수경학

Hydroponics
"수력"은 여기로 방향을 바꿉니다.311 앨범은 수경(EP)을 참조하십시오.
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NASA 연구원 레이 휠러 박사가 수경재배 양파(가운데), 비빔밥(왼쪽), 무(오른쪽)를 확인하고 있다.
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수경재배는[1] 원예의 한 종류이며, 물 기반의 미네랄 영양 용액을 사용하여 흙 없이 식물, 대개 작물 또는 약용 식물을 재배하는 수경재배의 하위 집합입니다.육상식물이나 수생식물은 뿌리가 영양액에 노출된 상태에서 자라거나, 뿌리가 펄라이트, 자갈 등 불활성기질에 의해 기계적으로 지지될 수 있습니다.[2]

불활성 배지에도 불구하고, 뿌리는 근위층 pH의 변화를 야기할 수 있고 뿌리 삼출물은 식물에서 2차 대사 물질이 생성될 때 근위층 생물학 및 영양 용액의 생리적 균형에 영향을 미칠 수 있습니다.[3][4][5]수경재배를 하는 형질전환 식물은 뿌리 삼출물의 일부로서 약학적 단백질의 수경재배 배지로의 방출을 허용합니다.[6]

수경재배 시스템에 사용되는 영양분은 어류의 배설물, 오리의 분뇨, 구입한 화학비료 또는 인공 영양액을 포함한 다양한 유기 또는 무기 공급원에서 얻을 수 있습니다.[7]

밭 재배와는 대조적으로, 식물은 일반적으로 온실에서 수경재배를 하거나 불활성 배지에 포함된 환경에서 수경재배를 하며 CEA(통제환경농업) 과정에 적응합니다.[8]일반적으로 수경재배가 가능한 식물은 토마토, 고추, 오이, 딸기, 양상추, 대마초 등으로 주로 상업용으로 재배되며, 식물과학 및 유전학의 모델 생물로 작용하는 아라비놉시스 탈리아나(Arabidopsis thaliana)도 있습니다.[9]

수경재배는 많은 이점을 제공하는데, 특히 농업에서 물 사용량이 감소합니다.집약적인 농업 방법을 사용하여 1 킬로그램의 토마토를 재배하기 위해서는 214 리터 (47 imp gal; 57 U.S. gal)의 물이 필요합니다;[10] 수경재배를 사용하면 70 리터 (15 imp gal; 18 U.S. gal); 그리고 항공재배를 사용하면 20 리터 (4.4 imp gal; 5.3 U.S. gal)의 물이 필요합니다.[11]

수경 재배는 같은 환경 조건에서 재배되고 동일한 양의 영양분을 공급받는 식물의 다른 성장 기질에 비해 가장 높은 바이오매스와 단백질 생산으로 이어집니다.[12]

수경재배는 생산물을 재배하는 데 물과 영양분이 훨씬 적게 들고 기후변화가 농업 수확량을 위협하기 때문에 접근 가능한 물이 거의 없는 가혹한 환경에 있는 사람들이 수경재배로 식물성 식품을 직접 재배하는 것이 미래에 가능할 수 있습니다.[13][8]

수경학은 지구상에서 사용될 뿐만 아니라 우주에서의 식물 생산 실험에서도 입증되었습니다.[14]

역사

충전/배출 호스로 연결된 개별 버킷을 사용하는 밀물 및 유동 수경 시스템 내부.

토양 없이 육상 식물을 재배하는 것에 대해 가장 먼저 출판된 작품은 프란시스 베이컨의 1627년 저서 실바 실바룸(Sylva Sylvarum) 또는 '자연사'로, 그가 죽은 지 1년 후에 출판되었습니다.그의 연구 결과 물 문화는 대중적인 연구 기술이 되었습니다.1699년, 존 우드워드는 스피어민트로 그의 물 배양 실험을 출판했습니다.그는 덜 순수한 수원의 식물이 증류수의 식물보다 더 잘 자란다는 것을 발견했습니다.1842년까지 식물 성장에 필수적인 것으로 여겨지는 9가지 요소의 목록이 작성되었고, 1859년에서 1875년까지 독일 식물학자 율리우스 폰 삭스와 빌헬름 노프의 발견은 토양 없는 재배 기술의 발전이라는 결과를 낳았습니다.[15]폰 삭스의 직접적인 말을 인용하자면, "1860년에, 저는 땅에서 자라는 식물들이 토양의 도움 없이 물 용액으로부터 영양 물질을 흡수할 수 있고, 오랫동안 알려져 있던 것처럼 식물들을 살아있고 성장시키는 것이 이러한 방식으로 가능하다는 것을 보여주는 실험 결과를 발표했습니다.또한 그들의 유기 물질의 왕성한 증가와 심지어 발아할 수 있는 씨앗의 생산을 이끌어 냅니다."[16]미네랄 영양 용액에서 토양이 없는 육상 식물의 성장은 나중에 "토양 배양"과 관련하여 "용액 배양"이라고 불렸습니다.19세기와 20세기에 빠르게 표준적인 연구와 교수법으로 자리잡았고 지금도 식물영양학에서 널리 사용되고 있습니다.[17]

1930년대 즈음 식물 영양학자들은 특정 식물의 질병을 조사했고, 그에 따라 염도와 같은 현존하는 토양 상태와 관련된 증상들을 관찰했습니다.이러한 맥락에서, 통제된 실험실 조건에서 유사한 증상을 전달하고자 물 배양 실험이 수행되었습니다.[18]Dennis Robert Hoagland에 의해 강요된 이러한 접근법은 혁신적인 모델 시스템(예: 녹조 니텔라)과 표준화된 영양소 조리법이 현대 식물 생리학에서 점점 더 중요한 역할을 하도록 이끌었습니다.[19]1929년, 캘리포니아 대학교 버클리의 윌리엄 프레드릭 게리케는 농업 작물 생산을 위해 해결책 문화의 원리를 사용할 것을 공개적으로 홍보하기 시작했습니다.[20][21][22]그는 처음에 이 재배 방법을 "농업"에 비유하여 만든 "양식"이라고 불렀지만, 나중에 양식이라는 용어가 이미 수생 생물의 배양에 적용되었다는 것을 발견했습니다.Gericke는 흙이 아닌 미네랄 영양 용액에서 25피트([23]7.6미터) 높이의 토마토 덩굴을 재배하여 센세이션을 일으켰습니다.그 후 그는 1937년 고전에 대한 폭넓은 교육을 받은 생리학자 W. A. 세첼이 제안한 수경학, 물 문화라는 용어를 소개했습니다.[1][24]수경학은 농업과 관련된 지질학(그리스 ύδωρ = 물과 πονέω = cultivate에서 유래), γεωπονικά학(그리스 ί α= 지구와 πονέω = cultivate에서 유래), 지질학(지질학, γ-, 지구를 ὑδρο-, 물로 대체)과 유사하게 구성된 신생물학 υδρωπονικά에서 유래되었습니다.

