결과및고찰
인공광 식물공장 조건에서 토마토와 케일 부산물을 이용하여 제조한 유기배양액, 관행으로 사용하는 무기배양액 및 이들 유⋅무기 배양액을 혼합처리하여 적치마와 청치마 상추 실생묘를 수경재배한 결과, 배양액의 종류뿐만 아니라 재배기간 동안 조사한 광질이 상추 실생묘의 생장에 유의한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다(Fig. 1). 재배개시 35일째 적치마의 생체중은 형광등 조사조건에서 농업부산물 유래 유기배양액 단용 또는 유⋅무기배양액 혼용에 비해 관행의 무기배양액 처리구인 Y구에서 유의하게 증가하였다(Fig. 2). 화학비료 유래 무기배양액 처리구인 Y구에서는 적치마와 마찬가지로 청치마에서도 배양액뿐만 아니라 광질의 영향을 받아 혼합 LED 조사구에 비해 형광등 조사구에서 생체중이 증가하여, 적치마에서 29%, 청치마에서 13% 이상 증가하였다. 그러나 유⋅무기 혼합배양액 처리구인 YK 및 YTJ구에서 생체중 증가는 형광등 조사구 대비 혼합LED를 조사한 적치마에서 3배 및 9배 이상 증가하여, 관행의 Y구에 비해 혼합배양액 처리효과가 우수하였다. 형광등 조건에서는 적치마와 청치마 모두 YK 또는 YTJ구에서 혼합LED 조사구에 비해 형광등 조사구인 Y구와의 생체중이 큰 차이를 나타내었는데, 혼합LED 조사시 Y구에서는 YK구 대비 적치마에서 59%, 청치마에서 113% 증가하였다. 상추 실생묘의 건물중 증가에는 생체중과 달리 TJ구에서 재배한 청치마를 제외한 모든 처리구에서 형광등보다 혼합LED 광질이 유의한 영향을 미친 것으로 나타났다. 적치마 상추의 건물중은 Y액 처리구에서 형광등 대비 혼합LED 조사구에서 약 2배, 청치마에서는 YK 또는 YTJ구에서 형광 등 대비 약 4배 증가하였는데, 본 실험에서 처리된 배양액이나 광질은 두 실생묘의 생체중 뿐만 아니라 건물중 증가에 유의한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 식물공장 조건에서 케일 실생묘의 엽내 조섬유 합성에 미치는 광질의 영향을 조사한 결과에 의하면 적색과 청색의 혼합광질이나 형광등 간에 유의한 영향은 없다고 한다(Lee et al., 2016). 그러나 상추의 경우 Y액 처리구에서는 적치마와 청치마 상추 모두 혼합LED 조사구에서 생체중이 증가하였으나 반대로 건물중은 유의하게 낮은 것으로 보아 광질이 상추 엽내 함수량이나 섬유질 합성에 있어 광질의 영향이 나타난 것으로 판단되지만 함수량 등과 광질과의 관계에 대한 상세한 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 적치마와 청치마 건물중 증가에 있어서 특정 배양액 시용에 의해 광질의 영향은 상이하였는데, 유기배양액만을 단용하거나 무기배양액과 혼용하는 등 배양액의 종류를 달리할 경우 광질과 작물생장과의 관계에 대한 연구결과는 식물공장과 같은 인공광 재배시설 보다 주로 자연광 재배시설인 온실조건에서 찾아 볼 수 있다(Dasgan and Bozkoylu 2007; Lopez et al., 2013; Martinez-Alcantara et al., 2016). Dasgan과 Bozkoylu (2007)는 호박을 대상으로 유⋅무기 배양액을 단용하여 수경재배 한 경우 생체중이나 건물중, 엽수 증가 등 재배초기에는 작물생장에 차이를 보이지 않았으나 시간이 경과함에 따라 유기보다 무기배양액 처리에 의해 작물생장이나 수확량이 현저히 증가하여 유기배양액 시용에 의하여 작물생장의 감소현상을 보고하였다. 