서 론

최근 전 세계적으로 친환경 농업에 대한 관심이 높아 지면서 폐양액을 재활용하는 순환식 수경재배와 폐배지 를 재활용하는 방안이 주목 받고 있다. 2013년 파프리카 의 재배면적은 575a로 2010년에 비해 지속적으로 증가 하고 있지만 대부분 비순환식 수경재배이고 이중 순환식 수경재배는 5% 미만에 불과하다(aTkati, 2014).

수경재배 고형배지 가운데 가장 많이 사용되는 암면 배지는 공극률, 보수력 및 배수성이 우수하지만 사용 후 자연분해가 되지 않기 때문에 재활용을 위한 회수비용이 추가로 발생한다. 하지만 개별농가에서는 부담스러운 처 리비용 때문에 재활용을 하기 보다는 인근의 밭에 방치 하는 경우가 대부분이다. 이로 인해 암면 배지가 환경오 염의 표적으로 오인 받고 있는 실정이다(Jeong, 2000). 그에 비해 코이어 배지는 자연분해가 가능한 유기배지 이기 때문에 환경오염을 유발하지 않는 친환경 배지라는 인식이 확산되어 최근 사용량이 급증하고 있는 추세이다 (Kim 등, 2012).

폐배지의 재활용 방안에 대한 연구는 폐암면에 폐펄라 이트, 폐버섯배지, 피트모스, 왕겨, 밤나무 등을 다양하 게 혼합하여 오이(Park 등, 2003a), 토마토(Park 등, 2003b; Lee 등, 2016), 오이와 토마토의 유묘(Park 등, 2003c), 배추와 상추(Lee 등, 2015; Lee 등, 2016), 포인 세티아(Kim 등, 2004), 페튜니아 플러그묘(Kim 등, 2000)의 생육차이를 비교한 연구, 폐암면의 혼합비율에 따른 토양 물리적 특성 변화를 구명 하기 위해 왕겨, 톱 밥 및 우드칩 등을 혼합 비교한 연구(Choi 등, 1999) 등 많은 연구가 있었지만, 대부분 폐암면에 관한 연구였고 폐코이어에 대한 연구는 미미한 실정이다.

파프리카 재배농가에서의 폐배지 재활용은 한 작기 이 상 작물의 재배에 사용된 배지를 다시 재배에 활용하는 것으로, 파쇄 등의 가공을 거치지 않고 증기나 화학약제 로 살균 소독 등의 처리과정만을 거치는 것이 일반적이 다. 하지만 지금까지의 연구는 폐배지의 가공을 통한 활 용방안에 편중되어 있기 때문에 배지를 가공하지 않고 재사용하기를 희망하는 농가를 위한 연구는 미흡하였다.

따라서 본 연구는 순환식 수경재배시 폐코이어 배지의 재활용 가능성을 검정하여 영농 현장에서 배지 및 배액 재사용에 대한 불안감 해소에 기여하고, 이를 통해 신규 배지 구입비용을 절감하여 농가 경영성 향상에 기여하고 자 수행되었다.

재료 및 방법

본 실험은 2016년 4월 18일부터 2016년 11월 31일 까지 30주 동안 강원도 옥계에 소재한 유리온실에서 수 행되었다. 공시 품종은 적색계 ‘Maranello’ (Enza Zaden, The Netherlands)으로 2016년 2월 20일 파종하 였다.

시험구는 배액 및 배지 재사용을 기준으로 1. 새배지 + 비순환식 재배, 2. 새배지 + 배액 30% 재사용, 3. 1년 재사용 배지 + 배액 30% 재사용, 4. 2년 재사용 배지 + 배액 30% 재사용 총 4개를 9주씩 3반복으로 배치하여 코 크피트배지(Bio Grow Air+. 120cm × 12cm × 7.5cm)에 재식밀도가 m² 당 6.8줄기가 되도록 정식하였다.

정식된 식물들은 복합환경제어 시스템 (Integro, Priva B.V, The Netherlands)을 사용하여 24시간 평균온도가 20-23°C로 유지되도록 관리하였으며, 온실 내 이산화탄 소 농도는 400-700ppm으로 유지 될 수 있도록 액화탄 산(Sundo Chemical)를 시비하여 조절하였다.