하지만 초기의 성공에도 불구하고, Gericke는 농작물을 생산하기 위한 수경재배의 일반적인 기술적인 적용과 상업적인 사용을 위한 시기가 아직 무르익지 않았다는 것을 깨달았습니다.[26]그는 또한 수경재배의 모든 측면을 연구하고 실험한 후에 구체적인 내용을 공개하기를 원했습니다.[27]Gericke의 연구와 수경재배가 식물농업에 대변혁을 일으킬 것이라는 그의 주장에 대한 보도는 더 많은 정보를 요청하게 만들었습니다.게르케는 행정부의 회의론으로 대학의 온실을 실험에 사용하는 것을 거부당했고, 대학이 가정에서 개발한 예비 영양소 조리법을 공개하도록 강요하려 하자 적절한 연구 시설을 이용해 온실 공간과 개선 시간을 요청했습니다.그가 결국 온실 공간을 제공받았지만, 대학은 호아글란드와 아르논에게 게르케의 주장을 재평가하고 그의 공식이 토양에서 재배된 식물 수확량에 비해 아무런 이득이 없다는 것을 보여주도록 할당했습니다.이러한 화해할 수 없는 갈등들 때문에, Gericke는 1937년에 정치적으로 불리한 환경에서 그의 학문적인 자리를 떠났고 그의 온실에서 독립적으로 연구를 계속했습니다.1940년, 모든 형태의 수경재배의 기초로 여겨지는 Gericke는 "Soilless Gardening"이라는 책을 출판했습니다.그곳에서 그는 처음으로 수경재배 식물의 거시영양염과 미세영양염을 포함하는 기본 공식을 발표했습니다.[28]

캘리포니아 대학의 캘리포니아 농업 실험 연구소 소장에 의해 Gericke의 주장을 조사한 결과, Claude Hutchison, Dennis Hoagland 및 Daniel Arnon은 해결책 c의 가장 중요한 작업 중 하나인 1938년의 고전적인 농업 회보인 토양 없이 식물을 기르는 물 배양 방법을 썼습니다.수경재배 작물의 수확량이 양질의 토양으로 얻은 작물의 수확량보다 나을 것이 없다는 주장을 하게 된 것입니다.[29]궁극적으로, 농작물 수확량은 미네랄 영양소, 특히 배양액의 빛과 공기에 의해 제한됩니다.[30]그러나 2년 후 출판된 토양 없는 재배에 관한 자신의 획기적인 책의 소개에서, Gericke는 모래, 토양 및 용액 배양에서 실험용 식물의 수확량을 비교할 때 Hoagland와 Arnon에 의해 출판된 결과가 몇 가지 체계적 오류에 기초하고 있다고 지적했습니다.이 실험가들은 수경재배의 생산능력을 토양의 그것으로 제한하는 실수를 저질렀습니다.비교는 각 경우에 따라 배양액의 번식력이 뒷받침할 수 있는 만큼 많은 식물이 자라야 가능합니다.")[28]

예를 들어, Hoagland와 Arnon의 연구는 수경재배가 토양문화에 비해 다른 중요한 이점이 있다는 것을 적절하게 인식하지 못했는데, 예를 들어 식물의 뿌리가 산소에 지속적으로 접근할 수 있다는 사실과 식물이 필요한 만큼의 물과 영양분에 접근할 수 있다는 사실이 그것입니다.[28][31]이것은 식물을 재배할 때 가장 일반적인 오류 중 하나로서 중요합니다. 수경재배는 토양의 뿌리 시스템을 익사시킬 수 있는 많은 양의 물을 수경재배의 식물이 사용할 수 있도록 할 수 있고 사용되지 않은 물은 배수, 재순환 또는 적극적으로 공기를 주입할 수 있기 때문에 이러한 현상이 발생하지 않도록 합니다.뿌리 부분의 산소 결핍 상태를 제거합니다.토양에서 재배자는 식물에 얼마나 많은 물을 공급해야 하는지 정확히 알기 위해 매우 경험이 풍부해야 합니다.너무 많으면 토양 기공의 공기가 변위되어 뿌리가 썩게 되므로 식물이 산소에 접근할 수 없게 되고, 너무 적으면 수분 스트레스를 받거나 영양분을 흡수할 능력을 잃게 되며, 이는 일반적으로 용해된 상태에서 뿌리로 이동하게 되며,염소증이나 비료 화상과 같은 영양소 결핍 증상으로 이어집니다.결국, Gericke의 발전된 아이디어는 수경재배를 상업적 농업에 도입하도록 이끌었고, Hoagland의 견해와 대학의 유용한 지원은 Hoagland와 그의 동료들이 일반적으로 Hoagland 용액으로 알려진 광물 영양 용액을 위한 몇 가지 새로운 제조법(레시피)을 개발하도록 했습니다.[32]

수경재배의 가장 초기의 성공들 중 하나는 팬아메리칸 항공의 급유 정류장으로 사용되었던 태평양의 바위가 많은 환초인 웨이크 아일랜드에서 일어났습니다.수경재배는 1930년대에 승객들을 위한 채소를 기르기 위해 사용되었습니다.웨이크 섬에는 토양이 없었기 때문에 수경재배는 필수품이었고 신선한 야채를 공수하는 것은 엄청나게 비쌌습니다.[33]

1943년부터 1946년까지 다니엘 1세. Arnon은 미국 육군 소령으로 복무했고, 식물 영양에 관한 자신의 전문 지식을 이용하여 서태평양의 척박한 포나페 섬에 주둔하고 있는 군대들에게 식량을 공급했는데, 이는 이용할 수 있는 경작지가 없었기 때문에 자갈과 영양이 풍부한 물에서 농작물을 재배하는 것이었습니다.[34]

1960년대에 영국의 Allen Cooper는 영양 필름 기술을 개발했습니다.[35]Walt Disney World의 EPCOT Center에 있는 랜드 파빌리온은 1982년에 문을 열었고, 눈에 띄게 다양한 수경재배 기술이 특징입니다.

최근 수십 년 동안 나사는 통제된 생태 생명 지원 시스템(Controlled Ecological Life Support System, CELS)을 위해 광범위한 수경재배 연구를 수행했습니다.화성 환경을 모방한 수경학 연구는 LED 조명을 사용하여 열을 훨씬 적게 받으면서 다른 색 스펙트럼으로 성장합니다.케네디 우주 센터의 우주 생명 과학 연구소의 식물 생리학자인 레이 휠러(Ray Wheeler)는 수경 재배가 생물 재생 생명 유지 시스템으로서 우주 여행에 발전을 가져올 것이라고 믿고 있습니다.[36]

2017년 기준으로 캐나다에는 토마토, 고추, 오이를 생산하는 수백 에이커의 대규모 상업용 수경재배 온실이 있습니다.[37]

산업 내 기술 발전과 다양한 경제적 요인으로 인해 세계 수경재배 시장은 2016년 2억2645만 달러에서 2023년 7억2487만 달러로 성장할 것으로 전망되고 있습니다.[38][needs update]

기술

각 매체에는 하위 관개와 상부 관개의[specify] 두 가지 주요 변형이 있습니다.현재 대부분의 수경저수지는 플라스틱으로 조성되어 있으나 콘크리트, 유리, 금속, 식물성 고형물, 목재 등 다른 재료가 사용되고 있습니다.그 용기들은 수경재배 배지에서 조류와 곰팡이의 성장을 막기 위해 빛을 배제해야 합니다.

정적 솔루션 문화

앨버타주 브룩스에 있는 남수륙양용 온실에 있는 심해 뗏목 탱크

정적 용액 배양에서 식물은 유리 메이슨 항아리(일반적으로 가정용 제품), 화분, 양동이, 욕조 또는 탱크와 같은 영양 용액 용기에서 재배됩니다.용액은 일반적으로 부드럽게 공기를 주입하지만, 공기를 주입하지 않을 수도 있습니다.[12]공기를 주입하지 않은 경우 용액 수준이 충분히 낮게 유지되어 충분한 양의 뿌리가 용액 위에 있으므로 충분한 산소를 얻을 수 있습니다.각 식물마다 저장고의 꼭대기에 구멍을 자른다(또는 뚫는다). 항아리나 욕조라면 뚜껑일 수도 있지만, 그렇지 않으면 판지, 호일, 종이, 나무 또는 금속이 올려질 수도 있습니다.하나의 저장소를 하나의 식물에 전용으로 사용할 수도 있고, 다양한 식물에 전용으로 사용할 수도 있습니다.저장소 크기는 식물 크기가 증가함에 따라 증가될 수 있습니다.집에서 만든 시스템은 광합성을 통해 아쿠아리움 펌프, 아쿠아리움 항공 튜브, 아쿠아리움 밸브 또는 심지어 녹조 생물 필름에 의해 제공되는 에어레이션이 있는 음식 용기 또는 유리 통조림 항아리로 만들 수 있습니다.투명 용기는 알루미늄 호일, 정육점용 종이, 검은색 플라스틱 또는 기타 재질로 덮어서 부정적인 광증의 영향을 제거할 수도 있습니다.일정에 따라, 예를 들어, 일주일에 한 번, 또는 전기 전도도 측정기로 측정한 농도가 일정 수준 이하로 떨어질 때, 영양 용액은 변경됩니다.용액이 일정 수준 이하로 고갈될 때마다 물이나 신선한 영양 용액을 첨가합니다.Mariotte's bottle 또는 Float valve를 사용하여 용액 수준을 자동으로 유지할 수 있습니다.뗏목 용액 배양에서, 식물들은 영양 용액의 표면에 떠있는 부력 플라스틱 시트에 놓여집니다.이렇게 하면 솔루션 수준이 근본 아래로 떨어지지 않습니다.[39]

