다양한 수자원을 이용한 순환식 수경재배 양액 관리 및 나트륨 이온 대응 기술 개발

Abstract

순환식 수경재배는 물과 비료를 절약할 수 있는 환경친화적인 농법이지만 양액을 교체하지 않고 계속 사용하면 순환되는 양액과 초기에 사용한 양액 간의 무기 양분 비율 및 농도가 달라지므로 작물이 요구하는 양분 흡수를 최적화하기 위한 정밀 양액 관리가 필요하다. 또한 사용 용수로부터 유입되는 나트륨은 대부분이 작물에 흡수되지 않고 순환하는 양액 내 누적되기 때문에 대상 작물의 최대 염분 내성 임계치를 넘지 않게 주기적인 모니터링과 대응이 요구된다. 본 연구에서는 다양한 용수를 사용하는 순환식 수경재배 조건에서 사용하는 용수와 순환하는 양액의 성분을 고려한 이온 선택성 전극 기반 정밀 양액 관리 기술을 작물 재배에 적용하여 양액 내 NO3-, K+, Ca2+ 농도를 제어하고 배액 탱크 내 나트륨 농도를 관리하는 기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 질소, 칼륨, 칼슘, 나트륨 이온 선택성 전극과 8가지의 개별 비료농축액으로 구성된 양액제어기를 구성하여 순환식 수경재배 방식으로 작물을 재배하였으며 개발한 시스템이 목표 농도 범위에 맞게 NO3-, K+, Ca2+ 이온 농도를 유지하는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 또한 나트륨 이온을 모니터링하고 임계치 초과 시 배액을 방출하여 나트륨 농도를 낮출 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.

A properly ion-balanced nutrient solution is vital for plant growth. However, when reusing a nutrient solution, the nutrient balance is likely to fluctuate and become unsuitable for irrigation. Furthermore, unwanted substances like sodium accumulation can be occurred. Ionic imbalance problems that cause plant growth disorders in nutrient solutions can be minimized if the nutrient concentration of the various water sources can be determined and considered when making the nutrient solution. Sodium accumulation can also be controlled if it is monitored in situ. In this study, a closed hydroponics nutrient management algorithm for multiple water sources was developed. And sodium ion monitoring system was implemented. To this end, a nutrient solution controller composed of nitrogen, potassium, calcium, and sodium ion selective electrodes and 8 individual fertilizer stocks was constructed to grow crops in a closed hydroponic method. Performance tests were conducted by verifying the developed systems ability to maintain NO3-, K+, and Ca2+ ion concentrations at their target values and by monitoring sodium ion concentration at drainage water and discharging it at its critical concentration. As the results of this study, it was observed that NO3-, K+, and Ca2+ ion concentration of nutrient solution could be controlled when mixing multiple water sources and sodium ion concentration could be controlled by monitoring and discharging the drainage water.