가. 정의

수경재배란 토양 대신에 작물 생육에 요구되는 무기양분을 적정 농도로 용해시킨 배양액으로 작물을 재배하는 형태를 말하며 토양에서 작물을 재배하는 것과는 달리 퇴비를 사용하지 않고도 균일한 시비가 가능하며 작물의 생육속도를 어느 정도 조절할 수 있는 장점이 있다. 그러므로 배지와 배양액 이외의 조건만 균일하게 유지할 수 있다면 고른 작물 생육을 기대할 수 있다. 토양재배는 작물의 뿌리가 토양 속에서 발달하여 그 속의 영양분을 흡수하고 부족한 양은 인위적으로 유기성분의 퇴비 또는 화학비료를 보충하여 재배하는 데 비해서 수경재배는 인위적으로 만든 배양액을 이용한다는 것이 근본적으로 다른 점이라고 할 수 있으며 과학적인 근거에 의해 조성된 배양액으로 작물의 생육을 제어한다는 것이 수경재배 기술의 큰 특징이다.

나. 수경재배 시설 및 장치

수경재배 시설은 재배방식에 따라 여러 가지로 달라지지만 기본적으로는 작물을 지지하고 근권의 환경을 관리할 수 있는 재배조, 배양액을 조제하고 공급하는 배양액 급여장치, 그리고 자동화 부대설비가 필요하다. 재배방식을 선정할 때는 작목에 맞는 가장 적절한 방식을 결정하고 경제적인 여건에 맞고 가능한 한 관리작업이 자동화될 수 있는 설비로서 안전하고 수리 및 보수가 용이한 시설과 장치를 갖추는 것이 좋겠다. 그리고 앞으로의 환경오염 문제를 고려하면 배양액의 누출이 없는 폐쇄식의 순환형으로 하는 것이 바람직할 것이다. 현재 국내의 양액재배 시설은 분무경, 수경, 고형배지경의 방식이 지역과 제조회사에 따라 다양하게 보급되어 있다.

(1) 재배조

재배조는 베드라고 하며 박막양액재배(NFT, nutrient film technique) 방식에서는 배양액의 깊이를 얕게 하여 뿌리의 일부는 공기 중에 노출시켜 산소공급이 원활하도록 하여주므로 채널이라고도 하는데 수경재배에서의가장 기본적인 시설로 식물을 지지하고 뿌리환경을 제어하는 부분이다. 재배방식에 따라 다양한 재료와 규격이 있으며 농가마다 적절한 재료를 이용하여 작업에 편리한 크기로 만들 수도 있다. 근래에 가장 많이 제품화된 재배조의 재료로는 스티로폼과 플라스틱필름 등을 들 수 있다.

(2) 양액탱크

양액탱크는 재배조에 보낼 배양액을 저장하고, 재배조에서 배출되는 배양액이 모이는 곳으로 저액조라고도 한다. 양액탱크의 크기는 박막양액재배 방식에서는 10a당 1일 3~4톤, 담액식에서는 10~12톤 정도가 적당하다. 양액탱크의 크기는 경제적인 문제와 밀접한 관련이 있으나, 가능하면 큰 양액탱크가 안정되고 배양액의 변화도 적다고 할 수 있다. 플라스틱 양액탱크를 이용하는 경우에는 하우스를 설치하기 전 양액탱크를 미리 매설해야 작업이 편리하다. 작업의 편리성이나 재배면적의 효율적 이용, 그리고 배양액 온도의 변화 등을 고려하면 땅 속에 양액탱크를 매설하는 것이 좋다. 구덩이를 판 후에는 가능하다면 방수시설을 하는 것이 좋은데 지하수위가 낮은곳에서는 장마기에 양액탱크가 떠오르는 수가 있기 때문이다. 또 양액탱크를 묻을 때에는 재배조의 수위를 고려하여 높이를 잘 조절해야 한다.

