This study was aimed to determine the effects of grow media on the mineral contents of the leaves and growth characteristics of strawberry grown under aquaponics system in a plant factory. For aquaculture, 12 fish (Cyprinus carpio) (total weight, 2.0 kg) were raised in an aquaponics tank (W 0.7 m × L 1.5 m × H 0.45 m, 472.5 L) filled with 367.5 L of water at a density of 5.44 kg·m-3 and total 34 of strawberry seedlings were transplanted in the pots filed with 200 g of orchid stone, hydroball or polyurethane sponge in the growing bed (W 0.7 m × L 1.5 m × H 0.22 m) laid out with holly acrylic sheet (140×60 mm, Ø80) on the top of the system. The pH and EC of the aquaponic solution was ranged from 7.6 to 4.9 and 0.24－0.91 dS·m-1, respectively. The concentration of NO3-N was about 28% lower than that of the hydroponic standard solution, and K, Fe and B were 10, 27 and 3.8 times lower, respectively; however, the mineral contents of strawberry leaves were in the appropriate ranges with lower contents in the leaves grown with sponge media. The organic content (OM), nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) of the sludge were 61.5, 5.72, 8.92, and 0.24%, respectively. The leaf area, leaf number, and dry and fresh weights of shoot at 81 DAT were significantly higher in the hydroball, and the average number of fruits per plant was significantly higher in both the orchid stone and hydroball. There was no significant difference in the fresh and dry weights of fruits. Integrated all the results suggest that the orchid stone and hydroball media are more effective to utilize nutrients in solid particles of aquaponic solution, compared to the polyurethane sponge.

This experiment was aimed to identify concentrations of mineral nutrients in leaf lettuce (Lactuca sativa) grown on hydroball aquaponics and in the water for growing fish by conducting two experiments. The experiment I (Expt. I) was conducted with 12 fishes (F12) with and without filter, hydroball and plants (H12 (12 fishes, hydroball), FHP12 (12 fishes, filter, hydroball, 6 plants) and HP12 (12 fishes, hydroball, 6 plants)), and the experiment II (Expt. II) was with and without plants (FH15 (15 fishes, filter, hydroball), FHP15 (15 fishes, filter, hydroball, 6 plants)). The pH level in the water of all the treatments was decreased during the growing period, and the pH and EC of the water were lower in all the treatment with plants than those without plants in both Expt. I and Expt. II. When compared with adequate nutrient concentrations for hydroponics, nitrate nitrogen (NO3-N) and phosphorus (P) concentrations in the fish growing water were higher under the FHP15 treatment in Expt. II; however, potassium (K), calcium (Ca), and magnesium (Mg) were only 16, 49, and 82% of hydroponics, representatively, and iron (Fe) was not detected. The fresh weight of lettuce harvested from the FHP15 treatment was 38 g, only a 30% of marketable lettuce yield. The T-N and P contents of the leaf tissue grown under the FHP15 treatment were close to the optimal level; however, the K, Ca, and iron (Fe) contents were less than the optimal with no deficiency symptom.

수경재배에서는 근권내 양분의 집적 정도는 급액의 양과 밀접한 관계를 가지기 때문에 급액의 양(횟수)이 토마토의 생육과 수량에 미치는 영향이 크다. 따라서 본 시험에서는 코이어를 이용한 토마토 장기 수경재배에 급 액량이 근권의 무기이온에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 적산일사량을 기준으로 급액량을 조절하였으며 생육시 기별로 적산일사량 설정치를 변경하며 급액량을 4수준으로 처리하였다. 처리별 매일의 급액량과 배액량을 조사하였고 배액율을 계산하였다. 급액량이 많을수록 토마토의 수분 흡수 량은 증가하는 경향이었다. 그러나 High 처리구는 2월과 3월에 Medium high 처리구에 비하여 수분 흡수가 감소 하였다. 월별 평균 급액량과 배액율을 계산하여 배액율이 20-30%되는 급액 구간으로 1월은 120-140J/cm2, 2월 은 100-120J/cm2, 3월은 80-100J/cm2, 4월은 70-90J/cm2, 5월은 60-75J/cm2로 적정한 범위를 정할 수 있었다. 급 액량이 많을수록 이온들의 농도가 낮아서 근권의 양분집 적을 상당 부분 방지할 수 있었는데 양분을 흡착하는 코이어 배지의 특성 때문에 배액율이 20-30%인 경우 근 권의 무기이온의 농도는 상당히 높았다. 그런데 P와 K는 처리에 관계없이 배액에서 급액농도 보다 낮아지는 경우가 발생하였으며, 급액량이 많은 처리에서도 Mg와 S가 가장 잘 집적되는 이온이었다. 일사 량이 적은 시기에는 급액량에 따른 배액내 무기이온의 농도는 큰 차이를 나타내지 않았으나, 일사량이 많은 시기에는 급액량이 적을수록 배액의 무기이온의 농도가 높았다. 특히, 3월 이후에는 급액량 조정만으로는 배액의 이온농도 상승을 방지하기 어려워 우선적으로 급액 EC 를 낮춰 근권에 양분이 집적되는 것을 막을 필요가 있었다.

