아쿠아포닉스 체험 프로그램이 초등학생의 감성지수에 미치는 영향

김광호 제주대학교 교육대학원 2021 국내석사

본 연구는 아쿠아포닉스 체험활동 프로그램을 개발하여 제주특별자치도 제주시 동지역에 소재하고 있는 D초등학교 5학년 학생 24명에게 적용한 후 학생들의 감성지수에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행하였다. 2015 개정 교육과정에 명시된 실과 교과 내용 4개 영역 중 아쿠아포닉스 체험활동과의 연계성이 가장 높은 기술시스템 영역을 선택하여 교과 주제 활동 특성에 맞게 총 5회기의 아쿠아포닉스 체험활동 프로그램을 개발하였다. 프로그램 개발을 위해 창의적 체험활동의 내용 및 방법, 아쿠아포닉스 관련 선행 연구를 분석하였고, 감성지수의 4개 하위영역을 균등하게 향상시킬 수 있는 학습요소 8개를 선정하였다. 개발된 아쿠아포닉스 체험활동 프로그램의 효과를 검증하기 위하여 실험집단으로 5학년 1개 반을 선정하였고 활동 사전·사후 감성지수 검사지를 사용하였다. 아쿠아포닉스에 대해 알아보기와 아쿠아포닉스 어항 설치하기를 시작으로 물고기 기르기, 상추 심기, 비빔밥 만들기 등 2018년 9월 15일부터 12월 27일까지 총 3개월에 걸쳐 실험 집단 학생들에게 배추 텃밭 프로그램을 실시하였다. 결과 검증을 위해 감성지수 검사를 사전․사후 실시하였고, 수집된 자료는 i-Statistics 프로그램을 이용하여 대응표본 t검정을 수행하였고 95% 신뢰구간을 설정하였다. 실험 집단 학생들의 생각과 행동의 변화를 분석하기 위하여 재배 실습을 하면서 행동관찰, 소감문 등의 질적 자료도 분석하였다. 이러한 과정을 통하여 도출한 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 실험집단의 감성지수 검사 결과 감성지수 하위 영역인 정서인식, 감정이입, 정서조절, 정서활용 영역에서 사전검사와 사후검사 결과 여러 항목에서 긍정적인 차이를 발견할 수 있었다. 하위 영역에서는 정서인식 문항 2번에서 유의 수준 .05에서 유의미한 차이가 있었다. 정서인식 문항 4번과 정서조절 31, 33번에서도 긍정적인 차이를 확인할 수 있었다. 따라서 아쿠아포닉스 교육 프로그램이 초등학생의 감성지수에 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다. 둘째, 참여한 학생들의 아쿠아포닉스 활동 소감문과 행동 관찰을 분석한 결과, 아쿠아포닉스 프로그램 활동이 초등학생들의 감성지수에 긍정적인 변화를 가져옴을 알 수 있었다. 이상과 같은 연구 결과로 살펴볼 때 아쿠아포닉스 교육 프로그램은 학생들의 감성지수에 긍정적인 영향을 주는 것으로 판단되어 앞으로도 아쿠아포닉스와 관련된 교육 프로그램 개발을 위한 추가 연구가 필요하다고 본다. 따라서 학교에 학생들이 직접 관찰하고 만져보고, 심고, 가꾸고, 수확해 볼 수 있는 아쿠아포닉스 활동공간을 만들어 생활 속에서 늘 가까이 접하고 자연스럽게 재배할 수 있는 환경을 만들어 주는 것이 필요하다. 또한 연구는 아쿠아포닉스 교육 활동이 가능한 본교의 여건에 맞게 구성된 아쿠아포닉스 교육 프로그램이므로 각 학교의 여건에 맞는 주제별 실과 재배교육 관련 다양한 프로그램을 개발하여 초등학생들의 인성에 미치는 효과를 검증하는 후속 연구가 필요하다. `This study was conducted to develop the Aquaponics Experience Activity Program and apply it to 24 fifth-grade students in East-area, Jeju-si, Jeju Special Self-Governing Province, to find out the impact on the emotional index of students. Among the four practical curriculum areas specified in the 2015 revised curriculum, the technology system area with the highest link to Aquaponics experience activities was selected to develop a total of five Aquaponics experience programs to suit the characteristics of the subject activities. For the development of the program, prior research on the contents and methods of creative experience activities and aquaponics was analyzed, and eight learning elements were selected to equally improve the four subregions of the Emotional Index. In order to verify the effectiveness of the developed Aquaponics experience activity program, one fifth grade class was selected as an experimental group and an activity pre- and post-emotional index test paper was used. Starting with learning about Aquaponics and installing Aquaponics fish tank, the experimental group conducted a three-month cabbage garden program from September 15 to December 27, 2018, including raising fish, planting lettuce, and making bibimbap. Emotional index tests were conducted before and after to verify the results, and independent sample t tests were conducted using the i-Statistics for window program for collected data. The significance level is p<.50. It is set to 05. We also performed a corresponding sample t test and established a 95% confidence interval. In order to analyze changes in the thoughts and behaviors of students in the experimental group, qualitative data such as behavior observation and speech were also analyzed during cultivation practice. The results of the research derived through this process are as follows. First, the experimental group's emotional index test found positive differences in several items as a result of pre-examination and post-examination in the emotional recognition, empathy, emotional control, and emotional utilization areas. In the subregions, there was a significant difference in the significance level of .05 in Sentiment Recognition Question No. 2. Positive differences were also identified in emotion recognition questions 4 and emotion control questions 31 and 33. Therefore, it could be seen that the Aquaponics education program had a positive impact on the emotional index of elementary school students. Second, the analysis of the participating students' thoughts on Aquaponics activities and behavior observations showed that the Aquaponics program activities brought positive changes to the emotional index of elementary school students. Based on the results of these studies, Aquaponics education programs are believed to have a positive impact on students' emotional index, and further research is needed to develop educational programs related to Aquaponics. Therefore, it is necessary to create a green space where students can observe, touch, plant, cultivate, and harvest themselves at school, creating an environment where they can always be close to each other and grow naturally in their lives. In addition, since the research is an aquaponics education program tailored to the conditions of this school, follow-up research is needed to verify the effectiveness of elementary school students by developing various programs related to subject matter and cultivation education.

