Introduction
Materials and Methods
조사지 선정
농가 급액 및 배액량 측정
무기성분 분석
Results and Discussion
딸기 수경재배 농가의 급액 및 배액량 분석
급액 및 배액 내 무기성분 변화
딸기 수경재배 농가의 질소와 인의 시기별 배출량 분석
Conclusions
Introduction
우리나라 시설원예 작물의 수경재배 면적은 매년 증가하여 2022년 기준 시설원예 면적 52,808 ha의 8.7%인 4,571 ha를 차지하고 있는데, 이는 5년 전인 2017년 3,552 ha와 비교해 약 22.3% 증가한 수치이다 (KOSTAT, 2024). 수경재배 방식은 작물생육에 필요한 다양한 원소들을 적절한 농도로 용해시킨 액상 형태의 양액 비료를 투입하여 작물을 재배하는 방식으로, 토양재배 방식에 비해 수확량의 품질과 자원의 효율적인 관리로 인해 그 수요는 점점 늘어나고 있다 (Kannan et al., 2022; Son et al., 2023). 수경재배는 파프리카, 토마토, 딸기 등 다양한 작목에서 이루어지고 있으며, 공급되는 양액의 처리방식에 따라 순환식과 비순환식으로 나누어지는데 (Lee and Kim, 2019), 우리나라 대부분의 수경재배 온실은 비순환 방식으로 운영되고 있는 실정이다. 국내 대다수 농가에서 운영되는 비순환 방식은 작물이 흡수하는 것 이외에는 염류가 배지에 집적되지 않도록 배액률을 최대 30% 정도까지 실시하고 있는데 (Son et al., 2019), 작물의 수경재배 시 배액량은 온도, 풍속, 일사량 및 습도 등 환경 요인뿐만 아니라 작물 생육단계에 따라 복합적으로 영향을 받기 때문에 배액량이 20 - 30% 유지되도록 제어하기는 쉽지 않다 (Lee et al., 2020). 최근에는 토양에서의 양분집적량을 분석하여 적정범위의 관비공급량을 설정하는 등 (Lee et al., 2023) 시설재배지 염류 집적에 의한 토양 오염 경감 뿐 아니라, 환경오염, 수자원 부족에 대한 인식의 전환 (Jang et al., 2023) 등의 이유로 수경재배 에서 배액을 절감하고 재활용하고자 하는 농가의 관심이 증대되고 있다.
2022년 경남지역의 딸기 총 재배면적은 2,496 ha로, 경남 과채류 재배면적 8,168 ha의 30.6%를 차지하는 중요한 작목 중 하나이다. 경남 딸기 재배면적 중 44.9%인 1,120 ha가 수경재배 면적으로, 수경재배 면적이 차지하는 비율이 매년 꾸준히 증가하는 추세이다. 딸기 수경재배 농가가 증가하고 있으나 농가 대부분은 단동 위주의 온실 형태로 운영되고 있으며, 급액관리는 일사비례제어 등을 주로 활용하고 있는 파프리카나 토마토 농가와 달리, 재배자의 경험을 토대로 한 타이머 제어 방식이 주로 이루어지고 있다 (Choi et al., 2021). 따라서 딸기 수경재배에서 생육단계별, 일사량에 따른 적정 수분함량과 같은 급액관리의 체계적인 연구자료는 부족한 실정으로 (Kim et al., 2022), 딸기 농가 현실에 적용 가능한 배액 배출 절감 및 재활용 기술개발을 위한 사전 단계로서 수경재배 농가의 급액과 배액 배출 실태 연구가 필요하다. 본 연구는 경남지역 딸기 수경재배 농가의 급액에 따른 배액의 배출량, 양분에 따른 공급효율 및 배출 배액의 질소와 인의 양을 분석함으로써 딸기 비순환 수경 재배 방식에 따른 배액 절감 및 환경오염을 경감할 수 있는 기초자료로 활용하고자 수행하였다.
