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홍영기 ( Young Ki Hong ),임동혁 ( Dong Hyeok Im ),김상철 ( Shan Cheol Kim ),이재수 ( Jae Su Lee ),이대현 ( Dae Hyun Lee ),김성기 ( Sung Ki Kim ),한새론 ( Sae Ron Han ),김국환 ( Gook Hwan Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
작물의 생육에는 토양의 수분, 전기전도도, 산도 등이 많은 영향을 주고 있다. 특히 토양 pH는 화학적, 생물학적 특성에 영향을 주기 때문에 매우 중요하다. 또한 pH는 질소, 인산, 칼륨 등 양분의 용해도, 유기물을 분해하는 미생물의 활동성, 그리고 대부분의 화학 변환에 영향을 주기 때문에 작물의 영양분 흡수에 있어 고려해야 할 항목이다. 작물재배에 적당한 토양 pH는 작물의 종류에 따라서 차이가 있으나 일반적으로 약산성 내지 중성이 토양 pH에서 생육이 양호하다. 작물의 양분흡수에 중요한 영향을 미치는 토양 pH측정은 현재 토양분석에 의해 이루어지고 있어 많은 시간과 비용이 소요되어, 현장에서 즉시 측정 가능한 센서 개발이 필요하다. 실시간으로 토양의 수분, 전기전도도(Electric Conductivity, EC) pH를 동시에 측정이 가능한 센서를 개발하였다. 개발한 토양센서의 측정 항목은 토양 pH, 전기전도도, 함수율, 온도 이며, pH는 이온선택성전극(ISFET, 인(P), 규소(Si))과 기준전극(염화은(AgCl),염화칼륨(KCl))의 전위차를 검출하여 pH 측정한다. 또한 토양의 전기전도도와 함수율을 측정하기 위하여 2개의 전극을 설치하였고, 임피던스를 이용하여 전기전도도 및 함수율을 측정한다. 또한 온도를 측정하기 위하여 서미스터를 설치하여 전기전전도의 온도 보정에 사용하고 있다. 제작한 토양센서의 시작기를 이용하여 성능평가를 위하여 실내실험을 수행하였다. 실험에 사용한 공시토양은 모래(coarse sand, 입자크기 500~250㎛)와 점토(fine sand, clay, 입자크기 250㎛이하)를 이용하여 모래와 점토를 중량비율(50% : 50%)로 섞어 준비하였다. 또한 토양 pH 및 함수율 변화는 기지의 pH 용액(samchunn pere chemical co.,LTD., korea)을 사용하였다. pH 변화는 pH3.0 ~ pH10의 8수준으로 하였고, 수분변화는 pH 용액의 첨가량으로 조절하였으며, 6수준(30, 40, 60, 80, 100, 120㎖)으로 하였다. 토양용기에 충전이 끝난 후에 용기 내 토양수분을 안정화시키기 위하여, 토양용기에 캡을 씌어 24시간 안정화 시간을 가진 다음에 측정을 하였다. 제작한 토양센서 시작기로 측정한 후, 토양 pH 및 전기전도도 측정은 토양분석법(EC1:5)을 이용하여 측정하였다. 기지의 pH용액을 대상으로 한 경우, 측정한 전위차(기전력)의 변화를 나타냈다. pH가 높아질수로 전위차는 높아지는 경향을 보이고 있으며, pH와 전위차의 상관관계가 0.99이상으로 매우 높게 나타나고 있는 것을 확인하였다.