5. 양액재배 및 배양액 관리

1. 양액조성을 위한 요인들

 

양액재배 전 반드시 수질을 분석하여 원수가 양액재배에 적합한지 확인 후 양액을 제조하여야 하며, 원수 분석 시 중금속 등도 분석하여야 한다. 원수에 중금속이 함유된 경우 이를 식물이 흡수하면 식물 장해는 물론 인체에까지 해를 줄 수 있기 때문이다. 또한 지표수는 계절에 따라 성분의 변화가 심하므로 계절별로 분석하여야 한다. 지표수 또는 하천수를 원수로 사용할 경우 제초제의 오염 여부에 매우 유의하여야 한다. 만약 제초제가 원수에 함유될 경우 작물에 치명적인 해를 줄 수 있기 때문이다.

일반적으로 농가에서 원수 분석 시 중탄산(HCO3-) 이온에 대해 소홀히 하고 있으나 이는 공급액 및 배지의 pH와 매우 밀접한 관계가 있으므로 중탄산이온의 함유량을 점검하고 이를 고려하여 양액을 제조하여야 한다.

양액재배에 있어서 용수량은 중요한 재배 요인인데 다음과 같은 방법으로 산출할 수 있다.

용수량 =㎡당 식물의 일일 중 최대 흡수량×배액률×재배면적 착색단고추의 용수량은 6∼7L/㎡×130%로 8∼9L/㎡이며, 300평에 약 10톤의 용수를 확보할 수 있어야 한다. 또한 펌프 등 설비의 고장 등을 고려해 하루 정도를 사 용할 수 있는 용수 저장 탱크가 필요하다.

식물이 생육하는 데는 약 16가지의 무기양분이 필요하며 이중 C, H, O를 제외한 나머지 13가지의 양분은 비료를 물에 희석해 공급하여야 한다. 하나의 비료는 보 통 두 가지 또는 그 이상의 성분을 함유하고 있음으로 하나의 비료가 가지고 있는 모든 성분을 고려하여 작물에 유효한지를 우선적으로 고려한 후 선택하여야 하며 수용성, 순도, 가격, 구입 가능성 등을 고려하여야 한다.

 

2. 식물에 있어 영양소의 복합적 기능

 

가. 이온의 복합적 기능

 

일반적인 이온의 기능은 크게 팽윤작용, pH값 조절, 그리고 세포의 산화환원 등의 조절 기능이다.

모든 생명현상에 있어 중요한 일반적인 이온작용에 의해 팽윤이 잘 이루어지면 생장이 촉진되고 그 반대이면 생장이 억제된다. 일반적으로 크기나 전하에 따라 수화도는 차이가 있는데, 양이온은 Na+ > K+, NH4+, H3O+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+의 순서로 수화도가 감소되고, 음이온은 OH- > Cl- > NO3- > SO42- > PO43- > H2BO3-의 순서이다. 이들 이온의 영향보다 수화도가 높은 여러 이온이 많이 녹아있을 때 팽윤이 촉진 되어 흡수대사 등이 원활히 진행된다.

pH 조절은 세포 내에서 효소의 활성화와 양분의 흡수 및 이동을 원활하게 하기 위해 원형질과 세포액에 있어 큰 의미를 갖는다. 세포의 pH는 4∼6으로 산성이다. 세포 내의 산도는 당분해에 있어서 유기산의 생산, 그리고 산의 분해 등에 의해 영향을 받고, 인산의 분해(H2PO4- ↔ HPO42-+H+)의 강약과 양이온의 흡수에 따라 다르게 된다. 식물체 내에서는 수많은 산화환원반응이 일어나는데, 각종 이온은 이들의 작용에 기여하여 식물체 내에 일어나는 생화학적 반응에 관여한다.

나. 이온의 상호작용

 

식물의 무기영양소는 상호 간의 길항작용과 상조작용 등 다양한 작용성을 갖는다. 이와 같은 상호작용은 경쟁과 보조를 통해 양분의 흡수, 저장, 그리고 기능에 크게 영향을 준다.