(3) 배양액 급여장치

배양액의 급여방법은 수경재배의 여러 방식에 따라 달라지지만 기본적으로 양액탱크 또는 베드의 배양액을 펌프에 의해서 강제적으로 공급한다. 분무경은 펌프를 통해서 배양액이 분사노즐로 공급되고, 수경은 배양액의 공급구와 배출구를 두어 펌프로 순환을 시키며, 고형배지경은 수경과 비슷한 방식이거나 점적관수로 배양액을 공급한다. 배양액을 공급하기 전에 먼저 적정한 농도(EC, 전기전도도)와 산도(pH)의 배양액을 만들어야 하는데, 이는 두 가지 방식으로 나눌 수가 있다. 첫 번째 방식으로는 양액탱크에 적정량의 물을 채우고, 배양액 조성표를 참조하여 비료염을 녹여 적정 배양액을 조제하여 공급하는 것을 들 수 있다. 또 다른 하나는 배양액 자동 희석장치를 이용하여 물과 농축 배양액을 적절하게 희석하여 공급하는 방식이다. 앞의 방식은 큰 용량의 탱크가 필요하고 주기적으로 배양액 조제를 해야 하는 번거로움이 있으나 정확하고 균일한 배양액을 만들 수 있다. 뒤의 방식은 자동희석장치가 고가이므로 경제적인 부담은 있으나, 다량의 농축배양액을 만들어 놓고 필요한 만큼 희석하여 사용할 수 있으므로 자동화로 인해일손을 크게 덜 수 있다는 장점을 가지고 있다. 배양액 공급량의 조절에 이용되는 자동화의 방식으로는 여러 가지가 있는데 첫째, 타이머에 의한 방법으로 필요한 양을 하루 몇 회로 나누어 공급하는 방법과 둘째, 수분센서를 배지 내에 설치하고 전기저항으로 변환하여 배양액을 수시로 공급하는 방법 셋째, 일사량을 기준으로 하여 적산일사계로 공급량을 자동으로 조절하는 방법 등이 있다.

배양액 급여 장치에는 이외에도 전자변과 배양액 여과장치, 배양액 온도조절장치, 산소공급장치, 수위조절장치, 급액 및 배액장치 등이 있다.

(4) 자동화 부대시설

갈수록 인력난이 심해지는 농가현실에 있어서 재배시스템의 자동화는 매우 절실하게 요구되는 부분이다. 시설 내 환경관리의 자동화와 함께 수경재배 시설에는 배양액의 자동조제장치, 자동급액장치, 배양액의 산도(pH) 및 농도(EC, 전기전도도)의 자동조절장치, 그리고 나아가서는 자동수확 장치까지도 개발해야 할 것이다.

다. 배양액

관행의 선인장 재배방식은 돈분과 모래를 1:1의 비율로 혼합해 재배용토로 사용하고 있어 용토조제 및 교체 시 악성노동이 수반되며 연작장해 등의 문제점이 대두된다. 선인장을 수경재배할 경우 관행의 용토를 사용하지 않아 이러한 문제점이 해결될 수 있는데, 수경재배 시 사용되는 용토로부터 공급되는 양분은 거의 없어 접목선인장에 적합한 배양액을 선정하여 사용하는 것이 필수적인 조건이다.

(1) 배양액 조성

배양액의 조성에 관해서는 1860년에 사크스(Sachs)가 발표한 이래 많은 연구자들에 의해 개선되어 왔다. 일본에서는 1960년대에 일본 원예시험장의 야마자키와 호리가 역경재배용으로 개발한 원시표준액과 1968년에 야마자키가 작물에 따른 수분감소량(W)과 흡수성분 농도(N)를 측정하여 배양액 보충 시에 비료를 보충해 주어 일정한 농도를 유지할 수 있도록 한 흡수성분 농도비(N/W)에 의한 배양액 조성방법이 널리 사용되어 왔다. 국내에서는 1950년대에 청정채소 재배를 위해 개발한 농시표준액이 처음 발표된 이래 1980년대에 들어서 다용도 균형배양액을 개발하여 엽채류 및 과채류에 대한 적용시험과 특성 등을 구명하여 실용화되었다. 또한 국내의 비료 회사에서도 수경재배 배양액 전용비료 ‘원더그로’를 개발하여 상용화되었다. 1990년대에는 채소류를 비롯한 화훼류에도 배양액 전용 비료가 개발되어 국내에서도 양액재배기술이 정착단계에 접어들면서 수경재배 농가가 급증하게 되었다.선인장 또한 수경재배를 함으로써 토양재배에 비해 생육이 촉진되고 무균배지에서 생육하여