아쿠아포닉스에서 허브 생육 특성 및 무기이온 함량

이안나 한국방송통신대학교대학원 2021 국내석사

Aquaponics is a nutritional circulation system similar to the natural ecosystem in which aquaculture and hydroponics are merged by supplying nutrients needed for plant cultivation from fish-raising tanks. In previous experiments, the concentration of inorganic ions in aquaponics varied depending on the type of ions. The mineral deficiency symptoms varied depending on the type of vegetable since the demand for inorganic nutrients generally varies depending on the type or variety of plants. Crop production in aquaponics has been practiced to limited crops such as lettuce in Korea, requiring diversity. This study thus aimed to compare the growth characteristics and mineral contents of several herb plants, including Melissa officinalis, Nasturtium officalale, Eruca sativa, and Ocimum basilicum grown under aquaponics (AP) and hydroponics (HP) systems. For a pilot experiment, 13 of goldfishes were grown in a 14.0L of water tank for 23 days prior to the transplant of herb plant with 3-4 true leaves in a net port. For a control treatment, the same cultivar and numbers of plants were transplanted to a hydroponic system. The EC level of both systems was 1.5 dS·m-1. During the entire growing period, the ranges of pH and EC were 4.5-5.5 and 1.27-1.76 dS·m-1 for the AP, while they were 4.7-5.9 and 1.44-1.74 dS·m-1 for the HP. The average COD was 58.13 for the AP and 20.0 for the HP with A 2.9-fold higher in the AP and the DO was about 9.75 for both systems. While the average PO4-P was 43.5, 53.6 mg·L-1, respectively, and the NO3-N was 280 mg· L-1, NH4-N was 36.0, 3.5 mg·L-1, respectively with a 10-fold higher in the AP. Plant height and leaf number measured at 28 DAT were lower in the AP, compared to the HP, except Basil. The plant heights of rocket and chervil were lower by 40-50% in the AP, while for the basil, it was higher by 4.4% in the AP. The leaf number of basil was higher by 50% in the AP. whereas for the chervil and watercress it was lower in the AP, 77.5 and 46.7%, respectively. The shoot fresh weights of basil and lemon balm were decreased by 11–16% in the AP, while for others they were decreased by 70 to 90% in the AP. While there was no significant difference in the shoot dry weights of basil between the two systems, while the a 27% higher dry weight was found in the lemon balm in the AP. The RGR (relative growth rate, g·g-1·day-1) of the shoot grown on the AP was followed as watercress (0.16) > lemon balm (0.14) > basil (0.13) > rocket (0.11) > chervil (0.06), and for the HP, it was followed as watercress (0.22) > rocket (0.14) > lemon balm (0.13) > basil (0.13). While there was no significant difference in the nitrogen (N) and phosphorus (P) contents in the leaves grown on both systems, potassium (K) content was lower in the AP except for watercress, of which the K content was 2-fold higher in the AP. For the calcium (Ca), it was higher in basil, rocket and lemon balm grown on the AP. For the iron (Fe) content no difference was found between the two systems. In the main experiment, the pH and EC level were ranged from 4.0 to 6.7 and 1.6-2.5 dS·m-1 for the AP, respectively, while they were ranged from 5.8 to 7.2 and from 1.5 to 1.9 dS·m-1 for the HP, respectively. The average COD was 320 for the AP and 224 for the HP with a 1.4-fold higher in the AP, indicating that organic matter from fish feces was higher than HP. The DO was the same for both systems as 10. While the average PO4-P was 34.5 for the AP and 12.4 mg·L-1 with a 2.8-fold higher in the AP, the NO3-N concentration was not significantly different as it was 182mg·L-1 for both systems. While there was no significant difference in the NO2-N, 0.20 and 0.14 mg·L-1, respectively, NH4-N was 39 and 8.0 mg·L-1, respectively with a 5-fold higher in the AP. The leaf number and area of basil grown in the AP for 25 days were higher by 25% than the HP, while for lemon balm grown in the AP, the leaf number, leaf area and leaf length were higher by 72%, 45%, and 52%, respectively. Chervil showed 48% higher leaf numbers in the HP than in the AP. In the leaf of chervil, the