배양액은 네덜란드 PBG양액(비순환식)을 기준하였고, 배액 재사용 시험구는 새양액과 폐양액의 비율을 7:3으 로 혼합하여 공급 EC 2.8dS·m^-1 에 도달하도록 원수와 희석한 후 공급하였다. 관수량은 배지 내 EC, 함수율 등 을 3.5-5.0dS·m^-1와 55-65% 범위에서 유지될 수 있도록 일일 공급량을 조절하였고, 병해충은 천적과 친환경 농 약을 사용하여 IPM 방식으로 관리하였다.

생육조사는 전 생육기간을 6마디씩 나누어 총 여섯 단 계로(Group 1: 1-6 마디, Group 2: 7-12마디, Group 3: 13-18마디, Group 4: 19-24마디, Group 5: 25-30마디, Group 6: 30마디 이상) 구분하여 초장, 개화위치, 경경, 엽장, 엽폭, 엽면적, 마디수, 절간장, 착과여부, 낙과여부, 수확여부, 평균과중, 착색기간, 과장, 과폭, 생체중, 건물 중, 수분함량을 매주 조사하였다. 초장은 지제부부터 생 장점까지의 길이, 개화위치는 생장점부터 완전히 개화된 꽃까지의 길이, 엽장과 엽폭은 개화위치를 결정하는 마 디의 잎을, 경경은 1주 전의 생장점의 높이를, 비상품과 는 210g이상, 120g이하를 기준으로 측정하였고 엽면적 (LAI) 지수, 수확율, 생대적율 및 과형은 다음 식을 이 용하여 산정하였다.

엽면적지수 = 엽장(cm) × 엽폭(cm) ×0.6 × 재식밀도×{본엽수 + (측지엽수 x 0.7)}

수확마디율(%) = {수확 된 마디수(ea)/총마디수(ea)} ×100

생대적율(%) = (각 생육단계별 평균 절간장/전 생육기간의 평균 절간장} ×100

과형 = 과폭(cm) / 과장(cm)

수분함량 (g) = 생체중(g)− 건물중(g)

건물중은 85°C에서 72시간 건조한 후 측정하였고, 배 액의 pH, EC 및 무기이온 변화는 NH₄⁺, NO₃^-, PO₄^3-. K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Cl^-, Na⁺, Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo를 총 4회(6월 16일, 7월 8일, 9월 6일 및 10월 13 일) 분석하였다. 양이온은 유도결합플라즈마발광광도기 (ICP-730 ES, Varian, USA)를 사용하였고, 음이온은 이 온크로마토그래프(ICS-3000, Dionex, USA)을 사용하여 농도를 분석하였다.

본 실험을 위해서 측정된 양적 수치들은 SPSS(Ver. 22, IBM, USA) 프로그램을 이용하여 평균과 표준오차로 표시 하였고, 시험구별 유의성은 각 생육시기별로 다중범위 검 정 분석법을 활용하여 5% 수준에서 검정하였다.

결과 및 고찰

배지 사용년수에 따른 작물의 생육특성 조사 결과를 Table 1에 나타내었다. 생육초기인 1그룹의 초장은 2년 재사용 배지가 71.16cm로 새배지보다 4cm 길었고, 배액 재사용 시험구가 비순환식 재배에 비해 7cm 길었다. 이 는 재사용 코이어 배지에서 방울 토마토 재배시 2년 재 사용 배지의 생육초기 초장이 150.1cm로 새배지 119.8cm에 비해 30.3cm 길었던 Lee 등(2016)의 보고와 일치하였다. 하지만 이러한 경향은 생육이 진전되면서 역 전되어 5그룹의 초장은 2년 재사용 배지가 214.01cm로 새배지에 비해 46.61cm 짧아졌고, 최종 생육초장은 새배 지 278.41cm, 2년 재사용배지 221.83cm로 56.58cm 차이 가 났다. 이러한 결과는 2년 재사용 배지에서 150일동안 재배한 토마토의 초장이 새배지에서 재배한 토마토에 비 해 길었다는 Lee 등(2016)의 결과와 상이하였는데, 이는 중기생육 이전까지는 배지 재사용에 따른 물리·화학적인 특성이 작물의 초장발달에 영향을 미치지는 않았지만 중 기생육 이후부터는 생육감소에 영향을 미쳤기 때문이라 고 생각한다.

