양액 및 관비재배기술 배양액 계산 및 조성 2011. 5. 13 김 동억 031-290-1859, 010-2210-4849.

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1 양액 및 관비재배기술 배양액 계산 및 조성 김 동억 ,

2 수질분석 가장 기본 작물생산의 성패를 좌우하는 열쇠

3 원 수 하천수 지하수 수돗물 빗물 병원균을 함유하지 않은 것을 원칙

4 지하수 수경재배에서 가장 많이 이용 지역이나 지하 깊이에 따라 크게 좌우 해안지역(염분) 주의

5 하천수 상류지역의 자연조건에 영향 유역의 지질에 영향 생활폐수의 영향 수질의 변동이 큼 주기적인 분석 필요

6 수돗물 잔류염소 – 하루 이상 경과한 후 사용 경제성 문제

7 빗 물 산성범위 용존하는 무기성분이 낮아 수질 양호 모아진 빗불은 붕소 함유된 경우가 있으므로 주의

8 전기전도도가 높은 물 전기전도도를 높이는 원소 배양액 조성시 가감 장기간 사용 불가 기준 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 등
일본 : 0.3dSm-1 네덜란드 : 0.5ds.m-1 서울시립대 : 0.5ds.m-1

9 중탄산 농도가 높은 물 중탄산(HCO3- : pH 상승의 원인 산 이용하여 제거 : 물과 이산화탄소로 분해
황산, 질산, 인산 등 이용 HCO3- + H2O → OH- + CO2 + H2O ( pH ↑) HCO3- + HNO3 → NO3- + CO2 + H2O HCO3- + H3PO4 → H2PO4 - + CO2 + H2O HCO3- + H2SO4 → SO OH- + CO2 + H2O

10 중화에 필요한 이론적인 산 첨가량(㎕/L) ※ 중탄산 : 300ppm 중화 → 363.7㎕/L HNO3

11 철분 함량이 높은 물 원수속에 함유된 철분은 이용할 수 없음 공기와 접촉하면 산화되어 수산화철 형태 철분 제거
Fe(HCO3)2 공기와 접촉하면 산화되어 수산화철 형태 - Fe(OH)3 철분 제거 폭기식 : 원수에 공기를 불어 넣는 방법 필터를 이용하여 걸러내는 방법

12 철분 함량이 높은 물 원수속에 함유된 철분은 이용할 수 없음 공기와 접촉하면 산화되어 수산화철 형태 철분 제거
Fe(HCO3)2 공기와 접촉하면 산화되어 수산화철 형태 - Fe(OH)3 철분 제거 폭기식 : 원수에 공기를 불어 넣는 방법 필터를 이용하여 걸러내는 방법

13 국내양액재배방법별적정용수기준(서울시립대,95)
Element 순수수경재배 고 형 배 지 경 A B C pH 5.5∼7.5 5.0∼8.0 6.0∼7.5 EC(mS/cm) < 0.3 < 0.5 < 0.2 Ca < 20 < 60 < 40 < 80 Mg < 10 < 5 < 15 < 30 Na Cl < 50 SO4 HCO3 < 100 < 200 Fe < 1.0 < 0.03 Mn < 0.6 Zn < 0.15 < 0.05 < 0.1 < 0.7 A : 시판되는 양액재배용 비료를 이용하는 경우 B : 단비로 배양액 원액을 조성하는 경우, C : 단비로 이용가능 수시세척 요함

14 배양액 성분 다량원소(9) 미량원소(7) 탄소, 산소, 수소, 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 황
철, 망간, 붕소, 아연, 구리, 몰리브덴, 염소

15 이온 원자 또는 분자가 전자를 잃거나 (+: 양이온) 또는 전자를 얻은 형태(-: 음이온) 비료를 물에 용해시키면 양전하(+)를 띈 양이온과, 음전하(-)를 띈 음이온으로 분해되어 물속에 존재 질산가리 : KNO3 = K+ + NO3 제일인산가리 : KH2PO4 = K+ + H2PO4 K2SO4 : 2개의 K (총 2개의 양이온), 1개의 SO (총 2개의 음이온)