Materials and Methods
조사지 선정
경남지역 딸기 농가의 시기별 양액공급 실태를 조사하고자 2023년 10월 1일부터 2024년 5월 30일까지 딸기 수경재배 농가 5개소 (Table 1)를 선정하여 수행하였다. 조사지로 선정한 농가는 경남 딸기 주산지인 진주와 하동에 위치한 비닐 온실로 유형별로는 단동형이 4개소, 연동형이 1개소였다. 농가에서 사용한 배지는 코코피트 4개소, 입상암면 1개소였으며, 재식 간격은 평균 17 cm였다. 재배품종은 3개소가 ‘금실’, 2개소가 ‘설향’ 품종이었다. 양액 공급은 4개소가 타이머를 이용한 제어방식으로 정해진 시간에 양액을 공급하였으며, 연동형인 농가 1개소는 외부 광량의 누적량에 따라 양액을 공급하는 방식이었다. 농가의 배양액 조성은 농가별로 2가지 기준액에 의해 조성되었다. 2개소 (SS1, SS2)는 경남농업기술원에서 개발한 딸기 표준배양액 (다량원소 NO3-N 13.00, NH4-N 0.80, PO4-P 4.40, K 6.30, Ca 8.00, Mg 4.00, SO4-S 4.00 mEq L-1; 미량원소 Fe 3.00, B 0.50, Mn 0.50, Zn 0.20, Cu 0.04, Mo 0.04 mg L-1)으로 조성되어 공급되었다. 다른 3개소 (SS3, SS4, MS1)는 네덜란드의 PBG액 (다량원소 NO3-N 11.49, NH4-N 1.0, PO4-P 2.99, K 5.50, Ca 3.25, Mg 2.50, SO4-S 3.00 mEq L-1; 미량원소 Fe 1.12, B 0.27, Mn 0.55, Zn 0.46, Cu 0.05, Mo 0.05 mg L-1)으로 조성되어 공급되었다. 각종 분석에 있어서 온실의 유형, 배지, 재배품종, 양액조성, 양액 공급방법에 따른 차이 및 딸기의 생육과 수량에 대해서는 별도로 검토하지 않았다.
Table 1.
Characteristic of greenhouses in the survey area.
농가 급액 및 배액량 측정
딸기 재배 시 시기별 급액량과 배액량을 측정하기 위하여, 유량계를 농가당 설치하였다. 먼저, 급액량을 측정하기 위하여 딸기가 식재된 재배 베드 중 1베드 (라인)의 양액 공급호스에 유량계를 설치하였으며, 급액 유랑계가 설치된 베드의 배액 배출구에 소형의 배액 집수 장치를 설치한 후 배액이 외부로 배출될 때 배액량을 측정할 수 있도록 유량계를 설치하였다 (Fig. 1). 급액 및 배액량은 평균 10일 간격으로 월 3회 측정하였으며, 측정일 중 마지막 측정일은 월말로 하여, 월별 소요되는 양액 공급량과 배액량을 계산하였다. 양액의 급액 후 배출되는 정도를 파악하기 위하여 배액률을 구하였으며, 배액률은 (배액량 ÷ 급액량) × 100으로 계산하였다 (Choi et al., 2016).
무기성분 분석
양액기에서 급액되는 양액과 소형 집수 장치의 배액은 급액량과 배액량을 측정하는 날 1 L의 멸균채수병에 수집하였다. 수집한 시료는 pH, EC를 비롯하여 T-N, T-P, K, Ca, Mg, SO42-, NO3-N, NH4-N, PO4-P, Na, Cl, Fe, Zn, Cu, Mn, B, Mo, HCO3 등 총 20항목을 수질오염공정시험 방법 (ME, 2000) 및 Standard Methods (APHA, 1998)에 준하여 분석하였다. pH는 pH meter (ORION 3 STAR, Thermo, USA), EC (electrical conductivity)는 EC meter (ORION STAR A211, Thermo, USA)로 측정하였다. 양이온 (K, Ca, Mg, Na), 미량원소 (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo) 등은 각 이온의 표준원액 100 mg L-1을 이용하여 시료를 적정농도로 희석한 후 ICP (Avio 550 Max, Perkin Elmer, USA)로 분석하였다. NO3-N와 NH4-N는 킬달분석법으로 측정하였으며, T-N은 과황산칼륨 (K2S2O8)과 시료를 고압멸균기 처리후 염산을 가하여 자외선 흡광 광도계 (UV-2600, SHIMADZ, Japan)로 측정하였다. T-P와 PO4-P는 과황산칼륨 (K2S2O8)과 시료를 몰리브덴산암모늄과 아스코르빈산 혼액을 가하여 자외선 흡광광도계 (UV-1800, SHIMADZ, Japan)를 이용하여 측정하였다. HCO3-는 중탄산 이온 적정법, SO42-는 비탁법, Cl-은 질산은 적정법으로 분석하였다. 조사 기간의 급액과 배액 속 성분 농도는 월별 구한 농도값을 평균하여 구하였다. 또한 분석된 항목들의 월별 평균 농도에 월별 급액량과 배액량을 각각 곱한 다음, 월별로 합한 뒤 급액과 배액에 포함된 각 성분의 총 함량으로 나타내었다. 구해진 성분별 총량은 각 성분이 급액을 통해 식물에 얼마만큼 사용되었는지를 확인하는 공급효율을 구하는데 사용하였다.
