천퉁창 외. 온실 원예의 농업 공학 기술. 2023년 1월 6일 베이징시 17시 30분에 발표.

스마트 유리 온실에서 무토양 재배 방식으로 토마토를 고수확하기 위해서는 적절한 근권 EC 및 pH 조절이 필수적이다. 본 논문에서는 토마토를 재배 대상으로 하여 생육 단계별 적정 근권 EC 및 pH 범위와 이상 발생 시 제어 방안을 정리함으로써 전통적인 유리 온실에서의 실제 재배 생산에 참고 자료를 제공하고자 한다.

불완전한 통계에 따르면 중국의 다중 스팬 유리 스마트 온실 재배 면적은 630헥타르에 달하며, 계속 증가하고 있습니다. 유리 온실은 다양한 시설과 장비를 통합하여 식물 생장에 적합한 환경을 조성합니다. 우수한 환경 제어, 정확한 물과 비료 공급, 올바른 재배 관리 및 병해충 방제는 토마토의 고수확 및 고품질 재배를 위한 네 가지 핵심 요소입니다. 특히 정확한 관개는 근권의 EC, pH, 배지 수분 함량 및 근권 이온 농도를 적절하게 유지하는 데 목적이 있습니다. 적절한 근권 EC와 pH는 뿌리 발달과 수분 및 비료 흡수를 촉진하며, 이는 식물 생장, 광합성, 증산 작용 및 기타 대사 활동을 유지하는 데 필수적인 조건입니다. 따라서 좋은 근권 환경을 유지하는 것은 높은 작물 수확량을 달성하는 데 필수적인 조건입니다.

근권의 EC와 pH가 제어되지 않으면 수분 균형, 뿌리 발달, 뿌리의 비료 흡수 효율, 식물 영양 결핍, 뿌리 이온 농도, 비료 흡수, 식물 영양 결핍 등에 돌이킬 수 없는 영향을 미칩니다. 유리 온실에서의 토마토 재배 및 생산은 무토양 재배 방식을 채택하고 있습니다. 물과 비료를 혼합한 후, 점적 관수 방식으로 물과 비료를 통합적으로 공급합니다. 관수 시 EC, pH, 관수 빈도, 배합비, 환수량, 관수 시작 시점은 근권의 EC와 pH에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 토마토 재배 단계별 적정 근권 EC와 pH를 정리하고, 근권 EC와 pH 이상 발생 원인 및 개선 방안을 분석하여 전통적인 유리 온실 생산 현장에 참고 자료와 기술적 지침을 제공합니다.

토마토의 다양한 생육 단계에서 적합한 근권 EC 및 pH

근권 전기전도도(EC)는 주로 근권 내 주요 원소 이온 농도를 반영합니다. 경험적 계산 공식은 음이온과 양이온 전하의 합을 20으로 나눈 값이며, 이 값이 높을수록 근권 EC가 높습니다. 적절한 근권 EC는 뿌리 시스템에 적절하고 균일한 원소 이온 농도를 제공합니다.

일반적으로 근권 EC 값이 낮으면(근권 EC < 2.0 mS/cm), 뿌리 세포의 팽창 압력으로 인해 뿌리의 수분 흡수 요구량이 과도해져 식물체 내에 자유수가 많아지고, 이 과잉 자유수는 잎 분열, 세포 신장, 잎맥 생장에 사용됩니다. 근권 EC 값이 높으면(겨울철 근권 EC > 8~10 mS/cm, 여름철 근권 EC > 5~7 mS/cm), 뿌리의 수분 흡수 능력이 부족해져 식물에 수분 부족 스트레스를 유발하고 심한 경우 식물이 시들게 됩니다(그림 1). 또한 잎과 열매 사이의 수분 경쟁으로 인해 열매의 수분 함량이 감소하여 수확량과 품질에 악영향을 미칩니다. 근권 EC가 0~2mS/cm 정도로 적당히 증가하면 과일의 가용성 당 농도/가용성 고형물 함량 증가, 식물의 영양 생장과 생식 생장 균형 조절에 좋은 효과를 나타내므로, 품질을 추구하는 방울토마토 재배 농가들은 종종 높은 근권 EC를 채택합니다. 염수 관개 조건(NaCl:MgSO4:CaSO4 비율이 2:2:1인 자체 제작 염수 3g/L를 영양액에 첨가)에서 접목 오이의 가용성 당 함량이 대조군보다 유의하게 높은 것으로 나타났습니다. '더치 허니' 방울토마토는 재배 기간 내내 높은 근권 EC(8~10mS/cm)를 유지하고 과일의 당 함량이 높지만, 최종 과일 수확량은 상대적으로 낮습니다(5kg/m2).