병에 적게 걸리는 이점이 있는데, 경기도농업기술원 선인장연구소가 1995년 네덜란드의 온실작물연구소 표준양액 중에서 접목 선인장에 적합한 것을 선발하여 ‘선시액’으로 명명한 선인장 표준배양액의 조성비율은 다음과 같다.

(2) 배양액 만드는 법

배양액을 만들기 전 시약은 화공약품 판매점에서 구입하되 가능한 순도가 높아 불순물이 적고 값이 싼 비료염을 선택한다. 필요한 비료염은 미리 저울에 달아 비닐봉지에 담아둔다. 이때, 비료가 공기 중의 습기를 흡수하여 녹는 현상이 강한 질산칼슘과 같은 것은 필요한 양을 덜어내고 바로 밀봉하여 보관해야 수분흡수에 따른 무게의 오차를 줄일 수 있다. 배양액 저장탱크에 들어가는 물의 양보다 10% 정도 적은 양의 깨끗한 지하수를 받아 채우고 순환시켜 놓는다. 비료염은 순서대로 한 종류씩 플라스틱 통에 넣어 잘 용해시켜 저장 탱크에 넣는데 다음 종류의 비료염도 같은 방법으로 반복한다. 그러나 만약 잘 용해되지 않거나 농도가 너무 진한 것을 한꺼번에 넣게 되면 침전물이 생길 수 있으므로 주의한다.

미량요소 중 킬레이트철(Fe-EDTA)은 양이 많은 편이기 때문에 따뜻한 물에 잘 녹여서 단독으로 넣지만 그 외의 미량 원소들은 양이 극히 적으므로 저울에 달기가 어렵다. 따라서 일반적으로 상기의 표기량을 100배 정도로 많게 저울에 달아 한꺼번에 진한 농도로 혼합하여 보관해 놓고, 배양액을 만들 때나 보충할 때 소요량의 1/100씩만 넣어주면 된다. 다량원소도 100배 농축배양액을 만들어 희석하여 사용해도 편리하지만 농축배양액을 보관하는 탱크와 배양액 자동희석장치를 갖추어야 한다. 농축배양액은 화학반응이 일어나지 않는 두 종류로 구분하여 분리 보관해야 하는데 Ca(NO3)2·4H2O와 EDTA FeNa·3H2O 농축액은 KNO3 농축액을 제외한 다른 농축액과 섞이지 않도록 하여 침전을 방지한다. 모든 비료염의 용해와투입이 끝나면 배양액을 5~10분 정도 순환시킨 후 전기 전도도(EC)와 산도(pH)를 측정하여 적정농도가 되었는가를 확인할 필요가 있다.

(3) 배양액의 농도와 교체

배양액 속에 녹아 있는 양이온과 음이온의 비료성분의 합을, 전기가 통하는 정도를 기준으로 나타낸 배양액 농도의 측정지표가 EC(electric conductivity, 전기전도도)이다. 배양액의 EC는 편의상 mS/cm(S : Siemens)또는 dS/m를 사용하여 나타낸다. 즉, 비료 성분이 많으면 전기가 잘 통해서 EC의 값이 높아지고, 반면에 비료성분이 적으면 EC의 값이 낮아진다. EC는 배양액 내 양분의 전체 농도를 나타내므로 각 원소별 농도는 알 수 없으며, EC는 적당한데 작물의 생육이 이상할 경우에는 각 성분별 균형이 맞지 않을 가능성이 많으므로 배양액 분석을 할 필요가 있다. 일반적으로 대다수의 작물은 EC 1~3mS/cm에서 정상적인 생육을 한다. 지하수를 이용할 때 선시 표준액의 전기전도도(EC)는 2.3mS/cm 내외로 용수의 전기전도도와 배양액의 온도에 따라 달라질 수 있으나, 배양액 사용기간이 경과할수록 특정 무기성분의 축적과 소비 및 작물 뿌리에서의 유기산 배출 등으로 EC값이 높아진다.