작물의 생장은 유기배양액뿐만 아니라 유기배양액의 종류에 따라 달라지는데, 동물성과 식물성 유기배양액을 분재배 감귤나무에 시용한 결과 식물성 유기배양액 시용시 동물성 유기배양액에 비해 생체중이나 건물중과 같은 생장량은 증가하나 작물체내 탄수화물 함량은 오히려 식물성 유기배양액 처리시 증가하였다(Martinez-Alcantara et al., 2016). 본 실험결과에서 나타난 바와 같이, 식물공장 조건에서 상추 실생묘를 200 μmol/m2/s 이하 광강도 조건에서 재배할 경우 200~300 μmol/m2/s로 광강도를 증가시켜 재배하여도 생체중이나 건물중 증가에는 영향을 미치지 않는다는 연구결과가 보고되고 있다(Zhang et al., 2018). 200 μmol/m2/s 수준의 낮은 광강도보다 290 μmol/m2/s으로 비교적 높은 광강도 조건에서 상추의 생체중이나 건물중이 증가한다는 등, 본 실험결과와는 다른 연구결과도 보고되고 있다(Kang et al., 2013). 그러나 본 실험조건과 같이 광강도가 일정한 조건에서는 상추의 생체중 및 건물중 증가에는 광강도보다는 광질이나 특정 배양액에 의한 영향이 큰 것으로 판단됨과 동시에 광강도와 유⋅무기배양액 종류에 반응하는 작물종의 차이도 있었을 것으로 생각된다.
무기배양액을 시용한 Y구에서 상추 실생묘의 전개엽수는 혼합LED 조사구에 비해 형광등 조사구에서 1매 정도 증가하였으며, 혼합LED 조건에서 유기배양액 단용에 비해 유⋅무기 혼합배양액 처리구에서 엽수가 증가하는 경향을 보였다(Fig. 3). 특히 적치마의 경우 청치마와 달리 TJ액 처리시 형광등에 비해 혼합LED 조사구에서 전개엽수가 증가하였다. 적치마의 엽수전개는 혼합LED를 조사한 Y구, YK구 및 YTJ구에서 최대였으며, 청치마의 전개엽수는 Y구와 YK구에서 최대로 배양액의 차이에 의한 유의성은 없는 것으로 나타났다. 적치마와 청치마 모두 유⋅무기 혼합배양액 처리구인 YTJ구에서는 다른 시험구와 달리 배양액의 종류 보다는 광질에 의한 영향이 유의하게 나타나, 형광등 조사구에 비해 130% 이상 증가하였고, K구에서도 60% 이상 증가하는 등 특정 광질에 의한 엽수증가 효과를 확인하였다(Saito et al., 2010). 형광등을 조사한 적치마 상추의 엽수는 K구≒YTJ구<TJ구<YK구<Y구 순으로, 유기배양액만을 시용하는 것보다 관행의 무기배양액과 혼용한 YK구에서 유의하게 증가하였다. 혼합LED 조사구에서는 K구≒TJ구<Y구≒YK구≒YTJ구 순으로, 유⋅무기 혼합배양액이 관행의 무기배양액 처리구에서와 같이 엽수전개에 유의한 영향을 미친 것을 알 수 있었다. 청치마의 엽수는 Y 및 TJ구를 제외한 모든 처리구에서 혼합 LED에 의한 영향을 받아 유의하게 증가하였으며, Y구 및 YK구간에는 배양액의 차이가 엽수증가에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 특히 유⋅무기 혼용배양액 처리구인 YK 및 YTJ구에서 엽수전개는 다른 처리구에 비해 광질의 영향을 받아 혼합LED 조사구에서 형광등 조사구 대비 각각 67% 및 97% 이상 증가하였다. 본 실험에 공시한 상추 실생묘의 엽수증가는 유기배양액 단용보다 유⋅무기 혼용에 의해 촉진되었으며, 형광등 조사조건에서는 유기배양액인 K액 단용보다 관행 배양액과 혼용하므로써 엽수가 증가하였으나 TJ액의 경우에는 관행 무기배양액과의 혼용시 오히려 감소하는 경향을 나타내었다.
