수경재배 시설원예단지 작물 유형별 배액 특성 및 부하량 평가 연구

진유정(Jin Yujeong),강태경(Kang Taegyoung),임류갑(Lim Ryugab),김현우(Kim Hyunwoo),강동현(Kang Donghyeon),박민정(Park Minjung),손진관(Son Jinkwan) 한국습지학회 2021 한국습지학회지 Vol.23 No.4

본 연구는 시설원예단지에서 배출되는 배액 내 포함된 영양물질의 부하량을 평가하여 양액 재이용방안 및 수처리장도입 설계 등에 활용하고자 하였다. 수경재배 대표 재배 작물을 토마토, 파프리카, 오이, 딸기로 선정하여 총 80 샘플을 수질분석하였다. 분석결과 N, P, K+ , Na+ , Mg2+, Ca2+, Si4 + , HCO3 - , Cl- , S2-, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B 등의 각종 비료성분은 배액 내 매우 높은 농도로 함유되어 있어 수처리 필요성을 확인하였다. 통계분석을 통해 딸기의 배액농도가 토마토, 파프리카, 오이보다 낮은 것으로 분석되었으며, 토마토의 경우 이러한 필수이온 농도가 가장 높으므로비료의 재이용 측면에서는 가치 있는 자원의 대상임을 확인하였다. 시설원예단지 1m2 에서 배출되는 배액의 N과 P의부하량을 분석하였다. N은 1ha 기준 일간 토마토는 4.0kg, 파프리카 3.3kg, 오이 3.0kg, 딸기 1.5kg의 처리용량이 계산되었다. P농도는 일간 토마토 0.5kg, 파프리카 0.6kg, 오이 0.4kg, 딸기 0.2kg을 일간 처리할 수 있는 규모와 용량이 필요하다고 제안하였다. 본 연구를 통해 작물별 시설온실에서 배출되는 배액에 포함된 질소와 인의 양을 평가하여배액에서의 양분적 가치산정을 통한 경제성 분석과 지속가능한 농업을 위한 시설원예단지의 수처리 시설 도입 시 반영해야 할 처리용량 산정 시 이용할 수 있는 기초자료로 활용되길 기대하였다. The purpose of this study was to evaluate the load of nutrients contained in the drainage discharged from the facility horticultural complex and to use them for re-use of fluids and design for introduction of water treatment plants. Representative hydroponic cultivation crops were selected as tomato, paprika, cucumber, and strawberry, and the total number of samples analyzed for water quality was 80. As a result of the analysis, since various fertilizer components such as N, P, K+ , Na+ , Mg2+, Ca2+, Si4 + , HCO3 - , Cl- , S2-, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo and B are contained at very high concentrations in the drainage, the need for water treatment was confirmed. Through statistical analysis, it was analyzed that the drainage concentration of strawberries was lower than that of tomatoes, paprika, and cucumbers. In the case of tomatoes, these essential ion concentrations are the highest, so it was confirmed that they are subject to valuable resources in terms of reuse of fertilizers. The load of N and P of the drainage discharged from the facility horticultural complex 1m2 was analyzed. For N, the daily processing capacity of 4.0 kg of tomatoes, 3.3 kg of paprika, 3.0 kg of cucumbers, and 1.5 kg of strawberries was calculated based on 1 ha. It was suggested that the P concentration needs a scale and capacity that can handle 0.5 kg of tomatoes, 0.6 kg of paprika, 0.4 kg of cucumber, and 0.2 kg of strawberries per day. Through this study, the amount of nitrogen and phosphorus contained in the drainage discharged from the greenhouse of each crop was evaluated to analyze the economy. In addition, it was expected to be used as basic data that can be used to calculate the treatment capacity to be reflected when introducing water treatment facilities in facility horticultural complexes for sustainable agriculture.

