순환식 수경재배를 위한 수처리 기술

이승윤,김유창 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.9

Hydroponics is a cultivation technology of growing plants in nutrient solutions without soil. Hydroponic cultivation has the advantages of high yield per unit area and high quality crop production, however, there is a problem that the waste hydroponic nutrient solution can cause eutrophication when discharged into aquatic systems. In hydroponic cultivation, generally 30% of the nutrient solution is drained. By introducing closed hydroponic water treatment system, it is possible to prevent environmental pollution and reduce the cost of fertilizer and water resources. To reuse the nutrient solution, the plant pathogenic bacteria must be sterilized, while the nutrients contained in the waste hydroponic solution must be preserved. In the Netherlands and Europe, where hydroponic cultivation is developed, the distribution rate of the closed hydroponic system is more than 95%, but is less than 5% in Korea. In order to prepare for environmental regulations related to discharge of hydroponic solutions and to increase the distribution rate of closed the hydroponic system in Korea, it is necessary to develop Korean-type nutrient solution treatment technology. This review provides the characteristics and examples of the physical and chemical water treatment processes for closed hydroponic system so far and analyzed the current technology status of commercial closed hydroponic water treatment system. In addition, we suggest the development direction of closed hydroponic water treatment technology suitable for korean hydroponic characteristics. 수경재배는 토양을 이용하지 않고 액상비료인 양액으로 작물을 재배하는 방법이다. 수경재배는 단위 면적당 높은 생산량, 고품질 작물생산의 장점이 있으나 사용한 폐양액이 수계로 방류되면 부영양화를 일으킬 수 있는문제가 있다. 수경재배 시 일반적으로 급액된 양액의 30%가 배액되는데, 이를 재이용하는 순환식 수경재배를 도입하면 환경오염을 방지하고, 비료 및 수자원 비용을 절감 할 수 있다. 양액을 재이용하기 위해서는 폐양액에 포함된 영양소는 유지하되, 식물 병원균은 살균하는 수처리 기술이 필요하다. 수경재배가 발달한 네덜란드 및 유럽은 순환식 수경재배 시스템 보급율이 95% 이상이지만, 국내에는 5% 미만으로 낮다. 국내 순환식 수경재배 관련향후 환경규제를 대비하고, 순환식 양액재배 시스템 보급율을 높이기 위해서는 한국형 순환식 양액재배 수처리기술개발이 필요하다. 본 총설에서는 순환식 수경재배에 대표적으로 사용된 물리/화학적 수처리 공정의 특징과 사례를 소개하고, 국내외 순환식 수경재배 시스템 현황에 대해 분석하였다. 더불어 국내 수경재배 특성에 적합한 순환식 수경재배 수처리 기술개발 방향에 대해 논의해 보고자 한다.