Fe deficiency symptom was shown in the early growth stages, but the symptom was eliminated in the later stage, indicating that plants could have exploited Fe in the fish excretion as the main source of Fe is fish feed. In the rocket, the leaf number, length and width of leaves were higher by 82%, 83%, and 74%, respectively, in the HP. The RGR (g·g-1·day-1) of the shoot grown on the AP was followed as chervil (0.12) > basil, lemon balm (0.11) > rocket (0.06), while for the HP, it was followed as rocket (0.16) > chervil (0.14) > basil (0.11) > lemon balm (0.05). The shoot growth rate of basil was similar in both systems, while for the lemon balm it was higher in the AP by 55%. The RGR of roots in the AP was followed as rocket (0.13) > lemon balm (0.09) > chervil (0.06) > basil (0.05), while for the HP, it was followed as rocket (0.21) > chervil (0.09) > lemon balm (0.05) > basil (0.03). The root growth rates of basil and lemon balm was higher in the AP system. All the results showed that basil and lemon balm had similar growth characteristics in both systems, which will require detailed research on nutrient uptake rate, nutrional demand, and production costs for the aquaponics cultivation of the two hubs. 아쿠아포닉스(Aquaponics)는 물고기 사육 수조의 영양분이 식물재배에 필요한 영양소를 공급함으로써 양어(Aquaculture)와 수경(Hydroponics)이 병합된 재배 방식으로 자연 생태계와 흡사한 영양 순환 시스템이다. 선행실험에서 아쿠아포닉스 수조 내 무기이온 농도는 이온 종류에 따라 다양하고 채소 종류에 따라 결핍증상이 달랐는데 이는 일반적으로 무기영양분의 요구도는 식물의 종류나 품종에 따라 다르기 때문이다. 또한, 아쿠아포닉스를 이용한 작물생산은 국내의 경우 상추 등의 제한된 작물로 국한되어 있어 다양성이 요구된다. 본 연구는 허브 식물의 아쿠아포닉스에서 재배 특성에 대한 정보를 얻고자 레몬밤(Melissa officinalis), 물냉이(Nasturtium officinale), 로켓(Eruca Sativa), 챠빌(Anthriscus cerefolium), 바질(Ocimum basilicum)을 아쿠아포닉스(AP, Aquaponics)와 수경재배(HP, Hydroponics) 시스템으로 재배하며 생육 특성과 수조 및 엽내 무기이온 함량을 비교하였다. 수직형 박막수경재배기 수조 14.0L에 인공여과기를 설치 후 금붕어 13마리를 재배하며 수조액 EC가 1.5 dS·m-1도달하는 시점에 23일간 육묘된 본엽 3~4장의 허브를 난석이 채워진 네트 포트에 심어 재배조에 정식하였고 대조구인 HP 시스템은 동일한 재배기에 배양액을 사용하였다. 파일럿 실험은 정식 후 28일간 재배하면서 엽장, 엽폭, 엽수, 초장, 생체중, 건물중, pH, EC, 수온 및 무기이온 농도 등을 비교하였다. 수질분석 결과 pH와 EC 범위는 AP의 경우 각각 4.5-5.5, 1.27-1.76 dS·m-1를 유지하였고 HP의 경우는 각각 4.7-5.9, 1.44-1.74 dS·m-1였다. 평균 COD는 AP와 HP 각각 58.13, 20.0으로 AP가 2.9배 높았고 DO는 두 시스템 모두 9.75로 같았다. 평균 PO4-P는 AP와 HP 각각 43.5, 53.6 mg·L-1으로 큰 차이가 없었고 NO3-N도 두 시스템 모두 280mg·L-1로 차이가 없었던 반면, NH4-N은 각각 36.0, 3.5mg·L-1으로 AP가 10배 높았다. 정식 후 28일 측정된 초장과 엽수는 바질을 제외한 4품종 모두 AP에서 낮았는데 초장은 로켓과 차빌이 40-50% 감소되었고 바질은 오히려 약 4.4% 높았으며 엽수도 바질이 AP에서 50% 높았던 반면 차빌과 워터크레스는 각각 77.5, 46.7% 낮았다. 지상부 생체중은 바질과 레몬밤은 AP에서 약 11-16% 감소된 반면 다른 품종은 70-90% 감소되었고 건물중은 바질의 경우 두 시스템에서 차이가 없었고 레몬밤은 AP에서 27% 높았다. RGR(relative growth rate, g·g-1·day-1)은 AP의 경우 워터크레스(0.16) > 레몬밤(0.14) > 바질(0.13)> 로켓(0.11)> 차빌(0.06) 순이었고 HP의 경우 워터크레스(0.22) > 로켓 (0.14) > 차빌(0.14) > 레몬밤(0.13) > 바질 (0.13) 순으로 레몬밤과 바질은 두 시스템 간 차이가 없었고 차빌은 큰 차이를 보였다. 식물체내 무기이온 함량은 N와 P의 경우 두 시스템에서 재배된 식물체에서 차이를 보이지 않았는데 K의 경우 물냉이를 제외하고 AP에서 낮았던 반면 Ca의 경우 AP에서 재배된 바질, 로켓, 레몬밤에서 HP보다 높았다. 물냉이의 경우 K이 AP에서 2배 높았다. 미량원소인 Fe은 두 재배 시스템간 차이가 없었으며 챠빌의 경우 B가 AP에서 높았다. 본 실험에서 pH와 EC 범위는 AP의 경우 각각 4.0-6.7, 1.6-2.5 dS·m-1를 유지하였고 HP의 경우는 각각 5.8-7.2, 1.5-1.9 dS·m-1였다. 평균 COD는 AP와 HP 각각 320, 224로 AP가 1.4배 높았고 이는 물고기의 배설물로 인한 유기물질이 HP보다 높은 것을 알 수 있다. DO는 두 시스템 모두 10으로 같았다. 평균 PO4-P는 AP와 HP 각각 34.5, 12.4 mg·L-1으로 AP가 2.8배 높았고, NO3-N도 두 시스템 모두 182mg·L-1 정도로 차이가 없었다. NO2-N도 두 시스템 모두 0.20, 0.14mg·L-1 정도로 차이가 없었다. NH4-N은 각각 39, 8.0mg·L-1로 AP가 5배 높았다. 정식 후 25일에 측정된 바질은 AP가 HP보다 엽수와 엽면적이 25% 높았으며, 레몬밤은 엽수와, 엽면적, 엽장 각각 72%, 45%, 52% 높았다. 챠빌은 AP보다 HP에서 엽수는 48% 높게 나타났으며, 엽면적과 엽장은 동일하게 나타났다. 챠빌의 경우 정식 후 초반에는 철의 결핍이 보이다가 생육이 지속되면서 철결핍을 증상이 제거되었는데 이는 사료에 철성분이 극복하는 모습을 보였다. 로켓의 경우는 엽수와 엽장, 엽폭 모두 HP에서 각각 82%, 83%, 74% 높게 나타났다. 지상부의 RGR(relative growth rate, g·g-1·day-1)은 AP의 경우 챠빌 (0.12) > 바질(0.11) = 레몬밤(0.11) > 로켓(0.06 ) 순이었고 HP의 경우 로켓 (0.16) > 차빌(0.14) > 바질(0.11) > 레몬밤 (0.05) 순으로 바질은 AP와 HP 두 시스템에서 동일하게 나타났으며 레몬밤은 AP에서 약 55% 높은 성장률을 보였다. 뿌리의 RGR(relative growth rate)은 AP의 경우 로켓(0.13) > 레몬밤(0.09) > 챠빌(0.06) > 바질(0.05) 순이었고 HP의 경우 로켓(0.21) > 차빌(0.09) > 레몬밤 (0.05) > 바질(0.03) 순으로 나타났으며, 레몬밤과 바질은 AP 시스템에서 HP보다 높은 성장률을 보였다. 연구 결과를 종합하여 볼 때 바질과 레몬밤은 아쿠아포닉스 시스템에서 수경재배와 유사한 생육 결과를 보여 앞으로 두 허브의 양분흡수율 및 요구도와 생산비 절감 가능성에 대한 세밀한 연구가 필요할 것으로 보인다.