근권 pH(단위 없음)는 주로 근권 용액의 pH를 의미하며, 이는 물 속 각 원소 이온의 침전 및 용해에 영향을 미치고, 결과적으로 뿌리 시스템에 의한 각 이온의 흡수 효율에 영향을 줍니다. 대부분의 원소 이온은 5.5~6.5의 pH 범위에서 정상적으로 흡수될 수 있습니다. 따라서 토마토 재배 시 근권 pH는 항상 5.5~6.5로 유지해야 합니다. 표 1은 대과 토마토의 생육 단계별 근권 EC 및 pH 조절 범위를 보여줍니다. 방울토마토와 같은 소과 토마토의 경우, 각 생육 단계별 근권 EC는 대과 토마토보다 0~1 mS/cm 높지만, 모두 동일한 경향으로 조절합니다.

토마토 근권 EC의 비정상적인 원인 및 조정 방안

근권 EC는 뿌리 주변 양액의 EC를 의미합니다. 네덜란드에서는 토마토 암면을 재배할 때 주사기를 사용하여 암면에서 양액을 채취하는데, 이 방법이 근권 EC를 더 잘 대표한다고 볼 수 있습니다. 일반적으로 회수된 EC는 근권 EC와 유사하기 때문에 중국에서는 채취 지점의 회수 EC를 근권 EC로 사용하는 경우가 많습니다. 근권 EC의 일일 변동은 일반적으로 일출 후 상승하다가 감소하기 시작하여 관개 최고조 시점에 안정세를 유지하고, 관개 후에는 서서히 상승하는 양상을 보입니다(그림 2 참조).

높은 회수 EC의 주요 원인은 낮은 회수율, 높은 유입 EC, 그리고 늦은 관개입니다. 당일 관개량이 적다는 것은 액체 회수율이 낮다는 것을 의미합니다. 액체 회수의 목적은 기질을 완전히 세척하여 근권 EC, 기질 수분 함량 및 근권 이온 농도를 정상 범위로 유지하는 것인데, 액체 회수율이 낮으면 뿌리 시스템이 원소 이온보다 수분을 더 많이 흡수하게 되어 EC가 상승하게 됩니다. 높은 유입 EC는 높은 회수 EC로 직접 이어집니다. 일반적으로 회수 EC는 유입 EC보다 0.5~1.5ms/cm 높습니다. 마지막 관개가 당일 일찍 끝났고, 관개 후에도 광도가 여전히 높았습니다(300~450W/m2). 식물의 증산 작용으로 인해 뿌리 시스템은 계속해서 수분을 흡수하고, 기질의 수분 함량은 감소하며, 이온 농도는 증가하여 근권 EC가 상승하게 됩니다. 근권 EC가 높고, 일사량이 높으며, 습도가 낮으면 식물은 수분 부족 스트레스에 직면하게 되며, 이는 시들음 현상으로 심각하게 나타난다(그림 1, 오른쪽).