한편 Y구와 TJ구에서 적치마와 청치마의 엽장 및 엽폭 신장은 혼합LED 조사구에 비해 형광등 조사구에서, 유⋅무기 혼합배양액 처리시에는 혼합LED 조사구에서 촉진되었다. 특히 YTJ구에서는 Y구나 TJ구에서와 달리 혼합LED에 의한 영향으로 엽장 및 엽폭 신장은 형광등 조사구에 비해 2배 이상 촉진되었다(결과 미제시). 작물의 엽장, 엽폭 및 줄기신장과 같은 형태형성에 있어서 광질 뿐만 아니라 광강도 역시 중요한 역할을 하며 작물종에 따라 광질이나 광강도의 영향이 달라진다는 결과는 수많은 연구를 통하여 보고되고 있다(Franklin et al., 2005; Hirai et al., 2006; Fan et al., 2013; Shin et al., 2008; Kang et al., 2016). 인공광 식물공장 조건에서 광강도가 일정한 경우 수경재배 작물이나 조직배양한 국화묘의 엽수 역시 청색, 녹색 등 단일 광질보다 혼합광질 조건에서 증가하며, 적색과 청색의 혼합LED 또는 형광등 조사시에는 광질의 차이에 의한 영향은 나타나지 않는다(Chen et al., 2014). 이러한 연구결과는 인공광 식물공장 조건에서 관행의 무기 배양액뿐만 아니라 본 실험에서와 같이 유⋅무기 혼합배양액을 시용할 경우에는 형광등을 대체하는 광질의 영향을 고려한 광원 선택이 필요하다는 것을 시사한다.
엽내 SPAD치는 생체중이나 건물중과 같은 양적생장 변화와 달리, 관행의 Y구에 비해 유⋅무기 혼용처리구인 YK구에서 유의하게 증가하였다(Fig. 4). 적치마의 SPAD치는 K구에서 최소, YK구에서 최대로, K구, TJ구 및 YK구에서는 광질에 의한 영향이 나타나지 않았으나, Y구와 YTJ구에서는 형광등에 비해 혼합LED 조사구에서 유의하게 증가하였다. SPAD치가 최대인 YK구에서는 광질의 영향은 없었으나 형광등 조사구에서는 Y구에 비해 약 45%, 혼합LED 조사구에서는 14% 이상 증가하였다. 청치마에서는 YTJ구에서 엽내 색소합성이 억제되는 경향을 보였으며 혼합LED를 조사한 YK구 및 대조구에서 촉진되었다. 형광등 조사시 대조구에 비해 TJ구나 YK구에서 색소합성이 촉진되었으나, 혼합LED 조건에서는 대조구와 YK구에서 유의하게 증가하여, YK구에서 SPAD치는 YTJ구 대비 형광등 조건에서 57%, 혼합LED 조건에서 59% 증가하였다. Lopez 등(2013)은 본 실험결과와 유사한 결과를 발표하였는데, 과채류 재배실험을 통하여 피망 실생묘의 생체중 증가와 같은 양적생장은 유기 수경재배보다 무기배양액 시용에 의해 촉진되지만 과피의 색소합성은 유기 배양액 처리에 의해 촉진됨을 제시하였다. 이와 같은 결과는 상추 실생묘의 색소합성 역시 과채류와 마찬가지로 엽채류의 건물중, 생체중 등 양적생장에 비해 엽내 SPAD치와 같은 색소합성이 주로 무기나 유기배양액 단용보다 유⋅무기 혼용 배양액 처리에 의해 촉진된다는 것을 시사한다. 또한 무기배양액에 비해 극히 미량의 질소성분을 포함하는 유기배양액을 시용할 경우 작물의 양적생장 촉진을 위하여 질소성분의 중요성이 대두된다. 본 실험에서는 적치마와 청치마 모두 무기배양액 처리구를 제외한 유⋅무기 혼합배양액 처리구에서는 형광등 보다 혼합LED 광질의 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 관행의 수경배양액을 대체할 수 있는 배양액의 종류나 조성성분의 인위적 제어로 관행의 무기배양액 단용에 비해 특정 광질에 반응하는 엽수증가나 색소합성 등의 작물생장을 촉진할 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 광질이나 배양액이 작물의 생장 이외에 엽록소나 비타민 등 체내 물질합성에 영향을 미친다는 연구결과들은 다수 보고되고 있다(Shoji et al., 2011; Chen et al., 2014). 그러나 본 실험에서는 유기배양액 또는 관행의 무기배양액과 혼합한 배양액을 적치마와 청치마 실생묘에 시용한 경우 처리 배양액별 비타민 C나 질소 또는 가용성 당 함량 등을 측정하지 않았다. 따라서 인공광 조건에서 유기배양액의 시용효과에 대한 정성적 평가를 위해서는 Suarez 등(2007), Cardoso 등(2011) 및 Khan 등(2018b)과 같이 생장량 증가, 엽내 색소합성 이외에 유⋅무기 배양액에 의한 물질합성능과 같은 작물의 질적생장에 미치는 유기배양액의 영향에 대한 상세연구가 필요하다.