수경재배에서는 제한된 근권에서 작물의 양수분 흡수 특성을 고려하여 양액을 공급하여 재배하고 있지만 작물의 무기이온 흡수는 기상조건이나 작물의 생장에 의해 이온간 흡수비율이 달라지므로 근권내 이온의 균형이 깨지기 쉽다. 그런데 최근에는 토마토 재배에는 무기배지인 암면을 대체하여 코이어 배지가 주로 이용되고 있는데 코이어 배지를 이용한 장기재배에서 양액의 공급이 근권과 생육에 미치는 영향에 관한 연구는 거의 없다. 따라서 본 시험에서는 코이어를 이용한 토마토 장기 수경재배에 급액의 EC농도가 근권의 무기이온과 생육에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 칩과 더스트가 5:5로 혼합된 코이어 배지를 이용하였으며, 급액의 EC를 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 dS·m-1 로 달리 공급하였다. 급액 EC가 낮은 1.0dS·m-1, 1.5dS·m-1 처리구에서는 NO3-N, P, Ca, Mg 이온이 초기에 급액농도 보다 배액의 농도가 낮았다. 그러나 P를 제외한 모든 이온이 EC 2.0dS·m-1 농도 보다 농도로 급액한 것은 배지내 농도가 매우 높아졌다. 배액에 특히 높아지는 이온은 S와 Mg 였다. 평균 과중은 3화방까지는 EC 1.0dS·m-1, 1.5dS·m-1 간에 큰 차이가 없었으나 이후로는 급액의 EC가 높을수록 과중이 작았다. 6화방까지 수확 과수와 수량이 1.5dS·m-1가 가장 많았으나 재배기간이 경과할수록 고농도 급액구의 수량이 감소하였다. 배꼽썩음과는 생육초기에는 주로 EC 3.0dS·m-1 처리에서만 발생하였으나 일사량이 증가하면서 모든 처리에서 발생하였다. 발생율은 EC 3.0dS·m-1 처리구가 높고, 더 낮은 농도 처리에서는 발생율의 차이가 없었다.

염(NaCl) 스트레스 하에서 근대의 이온축적 및 삼투조 절물질로 알려진 Glycine betaine (GB) 함량 변화를 알아 보기 위하여 0, 100, 200, 300 및 400mM의 염(NaCl)을 처리하여 생장, 이온양상 및 GB 함량을 조사하였다. 염(NaCl) 농도와 처리시간이 증가함에 따라 근대 잎의 건중량은 염(NaCl) 0, 100 그리고 200 mM은 큰 변화를 보이지 않았으나 300 mM 이상의 염(NaCl) 농도에서는 감소하는 경향이 나타내었다. 양이온 함량은 염(NaCl) 농도 및 처리시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 주로 Na+ 이온을 축적하며 K+, Mg2+, Na+, Ca2+ 그리고 Fe2+ 순으로 식물체 내에 함유하는 것 으로 나타났다. 총 이온함량과 삼투몰 농도는 염(NaCl) 농도가 증가함 에 따라 증가하는 양상을 보였으며, Na+와 같은 무기이온 을 직접적인 삼투 조절자로 이용하는 것으로 나타났다. Glycine betaine은 10일째까지는 함량의 변화를 보이지 않았으나 염 처리 후 20일째 200 mM 염(NaCl) 농도까지 현저하게 Glycine betaine 농도가 증가하였으며, 300mM 염(NaCl) 농도에서는 다소 감소되는 양상을 보였다. 근대 는 염(NaCl) 스트레스에 대한 세포질성 삼투 조절물질로 Glycine betaine을 축적하는 특성을 나타내었다. 결과적으로, 근대는 식물체 내로의 염(NaCl)의 유입을 배제하는 기작보다는 효율적인 염(NaCl)의 재분배 및 구 획화와 무기이온을 삼투조절에 이용하며, Glycine betaine 과 같은 세포질성 삼투조절물질을 축적하는 생리적 특성 으로 염(NaCl) 환경을 극복하는 것으로 여겨진다.

