD (mg·m-3) | PD (mg·m-3) | TP (%) | AS (%) | CC (%) |
| Con. | 0.12 dz, y | 0.69 d | 82.6 ± 2.4 a | 18.5 ± 1.9 a | 64.1 ± 0.7 a |
| PCO127 | 0.21 ab | 1.21 a | 83.6 ± 2.1 a | 23.8 ± 2.1 a | 59.8 ± 0.4 b |
| PCO325 | 0.21 ab | 0.97 c | 77.8 ± 3.6 ab | 25.0 ± 2.1 a | 52.8 ± 1.5 d |
| PCO523 | 0.20 ab | 0.95 c | 73.7 ± 0.2 b | 26.2 ± 2.6 a | 47.5 ± 0.5 f |
| PCO217 | 0.22 a | 1.09 b | 76.2 ± 1.6 ab | 26.1 ± 0.4 a | 50.1 ± 1.3 e |
| PCO235 | 0.17 bc | 1.16 ab | 78.4 ± 2.1 ab | 22.9 ± 2.1 a | 55.4 ± 0.3 c |
| PCO253 | 0.15 cd | 1.22 a | 79.6 ± 3.0 ab | 19.8 ± 3.4 a | 59.8 ± 0.5 b |
혼합비율에 따른 화학적 특성
pH와 EC
배지의 pH는 PCO523에서 pH 5.02로 가장 높았으며, 펄라이트의 함량이 높아지고 참나무 수피 부산물의 양이 적어지면서 pH 4.83에서 5.02로 높아졌는데, 이는 펄라이트가 약알칼리의 산도를 가지고 있고 참나무 수피 부산물이 약산성의 산도를 가지고 있어 pH가 높아진 것으로 생각된다(Fig. 2A). Kim et al.(2000b)은 폐암면에 밤나무 입자를 혼합하였을 때, 밤나무 입자의 혼합비율이 늘어날수록 pH는 낮아진다는 연구 결과와 일치하였으며, 밤나무 입자처럼 참나무 수피 부산물이 산성임을 확인할 수 있었다. 코이어 더스트의 함량이 증가하고, 참나무 수피 부산물의 양이 감소할수록 pH 4.85에서 4.68로 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. Sin et al.(2012b)은 시판 코이어 더스트 10종의 pH를 분석한 결과 5.38–6.43의 범위로 평균 6.01이었다고 보고하였는데, 본 실험에서 코이어 더스트의 혼합비율이 높아질수록 pH가 낮아진 것으로 보아 본 실험에 사용된 코이어 더스트는 약산성의 산도를 가지고 있을 것으로 판단된다. 또한 대조구의 pH는 4.94로 측정되어 참나무 수피 부산물(4.95)과 비슷한 수치를 보였다(자료 미제출). 작물이 모든 원소를 흡수할 수 있는 배지의 pH는 5.0–6.5로 (Goh and Haynes 1977; Nelson 1991; Kang and Kim 2004), 펄라이트 비율이 높았던 PCO523을 제외하고 모든 배지에서 석회질 비료 등을 이용하여 pH 교정이 필요할 것으로 생각된다. 배지의 EC는 대조구에서 1.57dS·m-1로 가장 높았으며, 펄라이트의 함량이 증가할수록 EC는 0.73에서 0.65dS·m-1로 감소하였고, 코이어 더스트의 함량이 증가할수록 0.58에서 1.04dS·m-1로 높아졌다(Fig. 2B). 토마토 작물 재배 시 공급하는 EC의 농도인 2.0dS·m-1을 넘지 않아 본 실험에 사용된 배지는 작물 재배에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
회분 함량 및 유기물 함량 분석
회분 함량은 펄라이트가 가장 많이 함유된 PCO523이 48.3%로 가장 높았으며, 대조구에서 9.8%로 가장 낮아, 펄라이트 함량이 높을수록 회분 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 3A). 유기물 함량은 코이어가 많이 함유된 대조구에서 90.2로 가장 높았으며, PCO127(83.4) > PCO217(78.4) > PCO235(75.4) > PCO253(71.3) > PCO325(65.7) > PCO523(51.7%) 순이었다(Fig. 3B). 코이어와 참나무 수피 부산물이 많이 혼합되어 있을수록 유기물 함량이 높았으며, 무기물인 펄라이트가 많이 혼합된 배지에서 값이 낮아지는 것을 확인할 수 있었는데, Kim and Kim(2011)의 연구 결과 펄라이트 함량이 높은 배지에서 회분 함량이 높고, 유기물 함량이 낮았다는 연구 결과와 유사하게 나타났다.
