FDR Sensor Application for Young Cymbidium Production with Coir Dust for Efficient Irrigation

Abstract

심비디움을 포함한 대다수의 난과 식물은 벨라민층으로 덮인 독특한 뿌리 구조를 갖고 있기 때문에 과습에 매우 취약하며, 만약 과습에 노출될 경우, 박테리아 감염에 의한 뿌리썩음병이 발생하기 쉽다. 따라서 국내뿐만 아니라 해외의 대다수 농가에서는 과습을 방지하기 위해 바크와 같은 입자가 굵은 상토를 배지로 사용하며, 이로 인해 매 관수 시 마다 관수량의 약 75%가 용탈로 버려진다. 따라서 본 연구에서는 굵은 입자 상토를 사용하는 관행 관수 방식을 개선하기 위해 상토의 수분을 정밀하게 조절할 수 있는 FDR 토양 수분 센서 기반의 정밀 자동 관수 시스템과 코이어 등 다양한 상토를 사용하여, 심비디움 재배에 FDR 토양 수분 센서의 적용 가능성과 적용 시 관수 효율, 적정 상토 수분 함량 및 적정 시비량을 확인하였다. 제1장에서는 관행 재배 상토인 바크를 비롯하여 코코넛 허스크칩, 코이어, 그리고 원예용 상토를 포함한 4종의 상토에 FDR 토양 수분 센서 기반의 정밀 자동 관수 시스템을 이용해 심비디움 재배 시 상토 수분 조절에 FDR 토양 수분 센서를 적용할 수 있는지 확인하였다. 제2장에서는 제1장의 결과를 바탕으로, 코이어 상토와 FDR 토양 수분 센서 기반의 정밀 관수 시스템을 이용하여 심비디움 재배 시 적정 상토 수분 함량을 확인하였으며, 마지막 제3장에서는 앞선 연구를 통해 확인된 상토 수분 함량을 기반으로 유식물 심비디움의 생육에 필요한 적정 비료 시비율을 확인하였다. 본 연구를 통해서 FDR 토양 수분 센서를 심비디움 재배에 적용할 수 있다는 것을 확인하였고, 상토의 물리적 특성을 고려해 matric potential 값을 기준으로 관수 시점을 설정하였을 때, 상토의 종류는 심비디움의 생육에 유의미한 영향을 미치지 못하였다. 하지만 대립인 바크나 코코넛 허스크칩과 달리 소립인 코이어나 원예용 상토를 사용했을 경우, 대립 상토를 사용해 심비디움을 재배했을 때 보다 약 8배의 물 사용량을 줄일 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 소립인 코이어와 FDR 토양 수분 센서 기반 정밀 관수 시스템을 이용하여 4수준의 상토 수분 함량에 심비디움을 재배했을 때 관수 시점이 0.25 m3·m-3에서 수분 이용 효율은 가장 높았지만, 생육과 광합성 모두에서 다른 처리에 비해 낮았으며 생육 또한 가장 저조하였다. 반면, 0.35~0.45 m3·m-3 처리는 0.25 m3·m-3 처리에 비해 수분 이용 효율은 낮았지만 수분 이용 효율과 영양생장, 그리고 광합성을 고려했을 때, 물을 가장 효율적으로 사용하며 생장도 만족시킬 수 있는 상토 수분 함량임을 확인할 수 있었다. 유식물 심비디움의 재배에 있어 앞선 연구를 통해 확인된 결과 값을 기준으로 동일한 정밀 관수 시스템을 이용하여 심비디움 생장에 적합한 시비율을 확인하였으며, 비교를 위해 관행 재배에서 사용하는 완효성 비료 시비량을 기준으로 0.5, 1.0, 1.5, 2.0배의 완효성 비료를 시비하고 약 1년 동안 생육을 확인하였다. 그 결과 1.0배 이상의 완효성 비료를 시비하였을 때 0.5배 시비량 보다 향상된 생육을 보였지만, 1.0배 이상의 시비량 사이에서는 시비량 차이에 따른 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 위의 결과를 종합해보면 유식물 심비디움의 생육을 위해 코이어 상토와 정밀 관수 시스템을 사용할 경우, 관행 시비량과 같은 양의 시비를 하는 것이 가장 효과적일 것으로 판단되었다. 다만, 본 실험에서는 유식물 심비디움 만을 대상으로 생육에 적합한 시비량을 확인하였기 때문에 심비디움의 육묘부터 개화까지 모든 작형에 알맞은 관수전략을 마련하기 위해서는 보다 정밀한 양분 실험이 필요할 것으로 판단된다.

