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Ⅱ. 원예연구 387
과제구분 기관고유 수행시기 전반기
연구과제 및 세부과제 연구분야 수행기간 연구실 책임자
식물공장 딸기 다단재배 시스템 개발 채 소 ’16～’17농업기술원원예연구과
하태문
식물공장 딸기 분무경 재배 전용포트배지선발
채 소 ’14～’15농업기술원원예연구과
박주현
색인용어 과채류, 식물공장, LED, 분무수경, 연중생산
ABSTRACT
This experiment was carried out to elucidate the optimum culture medium of strawberries ‘Sulhyang’ for year-round production in a aeroponic system. The strawberries were aeroponically cultured at closed type plant factory 20/15℃ (day/night), CO2 1,000ppm and 60～80 % RH) and green house. The medium sources were sponge (T1, the control), hydroball (T2), perlite (T3), coconut coir (T4), or coconut chip (T5) and each medium was filled in the mash pot (∮15cm). In comparing the EC of medium, the average EC of drainage in T4 and T5 was showing from 1.95 dS/m to 2.45 dS/m somewhat higher than other mediums. The buffer capacity of the ambient air temperature changes in T4 was higher approximately by 0.5℃ than that of control (T1). Water content of T4 was 2 times more than control. In plant factory, the growth of strawberry was more accelerated in the T3 compared with control (T1). The number of leaves and diameter of crown in T3 were increased by approximately 1.2 times more than control. Also, the greatest root and leaf length were obtained in T3. In green house, the growth of strawberry was more accelerated in the T4 compared with control (T1). The number of leaves and diameter of crown in T4 were increased by approximately 1.2 times more than control. Also, the greatest root and leaf length were obtained in T4. Therefore, it is estimated that the optimum medium of strawberries aeroponic culture were perlite at plant factory and coconut coir at green house.
Key words : Fruit vegetables, Plant factory, LED, Aeroponic culture, Year round culture
388 2016년도 시험연구보고서
1. 연구목표딸기는 재배면적 6,841ha, 생산액 10,542억 원으로 과채류 중 생산액으로는 1위, 농
림업 생산액 중에서는 8위에 해당하는 경제성이 높은 작목이다(RDA, 2016). 현재 딸
기재배는 온실에서 촉성재배로 ‘설향’, ‘장희’ 등 일계성 품종을 9월에 정식한 후 11월
하순부터 수확을 시작하여 다음해 5월까지 생산하는 방식으로 이루어져 딸기가 생산
되지 않는 시기에는 내수 및 수출물량 공급에 어려움이 있다. 식물공장은 광, 온도,
습도 및 이산화탄소 농도와 같은 환경조건을 인공적으로 제어하여 작물을 연중 계획적으
로 생산하는 시스템으로 연중 안정적인 작물생산이 가능하여 채소 재배의 새로운 대안으
로 조명 받고 있다. 하지만 설치비용과 운영비용 등 높은 초기투자비용에 대한 부담으
로 일반농가로의 보급 및 상용화가 더딘 실정이다.
현재, 식물공장의 경제성 확보를 위해 고부가가치 작물에 대한 다수의 연구가 진행
중이며, 이 중 딸기는 국내 및 해외 수요도가 높고, 단경기에 출하 시 높은 수익을 얻
을 수 있는 작물로 평가되고 있어, 식물공장에 적용 시 부가가치가 높을 것으로 판단
된다. 이에 따라 외부 기상환경에 영향을 받지 않고 고품질의 딸기를 균일하게 생산하
기 위하여 딸기 생육에 적합한 최적 환경에 대한 연구를 통해 안정적인 생산 체계의
확립이 필요하다.
딸기의 뿌리는 크라운에서 발생하는 새 뿌리에 의해서 계속적으로 갱신되며, 새
뿌리의 발생을 촉진시키는 데는 크라운 부위에 수분이 많은 것이 좋다. 한편, 딸기의
뿌리는 산소 요구량이 높기 때문에 정화방 이후의 생육과 수량도 산소공급량의 다소
에 영향을 받는다(Kim, 2015). 그러므로, 딸기의 생육에 적절한 배지는 보수력이 높
으며 배수성이 양호한 것이 좋다고 할 수 있다. 또한, 식물공장 내에서 일반상토를
대신한 인공배지를 사용하는 것이 병해충 발생으로 인한 손실을 줄일 수 있다.
