수경재배용 휴대용 양액분석기 개발

Abstract

최근 토양오염을 비롯한 각종 환경오염, 건강 및 식품에 대한 관심증대와 농촌사회의 고령화에 따른 인력 수급 문제에 의하여 자동화가 가능한 수경재배 및 시설재배에 관한 관심과 수요가 증대되고 있다. 특히 시설원예가 채소생산기술로서 정착하면서 신선채소의 연중공급체제가 확립되었으나 대부분의 농가에서는 동일한 재배지에서 하나의 작물만을 계속해서 재배해야하기 때문에 다품종 재배를 위해선 많은 농지를 확보해야 하는 문제로 수경재배가 각광받고 있다.

이러한 수경재배 기술은 토양과 관계없이 재배가 가능하므로 90%이상이 토양병해에 의해 발생하는 연작장해를 배양액을 교체하는 것으로 비교적 쉽게 방제할 수 있고 지리적 요건이나 토양특성으로 작물재배가 불가능한 곳에서도 재배가 가능하며 경운, 제초 등의 작업이 필요하지 않으므로 노동력을 절감, 노동시간의 단축도 가능하다. 또한 수경재배에서 적절한 재배환경을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 작업환경이 청결하므로 상품성을 향상시킬 수 있으므로 최근 수경재배면적이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 현재 농가에서 사용되고 수경재배 방식은 대부분 비순환 방식으로 배출양액의 잔여 비료성분으로 인한 환경오염 및 비료의 불필요한 과다사용의 문제점을 안고 있다. 특히, 과거에 비해 양분과 수분의 과다 사용으로 인한 환경오염 및 양분 유실을 방지하는 효율적 관리기술의 필요성이 높아지고 있어 작물재배 과정 중에 배출되는 폐양액을 회수해 재활용하는 방식인 순환식 수경재배가 지속가능한 농업생산에 서 중요한 요소로 부각되고 있다.

유럽과 일본 등의 수경재배 선진국의 경우는 하천 및 호수의 부영양화와 토양 및 지하수의 오염을 막기 위하여 폐양액의 배출을 규제하는 법규를 엄격히 시행하고 있다. 현행 순환식 수경재배시스템에 사용되는 양액관리기술은 전기전도도(EC)센서를 이용하여 이온의 전하량에 의한 전기전도도를 측정하여 기준 농도에 맞도록 복합비료로 제조된 농축배양액을 첨가하여 전체적인 배양액 농도를 보정해주는 방식이 주로 사용되고 있지만(Kim, 2003) 이러한 전기전도도 기반 농도제어는 전체 이온의 단순 총합을 보정하는 방식이기 때문에 양액 내 개별 이온의 농도를 알 수 없으며 특정 성분이 저하되거나 높아지는 등 개별이온 농도의 불균형이 발생할 수 있기 때문에 작물의 생육단계에 따라 부족성분의 보충과 과잉성분의 배제 등 효율적 관리가 거의 불가능하다. 또한 일반적으로 양액 내 개별이온의 농도 측정은 채취된 배양액 시료를 표준 분석실에서 고가의 분석기를 이용하여 이루어지기 때문에 분석시간이 오래 걸리고 그 비용도 높기 때문에 작물의 영양분을 적시에 조절하기 어려운 문제가 있다. 따라서 양액내의 개별이온 농도측정을 통하여 작물의 영양분을 적시에 조절할 수 있도록 하는 휴대용 장비를 이용한 측정기술이 요구된다.

양액 내 기별이온을 독립적으로 측정하기 위하여 국내외적으로 PVC 고분자막을 이용하는 ISE전극과 플로우시스템에서 적합한 ISFET 전극을 이용하여 개별이온을 측정하는 기술연구가 많이 진행되었지만 개별이온의 농도를 동시에 정량 측정하는 전극 어레이 기술개발이 시급한 실정이다. 또한 일부 현장에서 사용되는 이온선택성 전극은 고가이면서 수입품으로 순환식 양액재배 보급에 주요 장애로 작용하고 있는 실정에 국내의 보급형 휴대용 양액 분석기의 개발이 크게 요구된다.