Research Article

Horticultural Science and Technology. August 2020. 499-511
https://doi.org/10.7235/HORT.20200047


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   유기 상토 원료의 수집

  •   코이어 더스트의 숙성기간

  •   유기 및 무기 상토원료 혼합처리

  •   물리성 측정

  •   통계분석

  • 결 과

  •   숙성 처리에 따른 코이어 더스트의 물리성 변화

  •   원산지에 따른 피트모스의 물리성

  •   코이어 더스트와 무기재료 혼합상토의 물리성

  •   피트모스와 무기재료 혼합상토의 물리성

  • 고 찰

서 언

단위면적당 수확량 증가나 악성 노동력의 감소 등 긍정적인 요인이 많아 국내의 딸기 수경재배 면적은 2005년 약 20ha였던 것이 2018년 기준 1,752ha로 급속히 확대되었다(KREI, 2019). 딸기 수경재배를 위해 부직포 또는 스티로폼으로 제작된 베드를 시설하우스 내부에 설치하고 상토를 충전하며, 육묘 또는 본포재배 등 목적에 부합하도록 일정한 간격으로 딸기를 정식한다. 정식 후 필수원소를 포함한 양액을 주기적으로 공급하여 상토 내의 물리·화학성을 생육에 적합하도록 조절하면서 딸기를 재배한다.

국내의 딸기 수경재배는 코이어 더스트(coir dust)나 피트모스 단용 상토, 또는 이들 물질에 펄라이트나 버미큘라이트를 혼합한 물질을 이용하며 농가에서는 이를 혼합상토라고 부른다. 피트모스가 주요 구성재료인 상토를 선호하는 농가도 일부 있지만 국내 딸기 재배용 상토의 주요 구성 물질은 코이어 더스트 또는 코이어 더스트에 무기물을 혼합한 상토이며, 이는 피트모스에 비해 국내 유통 가격이 비교적 저렴하기 때문이다(Personal communication with Chang Yong Shim in Shinsung Mineral Co., Ltd.).

코이어 더스트는 코코넛(Cocos nucifera L.) 열매의 중과피(mesocarp)에서 채취한 물질이다. 장기간 물속에 침지시킨 후 매트나 브러시 등의 제조에 이용하기 위해 중과피로부터 긴 섬유를 추출하면 비교적 짧은 섬유상 물질이 남게 되고, 이를 코이어 더스트라 부른다(Abad et al., 2001, 2002). 최근에는 전 세계적으로 코이어 더스트의 수요가 많아짐에 따라 충분한 숙성기간을 거치지 않은 미숙성된 상태의 코이어 더스트가 국내로 수입되어 많은 문제를 발생시키고 있다(Shin et al., 2012). 코이어 더스트는 숙성기간에 따라 이화학성의 차이가 크며, 수입된 미숙성 코이어 더스트를 딸기 재배 농가에서 상토 원료로 이용할 경우 화학적 측면에서는 페놀 화합물에 의한 독성, 고농도 Na 및 Cl에 의한 전기전도도(electrical conductivity, EC) 상승이 문제된다. 물리적 측면에서는 보수성이 과도하게 낮아 관수 조절이 어렵고, 이로 인해 생장이 저해되며 물과 비료 소비량 과다로 인한 생산비 증가와 환경오염 유발 등 많은 문제를 가진다. 외국에서도 미숙성 코이어 더스트의 문제점에 관하여 다수의 보고가 있었다(Handreck, 1993; Evans et al., 1996; Konduru et al., 1999; Carlile et al., 2015).

피트모스는 우수한 수분 보유력과 가스교환 능력, 낮은 pH, 저농도 무기원소 함량, 그리고 식물 병해충을 보유하지 않아 전 세계의 많은 지역에서 상토의 주요 재료로 이용되어 왔다(Schmilewski, 2009). 피트모스는 생산 현장에서 수확한 피트모스를 입자 크기별로 걸러 분리한 후 유통시키고 있으며, 체로 분별한 후 0 ‑ 3mm는 초미세 등급(super fine), 0 ‑ 5mm는 미세 등급(fine), 5 ‑ 10mm는 중간 등급(medium), 20mm는 거친 등급(coarse), 그리고 >20mm는 매우 거친 등급(very coarse)으로 구분한다. 수확된 피트는 부숙도와 입경 분포에 따라 물리적 특성이 큰 차이를 보이지만(Hammond, 1975; Fields et al., 2014), 국내에 유통되는 피트모스는 규격에 대한 명확한 설명이 없어 딸기 재배를 위한 급액 및 양분 관리에서 재배농가의 어려움을 가중시키고 있다.