작물생육에 적합한 배양액의 pH는 약산성인 5.5~6.5 정도이지만 일반적으로는 5.0~7.0의 범위라면 생육에 큰 영향이 없다. 그러나 pH가 7.0 이상으로 높으면 Fe, Mn 등의 미량원소가 흡수 저해를 받아 결핍증을 일으키고 pH가 4.0 이하의 강산성 상태로 되면 K, Ca 및 Mg 등의 흡수가 어렵게 되어 생육이 불량하게 된다. 적정 농도(EC)와 산도(pH)의 선시표준액이라도 사용기간 30일 이내에 새로운 배양액으로 교체하여 부족한 양분을 보충해 주어야 한다.

라. 고형배지경

수경재배는 작물을 지지하는 방법에 따라 수경과 고형배지경으로 대별하는데, 고형배지경은 뿌리를 지탱하는 물질로 고형배지를 사용하여 배양액을 공급해서 키우는 방법으로 배지종류에 따라 무기물 배지와 유기물 배지로 나눈다. 무기물 배지는 펄라이트(perlite), 암면(rockwool), 모래(sand), 자갈(gravel), 폴리우레탄(polyurethane), 버미큘라이트(vermiculite) 등이 이용 되고, 유기물배지는 피트모스(peatmoss), 코이어(coir), 왕겨(rice hull), 훈탄(carbonized rice hull) 등을 이용하고 있다. 고형배지경은 이들 배지의 이름을 따서 펄라이트경(perlite culture), 암면경(rockwool culture) 등으로 부르는데이들 배지를 혼합해서 사용하는 경우를 혼합배지경(mixture substrate

culture)이라 한다. 최근에 친환경 배지에 대한 관심이 높아지면서 자연에서 얻어지는 유기질 고형배지로 사용하는 경우가 늘어가고 있는데, 유기배지는 토양에 환원하면 부숙이 쉽고 식물에 유용한 퇴비화가 가능하기 때문이다.

(1) 적정 배지의 선택과 배양액 공급

접목선인장은 연작 시 병해발생이 심하여 상토조제 및 교체 작업에 노동력이 과다하게 투입되는데 이러한 문제점은 수경재배를 통해 크게 개선 할 수 있는데 수경재배에서 가장 중요한 것은 적합한 배지의 선택과 배양액의 공급 횟수라 할 수 있다. 접목선인장 비모란 고형배지경에 적합한 배지는 펄라이트, 훈탄 등이며 배양액 급액은 선시액을 1일 1회 공급하는 것이 적당한데, 배양액은 30일 사용 후 교체하여야 한다.

(2) 고형배지경의 효과

모래, 피트모스 등을 배지로 수경재배한 접목선인장의 수확시 모구직경은 토경재배에 비해 2~10% 증가하는데, 특히 펄라이트와 훈탄 배지를 사용한 경우 생육이 가장 양호하다. 또한, 접목선인장은 수확 후 수출대상국까지 도착하는데 많은 시간이 소요되므로 조직이 단단해야 상품성을 유지할 수 있는데 수경재배한 접목 선인장 삼각주의 경도는 토경재배한 것에 비해 같거나 높아 상품성 유지에 문제가 없다. 병해 발생률은 토경재배시 밑둥썩음병 1.5%, 연부병은 8.5%가 발생하여 발병률이 높지만 수경재배 시 밑둥썩음병 발생률이 토경재배에 비해 1.2~1.4%가 낮았고 연부병은 0.8~1.7%가 발생하였으나 토경재배에 비해 6.8~7.7%가 낮아 크게 감소된다. 결과적으로는 접목선인장 고형배지경에 의한 10a당 수량은 토경재배에 비해 9~10% 증대된다.

