스마트팜 기초교육 양수분 관리를 배워보자

온실 속 작물 양수분 관리 EC pH 함수율로 조절이 가능하다.

온실 속 스마트팜 기초부터 배우는 실습교육 양수분 관리에 대해 배워보기로 하자. 작물이 생육하는데 필요한 다량원소와 미량원소를 알고 작물생육을 위해 어떻게 무엇을 조절해야 양수분 관리가 가능한지 탐구해보자. 첫째로 전기전도도(EC), 공급 EC과 배액 EC에 대해 알아보고, 둘째로 pH 수소이온농도 지수가 작물생육에 미치는 영향에 대해 알아보고, 셋째로 함수율이 작물생육에 어떤 영향을 주는지에 대해 알아보기로 하자.

양수분 관리 공급 EC는 생육 및 수확량과 관계가 있다.

작물이 생육하는데 필요한 원소는 크게 다량원소와 미량원소로 나눈다. 생육에 많이 필요한 원소를 다량원소 또는 필수원소라고 부르며, 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 유황(S), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 인산(P)이 있으며, 극히 적은 양이지만 식물의 생육에 꼭 있어야 하는 철(Fe), 아연(Zn), 구리(Cu), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 붕소(B)가 있다. 질산칼슘, 황산칼륨, 염화가리와 같은 비료를 물에 희석해서 일정량을 뿌리에 공급하기 위해 비료의 희석농도를 전기전도도(Electrical Conductivity, EC)로 조절하여 양수분관리를 할 수 있다.

 

전기전도도는 배양액에 녹아있는 이온이 많아지면 그만큼 전기가 통하기 쉬워지기 때문에, EC가 높다는 말은 이온량이 많고, 양분의 농도가 진하다는 것을 의미하는 것이다. 양액재배를 할 때 가장 중요한 것은 수질분석이다. 사용하는 원수(原水, row water), 즉 물에 녹아 있는 양분이 다르기 때문에 원수를 분석하는 것이 중요하다. 토마토의 경우 일반적인 공급 EC는 2.5~3.5mS/cm로 공급해야 한다. 온도 26도, 상대습도 70%, 함수율 편차 18%, 함수율 80%, 공급 EC 2.0, 배액 EC 2.0, 공급액 농도 NA 4 mmol/l, K 12mmol/l이다.

 

공급 EC가 너무 낮으면 잎의 색깔이 연해지는 작물체 황화(黃化, etiolation)가 나타나고, 광합성율이 낮아져서 생육 및 수확량이 감소한다. 그러므로 겨울철이나 흐린 날은 뿌리가 흡수하는 양이 적기 때문에 공급 EC를 3.0~3.5정도로 높게 공급하여 식물체 내에 충분한 원소가 공급되도록 한다. 여름철에는 공급EC를 2.5정도로 낮게 공급하여 물을 쉽게 흡수하여 증산이 잘 되도록 한다.

양수분 관리 공급 EC와 배액 EC의 차이로 조절가능하다.

토마토 배액 EC는 겨울철의 경우는 4.0~5.0 mS/cm정도를 유지하고, 봄철 이후에는 3.5~4.5 mS/cm 정도 유지하는 것이 좋으며 공급 EC 보다 배액의 EC를 1.0~1.5 정도 차이나게 유지하는 것이 좋다. 공급 EC가 3.0이라면, 배액 EC는 배액의 EC는 4.0~4.5mS/cm로 공급해야 적당하다. 온도 26도, 상대습도 70%, 함수율 편차 18%, 함수율 80%, 공급액 농도 NA 4 mmol/l, K 12mmol/l이다. 공급 EC와 배액 EC의 차이가 0.5 이하인 경우 작물체가 영양생장으로 유도되고, 2.5이상이면 지나치게 생식성장으로 치우칠 우려가 있다.

양수분 관리 EC가 높으면 작물생육이 저조해진다.