본 실험실에서는 딸기 재배용 상토의 물리·화학적 문제점을 파악하기 위한 종합적인 연구를 수행 중에 있다. 총 연구의 일환으로서 딸기 재배농가나 관련 연구자가 참고할 수 있도록 국내에서 유통되고 있는 상토의 물리성을 구명하기 위해 본 연구를 수행하였다. 연구 목적을 달성하기 위하여 코이어 더스트의 숙성 기간에 따른 물리성 변화, 각기 다른 원산지 별 피트모스의 물리적 특성, 그리고 코이어 더스트나 피트모스를 주재료로 펄라이트나 버미큘라이트를 혼합하여 조제한 상토의 물리성 변화를 분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 딸기를 수경재배할 때 원활한 급액관리가 이루어질 수 있도록 기초 자료로서 활용될 수 있을 것이다.

재료 및 방법

유기 상토 원료의 수집

실험을 위해 숙성되지 않은 인도산 코이어 더스트와 러시아, 리투아니아, 라트비아 및 에스토니아산 피트모스[이상 ㈜신성미네랄(Shinsung Mineral Co., Ltd. Goesan, Korea)이 수입] , 그리고 캐나다산 피트모스[㈜버저피트(Berger Peat Co., Ltd., Pyeongtaek, Korea)가 수입]를 수집한 후 실험 재료로 사용하였다.

수집된 유기상토 원료는 입경 분포(particle size distribution), 총 공극률, 기상률, 액상률 및 가비중 등 물리적 특성을 분석하였다.

코이어 더스트의 숙성기간

숙성기간에 따른 코이어 더스트의 물리성 변화를 분석하기 위해 측면이 개방되고 비가림이 가능한 플라스틱 하우스에 미숙성된 코이어 더스트를 쌓아 놓았다. 숙성기간 동안 매주 1회 지하수로 코이어 더스트를 충분히 적셔주었고, 매월 1회 뒤집기를 하였으며, 24주간 진행되었다. 매 2주 간격으로 수집된 시료의 토양 물리성을 분석하였다. 숙성기간에 따른 토양 물리성의 변화는 회귀방정식을 적용하여 경향을 파악하였고, 표 및 그림에 통계분석 결과를 나타내었다.

유기 및 무기 상토원료 혼합처리

미숙성 상태의, 또는 비가림 하우스에서 24주간 숙성된 코이어 더스트를 건조시킨 후 본 실험을 위한 재료로 이용하였다. 무기물질은 중국에서 원석을 수입하여 가공한 2 ‑ 5mm 규격의 펄라이트(Misung Co., Ltd., Yesan, Korea)와 짐바브웨에서 수입한 원석을 가공한 2 ‑ 5mm 규격의 버미큘라이트(Shinsung Mineral Co., Ltd., Goesan, Korea)를 실험에 이용하였다. 두 종류 코이어 더스트에 펄라이트 또는 버미큘라이트를 건조한 상태로 혼합하였으며, 혼합 비율(코이어 더스트:펄라이트 또는 버미큘라이트)은 용적기준 100:0, 90:10, 80:20, 70:30 및 60:40의 비율로 조절하였다. 혼합물의 입경 분포, 총 공극률(total porosity, TP), 용기용수량(container capacity, CC), 기상률(air-filled porosity, AFP) 및 가비중(bulk density, BD) 등 물리성을 측정하였다.

피트모스 역시 상기한 바와 동일한 펄라이트 또는 버미큘라이트와 건조된 상태에서 혼합하였고, 혼합 비율(피트모스:펄라이트 또는 버미큘라이트)은 용적기준 100:0, 90:10, 80:20, 70:30 및 60:40의 비율로 조절하였다. 피트모스 혼합물 역시 상기한 조사항목의 물리성을 측정하였다.

