본 연구에서는 폐쇄형 시스템에서 펄라이트 배지의 단점을 보완하여 상층에는 소립이나 중립을, 하층에는 대립을 사용하여 토마토의 양액재배에 적합한 펄라이트 배지의 사용방법을 구명코자 하였다. 초장, 생체중, 건물중 등 생육은 혼합배지보다 층분리한 배지에서 좋았고 층분리 처리간에는 소립새립(DP I)보다 중립새립(DP II)이 좋았다. 평균 과중은 처리간에 유의한 차이는 없었으나 과실수는 배지혼합 처리구의 주당 29.1개에 비해 배지의 층분리 처리구가 2∼4개 정도 많았으며, 층분리 처리간에는 소립/대립(DP I)보다 중립/대립(DP II)이 다소 많은 경향이었다. 주당 과실중 및 수량은 착과수와 같은 결과를 보여 층분리의 중립새립 처리구(DP II)가 가장 많았다. 기형과 발생률은 배지혼합 처리구에서 가장 높았으며, 이는 수량 감소의 원인이 되었다. 근활력은 정식후 50일째까지는 모든 처리에서 근활력이 증가되는 경향이었으나 100일째에는 감소하는 경향이었다. 처리간에는 정식후 20일째에는 큰 차이가 없었으나 정식 50일후에는 혼합배지보다 층분리 배지가 근활력이 높았으며, 층분리 처리간에는 소립/대립(DP I)보다 중립/대립(DP II)이 다소 많은 경향이었다. 펄라이트 배지내 EC는 1.3∼1.5로 처리간에 큰 차이는 없었으나 소립/대립 처리(DP I)의 상층에서 다른 처리보다 높았으며 pH도 같은 경향이었다. 배지내의 무기성분 함량은 배지혼합 및 중립/대립 처리(DP II)에서는 상층보다 하층이 많았으나 소립/대립 처리(DP I)에서는 상반된 결과를 보여 하층이 상층보다 많았다. 특히 소립/대립 처리(DP I)의 상층에서 칼륨, 칼슘 및 마그네슘의 함량이 높았는데, 펄라이트의 소립이 중립이나 대립에 비해 양이온 치환용량(CEC)이 높았기 때문이다.

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.

수로형의 양어시설에서 틸라피아 사육시 성장도 및 사육수의 수질을 파악하여 수경재배시설에 수로형 사육시설의 병용 가능성을 조사하고, 펜타이트 파이프를 이용한 간이 수로형사육시설을 개발하고자 시험을 수행하였다. 폭 2m, 높이 1m,길이 19m의 수로형 사육시설 위에 수경 베드를 설치하고 틸라피아를 양식하였다. 수질은 사육하는데 이상 없이 유지되었고, 수로형 시설에서의 틸라피아의 성장은 원형사육시설에서의 그 것과 대등하였다. 따라서 수경재배시설에 수용할 수 있는 양어시설은 수로형이 적합하며 사육환경이 정상적이므로 수로형 사육시설의 도입이 가능하다고 판단되었다. 또한 양어수경 복합영농어시설은 높이 1 m, 폭 1.4 m, 길이 20 m의 크기로, 기둥은 25mm의 펜타이트 파이프와 사육조는 5m의 PP판넬을 사용하도록 하였으며, biofilter로는 모래를 10cm 정도 채워 작물을 재배하도록 하는 간이수로형 양어수경 복합시설의 구조를 고안하였다.

순환식 담액수경 상추재배에서 양액의 pH 변화는 미량원소 수준에 관계없이 생육 중기에 낮아지다가 생육후반에 회복되었는데 양액 내에 Humus첨가에 의해 양액의 pH 변화가 완만해졌다. 생육은 Humus첨가에 의해 양호한 경향을 나타냈고 미량원소수준이 높아질수록 저조하여 Cu · Zn농도 5ppm이상에서 황화현상 등의 피해가 발생하였으며, Humus 첨가에 의해 중금속에 의한 생체중 감소가 현저히 억제되었으며 과잉피해증상이 완화되는 경향을 나타내었다. 무기성분 흡수에서는 Zn은 흡수억제 효과가 없었으나 Cu원소의 흡수는 억제되어 중금속의 피해 우려시 Humus의 효과가 어느 정도 인정된다.