신규 농업시설물의 수질오염 관리방안 마련 연구

류재나 ( Jaena Ryu ),김호정,정아영 한국환경연구원 2018 수시연구보고서 Vol.2018 No.-

본 연구는 수경재배 및 식물공장의 현황, 오염물 배출 관리 실태를 조사하고 국외의 관리제도 및 사례 등을 활용하여 신규 농업시설물에서 발생할 수 있는 수질오염원의 관리방안을 마련하고자 하였다. 특히 신규 농업시설물의 시설 현황 및 오염원 배출을 파악하고, 오염원 관리를 위한 제도 도입의 적정 방향을 설정하고자 하였다. 또한 수질오염 저감을 위한 국내 외의 기술 수준 검토를 통하여 기술적 제어방안 등의 관리방안을 제안하고자 하였다. ○ 수경재배시설 관리 방향 수경재배에서 발생하는 폐양액은 일정한 수로를 통해 배출되지만, 하·폐수처리와 같이 개별 농가에서 배출되는 폐양액을 한 곳에서 또는 개별 농가에서 수집/처리하기란 어려움이 따를 것으로 판단된다. 이에 우선적으로 수질오염물질의 배출 최소화 및 물 사용량 절약 관점에서 안정된 기술을 개발하여, ‘영농기술/방식’을 장려하며, 제도적인 보완을 추진함이 바람직할 것으로 생각된다. 이후 장기적으로 수경재배 면적 및 시설 규모 증가 등의 추이, 수체에 미치는 영향에 따른 시설 규모의 규제방안 등을 마련해야 한다. ○ 수경재배 폐양액 처리의 기술적 측면의 개선 방향 순환식 시스템의 도입을 위한 기술 검토 결과, 우리나라의 기술 개발은 시설원예연구소, 전북대학교 등 소수의 연구기관에서 연구가 진행 중이며, 파프리카 등에 대한 일부 작목에 대해서만 기술이 개발되어 있는 것으로 나타났다. 이는 순환식 시스템의 수요 부족으로 인한 기술 시장의 비활성화가 주된 이유이며, 순환식 기술의 개발을 순행시키기 위해서는 제도적인 활성화 기반 마련이 병행되어야 할 것으로 사료된다. 우선적으로 필요한 부분은 생산 작물 품질 유지를 위한 기술 개발이다. 또한 국내 실정에 적합한 수경재배 작물별 기술이 완성되어야 한다. 더불어 실용적인 순환식 양액제어 시스템의 개발이 필요하다. 나아가 저비용의 설치 및 운영과 실증연구를 통한 기술 개발 및 보급이 필요하다. 순환식 시스템의 기술 이외에 오염원의 저감을 위하여 비점오염 저감시설 등을 활용하는 방안도 검토 가능하다. 시설재배는 입지 특성상 비점오염원의 성격을 보이는 노지재배 방식의 수질오염원에 비해 수집이 용이한 장점이 있다. 재배단지의 하류, 하천의 수질오염물질 유입부 등에 인공습지 등 기존의 비점오염 저감시설을 폐양액의 주성분을 고려하여 설치하는 방안도 가능할 것이다. ○ 수경재배 수질오염원 관리의 제도적 측면의 개선 방향 우리나라의 수경재배 농가는 상대적으로 소규모여서 순환식 시스템 도입을 주저하는 가장 큰 이유는 경제적인 문제이다. 이에 농업보조금을 이용하여 순환식 시스템을 도입하는 소규모 농가의 시설을 지원하는 방안을 고려할 수 있다. 최근 ’18년 4월 발표된 현장지원계획에는 스마트팜 보급을 위한 컨설팅, 설명회 등의 현장지원 및 데이터 분석 컨설팅, 교육 등이 포함되어 있다. 이와 같은 정부의 시설 지원에 순환재배시스템의 시설 설치 지원을 포함하는 방안도 고려할 수 있으며, 기술에 대한 홍보 및 교육 또한 가능하다. 장기적인 관점에서는 배출수 규제를 검토하는 것이 바람직할 것이다. 현재는 영세한 규모의 농가에서 수경재배로 인한 오염원을 배출하고 있으나, 추후 수경재배 농가 면적의 증가, 오염원의 배출 정도에 따라 규모별로 차등화된 규제가 도입되어야 할 것이다. 대규모 시설의 수질오염 우려에 대해서는 장기적으로 선제적 대응이 반드시 필요하나, 그에 앞서 오염물질에 대한 모니터링, 하천에 미치는 오염부하 영향 분석, 적정 기술 개발의 안정화가 선행되어야 한다. ○ 식물공장 관리방안 식물공장의 경우 국내는 도입 초기 단계에 있으나 수경재배 방식을 활용하고 ‘오염물질의 유출 지점을 확보할 수 있으며 차집이 용이하고 처리효율을 확보할 수 있다’는 점오염원의 발생 특성이 있으며, 또한 대규모 농업시설이어서 다량의 수질오염물질 배출 가능성이 있다. 이와 같은 특성으로 인하여 식물공장은 점오염원으로 관리하는 것이 바람직하다. 식물공장의 경우, 건축물/시설의 인허가 단계에서 오염물질 유출에 대한 영향 검토가 필요하다. 오염물질이 유입되는 하수처리시설의 허용 부하에 대한 검토, 배출수의 수질 및 유량의 모니터링을 통하여 공공하수처리시설 또는 폐수처리시설로의 유입 및 처리 여부를 결정해야 한다. This study aimed to suggest water pollution prevention measures of recently developed agricultural facilities. The national circumstance of pollution discharge generated from hydroponic cultivation and plant factories, and the management conditions were investigated first. Institutional and technical strategies to manage agricultural water pollution were suggested on the basis of the assessment on technological development both at home and abroad. ○ Water pollution management strategies of hydroponic cultivation Even though hydroponic waste solution is discharged through pipes or channels, it would be difficult to collect and treat the waste solution in each farmhouse or specific place such as wastewater treatment plants. In order to minimise the discharge of waste solution and encourage water saving, technical developments in the reuse of hydroponic waste solution is required first, and institutional complements should follow. Regulatory plans need to be prepared in the longer- term perspective reflecting growth rate of the new agricultural facilities and influences of the hydroponic waste solution to water bodies. ○ Technical development strategies of hydroponic waste solution Current technical development in the reuse of hydroponic waste solution is restricted to several crops studied in few research institutes. Technology markets are not yet invigorated because of limited demands. Administrative and legal system need to be prepared first for the technology market settlement. It is also essential to develop innovative technology to address the water pollution associated with waste solution discharged from hydroponic cultivation of different crop types and plant species. ○ Institutional management strategies of hydroponic waste solution In Korea, most of farms are small scales. Open hydroponic cultivation is more common than the closed system because of the economic feasibility. Various agricultural assistance funds could be used for the supply of closed system. Publicity activities and educations on the technology also need to be prepared consistently. ○ Water pollution management strategies of plant factory The discharges of the plant factory can be considered as point source taking into account its characteristics that the pollutants are released from discrete conveyance and can be treated easily. Though plant factory of Korea is at an early stage, it is possible to become a major pollutant source in the future as they are relatively large scale. Therefore, it is essential to manage the discharges of plant factory as point source. Investigation for the impacts on the receiving water bodies of discharges should be proceeded within the building permits.