물리성 측정

물리성 측정을 위해 직경(내경) 및 높이가 각각 7.6cm이고 용적이 347.5mL인 알루미늄 실린더를 사용하였다. Bilderback et al.(1982)의 방법에 따라 실린더에 상토를 채워넣고 10cm 높이에서 3회 떨어뜨린 후, 저면관수 방법에 의하여 상토의 모든 공극을 증류수로 포화시켰다. 저면관수 과정에서 수면이 상토의 표면과 일치된 후 15분을 기다렸다가 배수하였으며, 배수된 분량을 측정하였다(Fonteno et al., 1981). 배수 후 상토가 습윤상태를 유지한 조건에서 알루미늄 실린더의 무게(wet weight)를 측정하였고, 무게 측정 후 105°C의 건조기에서 24시간 건조시킨 후 다시 건물중을 측정하였으며, 실험은 3반복으로 수행하였다. 상기의 실험으로부터 혼합상토 또는 상토 구성재료의 기상률, 용기용수량, 용적밀도 및 총 공극률을 Fonteno et al.(1981)의 방법으로 계산하였다.

혼합상토 또는 상토 구성재료의 입경 분포는 sieve shaker(Jeil Scientific Co., Seoul, Korea)로 조사하였고, 미국 표준규격(American Standard) 번호 3.5(직경 5.6mm), 7(2.8mm), 14(1.4mm), 25(710µm), 45(355µm), 100(150µm) 및 140(106µm)인 7종류의 체(sieve)를 사용하여 8등급(>5.6mm, 2.8 ‑ 5.6mm, 1.4 ‑ 2.8mm, 710 µm ‑ 1.4mm, 355 ‑ 710µm, 150 ‑ 355µm, 106 ‑ 150µm, 그리고 <106µm)으로 구분하였다. 시료는 24시간 105°C로 조절한 건조기에서 건조시킨 다음 100g을 분석에 사용하였고 3반복으로 수행하였다. 상토를 구성하는 주요 물질이 피트모스나 코이어 더스트 등 유기물질임을 고려하여 일반 토양의 입경 분포를 위해 적용하는 산 처리과정을 생략하였으며, 전반적인 방법은 농촌진흥청 방법(NIAST, 2000)을 적용하였다.

통계분석

토양물리성을 측정한 후 처리 간 평균은 CoStat Ver. 6311(CoHort Software, Monterey, California, USA)을 사용하여 p ≤ 0.05 수준의 유의차 검정을 하였다. 또한 코이어 더스트 숙성기간에 영향을 받은 물리성 변화는 Sigma plot Ver.10(Systat Software Inc, California, USA)의 프로그램을 사용하여 회귀분석을 하였다. 직선회귀, 2차곡선 회귀 또는 지수함수 형태의 회귀 중 R2값이 높은 회귀를 최적 회귀함수로 판단하였고, 각각의 그림에 그 결과를 나타내었다.

결 과

숙성 처리에 따른 코이어 더스트의 물리성 변화

미숙성된 코이어 더스트의 입경 분포를 조사한 결과, 5mm 이상의 크기를 갖는 입자의 비율이 약 2% 정도였지만, 2.8 ‑ 5.6mm 크기의 입자가 약 6%였고, 1.4 ‑ 2.8mm, 710µm ‑ 1.4mm, 355µm ‑ 710µm, 그리고 150µm ‑ 355µm의 직경을 갖는 입자의 비율이 높아 각각 17.5%, 23.5%, 25%, 그리고 19.5%의 비율로 조사되었다(data not shown). 150µm보다 직경이 작은 입자의 비율은 약 5.5% 정도로 전체 입자 중 점유하는 비율이 낮았다. 24주간 숙성된 코이어 더스트는 5.6mm 이상의 입자 비율이 낮아지고 2.5 ‑ 5.6mm 범위의 입자 비율이 증가하였다. 또한 1.4 ‑ 2.8mm, 710µm ‑ 1.4mm 및 355µm ‑ 710µm 크기의 입자 비율이 감소하고 106µm ‑ 150µm 및 <106µm 크기의 입자 비율이 증가하였다.