근권의 낮은 EC는 주로 높은 액체 회수율, 관개 완료 시간 지연, 그리고 유입액의 낮은 EC로 인해 발생하며, 이는 문제를 더욱 악화시킵니다. 높은 액체 회수율은 유입액의 EC와 회수액의 EC를 무한히 가깝게 만듭니다. 특히 흐린 날씨에, 낮은 일조량과 높은 습도가 겹치는 상황에서 관개가 늦게 종료되면 식물의 증산 작용이 약해지고, 원소 이온 흡수율이 물 흡수율보다 높아지며, 토양 수분 함량 감소율이 용액 내 이온 농도 감소율보다 낮아져 회수액의 EC가 낮아집니다. 식물 뿌리털 세포의 팽창 압력이 근권 양액의 수분 포텐셜보다 낮아지면 뿌리는 더 많은 물을 흡수하게 되고 수분 균형이 깨집니다. 증산 작용이 약해지면 식물은 물을 토해내는 형태로 배출하게 되며(그림 1, 왼쪽), 야간 온도가 높으면 식물 생장이 저해됩니다.

근권 EC가 비정상일 때의 조정 조치: ① 회수액의 EC가 높을 경우, 유입액의 EC를 적정 범위 내로 유지해야 합니다. 일반적으로 대과 토마토의 유입액 EC는 여름철에는 2.5~3.5mS/cm, 겨울철에는 3.5~4.0mS/cm입니다. 둘째, 정오 고빈도 관개 ​​전에 액체 회수율을 높이고, 매 관개 시 액체가 회수되도록 해야 합니다. 액체 회수율은 일사량 누적량과 양의 상관관계를 가집니다. 여름철 일사량이 450W/m2 이상이고 관개 시간이 30분 이상 지속될 경우, 소량의 관개액(점적기당 50~100mL)을 한 번에 수동으로 공급하고, 액체 회수가 거의 발생하지 않도록 하는 것이 좋습니다. ② 액체 회수율이 낮은 경우, 주요 원인은 액체 회수율이 높거나, EC가 낮거나, 마지막 관개 시기가 늦은 경우입니다. 마지막 관개 시간을 고려하여, 일반적으로 일몰 2~5시간 전에 관개를 종료합니다. 흐린 날이나 겨울철에는 예정보다 일찍 종료하고, 맑은 날이나 여름철에는 늦게 종료합니다. 액체 회수율은 외부 일사량 누적량에 따라 조절합니다. 일반적으로 일사량 누적량이 500J/(cm²·d) 미만일 때는 액체 회수율을 10% 미만으로, 500~1000J/(cm²·d)일 때는 10~20%로 설정합니다.

토마토 뿌리권 pH의 비정상적인 원인 및 조절 방안

일반적으로 이상적인 조건에서 유입수의 pH는 5.5이고 침출수의 pH는 5.5~6.5입니다. 근권 pH에 영향을 미치는 요인으로는 배합, 배양액, 침출량, 수질 등이 있습니다. 근권 pH가 낮으면 그림 3에서처럼 뿌리가 손상되고 암면 기질이 심하게 용해됩니다. 반대로 근권 pH가 높으면 Mn²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, PO₄³⁻의 흡수가 감소하여 그림 4에서처럼 높은 근권 pH로 인한 망간 결핍과 같은 원소 결핍이 발생할 수 있습니다.

수질 측면에서 보면, 빗물과 역삼투막 여과수는 산성이며, 모액의 pH는 일반적으로 3~4 정도이므로 유입액의 pH가 낮아집니다. 유입액의 pH 조절을 위해 수산화칼륨과 탄산칼륨이 흔히 사용됩니다. 우물물과 지하수는 알칼리성인 HCO₃⁻를 함유하고 있어 질산과 인산으로 pH를 조절하는 경우가 많습니다. 유입액의 pH가 비정상적이면 배출액의 pH에 ​​직접적인 영향을 미치므로, 적절한 유입액 pH를 유지하는 것이 조절의 기본입니다. 배양 기질의 경우, 코코넛겨 기질을 사용하면 파종 후 배출액의 pH가 유입액의 pH와 유사해지며, 기질의 우수한 완충 작용으로 인해 유입액의 pH가 비정상적이더라도 단시간 내에 근권 pH가 급격하게 변동하지 않습니다. 암면 배양의 경우, 균사 생육 후 배출액의 pH는 높게 유지되며 장기간 동안 안정적으로 유지됩니다.