연속흐름용액배양

다양한 샐러드 채소 재배를 위한 영양 필름 기술(NFT)

연속적인 흐름의 용액 배양에서, 영양 용액은 끊임없이 뿌리를 지나갑니다.수천 개의 식물을 수용할 수 있는 가능성이 있는 대형 저장 탱크에서 샘플링 및 온도, pH 및 영양소 농도 조정이 가능하기 때문에 정적 용액 배양보다 자동화가 훨씬 용이합니다.대표적인 변형은 식물 성장에 필요한 용해된 모든 영양소를 포함하는 매우 얕은 물 흐름이 수밀 채널의 식물의 맨 뿌리 매트를 지나 얇은 층으로 재순환되고 상부 표면이 공기에 노출되는 것입니다.결과적으로, 식물의 뿌리에 풍부한 산소 공급이 제공됩니다.적절하게 설계된 NFT 시스템은 올바른 채널 기울기, 올바른 유속 및 올바른 채널 길이를 사용하는 것을 기반으로 합니다.다른 형태의 수경재배에 비해 NFT 시스템의 가장 큰 장점은 식물 뿌리가 충분한 물, 산소 및 영양분 공급에 노출된다는 것입니다.다른 모든 형태의 생산에서, 이러한 요구사항의 공급 사이에 충돌이 발생하는데, 하나의 양이 과다하거나 부족하면 다른 하나 또는 둘 다의 불균형이 발생하기 때문입니다.NFT는 그 디자인 때문에 NFT의 단순한 개념이 항상 기억되고 실천된다면 건강한 식물 성장을 위한 세 가지 요구 사항을 동시에 충족시킬 수 있는 시스템을 제공합니다.이러한 장점의 결과로 고품질의 농산물이 장기간의 작물 재배에 걸쳐 더 높은 수확량을 얻을 수 있습니다.NFT의 단점은 흐름의 중단(예: 정전)에 대한 버퍼링이 거의 없다는 것입니다.하지만 전반적으로 더 생산적인 기술 중 하나일 것입니다.[40]

기존의 모든 NFT 시스템에도 동일한 설계 특성이 적용됩니다.1:100의 채널을 따르는 경사가 권장되지만, 실제로는 국소적으로 함몰된 지역에서 영양 필름이 흐르지 않고 흐르게 할 수 있을 정도로 충분히 사실적인 채널의 기반을 구축하는 것은 어렵습니다.따라서 1:30 ~ 1:40의 슬로프를 사용하는 것이 좋습니다.[41]이를 통해 표면의 미세한 요철이 발생할 수 있지만, 이러한 경사에도 연못 및 물 벌목이 발생할 수 있습니다.경사면은 바닥에 의해 마련될 수 있으며, 벤치 또는 랙이 채널을 고정시키고 필요한 경사면을 제공할 수 있습니다.두 방법 모두 사용되며 지역적인 요구사항에 따라 결정되며, 대개는 현장과 작물 요구사항에 따라 결정됩니다.

일반적으로 각 굴의 유량은 분당 1리터가 되어야 합니다.[vague][42]심을 때는 비율이 절반일 수 있고 상한인 2L/min이 최대치로 나타납니다.이러한 극단치를 넘어서는 유량은 종종 영양 문제와 관련이 있습니다.수로의 길이가 12미터를 초과할 때 많은 농작물의 성장률이 저하되는 현상이 관찰되고 있습니다.빠르게 성장하는 농작물에서 실험 결과, 산소 수준이 적절한 상태를 유지하는 반면, 질소는 굴의 길이에 걸쳐 고갈될 수 있음이 나타났습니다.따라서 채널 길이는 10~15m를 초과해서는 안 됩니다.이것이 불가능한 상황에서는 다른 영양 공급 장치를 굴을 따라 중간에 배치하고 각 배출구를 통한 유량을 절반으로 줄임으로써 성장 감소를 제거할 수 있습니다.[43][5]

에어로포닉스

주요 기사:에어로포닉스

에어로포닉스(Aeroponics)는 뿌리가 영양 용액의 미세 방울(미스트 또는 에어로졸)로 포화된 환경에서 연속적으로 또는 불연속적으로 유지되는 시스템입니다.이 방법은 기질을 필요로 하지 않으며 뿌리가 깊은 공기나 성장실에서 부유한 식물을 자라게 하고 뿌리에 미립화된 영양분의 미세한 안개가 주기적으로 적셔지게 합니다.탁월한 에어포닉스는 에어로포닉스의 주요 장점입니다.

에어로포닉 기법의 도식화

에어로포닉 기술은 번식, 종자 발아, 종자 감자 생산, 토마토 생산, 잎 작물 및 마이크로 그린에 대해 상업적으로 성공적인 것으로 입증되었습니다.[44]발명가 리차드 스토너(Richard Stoner)가 1983년 에어로포닉 기술을 상용화한 이후, 에어로포닉은 전 세계적으로 물 집약적 수경 시스템의 대안으로 구현되었습니다.[45]수경학의 주요한 한계는 1 킬로그램의 물이 공기를 8 밀리그램 (0.12 그램)만 담을 수 있다는 사실입니다.

수경재배에 비해 에어로포닉의 또 다른 장점은 어떤 종류의 식물이든 진정한 에어로포닉 시스템에서 재배할 수 있다는 점입니다. 에어로포닉의 미세한 환경이 정교하게 조절될 수 있기 때문입니다.수경재배의 또 다른 한계는 특정한 종류의 식물들이 물에 잠기기 전에는 물속에서만 오래 생존할 수 있다는 것입니다.이에 반해 부유식 공기식물은 이용 가능한 산소와 이산화탄소를 100% 뿌리 영역, 줄기, 잎에 공급하므로 바이오매스의 성장을 가속화하고 뿌리내리는 시간을 단축할 수 있습니다.[46]NASA의 연구 결과에 따르면 공기 중에서 재배된 식물은 수경 재배 식물에 비해 건조 중량 바이오매스(필수 광물)가 80% 증가했습니다.에어로포닉스는 또한 수경재배보다 물 사용량이 65% 적습니다.NASA는 항공기로 재배된 식물들이 수경재배에 비해 영양성분을 ¼해야 한다는 결론을 내렸습니다.수경재배 식물과 달리, 수경재배 식물은 토양에 이식될 때 이식충격을 받지 않으며, 재배자들에게 질병과 병원균의 확산을 줄일 수 있는 능력을 제공합니다.공기론은 식물 생리학과 식물 병리학의 실험실 연구에도 널리 사용됩니다.무중력 환경에서는 안개가 액체보다 다루기 쉽기 때문에 항공우주국은 항공우주 기술에 각별한 관심을 기울여 왔습니다.[47][5]

안개포닉스

주요 기사:안개포닉스

포그포닉스는 초음파 주파수로 진동하는 진동판에 의해 영양 용액이 에어로졸 처리되는 에어로포닉스의 파생어입니다.이 방법에 의해 생성된 용액 방울의 직경은 5-10 µm인 경향이 있으며, 에어로포닉스에서와 같이 가압 노즐을 통해 영양 용액을 강제로 주입하여 생성된 방울보다 작습니다.작은 크기의 물방울들은 공기를 통해 더 쉽게 퍼지게 하고 산소에 대한 접근을 제한하지 않고 영양분을 뿌리에 전달합니다.[49][50]

패시브 서브 관개

주요 기사 : 수동 수경재배
수초배양 크로커스

수동적 수경재배(passive sub-rigation)는 수동적 수경재배(passive hydrophonics), 반수경재배(semi-hydrophonics) 또는 수경재배(hydroculture)라고도 하며,[51] 필요에 따라 별도의 저수지에서 모세관 작용에 의해 물과 비료를 뿌리로 이동시키는 불활성 다공성 배지에서 식물을 재배하여 노동력을 절감하고 뿌리로 물을 일정하게 공급하는 방법.가장 간단한 방법으로, 냄비는 비료와 물의 얕은 용액 안에 있거나 영양 용액으로 포화된 모세관 매트 위에 놓여 있습니다.확장된 점토와 코코넛 껍질과 같은 다양한 수경성 배지는 더 많은 전통적인 화분 혼합물보다 더 많은 공기 공간을 포함하고 있으며, 이는 자연에서 뿌리가 공기에 노출되는 난초와 브로멜리아드와 같은 착생 식물에서 중요합니다.패시브 수경재배의 추가적인 장점은 뿌리가 썩는 현상과 증발을 통해 제공되는 추가적인 주변 습도의 감소입니다.