16 mol (몰) 아보가드로수(6.02*1023개) 만큼의 입자수의 모임. Ex) 탄소(C)의 12g의 몰값은? 무게 12g/ 탄소의 원자량 12 = 1mol m mol/L = 질량(mg/L) / (원자, 분자, 이온)의 값 ppm(mg/L)=(m mol/L) * (원자, 분자, 이온)의 값

17 당량 한 원소의 원자량을 그 원소의 원자가로 나눈 것 Ca 의 원자량 40.1 Ca 의 원자가 2
질산(NO3)이온은 이온량이 62

18 분자 분자(分子)는 두 개 이상의 원자가 화학결합에 의해 일정한 형태로 결합한 것 질산가리 : K + N + 3O = KNO3
질산가리의 분자량 : (3 * 16) = 101.1 질산칼슘 : 236

19 농도 1) 퍼센트 농도(%) - 용액 100g중에 녹아있는 용질의 질량(g) 2) 몰농도(M) - 물 1L에 녹아 있는 용질의 g 분자량 3) 규정농도(N) - 물 1L중에 녹아 있는 용질의 당량수(e/L) - 규정농도 = 몰농도 × 원자가 4) ppm(parts per million) - 백만분의 1이란 의미 - 용액 1L 중에 녹아 있는 용질의 mg수(mg/L, μg/mL …) 5) 몰랄농도(m) - 용매 1kg 중에 녹아 있는 용질의 몰 수

20 배양액 농도 표시방법 우리나라는 다량원소는 me/ℓ(물 1ℓ중의 미리그램 당량)으로, 미량원소는 ppm으로 표시. 유럽에서는 주로 mM과 ppm 예를 들어 K는 원자량이 39.1, 원자가가 1이므로 1me/ℓ = 39.1 ÷ 1 = 39.1㎎, Ca와 Mg는 원자량이 각각 40.0, 24.3이고 원자가는 각각 2가이므로 Ca 1me = 40.0 ÷ 20.0 = 20.0㎎ K 1me/ℓ는 39.1ppm이고 Ca와 Mg 1me/ℓ는 20ppm과 12.2ppm

21 배양액 표시방법간의 상호환산 다량원소 : mM(M), me(e), ppm 미량원소 : μM, ppm

22 단위환산 예 칼륨(K) 마그네슘(Mg) 칼슘(Ca) 인(P) 1mM = 1me = 39ppm 1mM = 2me = 24ppm

23 양액 재배에 사용되는 원소와 원자량

24 양액재배와 관련된 원소들의 성질 원소 기호 원 소 명 영 명 원자량 원자가 당 량 흡수형태 C H O 탄 소 수 소 산 소
carbon hydrogen oxygen 12 1 16 +4 +1 -2 - 8 CO2 H2O H2O, O2등 N P K Ca Mg S 질 소 인 칼 륨 칼 슘 마그네슘 황 nitrogen phosphorus potassium calcium magnesium sulfur 14 31 39.1 40.1 24.3 32.1 +3 +5 +2 +6 20.0 5 12.1 5 NO3-, NH4+ H2PO4- ,HPO42- K+ Ca2+ Mg2+ SO42-

25 원소 기호 원 소 명 영 명 원자량 원자가 당 량 흡수형태 Fe Mn Zn Cu Mo B Cl 철 망 간 아 연 구 리 몰리브덴 붕 소 염 소 iron manganese zinc copper molybdenum boron chlorine 55.9 54.9 65.4 63.5 95.9 10.8 35.5 +2, +3 +2 +6 +3 -1 - 27.45 32.7 31.75 Fe2+, Fe3+ Mn2+ Zn2+ Cu2+ MoO42- BO33- Cl-

26 배양액에 사용하는 비료

27 주요 비료(1)

28 주요 비료(2)

29 조제순서는 인, 칼슘, 마그네슘, 질산태질소, 황산, 칼리 순
배양액 조제 조제순서는 인, 칼슘, 마그네슘, 질산태질소, 황산, 칼리 순 야마자키 배양액 조성(ppm) 인(PO4) 칼슘 마그네슘 질산태질소 암모늄태질소 황(SO4) 칼리 21 60 24 98 9.38 32 156 당량수로 환산한 값 인(PO4) 칼슘 마그네슘 질산태질소 암모늄태질소 황(SO4) 칼리 2 3 7 0.67 4

