Changes in Soil Physical Properties in Various Sizes of Container as Influenced by Packing Amount of Coir Dust Containing Root Media

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DOI http://dx.doi.org/10.7235/hort.2013.13040

다양한 규격의 포트에서 코이어더스트를 포함한 혼합상토의 충전밀도 차이에 의해 유발된 물리성 변화

박은영ㆍ최종명^*

충남대학교 농업생명과학대학 원예학과

Changes in Soil Physical Properties in Various Sizes of Container as Influenced by Packing Amount of Coir Dust Containing Root Media

Eun Young Park and Jong Myung Choi

^*

Department of Horticultural Science, Chungnam National University, Daejeon 305-764, Korea

Abstract. When highly shrinkable materials such as coir dust are major component of root media, the degrees of compaction during container filling of root media severely influences the physical properties of root media.

It results in the changes in total porosity (TP), container capacity (CC) and air-filled porosity (AFP). This research was conducted to secure the fundamental information in changes of soil physical properties as influenced by the compaction of root media during container filling. To achieve this, three root media were formulated by blending coir dust (CD) with expanded rice hull (CD + ERH, 8:2, v/v), carbonized rice hull (CD + CRH, 6:4) and ground and raw pine bark (CD + GRPB, 8:2). Based on the optimum bulk density, the amount of root media filled into 6.0, 7.5, 8.5, 10.5 and 12.5 cm were adjusted to 90, 100, 110, 120 and 130% based on the weight of root media. Then the changes in TP, CC, and AFP were measured. Elevation of the packing amount of root media in all sizes of pot resulted in the decrease of TP. But the decrease was more severe in CD + ERH and CD + CRH than those in CD + GRPB. The CC also decreased gradually as the packing amounts were elevated in three root media, but the decreases were severe as the container sizes became larger.

The AFP decreased drastically by the elevation of the packing amount of root media in all sizes of pot.

The AFP was the highest in CD + CRH medium when pot sizes were smaller than 7 cm, but that was the highest in CD + ERH when the pot sizes were larger than 8.5 cm among the 3 root media tested. In this research, the elevation of packing amount of three root media influenced more severely the AFP rather than CC. This result indicates that the packing amount should be controlled to maintain appropriate level of AFP because AFP rather than CC influence severely crop growth. The results obtained through this study can be used to predict the changes in physical properties of root media as influenced by packing amount in various sizes of pots.

Additional key words: air-filled porosity, container capacity, total porosity

*Corresponding author: [email protected]

※ Received 19 March 2013; Revised 27 May 2013; Accepted 29 May 2013. This work was carried out with the support of “Cooperative Research Program for Agriculture Science & Technology Development (Project No. PJ907050)”, Rural Development Administration, Republic of Korea.

서 언

원예작물을 용기재배할 때 여러 종류의 원인으로 인해 혼 합상토를 이용한다. 그러나 Choi et al.(2009) 및 Nelson(2003) 이 보고한 바와 같이 상토의 공극률을 높여 근권부의 가스

확산을 촉진하고 , 매번 작물재배에 이용할 때마다 균일성을 확보하여 동일한 관수 및 시비 방법을 적용하여도 작물 생 육을 우수하게 유지하는 것이 중요한 이유이다. 혼합상토는 용기에 충전하기 전 입경이 다른 유･무기 물질을 적절한 비 율로 혼합하여 작물 재배에 적합하도록 물리･화학성을 조절

ISSN 1226-8763

Kor. J. Hort. Sci. Technol. 31(6):720-725, 2013

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하지만, 상토를 용기에 충전한 후에 충전 전과 동일한 상태 로 물리성이 유지되는 것은 아니다. 즉, 상토를 용기에 충전 하기 전･후의 다양한 원인에 의해 용기에 충전된 상토의 물 리성이 변화된다.