통제된 환경에서 면적당 농작물 수확량의 측면에서 전통 농업과 비교한 수력 재배는 전통 농업보다 약 10배 더 효율적이었고, 한 작물 주기에 전통 농업보다 13배 더 적은 물을 사용했지만, 평균적으로 전통 농업보다 킬로그램당 100배 더 많은 에너지를 사용했습니다.[52]

썰물 및 흐름(홍수 및 배수) 하부 관개

썰물과 흐름, 홍수와 배수, 수경재배시스템
주요 기사 : 간만류 수경재배

가장 간단한 형태로, 영양소가 풍부한 물은 Expanded clay aggregate와 같은 성장 매체에 식물이 있는 용기에 퍼집니다. 일정한 간격으로, 간단한 타이머는 펌프가 용기에 영양소 용액을 채우게 하고, 그 후에 용액은 다시 저장고로 빠져나갑니다.이것은 영양분과 공기로 배지를 정기적으로 씻어내도록 합니다.[53]

Run-to 웨이스트

Run-to-Waste 시스템에서는 영양제와 수용액이 중간 표면에 주기적으로 도포됩니다.이 방법은 1946년 벵골에서 발명되었습니다. 이러한 이유로 "벵골 시스템"이라고 불리기도 합니다.[54]

인도 동부 지역의 이름을 따서 "벵골 시스템(The Bengal System)"이라고 불리는 폐기물 수경재배 시스템(1946년경)

이 방법은 다양한 구성으로 설정할 수 있습니다.가장 간단한 형태로, 영양-물 용액을 락울, 펄라이트, 버미큘라이트, 코코 섬유 또는 모래와 같은 불활성 성장 배지 용기에 하루에 한 번 이상 수동으로 바릅니다.조금 더 복잡한 시스템에서는 전달 펌프, 타이머 및 관개 배관으로 자동화되어 식물 크기, 식물 생장 단계, 기후, 기질 및 기질 전도도, pH 및 수분 함량의 주요 변수에 따라 전달 빈도를 조절합니다.

상업적 환경에서 물주기 빈도는 다요소적이고 컴퓨터나 PLC에 의해 통제됩니다.

토마토, 오이 및 고추와 같은 대형 식물의 상업적 수경재배 생산은 한 가지 또는 다른 형태의 폐기물 수경재배를 사용합니다.

심수문화

헝가리산 왁스 고추 재배를 위한 심층수 배양법
주요 기사:심수문화

식물 뿌리를 영양이 풍부하고 산소화된 물의 용액에 현탁시키는 방법에 의한 수경재배 방법.전통적인 방법은 플라스틱 양동이와 큰 용기를 사용하는 것을 선호합니다. 식물은 뚜껑 중앙에 매달린 그물 화분에 담겨 있고 뿌리는 영양 용액에 매달린 것입니다.이 용액은 다공성 돌과 결합된 공기 펌프에 의해 포화된 산소입니다.이 방법으로, 식물은 뿌리가 받는 높은 양의 산소 때문에 훨씬 더 빨리 자랍니다.[55]크라츠키 방법은 심해 배양과 비슷하지만 순환하지 않는 저수조를 사용합니다.

원양심층수 배양

탑-피드 딥 워터 배양은 고도로 산소화된 영양 용액을 식물의 뿌리 영역에 직접 공급하는 기술입니다.심층수 배양이 식물 뿌리를 영양 용액 저장고에 늘어뜨리는 것을 포함하는 반면, 최상급 심층수 배양에서는 용액이 저장고에서 뿌리까지 퍼집니다(최상급).물은 식물 뿌리 위로 방출된 후 일정한 재순환 시스템으로 아래의 저장소로 다시 흐릅니다.깊은 물 문화와 마찬가지로 저수지에는 공기를 주입하는 에어스톤이 있으며, 이 에어스톤은 저수지 외부에서 호스를 통해 물로 공기를 주입합니다.에어스톤은 물에 산소를 더하는 것을 돕습니다.에어스톤과 워터펌프 둘 다 24시간 가동됩니다.

표준 심층수 배양에 비해 최상급 심층수 배양의 가장 큰 장점은 처음 몇 주 동안의 성장 증가입니다.[citation needed]깊은 물의 배양으로 아직 뿌리가 물에 닿지 않은 때가 있습니다.먹이를 가장 많이 먹는 심층수 배양으로, 뿌리는 처음부터 물에 쉽게 접근할 수 있고, 심층수 배양 시스템보다 훨씬 더 빨리 아래의 저수지로 자랄 것입니다.일단 뿌리가 아래의 저수지에 도달하면, 표준적인 심층수 배양에 비해 상부식 심층수 배양에는 큰 이점이 없습니다.그러나 초기에 더 빠른 성장으로 인해 성장 시간이 몇 주 정도 단축될 수 있습니다.[citation needed]

로터리

2015 벨기에 파빌리온 엑스포 회전수경재배 시연

회전형 수경재배원은 재배 중인 식물의 전체 성장 주기 동안 연속적으로 회전하는 원형 틀 안에서 만들어지는 상업적 수경재배의 한 유형입니다.

시스템의 세부 사항은 다양하지만, 일반적으로 시스템은 한 시간에 한 번씩 회전하며, 24시간 주기마다 공장이 원 안에서 24번 완전히 회전하게 됩니다.각 회전식 수경 정원의 중앙에는 종종 기계화 타이머의 도움을 받아 태양광을 시뮬레이션하도록 설계된 고강도 성장 조명이 설치될 수 있습니다.

식물이 회전하면서 수경재배액으로 주기적으로 물을 주어 왕성한 성장에 필요한 모든 영양분을 공급합니다.식물은 중력과의 지속적인 싸움으로 인해 일반적으로 토양이나 다른 전통적인 수경재배 시스템에서 자랄 때보다 훨씬 더 빨리 성숙합니다.[56]회전 수경재배 시스템은 크기가 작기 때문에 기존의 다른 수경재배 시스템보다 바닥 면적당 더 많은 식물재를 재배할 수 있습니다.[57]

회전 수경재배 시스템은 대부분의 환경에서 사용되지 않아야 하는데, 이는 주로 이들의 실험적 특성과 이를 찾고 구입하고 운영하고 유지하는 데 드는 높은 비용 때문입니다.[58]

기판(성장 지지재)

다양한 매체는 다양한 성장 기술에 적합합니다.