미숙성된 코이어 더스트는 총 공극률이 89.7%, 용기용수량 59.6%, 기상률 30.1%, 그리고 용적비중이 0.08g·cm-3로 측정되었다. 코이어 더스트의 숙성이 진행됨에 따라 12주까지 총 공극률이 점차 감소하였고, 12주 이상 숙성기간이 길어짐에 따라 다시 증가하는 2차곡선 회귀적인 변화가 발생하였다(Fig. 1). R2값이 0.4190이며 1% 수준의 회귀관계가 성립하여 경향이 뚜렷하였으며, 숙성 전과 24주 숙성 후의 총 공극률은 차이가 뚜렷하지 않았다. 용기용수량은 숙성기간이 진행됨에 따라 2차곡선 회귀적으로 증가하여(R2 = 0.8197, p ≤ 0.001) 24주 숙성 후 71.1% 측정되었다. 기상률은 숙성 전 30.1%에서 12주의 숙성기간 동안 점차 낮아졌다가 12주 이후 24주까지 약간 높아지는 2차곡선 회귀적인 변화곡선을 보였다(R2 = 0.7642, p ≤ 0.001).

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Fig. 1.

Changes in total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) of coir dust as influenced by duration of aging. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD.

원산지에 따른 피트모스의 물리성

원산지가 다른 국가에서 수입된 피트모스의 입경 분포를 살펴보면, 캐나다산 피트모스는 2.8mm 이상의 크기를 갖는 입자의 비율이 다른 피트모스보다 적고 150µm ‑ 710µm 범위의 비율이 높았으며, 150µm 이하의 작은 입자 비율 역시 다른 국가에서 수입된 상토보다 높았다(data not shown). 에스토니아산 피트모스는 2.8 ‑ 5.6mm, 1.4 ‑ 2.8mm, 710µm ‑ 1.4mm, 그리고 355µm ‑ 710µm 크기의 입자 비율이 다른 국가에서 수입된 상토보다 비교적 비슷한 비율 분포를 가졌다.

다양한 크기의 입자들이 분포한 비율에 영향을 받아 각국에서 수입된 피트모스의 물리적 특성이 달라졌다(Fig. 2). 총 공극률의 경우 에스토니아산 피트모스가 83.8%, 캐나다산 82.6%, 라트비아산 82.5%, 그리고 리투아니아산 81.8%로 측정되어 통계적 유의성은 없었다. 그러나 용기용수량의 경우 리투아니아산이 75%로 가장 높고, 캐나다산 73.1%, 라트비아산 71.8%, 에스토니아산 71.2%로 측정되었다. 기상률은 에스토니아산 12.5%, 라트비아산 10.7%, 캐나다산 9.5%, 그리고 리투아니아산 6.9%였다.

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Fig. 2.

Total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) of peatmosses imported from various countries. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD. Different letters indicate significant differences determined using a Duncan’s multiple test range (p ≤ 0.05). Vertical bars represent standard error (n = 3).

코이어 더스트와 무기재료 혼합상토의 물리성

코이어 더스트에 다양한 비율로 버미큘라이트를 혼합하였을 때 변화된 입경 분포 비율은 Fig. 3에 나타내었다. 미숙성된 코이어 더스트의 비율이 낮은 100:0(미숙성 코이어 더스트:버미큘라이트) 또는 90:10 처리는 150µm ‑ 1.4mm 범위의 입자 비율이 다른 크기의 입자들보다 높았다. 그러나 버미큘라이트가 20% 이상 혼합된 80:20, 70:30 또는 60:40 처리는 710µm ‑ 1.4mm 범위의 입자 비율이 다른 크기의 입자 비율보다 뚜렷하게 높았다. 숙성된 코이어 더스트와 버미큘라이트를 혼합한 경우 100:0 및 90:10 처리는 355µm ‑ 710µm 크기의 입자 비율이 높았지만 80:20, 70:30 및 60:40 처리들은 710µm ‑ 1.4mm 범위의 입자 비율이 가장 높았고, 1.4mm 이상의 입자 비율이 급격히 낮아졌다.

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Fig. 3.

Particle size distribution of non-aged and aged coir dust as influenced by various blending ratios with vermiculite or perlite. A, non-aged coir dust + vermiculite; B, non-aged coir dust + perlite; C, aged coir dust + vermiculite; D, aged coir dust + perlite.