흡수의 길항작용은 일반적으로 같은 이온 간에 일어난다. 즉, 질소원으로 NH4-N을 사용하면, K, Mg, Ca 등의 흡수가 억제되는데 반해서 인산의 흡수는 촉진된다. NH4-N을 사용하면, K보다는 Mg과 Ca의 흡수가 저해되는데 이는 K이 능동적으로 흡수되기 때문이라 생각된다. 서로 같은 양이온끼리 즉, K-Mg, Ca-Mg, K 사이에도 길항관계가 나타난다. 예를 들어 K비료를 많이 주면 Mg의 체내 농도는 낮아진다. 이들 영양소 간의 상호 길항작용이 있지만, 양이온과 음이온이 항상 같은 양의 음이온, 양이온을 흡수하는 상조적인 관계를 가진다. 식물체 내에서는 양이온이 과잉되면 체내의 음이온이 보상관계를 유지한다.

집적에 따른 길항관계는 난용성 결합이나 불활성화 물질을 만듦으로써 상대쪽 이온의 작용성을 없애는 관계로 P과 Fe, Fe과 Mo 사이에서 나타난다. 기능적인 길항 관계는 Fe과 Mn의 비율이 효소에 영향을 미친다든지 Mg이 붕소과잉을 경감시키는 등의 작용으로 상조적인 효과가 가능하다. 이와 같은 길항작용이나 상조작용은 일반 토양재배에서는 자주 나타나지만 양액재배에서는 알맞은 온도와 양액의 혼합을 규정대로 하면 큰 문제없다.

<표1>착색단고추의 영양 흡수에 미치는 근권 pH의 영향

pH 조절은 배지 내의 산도 값을 기준으로 관리하여야 하는데 양액에 질산을 첨가 하여 산도를 낮추어도 근권 pH가 높아질 때에는 질산암모늄을 양액에 첨가함으로써 해결이 가능하다. 그러나 이 경우에도 NH4+의 전체 농도를 질산태질소 함량의 10%를 넘지 않게 하여야 한다. NH4+ 이온은 고농도에서 식물독성이 발생할 수 있기 때문이다.

pH를 높이고자 할 때에는 중탄산함량의 분석이 사전에 이루어져 중탄산이온의 함량이 25ppm 이하일 경우에는 KHCO3를 첨가할 수 있으며 급액 pH 증가를 위해서는 KOH를 사용하고 양액 조성 시 질산암모늄의 함량을 낮춘다.

 

<그림1>작물의 영양생장 시 pH 변화

 

급액되는 양액의 pH가 높은 경우에는 양액농도 설정치를 약간 높이면 쉽게 해결되는 경우가 있는데 농축액 자체가 산성이기 때문이다. 영양생장기에는 NO3－－N의 흡수가 많아져 pH가 증가하며, 생식생장기에는 K의 흡수가 많아져 pH 저하가 심하게 나타날 수 있다. 근권 pH가 높을 경우에는 급액농도(EC)를 높게, 반대로 낮을 경우에는 EC를 낮게 급액하는 것이 근권 pH 변동을 막을 수 있는 방법이 된다. 작물이 영양생장을 많이 할 때는 슬라브 내 pH가 증가한다. 이는 작물이 영양생장 시 보다 많은 질소를 흡수하며 대부분의 질소 흡수형태는 질산태질소(NO3－)로부터 흡수하기 때문이다. 질산태질소는 음이온으로 작물은 상대적으로 음이온의 흡수가 많아지며 따라서 작물 체내의 이온의 균형을 유지하기 위하여 뿌리를 통해 음이온인 수산이온(OH－)를 방출한다. 수산이온은 알칼리로서 슬라브 내 pH가 증가하게 된다. 이러한 경우는 특히 작물 정식 후 착과가 되기 전 어린 작물에서 많이 발생한다. 반대로 작물에 착과가 충분히 되어 과일이 비대하기 시작하면 슬라브 내 pH가 낮아지기 시작한다. 이 시기에는 작물이 과일에 필요한 칼륨(K+)이온을 많이 흡수하며 따라서 양이온의 흡수가 상대적으로 많아지고, 따라서 작물은 체내의 이온의 균형을 유지하기 위하여 수소이온(H+)을 뿌리를 통해 배출함으로써 슬라브 내 pH가 낮아진다. 특히 오이와 멜론 등 성장이 매우 빠른 작물은 과일의 성장기에 슬라브 내 pH가 급격히 떨어져 문제가 되는 경우가 종종 발생하므로 과일 성장기에는 pH 관리에 보다 세심한 주의를 기울여야 한다.