암모

암모

수경재배에서 가장 널리 사용되는 매개체는 암석모(광물모)입니다.암석 울은 폐기물 처리 시스템과 재순환 시스템 모두에 적합한 비활성 기판입니다.암면은 용융암, 현무암 또는 단일 필라멘트 섬유 다발로 방사되어 모세관 작용이 가능한 매질로 결합되며 사실상 대부분의 일반적인 미생물 분해로부터 보호됩니다.암모는 일반적으로 묘목 단계 또는 새로 절단된 클론과 함께만 사용되지만 평생 식물 기반에 남아 있을 수 있습니다.암모는 많은 장점과 몇가지 단점을 가지고 있습니다.후자는 취급 중 피부 자극(기계적)일 수 있습니다(1:1000).[citation needed]차가운 물로 물을 씻어내면 대개 안심이 됩니다.상업적인 수경재배 기판으로서 그것의 입증된 효율과 효과를 포함하는 장점이 있습니다.현재까지 판매된 대부분의 암모는 유럽연합 분류 포장 및 라벨링 규정(CLP)의 참고 Q에 해당하는 유해하지 않은 비암종 물질입니다.[citation needed]

미네랄 울 제품은 뿌리 성장과 수경 재배에 도움이 되는 많은 양의 물과 공기를 저장할 수 있도록 설계될 수 있으며, 섬유질의 특성은 식물을 안정적으로 유지할 수 있는 좋은 기계적 구조를 제공합니다.미네랄 양모의 pH가 자연적으로 높기 때문에 처음에는 식물 성장에 적합하지 않으며 적절하고 안정적인 양모를 생산하기 위해 "컨디셔닝"이 필요합니다.[59]

확장점토골재

주요 기사:확장점토골재
확장점토골재

구운 점토 펠릿은 물 용액에서 모든 영양소가 세심하게 조절되는 수경재배 시스템에 적합합니다.점토 펠릿은 비활성이며 pH 중립적이며 영양소 값을 포함하지 않습니다.

점토는 둥근 펠릿으로 형성되어 1,200 °C (2,190 °F)의 회전식 가마에서 소성됩니다.이것은 점토가 팝콘처럼 팽창하고 다공성이 되게 합니다.무게가 가볍고, 시간이 지나도 압축되지 않습니다.개별 펠릿의 모양은 브랜드 및 제조 공정에 따라 불규칙하거나 균일할 수 있습니다.일반적으로 백초, 염소 표백제 또는 과산화수소(HO
2
2) 용액에서 세척하고 완전히 헹구어내는 것으로 세척 및 멸균이 가능하기 때문에 제조업체는 확장 점토를 생태학적으로 지속 가능하고 재사용 가능한 성장 매체로 간주합니다.

또 다른 견해는 점토 조약돌이 세척이 되더라도 배지에 들어갈 수 있는 뿌리 생장 때문에 재사용되지 않는 것이 최선이라는 것입니다.사용 후 점토 조약돌을 깨서 여는 것이 이 성장을 드러낼 수 있습니다.[citation needed]

성장석

유리 폐기물로 만들어진 성장석은 퍼라이트와 이탄보다 더 많은 공기와 수분 보유 공간을 가지고 있습니다.이 골재는 조린 쌀 껍질보다 더 많은 물을 담고 있습니다.[60]부피별 성장석은 탄산칼슘 25.8g에서 258g에 해당하는 성장석 5.1kg 포대의 경우 0.5~5%의[61] 탄산칼슘으로 구성됩니다.나머지는 소다 라임 유리입니다.[61]

코코넛 코어

퍼라이트가 첨가된 코어에서 자라는 "마더" 대마초 식물.

코아 이탄이라고도 알려진 코코넛 코아는 코코넛 가공에서 파생된 천연 부산물입니다.코코넛의 겉껍질은 바닥 매트에서부터 붓에 이르기까지 다양한 품목을 만드는 데 일반적으로 사용되는 섬유로 구성되어 있습니다.긴 섬유가 그러한 용도에 사용된 후, 먼지와 짧은 섬유가 합쳐져서 코이어가 만들어집니다.코코넛은 그들의 생애 주기 동안 높은 수준의 영양소를 흡수하므로, 그것이 실행 가능한 성장 매개체가 되기 전에 그 코어는 성숙 과정을 거쳐야 합니다.[62]이 과정은 상당한 물 세척을 통해 소금, 탄닌 및 페놀 화합물을 제거합니다.오염된 물은 1입방미터 당 300에서 600리터의 물이 필요하기 때문에 이 과정의 부산물입니다.[63]게다가, 이 성숙은 6개월까지 걸릴 수 있고, 한 연구는 성숙 과정 동안의 작업 조건이 위험하고 북미와 유럽에서는 불법이라고 결론지었습니다.[64]코코넛 코어는 건강상의 위험을 초래하고 환경에 영향을 미치며 주의를 요함에도 불구하고 인상적인 재료 특성을 가지고 있습니다.물에 노출되면 갈색의 건조하고 통통하며 섬유질인 이 물질은 원래 크기의 거의 서너 배로 팽창합니다.코코넛 코어의 수분 유지 능력과 병해충 및 질병에 대한 내성이 결합된 이러한 특성은 효과적인 성장 매개체가 됩니다.락 울의 대안으로 사용되는 코코넛 코어는 최적화된 성장 조건을 제공합니다.[65]

왕겨

왕겨

조림 왕겨(PBH)는 농업 부산물로, 그렇지 않으면 거의 쓸모가 없을 것입니다.그들은 시간이 지남에 따라 부패하고 배수가 가능하며 심지어 성장석보다 적은 물을 보유하고 있습니다.[66][60]벼 껍질이 식물 성장 조절제의 효과에 영향을 미치지 않는다는 연구 결과가 나왔습니다.[66][non-primary source needed]

펄라이트

펄라이트

펄라이트는 매우 가벼운 팽창된 유리 조약돌로 과열된 화산암입니다.헐렁하거나 물에 잠긴 플라스틱 소매에 사용됩니다.토양 밀도를 낮추기 위해 화분용 흙 혼합물에도 사용됩니다.일부 식물에 해로울 수 있는 많은 양의 불소를 함유하고 있습니다.[67]펄라이트는 질석과 비슷한 성질과 쓰임새를 가지고 있지만, 일반적으로 공기를 더 많이 담고 물을 덜 머금고 부력이 있습니다.

버미쿨라이트

버미쿨라이트

펄라이트와 마찬가지로, 버미큘라이트는 가벼운 조약돌로 확대될 때까지 과열된 광물입니다.버미쿨라이트는 펄라이트보다 더 많은 물을 보유하고 있으며 수동적인 수경재배 시스템에서 물과 영양분을 끌어낼 수 있는 자연적인 "위킹" 특성을 가지고 있습니다.너무 많은 물과 충분한 공기가 식물 뿌리를 둘러싸고 있지 않으면, 펄라이트의 양을 증가시켜 혼합함으로써 배지의 물 보유 능력을 점진적으로 낮추는 것이 가능합니다.

푸미체

부석

펄라이트와 마찬가지로, 퓨마이스는 수경학에서 응용할 수 있는 가볍고 채굴된 화산암입니다.

모래

모래는 값이 싸고 쉽게 구할 수 있습니다.그러나 무겁고, 물을 잘 담지 못하며, 사용하는 사이에 반드시 살균해야 합니다.[68]

자갈

수족관에서 사용되는 것과 동일한 종류이지만, 작은 자갈이라면 어떤 것이든 사용할 수 있습니다.실제로 전통적인 자갈여과대에서 자라는 식물들은 전기식 파워헤드 펌프를 사용하여 순환되는 물로 사실상 자갈수경재배를 통해 재배되고 있으며, 이는 "영양"이라고도 합니다.자갈은 값이 싸고, 청결을 유지하기 쉽고, 배수가 잘 되며, 물이 고이지 않습니다.그러나 또한 무겁고, 시스템이 지속적인 물을 공급하지 않으면 식물 뿌리가 말라버릴 수도 있습니다.