새싹작물 재배용 소형 스마트 팜 시스템 연구

감동환 성균관대학교 일반대학원 2018 국내박사

In this study, a small smart farm system for cultivating crop’s sprout and a study on cultivating crop’s sprout aquaponics were conducted. A small smart farm for crop’s sprouting was constructed in container size 3 × 6 m in size. For the effective insulation structure, an air space with a good thermal insulation effect was placed inside the outer structure, and the inner space was made of a 100 mm thick insulation panel. As a result of the evaluation of the insulation performance, the interior temperature was maintained at 10 ℃ or higher even at a temperature of about -10 ℃ exterior. In order to confirm the uniformity of temperature, the interior temperature distribution was divided into 9 interior center and interior side walls. The measurements showed that the temperature of the interior side wall differed by a maximum of 0.5 ℃ and the temperature distribution of the interior center differed by a maximum of 0.3 ℃. The maximum temperature difference between the interior side walls and the interior center was 0.9 ℃. The interior temperature distribution was uniform with a difference of up to 0.8 ℃ based on the same measurement location. The heating load of the small smart farm was calculated and the heating system was constructed based on the 3-hour heating capacity of 1,250Kcal. As a result of the performance assessment of the manufactured heating system, the temperature of the interior suitable for crop growth was maintained at 22~24 ℃ for 3-hours. According to the results of the MRT, the heat inside the smart farm was kept constant at a temperature of 23.12 to 23.54 ℃. A CO2 supply system was constructed to apply the method of separating the atmospheric CO2 directly to the crop and applying it to the small smart farm. The performance assessment showed that the concentration and time required of carbon dioxide separated by the concentration of CO2 in the ambient air was affected. It was also judged to be inefficient at low concentrations. When combined with the interior air, up to 3,543 ppm of mixed air separated from the separating membrane, resulting in the effect of two-stage of separation, reaching the set concentration at an average time of about 30 minutes. It has been judged that the system is judged to be efficient in terms of operating time and energy savings and that it is sufficient to replace the existing method of liquid carbon dioxide supply. In order to cultivate crop’s sprout, I-type and II-type crop cultivation beds were prepared and water supply methods of cultivation beds were evaluated. As a result of the evaluation, it was judged that it is appropriate to add the FD(Flood and drain system) method after the water supply by two upper nozzles for the initial three days. Among the crop’s sprout, the green barley, broccoli, radish sprouts, red radish was them by cultivation in the water irrigation circulation method and the aquaponics. Aquaponics breed 1kg of loach. Green barley and radish sprouts showed similar growth tendencies in both cultivation methods and there was no significant difference in t-test. Broccoli and red radish showed a tendency to grow faster in aquaponics and a significant difference in the statistical verification method of the t-testing. For ginseng sprouts, germination rates were compared after 7 days of planting. Compared to the irrigation circulation method of 81 % germination, the aquaponics have a 95 % germination rate, making it more effective. It was also considered that it was worth studying further in terms of productivity and economy compared to the current cultivation of ginseng sprouts using ordinary water. 본 연구에서는 새싹작물 재배를 위한 소형 스마트 팜 시스템에 대한 연구와 새싹작물의 아쿠아포닉스 재배에 관한 연구를 하였다. 새싹작물 재배용 소형 스마트 팜을 컨테이너형 구조로 3×6m의 크기로 제작하였다. 효과적인 단열 구조를 위해 외부의 구조체 내부에 단열효과가 좋은 공기층을 두고 100㎜ 두께의 단열용 우레탄 패널로 기밀성 있게 내부 공간을 제작하였다. 단열 성능을 평가한 결과 외부 -10℃ 정도의 낮은 기온에도 내부 온도는 10℃이상으로 유지되었다. 또한 온도 균일성 확인을 위해 내부 온도 분포를 내부 측벽부와 중앙부의 9개 구역으로 나누어 측정한 결과 내부 측벽부의 온도는 최대 0.5℃의 차이를 보였다. 내부 중앙부의 온도 분포는 최대 0.3℃의 차이를 보였다. 동일 시간대 내부 측벽부와 중앙부의 최대 온도 차이는 0.9℃의 차이를 보였으며 동일 측정 위치 기준으로는 최대 0.8℃의 차이를 보여 내부 온도 분포가 균일하였다. 소형 스마트 팜의 난방부하를 산출하여 3시간 난방이 가능한 1,250Kcal 방열량을 기준으로 난방 시스템을 제작하였다. 제작한 난방 시스템의 성능 평가 결과 작물 생장에 적합한 실내 온도 22~24℃를 유지하며 3시간정도 난방이 지속되었다. 또한 시간대별 평균 복사 온도(MRT)를 구한 결과 23.12~23.54℃의 평균 복사 온도로 스마트 팜 내부의 난방이 일정하게 유지되었다. 기존의 액화탄산을 이용한 탄산시비 방식을 대체하고자 이산화탄소용 기체 분리막을 이용하여 대기중의 이산화탄소를 분리하여 작물에 직접 공급하는 방식을 소형 스마트 팜에 적용하기 위하여 이산화탄소 공급 시스템을 제작하였다. 제작된 이산화탄소 공급 시스템의 성능 평가는 외부의 공기만을 이용하여 분리하여 공급하는 경우와 스마트 팜 내부공기+외부공기의 혼합 공기의 경우 두 가지 조건에서 스마트 팜 설정농도 800ppm을 기준으로 6 bar의 압력조건으로 측정하였다. 성능 평가 결과 외부공기만을 이용하여 이산화탄소를 분리하여 공급하는 경우 외부공기 중 이산화탄소 농도에 따라 분리되는 이산화탄소의 농도 및 소요시간에 영향을 미침을 알 수 있었으며 낮은 농도에서는 효율이 떨어지는 것으로 판단되었다. 내부공기와 혼합하여 분리하는 경우 최대 3,543ppm 농도의 혼합 공기가 분리막에서 분리되어 2단 분리의 효과를 보여 평균 30분 정도의 시간에 설정농도에 도달하여 시스템 가동시간 및 에너지 절약 측면에서 효율적으로 판단되며 기존의 액화탄산 공급 방식을 충분히 대체할 수 있다고 사료되었다. 새싹작물 재배를 위해 Ⅰ형과 Ⅱ형 작물재배 베드를 제작하고 재배 베드의 물 공급 방식을 평가한 결과 작물 재배에 적합한 물 공급 방식은 초기 3일정도 상부 노즐 2개에 의한 물 공급 후 간헐흐름식 방식을 더하여 공급하는 방식이 적합한 것으로 판단되었다. 새싹작물 중 청보리, 브로콜리, 무순, 적무, 새싹삼을 관수 순환 방식과 미꾸라지 양식을 이용한 아쿠아포닉스로 재배하여 비교한 결과 청보리와 무순은 두 재배 방식 모두 비슷한 생장 경향을 보였으며 t-검정에서도 유의미한 차이는 없었다. 브로콜리와 적무는 아쿠아포닉스 재배에서 생장이 더 빠른 경향을 보였으며 통계적 검증 방법인 t-검정에서도 유의미한 차이를 보였다. 새싹삼의 경우 7일 재배 후 발아율을 비교하였으며 아쿠아포닉스에서 95%의 발아율을 보여 81%의 관수 순환 방식에 비해 아쿠아포닉스 재배가 새싹삼 재배에 효과적인 재배 방법인 것으로 사료되었다. 또한 현행의 일반 물을 이용한 새싹삼 수경재배와 비교해 생산성 및 경제적인 측면을 고려할 때 좀 더 연구해 볼 가치가 있다고 사료되었다.

Hybrid 바이오플락 아쿠아포닉스 시스템 내 황쏘가리 (Siniperca scherzeri) 및 엽채류 성장을 위한 사료 내 적정 일인산칼륨 수준 평가