무기원소
배지 혼합 별 P2O5은 대조구에서 554.45mg·L-1로 가장 높았으며, 무기질인 펄라이트 함량이 증가하고 참나무 수피 부산물의 함량이 감소할수록 347.17mg·L-1에서 303.37mg·L-1로 낮아지고, 코이어 더스트의 함량이 증가하고 참나무 수피 부산물의 함량이 감소할수록 P2O5이 363.98mg·L-1에서 535.64mg·L-1으로 증가하였다(Table 3). 이로 인해 P2O5이 참나무 수피 부산물보다는 펄라이트와 코이어 더스트의 함량 비율에 영향을 받는 것을 확인할 수 있었으며 Sin(2013)의 연구 결과와 일치하는 경향을 보였다. 앞으로 펄라이트와 코이어 더스트를 혼합배지로 사용할 때는 인산비료 시비에 신중함을 기해야 할 것으로 생각된다.
NH4-N은 대조구에서 18.78mg·kg-1로 가장 낮았으며, 코이어 더스트가 가장 많이 함유되었던 PCO253에서 114.96mg·L-1로 가장 높았으며, 펄라이트 비율이 증가할수록 배지 내 NH4-N 함량이 71.30mg·L-1에서 27.36mg·L-1로 감소하였다(Table 3). 따라서 코이어 더스트의 혼합비율이 늘어날수록 NH4-N의 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 대조구에서 코이어 더스트의 양이 50%인데도 NH4-N의 농도가 낮은 것은 코이어 칩에 NH4-N 농도가 낮기 때문으로 판단된다.
배지별 NO3-N은 펄라이트와 코이어 더스트의 혼합비율이 많아지고 참나무 수피 부산물의 혼합비율이 낮아질수록 35.68mg·L-1에서 30.76mg·L-1, 30.23에서 21.06mg·L-1으로 낮아졌다. 코이어 더스트가 가장 많이 함유되어 있던 PCO253에서는 NO3-N이 검출되지 않았으며, 대조구에서 2.33mg·L-1로 낮은 것을 확인할 수 있었다(Table 3). Sin et al.(2012b)의 연구결과 코이어 더스트와 펄라이트에 NO3-N은 각각 0.85mg·L-1, 0.42mg·L-1 혼합되어 있다고 보고하였으며, 본 시험에 사용된 참나무 수피 부산물의 NO3-N의 값은 17.50mg·L-1로 코이어 더스트와 펄라이트보다 NO3-N의 함량이 높았다. 이로 인해 참나무 부산물의 혼합비율이 감소할수록 NO3-N 함량 또한 감소한 것을 확인할 수 있었다. Lee et al.(2017)은 코이어 배지 연용에 따른 NO3-N 함량을 분석한 결과 NO3-N이 사용 전 거의 함량이 없었다고 보고하여 본 실험과 유사한 결과를 확인할 수 있었다. 일반적으로 식물이 이용하는 질소의 형태는 질산태와 암모니아태 질소로, 대부분의 원예작물은 NH4-N은 토양에 흡착하여 NO3-N으로 변환하여 작물에 이용되며, NO3-N은 작물에 흡수되어 초기 생육과 성장에 도움을 준다(Yi et al. 2013). 따라서 참나무 수피 부산물의 혼합비율이 높을수록 초기 작물 생육에 유리할 것으로 판단된다. 또한 PCO523를 제외한 모든 배지에서 NO3-N보다 NH4-N의 함량이 높았으므로, 작물 초기 질산태질소 비료 시비에 신중히 처리해야 할 것으로 생각된다.