전주지역 딸기 재배 온실 겨울철 광 환경 분석

진유정 ( Yujeong Jin ),박민정 ( Minjung Park ),강태경 ( Taegyoung Kang ),임류갑 ( Ryugap Lim ),윤성욱 ( Sung-wook Yoon ),손진관 ( Jinkwan Son ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

시설원예 온실의 딸기 재배 농가에서 작물의 품질과 수량에 영향을 주는 주요 환경요인에는 광, CO₂, 온도 등이 있다. 특히 외부 광량이 적은 겨울철의 경우 광 부족에 의해 기형과 및 병해충으로 인한 작물의 수량과 품질이 저하되며(Choi 등, 2019), 딸기의 경우 겨울철 약광기에 광합성 저하로 생육 60일~90일째 식물체 고사율이 높아져 최대 전체 식물체의 77.8%가 고사하며, 탄수화물 전류량 부족으로 과실 비대 및 품질에 영향이 생기는 것으로 보고되었다(Lee 등, 2019). 따라서 본 연구에서는 겨울철 약광기 온실 내외부 광환경 개선을 위한 기초자료수집을 위해 전주지역 딸기 재배 온실 내 일사량센서(S-LIB-M003, HOBO, USA)와 광합성 광량자속 센서(S-LIA-M003, HOBO, USA)를 설치하여 광환경 및 특성을 분석하였다. 시험 연구 온실은 국립 농업과학원 농업공학부 단동 비닐 온실(피복재, PE 0.1mm)로 폭 7m, 동고3.7m, 측고 1.7m, 길이 29.5m이며 측정 위치는 구조물의 영향을 받지 않고 온실 내부의 광량을 균일하게 얻기 위해 온실 중앙부 및 동서남북 방향 5지점을 선별하였고, ‘20년 11월 1일부터 ’21년 2월 28일까지 10분 간격으로 데이터를 수집하였다. 겨울철 약광기 딸기 온실 광환경 분석 결과 11월부터 2월 온실 내 평균 일사량은 각각 173.8, 163.8, 162.8, 194.9W/m²으로 12월, 1월이 가장 낮은 것을 보였으며 최대 일사량은 279.9, 243.3, 252.8, 285.8W/m²이고, 최소 일사량은 10.3, 48.7, 52.1, 71.2W/m²으로 나타났다. 외부 일사량과 온실 피복재 및 단열재를 통과하여 측정된 내부 일사량을 비교하였을 때 11월에서 2월까지 각각 49.6±3.7, 52.3±1.2, 52.7±2.3, 55.3±5.4%로 평균 약 52.5±2.3%의 감소율을 보였다. 광합성 광량 자속 요인을 살펴보면 11월부터 2월까지 각각 일별 평균 320.3, 273.6, 289.0, 348.5μmol/m²/s으로 나타났으며 11월의 경우 딸기의 광보상점(50μmol/m²/s)보다 낮게 측정되는 경우도 보였으나, 기상영향으로 인해 일사량이 부족했을 것으로 판단된다. 또한 모든 기간에서 광포화점(800μmol/m²/s) 이하의 수치가 측정되어 작물의 광합성에 필요한 광량이 겨울철 동안 부족한 것으로 보인다. 따라서 이는 겨울철 약광기 및 봄철까지 작물의 생산량과 품질 향상을 위한 보광 시설의 필요성을 나타내고 있다.

마이크로버블 및 촉매를 이용한 가축분뇨의 인 제거

장재경 ( Jae Kyung Jang ),진유정 ( Yujeong Jin ),강석원 ( Sukwon Kang ),박윤재 ( Yun Jae Park ),성제훈 ( Je Hoon Sung ),김태영 ( Taeyoung Kim ),강연구 ( Young Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