 

<표2>2 pH에 따른 영양생장기 작물의 질소흡수 특성

pH 센서는 반드시 물에 젖은 채로 관리하여야 하며 원칙적으로 pH 전극은 6개월 마다 교체하고 사용 중에도 7∼14일마다 pH 정밀도를 교정할 필요가 있다. pH 전극의 세척은 염산 0.1N(규정농도, 0.1mol 용질이 1L 용매에 녹아 있는 농도, 고순 도 HCl 3.6mL/L)을 이용하여 30분 이상 흔들면서 세척하여야 한다.

일부 급액기계에서 pH에 의한 경보가 작동되어 급액이 중단되는 경우가 종종 발생한다. 이럴 경우에는 필히 다음의 항목들을 점검해야 한다. ①산이 적절하게 급액되고 있는가를 확인해야 한다. 산통에 산이 부족할 경우 설정상한치를 넘어서 경보가 발생한 경우이다. 통상적으로 pH 설정은 하한과 상한 모두 설정치의 ±0.3 정도면 충분하다. ②원수농도보다 pH가 높게 나오는 경우와 혼합탱크에서 pH 변화폭이 클 때 급액이 중단된다. 이 경우는 대부분 pH 센서 이상이거나 pH 센서에 이물질이 끼어 발생된다. 우선은 0.1N의 염산용액에 센서를 세척한 후 교정액(pH 7, pH 4)을 이용하여 pH 영점을 잡은 후 재 작동 시킨다. ③또한 지나치게 pH가 낮아지는 경우이다. 이럴 경우에는 원수 내 중탄산의 함량이 변화한 경우가 대부분으로 A, B액에 첨가된 산을 제거하거나 산 급액라인을 막아 조정하여 사용한다.

 

다. 배양액 조제 시 주의사항

 

양액의 농축액 제조 시 반드시 두 개 이상의 탱크에 분리하여 조제해야 한다. A 탱크에는 Ca2+ 비료를, B 탱크에는 인과 황이 함유된 비료를 넣어 Ca2+과 인 〔Ca(H2PO4)2〕 또는 Ca2+과 황(CaSO4)이 결합하지 않도록 한다. 이들은 한 번 결합 하면 다시 용해되지 않아 양액 성분의 변화는 물론 드리퍼 등을 막히게 하여 정확한 급액을 방해한다. 특히 pH 조절을 위해 인산을 사용할 때에는 Ca2+의 침전 때문에 B 탱크에만 넣어야 한다. 산을 취급할 경우는 보호장구를 착용하여야 하며, 산에 물을 희석하지 말고 반드시 물에 산을 희석하여야 한다. 산에 피부가 노출되었을 경우에는 흐르는 물에 세척하여야 하며, 세수할 때처럼 피부를 짓이기면 손상이 되므로 주의하여야 한다.

일반적으로 A액에는 질산칼슘(CaNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산암모늄(NH4NO3), 킬레이트철(Fe-EDTA, Fe-DTPA) 및 질산(HNO3) 등이 가능하고, B액에는 질산 칼륨(KNO3), 황산마그네슘(MgSO4), 제1인산암모늄(NH4H2PO4), 제1인산칼륨 (KH2PO4), 질산마그넴슘(MgNO3), 황산칼륨(K2SO4), 염화칼륨(KCl), 인산(H3PO4)/ 질산(HNO3) 및 미량요소 등으로 조제한다.

배양액 조성 시 혼용해서는 안 되는 이온들을 보면 다음과 같다.

 

① 칼슘(Ca)과 황이온(SO42－) 및 인산이온(PO43－)

② 인산(P)과 킬레이트철(FeEDTA 등)

③ 몰리브덴산소다(Na2MoO4)와 비료 농축액

④ 산과 탄산수소칼륨(KHCO3) 등이다.