목질섬유

엑셀시어 또는 목모

목재 섬유는 목재의 증기 마찰로부터 생성되며 수경재배에 효율적인 유기 기판입니다.구조를 오래 유지한다는 장점이 있습니다.수경학 연구 초기부터 목모(목모)가 사용되었습니다.[28]그러나 최근 연구에 따르면 목재 섬유가 "식물 성장 조절제"에 해로운 영향을 미칠 수 있다고 합니다.[66][non-primary source needed]

양털

양털을 깎는 것은 거의 사용되지 않지만 재생 가능한 성장 매개체입니다.오이 식물을 재배하기 위해 양모를 이탄 슬라브, 코코넛 섬유 슬라브, 펄라이트 및 락울 슬라브와 비교한 연구에서 양모는 공기 용량이 70%로 더 커졌고, 이는 사용에 따라 43%로 감소했고, 물 용량은 사용에 따라 23%에서 44%로 증가했습니다.[69]양모를 사용하여 실험된 기판 중 가장 많은 수율을 얻었으며 휴믹산, 젖산, 바실러스 서브틸리스로 구성된 바이오시뮬레이터를 적용하여 모든 기판에서 수율을 향상시켰습니다.[69]

벽돌조각

벽돌 조각은 자갈과 비슷한 성질을 가지고 있습니다.pH를 변경할 가능성이 있고 재사용하기 전에 추가 세척이 필요하다는 단점이 있습니다.[70]

폴리스티렌 포장 땅콩

폴리스티렌 폼 땅콩

폴리스티렌 포장 땅콩은 가격이 저렴하고, 쉽게 구할 수 있으며, 배수 능력도 뛰어납니다.그러나 일부 용도에는 너무 가벼울 수 있습니다.그것들은 주로 폐쇄형 튜브 시스템에서 사용됩니다.생분해성이 아닌 폴리스티렌 땅콩을 사용해야 합니다. 생분해성 포장 땅콩은 슬러지로 분해됩니다.식물은 스티렌을 흡수하여 소비자에게 전달할 수 있습니다. 이는 건강에 위험이 있을 수 있습니다.[70]

영양용액

무기수경성용액

수경성 용액의 제형은 식물 영양의 응용이며, 영양 결핍 증상은 전통적인 토양 기반 농업에서 발견되는 것과 유사합니다.그러나 수경성 용액의 근본적인 화학은 많은 면에서 토양 화학과 다를 수 있습니다.중요한 차이점은 다음과 같습니다.

  • 토양과 달리, 수경재배 영양 용액은 점토 입자나 유기물로부터 양이온 교환능(CEC)을 갖지 않습니다.CEC와 토양 기공이 없다는 것은 pH, 산소 포화도 및 영양분 농도가 토양에서 가능한 것보다 수경재배에서 훨씬 더 빠르게 변화할 수 있음을 의미합니다.
  • 식물에 의한 영양분의 선택적 흡수는 종종 용액의 반이온의 양을 불균형하게 합니다.[28][71][72]이러한 불균형은 용액 pH와 식물이 유사한 이온 전하의 영양분을 흡수하는 능력에 빠르게 영향을 미칠 수 있습니다(기사 막 전위 참조).예를 들어, 질산염 음이온은 종종 단백질을 형성하기 위해 식물에 의해 빠르게 소비되며, 용액에 과도한 양이온을 남깁니다.[28]이러한 양이온 불균형은 용액에 이상적인 양의 영양소가 용해되었을 때에도 다른 양이온 기반 영양소(예: Mg2+)의 결핍 증상을 초래할 수 있습니다.[71][72]
  • pH에 따라 또는 수질 오염 물질의 존재에 따라, 철과 같은 영양소가 용액으로부터 침전되어 식물이 사용할 수 없게 될 수 있습니다.pH에 대한 일상적인 조정, 용액 완충 또는 킬레이트제의 사용이 종종 필요합니다.[73]
  • 구성 성분이 크게 다를 수 있는 토양 유형과 달리, 수경해는 종종 표준화되고 식물 재배를 위해 일상적인 유지관리가 필요합니다.[74]제어된 실험실 조건에서 수경성 용액은 주기적으로 pH를 거의 중성(pH 6.0)으로 조정하고 산소와 함께 공기를 주입합니다.또한, 수분 레벨은 증발 손실을 설명하기 위해 보충되어야 하며 식물이 성장하고 영양소 비축량이 고갈될 때 발생하는 영양소 불균형을 수정하기 위해 영양소 용액은 보강이 필요합니다.때때로 질산염 이온의 정기적인 측정은 균형잡힌 용액을 복원하기 위해 다른 필수 영양소 이온의 나머지 비율과 농도를 추정하는 주요 매개변수로 사용됩니다.[75]
  • 표준화된 균형잡힌 영양소 용액의 잘 알려진 예로는 호아글란드(Hoagland) 용액, 롱 애슈턴(Long Ashton) 영양소 용액 또는 크놉(Knop) 용액이 있습니다.

전통적인 농업과 마찬가지로 특정 식물 품종에 대해 Liebig의 최소값 법칙을 만족시키기 위해 영양분을 조절해야 합니다.[71]그럼에도 불구하고 영양 용액에 대해 일반적으로 허용 가능한 농도가 존재하며, 대부분의 식물에서 최소 농도와 최대 농도 범위는 다소 유사합니다.[76]대부분의 영양 용액은 1,000에서 2,500 ppm 사이의 농도를 갖도록 혼합됩니다.[28]총 ppm 수치를 구성하는 개별 영양 이온의 허용 농도는 다음 표에 요약되어 있습니다.필수 영양소의 경우, 이러한 범위 미만의 농도는 종종 영양소 결핍을 초래하고 이러한 범위를 초과하면 영양소 독성을 초래할 수 있습니다.식물 품종의 최적 영양 농도는 경험적으로 또는 식물 조직 검사를 통해 발견됩니다.[71]