수경재배 분야의 국내 특허 정보 분석

유성오(Sung Oh Yu),배종향(Jong Hyang Bae),박윤점(Yun Jum Park),조자용(Ja Yong Cho),장홍기(Hong Gi Jang),허북구(Buk Gu Heo) (사)한국생물환경조절학회 2007 생물환경조절학회지 Vol.16 No.1

수경 재배 관련 기술개발 및 수경재배의 효율화를 위한 기초 자료 수집 측면에서 온라인 특허 검색 유료사이트(http:www2.wips.co.kr)를 이용해 1983년부터 20061년 1월까지의 수경재배와 관련된 국내 특허출원정보를 분석하였다. 수경재배에 관련된 특허출원은 59건이 검색되었다. 특허의 내용은 수경재배 장치에 관한 것 19건(32.2%), 수경재배 자재에 관한 것 13건 (22.0%), 양액의 조성에 관한 것이 11건(18.6%), 수경에 의한 재배방법에 관한 것 9건(15.3%), 수경재배 배지에 관한 것 7건(11.9%) 순으로 많았다. 특정의 작물을 대상으로 한 양액의 조성 및 수경에 의한 재배방법의 대상 작물로는 토마토가 5건, 감자가 4건으로 많았다. 특허 출원시기는 전체적으로 200이건 이전에 출원된 것이 33건(55.9%)을 차지하였으며, 2000년 이전에는 양액조성과 자재와 관련된 것이 상대적으로 많았고, 2000년 이후에는 수경 재배방법과 배지에 관한 것이 상대적으로 많았다. This study was conducted to collect the basic data for the development of hydroponic technique and the efficient promotion of water culture. We have also analysed the water culture associated domestic patent application informations searching for on-line internet site with an admission fee (http:// www2.wips.co.kr) from the year 1983 to January, 2006. Fifty nine patent applications related to the hydroponics were searched for in this study. Main patent contents applied were as followed in the order of that nineteen applications about the hydroponic equipments by 32.2%, thirteen applications about the materials used in water culture by 22.0%, eleven applications about the composition of nutrient solution by 18.6%, nine applications about the cultural methods by 15.3%, and seven applications about the cultural media by 11.9%. The compositions of nutrient solution and the cultural methods intended for specific crops were increased in number following five applications about tomato plants and four applications about potatoes. Thirty three patents (55.9%) were mainly applied before the year 2000. Main patent contents were the compositions of nutrient solution before the year 2000 in contrast to the cultural methods and substrates after the year 2000.

