The Gymnocalycium mihanovichii has been an important export item of Korean flower industry for a long time. Although there is a high demand for grafted cactus from overseas, its production for export is limited. In this study, the growth and marketable yield characteristics of Gymnocalycium mihanovichii ‘I-Hong’ were compared between soil culture and ebb-and-flow hydroponic system with single- or double-tier bench. As a result, hydroponic methods with single-tier bench resulted in higher fresh weight and glove diameter compared to other cultivation methods. In the ebb-and-flow hydroponic system, hydroponic system with double-tier bench of grafted cactus traits has a lower growth rate than other cultivations. However, the hydroponic system with double-tier bench of grafted cactus significantly increased the yield. In conclusion, the yield from hydroponic system with double-tier bench was better than soil cultivation method. Although there were some differences in color depending on the cultivation method, it was considered that there was no difference in appearance of Gymnocalycium mihanovichii ‘I-Hong’. Our results suggest the cultivation methods to overcome production constraints, expand their exports, and improve the value-added characteristics of grafted cactus.

The efficient nutrient solution cooling system consisting of buffer tank, three-way valve, and heat pump et al. was developed for hydroponics of leafy vegetables at high temperatures period. It was designed in such a way that the buffer tank was first cooled to enable precise temperature control of the nutrient solution with small capacity heat pump. Developed system was installed in the NFT hydroponics farm cultivating leafy vegetables and performance evaluation was carried out. For cultivation of Lalique lettuce(Lactuca sativa var.), the temperature of nutrient solution tank, buffer tank, and the root zone, the performance of cooling system, and the environment of greenhouse were analyzed. Also, by measuring the growth and yield of lettuce, the effect of cooling nutrient solution on the growth of lettuce NFT hydroponics was analyzed.

본 연구는 갯방풍의 생장 및 생리활성화합물 함량에 대한 NaCl 농도 및 처리 시기의 효과를 조사하기 위해 수행되었다. 첫 번째 실험에서 갯방풍 묘는 온실에서 호글랜드(EC 1.5dS·m -1 , pH 6.5) 배양액에 NaCl 40, 80, 120, 160, 200mM 을 첨가하여 담액식 수경재배 시스템에 정식 후 30일 동안 재배되었다. 두 번째 실험에서 갯방풍은 수확 10일 전, 5일 전에 양액에 NaCl 50, 100, 150, 200mM을 첨가하여 담액식 수경 재배 시스템에서 50일 동안 재배되었다. 두 실험 모두 NaCl 처리를 하지 않은 것을 대조군으로 사용했다. 식물 생장과 광합성 특성, 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량, 항산화 활성이 조사되었다. NaCl 농도가 80mM 이상일 때 갯방풍의 생육이 유의적으로 감소하였다. 두 번째 실험에서 엽수, 엽면적, 지상부와 지하부 건물중 같은 생육 특성은 수확 10일 전 50mM NaCl에서 유의적으로 우수했다. 광합성률은 대조구와 50mM NaCl 처리에서 가장 높게 나타났으며, 처리 시기와 관계없이 NaCl 농도가 100mM 이상일 때 유의적으로 감소하였다. 또한, 100mM 이상의 NaCl 농도에서 잎의 가시적 피해가 관찰되었다. 총 페놀함량 및 플라보노이드 함량은 수확 5일 전 200mM 처리에서 가장 높았다. 그러나, 항산화 활성은 대조구와 수확 10일 전 50mM 처리에서 가장 높았다. 결론적으로, 수경재배 시 양액에 수확 10일 전 50mM의 NaCl을 처리하는 것이 고품질 갯방풍 생산에 효과적이었다.

본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결 합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일 한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수 (4.2kV, 5.7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록 갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin 의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다. 이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다. 향후 간헐적인 플라즈마 활성수 생성에 따른 생리 장해를 극복 하고 뿌리채소의 수경재배 시스템에 적용하여 이차대사산물 을 증가시키기 위한 본 기술의 도입이 필요하다.

본 연구는 양액 내 존재하는 다량 영양소의 농도를 실시간으로 측정하기 위해 이온 선택 전극 (ISE) 으로 구성된 임베디드 시스템의 개발을 보여준다. NO3, K 및 Ca 이온을 감지하기위한 PVC ISE, H2PO4를 감지하기위한 코발트 전극, 기준 전극, 샘플 용액이 담기는 챔버, 펌프 및 밸브를 사용하여 측정하는 시스템으로 구성된다. 양액 샘플양 조절과 데이터 수집을 위해서 데이터 Due 보드가 사용되었고, 각각의 샘플 측정 전에, 측정 중 발생하는 드리프트를 최소화시키기 위해 2 점 정규화 방법을 사용하였다. PVC 멤브레인을 기반으로 한 NO3 및 K 전극의 농도 예측 성능은 표준 분석기의 결과와 근접한 일치 (R2 = 0.99) 나타내며 만족스러운 결과를 나타냈다. 하지만, Ca Ⅱ 이온 투과체 제조된 Ca 전극은 고농도 양액 농도에서 Ca 농도를 55 %로 낮게 측정하였다. 코발트 전극 기반 인산 측정은 반복측정 중에 발생한 코발트 전극의 불안정한 신호로 인해 표준 방법과 비교하여 45 ~ 155 mg / L의 인산 농도 범위에서 24.7 ± 9.26 %의 비교적 높은 오차를 나타냈다. 수경 P 감지의 예측 능력을 향상시키기 위해 코발트 전극의 신호 컨디셔닝에 대한 추가 연구가 필요함으로 판단된다.

