수경법 – 당신이 알아야 할 모든 것

수경법이란?

수경재배는 흙이 아닌 물에서 식물을 키우는 재배법이다. 이는 아쿠아포닉(aquaponics)과 에어로포닉(aeroponics)을 포함하는 더 넓은 “무토양” 재배 방법의 일부입니다.

대부분의 경우 식물의 뿌리를 물에 담근 채로 재배하지만, 가끔은 젤이나 펄라이트, 자갈 등과 같은 불활성 매체와 같은 다른 기질에서 재배할 수도 있습니다.

흙이 없기 때문에 미네랄 성분의 식물 영양은 물에 용해시켜 이루어집니다. 많은 경우, 수경 재배는 인공 번개를 통해 빛을 제공하는 실내 재배와 동일합니다. 그러나 수경재배는 오염 위험이 증가하는 대신 "자유로운" 햇빛을 제공하기 때문에 외부에서도 가능합니다(아래 참조).

수경재배 시장규모는 5년에는 거의 2023억 달러에 달하며 12.4년까지 CAGR 2030% 성장할 것으로 예상됩니다..

수경재배의 과학

대부분의 식물은 수경재배 시스템으로 자랄 수 있지만 일부 식물은 뿌리를 고정하기 위한 기질이 필요합니다. 이것이 코코넛 야자껍질, 질석(규산염 암석), 진주석(무정형 화산 유리)과 같은 불활성 기질이 사용되는 이유입니다.

출처: 기후 제어

인산염, 칼륨, 질소("NPK")와 같은 영양소와 미량 영양소가 물에 용해되어 비료 사용 효율이 거의 100%에 이릅니다.

수경재배는 개방형 시스템과 폐쇄형 시스템이라는 두 가지 디자인 유형으로 구분할 수 있습니다.

개방형 시스템: 저수지에서 성장실로 흐르려면 영양분이 풍부한 물이 필요합니다.
폐쇄형 시스템: 뿌리가 영양 용액에 직접 잠겨 있으므로 펌프가 필요하지 않습니다.

능동형 시스템과 달리 수동형 시스템은 펌프, 환기, 인공조명, 타이머 등의 전기 부품이 필요하지 않은 수경재배 시스템입니다.

수경재배로 재배할 수 있는 것

수경법은 다양한 고가치의 민감한 작물을 재배하는 데 사용됩니다. 가장 흔한 것은 순서대로 토마토, 허브, 양상추, 오이입니다.

출처: 그랜드 뷰 리서치

덜 문서화되었지만 수경법의 중요한 또 다른 사용은 중소 규모의 대마초 재배였습니다. 이러한 관행은 대부분의 국가에서 여전히 불법이지만, 상업적 환경에서 적절한 허가를 받아 그러한 작물 재배를 허용하는 국가 목록이 늘어나고 있습니다. 캐나다가 이에 대한 대표적인 사례 중 하나입니다.

대마초 재배가 온실에서 합법적으로 재배되는 미국 주에서 운영되는 많은 상업용 대마초 농장. 여기에서는 토양에서 가능한 것보다 더 일관된 결과를 얻기 위해 수경법을 사용합니다.

수경재배의 장점

Control:

수경재배의 가장 큰 장점은 이 기술이 제공하는 높은 수준의 통제력입니다. 특히 토양이나 온실 재배에 비해 실내 재배와 병행할 경우 더욱 그렇습니다. 이는 상업적 재배에 여러 가지 이점을 제공합니다.

보다 일관된 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 나중에 의약품 생산에 사용될 대마초 식물의 정확한 화학적 조성입니다. 이를 통해 완벽한 조건을 찾기 위한 연구 개발 노력이 가능해지며 결과적으로 최고 품질의 제품이 탄생합니다.

또한 매우 일관되고 안정적인 생산을 얻기 위해 성장 시기를 보다 효과적으로 제어할 수 있습니다. 이는 토마토나 베리류와 같이 상대적으로 수요가 일정하지만 계절에 따라 생산량이 급증하는 제품에 매우 유용합니다.

각 기능을 결합하여 가능한 제어 수준을 사용하여 가격 프리미엄을 받을 가능성이 있는 최종 식물 제품의 성장 속도, 맛, 냄새 또는 측면을 최적화할 수 있습니다.

마지막으로 작물을 모니터링하고 문제를 조기에 감지하는 데에도 사용할 수 있습니다.