 

<표3> 착색단고추 공급 양액 조성표

라. 배양액 조성

 

배양액의 조성표는 각각의 나라와 배지에 따라 조금씩 다르다. 이는 배양액의 조성이 환경에 따라 조금씩 다름을 의미하는 것으로 자신의 환경과 배지에 알맞은 배양액 조성을 선택하여야 한다. 양액의 농축액 제조 시 반드시 두 개 이상의 탱크에 분리하여 제조한다.

A 탱크에는 칼슘비료를 B 탱크에는 인과 황이 함유된 비료를 넣어 칼슘과 인 또는 칼슘과 황이 결합하지 않도록 한다. 인산을 농축액에 직접 첨가할 경우 반드시 B 탱크에만 넣어야 한다.

 

3. 배양액 관리

 

가. 배양액과 작물 반응

 

일반적으로 EC값은 양이온 또는 음이온을 더한 값의 약 1/10이다. 즉 양이온 또는 음이온의 합이 10me·L－1일 경우 EC는 약 1.0dS·m－1 정도가 된다. 그러므로 재배자는 이를 이용하여 자신의 양액을 점검하고 측정할 수 있다.

양액의 EC는 작물의 생육에 영향을 미친다. EC가 높을 경우 작물은 수분을 흡수하기가 어려워지고 이러한 결과로 작물의 세포생육은 느려지며 세포는 작고 세포벽은 두꺼워져 작물의 색깔은 진해지며 잎은 작고 단단해진다.

반대로 낮은 광조건 아래서 EC가 낮은 경우 잎의 생장에 비해 과일의 생장은 잘 이루어지지 않는다. 그러나 광량이 높을 경우는 어느 정도 낮은 EC에서 작물이 빠르게 생장하게 된다. 이때 너무 높은 EC는 작물의 수분 흡수를 저해하는 결과를 가져와 작물 생육을 나쁘게 할 수 있다.

작물의 생육과는 별개로 EC는 생산량과 품질에도 영향을 준다. 일반적으로 높은 배지 내 EC는 생산량을 감소시킨다고 알려져 있다. 이것은 과일 내 세포가 수분을 적게 함유하게 되며 따라서 과일의 중량이 적어진 결과이다. 그러나 이러한 경우 과일의 세포 내 함유 물질의 농도는 높아지게 되어 당도가 향상된다.

착색단고추는 EC와 배꼽썩이 발생과 아주 밀접한 관계가 있다. 통상 착과기 이후에 EC가 5.0dS·m－1일 때 10% 정도의 배꼽썩이 과일이 나타난다고 하며 이때 과일의 저장기간 역시 짧아지는 것으로 알려져 있다.

배지 내 EC는 작물의 생육에 영향을 미칠 뿐만 아니라 작물 역시 배지 내 EC에 영향을 준다. 작물이 배지 내에서 수분과 이온형태의 영양분을 흡수하게 되므로 배지 내 양분의 함량과 비율도 변화하게 된다. 작물이 상대적으로 수분보다 많은 양의 영양분을 흡수하게 되면 배지 내 EC는 낮아지며 반대로 적은 양을 흡수하면 EC는 높아진다.

작물의 생육이 좋을 때는 양분의 흡수가 많아진다. 이때 공급 EC가 낮을 경우 배지 내 EC가 공급 EC보다 낮아질 수 있다. 광량이 높은 시기에는 작물은 상대적으로 보다 많은 양의 수분을 흡수하게 되며 배지 내 EC가 급격하게 증가될 수 있다. 이때는 충분한 배액을 통하여 EC의 상승을 방지하여야 한다.

 

나. 배지 내 EC 분포

 

하나의 배지 내에서도 EC가 동일하지는 않다. 하나의 암면배지 중에서도 드리퍼 밑의 EC는 다른 곳, 즉 드리퍼와 드리퍼 사이 또는 슬라브의 끝 부분에 비해 변화가 빠르게 나타나기 때문이다.