Styer and Koranski(1997) 그리고 Hamrick(2003)은 용기 에 충전된 상토의 물리성 변화를 유발하는 원인으로 용기 에 충전하기 전 상토의 함수량 상태, 충전과정에서 충전압 력 차이에 따른 용기 내 상토의 밀도변화, 그리고 상토의 함수량 및 충전밀도를 동일하게 조절하여도 상토를 용기에 충전한 후 용기의 크기에 따라 물리성이 변화됨을 보고한 바 있다.

특히 혼합상토를 조제할 때 보수성을 향상시키기 위하여 혼합되는 코이어더스트는 물질내부에 많은 미세공극이 존 재하고 수축이 잘 되는 유기물질이다(Choi et al., 2009). 따 라서 코이어더스트는 원산지로부터 국내로 수입되는 과정 에서 수송비를 절감하기 위하여 약 1/4로 압축시킨 후 블록 형태로 수입되고 있다. 코이어더스트의 수축성은 혼합상토 로 조제된 후 용기에 충전하는 과정에서 충전압력에 따라 공극률, 액상률 및 기상률의 변화가 심하고 작물 생육이 심 하게 억제될 정도로 기상률이 감소하는 원인이 된다. 이와 같이 실제 작물 재배에 이용할 때 충전밀도 차이에 따라 작 물 생육이 큰 영향을 받음에도(Lee, 2011) 코이어더스트가 혼합된 상토를 대상으로 국내･외에서 관련 연구가 충분히 수행되지 않았다.

이상의 내용을 고려하여 코이어더스트가 주재료인 세 종 류의 혼합상토를 조제하고 크기가 다른 작물 재배용 화분에 인위적으로 상토의 충전량을 변화시켰다. 이후 변화된 물리 성을 측정하므로써 상토 충전량 차이에 따른 물리성 변화에 관하여 기초자료를 확보하고자 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

본 연구를 위해 코이어더스트 + 팽연왕겨(8:2, v/v; coir dust + expanded rice hull, CD + ERH로 지칭), 코이어더스 트 + 훈탄(6:4; coir dust + carbomized rice hull, CD + CRH), 그리고 코이어더스트 + 분쇄된 수피(8:2; coir dust + ground and raw pine bark, CD + GRPB) 등 세 종류의 상토를 조제하였다. 세 종류 상토는 Choi et al.(2009)이 원 예용 상토의 물리성으로 적합하다고 제시한 고상률 10-15%, 공극률 85-95%, 용기용수량 상태의 액상률 65-75%, 그리고 기상률이 10-20% 범위에 포함되었다.

또한 상부의 내경(internal diameter)이 6cm(높이 5.5cm, 용적 85mL), 7.5cm(높이 7.0cm, 용적 192mL), 8.5cm(높이

9.0cm, 용적 308mL), 10.5cm(높이 10.5cm, 용적 590mL), 그리고 12.5cm(높이 12.5cm, 용적 1,097mL)인 5종류의 화 분을 수집하여 실험에 사용하였다.

조제된 3종류의 상토에 토양습윤제인 Aquagro

^G

(Aquatrols Corporation of America, Paulsboro, NJ)를 1m

³

당 445g씩 첨가하고 작물 재배에 적합하도록 함수량을 50-65%(Hamrick, 2003)로 조절하였다. 이후 개별 상토를 각각의 화분에 충전 하면서 서서히 증류수를 첨가하였으며, 인위적인 압력 조절 없이 수분에 의해서만 상토가 침전되어 밀도를 유지할 수 있는 상태가 되도록 하였다. 점차 충전되는 상토의 양을 증 가시키면서 각 화분의 최상부와 상토의 최상부가 일치하도 록 상토의 양을 조절하였으며, 이 상태에서 관수 후 30분간 배수시키고 부피의 변화가 발생하는지를 점검하였다. 관수 시 상토가 팽창하여 용적이 늘어나지만 배수 후 실린더와 동일한 높이로 변하는 상태를 작물 재배를 위한 최적 용적 밀도라고 판단하였다.