Most orchid growers have used bark as a substrate to avoid over-wet conditions, although it requires excessive water use with leaching. Although bark can provide adequate aeration for orchid growth with its large porosity, it can waste a massive amount of water and fertilizers by leaching. However, most orchid growers are reluctant to change their substrate because of the difficulty in water management of substrates with high water-holding capacity. In addition, the growers irrigate the plants based on their experience, and changing the substrate from bark to others would require growers to adopt a new irrigation method. In this study, a series of experiments were conducted to investigate the applicability of FDR soil moisture sensor-based precision irrigation system for Cymbidium production with efficient irrigation management, to compare the various substrates with similar moisture availability conditions, and to find out the optimal substrate volumetric water content and fertilization rate. In Chapter I, the growth and water use efficiency of Cymbidium in various substrates were compared using the precision automated irrigation system. In Chapter II, the growth, photosynthetic activity, and water use efficiency of the plants grown under various substrate volumetric water contents were investigated to determine the optimum volumetric water content for growing young Cymbidium plants. In Chapter III, the relationship of growth with fertilization rate was analyzed to figure out the optimum fertilization rate in young Cymbidium plants. In Chapter I, pseudobulb size, net photosynthetic assimilation rate, and fresh shoot and root weight of the Cymbidium plants were not significantly different among the substrates. The amount of irrigation was significantly lower (1/8) in the coir dust and the commercial growing mix than in bark and coconut husk chips, indicating that fine substrates with higher water-holding capacity could use water more efficiently. Water use efficiency was 8-9.5 times higher in Cymbidium grown in fine substrates than those in coarse substrates. In Chapter II, although the net photosynthesis of the plants grown at volumetric water content (θ) threshold of 0.35 m3·m-3 was also lower than that at 0.55 m3·m-3, the plants grown at 0.25 m3·m-3 had significantly lower biomass at harvest than those at the other θ thresholds, suggesting that a critical growth reduction by the water deficit occurred for the plants grown at 0.25 m3·m-3. Although the 0.25 m3·m-3 had the highest WUE and substrate EC, they showed significantly reduced growth compared to the other θ thresholds, and thus this was not an adequate θ threshold level for producing quality Cymbidium. In Chapter III, the plants grown at ×0.5 fertilization rate had significantly smaller leaves, lead-bulbs, and shoot biomass than those at the other fertilization rates. Leaf length and width increased quadratically as the fertilization rate increased. Lead-bulbs were also influenced by fertilization rates quadratically; the fertilization rate from ×1.0 improved the lead-bulbs size compared with the other fertilization rates. Net CO2 assimilation rate and shoot biomass also displayed a similar trend to leaf size. Therefore, ×1.0 fertilization rate was the most efficient fertilization rate to grow young Cymbidium when the plants were grown in coir dust substrate using FDR soil moisture sensor-based precision irrigation system. In conclusion, the precision irrigation system could provide an appropriate moisture level for Cymbidium grown in fine substrates, avoiding over wet conditions, and produced quality Cymbidium with more efficient water and nutrient use than orchids produced in coarse substrates. 0.35 and 0.45 m3·m-3 θ threshold levels provided appropriate moisture conditions for the production of quality young Cymbidium with high water use efficiency. ×1.0 fertilization rate efficiently promoted the growth of young Cymbidium plants.