김동우 강원대학교 대학원 2022 국내석사

This study investigated the effects of dietary monobasic potassium phosphate (MKP) on the growth of gold mandarin fish and four leafy vegetables in a hybrid bioflocculation technology aquaponic system (HBFT-AP). Fish were fed a type of a dough mixed with water and mash diet containing MKP (MKP 0.0%, 1.5% and 3.0%) for 8 weeks. The experiment was designed to stabilize water quality using diet without MKP for 1-4 weeks and examined the effect of the three diets on productivity of the fish and leafy vegetables in the HBFT-AP for 5-8 weeks. After the 8-week feeding trial, the growth factors of fish fed three diets were not significantly different (P>0.05), but hematological factors (hemoglobin, inorganic phosphorus and potassium) were significantly different (P<0.05). Inorganic nitrogen compounds and phosphate were measured six times a week using reagent measurements. The TAN (0.12-2.12 mg/L), NO3-N (9.0-23.7 mg/L) and PO4-P (6.12-25.80 mg/L) levels increased with time, while the NO2-N level remained below 0.1 mg/L. MKP 3.0% group had a higher leafy weight (g) in 3 kinds of cultivar (caipira, manchu perilla, ezatrix) compared to those of other groups (MKP 0.0% and MKP 1.5%). The present results suggested that dietary MKP could improve growth of leafy vegetables in aquaponics. 이 연구는 Hybrid 바이오플락 아쿠아포닉 시스템 내 황쏘가리 및 엽채류 성장을 위한 사료 내 적정 일인산칼륨 수준을 규명하기 위해 수행되었다. 황쏘가리(Siniperca scherzeri, 233.16±49.69kg, 26.5±1.9cm) 102마리를 공시하여 3처리 2반복 반복당 17마리를 완전 임의 배치하였다. 시험기간은 수질안정화기간 4주(1-4주)와 엽채류 실험 4주(5-8주)로 나누어 총 8주간 진행하였다. 실험구는 MKP 첨가 수준에 따라 MKP 0.0%, MKP 1.5% 및 MKP 3.0%로 총 3처리로 나누어 진행하였다. 실험사료는 상업용 시판사료 Blue eel F-GR (Crude protein 58%, Crude fat 5%) (Cargill Agri Purina Ltd., Seongnam, Korea)을 MKP (MKP 0.0%, 1.5%, 3.0%)가 첨가된 물과 함께 2:1의 비율로 혼합 후 수제면 제조기 (Sutaking MC-N186, HausElec Co. Ltd., Korea)를 이용하여 직경 8mm, 길이 2-3cm 크기로 절단하여 급여하였다. HBFT-AP (hybrid bioflocculation technology aquaponics) 내 엽채류는 상추 품종 중 카이피라(caipira), 이자트릭스(ezatrix) 및 버터헤드(butterhead)와 만추깻잎 (Manchu, Perilla frutescens) 4품종을 이식하였으며, 실험구당 카이피라 26개체, 이자트릭스 28개체, 버터헤드 26개체와 만추깻잎 28개체로, 총 109개체가 입식되었다. 아쿠아포닉스 내 수질관리는 Lee et al. (2019a,b; 2020)이 보고한 수질관리 방법에 준하여 관리하였다. 수조 내 기초 환경인 수온은 23℃, 용존산소 (dissolved oxygen)는 8.0mg/L 이상으로 유지되었다. 8주간의 실험 결과 황쏘가리의 사양성적에는 유의적인 차이가 나타나지 않았으나, 혈액 내 Hb, Pi 및 K는 사료 내 MKP 함량이 증가함에 따라 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05). 무기질소 화합물과 인산염은 시약측정을 통하여 6회/주 측정되었다. TAN (0.12-2.12 mg/L), NO3-N (9.0-23.7 mg/L) and PO4-P (6.12-25.80 mg/L)은 시간 경과에 따라 증가하는 경향이 나타났으며, NO2-N은 0.1mg/L 미만으로 유지되었다. 엽채류 성장에서 MKP 3.0%실험구에서 카이피라, 만추깻잎, 이자트릭스의 엽중량(g)이 유의적으로 높게 나타났으며(P<0.05), MKP 3.0%실험구가 MKP 0.0% 및 MKP 1.5%실험구보다 높은 경향이 나타났다. 본 실험 결과는 아쿠아포닉스 사료 내 MKP 첨가가 엽채류의 성장을 향상시키는 것으로 사료된다.