가축분뇨는 고농도의 유기오염물질과 질소, 인과 같은 영양염류를 포함하고 있어 미처리 된 상태로 배출되었을 때 부영양화와 같은 하천 오염을 유발한다. 따라서 본 연구에서는 마이크로버블과 촉매를 이용하여 가축분뇨 내 인을 처리하고자 하였다. 고액 분리된 가축분뇨는 화학적산소요구량으로 3,000ppm으로 희석하여 이용하였다. 이때 가축분뇨의 인 농도는 49.9±0.1ppm이었다. 폐수는 마이크로버블장치가 장착된 반응기와 촉매가 충진 된 반응기를 각각 2시간씩 순차 순환시키면서 인의 제거 정도를 확인하였다. 초기 2시간 동안은 인은 49.9±0.1에서 36.4±0.5ppm으로 약 27.0% 제거되었으며, 촉매 충진 반응기에서는 10.6±0.6ppm으로 총 78.6%가 제거되는 것이 확인되었다. 이것은 본 연구에서 사용한 Fe/MgO 촉매는 MgO에 3가 Fe를 담지시켜 제조된 것으로 3가 Fe이 용출되어 응집제의 역할을 한 것으로 판단된다. 일반적인 인의 물리화학적 처리 방법은 인산염을 알루미늄이나 3가 철염의 응집제를 사용하여 중성 부근에서 침전시켜 제거하며 (M₃⁺+PO₄³- → MPO₄↓) 이 반응에서 알카리도가 충분하지 못하면 pH저하 현상이 일어나는 것으로 알려져 있다. 그러나 가축분뇨의 경우 알카리도가 높아 pH 저하 현상도 나타나지 않으면서 제거가 되는 것으로 나타났다. 이 연구 결과 마이크로버블과 촉매를 이용하여 가축분뇨 내 인산염 인 제거 효과가 큰 것을 확인할 수 있었다.

수경재배 지하수 활용을 위한 정수 부하량 평가

이태석(Taeseok Lee),손진관(Jinkwan Son),진유정(Yujeong Jin),백이(Yee Paek),장재경(Jaekyung Jang),임류갑(Ryugap Lim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

시설원예 용수 공급을 위한 지하수 정수 요구도 분석

이태석(Taeseok Lee),손진관(Jinkwan Son),진유정(Yujeong Jin),이동관(Donggwan Lee),장재경(Jaekyung Jang),백이(Yee Paek),임류갑(Ryugap Lim) 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.12

본 연구에서는 시설원예 농가 중 지하수 수질에 문제가 있는 농가와 지하수를 원활히 사용하는 농가의 수질성분을 분석하고 비교하였다. 이를 통해, 국내 수경재배 시설을 대상으로 지하수 수질에 따라 양액 재배용 원수로 사용가능성을 평가하였다. 지하수 수질에 문제가 없는 농가의 지하수는 평균적으로 pH 6.61, EC 0.27 dS/m, NO₃-N 7.64mg/L, NH₄<SUP>+</SUP>-N 0.80 mg/L, PO₄-P 0.09 mg/L, K<SUP>+</SUP> 6.26 mg/L, Ca<SUP>2+</SUP> 18.57 mg/L, Mg<SUP>2+</SUP> 4.38 mg/L, Na<SUP>+</SUP> 20.85mg/L, Cl- 18.10 mg/L, S²- 7.97 mg/L, HCO₃- 55.06 mg/L, Fe 0.09 mg/L, Mn 0.01 mg/L, Zn 0.04 mg/L, Cu 0.01 mg/L, B 0.04 mg/L, Si<SUP>4+</SUP> 8.93 mg/L, Mo 0.01 mg/L로 나타났으며, 모두 양액 재배용 원수의 수질기준을 만족하였다. 반면, 지하수 수질에 문제가 있는 농가의 경우 대다수의 항목이 양액재배용 원수의 수질기준을 초과하였다. 이러한 성분분석 결과로 보아 작물재배에 적합하지 않은 수질의 지하수를 정수하여 원수로 사용하는 것은 지하수의 재충전, 토양정화 측면에서 효과가 있다고 판단된다. 본 연구결과를 바탕으로 농업용 정수시스템을 구성한다면 우선처리 대상 항목 및 연계 항목을 추측할 수 있어 설계가 용이할 것으로 판단된다. 또한 이러한 농업용 정수시스템을 정착시킨다면 시설원예 단지에서 직접 지하수를 사용하면서 재충전 및 재이용할 수 있고, 결과적으로 지속가능한 농업과 국토 정화에 이바지 할 수 있는 기본 정보를 제공한다. This study analyzed groundwater quality in hydroponic cultivation facilities. Through this study, the possibility of groundwater use was evaluated according to the quality of the groundwater for hydroponic cultivation facilities. Good groundwater quality, on average, is pH 6.61, EC 0.27 dS/m, NO₃-N7.64 mg/L, NH₄<SUP>+</SUP>-N 0.80 mg/L, PO₄-P 0.09 mg/L, K<SUP>+</SUP> 6.26 mg/L, Ca<SUP>2+</SUP> 18.57 mg/L, Mg<SUP>2+</SUP> 4.38 mg/L, Na<SUP>+</SUP>20.85 mg/L, etc. All of these satisfy the water quality standard for raw water in nutrient cultivation. But in the case of farmers experiencing problems with groundwater quality, most of the items exceeded the water quality standard. As a result of the analysis, it was judged that purifying groundwater of unsuitable quality for crop cultivation, and using it as raw water, was effective in terms of water quality and soil purification. If an agricultural water purification system is constructed based on the results of this study, it is judged that the design will be easy because the items to be treated can be estimated. If a purification system is established, it can use groundwater directly in the facility and for horticulture. These study results will be available for use in sustainable agriculture and environments.