공급 EC 이나 배액의 EC가 너무 높을 경우 여러 가지 장해가 발생하거나 과실의 수량이 20% 이상 감소하게 된다. 뿌리 주위에 염류가 과잉 집적된 경우는 작물에 나타나는 증상은 첫째 잎에 생기가 없고 심하면 낮에는 시들고 저녁부터 다시 생기를 찾기도 하는데 이것은 농도 장해로 작물의 뿌리가 수분을 잘 흡수하지 못해서 낮 동안의 증산작용으로 인한 수분부족 때문이다. 둘째 잎의 색이 진하며 잎의 크기가 작아진다. 셋째 토마토 과실의 표피가 윤택이 나며 착색이 나쁘고 과일껍질이 두껍고 질겨져 상품성도 저하된다. 넷째 장해를 받고 있는 뿌리는 뿌리털이 거의 없고 길이가 짧고 갈색으로 변하게 된다.

 

시설의 토양용액 중에 녹아 있는 염류의 종류 중 가장 중요한 염류는 음이온으로는 질산, 염소, 황산이 있고, 양이온은 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등이 있다. 음이온의 분포 비율은 질산 40~60%, 염소와 황산은 각각 15~35%로 분포되어 있다. 시설토양에 특별히 많이 분포되어 전체 염류 가운데 큰 비중을 차지하고 있는 것이 질산태질소와 칼슘이다. 염류농도 장해가 일어나고 있는 시설토양에 있어서 질산태질소와 칼슘의 함량을 조사해 보면 건전한 토양에 비하여 두드러지게 높은 것을 볼 수 있는데 배지내에 잔여 비료가 축적되면 안되기 때문에 공급하는 물의 양을 늘려서 씻어주어야 한다.

양수분 관리 pH범위 벗어나면 생육억제된다.

pH(potential of Hydrigen ion)는 양액의 산도를 말하는 것으로 pH의 정도에 따라 양분의 흡수 정도가 달라진다. pH는 1~14까지 있으며 7을 중성으로 하여 7보다 낮으면 산성, 7보다 높으면 알칼리성이라고 한다. pH는 공급하는 원소의 결핍증이 큰 영향을 미치며 pH가 6.5 이상으로 높아지면 철, 망간, 붕소, 아연 등의 흡수나 이용도가 떨어질 수 있으며, pH 5.5~5.6에 머물지 않으면 토마토의 생육이 억제되고 수량이 감소한다. 또한 pH가 5.5 이하로 낮아지면 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 황 및 몰리브덴의 흡수가 낮아진다.

양수분 관리 pH높으면 철분 결핍으로 누렇게 된다.

Fe는 잎이 녹색을 띄게 하는 엽록체의 구성 성분으로 광합성 작용에 매우 중요한 요소이며 철분이 결핍되면 작물의 잎은 황화된다. 뿌리에 공급되는 이온화 철(Fe2+) 형태로 흡수되는데 철이 충분히 공급되었음에도 다른 원소가 많으면 흡수가 줄어들며, 철 흡수에 경쟁하는 원소는 망간(Mn), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼륨(K) 등이 있다. 철은 pH가 높으면 철분 흡수가 잘 안되며 잘 흡수되는 적정 pH범위는 5.5~6정도이다. pH 조절을 위해 산성 혹은 알칼리 용액을 이용하여 pH를 낮추기 위해 주로 질산(산성)을, pH를 높이기 위해 수산화칼륨 혹은 중탄산칼륨(알칼리성)을 이용한다.

양수분 관리 pH낮으면 뿌리가 약화된다.

지하수에는 중탄산(HCO3-)의 농도가 높아 pH가 높게 유지되는 경우가 많은데 농가에서는 주로 질산을 이용해 pH를 낮추어 뿌리에 공급한다. 뿌리는 연약한 세포로 되어 있어 pH 5.0이하로 산성이 강할 경우는 뿌리가 손상될 가능성이 높다. 이렇게 되면 뿌리가 양분을 흡수하는 양이 줄어들어 식물체의 생육이 둔화되고 토마토의 품질이 하락한다. 또한 pH가 7.0 이상이 되면 보시는 철분의 흡수가 제대로 이루어지지 않아 철분 결핍증이 나타나 생장점 어린 잎이 황화된다.

양수분 관리 함수율 측정저울을 이용하여 관리한다.