유기물 코이어 배지를 이용한 절화장미 수경재배시 유묘기 급액농도가 장미의 생육에 미치는 영향을 구명하기 위하여 배양액을 0.6, 1.0, 1.4, 1.8dS·m-1로 다른 농도로 공급하였다. 배지 추출액의 EC와 무기이온은 정식 22일까지는 높은 농도로 양액을 공급하여도 처리간에 큰 차이가 없었다. 이후 급액농도가 높을수록 빠른 속도로 배지내 양분농도도 높아졌다. 신초의 발생량은 정식후 30일째에 해당하는 2차 신장기에는 1.8dS·m-1로 급액한 처리구에서 가장 많았고, 3차와 4차에는 0.6dS·m-1 처리구를 제외하고 처리간 차이가 없었으나, 급액농도가 높을수록 신초의 발생량이 많은 경향을 나타내었다. 따라서 장미 유묘기(수체형성기간 약 6개월 정도)의 급액농도는 기존의 무기배지를 이용한 수경재배에서는 3~4월에 정식한 이후 고온기로 갈수록 급액농도 점진적으로 낮추어 1.0dS·m-1 내외로 낮게 관리하는 것이 일반적이지만, 코이어 배지를 이용한 수경재배에서는 코이어 배지가 양분을 흡착하기 때문에 정식 후 약 3개월은 EC 1.8dS·m-1로, 이후에는 약 3개월은 1.4dS·m-1 정도로 관행적인 농도보다 높게 관리하는 것이 바람직 할 것으로 판단되었다.

본 연구는 온실 내에서 선망 등 유채 6품종과 4계통에 대해 지하수(대조구) 및 해수 염 농도별 처리(해수 EC 4, 8,16 dS m−1)를 통해 염분에 대한 유채의 생리반응과 품종간내염성 차이를 조사하고자 수행 되었다. 해수 염 처리에 따른 유채 경장은 해수 염 농도의 증가에 반비례하였고, 해수 염농도 EC 8 dS m−1 이상 처리구에서 급격히 감소하였다. 종실수량도 염 농도가 높아짐에 따라 급격히 감소하였으며, 염 농도 8 dS m−1 이상에서 종실수량이 비교적 높았던 품종은 탐미유채, 탐라유채, 선망으로 나타난 반면, 내한유채과 목포114호는 종실 수량이 급속히 감소하여 품종간 내염성 차이를 확인하였다. 종자 지방산 조성을 분석한 결과 올레인산 함량이해수 EC 4 dS m−1 처리구에서 소폭으로 증가(0.2~3.4%)를 보이다가 해수 EC 8 또는 16 dS m−1 처리구에서 감소하였다.하지만, 올레인산을 제외한 나머지 지방산 조성에는 큰 차이가 없었다. 해수 염 농도별 처리에 따른 유채 유묘의 무기이온들을 분석한 결과, Na+와 Mg2+ 함량은 급격히 증가하였고,K+는 감소하였다. 식물체 내의 이러한 무기이온의 함량 변화와 토양환경의 높은 염 농도가 유채 생육 억제 및 수량 저하와 밀접한 관계가 있는 것으로 추정된다. 염분 농도가 높은 신간척지에서 작물을 재배하기 위해서는발아기와 생육초기에 내염성에 강하고, 생육후기에 수량성이높은 유채 품종을 선발하여 이용하는 것이 가장 효과적인 대안이다.