식물의 생육과 생산성을 예측하는 것은 매우 중요한 일이다. 본 연구는 common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.)의 작물생장률, 상대생장률, 지상부 생체 중과 건물중, 수확시기, 상품률과 상품수량과 같은 생육과 수확 요인들을 쉽게 읽을 수 있는 재식밀도-생육-수확 (PGH) 도표를 만들기 위함이다. 광도 140μmol·m-2·s-1과 일 장 12시간 주기로, 3파장 형광등을 이용한 완전제어형 식물공장 시스템에서 박막수경 재배하였다. 4가지 재식밀도 (15×10cm, 15×15cm, 15×20cm와 15×25cm) 하에서 생육과 수량을 분석하였다. 재식밀도가 증가할수록 어느 한계까지는 식물체당 생체중과 건물중은 증가하는 경향이었으며, 단위면적당 생체중인 수량 또한 같은 경향을 보였다. 작물 생장률, 상대생장률과 lost time은 2차 등식 형태를 보였으며, 지상부 생체중과 건물중은 직선적인 관계를 보였다. 이러한 등식을 이용하여 재식밀도-생육-수확(PGH) 도표를 만들었다. 예를 들면, 15×20cm 재식밀도와 식물체당 생체 중 100g에서 수확할 경우, 재식주수, 작물생장률, 상대생장률, lost time, 식물체당 건물중, 수확시기와 수량은 각각 33plants/m2, 20g·m-2·d-1, 0.27g·g-1·d-1, 22days, 2.5g/plant, 정 식 후 26일과 3.2kg·m-2이었다. 이 도표를 가지고 적어도 2 가지 요인 예를 들면, 재식밀도와 수확요인 중 하나만 알면, 작물생장률, 상대생장률, lost time과 같은 생육 요인과 지상부 생체중, 지상부 건물중, 수확시기와 수량과 같은 수확 요인들을 쉽게 구할 수 있다. 이러한 도표는 다양한 작물의 생육과 수량 요인을 예측할 수 있어 완전제어형 식물 생산 시스템 설계를 위해 유용한 도구가 될 것이다.

본 연구는 토마토 수경재배에서 Frequency Domain Reflectometry(FDR) 센서를 활용한 무배액 시스 템에 적합한 코이어 배지의 chip과 dust 비율을 구명하기 위한 기초 실험으로 chip 함량에 따른 일일 급액량, 배액량, 배지의 용적당 수분함량 및 전기전도도, 식물생육, 과실 수량과 수분이용효율 측정을 목적으로 수행되었다. 시판 코이어 슬라브 중 chip과 dust 부피비율이 0 : 100%, 30 : 70%, 50 : 50%, 70 : 30%인 것과 대조구로 시판 rockwool 배지와 2층 슬라브, 즉 1층에 chip함량과 2층에 dust함량이 15 : 85%, 25 : 75%, 35 : 65%인 것을 사용하여 실험하였다. 실험에 사용된 배지 중 0 : 100%와 rockwool 배지는 전 생육기간 동안 배액이 배출 되지 않았고 나머지 모든 배지에서도 극소량의 배액이 배출되었다. 일일 평균 급액량은 시판 슬라브와 2층 슬라브 배지 모두에서 chip 함량에 따라 다르게 나타났다. 식물 생육, 상품과 수량 및 수분이용효율은 chip과 dust의 비율이 0 : 100%인 시판 슬라브에서 가장 높게 나타났다. 따라서, FDR센서에 의한 자동급액 방식으로 토마토 작물을 재배 할 때 chip과 dust 부피비율이 0 : 100%인 코이어 배지를 사용할 경우 식물이 더욱 효과적으로 수분을 이용하여 생산량이 증가되면서도 배액을 최소화하거나 배액을 창출하지 않아 환경오염을 감소시킬 수 있다. FDR 센서에 의해 자동 급액되는 시스템에서 1회 급액량과 급액간격 기능을 생육단계별로 조정하여 배지의 물리성에 따른 급액 일정에 대한 세밀한 실험이 앞으로 수행될 계획이다.