본 시험은 식물공장 또는 시설온실 내 딸기 연중 생산을 위해 분무경 재배에 적합
한 배지를 선발하고자 수행하였고, 다양한 배지재료를 선정하여 통기성, 보습성 등 재
료의 특성과 딸기 생육특성을 조사한 결과를 보고하고자 한다.
2. 재료 및 방법가. 밀폐형 식물공장 딸기 분무경 재배 적합 배지 선발
본 연구는 경기도농업기술원내 컨테이너형 식물공장에서 수행되었다. 공시작물로
일계성 딸기 ‘설향’을 재배장치에 정식 후 원예연구소 딸기양액(0.8-1.0-1.3-1.3dS/m)
을 분무수경방식으로 공급하였다. 배양액은 주 1회 보정하였고, 재배상의 환경조건은
광주기 주야 10/14hr, 온도 주야 20/15℃, 이산화탄소 농도 1,000ppm, 상대습도 60∼
70%로 유지하였다. 시험에 사용된 광원은 Red:Blue 비율이 3:1인 식물전용 LED를
Ⅱ. 원예연구 389
광량 PPFD 300μmol·m−2·s−1로 조사하였으며, 직경이 15cm인 망포트에 스펀지(T1),
하이드로볼(T2), 펄라이트(T3), 코코넛코이어(T4), 코코넛칩(T5)을 충진하여 뿌리를
세척한 딸기를 정식하였다(그림 1). 배지에 따른 딸기의 생육 특성을 조사하기 위하
여 생육기간(2016년 5월 10일～10월 11일)동안 지상부 생체중과 초장, 엽장, 엽수, 엽
면적, 과실수량을 조사하였으며, 배지별 이화학적 특성 및 배지별 온도 및 수분량을
측정하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하
여 ANOVA(analysis of variance) 및 Duncan’ multiple range test(DMRT)를 실시하
여 5% 유의수준에서 처리 간의 유의성을 검정하였다.
T1:스펀지 T2:하이드로볼 T3:펄라이트 T4:코코넛코이어 T5:코코넛칩
그림 1. 배지별 딸기정식
나. 온실 딸기 분무경 재배 적합 배지 선발본 연구는 경기도농업기술원내 한국형유리온실(9.6×16m)에서 수행되었다. 공시작물
로사계성딸기 ‘고하’를재배장치에 2016년 7월 1일정식후 여름철 고온기를 극복하기 위해
양액냉각기를 이용하여 20℃로 냉각된 원예연구소 딸기양액(0.8-1.0-1.3-1.3dS/m)을 분무수
경방식으로 주간 10분 간격으로 5분, 야간 30분 간격으로 10분 공급하였다. 또한, 단
위면적당 생산량을 높이기 위해 스티로폼 분무수경 베드(0.3×6m)를 이용하여 2단의
다단식 재배장치를 설치하였고 다단 재배장치에는 상단부와 하층부에 식물재배용 형
광등(38W)를 설치하여 10시간(08:00∼18:00) 보광 하였다. 직경이 15cm인 망포트에
스펀지, 하이드로볼, 펄라이트, 코코넛코이어, 코코넛칩을 충진하여 뿌리를 세척한 딸
기를 정식하였다. 배지에 따른 딸기의 생육 특성을 조사하기 위하여 생육기간동안
지상부 생체중과 초장, 엽장, 엽수, 엽면적, 과실수량을 조사하였으며, 배지별 이화학
적 특성 및 배지별 온도 및 수분량을 측정하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS
9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 및
Duncan’ multiple range test(DMRT)를 실시하여 5% 유의수준에서 처리 간의 유의
성을 검정하였다.
390 2016년도 시험연구보고서
3. 결과 및 고찰가. 밀폐형 식물공장 딸기 분무경 재배 적합 배지 선발
배지별 이화학적 특성은 표 1과 같다. 무기배지인 스펀지(T1)을 비롯한 하이드로
볼(T2), 펄라이트(T3)에서는 침출수에서 무기성분이 거의 검출되지 않았으나, 유기배
지인 코코넛코이어(T4)와 코코넛칩(T5)에서 인과 칼륨의 함량이 높아 사용 전에 침
적 탈수 과정을 선행하여 배지 내 인과 칼륨 함량을 낮출 필요가 있음을 확인 할 수
있었다. 이러한 경향은 코코넛 코이어 배지에서 높은 수준의 칼륨함량을 보여 1～4
회 이상의 침적 탈수 과정이 필요하는 보고와 일치하였다(MAFRA, 2009).