배지 내 EC의 편차가 클 경우에는 가급적 1회 공급량을 늘려 많은 양을 배액시킴으로서 어느 정도 배지 내 EC를 교정할 수 있다. 배지는 식물에 수분과 양분을 직접 제공하는 장소로 3상이 잘 갖춰져야 하고, 이러한 3상의 배지 내 균형은 작물의 생육에 매우 중요하다. 기상은 최소 25% 이상을 확보하여야 하며, 액상은 양수분을 공급하는 역할을 하므로 균형적인 양분이 포함되어 있어야 한다. 따라서 정기적인 배지 내 양분 분석은 매우 중요하며 이러한 분석을 통하여 배지 내 양액수준을 적절하게 조절할 수 있다.

주기적인 EC 점검을 통하여 배지 내 영양분의 농도를 추론하고 사전에 대비할 수 있기 때문이다. 배지 내 EC는 공급 EC와 배액 EC, 그리고 작물의 흡수에 의해 결정 된다. 그러나 우리가 식물이 흡수하는 양분의 양을 아는 것은 현실적으로 매우 어렵기 때문에 급액을 통하여 배지 내 양액 환경을 조절할 수 있다. 또한 배액 역시 급액방법에 의해 조절될 수 있다. 배액률을 측정하기 위해서는 구역별 평균생장량을 보이는 지역에 배지의 배액을 받을 수 있는 시설을 설치하여 일중 일정한 시기에 측정하여야 하는데 계절별로 차이가 있으나 약광기의 경우 25∼30%, 강광기의 경우 35∼40%가 적당하다.

슬라브 내 적정한 EC는 작물의 종류와 계절에 따라 그리고 작물의 생육단계에 따라 조금씩 달라진다. 일반적으로 여름철 등 광량이 높은 계절에는 상대적으로 낮은 EC로 작물을 관리하는 것이 좋으며 반대로 겨울철과 장마철 등 광량이 낮은 경우에는 상대적으로 높은 EC를 유지하는 것이 좋다. 또한 작물이 어린 시기에는 양분을 흡수하는 비율이 상대적으로 높은 경우가 많다. 따라서 이 시기에는 슬라브 내 EC가 약간 높은 듯 관리하는 것이 지나치게 영양생장하는 것을 방지할 수 있다. 일반적으로는 착색단고추의 배지 내 EC는 겨울철에는 4.0∼4.5dS·m－1, 봄철 이후 에는 3.5∼4.0dS·m－1 정도가 좋지만 작물의 상태에 따라서 또는 품종에 따라서 차이가 있을 수 있다.

양액의 EC 관리에 있어서 또 하나 중요한 것은 슬라브 내 EC와 공급 EC의 편차를 적정하게 유지하는 것이다. 토마토나 착색단고추 등 과채류의 경우 델타 EC(배지 EC-공급 EC)는 1.0∼1.5 정도가 적정하다. 예를 들어 슬라브 내 목표 EC 4.0dS·m－1일 경우 공급 EC는 2.5∼3.0dS·m－1 정도에서 관리하는 것이 좋다. 일반적으로 델타 EC의 한계치를 최저 0.5, 최고 2.5 정도로 이 범위를 벗어나서 관리하는 것은 작물에 좋지 않다. 실제 수경재배를 하는 농가에서 슬라브 내 EC가 높다고 공급 EC를 지나치게 낮게 하거나 또는 맹물만을 공급하는 경우가 종종 있다. 이는 작물의 뿌리에 많은 스트레스를 주므로 뿌리의 활력이 떨어짐은 물론 병에 감염될 가능성이 매우 높아진다. 따라서 슬라브 내 EC가 높다고 지나치게 EC를 낮추지 말아야 하며 경우에 따라서는 오히려 공급 EC를 높이는 것이 작물에 좋을 수도 있다. 예를 들어 공급 EC가 2.5dS·m－1였으나 슬라브 내 EC가 6.0dS·m－1인 경우 이를 낮추기 위해서 공급 EC를 낮추는 것이 아니라 오히려 3.0∼3.5dS·m-1 정도로 올리고 1회 관수량을 줄이고 관수횟수를 늘려 충분한 배액을 유도하는 것이 보다 합리적이라 할 수 있다.