본 실험은 상추 수경재배시 지하부 환경요인이 상추의 생육에 미치는 영향을 바탕으로 식물공장에서 활용가능성이 큰 상추의 최적 근권환경을 알아보고자 수행하였다 근권부 환경조건으로는 배양액의 pH와 U를 각각 여러 가지 수준으로 실험하였다. pH 3.0을 제외한 pH 4.0~8.0에서 가시적인 생리장해 없이 양호한 생육을 나타냈으나 광합성, 증산량 및 무기이곤 흡수를 고려한 상추의 최적 배양액 pH는 pH 5.5~6.0였다. 배양액의 전기전도도는 0.8~3.6 mS.cm-1 /로 처리하였을 때, 고농도에서는 Ca결핍으로 인한 잎끝마름증이 나타나 품질이 저하되었고 생육과 광합성이 높은 EC 1.2~l.6mS.cm-1 /가 최적인 것으로 나타났다. 이런 결과는 상추 식물공장에서 상추의 주년생산, 공장적 대량생산 및 청정생산 등의 효율적인 재배를 하는데 기여 할 수 있을 것으로 보인다.

감자 양액재배시 소괴경의 생산효율을 높이기 위해 감자 유식물체를 정식후 35일에 10시간 동안 배양액 pH를 3.0, 4.0, 5.0과 6.5로 각각 조절하였을 때 생육상황과 소괴경 수량을 조사한 결과, 소괴경 형성은 pH 3.0 처리구에서 빨랐으며 처리후 20일까지는 유의성있는 증가를 보였다. 배양액 pH가 낮을수록 복지수가 증가되어 괴경수가 많았으며 괴경 건물율도 높았고 정식후 90일째 소괴경 수량은 pH 3.0처리에서 72.1개, pH 4.0에서 69.8개, pH 5.0에서 65.2개, pH 6.5에서 60.3개였다. 3g이상크기의 소괴경의 분포비율은 pH 3.0에서57.9%로 가장 높았으며 pH 5.0과 6.5에서 50.8%로서 가장 낮았다.

1995년 경남지역에서 양액재배 원수로 사용되고 있는 77개 농가의 지하수 중의 무기성분 농도를 분석한 결과는 다음과 같다. 지하수의 깊이는 10~500m, pH는 6.2~8.4, EC는 0.11~1.44dS/m이었다. 1 liter당 무기성분의 평균함량은 N H4-N 0.3mg, N O3-N 3.1mg, P O43- 0.5mg, Ca2＋ 25.4mg, Mg2＋ 11.5mg, Na＋ 21.7mg, C l- 42.6mg, S O42- 72.5mg였다. 지하수의 pH와 Mg2＋(0.34** ), Ca2＋(0.33** ) 및 EC(0.29** ) 사이에 유의적인 정(＋)의 상관을 보였다. 또한 EC와 Na＋(0.68** ), Ca2＋(0.67** ), S O42-(0.62** ), Mg2＋(0.60** ), N H4-N(0.36** ), C l-(0.53** ) 및 K＋(0.26** ) 간에도 유의적인 정(＋)의 상관을 보였다..

본 실험은 엔디브 양액재배에 적합한 배양액을 조성하고. 새로 조성한 배양액(SCUE)의 효과를 검토하고자 수행하였다. 엔디브 재배에 적합한 배양액을 양수분 흡수율에 의해 조성한 결과 NO3-N 15.0, NH4-N 1.0 PO4-P 3.0. K 10.0, Ca 5.0, Mg 3.5 me.l-1가 적당하였다. 새로 조성한 서울시립대 엔디브액 (SCUE)과 유럽의 엔디브액간의 재배실험 결과, 배양액간의 생육 및 수량은 차이가 없었지만, pH와 EC의 변화폭은 새로 조성한 양액에서 적었다.