표 1. 배지별 이화학적 특성
처리 pH EC(dS/m)
N(ppm)
P(ppm)
K(ppm)
T1 스펀지 5.4 - 7.2 0.4 -
T2 하이드로볼 5.7 0.03 7.7 0.7 -
T3 펄라이트 5.7 0.06 8.6 1.1 -
T4 코코넛코이어 5.7 1.95 11.6 65.8 208
T5 코코넛칩 5.7 2.45 9.3 71.7 358
배지의 최고·최저 온도 차이는 T1>T2>T3>T5>T4 순으로 나타났고, T1에서 변화
폭이 5.2℃로 가장 컸고, 변화폭이 가장 작은 배지는 T4로 2.3℃로 나타났다. 딸기의
경우 근권부 온도가 13～23℃범위에서는 고온일수록 흡수 작용이 촉진되기 때문에
잎 등 지상부 생육은 촉진되고, 저온일수록 호흡 작용에 의한 소모가 적어지기 때문
에 뿌리의 생육은 촉진된다. 그러나, 주간의 배지온과 야간의 배지온의 차이가 클 경
우에는 생육이 떨어지는 경향을 보인다고 보고된 바 있으며(Park, 2006), 밀폐형 식
물공장에서 재배할 경우 완충능이 우수한 T3, T4, T5가 배지로 사용함이 적합할 것
으로 판단된다.
Ⅱ. 원예연구 391
그림 2. 배지별 온도 변화
또한, T4가 초기수분 보유량이 높고 시간경과에 따른 수분량의 변화폭이 작아 수분
완충력이 우수하였다(그림 3). 딸기의 엽수와 관부직경이 T3에서 T1보다 1.2배 증가
하였고, 지하부 생육도 T3에서 가장 우수하였다(표 2., 주당 과실수량은 T3에서
420g으로 T1 대비 약 20% 증가하였다(표 3). 이는 고설수경재배에서 펄라이트 배지
에서 딸기의 초기 및 후기생육과 과실수량이 펄라이트 배지에서 높았다는 보고와 일
치하였다(MAFRA, 2005). 무기성 배지인 펄라이트는 규산질의 화산암 일종인 진주암
을 1000℃이상으로 가열하여 팽창시켜 매우 가볍고 많은 기포를 가진 입자로 만든
배지로 공극량이 많고 가볍고 통기성과 투수성이 뛰어나고 재배기간이 경과함에 따
라 보수성이 높아지는 특성이 있어(Lee, 2006), 공중습도가 80%이상 유지되는 밀폐
형 식물공장에서 딸기의 배지온도와 수분함량 유지에 적합한 배지인 것으로 보인다.
그러나 펄라이트 배지는 완충능력과 CEC가 낮기 때문에 근권 내 배양액의 pH변화
가 심하게 나타날 수 있으므로 관리에 주의가 필요하다.