일반적으로 슬라브 내 EC를 관리하는 데 있어서 EC를 올리는 것은 그다지 어렵지 않으나 올라간 EC를 낮추는 것이 생각만큼 쉽지 않다. EC를 적절하고 효율적으로 감소시키기 위해서는 우선 슬라브 내 함수율을 알아야 하며 이를 적절하게 조절함 으로써 우리가 원하는 배지 내 환경을 조절할 수 있다.

 

<그림2> 암면 슬라브 내 함수율 변화

 

그림은 일일 중 배지 내 함수율을 나타낸 것으로 3단계로 구별하여 조절할 수 있다. 일반적으로 배지 내 EC는 공급 EC보다 높다. 1단계(P1)는 양액을 공급해서부터 배액이 시작되는 기간으로 배지 내 함수율이 증가하는 기간이다. 이 기간 중에는 배지 내 EC가 서서히 감소한다. 감소하는 비율은 배지 내 수분의 양에 따라 차이가 난다. 배지가 건조할 경우에 비해 수분이 많을 경우 적게 나타난다.

이 기간 중 배액이 너무 늦게 시작될 경우 EC는 증가하게 된다. 특히 햇빛이 강할 경우 작물이 증산작용을 통하여 수분을 증발시키는 양이 공급되는 양보다 많아지기 때문에 이러한 현상은 쉽게 나타난다. 통상적으로 급액은 일출 후 2시간에서 2시간 30분 내에 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 첫 배액은 계절에 따라 차이가 있으나 일출 후 4시간에서 4시간 30분 내에 배액이 되도록 관리하는 것이 적절하며 1단계 양액의 급액이 배지 내 함수율과 EC에 커다란 영향을 미치므로 보다 세심한 관리가 이루어져야 한다.

2단계(P2)는 배액이 시작되는 시점으로부터 급액이 종료되는 기간으로 배지 내 양 액이 새로이 급액되는 양액에 의하여 교체되어 EC가 떨어진다. 이때는 공급되는 양액에 의하여 배지 내 양액이 배출되고 배지 내에는 공급된 양액만 남는다. 그러나 일일 배액량이 많아지면 공급된 양액도 배출될 수 있다. 또한 이 기간 중에는 약간의 축적된 염류도 배출된다. 배지 내 효과적인 EC 교체를 위해서는 적어도 일일 1L/m2 이상의 배액이 이루어져야 하며 40∼50% 양이 배액될 때 충분한 양액의 교환이 이루어진다고 할 수 있다.

광량이 많을 때 작물은 상대적으로 양분보다 수분의 흡수가 많아지며 이러한 결과로 배지 내 염류가 많아질 수 있다. 특히 작물이 어린 경우 이러한 현상이 쉽게 나타난다. 이러한 경우 배액량을 증가시키거나 또는 공급 EC를 낮추어 해결하여야 한다. 배지가 너무 과습한 경우는 1회 공급량을 많게(>150mL)하고 급액횟수를 줄여 주는 것이 좋다. 이렇게 하는 것이 보다 많은 배액을 유도하여 효과적으로 EC를 조절할 수 있다. 반대로 배지가 건조할 경우 적은 양으로 급액 횟수를 늘려 배지 전체에 고루 확산되게 하는 것이 좋다. 또한 드리퍼가 1분당 공급되는 양이 적은 것(35mL/분)이 큰 것(75mL/분)보다 양액을 효율적으로 배지 내로 확산시킨다.

3단계(P3)는 공급을 마치고 다음날 양액을 처음 공급하는 시점까지로 이 시기에는 양액이 배지 내로 확산되며 이러한 결과로 다음날 공급 양액에 의해 염류가 배출 될 수 있도록 한다. 또한 다음날 작물이 보다 신선한 양액을 흡수할 수 있도록 준비를 해 준다.