본 실험은 수경재배에서 딜의 양수분 흡수 패턴을 밝히고 생육과 환경특성에 적합한 배양액을 개발하여 실제 재배에 응용하고자 수행하였다. 이를 위해 딜의 양분 홉수율에 의한 배양액을 조성하였으며 그 적합성을 검정하기 위해 기존배양액과 비교실험을 실시하였다. 딜의 NFT재배에 적합한 배양액을 개발하기 위해서 일본야채시험장 표준액을 1/4배액, 1/2배액 및 1배액으로 조성하여 재배한 결과, 1/2배액에서 생육과 수량이 가장 높았으며 근권내 pH와 EC의 변화도 안정되었고, 식물체내 무기이온 합량도 적정치로 나타나 딜의 양분흡수특성에 적합할 것으로 판단되었다. 따라서 일본야채시험장 1/2 배액의 양수분 흡수율(n/w)을 기준으로 새로운 배양액을 조성하였으며, 이온의 조성은 NO3―N 8.85, NH4―N 0.55, P 2.1, K 6.2, Ca 2.8, Mg 1.7 me.L-1였다. 딜의 순환식 NFT 재배용으로 개발한 배양액의 적합성 검정실험 결과, 근권내 pH와 EC는 저농도인 SCU 1/2배액을 제외하고는 변화폭이 크게 나타나지 않았다. 본 실험에서 개발된 SCU 1배액은 기존에 허브 배양액으로 사용된 일본 야채 시험장 배양액과 비교할 때 생육과 수량면에서 우수하였으며, 엽내 무기성분 함량도 적정수준을 나타내었다. 따라서, 본 실험에서 개발된 SCU 배양액은 딜의 NFT재배에 적합한 배양액이라 할 수 있다.

잎상추의 품질 평가 기준을 도출하기 위하여 청치마 상추를 공시하여 수경재배하고 재배적 조건에 따른 상추의 품질변화를 조사한 결과는 다음과 같다. 수비액온도가 25℃로 항온인 경우 일정할 경우 주상 생체중이 59.7g으로 수양은 가장 높았으나 외관품질점수는 5.2로 가장 낮았고 온도가 15℃에서는 수량이 가장 났았으나 외관평유점수은 8.2로 가장 좋았다. 한편 수경액의 온도가 주야간 다를 경우 본 실험에서는 주야간이 각각 20/20℃일 경우와 25/20℃인 경우가 제일 높았고 그보다 고온이거나 저온일 경우 액양이 낮았는데 잎상추의 외관 품질은 주/야 20/15℃(평균 17.5℃)일 경우 제일 우수했고, 잎은 온도가 높을수록 진타익형으로 도장하였고, 외관품질이 현저히 떨어졌다. 하파재배시 60% 차광인 경우 생육이 10% 감소하였고 80% 차광에서는 25% 정도 수량이 감소하였으며 차광정도가 커질수록 엽록소 함량은 감소하고 초장, 근장은 길어지는 경향을 나타내었다.

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.

수경재배시 변화하는 배양액 pH를 동적으로 조절하기 위한 방법으로 생리적 산, 알칼리와 화학적 산, 알칼리의 효율성을 검토하였다. 배양액 자동조절시스템에 생리적 산, 알칼리로 NH4H2PO4 및 NaNO3를 이용하고, 화학적 산으로 H2SO4를 이용하여 상추를 재배한 결과, 처리에 관계없이 배양액의 pH를 안정적으로 조절할 수 있었다. 생리적 산, 알칼리의 경우 화학적 산, 알칼리보다 배양액 pH를 급격히 변화시켰으며, 그에 따른 해작용은 나타나지 않았다. 그러므로 상추의 순수수경재배시 배양액의 pH를 자동제어 하기 위한 방법으로, 생육 기간 중에는 화학적 산, 알칼리를 이용하여 pH를 조절하고 수확 며칠 전부터 NH4H2PO4를 화학적 알칼리와 겸해서 공급하는 것이 바람직한 것으로 사료된다.