Results and Discussion
딸기 수경재배 농가의 급액 및 배액량 분석
경남 소재 딸기 수경재배 농가에서 2023년 10월 1일부터 2024년 5월 31일까지 8개월간 (244일)의 급액량과 배액량 데이터를 수집하여 분석하였다. 딸기 1주당 평균 급액량과 배액량을 조사하여 단위면적당 평균 재식주수를 구한 다음, 1 ha 면적의 수치로 환산하였다. 딸기 1주당 평균 급액량은 218.5 mL, 배액량은 108.1 mL로, 급액량은 딸기 일일 급액량으로 알려진 200 - 300 mL (RDA, 2019) 수준이었다. 조사 기간 동안 농가별 1 ha 당 공급된 급액은 2,244.0 - 5,918.5 ton으로 평균 4,359.1 ton이었으며, 배출된 배액량은 593.6 - 3,534.4 ton으로 평균 2,156.3 ton이었다 (Table 2). 조사기간 동안의 평균 배액률은 49.5%으로, 흔히 알려진 배액률 30%보다 65.0% 이상 높게 나타났다. 이는 Choi et al. (2021)이 ‘설향’ 딸기에 타이머 제어방식과 100, 150, 250 J cm-2의 적산일사량 기준에 의해 양액을 급액했을 때, 식물체 당 급액량이 각각 220, 249, 230 및 171 mL였으며, 이때의 배액량이 각각 119, 118, 108 및 84 mL로 배액률이 47.0 - 54.1%인 것과 유사한 경향을 확인할 수 있었다. 이는 일일 급액량을 200 - 300 mL 보다 낮은 수준으로 공급하더라도 30% 수준의 배액률 관리가 가능함을 시사한다.
일반적으로 작물 재배 시 적정 이하의 낮은 배액률 관리는 근권부 내의 환경을 변화시키고, 이는 식물체에 스트레스를 주게 되어 광합성 효율을 떨어뜨리며, 작물의 생육, 수량, 품질 감소로 이어진다 (Xu et al., 1997; An et al., 2012; Hwang et al., 2012). 하지만 작물의 배액률은 단순히 공급량에 기인한 것이 아니라 다양하고 복잡한 요인에 의해 영향을 받고 있다. Na et al. (2013)은 같은 수준의 양액을 급액하여도, 일사량이 많고 온도가 높은 환경에서 배액률이 감소한다고 했으나, Jang et al. (2023)은 일사량 변화에 따른 배액 배출량은 반비례 관계가 있으나, 온도와 풍속에 따른 배액 배출량의 상관관계는 찾을 수 없다고 했다. An et al. (2012)은 같은 누적광량 당 총 급액하는 양이 같아도 급액 횟수가 늘고 1회 공급하는 급액량이 적을 때 배액률이 감소한다고 했다. 따라서 단순히 양액 공급량에 따라 배액률을 산정하는 것보다는 다양한 요소와의 상관 관계에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
주기적으로 획득한 데이터를 통해 월 단위로 분석해 보면, 적게는 19.7%에서 최대 66.4%까지 시기에 따라 큰 차이를 보였다. 조사기간 동안 가장 많은 급액 및 배액 배출이 이루어진 시기는 10월로, 1 ha 당 급액량과 배액량은 각각 873.9 및 572.2 ton으로 배액율은 65.5%로 나타났다. 겨울철인 1월과 2월의 급액량은 조사기간 동안 가장 낮았는데, 가장 많은 양액이 급액된 10월 대비 각각 약 44.7%, 42.4% 수준이었다. 10월 이후 급액량이 점차적으로 감소하다 3월 이후부터 다시 증가하기 시작하였으나, 급액량의 증가에도 불구하고 배액율은 감소하였다. 이는 봄철 일사량 증가에 따른 딸기의 생육증진에 따라 식물체의 증산활동이 활발하여 급액된 양액의 대부분이 식물의 생장에 이용됨에 기인한 것으로 판단된다. 평균 급액량과 배액량을 조사기간 244일을 나누어 1일 단위로 계산해 보면, 1 ha당 매일 17.9 ton의 양액이 급액되고, 8.8 ton의 배액이 발생하는 것으로 분석되었다. 