아쿠아포닉스 시스템을 이용한 애플민트와 담수어(메기, 향어, 금붕어)의 성장에 관한 연구

남지원 전남대학교%0A 일반대학원 2024 국내석사

아쿠아포닉스는 어류의 배설물에 포함된 영양분을 이용하여 수중에서 식물을 재배하는 지속가능한 양식방법이다. 본 연구는 아쿠아포닉스 시스템에서 생산가능한 생물종 다양성을 확보하기 위해 애플민트(Mentha suaveolens)를 메기(Silurus asotus), 향어(Cyprinus carpio nudus), 금붕어(Carassius auratus)와 같이 사육하여 각 생물의 성장지표를 측정하였으며 또한 각 수조의 수질변화를 관찰하였다. 실험기간 동안 모든 실험구에서 수온은 27.0~28.5℃, DO 7.10~7.80 mg/L의 범위를 유지하였으며, pH는 초기 6.80~7.05의 범위에서 점차 감소하여 4.90~5.40의 범위에서 유지되었다. 무기이온의 경우 암모니아(NH3-N)는 1-3주 기간 동안 증가하였고 아질산염(NO2-N)은 암모니아가 증가하는 기간동안 증가하여 4주 기간에 가장 높았다. 질산염(NO3-N)은 아질산이 감소하는 시기인 4주 이후 크게 증가하였으며, 인(PO4-P)은 질산염과 마찬가지로 실험 시작 이후 꾸준히 증가하는 경향을 보였고 무기이온의 함량은 모두 메기 실험구에서 높게 나타났다. 어류의 전장 증가율은 메기, 향어, 금붕어 각각 23%, 7%, 2%이였으며, 전중량 증가율은 각각 89%, 33%, 3%로 메기가 가장 높았다. 메기의 증체율(WG), 사료효율(FE), 일간성장율(SGR)은 각각 89.05%, 96.1%, 1.28%로 나타나 다른 어종에 비해 가장 높은 성장을 보였다. 어종에 따른 애플민트 성장의 경우 메기 실험구에서 뿌리길이, 줄기길이, 생체중, 잎 개수가 가장 높은 값을 나타내었으며, 향어 실험구에서는 애플민트 잎에서 Ca(칼슘), K(칼륨), Fe(철) 결핍증상을 나타내었고 애플민트의 성장 또한 가장 낮은 값을 나타내었다. Aquaponics is a sustainable farming method that uses nutrients contained in fish excrement to grow plants underwater. In this study, experiments were conducted using various species in an aquaponics system. For this purpose, apple mint (Mentha suaveolens) was reared with catfish (Silurus asotus), leather carp (Cyprinus carpio nudus), and goldfish (Carassius auratus), the growth indicators of each organism were measured, and changes in water quality in each tank were observed. During the experiment period, the water temperature was maintained in the range of 27.0~28.5℃ and DO in the range of 7.10~7.80 mg/L in all experimental tanks, and the pH was initially in the range of 6.80~7.05, but gradually decreased and was maintained in the range of 4.90~5.40. In the case of inorganic ions, ammonia (NH3-N) increased during the period of 1-3 weeks, and nitrite (NO2-N) increased during the period when ammonia increased, reaching the highest level during the 4th week. Nitrate (NO3-N) increased significantly after the fourth week, when nitrite decreased, and phosphorus (PO4-P), like nitrate, tended to increase steadily after the start of the experiment, and the contents of all inorganic ions were found to be high in the catfish experiental plot. The total length growth of fish was 23%, 7%, and 2% for catfish, leather carp, and goldfish, respectively, and the total weight gain was 89%, 33%, and 3%, respectively, with catfish showing the highest value. Catfish's weight gain (WG) was 