가정용 수경식물 재배기기 디자인 연구 - 상추재배를 중심으로 -

김국영,김창현 한국상품문화디자인학회 2015 상품문화디자인학연구 Vol.42 No.-

최근 건강을 생각하는 먹거리의 추세 변화가 양보다 질 위주의 유기농 및 친환경 등을 이용하여 재배하는 작물에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 출처를 알 수 없는 불량식품 뿐만 아니라 국내 대기업 식품사들까 지 먹거리에 대한 불신을 야기 시킨 사례들로 인해 전체적인 불신으로 확대되어 사회적 관심사로 부각되고 있는 상황이다. 이러한 시점에서 먹거리에 대한 불신을 조금이나마 해소하려는 일환으로, 재배조건이 까다 롭지 않으며, 성장기간이 짧은 상추재배를 중심으로 가정용 수경식물 재배기기를 연구하였다. 식물과 식물 재배 그리고 수경식물 등을 고찰하여 이론적 배경으로 삼았으며, 식물재배에 관련된 현황과 기기에 대하여 정리 하였고, 실물 제작에 필요한 부품과 스팩에 관하여 시장조사 후 배치도 도면 및 모형을 진행 하였다. 정형화된 기기를 소비자가 직접 원하는 공간에 배치할 수 있는 심플하고 가벼운 외형과 직관적으로 사용할 수 있도록 한, 원 버튼 시스템화를 통하여 간편성을 부여하여 디자인하였다. 본 연구는 식물재배공장 형태 및 대형화의 모습을 띄고 있는 식물재배 산업을 통하여, 가정용 수경식물 재배기기의 조건을 찾아 프로토타 입 모델을 제시하였다. 이는 향 후 그 다양해 질 수 있는 연구 개발에 디자인 가이드라인으로 활용될 수 있 으며, 나아가 가정용 타 식물재배기기 디자인 개발 시 구조와 배치, 사양 등이 참고로 활용되길 기대한다. In recently, changes in the foods you think your health is a priority quality over quantity. This has increased interest in crops grown using organic and eco-food, etc. This distrust of junk food and food companies, domestic enterprises for people with no source has been extended to the overall distrust, the situation emerging as a social concern. In this point, I want to relieve a little bit of distrust in food. Lettuce is not picky to grow. And a short growing season. So, I was studied Lettuce cultivation, hydroponic plant cultivation household appliances. I investigated plants, plant cultivation, hydroponic plants. Due to them, Make the theoretical background. And, I was investigate the current status and device related to plant cultivation. And, After market research with respect to the parts required and specific to the real, I was going to design. This is a canonical consumer devices directly to a simple and lightweight appearance that can be placed in the desired space. And it was designed to give you a one-button simplicity through systematized so that you can use intuitively. After this direction can be used as design guidelines which can be diverse research and development. I hope and expect this paper is used as reference in other studies. When growing plants for home appliances design development to construction and layout, specifications, etc.

1인 가구를 위한 가정용 수경재배 스마트 화분의 UX 디자인 속성 도출 - 생육 단계를 중심으로

박병용 ( Park Byoung Young ),김승민 ( Kim Seung Min ) 한국기초조형학회 2020 기초조형학연구 Vol.21 No.6

1인 가구 증가 추세에 외로움을 줄이고 친환경 인테리어를 위해 반려식물 재배가 유행이다. 하지만 바쁜 생활과 인터렉션 부족으로, 1인 생활자의 반려식물 키우기는 실패하기 쉽다. 이러한 문제 해결을 위해 스마트 화분 제품들이 시중에 등장하고 있지만, 스마트 화분의 연구는 대부분 토양재배 화분의 기능이나 형태에 초점이 맞춰져 있다. 때문에, 토양재배가 아닌, 1인 가구의 라이프스타일에 적합하다고 판단되는, 수경재배 방식의 스마트 화분을 주제로 연구를 진행하였다. 또한 식물재배를 단순히 생장 과정만을 다루는 것이 아닌 재배 전 준비부터 후처리까지 UX 디자인의 범주에 두고 연구를 진행하였다. 이를 통해, 1인 가구를 위한 가정용 수경재배 화분 UX 디자인방안 및 반려식물과의 인터랙션 개선방안을 도출하였다. 연구 방법으로는 문헌 조사를 통해 1인 가구에서 반려식물을 선호하는 이유와 수경재배의 장점에 대하여 조사하였다. 이후 수경재배를 진행하는 사용자 경험 단계를 반려식물이 생장하는 단계를 기준으로 3단계로 나누고 발생상황에 따른 필요기능을 표로 정리하였다. 이를 바탕으로 사용자들이 기능 중요도를 조사하기 위해 온라인 설문조사를 진행하였다. 온라인 설문조사와 기능정리를 통해 사용자에게 전달해야 하는 단계별 정보를 종합하고 수경재배 프로세스 플로우차트와 우선순위에 따른 사용자 경험을 정리하였다. 이를 바탕으로 1인 가구를 위한 스마트 수경재배 화분과 애플리케이션에 요구되는 기능과 UX 디자인방안을 제시하였다. 본 연구 결과를 통해 향후 제작될 수경재배 스마트 화분제작에 참고자료로 효과가 있을 것으로 기대된다. Recently, in the Republic of Korea, living environments have greatly been changed, e.g. The increase in the number of one-person families and the increase in individuals’ incomes. One-person households are right at the center of the change in living environments. Accordingly, as methods for improving the quality of life and overcoming loneliness, raising companion animals and pet plants is popular among one-person families. However, it is difficult for people who live alone to care for a companion animal because of the time of staying at home, etc. As a solution, in many one-person households, preference for pet plants increases, which are recognized to be easier to care for as compared to companion animals. However, there are numerous cases of failure, though a lot of people grow them because it is easy to do. The reason is that pet plants do not have active interactions with the people who grow them, unlike companion animals that have immediate interactions with the people. Paying attention to this, the researcher conducted a study based on the smart pot through which a user and a pet plant could interact with each other, and various environmental variables could be adjusted. As a result, this study would propose a plan for the UX design of a smart pot, focused on the interactions with users. As for the research method, through a literature review and survey, this study collected the processes related to water culture and the users’ requests and proposed product functions and interaction methods for people who live alone through the UX design perspective. Especially, concerning the situations the users could experience when they raise a pet plant, using water culture, this study divided the stage into three stages, including the preparation stage, the growth and development stage, and the finish stage and focused on analyzing the growth and development stage of them. Then, this study summed up the information that should be delivered to the users for each stage. This study sorted out the functions required in the smart water culture pot and the application for one-person households and a plan for UX design, analyzing the users’ demands.