조사 농가 중 입상암면 배지를 사용한 농가 (SS2)의 배액률이 코코피트 배지를 사용한 다른 4개소의 배액률이 46.4 - 59.7%인 것에 비해 26.5%로 많은 편차를 보였다. SS2 농가의 급액량은 다른 농가의 평균 급액량 대비 45.9% 수준으로, 적은 급액량의 대부분이 작물의 생육에 사용되었으며, 사용된 입상암면이 코이어와 펄라이트에 비해 보수성이 좋고 (Shin et al., 2022), 배지 함수량이 좋아 (Gaag and Wever, 2005) 배액의 배출량이 코코피트 배지에 비해 적었던 것으로 분석된다. 따라서 배출되는 배액량의 정밀한 산출을 위해서는 배지 종류 등에 따른 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
Table 2.
Monthly irrigation and drainage volume in the studied strawberry farms.
급액 및 배액 내 무기성분 변화
평균 10일 간격으로 월 3번씩 급액과 배액을 수집하여 무기 성분과 pH (Fig. 2) 및 EC (Fig. 3)를 분석하였다. 공급액의 평균 pH와 EC는 각각 6.6, 1.29 dS m-1였으며, 배액은 6.5, 1.53 dS m-1였다. 배액 내의 EC 증가는 양액공급에 따른 무기 성분의 배지 내 집적에 의한 것으로 판단된다. 조사기간 동안 급액과 배액의 월별 다량원소의 무기이온 농도를 분석한 결과는 Fig. 4와 같다. 정식 후 20일 정도가 지난 후인 10월부터 1월까지 NO3-N의 농도는 급액 보다 낮았으나, 이후부터 생육 말기까지는 배액의 농도가 높아져서, 마지막 5월에는 급액농도 72.2 mg L-1보다 배액이 2.4배 가량 높은 175.5 mg L-1 농도로 배출되었다. PO4-P는 급액에 비해 낮은 농도로 배액이 배출되었으나, 4월을 넘어서 배액의 농도가 증가하기 시작하여 5월에는 급액 농도 42.8 mg L-1에 비해 1.7배 높은 수준으로 배출되었다. K 또한 PO4-P와 유사한 패턴을 보였으며, 마지막 달인 5월에는 급액농도 100.3 mg L-1에 비해 1.4배 높게 배출되었다. Ca 및 Mg는 거의 유사한 패턴으로 10월에는 급액과 배액의 농도가 거의 비슷하였으나, 점점 배액의 농도가 높아져 생육 말기에는 각각 2.2배, 2.7배의 농도로 배출되었다. SO42-의 농도는 초기부터 생육 말기까지 급액에 비해 배액의 농도가 높게 배출되었는데, 초기 급액에 비해 1.2배 높았던 배액의 농도가 생육 말기에는 1.9배까지 증가하였다. Jun et al. (2011)에 의하면 딸기의 다량원소의 흡수농도가 정식 후에 급격하게 증가하다 정화방의 수확이 끝나는 즈음 일제히 감소하고 다음 화방 발달 시 재차 증가와 감소의 경향을 보인다고 보고하고 있는데, 이번 농가별 실태에서는 그러한 경향을 찾을 수는 없었다. 이는 아마도 배액의 분석이 10일 간격으로 이루어지고 있는 것에 비해 농가별 딸기 생육에 의한 급배액 농도 패턴의 차이가 이를 상쇄한 것으로 판단된다. 전반적으로 다량원소의 급배액의 무기성분 농도의 변화는 Lee et al. (2019)의 토마토 반촉성 수경재배 시 착과 절위에 따른 급액과 배액의 무기성분 농도변화와 비슷한 결과를 보였다. Na를 비롯한 미량원소 등의 무기이온 농도 분석결과를 보면, Na, Cl은 초기부터 생육 후기까지 배액이 급액에 비해 높은 농도로 배출되었으며, Zn 또한 4월을 제외하고는 Na나 Cl의 변화와 비슷한 경향이었다. Mo, NH4-N, Mn 등은 전기간 동안 급액의 농도가 배액에 비해 높았는데, Fe도 1월과 5월을 제외하고는 비슷한 패턴으로 변화하였으며, B와 HCO3는 시기별 뚜렷한 패턴을 찾기는 어려웠다 (data not shown).