비모란의 출하는 모구직경이 수출규격인 3.0cm에 도달했을 때 수확하여 이루어지는데 비모란 정식 후 수확까지의 규격품 생산 기간은 토경재배가 121일이 소요되지만 펄라이트, 훈탄 등의 배지를 사용하여 수경재배 한것은 토경재배에 비해 생산기간이 6~19일 단축된다. 접목선인장 고형배지경 수경재배 시 배양액은 주당 10~15㎖를 기준으로 15분간 1일 1회만 공급하여도 1일 2회, 3회 및 4회 공급한 것에 비해 연부병과 밑둥썩음병의 발생이 적고 규격품 생산기간은 2~6일 단축되므로 접목선인장 양액재배 시 1일1회 공급해주는 방법이 적합하다. 배양액 공급시간은 배양액 공급장치에 타이머를 부착하는 것으로 원하는 시간으로 설정할 수 있어 간단히 조절할 수 있다.

마. 무배지 수경재배

접목선인장 무배지 수경재배기술은 배지 또는 상토를 사용하지 않는 방법으로 배지의 조제와 교체 등 악성노동을 피할 수 있고 작업환경을 개선할 수있는 장점이 있다. 접목선인장 무배지 수경 재배기술은 배지가 없는 상태에서도 접목선인장을 지지해 줄 수 있는 생력트레이가 개발되어 보급되면서 가능하게 되었다.

(1) 무배지 수경재배 시 배양액 공급방법

무배지 수경재배는 고형배지경과 달리 식물체 뿌리부분이 공기 중에 노출되어 있어 배양액을 공급하는 기술이 가장 중요하다. 배양액 공급방법은 배양액을 베드에 공급하는 횟수, 베드에 머무는 시간 및 배양액 공급량 등에 따라 달라질 수 있다. 배양액의 공급 횟수가 적으면 생육이 저조하고 뿌리가 마르는 등의 문제점이 발생될 수 있으며, 접목묘를 정치한 생력트레이에 적정 높이로 배양액이 공급되지 않으면 초기 발근 등에 문제가 생길 수있다. 선시표준액을 베드에 공급하는 양은 생력트레이 윗면의 높이(농가보급형 8mm, 수경재배용 18mm) 정도가 되도록 조절하고 오전 9시부터 오후6시까지 일일 3회 공급하는 것이 바람직하다. 배양액 급액 시 베드상에 배양액이 머무는 시간은 매회 15분 정도로 조정하여 배액은 양액 탱크로 순환시켜 다시 공급해 주도록 한다. 접목묘를 베드에 정치한 후 발근에 약 30일이 소요되므로 발근기간 동안 지하수를 공급하여 배양액의 낭비를 줄이도록 한다.

농가보급형 생력트레이를 이용한 하계 무배지 수경재배 시 1일 3회 이상 배양액을 공급하여 주거나 9시간 동안 연속하여 침지할 경우 구 직경이 3.21~3.38cm의 범위로 1일 1회 배양액공급 처리에 비해 생육이 양호하였다.

비모란 무배지 수경재배 시 배양액 공급 횟수가 증가하면 지하부 줄기썩음병 발생이 증가하는데 1일 7회 배양액 공급과 주간에 9시간 연속 배양액 공급시 각각 1.1%와 2.5%의 높은 발병률을 보였다. 반면 1일 1회 배양액 공급 시미발근율이 5.2%로 가장 높다. 1일 3회 배양액 공급은 비모란의 생육과 발근율이 양호하고 병해발생이

 적으며 배양액의 급배액 제어가 비교적 용이하므로 무배지 수경 재배에 적합한 배양액의 공급방법이 될 수 있다. 이러한 배양액 공급방법은 하계재배와 동계재배에 모두 효과적으로 이용될 수 있다.