연동형 온실의 온도 정밀제어에 필요한 센싱 구역 분석

강태경 ( Taegyoung Kang ),손진관 ( Jinkwan Son ),박민정 ( Minjung Park ),임류갑 ( Ryugap Lim ),진유정 ( Yujeong Jin ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

최근의 국내 시설원예 산업은 스마트팜, 디지털농업 기술의 확산과 보급으로 세계 최고 수준으로 급성장하고 있다. 시설원예의 스마트팜 및 디지털 정밀농업을 위해서는 작물의 품질과 수량에 영향을 주는 주요 환경 요인인 온도, 습도, 광, CO₂ 등을 세밀하게 관리해야 한다. 국가 정책적인 스마트팜 사업의 일환으로 추진되는 신규 유리온실의 경우 다양한 환경요인이 복합적으로 관리되도록 구조, 제어 등의 기술이 투입되고 있지만, 우리나라에서 가장 많은 비율로 조성 중인 비닐하우스는 센서의 노후, 제어시스템 연동 불일치 등 다소 정밀하지 못한 생육 관리로 운영되고 있다. 따라서 본 연구에서는 연동형 비닐하우스의 온도분포 특성을 정밀하게 관리하기 위해서 필요한 센싱 및 제어기술을 알아보고자 하였다. 연구는 충남 부여의 토마토 10 연동온실(8,265m2)의 온도를 정밀하게 제어하기 위한 센싱의 필요 수량 및 구역을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 총 18구역에 걸쳐 상중하 위치에 총 54개의 Hobo센서를 설치하여 2021. 04. 13. ~ 2021. 05. 27. 까지 40일에 걸쳐 30분 단위로 온도를 측정하였다. 보온 설정온도가 10.5℃로 가동되는 상태에서 최저온도는 2하 구역에서 11.7℃인 반면, 동일시점 10하 구역은 14.7℃로 3.0℃ 높게 분석되었다. 더불어 측정값 전체 중 최저온도는 1상 구역에서 9.2℃로 설정 온도보다 1.3℃가 낮게 측정되는 것을 확인하였다. 최고온도는 6하 구역에서 30.3℃인 반면 동일시점 3상 구역은 34.3℃로 4.0℃ 차이가 확인되었다. 측정기간 전체에서 최고온도는 1상 구역에서 38.1℃로 최저온도와 같은 구역에서 취약함이 확인되었다. PCA Correlation 분석을 통해 작물부와 통로부는 극명한 온도차이가 확인이 되었으며, 작물부에서도 상, 중, 하 구역을 별도로 관리할 수 있는 정밀 센싱 및 제어 필요성이 확인되었다. 더불어 작물부의 평면적 구조에서도 본 연구대상지와 같은 10연동 온실에서는 6구역에서 온도분포가 다르게 분석되는 것을 통계적으로 확인했다. 따라서 센싱 또한 6구역을 별도로 관리하고 제어한다면 에너지 절감을 통한 농가 경제성 향상 및 작물의 품질 향상에 기여할 수 있다고 판단한다. 본 연구는 1차로 연동형 비닐하우스의 필요 센싱 및 제어 구역 파악과 수량 등을 알아보았다. 추후 단동형 비닐온실과 대표적 시설하우스 재배 작물 등에 추가 실험을 거쳐 에너지 절감형 친환경 정밀농업에 기여할 수 있는 연구로 발전시키고자 한다.