그림3. 배지별 수분함량 변화
392 2016년도 시험연구보고서
표 2. 배지별 딸기 생육특성
처리
초장(cm)
엽장(cm)
엽폭(cm)
엽수(개)
엽록소(SPAD)
관부직경(mm)
지상부(g/주)근장(cm)
지하부(g/주)
생체중 건물중 생체중 건물중
T1 24.7 b 14.1 20.8 13.0 b 44.0 ab 14.0 63.2 15.5 45.5 42.9 6.1
T2 23.7 b 14.6 20.8 8.3 b 39.0 b 13.9 49.7 11.5 49.2 35.9 5.2
T3 30.1 a 15.1 21.3 20.7 a 46.5 a 14.1 81.6 19.6 64.0 49.7 7.2
T4 26.4 b 14.6 22.2 14.3 a 42.8 ab 14.1 75.2 17.1 51.7 42.5 6.8
T5 24.4 b 14.6 22.8 10.7 a 44.7 ab 13.9 69.8 15.1 53.0 45.8 7.2
♩T1: 스펀지, T2: 하이드로볼, T3: 펄라이트, T4: 코코넛코이어, T5: 코코넛칩
♪DMRT at 5% level
표 3. 배지별 딸기 수량 및 품질
처리
과실특성주당수량(g/주)
수량(g/m2)
상품비율(%)*과장(mm)
과경(mm)
당도(brix)
과중(g) 상 중 하
T1 34.3 19.4 c 9.5 10.5 350 c 4619.7 6.3 75.0 18.7T2 35.7 23.5 b 9.7 9.9 375 b 4949.6 8.0 72.0 20.0T3 35.1 33.5 a 10.6 12.6 420 a 5543.6 14.3 78.6 7.1T4 35.3 27.6 b 9.9 11.7 401 b 5292.8 11.1 77.8 11.1T5 33.5 22.4 b 8.9 10.7 396 b 5526.8 15.6 59.4 25.0
♩T1: 스펀지, T2: 하이드로볼, T3: 펄라이트, T4: 코코넛코이어, T5: 코코넛칩
♪상품비율 : 상(과경 40mm 이상), 중(과경 30∼40mm), 하(과경 30mm이하)
DMRT at 5% level
T1 T2 T3 T4 T5
밀폐형 식물공장 딸기 재배 배지에 따른 딸기 생육
그림 4. 식물공장 분무경 재배 시 배지별 딸기 생육
Ⅱ. 원예연구 393
나. 온실 딸기 분무경 재배 적합 배지 선발
배지의 최고·최저 온도 차이는 T1에서 7.5℃로 가장 컸고, 변화폭이 가장 작은 배
지는 T4로 4.8℃로 나타나 대기온도 변화에 따른 완충능은 코코넛코이어가 우수한
것으로 보이며(그림 5), 초기수분 보유량이 높고 시간경과에 따른 수분량의 변화폭이
T4에서 가장 작아 수분완충력이 우수한 것으로 나타났다(그림6). 정식 후 딸기의 엽
수와 관부직경이 T4에서 T1보다 1.2배 증가하였고, 지하부 생육도 T4에서 가장 우
수하였으며(표 4), 주당수량이 6.4g으로 T1 대비 약 36% 증가하였다(표 5).
딸기는 뿌리 특성상 산소 요구량이 많아(Jun 등, 2011) 통기성이 좋은 유기배지의
사용이 증가하고 있는 추세이다. 최근에 가장 많이 사용하고 있는 배지는 코이어 배
지이다. 딸기를 피트모스배지, 암면 배지, 화산응회암배지, 코이어 배지에 각각 재배하
여 지상부 생육과 수량을 비교하였을 때, 코이어 배지가 작물의 생육과 수량 면에서
우수하다는 연구결과(Colla 등, 2002; Nafiye와 Hamide, 2015)와 비닐온실에서 코코피
트 배지에서 재배했을 때 엽수, 엽장이 우수하다는 보고와 일치하였다(Jun, 2005).
그림 5. 배지별 온도 변화
그림 6. 배지별 수분함량 변화
394 2016년도 시험연구보고서
표 4. 배지별 딸기 생육특성
처리초장(cm)
엽장(cm)
엽폭(cm)
엽수(개)
엽록소(SPAD)
관부직경(mm)
지상부(g/주)근장(cm)
지하부(g/주)생체중
건물중 생체중 건물
중T1 23.6 9.9 14.7 18.3 a 45.3 a 11.1 35.7 8.4 37.8 b 14.7 2.6
T2 22.7 8.2 13.5 11.7 b 44.3 b 11.4 24.7 6.9 33.2 b 8.7 2.8
T3 22.3 9.4 13.1 14.3 a 45.9 a 11.7 27.7 7.0 40.2 a 15.7 3.7
T4 25.7 9.5 13.9 18.5 a 45.2 a 12.3 37.8 8.9 45.8 a 16.0 3.8
T5 25.2 9.1 14.3 15.0 ab 43.7 b 12.5 37.0 9.6 41.0 a 14.7 3.5
♩T1: 스펀지, T2: 하이드로볼, T3: 펄라이트, T4: 코코넛코이어, T5: 코코넛칩
♪DMRT at 5% level
표 5. 배지별 딸기 수량 및 품질
처리과실특성
주당수량(g/주)
수량(g/m2)
상품비율(%)*
과장(mm)
과경(mm)
당도(brix)
과중(g) 상 중 하
T1 31.4 b 19.8 b 7.7 7.9 63.2 c 573.9 - 50.0 50.0
T2 29.1 c 21.7 a 7.4 9.5 66.5 c 603.8 - 92.3 7.7
T3 29.1 c 21.3 ab 7.1 10.2 81.6 b 740.9 20.0 50.0 30.0
T4 35.7 a 22.0 a 8.8 9.6 86.4 a 784.5 33.3 41.7 25.0
T5 28.4 c 18.5 b 8.0 8.5 76.5 b 694.6 16.7 66.7 16.6
♩T1: 스펀지, T2: 하이드로볼, T3: 펄라이트, T4: 코코넛코이어, T5: 코코넛칩