수분을 보유한 3종류의 상토는 중량을 측정하고, 105

^o

C 의 건조기에서 24시간을 건조시킨 후 다시 중량을 측정하여 습윤상태의 용적밀도(wet bulk density)와 건조상태의 용적 밀도(dry bulk density)를 계산하였다(Nelson, 2003). 이 밀 도를 기준으로 각 화분의 용적을 고려하여 중량 기준으로 90, 100, 110, 120 및 130%가 되도록 각각의 상토를 충전한 후 물리성을 측정하였다.

각각의 화분에 Bilderback et al.(1982)의 방법에 의해 목 표 용적밀도(target bulk density)가 되도록 세 종류 상토를 채워 넣은 후 물리성을 측정하였다. 공극률(total porosity, TP), 용기용수량(container capacity, CC) 및 기상률(air filled porosity, AFP)은 크기가 다른 화분에 각 상토를 5반복으로 하여 Karlovich and Fonteno(1986)의 방법에 의해 측정하고 계산하였다.

각 상토의 충전밀도 변화에 따른 공극률, 기상률 및 액상 률을 회귀분석하였다. 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻 어진 1-2차항 회귀선 중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위 해 R square 값과 Incremental F 값이 큰 회귀식을 최적 회귀 식으로 판단하였다. 통계분석은 CoStat 프로그램(Monterey, California)으로 수행하였다.

결 과

세 종류 상토를 직경 6cm의 화분에 충전할 때 충전량 변

화가 토양 물리성에 미치는 영향을 Fig. 1에 나타내었다. 세

종류의 혼합상토 모두 상토 충전량이 증가함에 따라 TP가

감소하였다. CD + ERH(8:2) 상토는 충전량을 90%로 조절

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A B C

Fig. 1. Changes in total porosity (A), container capacity (B) and air filled porosity (C) of coir dust based root media as influenced by the various amounts of root media packed into the 6 cm pot (6.0 cm, 5.5 cm, and 85 mL in internal diameter, height and volume, respectively). The 100 percent of root medium indicates that no volume was changed after subirrigation of distilled water followed by drainage for 30 minutes. The 90, 110, 120, and 130% indicate the decrease or increase in the amount of root media based on the weight during packing into the 6 cm pot (CD, coir dust; ERH, expanded rice hull; CRH, carbonized rice hull; GRPB, ground and raw pine bark).

A B C

Fig. 2. Changes in total porosity (A), container capacity (B) and air filled porosity (C) of coir dust based root media as influenced by the various amounts of root media packed into the 7.5 cm pot (7.5 cm, 7.0 cm, and 192 mL in internal diameter, height and volume, respectively). The 100 percent of root medium indicates that no volume was changed after subirrigation of distilled water followed by drainage for 30 minutes. The 90, 110, 120, and 130% indicate the decrease or increase in the amount of root media based on the weight during packing into the 7.5 cm pot (CD, coir dust; ERH, expanded rice hull; CRH, carbonized rice hull; GRPB, ground and raw pine bark).

한 처리의 TP가 약 98%였지만 상토 충전량이 증가함에 따 라 직선적으로 감소하여(y = 172.07-0.7951X, R

²

= 0.9397

^***

) 0.1% 수준의 회귀관계가 성립하였다. 세 종류 상토 모두 충 전량이 많아질수록 CC가 2차곡선회귀적으로 감소하였고, AFP도 뚜렷이 감소하였다. 그러나 AFP에서 CD + CRH는 2차곡선회귀적으로 낮아졌으며 직선적으로 낮아진 CD + GRPB 또는 CD + ERH와 차이를 보였다.