상추 재배기간 동안 유⋅무기 배양액내 질소성분의 농도는 배양액이나 광질의 차이에 따라 다양한 흡수패턴을 나타내었다(Fig. 5). 관행의 무기배양액내 약 97 mg/L로 배양액 구성성분 중에서 가장 많은 양이 포함되어 있는 성분인 NO3-N는, 재배개시 2~4주 사이에 흡수량이 증가하였으나 다른 무기성분과 비교해보면 재배개시일에 투입된 전량이 소모되지 않고 남아 있었다. 재배종료일에 NO3-N의 잔여량을 측정한 결과, 형광등을 조사한 적치마에서 24 mg/L로 혼합LED 조사구에 비해 NO3-N 흡수량이 증가하였고 형광등을 조사한 청치마에서는 잔여량이 47 mg/L로, 혼합LED 조사구에 비해 흡수량이 낮은 것으로 확인되었다. 유기배양액 단용의 K구 및 TJ구에서는 다른 처리구에 비해 NO3-N 함량은 재배초기에 각각 0.033, 1.1 mg/L으로 극히 미량 함유되어 있었으나, 재배 시간이 경과함에 따라 증가추세를 보여 모든 처리구에서 K구의 NO3-N 함량은 약 20~24 mg/L까지 증가하였다. K구나 TJ구에서 NO3-N의 농도증가는 수경재배 시스템 내에서 작물을 재배하는 동안 유기배양액내 미생물 활성으로 재배기간 중에도 일부 남아있던 유기물들의 분해가 진행되었거나 NH3-N의 질산화에 의하여 농도가 증가한 것으로 판단된다. 이밖에 유⋅무기 혼용 처리구에서는 재배개시 2주차부터 미량이나마 증가하는 경향을 보였으나 재배후기로 갈수록 실생묘의 흡수로 인해 농도가 감소하였다.
광질이나 작물종과 상관없이 NH3-N 농도는 유기배양액 단용의 K구 및 TJ구에서 약 20 mg/L로 최대값을 나타냈는데 대조구에서는 재배개시일에 약 9 mg/L였으나 재배종료 시에는 모든 처리구에서 0~2 mg/L 미만으로 대부분 흡수되거나 가스형태로 소실된 것으로 판단된다. 다른 처리구와 달리 혼합LED를 조사한 적치마와 청치마에서 YK구의 NH3-N 농도는 재배개시 3주차까지 소량 증가하면서 일정 농도를 유지하였으나 재배개시 4주차부터 급격히 저하하였다. 청치마 상추 배양액내 암모니아태 질소는 시간적 차이는 있었으나 재배기간 동안 TJ구를 제외한 모든 처리구에서 재배개시일에 비해 시간이 경과함에 따라 흡수되거나 질산화되어 배양액내 질산태질소 농도 증가에 기여하였고 일부는 작물체로 흡수되거나 가스로 배출되어 대부분 소모된 것으로 판단되었다. 작물생장에 있어서 배양액에 다량으로 포함되어 있는 성분 중의 하나인 질소농도는 특정 광강도 조건에서 엽채류의 생장이나 체내 질소나 비타민C 합성에 영향을 미친다(Fanasca et al., 2006; Caruso et al., 2011; Fu et al., 2017; Khan et al., 2018a). 그러나 미량이나마 부족할 경우 잎의 황화, 낙엽, 색소합성 불량 등을 초래하는 Al, Fe, Mn 등과 같은 무기성분은 작물체 생육단계나 흡수량에 따라 생육을 촉진하기도 하는데(Bojarezuk, 2004), Al의 경우에는 무기배양액보다 유기 단용 또는 유⋅무기 혼합 배양액내 농도가 높았음에도 불구하고 잎의 황화현상이 관찰되기도 하였다(결과 미제시).