♪상품비율 : 상(과경 40mm 이상), 중(과경 30∼40mm), 하(과경 30mm이하)
DMRT at 5% level
온실 분무경 베드 딸기 재배 배지에 따른 딸기 생육
그림 5. 온실 분무경 재배 시 배지별 딸기 생육
T1 T2 T3 T4 T5
Ⅱ. 원예연구 395
4. 적 요딸기 분무경재배에 적합한 배지를 선정하기 위하여 식물공장 및 온실에서 시험한
결과는 다음과 같다.
가. 식물공장에서 딸기의 생육은 T3(펄라이트)에서 가장 우수하며, 주당수량이
420g으로 T1(스펀지) 대비 약 20% 증가하였으며, 온실에서는 T4(코코넛코이
어)에서 주당수량이 86.4g으로 T1(스펀지) 대비 약 36% 증가하였다.
나. 식물공장과 온실에서 최고·최저 온도 변화폭이 가장 작은 배지는 T4(코코넛코
이어)로 대기온도 변화에 따른 완충능이 가장 우수하였다.
다. 또한, T4(코코넛코이어)가 초기수분 보유량이 높고 시간경과에 따른 수분량의
변화폭이 작아 수분완충력이 우수하였다.
5. 인용문헌Colla, G., F. Saccardo, E. Rea, F. Pierandrei, and A. Salerno. 2002. Effects of
substrates on yield, quality and mineral composition of soilless-grown cucumber.
Acta Hort. 614:205-209.
Jun, H.J. 2011. Characteristics of inoranic ion absoprtion of strawberries cultivated
in closed hydroponic system with different substrates. Journal of
Bio-Environment Control. 20:33-39.
Kim, M, 2015. The effects of off-time duration between irrigation cycles and the
end-time of irrigation hours on drainage ratio, water and fertilizer use
efficiencies, and yield in coir substrate hydroponic system for strawberry
cultivation by a FDR (Frequency Domain Reflectometry) sensor.
Lee, S. K.. 2006. Mineral composition in substrate and solution drained from
different substrate for hydroponic cultivation of strawberry.
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA). 2005. Development of
an elevated-bench hydroponic system and its media for ergonomic and
environment friendly strawberry cultivation. Korea (in Korean).
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA). 2009. Development of
coconut coir as a soilless culture substrate and commercial growing of fruit
vegetables and rose in organic substrate culture with coconut coir.
Nafiye, A., and S. Hamide. 2015. Effect of planting systems and growing media
396 2016년도 시험연구보고서
on earliness, yield and quality of strawberry cultivation under soilless culture.
Not. Bot. Hort. Agrobo. 43(1):204-209.
Park, J.W.. 2006. A fundamental study on managing medium temperature of the
elevated-bench hydroponic system for strawberry cultivation.
Rural Development Administration (RDA). 2016. Development of cultivation
technique for domestically developed strawberry cultivars. Korea (in Korean).
6. 연구결과 활용제목○ 딸기 분무경 전용포트 및 배지 (영농활용)
7. 연구원 편성
세부과제 구분 소속 직급 성명 수행업무참여년도’16
식물공장 딸기 분무경재배전용포트배지선발
책임자 원예연구과 농업연구사 박주현세부수행
총괄○
공동연구자
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농업연구관
농업연구사
″
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농업연구관
″
하태문
이정혜
황규현
이상우
이해길
서명훈
시험수행
자료조사
자료조사
자료조사
결과검토
결과검토
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