89.05%, feed efficiency (FE) was 96.1%, and specific growth rate (SGR) was 1.28%, showing the highest growth compared to other fish species. In the case of apple mint growth according to fish species, the root length, stem length, live weight, and number of leaves showed the highest values ​​in the catfish experimental plot, In leather carp experimental plot, symptoms of Ca (calcium) deficiency, K (potassium) deficiency, and Fe (iron) deficiency appeared in apple mint leaves, and growth also showed the lowest values.

아쿠아포닉스 시스템에서의 하이드로볼 배지가 질산화 작용 및 양분 흡수에 미치는 영향

이현진 한국방송통신대학교 대학원 2020 국내석사

아쿠아포닉스는 사육수에서 자라는 어류에서 배설된 영양분을 이용하여 식물을 재배하는 자원 순환형 농업이다. 본 연구는 하이드로볼(팽창점토)이 수질 내에서 질산화 및 여과에 미치는 영향을 규명하고, 하이드로볼 배지경에서 재배되는 상추(Lactucca sativa L.) 엽과 근권의 무기이온 함량를 확인하기 위해 수행되었다.실험 1은 아크릴수조에 8L의 사육수와 1L의 흑사를 넣었고 3마리의 물고기를 입어하였고, 실험2에서 실험 4까지는 NFT 재배기를 이용하여 15L의 사육수 채운 후 실험 2는 13마리, 실험 3은 12마리와 실험 4는 15마리를 입어하고, 히터와 기포발생기를 설치하였다. 실험기간 동안 수질 내 pH, 전기전도도, 무기이온 함량을 측정하였고, 식물은 엽장, 엽폭, 엽수, 뿌리길이, 생체중과 건물중을 조사하였다. 실험 전 기간 동안 측정한 수온은 처리에 관계없이 25.1±1.28 ℃로 전체 범위는 18.5~29.4 ℃로 나타났다. 용존산소는 모든 처리에서 4~10 ppm범위로 나타났으며, 정식 후 20일까지 일정한 농도를 유지하였다 (Fig. 2). 정식 후 21일엔 식물 없이 하이드로볼만 배치한 H12 처리 (실험 3)에서 용존산소의 농도가 높게 나타났다. 수질의 pH는 물고기의 수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 실험 2에서 pH가 H13 처리구보다 F13 처리구가 낮았다 (Fig. 3B). 실험 3에서 FHP12 처리가 F12 처리보다 pH가 낮았는데, 이는 식물이 NH4-N를 흡수할 때, 뿌리 아포플라스마에서 수소이온을 방출하게 된 것과 관련 있어 보인다. EC 수준은 F 처리에서 H13 또는 HP 처리보다 높았다. 실험 1과 2에서는 F 처리와 F13 처리에서는 900~1000 μS/cm의 수준을 보였고 H13 처리에서는 500~700 μS/cm의 수준을 보였다. 실험 3에서는 정식 후 36일에서 EC 농도가 가장 높았으며, HP15 처리에서는 1,100 μS/cm의 농도를 나타내어 식물이 수질에서 이온화된 질소 성분을 흡수했음을 알 수 있었다. 그 결과 어류 폐기물의 유기질소를 이온화하는 하이드로볼의 효율은 인공여과기에 비해 약 30% 정도 낮지만 바이오필터로서 가치가 있다고 판단된다. 실험 1에서는 F와 HP 처리에서 CONT 처리에 비해 질산화가 빠르게 수행되었다. 이러한 결과는 하이드로볼과 인공필터 모두 질산화에 효과적인 기능을 가지고 있음을 보여준다. 실험 2는 어류 대 식물의 수의 비율이 질산화 반응에 중요한 요소임을 보여줍니다. 실험 3에서는 FHP12와 HP12 처리에서 식물이 없는 처리인 F12와 H12보다 질소 농도가 빠르게 감소하는 것이 식물 흡수와 관련이 있을 수 있다. 식물이 없는 처리에서 질소 농도의 감소는 배지에서 탈질 박테리아가 존재할 때 탈질에 기인할 수 있다. 칼륨(K)의 농도는 FPH15와 HP15 처리에서 가장 낮았으며, 마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca)은 H15 처리에서 더 낮았다. 실험 4에서는 FHP15 처리시 수경재배에 적합한 영양소 농도와 비교했을 때, 어류 생육수 중 질산성 질소(NO3-)와 인(P) 농도가 FHP15 처리시 보다 높게 나타났다. 그러나 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)은 수경재배의 16, 49, 82%에 불과했으며, 철(Fe)은 검출되지 않았다. FHP15 처리에서 수확한 상추의 신선한 무게는 38g으로 시장성 상추 수확량의 30%에 불과했다.FHP15 처리에 의해 성장된 잎 조직의 T- 및 P 함량은 최적 수준에 가까웠으나, K, Ca, 철(Fe) 함량은 결핍 증상이 없는 경우 최적의 함량에 미치지 못했다.