우주 산업

최적의 조건 덕분에 다른 조건보다 평방미터당 더 많은 작물을 재배할 수 있습니다. 이는 우리 기사에서 논의한 바와 같이 도시 농업을 위한 좋은 선택이 됩니다.많은 이점을 가져오기 위한 도시 농업 확장“. 이를 통해 토지와 공간이 현지에서 더 비싸더라도 수백 또는 수천 마일 동안 식품을 수입하는 대신 현지에서 재배할 수 있습니다.

이는 미래의 달이나 화성 기지와 같은 열악한 환경에 매우 귀중한 농업 방법이 될 것입니다. 그곳에서는 엄청나게 비싼 운송 비용으로 인해 지역에서 재배된 식량 공급이 매우 가치 있게 될 것입니다.

영양소 수요와 폐기물

언급한 바와 같이, 영양분은 물 속에 있고 물은 성장실 및/또는 저수지에 머물기 때문에 식물이 성장하는 동안 효과적으로 흡수되는 양분을 제외하고는 시스템에서 영양분의 손실이 없습니다.

출처: Unsplash

이를 통해 비료를 사용하여 작물을 최적의 상태에 최대한 가깝게 재배할 수 있습니다. 농업에 대한 보다 전통적인 접근 방식에서는 노지에서 비료를 과도하게 사용하면 여러 가지 문제가 발생합니다. 이는 다음을 포함하도록 확장됩니다. 토양 생태계가 손상되고 있다 에 독성 조류 꽃 심지어 담수체의 부영양화. 따라서 환경으로 유출되는 비료의 양을 줄이는 것은 중요하지만 흔히 간과되는 생태학적 문제입니다.

출처: 영국의

물 사용량

겉보기와는 달리 수경재배는 전통적인 재배 방법에 비해 물을 훨씬 적게 사용합니다. 이는 야외에서든 온실에서든 마찬가지입니다.

이는 공기와의 표면 접촉을 최소화하여 물의 증발을 최소한으로 유지하고 토양으로 누출되지 않기 때문입니다. 기본적으로 물은 닫힌 시스템 내부에 유지됩니다.

결과적으로 수경재배는 최소한으로 사용할 수 있습니다. 기존 농작물 물주기 방법에 비해 물의 1/10로. 따라서 이는 물이 부족한 지역 및/또는 잎이 많은 채소와 같이 특히 물이 부족한 작물에 탁월한 옵션이 될 수 있습니다.

노동 강도

식물은 통제되고 맞춤 설계된 환경에서 성장하기 때문에 인건비를 최적화하도록 설계할 수도 있습니다. 자동화는 더 위험한 전통적인 농장 작업의 대부분을 대체할 수 있으며, 이미 흙 없이 화분에서 자라는 식물은 수확, 청소 및 포장에 소요되는 시간을 절약할 수 있습니다.

수경재배의 단점

비용

수경재배의 주요 한계는 비용입니다. 전용 시설이 필요하고 종종 펌프, 환기 등이 필요하기 때문에 전통적인 농법보다 설치 비용이 훨씬 더 많이 듭니다. 이는 기후 제어 및 인공 조명과 같은 추가 하드웨어가 필요한 추운 기후에서 더욱 악화되며, 각각은 재배 작업의 에너지 비용만 추가합니다.

이러한 한계로 인해 수경법에 의존하는 대부분의 상업용 농장은 투자 수익을 극대화하기 위해 과일, 딸기, 잎채소, 대마초 등과 같은 고부가가치 작물에 중점을 두고 있습니다.

현재까지 이 문제는 수경재배뿐만 아니라 아쿠아포닉 및 에어로포닉을 포함하여 일반적으로 수직 농업의 광범위한 채택을 방해했습니다.

되튀기

수경재배 시스템은 설계상 야외에서 재배하는 작물보다 더 인공적입니다. 즉, 원활하게 실행되는 다음 항목 각각에 의존합니다.

• 부품 및 구성 요소의 공급망.
• 전력 공급.
• 고도로 자동화된 고급 작업을 위한 전자 연결 시스템입니다.
• 필요한 모니터링 및 유지 관리를 효율적으로 수행할 수 있는 숙련된 인력.

예를 들어 시스템 이중화 또는 대규모 재고(설치 비용에 추가) 또는 재생 가능한 발전을 통한 국부적인 에너지 공급 등을 통해 이러한 위험을 완화할 수 있는 방법이 있지만 수경법은 야외에서 빗물을 주는 작물만큼 탄력적이지 않습니다. 필드.