시설재배 딸기를 위한 생력적이고 환경친화적인 순환식 수경재배기술을 확립하기 위하여 고형배지 종류별로 딸기의 무기이온 흡수 특성을 조사하였다. 톱밥배지를 제외한 나머지 세 종류의 배지에서는 대체적으로 많은 양의 질산태질소의 흡수를 나타내었는데, 펄라이트배지와 입상양면배지 보다는 코코피트배지에서 약간 높은 흡수농도를 나타내었다. 인은 톱밥배지를 제외한 세 종류의 배지에서는 초기에는 5me·L-1의 높은 흡수농도를 나타내었으며 생육이 진행됨에 따라 점차 감소하여 3me·L-1 정도의 흡수량을 나타내었는데, 이것은 비교적 높은 농도로서 추후 검토를 할 필요가 있을 것으로 생각되었다. 그러나 톱밥배지에서는 3월 중순까지 인의 흡수가 거의 없는 것으로 나타났다. 칼륨의 흡수농도는 톱밥배지를 제외하고는 세 배지 모두 비슷한 흡수량을 나타내었는데 생육초기에는 비교적 높은 흡수량을 나타내었지만 점차적으로 감소하여 4me·L-1 전후의 흡수량을 나타내었다. 칼슘의 흡수량은 펄라이트배지와 입상암면배지에서는 생육초기에 약간 높은 농도를 나타내기는 하였지만 생육전반에 걸쳐서 2me·L-1 정도의 안정적인 흡수양상을 나타내었다. 마그네슘은 코코피트배지에서 생육 전반기에 3me·L-1 정도의 높은 흡수농도를 나타내었으며 생육 후반기까지도 다른 배지에 비해서 가장 높은 흡수 농도를 나타내었다. 다음으로는 펄라이트 배지와 입상암면배지 순이었으며 세 배지 모두 마그네슘의 흡수는 대체적으로 1me·L-1 정도의 농도를 나타내었다. 본 실험의 결과는 고형배지를 이용한 순환식 딸기 수경재배에서 유용하게 활용될 것으로 생각된다.

염료감응형 태양전지에 사용되기 위한 유기/무기 복합소재를 합성하였다. 다양한 분자량(600, 1,500, 2,000, 3,400)의 polyethylene glycol 양 끝단을 ethoxysilane기로 치환하여 전구체를 제조하였으며, 전구체간의 졸-겔 반응을 통하여 복합소재를 합성하였다. 전해질막은 유기/무기 복합소재를 KI 및 I2로 도핑하여 제조하였으며, 제조한 전해질의 이온전도도 특성을 측정하였다. 전해질막의 이온전도도는 원료로 사용한 PEG에 크게 영향을 받았으며 가장 높은 이온전도도는 분자량 2,000의 PEG를 사용한 전해질막에서 볼 수 있었다. 복합전해질막은 이온전도도에 있어서 큰 향상을 보였다. PEO 전해질막에 비하여 분자량 2,000의 PEG를 사용하여 제조한 복합전해질막은 월등하게 높은 이온전도도를 보였다.

본 연구는 장미 순환식 수경재배 시 재배시기별로 적합한 배양액을 개발하고자 일본야채다업시험장 표준액을 1/4S, 1/2S, 2/3S, 1S로 하여 펄라이트와 입상 암면을 4:6 부피비로 섞은 고형배지를 이용하여 실험을 실시하였다. 고온기재배의 경우 1/2S 처리구에서, 저온기의 경우 2/3S 처리구에서 광합성 속도, 절화 품질 및 생육이 우수하였다. 이를 토대로 1/2S(고온기), 2/3S(저온기) 처리구의 양수분 흡수율을 기준으로 새로운 배양액을 조성하였다. 이온의 조성은 고온기의 경우 NO3-N 6.8, NH4-N 0.7, PO4-P 2.0, K 3.8, Ca 3.0, Mg 1.2, SO4-S 1.2me·L-1, 저온기의 경우 NO3-N 6.8, NH4-N 0.7, PO4-P 2.0, K 3.8, Ca 3.0, Mg 1.2, SO4-S 1.2me·L-1 이었다. 개발한 배양액의 적합성 평가실험 결과 UOS 배양액은 Ca, P 등의 이온이 장미의 양분흡수율보다 많이 함유된 기존의 배양액과 비교하여 근권 내 EC 변화가 안정적이었다. 또한 절화수량이 재배기간에 관계없이 기존 배양액보다 높은 결과를 나타내었고 특히 저온기 재배시 아이찌현 배양액 처리구에 비하여 수확량이 140% 증가하였다. 따라서 고형배지를 이용한 장미 순환식 수경재배시 새로 개발된 배양액을 사용할 경우 기존 배양액에 비해 비료절감의 효과와 함께 안정적인 생육 및 수량증대를 기대할 수 있다.