가정용 수경식물 재배기기 디자인 연구 -상추재배를 중심으로-

김국영 ( Kook Young Kim ),김창현 ( Chang Hyun Kim ) 한국상품문화디자인학회 2015 상품문화디자인학연구 Vol.42 No.-

최근 건강을 생각하는 먹거리의 추세 변화가 양보다 질 위주의 유기농 및 친환경 등을 이용하여 재배하는 작물에 대한 관심이 높아지고 있다. 이는 출처를 알 수 없는 불량식품뿐만 아니라 국내 대기업 식품사들까지 먹거리에 대한 불신을 야기 시킨 사례들로 인해 전체적인 불신으로 확대되어 사회적 관심사로 부각되고 있는 상황이다. 이러한 시점에서 먹거리에 대한 불신을 조금이나마 해소하려는 일환으로, 재배조건이 까다 롭지 않으며, 성장기간이 짧은 상추재배를 중심으로 가정용 수경식물 재배기기를 연구하였다. 식물과 식물재배 그리고 수경식물 등을 고찰하여 이론적 배경으로 삼았으며, 식물재배에 관련된 현황과 기기에 대하여 정리 하였고, 실물 제작에 필요한 부품과 스팩에 관하여 시장조사 후 배치도 도면 및 모형을 진행 하였다. 정형화된 기기를 소비자가 직접 원하는 공간에 배치할 수 있는 심플하고 가벼운 외형과 직관적으로 사용할수 있도록 한, 원 버튼 시스템화를 통하여 간편성을 부여하여 디자인하였다. 본 연구는 식물재배공장 형태 및 대형화의 모습을 띄고 있는 식물재배 산업을 통하여, 가정용 수경식물 재배기기의 조건을 찾아 프로토타입 모델을 제시하였다. 이는 향 후 그 다양해 질 수 있는 연구 개발에 디자인 가이드라인으로 활용될 수 있으며, 나아가 가정용 타 식물재배기기 디자인 개발 시 구조와 배치, 사양 등이 참고로 활용되길 기대한다. In recently, changes in the foods you think your health is a priority quality over quantity. This has increased interest in crops grown using organic and eco-food, etc. This distrust of junk food and food companies, domestic enterprises for people with no source has been extended to the overall distrust, the situation emerging as a social concern. In this point, I want to relieve a little bit of distrust in food. Lettuce is not picky to grow. And a short growing season. So, I was studied Lettuce cultivation, hydroponic plant cultivation household appliances. I investigated plants, plant cultivation, hydroponic plants. Due to them, Make the theoretical background. And, I was investigate the current status and device related to plant cultivation. And, After market research with respect to the parts required and specific to the real, I was going to design. This is a canonical consumer devices directly to a simple and lightweight appearance that can be placed in the desired space. And it was designed to give you a one-button simplicity through systematized so that you can use intuitively. After this direction can be used as design guidelines which can be diverse research and development. I hope and expect this paper is used as reference in other studies. When growing plants for home appliances design development to construction and layout, specifications, etc.