수인성 질병 및 조류 오염

병원균

토양을 제거하면 토양에서 발생하는 질병과 관련된 모든 위험이 확실히 제거되지만 식물 질병으로부터 보호하는 유익한 미생물의 전체 생태계가 제거된다는 의미이기도 합니다. 한편, 지속적으로 순환하는 물은 다른 병원균을 퍼뜨리는 매개체가 될 수 있습니다. 즉, 수경재배 시스템에서는 부작용이 치명적일 수 있고 훨씬 더 빨리 발생할 수 있음을 의미합니다.

수경재배 질병을 일으키는 가장 흔한 두 가지 유기체는 다음과 같습니다. 피티움과 피토프토라, 둘 다 곰팡이 질병입니다. 피티움(Pythium)은 모든 식물을 공격할 수 있는 반면, 피토프토라(phytophthora)는 대부분 꽃 작물에 영향을 미치는 경향이 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 농부들은 일반적으로 정기적인 일정을 고용합니다. 청소 및 위생 관행과 필터 사용이는 수인성 식물 병원체의 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 이를 바탕으로 정기적인 테스트와 모니터링은 오염의 조기 징후를 감지하는 데에도 똑같이 도움이 됩니다.

광범위한 오염을 방지하기 위해 대규모 설치를 위한 다중 병렬 및 연결되지 않은 수경재배 시스템도 권장됩니다. 물의 pH를 조절하면 곰팡이 성장을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

조류

수경 재배 시스템에 영향을 줄 수 있는 또 다른 오염 물질은 조류입니다. 물에는 식물 생장을 촉진하는 영양소가 완벽하게 혼합되어 있지만, 동시에 단세포 조류에게는 최적의 환경이기도 합니다. 조류가 있으면 표면에 끈적끈적하고 청소하기 어려운 층을 형성하여 정수 필터나 작은 관을 막을 수도 있습니다.

수경재배 시스템은 들판에서처럼 잡초에 관심을 가질 필요가 없지만 조류는 본질적으로 동일합니다. 잡초와 마찬가지로 조류도 작물의 영양분을 빼앗아 성장과 식물 건강을 감소시킵니다.

게다가 조류는 물 속의 산소 농도를 감소시킵니다. 첫 번째 효과는 식물 뿌리와 성장을 손상시킬 수 있다는 것입니다. 두 번째 문제는 피티움(Pythium)과 같은 곰팡이병의 성장을 돕는다는 점이다.

필터를 사용하여 유입되는 물을 정화하는 것부터 물을 UV 광선에 노출시켜 조류를 죽이는 것까지 조류 성장을 제어하는 ​​여러 가지 방법이 있습니다.UV 램프는 공공 시설에서 식수를 만들기 위해 미생물을 죽이는 데 일상적으로 사용됩니다.).

수경재배의 혁신

LED 조명

LED 조명은 수경재배에서 중요한 기술로, 전체 관행을 상업적 규모로 실현 가능하게 만듭니다. 이는 이러한 조명이 기존 광원보다 훨씬 적은 에너지를 소비하고 더 오래 지속되며 훨씬 적은 열을 방출하기 때문입니다.

또한 가시광선 스펙트럼 전체가 식물의 광합성에 도움이 되는 것은 아니므로 녹색광이 없는 전용 LED를 사용하면 인공 번개에 의해 소비되는 전력을 더욱 줄일 수 있습니다.

출처: 아그리텍처

IoT 및 센서 기반 자동화

센서 및 전자 장치의 비용이 감소함에 따라 온도, 습도, 빛, pH 수준 및 영양분 양에 대한 지속적인 모니터링이 가능해졌습니다.

이 센서 기반 농업은 좀 더 발전된 형태이기는 하지만 실시간으로 재배 조건을 추적하고 조정하여 최적의 작물 수확량을 보장하고 재배자의 수익을 늘리는 데 도움이 됩니다.

AI 기반 기술

앞서 언급한 바와 같이 수경재배에는 수자원 시스템, 질병, 영양분 수준 등에 대한 집중적인 모니터링이 필요합니다. 이를 위해 AI는 조도, 습도, 영양분 수준을 포함한 기존 환경 조건을 최적화하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

또한 AI는 각 식물 유형에 대한 맞춤형 성장 계획을 수립하여 투자를 최적화하고 비용을 절감하는 데 도움을 줍니다.

또한 머신 비전이나 생화학 테스트를 사용하여 인간보다 먼저 병원체의 존재에 대해 경고할 수 있습니다.