일반적으로 공급된 양액 성분은 일부만 작물에 흡수되고, 대부분의 성분은 배출된다. 수집한 급배액의 분석을 통해 급액된 양액의 양분을 식물체가 얼마나 이용하였는지를 검토하기 위하여 성분별 공급효율을 구하였다(Table 3). 각 성분의 공급효율은 조사기간 동안 ((총 급액량 내의 성분별 총량-총 배액량 내의 성분별 총량) / 총 급액량 내의 성분별 총량)) × 100으로 나타내었다. 조사기간 동안의 T-N, T-P, K, Ca, Mg, SO42- 등의 다량 원소는 각각 47.5, 51.4, 56.3, 36.9, 40.2 및 33.5% 정도만 식물체의 생육 및 생장에 활용되고, 나머지는 배액으로 배출되는 것으로 나타났다. 원수 내 농도가 높으면 염류장해를 유발하는 것으로 알려진 Na (RDA, 2023)의 경우 16.5%만이 이용되고 배출되었는데, 이는 순환식 수경재배 시 집적의 원인이 될 것으로 판단된다. Cu, Zn을 제외한 Fe, Mn, B, Mo 등의 미량원소는 50% 이상의 공급효율을 보였는데, 특히 Mo과 Mn의 83.3 및 90.8%의 높은 공급효율을 나타내었다. NH4-N의 경우 성분의 대부분이 식물 생장에 이용되어 공급되는 양액이 적정한 것으로 나타났으나, NO3-N나 PO4-P의 경우 43.1 및 51.2%만 이용되어, 추후 공급효율을 높이기 위한 적정 양액 공급에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Table 3.
Analysis of irrigation and drainage effluent strawberry hydroponic farm components and supply efficiency rate.
| Item |
Ave. nutrient concentration1 (mg L-1) |
Total amount of nutrients (kg ha-1) |
Supply efficiency rate (%) | ||
| Irrigation | Drainage | Irrigation | Drainage | ||
| T-N | 120.3 ± 19.12 | 132.7 ± 35.4 | 527.1 | 276.9 | 47.5 |
| T-P | 52.2 ± 14.5 | 50.8 ± 18.8 | 222.4 | 108.0 | 51.4 |
| K | 138.1 ± 19.9 | 126.1 ± 18.6 | 594.8 | 259.9 | 56.3 |
| Ca | 127.7 ± 11.8 | 176.5 ± 46.2 | 554.2 | 349.6 | 36.9 |
| Mg | 33.2 ± 3.7 | 43.5 ± 14.2 | 147.3 | 88.1 | 40.2 |
| SO42- | 149.2 ± 32.8 | 240.1 ± 92.7 | 648.1 | 430.8 | 33.5 |
| NO3-N | 95.6 ± 13.3 | 116.6 ± 38.2 | 425.3 | 242.0 | 43.1 |
| NH4-N | 4.82 ± 1.36 | 0.31 ± 0.08 | 20.86 | 0.67 | 96.8 |
| PO4-P | 46.4 ± 12.6 | 44.9 ± 15.5 | 196.5 | 95.8 | 51.2 |
| Na | 13.4 ± 1.1 | 25.6 ± 6.7 | 59.3 | 49.5 | 16.5 |
| Cl | 9.3 ± 3.0 | 11.9 ± 5.4 | 39.9 | 19.0 | 52.4 |
| Fe | 0.67 ± 0.15 | 0.62 ± 0.11 | 3.07 | 1.51 | 50.8 |
| Zn | 0.42 ± 0.09 | 0.46 ± 0.13 | 1.85 | 1.08 | 41.6 |
| Cu | 0.03 ± 0.01 | 0.06 ± 0.02 | 0.14 | 0.12 | 14.3 |
| Mn | 0.43 ± 0.09 | 0.11 ± 0.08 | 1.96 | 0.18 | 90.8 |
| B | 0.22 ± 0.04 | 0.25 ± 0.15 | 0.97 | 0.44 | 54.6 |