CD + ERH(8:2), CD + CRH(6:4), 또는 CD + GRPB(8:2) 를 직경 7.5cm 화분에 충전하는 과정에서 충전량의 변화는 상토의 물리성에 뚜렷한 영향을 미쳤다. Fig. 2에 나타낸 바 와 같이 CD + ERH의 충전량을 90%로 조절한 처리의 TP가 약 87%였지만 충전량이 증가함에 따라 TP가 감소하여(y =

-38.59 + 2.9168X - 0.0158X

²

, R

²

= 0.9607

^***

) 0.1% 수준의

2차곡선회귀가 성립하였으며, CD + CRH 혼합상토와 유

사한 경향을 보였다 . CD + GRPB 혼합상토도 충전량이 증

가함에 따라 TP가 직선적으로 감소하였다(y = 132.04 -

0.3815X, R

²

= 0.9109

^***

). 직경 7.5cm 화분에서 상토의 충

전량이 증가할수록 CD + ERH와 CD + CRH 상토의 CC가

2차회귀적으로 낮아졌다. 그러나 CD + GRPB 혼합상토의

CC는 90% 충전량에서 약 83%였고, 충전량 증가와 함께 직

선적으로 낮아져(y = 101.6247 - 0.1967X, R

²

= 0.8187

^***

)

130% 충전량에서 약 75%로 측정되었다. 상토 충전량이 증

가할수록 세 종류 상토의 AFP도 감소하였다. CD + CRH

혼합상토는 90% 충전량에서 약 18%, 그리고 130% 충전량

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A B C

Fig. 3. Changes in total porosity (A), container capacity (B) and air filled porosity (C) of coir dust based root media as influenced by the various amounts of root media packed into the 8.5 cm pot (8.5 cm, 9.0 cm, and 308 mL in internal diameter, height and volume, respectively). The 100 percent of root medium indicates that no volume was changed after subirrigation of distilled water followed by drainage for 30 minutes. The 90, 110, 120, and 130% indicate the decrease or increase in the amount of root media based on the weight during packing into the 8.5 cm pot (CD, coir dust; ERH, expanded rice hull; CRH, carbonized rice hull; GRPB, ground and raw pine bark).

A B C

Fig. 4. Changes in total porosity (A), container capacity (B) and air filled porosity (C) of coir dust based root media as influenced by the various amounts of root media packed into the 10.5 cm pot (10.5 cm, 10.5 cm, and 590 mL in internal diameter, height and volume, respectively). The 100 percent of root medium indicates that no volume was changed after subirrigation of distilled water followed by drainage for 30 minutes. The 90, 110, 120, and 130% indicate the decrease or increase in the amount of root media based on the weight during packing into the 10.5 cm pot (CD, coir dust; ERH, expanded rice hull; CRH, carbonized rice hull; GRPB, ground and raw pine bark).

에서 약 10%로 AFP가 직선적으로(y = 34.8393 - 01884X, R

²

= 0.9368

^***

) 낮아졌으며, CD + ERH와 CD + GRPB 상 토보다 그 정도가 더 심하였다.

세 종류 상토를 직경 8.5cm 화분에 충전하는 과정에서 도 충전량의 변화는 상토의 물리성에 뚜렷한 영향을 미쳤 다. Fig. 3에 나타낸 바와 같이 CD + CRH의 충전량을 90%로 조절한 처리의 TP가 약 91%였지만 충전량이 증가 함에 따라 직선적으로 감소하여(y = 141.454 - 0.5383X, R

²

= 0.9306

^***

) 0.1% 수준의 회귀관계가 성립하였다. CD + CRH 상토의 CC는 충전량 90%에서 약 70%였고 충전량 130%에서 약 57%로 측정되었으며, 충전량이 증가함에 따 라 직선적으로 감소하는 경향을 보였다. 상토 충전량이 증

가할수록 세 종류 상토의 AFP는 직선적으로 감소하였다.