요소 역할. 이온 형태(들) 저사거리(ppm) 하이레인지(ppm) 공통 출처 댓글
질소 필수 주영양소 NO−
3 또는 NH+
4		 100[72] 1000[71] KNO3, NHNO43, Ca(NO3),2 HNO3, (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 NH는+
4 주요2+ 질소 공급원으로 사용될 경우 소화를 방해하고 식물에 독성을 나타낼 수 있습니다.질소 흡수 동안 pH 균형을 맞추기 위해 NO-N−
3 대 NH-N+
4(wt%)의 3:1 비율이 권장되기도 합니다.[72]식물은 질소의 형태에 따라 다르게 반응합니다. 예를 들어 암모늄은 양전하를 가지고 있으므로 식물은 NH를+
4 차지할 때마다 하나의 양성자(H+
)를 방출하여 근위권 pH가 감소합니다.NO를−
3 공급받으면 공장이 중탄산염(HCO−
3)을 방출하여 근위권 pH를 높이는 반대의 경우가 발생할 수 있습니다.이러한 pH의 변화는 다른 식물 영양소(예: Zn, Ca, Mg)의 이용 가능성에 영향을 미칠 수 있습니다.[77]
칼륨 필수 주영양소 K+ 100[71] 400[71] KNO3, KSO24, KCl, KOH, KCO23, KPO24, KSiO23 고농도는 Fe, Mn, Zn의 기능을 방해합니다.아연 결핍은 종종 가장 명백합니다.[72]
인 필수 주영양소 PO3−
4		 30[72] 100[71] KHPO24, KHPO24, NHHPO424, HPO34 및 Ca(HPO24)2 과도한−
3 NO는 PO3−
4 흡수를 억제하는 경향이 있습니다.철과 PO의3−
4 비율은 공침 반응에 영향을 줄 수 있습니다.[71]
칼슘 필수 주영양소 카2+ 200[72] 500[71] Ca(NO3)2, Ca(H2PO4)2, CaSO4, CaCl2 과잉2+ Ca는 Mg2+ 섭취를 억제합니다.[72]
마그네슘 필수 주영양소 Mg2+ 50[71] 100[71] MgSO4 및 MgCl2 경쟁적인 흡수로 인해2+ Ca 농도를 초과해서는 안 됩니다.[72]
유황 필수 주영양소 SO2−
4		 50[72] 1000[71] MgSO4, KSO24, CaSO4, HSO24, (NH4)2SO4, ZnSO4, CuSO4, FeSO4 및 MnSO4 대부분의 영양소와 달리 식물은 고농도의 SO를2−
4 견딜 수 있어 필요에 따라 선택적으로 영양소를 흡수합니다.[28][71][72]그러나 바람직하지 않은 반이온 효과는 여전히 적용됩니다.
철 필수미량영양소 페3+ 앤2+ 페 2[72] 5[71] FeDTPA, FeEDTA, 철 구연산염, 철 타르트산염, FeCl3, Ferric EDTA 및 FeSO4 6.5 이상의 pH 값은 철 용해도를 크게 감소시킵니다.킬레이트제(예를 들어, DTPA, 시트르산 또는 EDTA)는 종종 더 큰 pH 범위에서 철 용해도를 증가시키기 위해 첨가됩니다.[72]
아연 필수미량영양소 Zn2+ 0.05[72] 1[71] ZnSO4 과도한 아연은 식물에 매우 독성이 강하지만 낮은 농도의 식물에는 필수적입니다.상업적으로 이용 가능한 식물성 식품의 아연 함량은 신선 중량 3 내지 10 µg/g 범위입니다.
구리 필수미량영양소 Cu2+ 0.01[72] 1[71] CuSO4 구리에 대한 식물 민감도는 매우 다양합니다. 0.1 ppm은 일부 식물에[72] 독성이 있을 수 있으며 많은 식물에 대해 0.5 ppm까지의 농도는 종종 이상적이라고 간주됩니다.[71]
망간 필수미량영양소 음2+ 0.5[71][72] 1[71] MnSO4 및 MnCl2 높은 PO3−
4 농도로 인해 흡수력이 향상됩니다.[72]
붕소 필수미량영양소 B(OH)−
4		 0.3[72] 10[71] HBO33, NaBO247 그러나 필수 영양소인 일부 식물은 붕소에 매우 민감합니다(예: 감귤나무의 독성 효과는 0.5ppm으로 명백함).[71]
몰리브덴 필수미량영양소 MoO−
4		 0.001[71] 0.05[72] (NH4)6MoO724 및 NaMoO24 질소 고정을 위해 rhizobia에 의해 요구되는 효소 nitrate reductase의 구성 요소.[72]
염소 필수미량영양소 Cl− 0.65[79] 9[80] KCl, CaCl2, MgCl2 및 NaCl 일부 식물에서는 NO−
3 섭취를 방해할 수 있지만 일부 식물에서는 유용할 수 있습니다(예: 아스파라거스의 경우 5ppm).침엽수, 양치류, 그리고 대부분의 브리오피테스에는 없습니다.[71]염화물은 식물 성장에 필수적인 16가지 원소 중 하나입니다.식물의 건강한 성장을 위해 소량으로 필요한 것으로 추정되기 때문에(영양배지에서 50–100μM 이하), 염화물은 미세영양소로 분류됩니다.[81]
알루미늄 가변미량영양소 알3+ 0 10[71] Al2(SO4)3 일부 식물(완두콩, 옥수수, 해바라기, 시리얼 등)에 필수적입니다.10ppm 이하의 일부 식물에 독성이 있을 수 있습니다.[71]때때로 꽃 색소를 생성하는 데 사용됩니다(예: 수국).
실리콘 가변미량영양소 SiO2−
3		 0 140[72] KSiO23, NaSiO23, HSiO23 대부분의 식물에 존재하며, 곡물 작물, 풀, 나무 껍질에 풍부합니다.SiO가2−
3 식물 질병 저항성을 개선한다는 증거가 있습니다.[71]
티타늄 가변미량영양소 티3+ 0 5[71] HTIO44 필수적인 것일 수도3+ 있지만 추적 Ti는 너무 어디에나 있기 때문에 추가가 거의 보장되지 않습니다.[72]5ppm에서는 일부 작물(예: 파인애플 및 완두콩)에서 유리한 성장 효과가 두드러집니다.[71]
코발트 가변미량영양소 코2+ 0 0.1[71] CoSO4 뿌리내림 결절에 중요한 뿌리내림 공포증에 의해 요구됩니다.[72]어떤 해조류는 비타민 B12의 합성을 위해 코발트를 필요로 합니다.[82]
니켈 가변미량영양소 니2+ 0.057[72] 1.5[71] NiSO4 및 NiCO3 많은 식물(예: 콩과 식물 및 일부 곡물 작물)에 필수적입니다.[72]우레아제 효소에도 사용됩니다.
나트륨 비필수미량영양소 나+ 0 31[83] NaSiO23, NaSO24, NaCl, NaHCO3 및 NaOH Na는+ 일부 식물 기능에서 K를+ 부분적으로 대체할 수 있지만 K는+ 여전히 필수 영양소입니다.[71]
바나듐 비필수미량영양소 VO2+ 0 추적, 미정 VOSO4 근막 N 고정에2 이롭습니다.[72]
리튬 비필수미량영양소 리+ 0 미확정 LiSO24, LiCl 및 LiOH Li은+ 일부 식물(예: 감자 및 후추 식물)의 엽록소 함량을 증가시킬 수 있습니다.[72]

유기수경용액

주요 기사:유기수경재배

유기 비료는 기존의 수경성 용액에 사용되는 무기 화합물을 보충하거나 완전히 대체하는 데 사용될 수 있습니다.[71][72]그러나 유기 비료를 사용하는 것은 쉽게 해결되지 않는 여러 가지 문제를 야기합니다.예를 들면 다음과 같습니다.

  • 유기질 비료는 미네랄과 다양한 유기 및 무기종의 측면에서 그들의 영양 조성에 매우 다양합니다.유사한 물질이라도 공급원에 따라 크게 다를 수 있습니다(예: 거름의 질은 동물의 식단에 따라 달라집니다).
  • 유기 비료는 종종 동물 부산물로부터 얻어지는데, 질병 전염을 인간의 소비 또는 동물의 먹이를 위해 재배된 식물에 대한 심각한 관심사로 만듭니다.
  • 유기 비료는 종종 미립자이며 기질이나 다른 성장 장비를 막히게 할 수 있습니다.유기물질을 미세먼지로 체에 거르거나 밀링하는 작업이 필요한 경우가 많습니다.
  • 유기 물질의 생화학적 분해와 전환 과정은 그들의 광물 성분을 식물들이 이용할 수 있게 할 수 있습니다.
  • 일부 유기 물질(특히 거름과 망아지)은 혐기성 조건에서 악취를 배출하도록 더욱 분해될 수 있습니다.
  • 많은 유기 분자(즉, 당)는 식물 뿌리에서 세포 호흡에 필수적인 호기성 분해 동안 추가적인 산소를 요구합니다.
  • 유기 화합물(즉, 설탕, 비타민, a.o.)은 정상적인 식물 영양에 필요하지 않습니다.[84]

하지만 예방책을 강구한다면 유기질 비료를 수경재배에 성공적으로 사용할 수 있을 것입니다.[71][72]

유기적으로 공급되는 다량의 영양소

평균 영양 함량을 건조 질량 백분율로 표시한 적합한 재료의 예는 다음 표에 나와 있습니다.[71]

유기물 N P2O5 K2O CaO MgO SO2 댓글
블러드밀 13.0% 2.0% 1.0% 0.5% – –
뼈 재 – 35.0% – 46.0% 1.0% 0.5%
뼈다귀 4.0% 22.5% – 33.0% 0.5% 0.5%
발굽 / 뿔밥 14.0% 1.0% – 2.5% – 2.0%
피시밀 9.5% 7.0% – 0.5% – –
양모폐기물 3.5% 0.5% 2.0% 0.5% – –
목재재 – 2.0% 5.0% 33.0% 3.5% 1.0%
목화씨 재 – 5.5% 27.0% 9.5% 5.0% 2.5%
목화씨앗간 7.0% 3.0% 2.0% 0.5% 0.5% –
메뚜기 또는 메뚜기 10.0% 1.5% 0.5% 0.5% – –
가죽폐기물 5.5% ~ 22% – – – – – 미세먼지까지 빻았습니다.[72]
다시마 밀, 김액 1% – 12% – – – 상용 제품을 이용할 수 있습니다.
가금류 거름 2% ~ 5% 2.5% ~ 3% 1.3% ~ 3% 4.0% 1.0% 2.0% 고형물을 제거하기 위해 체에 거른 액체 퇴비로 병원균을 검사합니다.[71]
양분뇨 2.0% 1.5% 3.0% 4.0% 2.0% 1.5% 가금류 거름과 같습니다.
염소거름 1.5% 1.5% 3.0% 2.0% – – 가금류 거름과 같습니다.
말거름 3% ~ 6% 1.5% 2% ~ 5% 1.5% 1.0% 0.5% 가금류 거름과 같습니다.
소분뇨 2.0% 1.5% 2.0% 4.0% 1.1% 0.5% 가금류 거름과 같습니다.
박쥐 구아노 8.0% 40% 29% 추적하다 추적하다 추적하다 미세영양소 함량이 높습니다.[72]상업적으로 이용 가능합니다.
버드 구아노 13% 8% 20% 추적하다 추적하다 추적하다 미세영양소 함량이 높습니다.상업적으로 이용 가능합니다.