| Mo | 0.05 ± 0.02 | 0.02 ± 0.00 | 0.20 | 0.03 | 85.0 |
| HCO3 | 44.7 ± 14.5 | 39.3 ± 8.9 | 174.4 | 73.9 | 57.6 |
딸기 수경재배 농가의 질소와 인의 시기별 배출량 분석
하수도법 시행규칙의 공공하수처리시설의 방류 배출 규정에 의하면 1일 하수처리용량 50㎥ 미만인 소규모와, 1일 하수처리용량 500 ㎥미만 50 ㎥이상인 중규모의 처리장에서 총질소 (T-N)는 각각 40 mg L-1 이하, 20 mg L-1 이하, 총인 (T-P)은 4 mg L-1이하, 2 mg L-1이하로 배출하도록 하고 있다. 조사 지역의 배출되는 평균 T-N과 T-P 농도를 보면 (Table 4) 각각 132.7 mg L-1 및 50.8 mg L-1로 소규모 및 중규모 하수처리시설의 방류 기준보다 T-N은 3.3 - 6.6배 T-P는 12.7 - 25.4배의 높은 수준으로 방류됨을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Jin et al. (2021)이 제시한 시설원예단지의 평균 T-N은 315.40 mg L-1로 경남지역 딸기 수경재배 농가의 배출 농도보다 2.4배가 높았으며, T-P는 45.63 mg L-1으로 경남 딸기 수경재배 농가의 89.8% 수준이었다. 이는 조사대상지가 급액 EC가 높은 파프리카, 토마토, 오이 및 딸기 재배지에서의 배액을 채취한 뒤 평균한 이유에서 기인한다. 또한 Son et al. (2023)의 보고에 의하면 시설재배 농가의 질소(N)는 토마토 441.24 mg L-1, 파프리카 354.42 mg L-1, 오이 309.65 mg L-1, 딸기 156.27 mg L-1로 딸기의 배출농도가 경남지역 딸기 재배지의 질소 배출 농도보다 17.7% 높았으며, 인 (P)은 토마토 52.31 mg L-1, 파프리카 69.82 mg L-1, 오이 40.15 mg L-1, 딸기 20.25 mg L-1로 제시하였으나, 이는 PO4-P의 농도로 단순 비교하기는 어려웠다.
T-N의 급액 및 배액의 농도비를 보면, 2월까지는 공급되는 농도보다 낮은 농도로 배출되었으나, 3월로 접어들면서 공급농도보다 높게 배출되기 시작하여, 전체적인 평균은 급액보다 10.3% 높은 농도로 배출되었다. T-P의 경우 10월을 제외하고는 4월까지 공급농도보다 낮게 배출되었으나, 5월에는 공급 농도에 비해 47% 높게 배출되었다. 배액으로 배출되는 양분을 재사용하기 위한 방법은 인공습지를 만들어 수생식물체를 통해 무기성분을 흡수하거나 (Seo et al., 2011), 배액의 논벼 재배 활용 (Yeob et al., 2021) 등 주로 주로 환경오염 부담을 경감하는 방향으로 연구되어 왔다. 하지만 가장 좋은 재활용 방법은 배액을 다시 원수와 혼합하여 공급하는 순환식 수경재배 방법이다. 하지만 초기 구축비용, 병의 전파에 대한 불안감, 양분의 불균형 등에 의한 수량감소 등은 수환식 수경재배를 어렵게 만드는 요인들이다. 배액의 재사용 시 급액은 배출된 배액과 합쳐져서 EC 농도에 맞춰 급액되는데, 이로 인해 의도한 원수의 양액 조성과는 다른 양분 구성을 가지게 된다. 배액을 재사용 하게 되면, 이온 비율에 변화를 가져오고, 점점 급액의 NO32–의 비율이 증가한다고 하였는데 (Shin et al., 2023), 이는 앞서 언급한 것처럼, 배액의 NO3-N 농도는 생육이 진전됨에 따라 급액 농도보다 높아져, 배액을 재사용하면 할수록 급액 NO3-N의 기준 농도보다 높아지는 것으로 판단된다. 분석에 의하면 1월까지는 배액의 NO3-N가 급액 농도 보다 낮게 배출되어 재사용에 따른 NO3-N의 증가는 없을 것으로 판단되나, 이후에는 배액의 NO3-N의 비율은 증가될 것으로 판단된다. 따라서 멜론처럼 재배기간이 짧은 작물은 양분보정이 없어도 생육에 미치는 영향이 적을 것이나, 파프리카, 토마토, 딸기처럼 재배 기간이 긴 작물에서는 양분 불균형에 대한 보정 및 이에 따른 양액의 성분조성의 고려가 필요할 것으로 판단된다.