급액을 중단한 후 배지 내 EC는 서서히 증가한다. 만약 급액의 종료시점을 너무 빠르게 가져가면 작물은 계속해서 증산작용을 하므로 배지 내 EC가 급격하게 증가 하며 함수율은 급격히 감소할 것이다. 또한 너무 늦은 급액의 종료는 배지를 지나치게 과습하게 하여 뿌리의 발육을 저해할 수 있으므로 유의하여야 하며 급액의 종료 시점은 외부 환경 즉 광량 등을 고려하여 결정하여야 한다. 일반적으로 급액의 종료 시간은 맑은 날은 일몰 2시간∼3시간 전, 그리고 흐리거나 비가 오는 날은 3∼5시간 이전 또는 작물에 따라서는 그보다 훨씬 빨리 종료해야만 야간에 배지가 지나치게 과습하지 않고 일일 함수율편차의 감소(6∼8%)를 가져와 뿌리의 발달을 조장할 수 있다.

 

다. 근권환경과 작물생육

 

배지 내 적절한 함수율은 작물의 생육에 커다란 영향을 미친다. 일반적으로 배지 내 함수율이 높을 경우 작물은 영양생장을 하며, 함수율이 낮을 경우 생식생장을 하게 된다. 그러나 배지 내에 지나치게 높은 함수율은 작물의 뿌리에 좋지 않은 영향을 주며, 지나치게 낮은 함수율은 뿌리의 발육은 좋게 하나 강한 광조건하에서 작물이 쉽게 시들어 해를 줄 수 있으므로 적절한 관리가 중요하다. 암면을 이용하여 작물을 재배할 경우 적절한 함수율은 식물의 생육단계와 계절에 따라 차이가 있으나 일반적으로 광량이 높은 시기는 68% 내외, 광량이 적은 시기에는 63% 내외로 관리하는 것이 적당하다. 또한 하루 중 배지 내 수분의 변화도 식물의 생육에 커다란 영향을 끼치므로 일일 중 함수율의 차이를 이용해서 작물의 생육을 조절할 수가 있다. 일반적으로 일일 함수율의 변화는 약 4∼8%가 적당하며 생식생장을 유도할 경우는 6∼8%, 영양생장을 유도할 경우는 4∼6%를 유지시키면 가능하다.

배지 내 함수율은 야간에 충분한 산소공급이 이루어져 근호흡이 이루어져야 하기 때문에 근호흡에 의해 생성된 에너지는 주간에 양·수분 흡수에 영향을 미치므로 근호흡을 개선할 수 있도록 함수율을 충분히 떨어뜨려야 한다.

 

<표4> 생육단계별 급액횟수와 급액량

만약 근호흡이 충분하지 않다면 하엽이 황화되는 칼륨 결핍증상이 발현되며, 낙엽 된다. 그리고 재배시기에 따라 작물의 증산유형도 변하며, 이러한 증산양상에 따 라 함수율관리가 이루어져야 하는데, 대개 1∼2월 중에 증산은 광이 좋다고 하더라도 감소하는 경향을 보이고 있어 배지 내 수분관리가 어려운 실정이다. 따라서 1∼2월 중에는 배액률을 25∼30% 정도 유지할 경우 함수율이 지나치게 상승하여 뿌리의 발달이 약해지는 사례가 발견되는 바 EC와 함수율을 고려한 급액관리가 필수적이다.

 

라. 뿌리의 구성과 함수율의 관계

 

뿌리의 구성은 주로 1차근과 1차근에서 형성된 2차근, 2차근에서 형성된 3차근으로 구성되며, 통상 1mm 이상의 굵기를 가진 뿌리는 양·수분의 흡수보다는 운송 역할을 담당하며, 3차근에서 주로 양·수분의 흡수가 일어난다.

궁극적으로 줄기의 생장은 양·수분을 흡수하는 근계의 양에 의해 제한되고 새로운 줄기의 생장은 새로운 뿌리 생장의 확장으로부터 산출되는 결과이다. 양·수분 흡수에 영향을 미치는 뿌리제한의 두 가지 요인으로는 뿌리의 양·수분 유입을 위한 확산저항을 감소시키는 것과 뿌리 표면의 양이온 교환능력이 증가하기 때문이다. 뿌리는 제한이 되지만 더 효율적으로 양·수분을 흡수하고 이용하기 위해 측근의 발달과 생장을 높여 작은 근계에 의한 동화산물의 효과적인 이용을 유도해야 할 것이다. 이는 뿌리의 건물중이 그다지 많이 증가하지 않더라고 지상부가 증가함에 따라 근계의 활성도 증가한다는 것을 의미한다.