치환성 양이온인 K, Ca, Na, Mg는 대조구에서 가장 높았으며, 무기질인 펄라이트에 영향을 거의 받지 않는 것을 확인하였으며, K와 Na는 코이어에 영향을 받아 코이어 더스트의 함량이 증가할수록 두 성분이 증가하는 것을 확인하였다(Table 3). Ca는 참나무 수피 부산물에 영향을 받아 참나무 수피 부산물이 감소할수록 Ca 함량이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. Kang and Kim(2004)은 펄라이트와 버미큘라이트는 수용성 양분의 함량이 낮기 때문에 식물이 쉽게 이용 할 수 있는 양분이 적어 작물 재배에 있어 양분공급에 지연이 생길 수 있고, 이에 따라 양분결핍증상을 쉽게 나타낼 수 있으나 식물생육 조절을 위한 근권 내 양분 조절이 용이하다고 보고하였는데, 본 실험에서도 펄라이트의 함량이 수용성 양이온에 영향을 미치지 않아 유사한 경향을 보였다. 또한 Kim et al.(2000b)이 밤나무와 소나무 입자를 폐암면, 코이어, 펄라이트를 혼합한 상토 연구 결과와 일치하였는데, 배지를 혼합할 때 각 재료의 이온 특성을 파악하여 혼합하여야 할 것으로 생각된다. 또한 대체로 대조구에서 K, Ca, Na, Cl 등의 함량이 높게 나왔는데, Evans et al.(1996)과 Park(2014)에 의하면 코이어의 채취 지역이나 입자크기 등에 따라 무기성분의 함량이 각각 K에서 19–948mg·L-1, Ca에서 1.0–24.3mg·L-1, Na에서 22.3–88.3mg·L-1, Cl에서 26–1,636mg·L-1의 범위로 무기성분 간 차이가 크며, 염류 농도가 코이어의 품질에 큰 영향을 미친다고 하였다. 치환성 양이온 용량인 CEC는 코이어 배지인 대조구에서 CEC는 67.65cmolc·kg-1로 다른 배지보다 높았는데, Lee et al.(2018)은 코코피트 시험 전 배지의 CEC가 71.0cmolc·kg-1로 나타났다고 보고하여 본 연구와 비슷한 수치를 확인하였다(Table 3). 펄라이트 함량이 증가하고, 참나무 수피 부산물의 함량이 감소할수록 CEC 함량은 21.47에서 17.31cmolc·kg-1로 낮아졌다. 코이어 더스트의 함량이 가장 적었던 PCO217는 21.28cmolc·kg-1로 측정되었다. 코이어 더스트의 함량이 높고, 참나무 수피 부산물의 함량이 낮았던 PCO235와 PCO253의 CEC 함량은 28.16–28.61cmolc·kg-1의 범위를 나타냈다. 이로 인해 CEC는 코이어 더스트에 비율에 영향을 받는 것을 확인하였다. 따라서 코이어의 비율이 높을수록 양분 보유력이 높을 것으로 판단되며, 펄라이트와 참나무 수피 부산물 사용 시 양분관리에 신중해야 할 것으로 판단되었다.
Table 3.
Cation exchange capacities of the chemical characteristics of the mixed substrates
| Mixed Substrate | NH4-N | NO3-N | P2O5 | K | Ca | Na | Mg | CEC | ||
| (mg·L-1) | (cmolc·kg-1) | (cmolc·kg-1) | ||||||||
| Con. | 18.78 gz, y | 2.33 d | 554.45 a | 30.65 a | 10.88 a | 12.44 a | 11.69 a | 67.65 a | ||
| PCO127 | 71.30 c | 35.68 a | 347.17 e | 7.33 d | 8.64 bc | 0.36 c | 3.16 bc | 21.47 c | ||
| PCO325 | 62.31 d | 32.05 b | 329.21 f | 7.44 d | 7.41 cd | 0.55 c | 2.90 bc | 20.27 c | ||
| PCO523 | 27.36 f | 30.76 b | 303.37 g | 7.15 d | 5.30 e | 0.59 c | 2.28 c | 17.31 c | ||
| PCO217 | 50.56 e | 30.23 b | 363.98 d | 6.33 e | 9.48 ab | 0.33 c | 3.16 bc | 21.28 c | ||
| PCO235 | 81.49 b | 21.06 c | 462.93 e | 12.93 c | 9.07 abc | 0.98 bc | 3.64 b | 28.61 b | ||
| PCO253 | 114.96 a | NDw | 535.64 b | 15.09 b | 6.07 de | 1.64 b | 3.38 bc | 28.16 b | ||
생육 특성
정식 후 105일에 실시한 생육 조사 결과 엽수에서 PCO235가 42.6개로 나머지 배지(44.8–46.0)와 유의차가 있었다(Table 4). 하지만 초장, 지상부 줄기 경경, 엽과 줄기의 생체중과 건물중에서 대조구와 통계적 차이가 없는 것으로 보아 배지의 뿌리 발달에도 큰 차이를 보이지 않을 것으로 판단된다(Fig. 4).