유기적으로 공급되는 미세영양소

미세영양소는 유기질 비료로도 얻을 수 있습니다.예를 들어, 퇴비화된 소나무 껍질은 망간 함량이 높고 때때로 수경성 용액의 미네랄 요구량을 충족시키는 데 사용됩니다.[72]또한 분쇄된 정제되지 않은 광물(예: 석고, 석회석 및 글라우코나이트)을 첨가하여 식물의 영양 수요를 충족시킬 수 있습니다.

첨가물

식물에 의한 영양 섭취 및 섭취를 향상시키기 위해 유기 및 기존 수경재배 시스템 모두에 화합물을 첨가할 수 있습니다.킬레이트제와 부식산은 영양소 섭취를 증가시키는 것으로 나타났습니다.[85][72]또한, 현장 및 온실농업에 널리 활용되고 있는 식물생육촉진근균(PGPR)은 수경재배 식물생육 및 영양섭취에 효과가 있는 것으로 확인되고 있습니다.[86]일부 PGPR은 질소 고정을 증가시키는 것으로 알려져 있습니다.질소는 일반적으로 적절하게 유지되는 비료 체계를 가진 수경재배 시스템에서 풍부한 반면, 아조스피릴룸과 아조토박터 속은 근권에서 더 높은 미생물 성장을 가진 시스템에서 동원된 형태의 질소를 유지하는 데 도움을 줄 수 있습니다.[87]전통적인 비료 방법은 수확할 때 식물 조직 내의 질산염의 높은 축적을 초래합니다.Rodopseudo-monas palustris는 잎이 무성한 녹색에서 전통적인 수경재배 비료법에 비해 수확 시 질소 사용 효율을 높이고 수확량을 증가시키며 질산염 농도를 88% 감소시키는 것으로 나타났습니다.[88]많은 Bacillus spp., Pseudomonas spp. 및 Streptomyces spp.는 토양 pH를 감소시키고, 더 넓은 pH 범위에서 이용 가능한 킬레이트 형태로 결합된 인을 방출하고, 유기 인을 광물화함으로써 식물이 이용할 수 없는 토양의 인 형태를 용해성 음이온으로 전환시킵니다.[87]

몇몇 연구들은 바실러스 접종제가 수경재배 잎 상추가 그렇지 않으면 성장을 감소시킬 수 있는 높은 염분 스트레스를 극복하도록 해준다는 것을 발견했습니다.[89]이는 특히 전기 전도도가 높은 지역이나 수원의 염분 함량이 높은 지역에서 유용할 수 있습니다.이렇게 하면 높은 작물 수확량을 유지하면서 비용이 많이 드는 역삼투 여과 시스템을 피할 수 있습니다.

도구들

공용장비

성공적인 수경재배를 위해서는 영양소 농도, 산소포화도, pH 값을 적절한 범위 내에서 관리하는 것이 중요합니다.수경화 솔루션을 관리하는 데 사용되는 일반적인 도구는 다음과 같습니다.

장비.

화학 장비를 사용하여 영양 용액의 정확한 화학 분석을 수행할 수도 있습니다.예를 들면 다음과 같습니다.[71]

  • 재료의 정확한 측정을 위해 균형을 맞춥니다.
  • 적정을 수행하기 위한 뷰렛과 피펫과 같은 실험실 유리 식기류.
  • Beer-Lambert 법칙을 적용하는 용액 테스트를 위한 색상계.
  • 주요 매개변수 질산염과 인산염, 황산염 또는 철과 같은 기타 영양소의 농도를 측정하는 분광 광도계.

수경재배 용액에 화학적 장비를 사용하는 것은 영양 용액이 종종 재사용될 수 있기 때문에 어떤 배경의 재배자에게도 도움이 될 수 있습니다.[90]영양 용액은 사실상 완전히 고갈된 적이 없으며, 그 결과로 초래될 용납할 수 없을 정도로 낮은 삼투압에 기인해서는 결코 안 되기 때문에, 새로운 영양 용액으로 오래된 용액을 다시 강화하면 재배자들의 비용을 절약할 수 있고 인근 호수와 하천의 부영양화의 공통적인 원천인 점오염을 통제할 수 있습니다.[90]

소프트웨어

비록 미리 혼합된 농축 영양소 용액이 일반적으로 수경재배 애호가들과 소규모 상업 재배자들에 의해 상업적인 영양소 제조업자들로부터 구매되지만, 화학에 대한 광범위한 지식 없이 누구나 그들만의 용액을 준비할 수 있도록 돕기 위한 여러 도구들이 존재합니다.하이드로버디[91](HydroBuddy)와 하이드로캘(HydroCal[92])은 전문 화학자들이 수경 재배자들이 스스로 영양 용액을 준비할 수 있도록 만든 무료 오픈 소스 도구입니다.첫 번째 프로그램은 윈도우, 맥, 리눅스에서 사용할 수 있고, 두 번째 프로그램은 간단한 자바스크립트 인터페이스를 통해 사용할 수 있습니다.HydroBuddy는 사용자 지정 물질을 사용 및 저장하고 제형을 저장하며 전기 전도도 값을 예측할 수 있는 추가 기능을 제공하지만 두 프로그램 모두 기본적인 영양 용액 제조를 가능하게 합니다.

용액혼합

종종 개별 소금을 사용하여 수경재배 용액을 혼합하는 것은 상업적 제품이 합리적인 가격에 구입할 수 있기 때문에 취미주의자나 소규모 상업 재배자들에게는 비현실적입니다.하지만 시중 제품을 살 때도 다성분 비료가 인기입니다.종종 이 제품들은 특정한 영양 역할을 강조하는 세 부분 공식으로 구입됩니다.예를 들어, 식물 성장(즉, 질소 함량이 높음), 개화(즉, 칼륨 및 인 함량이 높음) 및 미세영양소 용액(즉, 미량 미네랄 포함)을 위한 용액이 인기 있습니다.이러한 다부비료의 적용 시기와 적용 시기는 식물의 성장 단계와 일치해야 합니다.예를 들어, 연간 공장의 수명 주기가 끝날 때 공장은 고질소 비료로부터 제한을 받아야 합니다.대부분의 식물에서 질소 제한은 식물의 성장을 억제하고 꽃을 피우도록 돕습니다.[72]

추가적인 개선사항

알래스카의 한 밀물 재배실에 있는 어린 대마초 식물들.

재배실

해충 문제가 줄어들고 영양분이 끊임없이 뿌리에 공급되면서 수경재배의 생산성은 높지만, 재배자들은 정교한 재배실을 건설함으로써 식물의 환경을 조작함으로써 수확량을 더 늘릴 수 있습니다.[93]

이산화탄소2 농축

주요 기사 : 이산화탄소 § 응용

수확량을 더욱 증가시키기 위해, 일부 밀폐된 온실들은 성장과 식물 번식력을 향상시키는데 도움을 주기 위해 그들의 환경에 CO를2 주입합니다.

참고 항목

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