본 연구는 SCDS(specific color difference sensor)를 이용하여 토마토의 비파괴적인 질소 영양 진단 방법을 확립하기 위하여 질소 농도를 0, 10, 50, 100, 150, 200, 300, 600ppm으로 조절하여 NFT방식으로 실험을 수행하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 배양액 내의 질소 농도가 0ppm에서 150ppm으로 높아짐에 따라 토마토 잎의 기공 저항은 급격히 줄어든 반면 기공 확산 속도는 증가하였다. 한편, 질소 농도가 높아짐에 따라 광합성 속도도 증가하였지만 100ppm에서 부터 600ppm까지는 큰 차이를 보이지 않았다. 토마토 잎의 SCDS값이 높아짐에 따라 광합성 속도는 직선적으로 증가하였으며 평균 과중과 상품 수량은 2차 곡선모양으로 증가하는 경향을 보였다. 엽내 질소 함량이 3% 정도될 때까지 광합성 속도는 크게 증가하였지만 3.3-3.5% 수준부터 광합성은 포화상태를 나타냈다. 토마토 잎의 SCDS값과 엽내 질소 함량 간에는 고도로 유의한 정의 상관을 보였다. 토마토의 생리적 활성, 생육 및 상품 수량을 고려해 볼 때, 엽내 질소 함량의 적정 범위는 3.0-3.8%인 것으로 나타났다. 이 범위에 해당되는 SCDS값은 40.4-52.2였다.

방울토마토의 수경재배시 과실의 외형형질을 비파괴적으로 추정하고, 이를 검정하였다. ‘Chelseamini’와 ‘뽀뽀’에 비해 ‘Minicarol’의 외형상의 크기(과장, 과폭, 과중, 과실부피)가 특히 작았다. 토마토 과실의 외형형질 간에는 고도의 상관이 인정되어 과실의 생장은 길이생장과 부피생장과 균형있게 이루어지는 것으로 나타났다. 과실의 체적 및 무게는 다음 식으로 추정 가능하였다. 과실의 체적=0.071×(과장+과폭)3＋0.451, 과실의 무게 =0.072×(과장+과폭)3＋0.542. 1993-1994년에 수확한 과실도 이 식으로 설명되었다.

수경재배에서 암모늄태질소와 질산태질소의 비율이 들깨의 생육에 미치는 영향을 구명하기 위하여 NO3-N:NH4-N의 비율을 12:0, 9:3, 6:6(me/l)으로 처리한 동계 실험의 결과, NO3-N 단용구에서는 pH가 상승했고, NH4-N의 비율이 증가할수록 pH는 빠른 속도로 저하되었다. EC는 증가하였는데, 혼용구에서 더 크게 증가하였다. 줄기의 기부둘레, 초장, 뿌리상태, 수확량은 NO3-N:NH4-N=6:6에서 가장 좋았으며, NO3-N 단용구에서 생육이 가장 저조하였다. 엽중 무기물 함량중 질소, 칼리, 철, 인산은 NH4-N 혼용구에서 많았고, Ca, Mg, Mn등은 NO3-N 단용구에서 가장 많았다. 사사 : 들깨실험에 관하여 조언해 준 원예시험장의 임채일 연구관과 무기물 분석을 도와준 과수연구소 이한찬, 최인명 씨에게 감사드린다.

수경재배에 적합한 방울토마토 품종선발에 관한 연구결과, 배양액 공급후 시간이 흐를수록 배양액의 pH는 상승했으며 EC는 감소했다. ‘미니캐롤’은 모두 다발화방이었으며, ‘체르시미니’와 ‘뽀뽀’는 single, double, 다발화방이 골고루 나타났다. 각 품종간 생육정도는 별다른 차이를 보이지 않았으나, 수확량에 있어서는 ‘미니캐롤’이 세 품종 중 단연 많았으며, ‘뽀뽀’와 ‘체르시미니’는 별 차이를 보이지 않았다. 당도, 당산비, vitamin C등의 과실의 내적품질은 ‘미니캐롤’에서 좋았다. 관능검사결과 ‘미니캐롤’이 과육의 부드러움, 먹기편한 정도, 껍질의 연도도 등에서 제일 높은 점수를 받아, 세 품종 중 시장성이 가장 좋은 것으로 나타났다.