미숙성 코이어 더스트에 펄라이트의 혼합 비율이 높았던 70:30 및 60:40 처리에서 2.8mm 이상의 입자 비율이 증가하고 1.4 ‑ 2.4mm 이상의 150µm ‑ 710µm의 비율이 유사하게 유지되었다. 그러나 펄라이트 혼합 비율이 100:0(코이어 더스트:펄라이트), 90:10 및 80:20 처리에서는 150µm ‑ 1.4mm 범위의 입자 비율이 유사한 수준으로 유지되었다. 숙성된 코이어 더스트에 펄라이트를 혼합한 경우 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 및 100:0의 순으로 2.9mm ‑ 5.6mm 크기의 입자 비율이 낮아졌다. 그러나 펄라이트 혼합 비율이 낮았던 100:0 및 90:10 처리에서는 150µm ‑ 1.4mm 범위의 입자 비율이 높아졌으며, 특히 100:0 처리는 355µm ‑ 710µm 범위의 입자 비율이 약 29%에 도달해 혼합 비율별 입경 분포가 뚜렷한 차이를 보였다.

미숙성 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우 80:20 처리에서 총 공극률이 가장높았고, 버미큘라이트 혼합 비율이 높거나 낮을 때 낮아지는 2차곡선 회귀적 변화 양상(R2 = 0.5411, p ≤ 0.01)을 보였다(Fig. 4). 그러나 숙성된 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우 혼합 비율이 증가할수록 총 공극률이 2차곡선 회귀적 변화 양상을 보이며 뚜렷하게 낮아졌다(R2 = 0.4982, p ≤ 0.05). 버미큘라이트 혼합 비율 증가에 따른 미숙성 또는 숙성 코이어 더스트의 용기용수량 변화는 경향을 찾을 수 없었다. 미숙성 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우 숙성된 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우보다 기상률이 약 10% 정도 높았다. 미숙성 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우 경향이 뚜렷하지 않았지만 숙성된 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합한 경우 2차곡선 회귀적으로 기상률이 감소하였다(R2 = 0.6127, p ≤ 0.01).

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Fig. 4.

Changes in total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) as influenced by various blending ratios of non-aged coir dust and vermiculite. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD.

숙성되거나 미숙성된 코이어 더스트에 펄라이트의 혼합 비율을 증가시킬 경우 총 공극률이 감소하였으며(Fig. 5), 두 종류 코이어 더스트 모두 회귀관계가 성립하여 미숙성 코이어 더스트는 R2 = 0.4380(p ≤ 0.05)이고, 숙성된 코이어 더스트는 R2 = 0.5702(p ≤ 0.01)였다.

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Fig. 5.

Changes in total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) as influenced by various blending ratios of non-aged coir dust and perlite. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD.

미숙성 코이어 더스트에 펄라이트의 혼합 비율을 증가시켰을 때 변화되는 용기용수량은 경향을 찾을 수 없었지만, 숙성된 코이어 더스트에 펄라이트의 혼합 비율을 증가시킬 경우 용기용수량이 2차곡선 회귀적으로 감소하였다(R2 = 0.5687, p ≤ 0.01). 기상률은 두 종류 코이어 더스트 모두 회귀관계가 뚜렷하지 않았고(미숙성 코이어 더스트:펄라이트의 R2 = 0.2194, 숙성 코이어 더스트:펄라이트의 R2 = 0.1651) 경향이 불분명하였다.

피트모스와 무기재료 혼합상토의 물리성

피트모스에 버미큘라이트를 다양한 비율로 혼합하였을 때 변화된 입경 분포는 Fig. 6에 나타내었다. 캐나다산 피트모스는 버미큘라이트 혼합 비율이 높아질수록 710µm ‑ 1.4mm 크기의 입자 비율이 높았고, 혼합 비율이 낮은 100:0과 90:10 처리는 150µm ‑ 355µm 크기의 입자 비율이 높았으며, 80:20 처리는 150µm ‑ 710µm 크기의 입자가 유사한 비율로 존재하였다. 라트비아산 피트모스는 버미큘라이트 혼합 비율이 높은 60:40나 70:30 처리의 710µm ‑ 1.4mm 입자의 비율이 높고, 100:0 처리는 355µm ‑ 710µm의 입자 비율이 높았다. 리투아니아산 및 에스토니아산 피트모스에 버미큘라이트를 혼합한 경우 355µm보다 작은 직경을 갖는 입자의 비율이 동일한 비율로 버미큘라이트를 혼합한 라트비아산 또는 캐나다산 피트모스보다 월등히 낮았다.