30 인 ① 필요량 : 2당량 ② 원자가 : -3가 ③ 비료염 : 인산암모늄(NH4H2PO4, 분자량: 115)
④ 필요한 비료의 당량 수(2당량) = 비료의 당량(분자량/원자가) × 당량 수(2) = (115/3) × 2 = 76g/t ※ NH4H2PO4 ⇄ NH4+ + H2PO4- ⇄ 2H+ + PO4-3 - 양이온 전체 : 2당량 - 암모늄태질소 : 양이온 중 3분의 1만 존재하므로 ※ 암모늄태 질소 : 2/3당량이 함유 → 0.67me/L가 함유되어 있음

31 인 비료명 함유량 (me/L) 소요량 (g/t) 성분 성분명 NH4H2PO4 2 76.7 PO4-3 NH4+ 0.67

32 칼슘 ① 필요량 : 3당량 ② 원자가 : +2 ③ 사용하는 비료 : Ca(NO3)2․4H2O, 분자량 : 236
④ 필요한 비료량 : 비료의 당량(분자량/2) × 당량 수 = (236/2)×3 = 354g/t ※ 이때 질산태질소도 3당량이 포함됨 비료명 함유량 (me/L) 소요량 (g/t) 성분 성분명 NH4H2PO4 2 76.7 PO4-3 NH4+ 0.67 Ca(NO3)2․4H2O 3 354 Ca NO3-N

33 마그네슘 ① 필요량 : 2당량 ② 원자가 : +2 ③ 사용하는 비료 : MgSO4 ․7H2O, 분자량 : 246.5
④ 필요한 비료의 양 = 비료의 당량(분자량/2) × 당량 수(2) = (246.5/2)×2 = 246.5g ※ 이 때 SO4도 2당량이 들어감 비료명 함유량 (me/L) 소요량 (g/t) 성분 성분명 MgSO4 ․7H2O 2 246.5 Mg SO4

34 질소 ① 필요량 : 4당량(암모늄태 질소 0.67당량 → 이미 함유 되어 있고, 질산태질소는 7당량 → 3당량이 이미 함유)
① 필요량 : 4당량(암모늄태 질소 0.67당량 → 이미 함유 되어 있고, 질산태질소는 7당량 → 3당량이 이미 함유) ② 원자가 : -1 ③ 사용하는 비료 : KNO3, 분자량 : 101.1 ④ 필요한 비료의 양 =(101.1/1) × 4 = 404.4g ※ 이 때 칼리도 4당량이 함유됨 비료명 함유량 (me/L) 소요량 (g/t) 성분 성분명 KNO3 4 404.4 NO3-N K

35 N 200ppm, P 60ppm, K 300ppm, Ca 170ppm, Mg 50ppm 농도를 가지는 배양액 1ℓ를 만들기
인산 60ppm을 만들기 위해서 먼저 KH2PO4 비료염을 사용하면, 60 × 136 ÷ 31 = 263㎎필요 (KH2PO4 분자량 : 136 , P 원자량 : 31) 여기에는 263 × 39 ÷ 136 = 75㎎의 K함유 K 농도는 300ppm 중 KH2PO4로 75ppm이 공급되므로 = 225ppm의 K가 KNO3의 형태로 더 공급 225 × 101 ÷ 39 =583㎎ KNO₃분자량 : 101, K 원자량 : 39

36 N 200ppm, P 60ppm, K 300ppm, Ca 170ppm, Mg 50ppm 농도를 가지는 배양액 1ℓ를 만들기
KNO3 583㎎속에는 K 225㎎(ppm)과 N이 들어 있으므로 N의 양을 계산하면 583 × 14 ÷ 101 = 81㎎ KNO₃분자량 : 101, N 원자량 : 14 81㎎(ppm)의 N도 함유 소요되는 질소(N)의 양은 119ppm( ppm)으로서 부족되는 나머지 질소는 Ca(NO3)2·4H2O 분자량 : 236, N 원자량 : 14 119 × 236 ÷ 14 × 2 = 1003㎎이 소요