함수율이란 재료가 함유하고 있는 수분의 비율을 중량비율과 용적비율로 표시한 것으로 함수율은 중량기준 함수율과 용적기준 함수율로 표현한다. 여기서 중량기준 함수율(%, m/m)은 중량을 기준한 것으로 배지의 중량에 대한 물의 중량으로 나타내며, 용적기준 함수율(%, v/v)은 부피를 기준한 것으로 배지의 부피에 대한 물의 부피를 나타내며, 최근에는 용적기준 함수율(%, v/v)을 사용하는 경우가 더 많다. 함수율이 높으면 뿌리의 호흡에 필요한 산소가 부족해지기 때문에 뿌리가 제대로 발달하지 않아 작물의 생육과 수량이 감소하게 된다.

 

물 1L는 1kg의 무게에 해당하는데 양액을 공급할 때 공급되는 물의 양에 따라 무게가 정확하게 변한다. 1미터의 배지 1개에 드리퍼가 4개 꽂혀있고 드리퍼 1개당 1회에 150mL의 양액이 공급되면 배지의 무게는 정확하게 600그램이 증가한다. 온실에서는 이를 이용해 배지 아래에 저울을 설치하고 무게 변화를 그래프로 볼 수 있도록 하고 최근 양액재배에서 함수율 저울을 사용하여 함수율을 조절한다. 함수율 측정을 위해 함수율 저울을 사용하여 일일 총 공급량, 일일 총 배액량, 공급과 배액의 EC, pH를 측정한 데이터를 그래프로 나타내고(표 1) 변화추이를 보고 급액 시작과 종료시점을 판단한다.

 

표1. 함수율 저울을 통한 저울과 일일 총 공급량, 일일 총 배액량, EC / pH의 측정방법

일일 총 공급량 측정	드러퍼 당 공급량 X 드리퍼 갯수 X 일일 총 공급 횟수
일일 총 배액량 측정	( 배액량 / 총 공급량 ) X 100
공급과 배액의 EC, pH 측정	EC와 pH는 공급통과 배액통에 측정센서를 담궈서 측정한다.

 

아침에 해가 뜨고 물을 공급하면 공급할 때마다 공급량이 변하게 되고, 급액을 종료하면 배지의 무게가 서서히 감소한다. 이와 같이 그래프의 변화추이를 보고 급액량, 급액시작 및 종료시점을 판단한다. 일반적으로 급액종료시점의 배지 무게보다 아침에 급액시작 직전의 배지 무게가 6~10% 범위 내에서 줄어 들었다면 함수율 관리가 적당히 되고 있는 것이다.

양수분 관리 공급량 부족하면 작물생육이 저조하다.

1회 공급되는 수분의 양은 일반적으로 배지의 부피(가로X세로X높이)를 기준으로 하며 배지부피의 3(소량)~5%(다량) 범위내에서 조절한다. 유리온실의 경우 광투과율이 좋기 때문에 수분을 많이 흡수하므로 수분을 많이 공급하는 반면 비닐온실의 경우에는 광투과율이 낮기 때문에 수분을 적게 공급한다. 유리온실과 비닐온실 모두 공급량 대비 배액의 양을 보면 겨울철에는 15~20%, 여름철에는 25~30%정도를 유지한다. 공급량 결정 가이드라인을 보면 작물체(m2) 증산량 = 1 J/cm2 x 2mL 이다.

 

온실 속 스마트팜 기초교육으로 EC, pH, 함수율의 조절을 통해 양수분관리가 가능함을 알게 되었다. 공급 EC는 생육 및 수확량과 관계가 있음, EC가 높으면 장해가 발생하거나 작물생육이 저조함을 알았다. 공급 EC와 배액 EC 차이에 따라 영양생장과 생식성장의 조절이 가능하고, 또한 pH가 낮으면 뿌리가 약화되고 pH가 높으면 철분 결핍으로 잎이 황화되며, pH가 5.5~5.6 범위를 벗어나면 생육이 억제되고 수량이 감소하는 것을 알게 되었다. 함수율 저을을 통해 측정한 데이터로부터 관리를 하고, 계절에 따른 공급량의 조절 범위도 알게 되었다. 스마트팜에 관심있는 분들께 도움이 되길 바란다.