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Fig. 6.

Influence of blending ratios of peatmosses imported from various countries with perlite or vermiculite on the particle size distribution. A, Canada peatmoss + vermiculite (VL); B, Canada peatmoss + perlite (PL); C, Latvia peatmoss + VL; D, Latvia peatmoss + PL; E, Lithuania + VL; F, Lithuania + PL; G, Estonia + VL; H, Estonia + PL.

네 종류 피트모스 모두 펄라이트 혼합 비율이 높아질수록 2.8mm 이상의 입자 비율이 뚜렷하게 높아졌다(Fig. 6). 펄라이트 혼합 비율이 변화됨에 따라 710µm ‑ 1.4mm, 그리고 150µm ‑ 355µm 크기의 입자 비율에서 피트모스 종류 간 차이가 뚜렷하였다. 에스토니아산 피트모스의 경우 710µm ‑ 1.4mm 입자 크기에서 펄라이트 혼합 비율에 따른 차이가 컸지만 동일한 비율로 펄라이트가 혼합된 캐나다산, 라트비아산, 그리고 리투아니아산은 처리 간 차이가 뚜렷하지 않았다. 150µm ‑ 355µm 크기의 입자 비율은 캐나다산과 에스토니아산은 펄라이트 혼합 비율에 따른 처리 간 차이가 컸지만 라트비아산과 리투아니아산의 처리 간 차이는 캐나다산이나 에스토니아산보다 적었다.

원산지가 다른 피트모스를 버미큘라이트 또는 펄라이트와 혼합하였을 때 캐나다산 피트모스의 경우 버미큘라이트와 펄라이트의 혼합 비율이 증가함에 따라 총 공극률과 용기용수량이 낮아지는 경향이었다(Figs. 7 and 8). 기상률은 버미큘라이트 혼합 비율이 높을수록 감소한 반면, 펄라이트와 혼합 시에는 증가하였다. 라트비아산 피트모스는 피트모스:버미큘라이트 80:20에서 총 공극률, 용기용수량, 기상률이 가장 높았다. 펄라이트를 혼합한 상토에서는 총 공극률, 용기용수량이 낮아졌으며 혼합 비율을 80:20로 조절한 처리에서 기상률이 15%로 가장 높았다. 리투아니아산 피트모스의 총 공극률은 버미큘라이트, 펄라이트 모두 90:10 처리에서 가장 높았다. 그러나 버미큘라이트를 혼합하였을 때 87.8%까지 높아진 반면, 펄라이트는 83.5%로 높아져 상대적인 증가 폭이 적었다. 용기용수량은 버미큘라이트와 혼합하였을 때 높아지는 경향이었고 펄라이트와 혼합 시 무처리구와 비슷했으나, 피트모스 + 펄라이트 60:40 처리구에서는 63.3%로 낮아졌다. 버미큘라이트나 펄라이트의 혼합 비율이 높아질수록 기상률이 높아졌는데 버미큘라이트와 90:10로 혼합한 처리는 9.8%, 펄라이트와 60:40로 혼합한 처리는 18.2%로 측정되었다. 에스토니아산 피트모스는 버미큘라이트나 펄라이트를 혼합하여도 총 공극률에서 큰 차이를 보이지 않았다. 용기용수량은 버미큘라이트 70:30, 펄라이트 80:20 처리에서 77.3%, 73.7%로 가장 높았으나 60:40 처리에서는 다시 낮아졌다. 기상률은 버미큘라이트 혼합 시에는 크게 낮아졌으나 펄라이트를 혼합했을 때는 반대로 높아져 60:40 처리에서 가장 높았다.

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Fig. 7.

Changes in total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) as influenced by various blending ratios of peatmosses with vermiculite. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD.