37 N 200ppm, P 60ppm, K 300ppm, Ca 170ppm, Mg 50ppm 농도를 가지는 배양액 1ℓ를 만들기
1003 × 40 ÷ 236 = 170㎎ Ca(NO3)2·4H2O 분자량 : 236 Ca 원자량 : 40 Ca(NO3)2·4H2O에 Ca가 170㎎(ppm)이 함유 나머지 Mg 50ppm은 MgSO4·7H2O로 공급하면 50 × 246 ÷ 24 = 513㎎ MgSO4·7H2O 분자량 : 246 Mg 원자량 : 24으로 513mg이 필요

38 야마자키 배양액(토마토)의 조성 및 필요한 비료의 양
비료명 함유량 (me/L) 소요량 (g/t) 성분 성분명 KNO3 NH4H2PO4 Ca(NO3)2․4H2O MgSO4 ․7H2O 2 3 4 404.4 76.7 354 246.5 NO3-N NH4+-N Ca PO4-3 Mg SO4-S K 7 0.67

39 원수를 고려한 시비량 계산 NO3-N, NH4-N, P, K, Ca, Mg등이 각각 8.05ppm, 0.21ppm, 0.10ppm, 10.1ppm, 29.2ppm, 13.5ppm이라면 이를 당량으로 환산하면 0.58, 0.02, 0.01, 0.26, 1.46, 1.12me/ℓ 토마토재배 양액의 설정치는 NO3-N, NH4-N, P, K, Ca, Mg를 각각 7.00, 0.67, 2.00, 4.00, 3.00, 2.00me/ℓ로 하면

40 원수를 고려한 시비량 계산

41 배양액 계산(한국원시액) 단위 : me

42 배양액 계산(한국원시액) 단위 : mM

43 배양액 계산(한국원시액) 단위 : mM

44 배양액 계산(한국원시액) 단위 : mM

45 작물종류별 사용되는 배양액 종류와 다량원소 비료종류와 양(g/1,000ℓ)
종 류 KNO3 Ca(NO3)2·4H20 MgSO4·7H2O NH4H2PO4 K2SO4 5[Ca(NO3)2·2H2O] NH4NO3(*) (KH2PO4) 일 본 야 시 액 808 944 492 152 - 야마자끼액 토마토 404 354 246 76 피 망 606 185 95 오 이 826 115 유럽(비순환식) 444 (918) 493 (170) 70 727 (864) 338 600 370 (135) 96 딸 기 197 (497) 160 (133)

46 작물종류별 사용되는 배양액 종류와 다량원소 비료종류와 양(g/1,000ℓ)
종 류 KNO3 Ca(NO3)2·4H20 MgSO4·7H2O NH4H2PO4 K2SO4 5[Ca(NO3)2·2H2O] NH4NO3(*) (KH2PO4) 일 본 야 시 액 808 944 492 152 - 야마자끼액 토마토 404 354 246 76 피 망 606 185 95 오 이 826 115 유럽(비순환식) 444 (918) 493 (170) 70 727 (864) 338 600 370 (135) 96 딸 기 197 (497) 160 (133)

47 Ca(NO3)2·4H20 NH4H2PO4 종 류 KNO3 MgSO4·7H2O K2SO4 5[Ca(NO3)2·2H2O]
NH4NO3(*) (KH2PO4) 고 추 707 472 246 115 토마토 505 76 오 이 590 시금치 303 서울대 미나리액 404 236 123 서울시립대액(순환식) 토마토(생육초기용) 606 (756) 431 (135) - 토마토(생육중후기) 697 (810) 492 (149) 토마토(추비용) 596 (648) 오이(착과기이전) 495 (486) 오이(과실비대기) 394 잎 상 추 (378) (90) 반결구상추 586 (324) 엔다이브 909 (540) 치 커 리 626 (432) 369 장 미 296 221 (76) ※ ( )내는 질산칼슘(노르웨이산) 5[Ca(NO3)2·2H2O]NH4NO3 사용

48 야마자키 배양액(1982년) 비료 멜론 오이 토마토 딸기 피망 상추 쑥갓 가지 순무 Ca(NO3)2 KNO3 NH4H2PO4
MgSO4 7H2O EC(mmho) 삼투압(기압) 826 606 152 369 2.0 0.74 114 492 0.70 354 404 76 246 1.1 0.41 236 303 57 123 0.75 0.29 95 185 1.3 0.51 0.85 0.33 472 808 707 1.5 0.59 505 0.95 0.38