배지의 온도는 대부분 시설 내 기온에 따라 변하여 여름철에는 30℃가 넘는 경우가 많고 겨울철에는 적정 온도 이하로 낮아지는 경우가 많으며 시설형태나 배양액 탱크의 설치장소 등에 따라 다르다. 작물재배에서 근권의 온도변화는 뿌리의 생장, 지상부의 생장과 수량, 과실의 품질, 뿌리로부터의 양·수분 흡수 등에 직간접적인 영향을 미친다. 야간기온이 높을 경우 수온이 높으면 생장억제작용이 크게 일어난다. 수온이 높으면 뿌리의 호흡이 증가하게 되고, 배양액의 용존산소는 빠르게 감소되며, 뿌리의 탄수화물 소모도 많아진다고 한다.

근권의 산소농도와 작물의 생육은 밀접한 영향이 있으며, 작물이 능동적으로 양·수분을 흡수하기 위해서는 우선 호흡을 통하여 에너지를 획득해야 하는데 이때 다량의 산소가 요구된다. 뿌리의 호흡에 의해 생성되는 에너지는 뿌리의 신장, 막의 기능유지 및 양·수분 흡수 등에 소비되는데 이것을 각각 생장호흡, 유지호흡, 이온호흡이라고 부르며 통기의 부족에 의해 산소의 공급이 불량하게 되면 뿌리의 신장, 수분의 흡수 및 양분의 흡수가 필연적으로 억제된다.

수경재배에서 용존산소가 낮은 경우에는 호흡의 저하와 함께 N, P, K를 비롯한 각종 무기양분의 흡수가 현저히 저하하는데 이는 양분의 흡수 동화에 필요한 에너지가 뿌리호흡에 의존하는 결과로 산소조건에 따라 K의 흡수가 가장 큰 영향을 받는다.

 

마. 양액농도 조절

 

슬라브 내 EC와 수분함량 및 배액량은 상호 밀접한 관계가 있어 어느 한 가지를 조절하기 위해 공급방법을 바꾼다면 다른 요소들도 따라서 변하게 된다. 예를 들어 슬라브 내 EC가 높아 EC를 낮추기 위해 급액량을 늘리면 EC는 어느 정도 낮출 수 있으나 슬라브 내 함수율과 배액량이 변하여 예상치 못한 결과를 초래할 수 있다.

 

<표5> 계절별 급액 EC 목표와 배액 EC

작물의 영양상태를 점검하기 위해서는 지속적으로 급액과 배액 및 배지 내의 EC 변화를 점검하여야 한다. 또한 배액분석에 의한 양액조성도 작물의 영양균형에 중요하므로 생육단계에 따라 1∼2개월에 한 번씩은 배액분석을 통해 근권의 양분 균형을 맞춰주는 것이 안전하다.

<표6> 생육단계별 공급 EC

(단위:dS/m)

<표7> 생육단계별 근권 환경관리

<참고>

파프리카 여름재배시 생육시기별 양액의 적정 EC 농도(2015 영농활용자료 반영)

파프리카 여름재배 시 고온기에 해당되는 6〜8월에 EC를 2.5dS/m로 급액하고 기온이 저하되는 생육 후기인 9월 이후 3.0dS/m으로 조정하면 3그룹 이후 상품과 수확량이 15% 향상될 수 있다

 

<표8> 파프리카 여름재배 생육시기별 공급EC 농도에 따른 수량특성

- 품종 : 나가노(적색계통)

- 파종일 : 2014. 2.17, 정식일 : 2014. 4.30

- 정식 이후 생육시기(초·중·후기)별 공급EC 처리농도

· 생육초기(5.1~5.31) : 2.0dS/m, 중기(6.1~8.31) : 2.5, 3.0, 3.5dS/m,

후기(9.1~10.31) : 2.5, 3.0, 3.5dS/m