질소성분과 달리 각 배양액내에 3 mg/L 이하로 포함된 Fe, Mn, Al 및 Cu 등의 미량성분은 작물 재배기간 동안 대부분 작물체에 의해 흡수되었다. 적치마의 경우 형광등 조사 조건에서는 Y구에서 재배개시일 SiO2의 농도는 9.8 mg/L였으나, TJ구에서는 Y구에 비해 약 4배 높은 38.4 mg/L로 측정되었고 K구에서 SiO2 농도 역시 21.6 mg/L으로 Y구에 비해 2배 이상 높게 나타났다(Table 1). 재배개시일 배양액내 SiO2 함량이 가장 낮았던 YTJ구에서는 재배종료시에는 유의하게 증가하여 최대값을 보였는데, 재배개시일에 비해 약 4배 증가하였으며 TJ구에서는 작물체에 의한 흡수가 촉진되어 30 mg/L 이상 흡수되었으며 대조구인 Y구에서 흡수량은 0.7 mg/L로 산출되어 흡수량이 최소값을 나타내었다. 한편, 혼합LED를 조사한 경우 재배개시일 PO43-는 유기 단용배양액 처리구에 비해 Y구에서 유의하게 높았으며 재배종료시에는 YTJ구에서 작물체에 의한 흡수량이 0.6 mg/L으로 가장 낮게 나타났다. 형광등 조사구와 달리 SiO2는 TJ구에서 최대였으나 재배개시 7일차에 33 mg/L 이상 대부분이 흡수되었으며 YTJ구에서는 재배종료시 16.5 mg/L로 재배초기에 비해 10 mg/L 이상 증가한 것으로 보아 무기배양액과는 달리 재배기간 동안 합성된 것으로 생각된다. 특히, SiO2 성분은 대조구인 Y구에서 광질의 차이에 따른 흡수량 차이가 없었으나, Y구를 제외한 유기 단용 또는 유⋅무기 혼용시에는 형광등에 비해 혼합LED 조사구에서 작물체에 의한 흡수가 촉진되어, 작물체에 의한 양분 흡수패턴이 광질에 따라 달라진다는 사실을 알 수 있었다.
형광등 조사구에서 재배한 청치마 상추에서는 다른 처리구에 비해 K구와 TJ구에서 재배개시 7일째까지 PO43- 흡수가 촉진되었으며 재배종료일에는 2 mg/L 이하의 소량이 검출되었다. SiO2 성분은 적치마에서와 마찬가지로 YTJ구에서 최대값을, YK구에서 최소값을 나타내었다. Y구 및 YTJ구에서는 재배개시전 배양액에 포함되어 있던 성분량보다 Y구에서는 약 4 mg/L, YTJ구에서는 약 22 mg/L 증가하였으며, TJ구에서는 재배개시전 38.4 mg/L로 다량으로 포함되어 있던 SiO2는 다른 처리구에 비해 재배기간중 작물체에 의한 흡수량도 32 mg/L로 최대였다. 혼합LED 조사구에서는 Y구와 YTJ구에서 성분농도는 재배개시 7일째 일시적으로 증가하였으나 작물체에 의한 흡수량이 증가하면서 재배개시 7일째에 비해 Y구에서 PO43- 흡수량이 최대치를 기록하였고 유기배양액 단용구인 TJ구에서는 극히 소량만이 흡수되는 것으로 나타났다. 혼합LED 조사구에서는 형광등 조사구에서와 마찬가지로 YTJ구에서 SiO2은 재배개시일에 비해 재배종료시 농도가 현저히 증가하였는데, 재배개시일에 혼합LED 조사구에서는 약 6 mg/L이 검출되었으나 재배종료 시에는 약 7배, 형광등 조사구에서는 약 5배 증가하였다. 시금치 실생묘의 경우 생체중이나 건물중과 같은 생장량이 재배개시 2~3주차 사이에 현저히 증가하므로 이 시기에 영양성분 관리가 필요하다고 한다(Maneejantra et al., 2016). 본 실험결과와 비교할 때 비록 작물종이나 재배조건은 상이하지만 배양액내 특정 영양성분의 흡수량은 작물의 생육단계의 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 Fig. 5에서 알 수 있듯이, 상추 실생묘가 흡수하는 인이나 규소 이외에 질소 성분의 경우에도 재배개시 2~3주차 사이에 배양액내 포함되어 있는 성분의 대부분이 흡수되는 것으로 보아 특정 생육단계에서 양분관리의 필요성이 대두되었다. LED를 인공광원으로 하는 식물공장 조건에서 상추를 수경재배할 경우 생체중이나 건물중 증가는 광질보다는 광강도의 영향이 큰 것으로 알려져 있는데, 특히 적색이나 청색 등 단일의 LED 광조사 조건에서는 형광등에 비해 생장이 저하한다고 한다(Hirai et al., 2006; Saito et al., 2010; Shimizu et al., 2011). 이밖에도 상추와 같은 엽채류 이외에 방풍, 초화식물이나 관엽식물 등 다수 작물의 생체중 및 건물중 증가와 같은 양적생장에 있어서 단일광질보다 혼합광질의 영향에 대한 다수의 연구결과가 보고되고 있다(Khattak and Pearson, 2005; Kobayashi et al., 2013).