아쿠아포닉스 재배에서 딸기의 양분흡수율, 생육 및 수량

김민경,최수현,윤서아,이종남,CHOIEUN YOUNG (사) 한국생물환경조절학회 2024 생물환경조절학회지 Vol.33 No.1

본 연구는 식물공장에서 아쿠아포닉스와 수경재배에서 재배된 딸기의 무기양분 흡수율, 생육, 수량을 비교하고자 수행되었다. 양어는 비단잉어(Cyprinus carpio) 12마리를 수조(W 0.7m × L 1.5m × H 0.45m, 472.5L)에367.5L 물을 채운 후 입식하였고 5.44kg·m-3 밀도로 사육하였다. 딸기 모종 30개체는 펄라이트를 채운 포트에 정식하여 아쿠아포닉스 시스템 베드(W 0.7m × L 1.5m × H 0.22m)에 장착하였고, 모종 30개체는 네트포트에 정식한 후담액수경(DFT)시스템 베드(W 0.7m × L 1.5m × H 0.22m)의 아크릴판(140 cm × 60 cm, Ø80 mm)에 장착하였다. 재배기간 동안 아쿠아포닉스 수조액의 pH와 EC는 각각 4.3-6.9, 0.32-1.14dS·m-1 수준이었고, 수경재배는 각각 5.1 -7.5, 1.0-1.8dS·m-1이었다. 아쿠아포닉스 수조액의 NO3-N와 NH4-N 농도는 수경재배보다 각각 약 3.6, 2.2 me·L-1 높았다. P, Ca, Mg, S 농도는 수경재배보다 각각 약 0.76, 3.1, 0.8, 0.9me·L-1 높았으며, K와 Fe는 각각 약 0.8me·L-1, 0.5mg·L-1 낮았다. 딸기 잎의 무기이온 함량은 두 재배 처리 간 유의차가 없었으며 엽내 K 함량은 적정 범위를 보였다. 정식 후 58과 98일 사이에 아쿠아포닉스에서 재배된 딸기의 T-N와 P 흡수율은 수경재배보다 각각 1.5, 1.9배 높았고 K 흡수율은 유의차가 없었다. 개체당 과실수는 아쿠아포닉스에서 수경재배보다 유의하게 많았으며, 상품과생체중, 건물중, 과실의 과장과 과폭은 수경재배에서 아쿠아포닉스보다 높았다. 결과를 종합하면, 아쿠아포닉스에서는 수조액의 물고기 배설물과 먹이 잔여물에 의한 고체 입자의 비료성분을 지속적으로 가용하여 활용한다는 것을 알 수 있다. This study aimed to compare the nutrient uptake rate, growth and yield of strawberry grown under the aquaponic and hydroponic systems in a plant factory. For aquaculture, 12 of fish (Cyprinus carpio cv. Koi) were raised in an aquaponics tank (W 0.7 m × L 1.5 m × H 0.45 m, 472.5 L) filled with 367.5L of water at a density of 5.44 kg·m-3. The 30 seedlings of strawberry were planted in ports filled with perlite substrate and then were placed on the bed (W 0.7 m × L 1.5 m × H 0.22 m) at the top of the aquaponics system, and the 30 seedlings were planted in net-pots and then placed on the holes of acrylic plates (140 cm × 60 cm, Ø80 mm) on the bed (W 0.7 m × L 1.5 m × H 0.22 m) at the deep flow technique (DFT)- hydroponics. The pH and EC of the aquaponic solution was ranged from 4.3 to 6.9 and 0.32 to 1.14 dS·m-1, respectively, while those of hydroponics were ranged from 5.1 to 7.5 and 1.0‒1.8 dS·m-1, respectively. The NO3-N and NH4-N concentration of the aquaponic solution were higher about 3.6 and 2.2 me·L-1 than those of the standard hydroponic solution for strawberry cultivation. The P, Ca, Mg, and S ions in the aquaponic solution were also higher about 0.76, 3.1, 0.8, and 0.9 me·L-1 than those of standard hydroponic solution, respectively, while the K and Fe were lower about 0.8 me·L-1 and 0.5 mg·L-1, respectively. The mineral contents of the strawberry leaves grown on aquaponics did not differ from that of hydroponics, and K content in the leaves were in an appropriate range. Uptake rates of T-N and P between the 58 and 98 days after transplant (DAT) were 1.5 and 1.9-fold higher in the aquaponics than those of hydroponics, respectively with no significant difference in the uptake rate of K. The crown diameter, plant height, and leaf length and width in the 98 DAT were significantly higher in aquaponics. The number of fruits per plant was significantly higher in aquaponics than those in hydroponics, and the fresh and dry weights of fruit and length and width of fruit were significantly higher in hydroponics. The results suggest that plants in aquaponics continuously utilize fertilizer components of solid particles from fish and feed wastes.