친환경 농수산 융합 생산 시스템 (Aquaponics) 기술 개발을 위한 기초 연구

하헌주 전남대학교 대학원 2013 국내석사

아쿠아포닉스(Aquaponics) 시스템은 양식과정에서 사육수 내에 발생된 각종 유기물들을 박테리아의 탈질화과정을 통해 식물이 흡수하고, 이 과정을 통해 여과된 사육수를 다시 어류양식에 활용하는 어류양식(Aquaculture)과 수경재배(Hydroponic)가 융합된 순환여과식 유기식량생산방법이다. 아쿠아포닉스 시스템은 내수면 양식장의 환경오염부하문제와 수경재배의 양액공급 및 처리문제를 상호 보완할 수 있는 방법으로서 국내외적으로 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며, 미국 및 유럽, 호주 등지에서 산업화 단계로 발전하고 있는 추세이다. 본 연구에서 잉어(Cyprinus carpio)와 청하청치마 상추(Lactuca sativa L.)를 아쿠아포닉스 시스템에서 사육한 결과, 사육수 내에는 작물이 성장하는데 필요한 N, P, K등의 대부분의 영양소가 함유되어 있었다. 잉어의 성장도는 단독으로 사육되었을 때와 유의적인 차이를 보이지 않았다(P<0.05). 청하청치마 상추 또한 양액 재배 시 보다 아쿠아포닉스 시스템을 통한 재배 시 엽수는 17%, 엽중량은 12%이상 증가하였다. 이를 통해 아쿠아포닉스 시스템의 생산 능력은 기존의 생산 방식 비해 유의적인 차이가 나지 않는 것으로 판단된다. Aquaponics systems form in the process of rearing occurs within a variety of organic compounds absorbed by the plants through the process of denitrification bacteria of rearing filtered again, and through this process to take advantage of the fish farming aquaculture and hydroponic fused organic food production methods. Inland farms aquaponics system problems and environmental pollution load hydroponic nutrient solution supply and processing problems that can be complementary as national and international research consistently been, and industrialization in the other countries to step trends and developments. It is primarily freshwater fish, fish farming and the cultivation of crops because crops varieties are available. Needed to grow crops in rearing Cyprinus carpio, the result of breeding system from Aquaponics, N, P, K, etc., most of the nutrients contained was Growth in the drawing when reared alone and did not show a significant difference (P<0.05). Aquaponics system through the cultivation of leaves more Nutriculture ask Lactuca sativa L. 17%, and leaf weight showed more than 12 percent increase results.

마이컴을 이용한 스마트 실내정원양식 시스템 설계

강승훈 부산외국어대학교 일반대학원 2019 국내석사

The smart indoor garden and aquaculture system aims to build an automated system using the aquaponics system. Aquaponics system has the advantage of being able to build a garden through hydroponics as well as being able to do aquaculture at the same time. The traditional aquaculture system clean up the water by replacing the water, which cause pollution and waste of resources. In this point view we design vertical aquaponic system, in this aquaponics system, the solid from the water is removed with a physical filter and ammonia in the water is converted to nitrate through the biological filter. Nitrate is provided as a major nutrient for plants, enabling hydroponic plant growth. Therefore, this study was designed to establish an automated indoor garden and aquaculture system using aquaponics system.  For this purpose, the system was designed in a vertical structure that could be placed inside the room, and the garden pot was placed on the upper part and the aquarium and filter tank were placed on the lower part to use the space efficiently. The smart indoor garden and aquaculture system has the advantages of minimizing space utilization, saving energy, and reducing waste by adopting a fully closed recycling method, and can also expect additional revenues from crop cultivation. In this paper, we propose a smart indoor garden and aquaculture system using micro-controller. In the proposed smart indoor garden and aquaculture system, the aquaponics system circulates the nutrient solution of the aquarium, the RAS tank, and the flowerpot. The automated control system that controls the state of the nutrient solution through the various sensors and controls the pump and valve is designed. As a result of the verification of the smart indoor garden and aquaculture system proposed in this paper, it was confirmed that the environment suitable for the survival of fish and plants was maintained by monitoring water temperature, DO, pH measured in real time. The water level in aquarium and flower pot was controlled through automatic operation of the electric valve and pump. As a result, we can confirm that a smart indoor garden and aquaculture system using micro-controller is possible.