인공광이나 자연광 재배조건에서 일본원시, 야마자키 등 화학비료 유래 무기배양액 처리효과나 각 배양액내 전기전도도(Electrical Conductivity, EC) 제어가 작물의 생장에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되고 있다(Cha et al., 2012; Cho et al., 2012; Lee et al., 2012; Kumar and Cho, 2014; Amalfitano et al., 2017; Zhang et al., 2015). 이외에 식물공장 조건에서 시용하는 무기배양액 관리방법과 관련하여 사용후 버려지는 폐배양액의 재순환 및 재이용에 대한 연구들도 진행되고 있다(Kim et al., 2019). 그러나 인공광 식물공장 조건에서 재배과정이나 재배가 종료된 후에 발생하는 잎, 줄기, 미성숙과 등 폐기되는 부산물을 활용하여 제조한 유기배양액을 수경배양액으로 활용하거나 작물 생육에 미치는 유기배양액의 영향에 대한 연구사례가 많지 않기 때문에(Heo et al., 2018) 유기배양액 시용에 따른 배양액 성분, 광질 이외의 환경요인에 대한 연구가 절실히 요구된다.
한편 자연광을 이용하여 작물을 재배하는 온실과 같은 시설재배지에서는 주로 무기성분의 배양액을 시용하는데 이때 발생하는 폐수나 배출수 등에 기인하는 환경오염을 저감하기 위한 노력으로 유기배양액 대체 활용에 대하여 주목하고 있다. 딸기재배시 무기성분의 배양액 대신 유기배양액을 시용할 경우 관행의 무기배양액 처리에 의해 수확량이 증가하지만, 무기배양액에 비해 상대적으로 질소 농도가 낮은 유기배양액을 시용하면 오히려 과실내 영양성분 합성이 촉진된다(Cardoso et al., 2011; Conti et al., 2014). 이밖에도 자연광 시설에서 유기배양액이 과채류의 생장 및 과실내 물질합성에 미치는 영향에 대한 긍정적인 연구결과들이 다수 보고되고 있다(Abu-Zahra & Tahboub, 2009; Cardoso et al., 2011; Andersson et al., 2012). 본 실험에서 이용된 인공광 시설에서도 과채류가 아닌 엽채류를 재배할 경우 유기배양액내 낮은 질소농도에 의해 야기되는 양적생장 저하에도 불구하고 색소 등의 영양성분 합성과 관련된 질적생장 촉진뿐만 아니라 화학비료 시용에 의한 환경부하 저감을 위한 유기배양액 시용과 관련된 연구가 이루어져야 한다.