무선 ICT 기술을 활용한 스마트온실 담액식 수경재배 시스템 설계 및 구축

김태현 ( Taehyun Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),백정현 ( Junghyun Baek ),김현종 ( Hyunjong Kim ),임동혁 ( Donghyuk Lim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

본 연구에서는 식물공장이 아닌 일반 농가에서 병풀 재배에 사용가능한 자연광 및 인공광이 혼합 된 다단 형태의 담액식 수경재배시스템과 모니터링 시스템을 설계하고 구축하였다. 병풀은 여러해살이풀로 항염증 치료제 및 화장품 등에 많이 쓰이나 국내에서는 거의 토경 재배로 생산되고 있으며, 식물 공장에서 성분 요건을 분석하기 위해 재배하기도 하나 일반 온실에서 첨단 수경재배 기술로 재배하는 것은 현재로서는 거의 전무한 상황이다. 본 연구에서는 일반 온실에서 사용가능한 형태의 순수 수경 재배 시스템을 구축하였으며, 수경 재배 요건을 모니터링 하기 위한 디스플레이와 생육센싱데이터 처리 장치 포함, 다중 센싱 기반 환경 제어를 위해 인공광(LED, 형광), 기포발생기, 양액, 살균기 등의 재배 환경 제어를 복합적으로 설정 가능하도록 설계하였다. 또한 재배대를 1단 자연광, 2단 형광, 3단 LED로 구축하여 비교 실험이 가능하도록 구성하였다. 기본 구조는 순환형 담액식 수경재배 방식을 채택했으며, 뿌리부의 충분한 산소 공급과 양액 공급 환경을 일정하게 유지 하기 위한 기포발생기, 양액기, 살균기, 냉각기 설치 및 양액 공급량과 배수량을 조절하여 담액 높이를 정할 수 있게 베드를 구성하였다. 환경 제어와 모니터링을 온실 구조와 상관없이 편리하게 설치 가능한 형태로 만들기 위해 모든 제어 장치와 모니터링 장비 통신을 무선(Zigbee + Wifi)으로 구현하였으며, 작물 생육 영상, 온/습도, CO2, EC, pH, 조도 데이터를 실시간 모니터링하여 냉난방, 천창, 측창, 양액, 온실 조명 제어에 알고리즘 기반 제어 및 실시간 제어도 가능하도록 환경을 구축하였다. LED와 형광 재배대의 경우 모든 위치에 균일한 인공광량이 조사될 수 있도록 6련 12등 형태로 배치하였으며, 6곳의 포인트를 잡아서 광량 데이터를 분석한 결과 위치 별로 평균 값 대비 최대 ±4.5%p 이내로 차이나는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 자연광ㆍ인공광 병용 병풀 재배를 원격에서 실시간으로 모니터링하면서 제어 및 재배 시험이 가능한 시스템을 구축했으며, 추후 스마트온실 내 재배 환경의 효율성을 판별하기 위해 농업공학부 내의 식물공장 재배와 비교 실험하여 일반 온실 내에서 자연광과 인공광을 병용해서 키웠을 때, 병풀의 성분 함량과 생산량에 미치는 영향을 규명할 예정이다.

복합 환경 정보 및 영상 데이터 기반 병풀 수경재배 효과 분석

김태현 ( Taehyun Kim ),이재수 ( Jaesu Lee ),백정현 ( Junghyun Baek ),임동혁 ( Donghyuk Lim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