연평균 절간장은 1년 재사용 배지가 8.99cm로 가장 길었고 2년 재사용 배지가 8.39cm로 가장 짧았다. 2년 재사용 배지의 2그룹 절간장은 8.38cm로 새배지에 비해 0.9cm 길었다. 하지만 3그룹 이후부터는 역전되어 생육 종료 시점까지 2년 재사용 배지의 절간장이 새배지에 비해 0.57~1.52cm 짧았다. 전 생육기간의 평균 개화위치 는 5.81cm로 적정 범위내에 있었고, 특히 2그룹에서 2.88cm로 1그룹의 42%에 불과하였는데, 이는 여름으로 접어들며 외부 광량이 증가하였고 1그룹 착과로 인한 착과부하로 인한 영향으로 생각된다. 1그룹 개화위치는 새배지가 8.62cm, 2년 재사용 배지가 5.7cm로 재사용 배지가 2.92cm 짧았고, 2그룹 개화위치는 새배지가 2.91cm, 2년 재사용 배지가 3.22cm로 0.31cm 짧았다. 이와 같이 2, 6그룹에서는 새배지의 개화위치가 짧았고 1, 3, 4 및 5그룹에서는 2년재사용 배지의 개화위치가 짧았지만 통계적인 유의성은 찾을 수 없었다. 엽면적은 배지 재사용 연수가 길어질수록 엽면적이 감소하는 경향 을 보였다. 5, 6그룹의 엽면적지수는 새배지에 비하여 1 년 재사용 배지가 2.5이상, 2년 재사용 배지는 약 3.5이 상 적었는데, 이는 작물의 노쇠화로 인한 세력약화의 영 향으로 생각된다. 이러한 결과는 Park 등(2003a)이 보고 한 폐암면에서 65일간 생육한 오이의 엽면적은 새암면 에 비해 1.4배 많았다는 결과와, 3년 재사용 코이어 배 지에서 120일간 생육한 방울다다기 양배추의 엽면적은 새코이어에 비해 1.8배 많았다는 Lee 등(2016)의 보고와 상이하였는데, 이는 암면과 코이어 배지의 성분차이 및 엽채류와 과채류의 생육 특성 차이에 의한 영향으로 생 각된다.

1년 평균 절간장을 기준으로 각 생육단계별 절간장의 변화를 나타낸 생대적율은 Fig. 1 에 나타내었다. 생육 초기의 생대적율은 모든 시험구에서 110% 이상 이었고 생육 진전될수록 감소하였다. 특히 재사용 배지는 5그룹 부터 생육이 감소하였지만 새배지는 6그룹부터 생육이 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아 재사용 배 지를 사용할 경우 새배지를 사용하는 것에 비해 후기생 육의 불균형이 심화되는 것을 알 수 있다.

Fig. 1

Changes in the relative internode length ratio of substrate condition during a growing period. Relative internode length ratio (%) was calculated as (average internode length by each growing period / internode length by whole growing period) × 100. Bars indicate standard errors of means.

총 생육 마디수와 수확율에 대한 조사 결과는 Table 2 에 나타내었다. 1, 2년 재사용 배지의 생육마디수는 27.4마디로 0% 배액 재사용 시험구에 비해 4.9마디, 30% 배액 재사용 시험구에 비해 3.5마디 적었다. 하지 만 수확마디수는 평균 7.1마디로 시험구간 유의적인 차 이를 보이지 않았다. 이로 인해 생육 대비 수확의 효율 성을 판단하는 지표인 수확율은 2년 재사용 배지가 26.8%로 가장 높았지만 통계적인 유의성은 보이지 않았 다. 하지만 Lee 등(2016)의 보고에 따르면 재활용 코이 어 배지에서 150일간 수확한 토마토의 평균 과실수는 1 년 및 2년 재사용 배지가 179개, 165개로 오히려 새배 지에 비해 각 71개, 57개 많았는데, 이는 재배 작형 및 기간의 차이 때문으로 판단된다.