Table 4.
Monthly chemical items analysis result of nutrient solution irrigation and drainage for the strawberry farms.
| Classificaion | Item |
’23. Oct. | Nov. | Dec. |
’24. Jan. | Feb. | Mar. | Apr. | May | Ave. |
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Irrigation (mg L-1) | T-N | 129.6 | 112.8 | 128.0 | 124.8 | 121.2 | 128.8 | 140.0 | 77.2 | 120.3 ± 19.11 |
| T-P | 37.8 | 29.3 | 45.7 | 50.5 | 61.9 | 67.3 | 71.1 | 54.3 | 52.2 ± 14.5 | |
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Drainage (mg L-1) | T-N | 112.8 | 100.0 | 105.6 | 107.0 | 120.1 | 144.8 | 186.4 | 184.6 | 132.7 ± 35.35 |
| T-P | 38.7 | 27.7 | 35.2 | 41.1 | 47.9 | 67.1 | 69.0 | 79.8 | 50.8 ± 18.8 | |
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Concentration ratio2 (%) | T-N | 87.0 | 88.7 | 82.5 | 85.7 | 99.1 | 112.4 | 133.1 | 239.2 | 110.3 ± 52.6 |
| T-P | 102.5 | 94.5 | 77.0 | 81.5 | 77.4 | 99.6 | 97.1 | 147.0 | 97.3 ± 22.6 |
월별 배액 배출량과 배출 농도를 이용하여, 외부로 배출되는 T-N과 T-P의 총량을 분석하였다 (Fig. 5). 조사 기간인 8개월 동안의 1 ha 당 배출된 농가별 T-N 총량은 64.5 - 525.7 kg 사이에 분포하고, 평균 총량은 276.9 kg이었다. T-P의 경우 농가별 총량은 17.3 - 237.4 kg, 평균 총량은 108.0 kg으로 농가별 편차가 큰 것으로 나타났다. 농가별 배액의 T-N과 T-P의 총 성분량의 차가 큰 것은 배액에 배출되는 성분의 농도의 차이보다는 월별 배출되는 배액량의 차이에서 비롯된 것으로 판단된다. 조사기간 1 ha 당 T-N와 T-P의 배출 총량은 각각 276.9 및 108.0 kg으로, 이를 조사일수 244일로 나누면 각각 1.13 및 0.44 kg이지만, 가장 많은 T-N과 T-P가 배출된 10월을 기준으로 1 ha 당 1일 평균 배출량으로 환산하면 각각 2.12 및 0.67 kg이 유출된 것으로 분석되었다. 이는 Jin et al. (2021)이 5월을 기준으로 제시한 부하량 T-N 1.5 kg과 T-P 0.2 kg보다 각각 41.3% 및 315.0% 높은 수준이다. 이처럼 부하량 산정 기준월과 배출량이 차이점을 보이는 이유는 부하량 산정방법에 있는데, 부하량은 배액의 배출량과 성분 농도와의 곱으로 나타낸다. Jin et al. (2021)은 연간 총 배출 배액량을 2,597 ton ha-1로 설정하여 1 ha 면적 당 배출 배액에 포함된 원소의 양(kg)으로 환산한 다음, 평균값을 월별 배액량에 곱하여 부하량을 계산하였다. 하지만 본 연구는 월별 배출되는 배액량에 원소의 평균 농도를 곱한 것이 아니라, 매월 변화되는 원소의 농도를 반영하였기에 이러한 차이를 보인 것으로 판단된다. 