Changes in Ion Balance and Individual Ionic Contributions to EC Reading at Different Renewal Intervals of Nutrient Solution under EC-based Nutrient Control in Closed-loop Soilless Culture for Sweet Peppers (Capsicum annum L. 'Fiesta')

Individual ion concentrations and ionic contributions to EC reading in the circulated nutrient solution are the important factors to be considered for stable EC-based closed-loop soilless culture. This study was conducted to determine appropriate ion-analysis intervals of the circulated nutrient solutions based on ion concentration, ion balance, and ion electrical conductivity under different renewal intervals in EC-based nutrient control systems for sweet peppers (Capsicum annum L. 'Fiesta') in early growth stage. Average node numbers of the plants were 13 and 18 when the experiment started and finished, respectively, and three plants were grown in each rockwool slab. Four different renewal intervals of circulated nutrient solutions such as 1, 2, 3, and 4 weeks were used as treatment. Nutrient solutions were supplied to the plants based on integrated radiation. Drainage was collected into drain tanks after irrigation ended in the day and then mixed with fresh water until the EC reaches 2.69 $dS{\cdot}m^{-1}$. The replenished nutrient solution was supplied to the plants in the next day. Ion concentrations of the individual ions periodically analyzed in the circulated nutrient solutions showed no significant differences among the treatments during the experimental period. Ion concentrations of $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$, $NO_3{^-}$, ${SO_4}^{2-}$, ${PO_4}^{3-}$, and $Cl^-$ varied within 5-8, 11-14, 2.0-2.7, 0.5-0.6, 14-19, 4-5, 1-4, and 0.3-0.5 $meq{\cdot}L^{-1}$, respectively. Ion balance showed a consistent tendency over all the treatments and especially $K^+$ : $Ca^{2+}$ and ${SO_4}^{2-}$ : ${PO_4}^{3-}$ played great roles in the cation and anion balances in the nutrient solutions, respectively. Activity coefficients of ions such as $K^+$, $NO_3{^-}$, and $H_2PO_4{^-}$ varied within 0.8-0.9 and those of $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, ${SO_4}^{2-}$ varied within 0.5-0.6, showing little changes with time. Ionic contributions of $K^+$ and $NO_3{^-}$ to EC reading were the greatest followed by $Ca^{2+}$, ${SO_4}^{2-}$, and $Mg^{2+}$ in the order. From the results, we thought that allowable ranges in ion concentration, ion balance, and subsequent individual ionic contributions to EC reading would be obtained within 4-week renewal interval of nutrient solution in EC-based closed-loop soilless culture for sweet pepper plants.

EC 기준 파프리카 순환식 수경재배에서 양액 교체 주기에 따른 양액 중의 이온 균형 및 각 이온의 EC 기여도 변화

EC 기준의 순환식 수경재배시스템에서 재사용 양액 내의 이온 농도의 변화와 각 이온의 EC 기여 비율의 변화는 안정적인 양액 관리를 위해서 고려되어야 할 중요한 요인이다. 본 연구는 초기 생육단계 파프리카의 EC 기준 순환식 수경재배에서 교체 주기에 따른 재사용 양액 내 이온 농도, 이온균형 및 이온의 EC 기여도의 변화를 조사하여 재사용 양액의 적정 분석 주기를 규명하고자 수행하였다. 실험은 파프리카의 평균 마디수가 13마디일 때 시작하였고, 처리 종료시점에서는 평균 마디수가 18마디였다. 1개의 암면 슬라브당 3주의 파프리카가 재배되었다. 처리는 재사용 양액의 교체 주기에 따라 각각 1주, 2주, 3주, 4주 교체 처리구로 구성되었다. 양액은 일사비례제어방식으로 급액되었다. 배액은 배액 탱크에 수집된 후에 당일 관수가 종료된 후 혼합 탱크에서 EC $2.69dS{\cdot}m^{-1}$가 될 때까지 희석되었다. 혼합된 양액은 익일의 양액으로 사용되었다. 재사용 양액은 주기적으로 수집하여 분석되었다. 교체 주기에 따른 이온 농도의 변화는 처리별 차이가 나타나지 않았다. 모든 처리구에서 이온 농도의 변화 범위는 각각 $K^+$ 5-8, $Ca^{2+}$ 11-14, $Mg^{2+}$ 2.0-2.7, $Na^+$ 0.5-0.6, $NO_3{^-}$ 14-19, ${SO_4}^{2-}$ 4-5, ${PO_4}^{3-}$ 1-4, $Cl^-$ $0.3-0.5meq{\cdot}L^{-1}$와 같았다. 교체 주기에 따른 이온 균형 변화는 크지 않았다. 그러나 전체 처리구에서 이온 비율의 변화는 일정한 경향을 나타냈다. 양이온 비율 변화는 $K^+$ : $Ca^{2+}$을 중심으로 나타났으며, 음이온은 ${SO_4}^{2-}$ : ${PO_4}^{3-}$를 중심으로 나타났다. 양액 중의 $K^+$, $NO_3{^-}$, $H_2PO_4{^-}$의 1가 이온과 $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, ${SO_4}^{2-}$의 2가 이온의 활동도 계수는 각각 0.8-0.9, 0.5-0.6 사이에서 변하였고, 시간 경과와 함께 각 이온의 활동도 계수는 일정한 경향을 나타냈다. 각 이온이 양액의 EC에 기여한 비율은 $K^+$와 $NO_3{^-}$가 가장 컸고, 다음으로 $Ca^{2+}$, ${SO_4}^{2-}$, $Mg^{2+}$ 순으로 나타났다. 본 실험에 적용한 교체 주기 4주는 초기 생육단계의 파프리카를 EC 기준 순환식으로 수경재배 할 경우, 이온 농도 변화와 이에 따른 EC 기여도의 변화는 안정적인 범위 이내라고 판단된다.