Echinacea 청정대량생산을 위해 재배환경조절이 강한 수경재배 시스템에서 Echinacea 뿌리와 잎 생산에 적합한 수경재배 시스템을 선발하고자 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 공시작물은 E. angustifolia DC. 와 E. purpurea (L.) Moerch이며 NFT, modified NFT, DFT, aeroponics, Ebb & Flow등 5가지 시스템을 사용하여 150일간 실험하였다. 120일 수경재배한 두 종 모두 광합성 및 증산률은 Ebb & Flow 시스템에서 유의적으로 낮은 수준을 보였다. 정식 후 150일 째 지상부 생체중과 건물중은 E. angustifi이za의 경우 분무경과 DFT에서 높았고, E. purpurea는 분무경과 NFT에서 유의성 있게 높았다. 지하부의 생체중 및 건물중은 E. angustifolia와 E. purpurea는 분무경에서 가장 높았고 다음으로 M-NFT에서 높았다 두 종 모두 뿌리의 길이는 두 종 모두 NFT 및 Ebb & Flow 시스템에서 높았고 분얼수는 E. purpurea가 분무경에서 유의적으로 높았다. 따라서 Echinacea의 바이오매스 확보를 위한 수경재배 방식으로 광합성과 지상와 지하부 생육량이 E. angustifolia 와 E. purpurea 모두 높았던 분무경 시스템을 선발하였다.

배양액 농도가 호접란 미니다화성계 품종 P. amabilis와 P. Taisuco Red Jewel의 유묘와 중간묘의 생장에 미치는 영향을 알아보기 위해 ebb and low system을 이용하여 4개월 재배한 결과는 다음과 같다. 유묘의 경우 엽장과 엽폭이 P. amabilis는 배양액의 EC가 0.5~1.0dS·m-1일 때 가장 길었으나 P. Taisuco Red Jewel 배양액의 EC가 1.5dS·m-1일 때 가장 길었다. 반면에 근장과 근중은 두 품종 모두 배양액의 EC가 0.5dS·m-1로 낮을 때 가장 무거웠고 이러한 경향은 중간묘에서도 동일하게 나타났다. 잎의 생체중과 건물중은 P. amabilis의 경우 배양액의 EC가 1.5dS·m-1로 높을 때 가장 무거웠으며, 배양액의 EC가 낮아질수록 잎의 생체중과 건물중은 낮아졌다. 반대로 뿌리의 생체중은 배양액 EC가 0.5dS·m-1로 낮을 때 가장 무거웠고, 배양액의 EC가 높아질수록 가벼워졌으며, P. Taisuco Red Jewel에서도 같은 경향이었다. 중간묘의 경우 뿌리의 생체중과 건물중이 P. amabilis는 배양액 EC가 0.5dS·m-1로 낮을 때 가장 높았고, 배양액의 EC가 높아질수록 뿌리의 생체중은 낮아졌다. T/R율과 잎의 엽록소함량은 유묘와 마찬가지로 두 품종 모두 배양액의 EC가 1.5dS·m-1로 높을 때 가장 높았으며, 배양액의 농도가 낮아질수록 낮아졌다.

This experiment was conducted to investigate the effects of diurnal alternation of nutrient solution salinity on growth and fruit quality of tomatoes (Lycoperisicon esculentum cv. 'House momotaro') hydroponically grown in root intercept bag-NFT (RIB-NFT) system. Plant height was the lowest in the high concentration during daytime (6/1 dS m-1, day/night). Yield was very high in the concentration of 1/1 dS m-1, it decreased with increasing the concentration of nutrient Yield was higher at low concentration (4/1 dS m-1) at nighttime compared to the same concentration (4/4 dS m-1) at daytime and nighttime, and the reverse (1/4 dS m-1) was similar to the control (perlite culture). Yield was greatly reduced by higher concentration at daytime than nighttime, and the decrease was alleviated by lower concentration at nighttime. With increasing the concentration of nutrient solution during daytime, sugar content of tomato fruit was increased, but yield was decreased. In the other experiment, tomato plants were hydropoically cultured in NFT system diurnally alternated between Aichi's solution and Ca(NO3)2 solution. Ca(NO3)2 solution was supplied for 4 hours from 10:00 to 14:00 at daytime and from 22:00 to 2:00 at nighttime, respectively, and Aichi's solution was supplied for the time except the 4 hours. Ca content of leaves and sugar content of fruit were increased by supplying Ca(NO3)2 solution at daytime compared to nighttime, but plant growth was greatly suppressed by supplying Ca(NO3)2 solution with the concentration of 4 dS m-1(4/4Ca dS m-1) at nighttime.