화학식으로 보면, 식물의 이온 흡수 능력에 따라 생리적 산성염과 생리적 알칼리성염으로 나눌 수 있습니다. 예를 들어 질산염(NO₃⁻)을 흡수하면 뿌리에서 수산화 이온(OH⁻) 1몰이 방출되어 근권의 pH가 상승합니다. 반대로 암모늄 이온(NH₄⁺)을 흡수하면 같은 농도의 수소 이온(H⁺)이 방출되어 근권의 pH가 하락합니다. 따라서 질산염은 생리적 염기성염이고, 암모늄염은 생리적 산성염입니다. 일반적으로 황산칼륨, 질산칼슘암모늄, 황산암모늄은 생리적 산성 비료이고, 질산칼륨과 질산칼슘은 생리적 알칼리성염이며, 질산암모늄은 중성염입니다. 액체 배액량이 근권 pH에 미치는 영향은 주로 근권 양액의 세척량에 반영되며, 근권 pH의 이상은 근권 내 이온 농도의 불균형으로 인해 발생합니다.

근권 pH가 비정상일 경우 조정 조치: (1) 먼저 유입수의 pH가 적정 범위 내에 있는지 확인합니다. (2) 저자는 지하수와 같이 탄산염 함량이 높은 물을 사용할 경우, 유입수의 pH가 정상이었으나 당일 관개가 끝난 후 pH를 측정해 보니 상승한 것을 확인한 바 있습니다. 분석 결과, HCO3-의 완충 작용으로 인해 pH가 상승한 것으로 추정되므로, 지하수를 관개수로 사용할 때는 질산을 pH 조절제로 사용하는 것이 좋습니다. (3) 암면을 재배 기질로 사용할 경우, 식재 초기 단계에는 회수액의 pH가 장기간 높게 유지될 수 있습니다. 이 경우, 유입액의 pH를 5.2~5.5로 적절히 낮추고, 생리식염의 투입량을 늘려야 합니다. 또한, 질산칼슘 대신 질산암모늄을, 질산칼륨 대신 황산칼륨을 사용하는 것이 좋습니다. 암모니아(NH4+)의 투입량은 배합식에 포함된 총 질소량의 1/10을 초과해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, 유입수의 총 질소 농도(NO3- + NH4+)가 20mmol/L일 때, 암모니아 농도가 2mmol/L 미만이면 질산칼륨 대신 황산칼륨을 사용할 수 있지만, 이 경우 황산염(SO4) 농도에 유의해야 합니다.^2-관개 유입수의 농도는 6~8mmol/L를 초과하지 않는 것이 좋습니다. (4) 액체 반환율 측면에서 관개량은 매번 증가시켜야 하며 기질을 세척해야 합니다. 특히 암면을 재배에 사용하는 경우 생리산염을 사용하여 근권 pH를 단시간 내에 빠르게 조절할 수 없으므로 관개량을 늘려 근권 pH를 가능한 한 빨리 적절한 범위로 조절해야 합니다.

요약

토마토 뿌리의 정상적인 수분 및 비료 흡수를 위해서는 적정 범위의 근권 EC와 pH를 유지하는 것이 필수적입니다. 이 값들이 비정상적일 경우, 식물 영양 결핍, 수분 불균형(수분 부족 스트레스/과다한 자유수), 뿌리 손상(높은 EC와 낮은 pH) 등의 문제가 발생합니다. 근권 EC와 pH 이상으로 인한 식물 이상은 시간이 지나면서 나타나기 때문에, 문제가 발생한 후에는 이미 오랜 기간 동안 비정상적인 상태가 지속되었음을 의미합니다. 식물이 정상으로 회복되는 데에도 시간이 걸리며, 이는 수확량과 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 유입 및 배출되는 용액의 EC와 pH를 매일 측정하는 것이 중요합니다.

끝

[인용 정보] Chen Tongqiang, Xu Fengjiao, Ma Tiemin 등. 유리 온실에서 토마토 무토양 재배의 근권 EC 및 pH 조절 방법 [J]. 농업공학기술, 2022,42(31):17-20.