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Fig. 8.

Changes in total porosity (TP), container capacity (CC), air-filled porosity (AFP), and bulk density (BD) as influenced by various blending ratios of peatmosses with perlite. A, TP; B, CC; C, AFP; D, BD.

고 찰

외국에서는 원예용 상토를 이용하여 작물을 재배한 후에 더 이상 그 상토를 사용하지 않지만, 국내의 딸기재배 농가는 상토 교체 비용이 과도하게 높아 동일한 상토를 교체하지 않고 다년간 수경재배에 이용한다. 혼합상토는 작물 재배 기간 중 미생물에 의한 분해 및 물리적인 부서짐으로 인해 보편적으로 기상률이 감소하고 액상률이 증가하며(Raviv and Lieth, 2008), 동일한 상토를 다년간 사용하는 국내의 딸기 수경재배에서도 동일한 문제가 발생하여 생장 억제와 수량 감소의 원인이 되는 것으로 딸기 재배농가나 관련 연구자들이 판단하고 있다(미 발표된 자료). 따라서 수경 재배용 상토의 선택 초기에 보수성이 약간 낮아도 허용 가능한 범위 내에서 기상률이 높은 상토를 선택하면 다년간 사용으로 인한 보수성 증가와 기상률 저하의 문제가 발생하여도 작물 생육에 미치는 영향이 적어질 것이다.

본 연구의 미숙성 코이어 더스트는 총 공극률 89.7%, 용기용수량이 59.6%, 기상률이 30.1%였지만 24주 숙성 후 용기용수량 71.1%, 기상률이 18.9%로 측정되었고, 숙성 기간 동안 공극률이 2차곡선 회귀적으로 변하였다. 숙성 12주 후까지 공극률이 감소한 것은 코이어 더스트에 존재하는 미생물에 의해 큰 직경의 입자가 작은 직경의 입자로 분해된 것이 중요한 원인이라고 생각한다. Carlile et al.(2019)도 코이어 더스트는 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 등의 물질로 구성되고, 숙성기간 동안 셀룰로오스 등이 미생물에 의해 분해되어 제거되면서 작은 입자로 변한다고 하였다. 또한 Bar-Tal et al.(2019)은 상토를 구성하는 입자의 직경이 토양 물리성에 중요한 영향을 미치며, 큰 입자의 비율이 높은 상토가 작은 입자의 비율이 높은 상토보다 공극률이 높고 보수성의 지표인 용기용수량이 낮다고 하였다. 그러나 숙성 12주 후부터 다시 공극률이 증가한 것은 미생물에 의한 분해가 지속되면서 미세한 크기의 입자가 분해되어 제거됨으로써 입자 직경의 균일도가 높아진 것이 원인이라고 생각한다. Bar-Tal et al.(2019)도 다양한 입자들이 혼재된 상태의 상토는 큰 입자 사이에 형성된 대공극에 작은 입자들이 위치하여 공극률을 감소시키는 원인이 되지만 상토를 구성하는 입자의 직경이 유사해지면 공극률이 증가한다고 보고하여 본 연구 결과를 뒷받침하고 있다.

수입되어 국내에서 유통되는 피트모스의 경우 공극률 82 ‑ 84%, 용기용수량 72 ‑ 75%, 그리고 기상률이 6.9 ‑ 12.5%로 측정되었지만, 원산지 별로 물리성에 차이가 컸다. 원산지 별로 피트모스의 물리성 차이가 컸던 것은 Carlile et al.(2015)이 보고한 바와 같이 피트모스의 기원이 되는 식물체의 종류가 다른 것, 원산지에서 피트모스를 채취하는 방법상의 차이, 그리고 피트모스를 채취한 후 체로 쳐서 등급을 분류하는 방법이 불명확한 것이 원인이라고 생각한다.