마지막으로, 자율 농업 로봇의 등장으로 식물 심기, 가지치기, 수확 및 교체가 완전 자동 방식으로 수행될 수 있는 수경 시스템을 구상할 수 있습니다.

새로운 농업 혁신

수경재배는 전통적인 농업에서는 불가능했던 방식으로 식물을 직접적으로 통제할 수 있게 해줍니다. 이는 빛이나 영양분에 대한 접근성을 높이는 것 이상으로 작물 생산성을 높이는 새로운 방법에 대한 실험의 문을 열어줍니다.

예를 들어, 우리 기사에서 그러한 옵션 중 하나를 살펴보겠습니다.수경 작물의 성장을 촉진하는 전기". 연구진은 맞춤형 인공 기질, 즉 셀룰로오스(종이의 주성분)와 전도성 고분자를 혼합해 만든 '전도성 토양/eSoil'을 사용했다. PEDOT(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)).

이런 방식으로 묘목을 지속적으로 낮은 전압에 노출시켜 성장률을 50% 높일 수 있었습니다.

출처: PNAS

이는 수경 재배 시스템이 향상된 제어 수준 덕분에 어떻게 상당한 생산성 향상을 제공할 수 있는지 보여주는 한 예입니다.

수경재배 시설 구축

수경재배 시설을 계획할 때 첫 번째 질문은 '다른 재배 방법 대신 수경재배를 선택하는 이유는 무엇입니까?'입니다. 여러 가지 이유가 있을 수 있습니다.

• 물을 절약하거나 오염을 줄입니다.
• 새로운 재배 방법을 실험할 수 있습니다.
• 소규모 가정 소비 또는 교육 도구.
• 고품질, 고부가가치 작물을 대규모로 재배합니다.

답변에 따라 다양한 수경재배 시스템을 선택할 수 있습니다.

상업적인 운영 운영 비용을 최소화하는 동시에 사용 가능한 리소스와 시작 비용의 균형을 맞춰야 합니다. 현지 시장과 마진을 고려하는 것은 작물 선택에 있어 매우 중요합니다. 자동화 수준과 사용되는 기술의 성숙도도 고려해야 합니다.

수제 소규모 시스템 "최적화"되었지만 너무 복잡한 디자인은 제대로 작동하지 않을 가능성이 높으므로, 개발자와 사용자의 기술력에 맞춰 조정해야 합니다. 이 경우 기성품 구성 요소가 더 나은 선택이 될 수 있습니다.

특정 문제를 해결하기 위한 전용 시스템, 물 부족과 마찬가지로 특히 다른 요소를 덜 최적화하게 만드는 경우 이 측정항목에 초점을 맞춰야 합니다.

더 큰 시스템의 일부인 수경재배, 양식업(아쿠아포닉스)과 결합된 것처럼 다른 단계와 구성 요소를 염두에 두고 설계해야 합니다.

맺음말

수경법은 재배 시스템에 대한 강력한 접근 방식으로 성장 조건에 대한 탁월한 수준의 제어를 제공합니다. 이는 일반적으로 비료와 물의 최적화된 사용을 자랑하는 매우 효율적인 시스템입니다. 따라서 완벽한 시기, 맛, 구성, 측면 또는 기타 질적 지표로 인해 훨씬 ​​더 높은 가격을 정당화할 수 있는 재배하기 어려운 작물이나 고부가가치 제품에 이상적인 상업적 규모의 재배 방법이 됩니다.

밀도와 높은 생산성 덕분에 공간이 제약되는 가정 규모의 식량 생산이나 도시 농업에도 좋은 시스템입니다.

그러나 이는 전통적인 농업이나 원예보다 훨씬 더 복잡한 시스템입니다. 이로 인해 비용이 더 많이 들고, 설치 및 유지 관리가 더 기술적이며, 전용 솔루션을 통해 관리해야 하는 조류 오염 및 수인성 질병과 같은 고유한 문제가 발생할 가능성이 더 높습니다. 어떤 경우에는 이와 관련된 사내 문제를 처리하는 데 기술적 능력이 부족한 사람이나 회사에게도 똑같이 어려운 일이 될 것입니다.

전반적으로, 야외에서 저렴한 가격으로 대량 재배되는 작물만큼 비용 효율적이지는 않지만 수경재배는 특정 문제에 대한 좋은 해결책이 될 수 있거나 고품질의 지역 농산물을 재배하는 좋은 방법이 될 수 있습니다.