농업부산물 유래 유기배양액을 시용하여 상추를 박막식(NFT, Nutrient Film Technique)으로 수경재배하면 대부분의 경우 무기배양액 처리구보다 작물의 양적생장은 저하한다(Atkin and Nichols, 2003). 현재 유기토양에서 작물을 토경재배 하거나 유기배양액으로 수경재배할 경우 본 실험결과와 같이 무기배양액에 비해 유기배양액내 현저히 낮은 질소함량에 의해 야기되는 작물의 생장저하에도 불구하고 무농약, 저농약 재배에 의한 농작물 안전성 및 친환적인 면 등의 장점 때문에 노지나 시설재배지에서 유기재배한 작물에 대한 소비자의 관심은 높다. 특히, 생식 위주의 신선엽채나 베리류 등 일부 작물의 경우에는 화학비료, 병해충 방제를 위한 화학물질 사용 및 이에 따른 환경오염 등에 대한 문제가 거론되는 노지나 시설재배보다는 식물공장과 같이 자연광이 아닌 인공광을 조사하여 작물을 재배하는 시스템에서는 신선엽채를 주년 안정생산하기에 유리하다(Ikeda et al., 1992; Kang et al., 2013; Heo et al., 2015; Heo et al., 2017). 녹즙용 엽채의 하나로 주목받고 있는 케일의 경우 시설재배지에서는 병충해 방제를 위한 고가의 친환경제제를 사용해야 하며 수확 후 안전한 세척작업이 필요하고 기온변화에 따른 파종 및 육묘작업과 추대에 의한 수확기 단축 등 정식에서 수확까지의 생산 전 과정에서 다양한 문제점들이 제기되고 있다. 그러나 외부환경의 영향을 받는 온실과 같은 시설재배지와 달리 외부 기온변화나 병충해로부터 격리된 시설인 인공광 식물공장에서는 작물의 생장촉진은 물론 글루코시놀레이트와 같은 엽내 유용물질의 합성이 촉진된다(Lee et al., 2016; Heo et al., 2017). 이와 같이 인공광 식물공장 조건에서 엽채를 재배할 경우 화학비료 유래 무기성분 중심의 배양액 사용에 의존하고 있는 수경재배의 대안의 하나로 농업부산물을 활용하여 제조한 유기배양액을 시용하는 유기적 수경재배를 시도할 경우, 농업부산물 등 폐자원의 활용뿐만 아니라 화학비료 사용량 저감효과도 기대된다. 또한 식물공장에서는 온도나 습도와 같은 물리적인 환경변화가 거의 없는 제어된 환경조건을 갖고 있기 때문에 작물 생육단계별로 필요한 배양액 구성성분이나 생육에 필요한 농도를 정밀하게 파악하여 제어할 수 있어 질산염과 같은 작물체내 과도한 양분 축적을 회피하면서 적량의 배양액 공급이 가능해질 것으로 생각된다.
본 연구에서는 광질이 상이한 인공광 식물공장 조건에서 폐기 농업부산물을 활용하여 작물 생육단계별 유기배양액의 시용효과, 유기배양액 시용에 의한 수경재배시 문제점이나 유⋅무기 배양액내 무기성분의 경시변화 및 적치마와 청치마의 생장에 미치는 영향을 검토하였다. 인공광 시설뿐만 아니라 자연광 시설에서도 작물을 수경재배할 경우에는 먼저 생육단계별로 필요한 배양액의 성분과 양을 정확하게 파악하는 등의 배양액 관리방법이 중요하다. 또한 식물공장 조건에서는 노지나 시설재배와 달리 4~7주의 비교적 단기간 동안 작물을 수경재배하는 것이 일반적이므로 재배기간 동안 작물생장에 필요한 영양성분 변화에 대한 정밀한 계측이 필요하다(Maneejantra et al., 2016). 현재 유⋅무기 등 배양액의 종류와 상관없이 인공광 식물공장에서 작물을 수경재배할 경우 생육에 적합한 배양액 종류와 농도의 효율적 관리를 위하여 작물 생육기간 동안 부족해지는 영양성분과 농도를 판단할 수 있는 배양액 관리시스템이 구축되고 있다(Heo et al., 2018). 앞으로는 식물공장 조건에서 유기배양액의 최적 제조조건 도출과 같은 기술적 측면뿐만 아니라 유기배양액 활용으로 관행의 무기배양액 사용량을 줄일 수 있는 효과적인 배양액 관리, 유⋅무기배양액 혼용에 의한 경제적⋅환경적 영향 및 관행 배양액의 대체효과 등에 대한 정량적 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
Note
The authors declare no conflict of interest.
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