세 종류 혼합상토를 직경 10.5cm 화분에 충전하는 과정 에서 충전량 차이에 따른 물리성 변화를 Fig. 4에 나타내었 다. CD + GRPB 혼합상토에서 충전량을 90%로 조절한 처 리가 약 93%의 높은 TP로 측정되었지만 충전량을 130%로 증가시킬 경우 약 61% 수준으로 낮아졌고, 충전량 증가는 TP가 직선적으로 감소하는 원인이 되었다. CC도 CD + ERH 와 CD + CRH의 경우 충전량이 증가함에 따라 직선적으로 감소하는 경향을 보였다. 상토 충전량이 증가함에 따라 CC 가 완만하게 감소한데 비해 AFP는 직선적으로 급격히 감소 하였다.

직경 12.5cm의 화분에서 상토 충전량 차이가 물리성 변

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A B C

Fig. 5. Changes in total porosity (A), container capacity (B) and air filled porosity (C) of coir dust based root media as influenced by the various amounts of root media packed into the 12.5 cm pot (12.5 cm, 12.5 cm, and 1,097 mL in internal diameter, height and volume, respectively). The 100 percent of root medium indicates that no volume was changed after subirrigation of distilled water followed by drainage for 30 minutes. The 90, 110, 120, and 130% indicate the decrease or increase in the amount of root media based on the weight during packing into the 12.5 cm pot (CD, coir dust; ERH, expanded rice hull; CRH, carbonized rice hull; GRPB, ground and raw pine bark).

화에 미치는 영향을 Fig. 5에 나타내었다. CD + GRPB는 90% 충전량에서 TP가 약 96%로 측정되었지만 130% 충전 량에서는 약 63%로 측정되었고, 2차곡선회귀적으로 낮아졌 다. 상토 충전량이 많아질수록 세 종류 상토의 CC도 2차곡 선회귀적으로(CD + ERH와 CD + GRPB) 또는 직선적으로 (CD + CRH)으로 감소하였으며, CD + GRPB(8:2)의 결정 계수(R

²

)가 0.9796로 가장 높았다. AFP 또한 세 종류 상토 의 충전량이 증가함에 따라 직선으로 감소하였다. 그러나 CD + GRPB 상토가 다른 두 종류의 상토 보다 AFP가 약 1.7배 정도 높았다.

고 찰

혼합상토 내의 공극은 직경이 30-300μM로 입자간에 형 성된 대공극, 그리고 물질 내부에 존재하며 직경이 10-30μM 인 미세공극으로 구분할 수 있다. 입자간의 대공극은 가스 확산에, 입자 내부의 미세공극은 보수성 증진에 중요한 역 할을 한다고 보고되었다(Verdonck and Penninck, 1986). 원 예작물 용기재배를 위해 이용되는 혼합상토는 대공극과 미 세공극이 적절한 비율로 존재하며, 85-95%의 TP, 70-80%

의 CC, 그리고 10-20%의 AFP를 갖는 것으로 보고되었다 (Argo, 1998; Bunt, 1988; Nelson, 2003).

혼합상토를 조제할 때 직경이 큰 거친 입자의 혼합비율이 높아질수록 TP가 높아지고 전체 공극 중 대공극의 비율이 높아진다(Fonteno and Nelson, 1990; Nelson, 2003). 그러나 코이어더스트와 같이 수축이 잘 되는 유기물이 상토의 주요 구성 재료이고, 충전 과정에서 강한 압력이 적용되어 용기

안으로 충전되는 상토량이 많아지면 입자 사이에 형성된 대 공극이 뚜렷하게 감소하여 미세공극으로 변한다. 또한 물질 의 수축성이 클 경우 TP의 감소 정도는 적지만 공극의 대부 분이 직경이 작은 미세공극으로 변한다(Styer and Koranski, 1997). 본 연구에서 코이어더스트와 혼합한 훈탄은 팽연왕 겨나 분쇄된 부숙수피에 비해 직경이 크고 수축이 잘 되지 않는 특성을 갖는 물질이다(Choi et al., 1999a, 1999b). 따라 서 충전량이 증가하여도 대공극이 미세공극으로 변하지 않 고 TP 자체가 감소한 결과로 나타났다고 판단한다.