배지 재사용에 따른 작물의 과실특성 조사 결과는 Table 3에 나타내었다. 비상품과의 비율은 1그룹이 7.78%, 6그룹이 11.6%로 생육이 진전될수록 증가하는 경향을 보였다. 1그룹에서는 배액을 재사용 할 경우 2.1% 높아졌고, 2그룹에는 배액을 재사용 할수록 3.1% 낮아졌다. 3그룹부터 5그룹까지는 1그룹과 같은 경향을 보였고 6그룹에서는 시험구간 차이가 없었다. 배지 재사 용에 따른 비상품과의 비율은 3그룹에서 새배지 10.8%, 1년 재사용 배지 14.2%, 2년 재사용 배지 12.5%로 재사 용 배지가 1.7~3.4% 높았는데, 이러한 결과는 폐암면에 서 토마토 재배시 새배지에 비해 비상품과의 비율이 4.5% 높았다는 Park 등(2003b)의 보고와 일치하였다. 그 룹별 평균 생체중은 1그룹 234.9g, 5그룹은 206.5g으로 생육이 진전될수록 가벼워지고 시험구간의 유의적인 차 이가 커지는 경향을 보였다. 전 생육기간의 평균 생체중 은 새배지가 227.7g, 2년 재사용 배지가 219.2g으로 재 사용 배지가 21.2g 적었다. 특히 1년 재사용 배지의 생 체중은 새배지의 72~96%에 불과하였는데, 이는 1년 재 사용 배지에서 재배한 토마토의 생체중이 새배지의 87.9%에 불과하였다는 Lee 등(2016)의 연구결과와 폐암 면에서 재배한 토마토의 생체중이 새배지의 87.8%에 불 과하였다는 Park 등(2003b)의 결과와 일치하였다. 전 생 육기간중 건물중이 가장 높았던 4그룹에서 새배지의 건 물중은 17.13g, 1년 재사용 배지 18.26g, 2년 재사용 배 지 19.28g으로 배지를 재사용 할수록 증가하는 경향을 보였다. 전 생육기간의 평균 수분함량은 배지를 재사용 할수록 적었는데, 1년 재사용 배지가 2년 재사용배지보 다 약 20g 더 적었으며, 이러한 경향은 전 생육 기간 동안 꾸준히 나타났다. 특히 1년 재사용배지는 3그룹 이 후부터 다른 시험구에 비해 약 60g 이상 적었다. 과장은 생육이 진전될수록 짧아지는 경향을 보였지만 시험구간 유의적인 차이는 보이지 않았다. 1년 재사용 배지는 2, 3그룹에서 다른 시험구에 비해 약 1cm 짧았는데, 이는 생체중 및 건물중과 동일한 경향이었다. 전 생육기간의 평균 과폭은 시험구간의 차이가 없었지만 1그룹시에는 1년 재사용 배지가 7.13cm, 2년 재사용 배지가 7.6cm로 배지를 재사용 할수록 짧아졌다. 하지만 2그룹 시에는 시험구간의 차이를 보이지 않았고, 3그룹 시에는 1년 재 사용 배지의 과폭이 다른 시험구에 비해 짧아졌다(data not shown). 과실의 품질을 결정하는 과장과 과폭의 비 율은 전 생육기간동안 시험구간의 유의적인 차이를 보이 지 않았지만 1그룹에는 1년 재사용 배지, 2그룹에는 새 배지, 4그룹에는 2년 재사용 배지의 비율이 가장 컸다.

코이어 배지 사용년수에 따른 배지내 성분분석 결과는 Fig. 2에 나타내었다. Ca²⁺의 함량은 새배지 3.0mg/kg, 3 년재사용 배지 18.3mg/kg으로 재사용 연수가 많을수록 함량이 증가하였다는 Lee 등(2016)의 결과와 달리 2년 재사용 배지의 경우 10월의 함량이 6월의 함량에 비해 변화가 미미 하였지만 1년 재사용 배지는 약 2배, 새배 지는 약 6배 증가하였다. 1년, 2년 재사용 배지의 PO₄^3- 의 함량은 전 생육기간 동안 변화가 없었고 새배지는 9 월 이후부터 증가 하는 추세를 보였다. K⁺의 함량은 새 배지 17mg/kg, 3년 재사용 배지 0.7mg/kg으로 재사용 연수가 많을수록 함량이 감소하였다는 Lee 등(2016)의 결과와 같이 2년 재사용 배지의 경우 10월의 함량이 6 월의 함량에 비해 변화가 미미 하였지만 1년 재사용 배 지는 약 1.3배, 새배지는 약 2.3배 증가하였다. Na+은 작 물이 흡수하지 않는 대표적은 이온으로써 생육이 진전될 수록 집적되는 정도의 차이가 관건인 이온이다. 본 실험 의 결과 나트륨의 함량은 Lee 등(2016)의 결과와 같이 재사용 연수가 많을수록 함량이 적었다.

Fig. 2

Change in each ion concentration of the recirculated nutrient solution under EC-based nutrient solution in closed-loop soilless culture for summer-cultivated paprika.

결론적으로 코이어 배지를 재사용한 파프리카 순환식 수경재배시 중기생육 이후의 세력약화로 인한 비상품과 의 발생을 유의하여 관리한다면 배지 재사용으로 인한 수량감소와 품질저하 등은 우려하지 않아도 될 것으로 판단된다.