(2) 무배지 수경재배 시 조류발생 억제기술

수경재배시 조류발생수경재배 배양액에는 인, 질소 등의 성분이 풍부하여 수출용 접목선인장 비모란을 무배지 수경재배할 경우 햇빛에 노출되는 베드 부분에 녹조류인 별해캄과(Mougeotia sp.) 조류가 발생하게 되는데, 조류의 발생은 식물체와의 양분의 경합, 배양액의 오염, 식물병원균의 매개충 유인, 배액의 방해 등 여러 가지 문제를 야기한다. 또한 재배기간 중이나 재배 후에 조류가 발생한 베드 부분에 부착된 조류를 세척하여야 하는 노력도 필요하게 된다. 조류발생의 억제를 위해서는 황산동, 염소계 약제, 마이신계통의 살균제 등 다양한 방법이 시도될 수 있으나, 약제를 고농도로 처리하면 식물체에 피해가 발생할 수 있으므로 약해로 인한 생육저하를 방지하면서 조류발생을 억제할 수 있는 약제와 적정 사용농도를알고 있어야 한다. 수출용 접목선인장 비모란의 무배지 수경재배 시 조류의 발생은 생육초기부터 시작하여 정식 90일경부터는 심하게 조류가 발생한다. 조류발생이많아지면 배수가 지연되고 생력트레이 상부에도 조류발생이 많아지는데,

광 차단을 위해 흑색비닐을 사용하더라도 조류발생은 억제되지 않으므로 염소계 정제를 사용해 조류의 발생을 경감할 필요가 있다. 수출용 접목선인장 비모란의 무배지 수경재배 시 배양액에 염소계 살균제를 처리하면 조류발생이 크게 억제되었는데, 베드에 발생한 조류를 물로 세척하여 엽록소 농도를 조사한 결과 염소계 살균제를 처리하지 않은 경우에 비해 84.4~94.2%가 감소하였다. 염소계 정제를 20ppm의 농도 이상으로 사용하는 경우 베드 상판의 조류 발생은 육안으로 관찰되지 않을 정도이며 배액 후에 배양액이 남아있는 골 부분에만 조류가 일부 발생하였다.

수출용 접목선인장의 무배지 수경재배 배양액에 염소계 살균제를 20ppm 이하의농도로 처리하여 재배하면 중형규격 비모란의 구 직경 2.97cm)과 구고(2.02~ 2.09cm) 가 염소계 살균제를 처리하지 않은 배양액으로 재배한 비모란의 구 직경(3.03cm) 및 구고(2.09cm)와 비교해 차이가 없으며 대목의 경도도 3.5kg/~5mm으로 동일하다. 배양액을 조제할 때마다 염소계 약제를 배양액에 20ppm의 농도로 첨가하여 접목선인장 비모란을 재배하면 식물체의 생육에 영향을 미치지 않고도 조류의 발생을 크게 억제할 수 있으며 베드 및 생력트레이의 세척노력도 줄일 수 있다.

(3) 상자 수경재배 기술(2016 영농활용자료)

  기존 토양재배 시설을 활용하여 상토조제 과정 없이 바닥면 평탄 작업 후 비닐을 깔아 수경재배 베드를 설치하고, 선인장 수경재배 상자(또는 벼 육묘상자)에 코코피트 압축성형배지를 담고 접목선인장이 식재된 생력트레이를 상부에 정치 한다음, 접목선인장의 착근이 완료되는 생력트레이 정치 후 45일경부터 3주 간격 1회씩(수확완료까지 4회) 선인장표준배양액을 2배 희석하여 상자당 1.86L 정도를 관주하며, 접목선인장 수확이 종료된 후 배지를 교체하고 상자수경재배를 반복 실시한다. 접목선인장 상자 수경재배는 무배지 수경재배 대비 시설비와 노동시간의 획기적인 절감이 가능하며 3주 1회 배양액 두상공급으로 생산소요일수를 15일 단축할 수 있음