본 실험은 장미 식물공장에서 single-node cutting 'Versillia'의 양분흡수 특성을 구명하고 순환식 수경재배 시스템에 적합한 배양액 내 무기이온 조절방식을 구명하고자 수행하였다. 실험 기간동안 각 처리별 배양액 내 무기이온함량 변화를 살펴본 결과 EC 제어구의 경우 NO3-N은 생육 후반이 되면 그 함량이 적정 범위 이상으로 증가 하였고 P와 Mg은 감소하였으며 배양액 첨가구는 전체적인 배양액 내 무기이온 함량이 증가하였다. 이에 비해 무기이온 제어구는 생육 기간동안 근권 내 적정 범위를 유지하였다. 광합성 효율을 나타내는 지표 중 하나인 Fv/Fm는 무기이온제어구와 배양액 첨가구에서 높았고 절화장, 생체중 등은 무기이온 제어구에서 높았다. 그러나 뿌리의 활성 정도를 측정해본 결과 무기이온 제어구에서 높았으나 배양액 첨 가구에서는 생육 초기에 배양액 내 pH 변화폭이 커서 가장 낮게 나타났다. 위의 결과를 종합하였을 때, 무기이온 조절(다량 미량원소 제어구와 다량원소 제어구)을 통해 배양액을 관리하는 것이 생육 전 기간 동안 근권 환경을 적절히 유지해 줄 수 있었고 이에 따라 절화 품질도 향상되므로 장미(single-node cutting) 순환식 수경재배에 적합한 근권 환경 제어방식이라고 할 수 있다.

칼랑코에 단일처리전의 유묘기의 목표는 초장이 짧고 건실하며 분지수가 많은 식물체를 생산하는 것이다. 광과 양분조건은 어린 식물의 생육과 품질에 직접적으로 영향을 준다. 본 연구는 이 시기에 배양액농도와 광강도가 생육과 양분흡수에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 2조건의 적산일사량(15.8, 7.9 mol·m-2·d-1, PPF)과 3조건의 배양액농도(EC 0.8, 1.6, 2.4 dS·m-1) 처리를 하였다. 칼랑코에 유묘의 생육조사 결과, 광도가 높을수록 엽면적, 생체중, 건물중이 크게 나타났고 분지가 많이 발생하였다. 이러한 경향은 EC 1.6 dS·m-1 이상에서 현저하였다. 초장은 광강도가 낮을수록 컸다. 배양액의 EC 감소분은 배양액의 농도가 증가함에 따라 커지는 경향을 보였다. 생육 단계의 진전에 따른 양분흡수는 광도와 배양액 농도(EC)가 높을수록 많아지는 경향을 나타냈다. 실험기간 중 NO3-N, P, K, Ca은 대체로 고광도에서 저광도보다 많이 흡수되었다. 칼랑코에 유묘기 재배 시, 적정 엽면적, 생체중, 분지수, 초장을 얻고, 식물체의 적절한 양분흡수를 위해서는 고광도 시 배양액 농도를 EC 1.6 dS·m-1이상으로 관리하는 것이 적절하였고 저광도 시 배양액 농도를 EC 0.8 dS·m-1 관리하는 것이 적절하였다. 본 연구결과에서 광도에 따라 배양액 내의 각 무기양분의 농도를 다르게 관리해야 함을 확인하였다.

순환식 양액재배시 계면활성제가 무기이온 흡수 증진에 미치는 영향을 알아보고자 상추의 생육, 광합성율, 증산율 및 무기이온 함량을 분석하였다. 상추 생육은 0.3mg·L-1 PVA-95처리에서 가장 높았으며, l/2배액에서 재배된 상추의 생육도 양호하였다. 칼슘 함량이 증가된 0.3mg·L-1 CLS 처리의 상추는 생육이 낮음에도 불구하고 높은 증산율과 광합성율 및 엽내 카리, 칼슘 및 마그네슘 함량이 높았다. 따라서 높은 생육량과 비료 절감 효과가 인정된 PVA-95 처리와 CLS 처리에 의한 엽내 무기 성분 함량 증가가 인정됨에 따라 수경재배 상추의 고품질 생산에 유용하게 사용 가능하리라고 판단된다.