배양액 관리 기술

수경재배는 조절된 환경에서 연중 계획적인 관리 시스템을 통해 고품질의 산물을 생산할 수 있는 재배 방법으로 작물에 적합한 배양액 조성을 통한 배양액 관리가 수량과 품질을 결정짓는 주요소라 할 수 있다. 작물의 영양 요구 특성이 달라 각 작물에 적합한 배양액을 조성하기 위해서는 재배 기간 중에 배양액 내 이온 조성의 농도 변화가 적으며 고품질의 생산물을 많이 얻으면서 비료의 소실이 적어 실질적인 생산성을 높일 수 있는 특성을 지녀야 한다. 작물적 요인, 환경적 요인, 기술적 요인 등에 의해 작물 생산성은 달라진다. 이에 상업적으로 재배되고 있는 많은 원예작물 각각에 적합한 배양액의 조성이 개발되고 있다. 이온 간의 당량비를 이용한 Steinner 방법, 식물체의 무기 성분 함량 또는 일정 기간 식물이 흡수하는 양수분 흡수율을 Yamasaki 방식으로 얻은 방법 등이 적용되었다. 작물에 적합한 배양액을 조성하는 방법 중의 가장 큰 원리는 정상적으로 생육 중인 작물의 체내 무기 성분 함량, 일정 기간 동안의 배양액 내 각 무기성분의 소모량 및 흡수 증발산량을 측정한 후 이를 이용하여 작물의 흡수 농도인 양수분 흡수량을 산출하여 개별적 필수 다량원소에 대한 양액 조성을 얻었다. 이렇게 결정된 각 무기성분의 조성 비율을 근간으로 하여 추가적 실험을 통해 생육과 수량이 최대가 되는 배양액의 EC와 pH를 결정하게 된다. 재배 농가에서는 각 작물에 맞게 개발된 적정 배양액을 선택하여 정확하게 조제, 처방한 후 작물 재배에 이용하게 된다. 작물에 적합한 배양액 조성을 처방하여도 그 조성은 끊임없이 재배 도중에 변화한다는 시설에 주의해야 한다. 수경재배의 초기 단계에서 채택되었던 비 순환식 배지 경 수경재배의 경우에는 공급양액 자체의 조성은 변하지 않지만 이용 배지 내 양수분의 동태를 주기적으로 조사하여 급액되는 양액의 조성에 반영할 필요가 있다. 또한 순환방식의 배지경 수경재배나 순수 담액 수경 또는 NFT의 경우도 양액 조성은 계절적, 환경적 및 작물적 요인에 따라 그 조성이 점차 불균형화하기 때문에 양액의 성분 분석 없이 그대로 장기간 이용할 경우 작물에 생리장해를 초래할 가능성이 높다. 사용 양액의 조성 변화를 줄이면서 안정적으로 재배하기 위해서는 주기적인 양액 분석이 필수 관건이면 이는 부족 과잉 무기성분에 대한 가감 처방으로 해결할 수 있다. 실시간 무기성분 농도 측정 센서의 이용이나 계절 및 작물별 무기성분 변화에 대한 모델링 차원의 접근도 시도되고 있으나 현재까지는 실용적으로 이용하기에 위험부담이나 비용이 많기 때문에 농민의 입장에서는 현재 사용하고 있는 양액의 농도, pH 및 조성을 최소한의 횟수라도 주기적으로 직접 또는 분석 의뢰하여 감시해야 한다는 개념을 가지고 있는 것이 무엇보다 중요하다. 또한 양액 자체의 분석 뿐만 아니라 식물체의 영양 상태를 직접적으로 판단하기 위하여 식물체 무기성분 분석치와 잎자루즙액 분석치를 적극적으로 양액 관리에 반영하도록 해야 한다. 배양액의 농도는 보통 전기전도도로 나타낸다. 이온 농도는 배양액 내에 존재하는 전체 이온의 농도로 단위는 mM이다. 전체 이온농도는 실용적으로 측정이 간단한 전기전도도로 측정하여 활용하고 있다. 전기전도도란 단면적인 전극이 1cm 떨어져 있을 때 전극간의 전기저항의 역수를 말하며 단위는 mho이지만 배양액의 전기전도도는 편의상 dS/m을 사용한다. 배양액 중에 이온량이 많아지면 전기가 통하기 쉬워지고, 전기전도도가 높다는 것은 이온량이 많다는 것과 양분농도가 높다는 것을 뜻한다. 전기전도도는 이온의 이동성, 전하, 농도 및 온도에 비례한다. 전기전도도는 전체의 이온 농도는 알 수 있지만 각각의 무기성분 농도는 알 수가 없다. EC가 배양액 중에 존재하는 총 이온 농도의 합으로 각 양분의 양과 비율을 알 수 없음에도 불구하고 전기전도도를 주로 이용하는 것은 측정의 간편함에 있다. 모든 원소를 분석하는 것이 작물 생육에 가장 좋지만 이를 위한 시설이 농가에 구비된 경우는 없으므로 이에 대한 대안으로 전기전도도를 이용하는 것이다. 비순환 식으로 재배할 경우에 공급하는 배양액의 양분 비율은 정확하나, 배지 내에 직접 되어 있거나 다량으로 흡수되어 배액 되는 EC 농도만으로는 근권의 양분 조성이 작물 생산에 적합한 지 알 수 없으며, 순환식으로 작물을 재배할 때에는 처음 조성한 배양액의 비율이 식물 흡수에 따라 바뀌어 달라질 수 밖에 없다. 즉, 배양액의 조성은 식물에 흡수가 잘되도록 조제되었으나 pH나 온도 등 환경 조건에 따라 달라지므로 이를 제어하기는 실제로 어려운 부분이다. 이런 이유로 배양액을 정기적으로 분석할 필요가 있는데, 이것은 특정 무기성분의 축적과 소비가 이루어질 가능성이 높고, 재배 중에 작물의 뿌리에서 유기산과 노폐물이 배출되어 전기전도도에 영향을 줄 수 있기 때문이다. pH 측정과 마찬가지로 EC도 양액 공급장치 자체에 장착되어 있고 센서나 휴대용 EC 측정기로 측량이 가능하며 사용 전 보정과 지속적인 관리가 필요하다. 수경재배 시 재배 도중의 양액 내 모든 이온의 동태를 지속해서 관찰하는 것이 이상적이지만 현실적으로는 농가에서 이 모든 이온들을 분석해 낼 수 있는 것은 불가능하다. 간단한 EC 측정으로 대부분의 경우 양액의 관리에 효과적으로 이용할 수 있으며 작물의 생리장해를 사전에 예방할 수 있는 경우가 많다. 그러나 역시 농가차원이라도 전문기관에 의뢰하여 정기적으로 양액을 화학 분석할 필요가 있는데 EC의 측정만으로 실시간으로 변화하는 양액조성의 변화에 대처하기는 어렵기 때문이다. 수경재배에서도 토양재배와 마찬가지로 근권 EC가 증가함에 따라 작물의 수량이 직선적으로 증가하지 않는다. 농도와 작물의 무기성분 흡수량도 역시 수량과 마찬가지로 어느 범위를 벗어나면 오히려 감소하고 대부분의 작물의 경우 작물 나름대로 선호하는 EC의 범위가 존재하며 그 범위를 벗어나면 무기성분의 균형이 흐트러져 일부 원소들이 과잉 집적 또는 부족해진다.