Abad et al.(2002), 2005)은 원예용 상토는 공극률 85% 이상, 수분보유력 60 ‑ 80%일 때 식물 생육에 적합하다고 하였으며, Nelson(2012)은 보편적으로 유통되는 원예용 혼합상토는 총 공극률 85 ‑ 90%, 용기용수량 65 ‑ 75%, 기상률 10 ‑ 20% 정도의 물리성을 갖는다고 하였다. 이상의 추천 내용을 고려할 때 미숙성 코이어 더스트는 낮은 용기용수량과 과도하게 높은 기상률로 인해 식물체가 물부족 현상에 직면할 가능성이 높고, 이를 해결하기 위해서는 빈번한 관수가 필요하다고 판단되었다(Sonneveld and Voogt, 2009). 그러나 숙성된 코이어 더스트의 경우 용기용수량이 적절한 범위였고, 기상률은 국내에서 유통되는 피트모스보다 약 6 ‑ 12% 정도 높았다. 또한 작물 재배와 관련한 상토의 용기용수량이나 기상률을 고려할 때, 국내에 수입되는 피트모스는 상토 물리성에 관한 정보가 불분명하여 농가에서 판단할 자료가 없고, 피트모스의 기상률 6.9 ‑ 12.5%는 딸기 수경재배용으로 사용하기에 낮은 수준이다. Raviv and Lieth(2008)가 보고한 바와 같이 기상률이 낮은 상토는 정밀한 관수관리를 해야 하며 상토의 과습을 유발하는 부적절한 관수로 인해 작물 생육 저하의 문제가 빈번하게 발생한다. 관수횟수 조절이 부적절할 경우 상토 내 가스확산 저해로 생장이 억제되며, 동일한 상토를 다년간 사용하는 국내의 딸기 수경재배에서는 심각한 수준으로 문제가 될 수 있다고 판단된다.

숙성되거나 미숙성된 코이어 더스트에 버미큘라이트 혼합 비율이 증가할수록 기상률이 낮아졌으며, 펄라이트의 혼합 비율이 증가할 경우에는 미숙성된 코이어 더스트는 80:20 처리에서 기상률 약 16%로 가장 낮았고, 숙성된 코이어 더스트는 70:30 처리에서 약 9.8%로 가장 낮았다.

이와 같이 동일한 비율로 버미큘라이트나 펄라이트를 혼합하여도 숙성된 코이어 더스트와 미숙성된 코이어 더스트에서 다른 양상을 보이며 물리성이 변한 것은 두 종류 코이어 더스트의 입경 분포와 버미큘라이트 또는 펄라이트의 입경 분포에서 원인을 찾을 수 있다. 유사한 크기의 입자가 존재할 때보다 다양한 크기의 입자가 혼재되어 있을 경우 총 공극률이 감소하는데 이는 큰 입자 사이에 형성된 대공극(macro-pore)을 작은 직경의 입자들이 점유하여 총 공극률을 감소시키기 때문이며, 이미 다수의 연구자에 의해 관련 내용이 보고된 바 있다(Fonteno, 1988; Byrne and Carty, 1989; Fonteno, 1996; Raviv and Lieth, 2008; Jackson et al., 2009). 특히 딸기 수경재배와 관련하여 미숙성 코이어 더스트 및 숙성된 코이어 더스트에 버미큘라이트를 혼합할 경우 각각 60:40 또는 80:20의 비율로, 그리고 펄라이트를 혼합할 경우 각각 80:20의 비율로 조절하면 기상률을 10 ‑ 20% 범위로, 용기용수량을 65% 이상으로 유지할 수 있을 것으로 판단되었다.

다양한 피트모스와 버미큘라이트를 혼합하였을 때 혼합상토의 용기용수량이 높아지고 기상률이 낮아졌으며, 버미큘라이트를 다양한 비율로 혼합한 모든 처리에서 기상률이 11% 미만이었다. 그러나 피트모스에 펄라이트를 혼합한 경우 용기용수량이 낮아지고 기상률이 높아졌으며, 캐나다산 및 에스토니아산 피트모스는 펄라이트를 30% 혼합한 70:30 처리에서, 라트비아산은 펄라이트가 20% 혼합된 80:20 처리에서, 그리고 리투아니아산은 60:40 처리에서 약 65% 이상의 용기용수량을 유지하면서 기상률을 15% 이상으로 유지할 수 있어 딸기 재배용으로 적합하다고 판단하였다.

Acknowledgements

본 연구는 2019-2020 충남대학교 학술연구진흥사업에 의해 지원되었음.

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