본 연구에서는 기 구축 된 자연광 및 인공광 혼합 3단 담액식 수경재배 모니터링 시스템을 활용하여 환경 및 영상 데이터를 수집하여 결과를 분석하였다. 본 연구에서는 6-10월이 재배적기인 기존 병풀 토경 재배를 수경 재배로 전환하면서 냉난방 온도와 습도 조절을 통해 재배 적기를 연중으로 확대하고 기존 방식과 달리 환경 분석이 용이하도록 양액과 재배 작물 위치에 근접하게 환경 센서와 영상 수집 카메라를 설치하고 환경이 병풀 재배에 미치는 요건을 분석하기 위해 6개월 이상 데이터를 수집하였다. 본 연구에 구축한 다단 수경 재배 시스템 모니터링을 위해 재배대 인공광(LED, 형광) 위치 별로 광량 측정, 양액 EC, pH, 온도, 습도, 근접 영상, CCTV를 구축하고 재배 환경을 지속적으로 모니터링 하였다. 온습도 센서는 다단 베드 높이 별로 2개 씩 총 6개를 설치하여 위치 및 높낮이 별로 센서를 비교할 수 있도록 설치했으며, 광량 센서의 경우, 초기에는 비교를 위해 1단(자연광) 2단(LED), 3단(형광) 재배대 별 2개, 총 6개를 광량 비교 분석할 수 있도록 구축하였다. 이후 실험 시작 1개월 경과 시료 재배 상태를 확인해 본 결과 자연광만 활용하는 3단의 병풀 재배 상태가 균일하지 않고 한여름의 일사량 증가로 인해 내부 온도가 일정하게 유지되기 힘든 부분이 있어 초기에는 한낮에 차광막으로 조절하다가 한여름에는 차광막을 유지한 상태에서 식물공장 수준으로 환경을 통제하여 실험하기로 하고 LED와 형광등 재배대를 비교하는 것으로 한정하였다. 6군데의 재배대 광량은 약간의 편차가 있지만 약 6700~7000 Lux(90~95μmol/m-2/s-1) 사이에서 분포하며, 온도는 평균 야간 15도, 주간 25도 사이, 습도는 평균 60% 정도로 일정하게 유지 됐다. 같은 기간 수집 된 병풀 영상 데이터를 활용하여 형광과 LED 재배대의 작물 상태를 비교 해본 결과 형광등이 LED에 비해 엽색이 좋으며 엽폭이 넓고 생장이 좋게 나타나며 동일한 광 조건일 때는 병풀의 뿌리가 담액에 잠긴 부분이 3~4cm 이내로 얕게 유지 된 경우, 생장 속도가 빠르고 엽 상태가 좋은 것으로 나타났다. 추후 병풀 뿌리부 깊이 및 인공광 세기 별 대조군 시험을 통해 병풀 생장에 미치는 영향을 규명할 예정이다.

HMI를 이용한 박막 수경재배 시스템 구현

이규석,김태성,박명철 한국컴퓨터정보학회 2024 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.29 No.4

본 논문에서는 HMI 디스플레이를 활용하고 IoT 기술을 이용한 박막식 수경 재배 방식의 식물재배기를 제안한다. 기존의 식물재배기는 토양 기반의 재배로 관리가 어렵고, 개방된 재배 환경으로 인해환경조건 최적화가 어려웠다. 또한 즉각적인 제어가 어려워 식물재배의 성장이 지연되어 식물재배에대한 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, MCU와 센서를 연결하여 재배 환경을 구축하고, HMI 디스플레이와 연동하여 환경정보를 확인하고 빠르게 제어할 수 있게 구현하였다. 또한, 환경정보의 변화를 최소화하기 위해 케이스를 적용하였다. 박막식 수경 재배시스템 구현으로 토양에 관한 관리를 편하게 하였고 동작과 제어를 통해 기능성을 높였으며, 디스플레이를 통해 환경정보를 쉽게 파악할수 있다. 기존 재배기와 수경재배기에서의 작물 재배 실험으로 성장이 빠른 효과성을 확인하였다. 향후연구 방향으로는 재배 환경정보 전송 및 저장, 비전 카메라를 활용한 성장 정보를 연동하고 비교하여생육 정보를 최적화할 것이다. 이를 통해 효율적이고 안정적인 식물재배할 수 있을 것으로 기대한다. In this paper, we propose a thin-film hydroponic plant cultivator using HMI display and IoT technology. Existing plant cultivators were difficult to manage due to soil-based cultivation, and it was difficult to optimize environmental conditions due to the open cultivation environment. In addition, there are problems with plant cultivation as immediate control is difficult and growth of plants is delayed. To solve this problem, a cultivation environment was established by connecting the MCU and sensors, and the environment information could be checked and quickly controlled by linking with the HMI display. Additionally, a case was applied to minimize changes in environmental information. Implementation of a thin-film hydroponic cultivation system made soil management easier, improved functionality through operation and control, and made it easy to understand environmental information through the display. The effectiveness of rapid growth was confirmed through crop cultivation experiments in existing growers and hydroponic growers. Future research directions will include optimizing growth information by transmitting and storing cultivation environment information and linking and comparing growth information using vision cameras. It is expected that this will enable efficient and stable plant cultivation.