시설재배 참외를 위한 새로운 방식의 순환식 수경재배시스템을 고안하여 참외 수경재배의 가능성을 검정하고, 순환식 수경재배 시의 배양액 관리기술을 확립하기 위하여 세 가지 수경재배방식에서 순환배양액의 무기이온 함량의 변화를 조사하였다. 참외의 수경재배에서 토양재배와 비교하여 양호한 수량과 품질을 나타내었다. 참외의 수경재배는 고형배지방식이 적합한 것으로 보였으며 NFT방식은 고온기의 장해발생으로 적합하지 않은 것으로 생각되었다. 참외의 배양액은 야마자키 조성 멜론 배양액을 EC 2.0dS.m-로 전 생육기간에 동일하게 공급하는 것이 적절한 것으로 밝혀졌다. 순환방식에서도 배양액의 EC와 pH는 비교적 안정적으로 유지되었으며 순환배양액내의 다량원소와 미량원소도 계속적으로 일정한 함량으로 유지되어 참외용 수경재배방식이 적절한 것을 확인할 수 있었다. NO3-N, Ca, Mg은 모든 재배방식에서 비슷한 양상으로 안정적인 함량변화를 나타내었고, P은 다른 두 방식에 비해 펄라이트 배지에서 약 1me.ι- 정도 흡수가 저하하였으며, K은 펄라이트 배지에서는 불규칙한 양상을 보였으나 코코피트 배지에서는 안정적인 함량변화를 나타내었다. 미량원소는 Mo을 제외하고는 고형배지 방식에서는 대체적으로 안정된 함량의 추이를 나타내어 미량원소의 흡수가 원활하게 이루어진 것을 알 수 있었다. 그러나 NFT방식에서는 B와 Mn은 비교적 안정된 함량변화를 나타내었으나 다른 원소들은 불규칙적인 변화를 나타내었다. 특히 고온기에 미량원소의 흡수가 저하한 것을 알 수 있었으며 Cu. Zn, Mo의 흡수가 원활하지 않았다. 본 실험의 결과를 통하여 참외를 위한 새로운 순환식 고형배지방식은 참외시설재배에서의 문제점을 해결하는 적절한 방법이 될 것으로 생각되었다.

시설의 자동화시스템 중, 계측시스템을 개발하고, 토마토 수경재배에 적용 실험하였다. 본 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 계측 기기로 구성되었다. 계측프로그램은 편리한 GUI 환경을 제공하고 다른 프로그램과의 연계를 위하여 윈도우 환경에서 개발하였다. 초기화면에는 시스템설정, 센서보정, 온실상태, 제어, 파일관리 및 도움말 등의 메뉴바를 설정하였으며, 팝업메뉴, 툴바 및 상태바들을 사용하여 조작이 용이하게 하였다. 특히, 센서의 장착에 유연성을 부여하였으며, 계측자료는 일정 시간별로 여러 가지 형태의 파일로 자동 저장하여, 사용자가 통계나 그래프등 필요로 하는 작업을 용이하게 할 수 있게 하였다. 적용실험 결과, 본 계측시스템은 순환식 비순환식 및 여러 가지 수경재배 방식에 모두 적용 가능한 것으로 사료되었다.

간격침적식 수경재배의 실용화 가능성을 검사하고자 10분간격 간격침적식, 15분간격 간격침적식, NFT식 및 분무경system을 이용하여 토마토에 대한 생육비교 실험을 수행하였다. 1. 초장은 NFT식에서 가장 양호하였으나 주근장은 간헐침지식에서 길었으며 수경과 엽수는 처리간에 차이가 없었다. 2. 생체중과 건물중은 생육초기에는 NFT에서 무거웠으나 생육이 진전될수록 간헐침지식에서 더 무거워졌다. 3. 처리 후 43일의 개화수는 분무경 18.5, 15분간격 간헐침지식 17.8, 10분간격 간헐침지식 16.8, NFT 15.1개 순이었으며 과중은 분무경에서 149.1g으로 가장 무거웠다. 4. 식물체당 평균수량은 분무경에서 1929.1g으로 가장 많았고 10분간격 간헐침지식에서 1475.2g으로 다음이었으며, NFT식 및 15분간격 간헐침지식에서 각각 1276.2, 1084.8g으로 가장 적었다. 5. 식물체당 평균수호과수는 분무경 11.0, NFT식 9.7, 15분간격 간헐침지식 8.3, 10분간격 간헐침지식 7.7개 순이었으며 평균과중은 분무경 192.9, 10분간격 간헐침지식 172.4, NFT식 134.0, 15분간격 간헐침지식 126.0 순이었다. 6. 평균과장은 분무경과 10분간격 간헐침지식에서 NFT식과 15분간격 간헐침지식보다 길었으며 평균과폭은 NFT식, 분무경 및 10분간격 간헐침지식에서 비슷한 정도로 15분간격 간헐침지식보다 켰다.