경남 딸기 수경재배 농가에서 T-N의 배출 농도는 4월 (186.4 mg L-1)과 5월 (184.6 mg L-1)이 10월 (112.8 mg L-1) 대비 1.6배, T-P 역시 5월 (79.8 mg L-1)이 10월 (38.7 mg L-1) 대비 2.1배 높은 농도로 배출되었다. 하지만 배출된 배액량은 10월이 572.2 톤으로 5월인 130.4 톤 대비 4.4배 높아 10월의 부하량이 5월에 비해 높게 나타난 것으로 분석된다. 따라서 시기별 배액의 배출 경향을 고려한다면, 딸기 시설원예단지의 수처리 시설 도입 시 1 ha 기준 최대 질소와 인의 일간 최소 처리 규모는 각각 2.12 및 0.67 kg 이상이 필요하다고 할 수 있다. Kang et al. (2024)에 의하면 양분 과잉 해소와 농촌의 수질보호 개선을 위해서는 농경지 중심의 개인 활동이 강화되어야 한다고 하였다. 따라서 농가에서는 운영하는 재배 온실의 급배액 실태의 정확한 분석이 필요하며, 이를 통해 관리한다면 자원의 낭비를 줄일 뿐 아니라 환경오염을 줄일 수 있는 계기가 될 것으로 판단된다. 본 연구는 향후 딸기 수경재배 농가의 배액 배출에 따른 환경부하 정화를 위한 일간 처리 규모를 산정하는데 있어, 시기별 배액 배출량뿐 아니라 딸기의 양분 흡수에 따른 배액의 농도변화까지 고려하여 분석함으로써 배출에 따른 양분의 최소 처리 용량 산정 및 실태 파악에 현실적인 값을 제시하였으며, 온실 외부로 배출되는 배액의 처리 방안 수립의 기초가 될 것으로 판단된다.
Conclusions
경남지역 딸기 수경재배농가의 배액배출 절감 및 재활용을 위한 사전 방안으로 양액공급에 따른 급액과 배액의 실태를 파악하였다. 농가별 편차가 있었으나, 비순환방식에서 근권부의 안정을 위해 배출되는 것으로 알려진 30%보다 높은 수치인49.5%의 배액률로 배출되고 있었다. 공급되는 양액의 양분 대부분은 50% 미만으로 식물체의 생육에 이용되고 있었다. 가장 높은 배출량을 보인 10월을 기준으로 구한 T-N과 T-P의 일일 평균 ha 당 배출량은 각각 2.12와 0.67 kg으로, 이는 환경오염을 저감하고자 하는 측면에서의 정화시켜야 할 최소 부하량으로 판단된다. 하지만 농가별 편차를 고려해, 가장 높은 배출량을 낸 농가를 기준으로 계산한다면 정화해야 될 부하량은 더욱 높아진다. T-N은 10월 SS1 농가에서 92.7 kg, T-P는 5월 MS1 농가에서 44.1 kg으로 가장 많이 배출되었는데, 이를 일일 정화해야 될 부하량으로 계산하면 ha 당 각각 2.99와 1.42 kg으로, 제시한 부하량에 대비 1.4배 및 2.4배가 높아졌다. 이런 점을 고려한다면 일일 처리할 부하량의 규모는 더욱 커질것으로 판단된다. 최근 진주 진양호 인근 시설원예단지에서는 수생식물을 식재하거나 차집관로를 설치하여 배액을 한 곳에 모아 식생 정화대를 걸쳐 정화시키고자 하고 있으며, 남강댐 상류 지역에서는 폐양액을 회수하여 농경지 및 관내 공원, 녹지, 수목원, 조림 사업지 등에 활용하는 등 배액 배출에 의한 환경 부하량을 감소시키기 위해 노력 중이다. 따라서 이러한 노력의 효과를 높이기 위해서는 정확한 실태 파악이 중요할 것으로 판단된다. 본 연구만으로 경남지역 딸기 수경재배 농가의 배액 배출 실태를 파악하고 해석하기에는 한계점이 존재하기에 보다 다양한 요인을 고려한 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 하지만 본 연구를 통해 딸기 수경재배농가의 급액에 따른 배액의 배출량, 양분에 따른 공급효율 및 질소와 인의 배출 실태를 시기별 분석함으로써 비순환 수경 재배 방식에 따른 배액 실태 및 처리 용량에 대한 현실적 근거를 제시하였으며, 앞으로 관행적으로 높게 배출되고 있는 배액량을 줄이고, 양분의 이용효율 증진을 통한 환경오염을 경감할 수 있는 표준 양액공급법 확립의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