Table 4.
Plant heights, leaf numbers, stem diameter Ⅰ outcomes (from 1 cm apart from the base), stem diameter Ⅱ outcomes (stem lower at the third last flower cluster from the apical zone), leaf and stem fresh weights and dry weights of different substrates grown for 105 days after transplanting (DAT)
| Mixed Substrate |
Plant height (cm) |
Leaf Number (ea) |
Stem diam.Ⅰ (mm) |
Stem diam.Ⅱ (mm) | Leaf weight (g) | Stem weight (g) | |||
| Fresh | Dry | Fresh | Dry | ||||||
| Con. | 344.3 az, y | 45.0 a | 19.7 ab | 9.3 a | 685.8 a | 82.4 a | 713.2 a | 95.2 a | |
| PCO127 | 337.1 a | 45.6 a | 18.3 ab | 8.0 a | 586.8 a | 74.1 a | 644.8 a | 87.2 a | |
| PCO325 | 344.3 a | 45.0 a | 19.2 ab | 7.9 a | 592.3 a | 75.3 a | 617.8 a | 87.3 a | |
| PCO523 | 361.3 a | 46.0 a | 17.1 b | 7.9 a | 632.4 a | 104.7 a | 651.4 a | 89.7 a | |
| PCO217 | 348.6 a | 45.0 a | 18.2 ab | 7.1 a | 437.6 a | 53.8 a | 633.0 a | 85.8 a | |
| PCO235 | 335.0 a | 42.6 b | 19.3 ab | 7.1 a | 506.2 a | 63.1 a | 613.0 a | 84.7 a | |
| PCO253 | 348.1 a | 44.8 a | 20.1 a | 8.3 a | 509.8 a | 62.9 a | 615.0 a | 82.6 a | |
작물 개당 상품 과수는 PCO253이 13.6개로 가장 낮았으며, PCO235(17.6개), Con.(17.4), PCO217(16.9), PCO325(16.4)와 통계적 차이가 있었다(Table 5). 상품 과중은 PCO235에서 3,996g으로 무게가 가장 많이 나갔으며, 상품 과수가 적었던 PCO253에서 3,271g으로 무게가 가장 적었으나 통계적 유의차는 없었다. 과실 200g을 생산하기 위해 소요된 물량은 통계적 차이가 없었으나, PCO217에서 8.3L로 가장 적었으며, PCO253에서 12.7L에서 가장 많이 소요되었다. 물이용효율인 WUE(Water Use Efficiency)는 통계적 차이는 없었으나 PCO253에서 23.4L로 가장 적었고, PCO325에서 31.7L로 가장 높았다.
Table 5.
Marketable fruit numbers and fruit numbers and weights and water consumption and water use efficiency (WUE) rates of eight different substrates hydroponically grown for tomatoes
| Mixed Substrate |
Marketable fruit number (ea·plant-1) |
Marketable fruit FW. (g·plant-1) |
Water consumption (L·200g fruit-1) |
WUE (g·L-1·plant-1) |
| Con. | 17.4 az, y | 3,855 a | 12.6 a | 30.1 a |
| PCO127 | 14.9 ab | 3,641 a | 9.7 a | 30.8 a |
| PCO325 | 16.4 a | 3,795 a | 9.8 a | 31.7 a |
| PCO523 | 15.6 ab | 3,477 a | 10.8 a | 30.0 a |
| PCO217 | 16.9 a | 3,720 a | 8.3 a | 31.5 a |
| PCO235 | 17.6 a | 3,996 a | 9.1 a | 30.3 a |
| PCO253 | 13.6 b | 3,271 a | 12.7 a | 23.4 a |
따라서 펄라이트, 코이어 더스트, 참나무 수피 부산물의 혼합비율에 따라 이화학성과 생육 특성을 살펴본 결과 참나무 수피 부산물을 토마토 수경재배 고형배지로 사용할 수 있을 것으로 판단되며, 참나무 수피를 배지로 사용함에 따라 경제성을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다. 또한 토마토 이외의 과채류 작물에서 활용 가능한지에 대한 추가 실험이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