본 연구의 세 종류 상토를 다양한 크기의 화분에 충전할 때 충전하는 상토의 양이 증가하면 뚜렷하게 TP, AFP 및 CC가 감소하는 원인이 되었다. TP의 감소는 앞에서 설명한 것에서 원인을 찾을 수 있다. 또한 CC와 AFP가 감소한 것 도 TP가 감소하여 물과 공기가 차지하는 공극이 감소한 것 이 주요한 원인이라고 판단한다(Choi et al., 2000).

본 연구의 코이어더스트가 주요 구성 재료인 세 종류 상토

를 용기에 충전하는 과정에서 상토 충전량이 많아져도 TP는

모든 규격의 포트에서 유사한 경향을 보이며 감소하였다. 그

러나 동일한 상토를 충전할 때 충전량이 많아질수록 큰 규격

의 용기에서 작은 규격의 용기보다 AFP가 적게 감소하고

CC의 감소 정도가 커지는 경향이었다. 이는 Nelson(2003),

Styer and Koranski(1997) 그리고 Wallach(2008)가 보고한

바와 같이 용기가 클수록 바닥으로부터 용기 최상부까지 높

이가 높아지고, 높이가 높아질수록 중력이 강하게 작용하여

물의 하방 이동력이 강하게 작용하였기 때문이다. 따라서

용기의 하단부에 존재하는 배수공을 통해 배출되는 물의 양

이 많아지고 AFP의 감소 정도에서 차이가 발생한 원인이

(6)

되었다고 생각한다.

또한 직경이 6.0 또는 7.5cm인 화분에서는 상토의 충전량 이 120%로 높아질 경우 AFP가 10% 미만으로 측정되었지 만, 직경 8.5 또는 10.5cm인 화분에서는 충전량이 130%로 높아질 때 AFP가 10% 미만으로 측정되었다. 보편적인 원 예용 상토가 TP, CC, 그리고 AFP가 각각 85-95%, 70-80%, 그리고 10-20%로 보유하는 것을 고려할 때(Argo, 1998;

Bunt, 1988; Nelson, 2003), 용기의 크기가 작을 경우 충전 량을 110% 이내로, 용기의 직경이 10cm 이상일 경우 120 또는 130%의 충전량도 작물 재배를 위해 허용 가능하다고 판단하였다.

초 록

수축성이 강한 코이어더스트가 주요 구성물질로 조제된 혼합상토는 충전량에 따라 용기내의 밀도가 달라지고 결과 적으로 공극률(TP), 기상률(AFP) 및 용기용수량(CC)의 상 대적인 비율이 변화된다. 따라서 충전량 차이에 따라 변화 된 상토의 물리성 변화를 구명하여 작물 재배를 위한 기초 자료로 제시하고자 본 연구를 수행하였다. 연구 목적을 달 성하기 위해 코이어더스트 + 팽연왕겨(8:2, v/v; coir dust + expanded rice hull, CD + ERH로 지칭), 코이어더스트 + 훈탄(6:4; coir dust + carbonized rice hull, CD + CRH), 그리고 코이어더스트 + 분쇄된 수피(8:2; coir dusts + ground and raw pine bark, CD + GRPB)의 세 종류 상토를 조제하 였다. 이 후 직경이 6.0, 7.5, 8.5, 10.5 및 12.5cm의 포트에 최적 가비중을 기초로 90, 100, 110, 120 및 130%가 되도록 상토 충전량을 조절한 후 TP, AFP 및 CC 변화를 측정하였 다. 모든 규격의 포트에서 상토 충전량이 많아질수록 TP가 감소하였지만 CD + GRPB 상토보다 CD + ERH 또는 CD + CRH 상토의 감소 정도가 컸다. 상토 충전량이 많아질 경 우 CC도 감소하였지만, 동일한 충전 비율에서 포트의 크기 가 커질수록 CC의 감소한 정도가 컸다. 상토 충전량이 많아 질수록 AFP도 뚜렷하게 감소하였다. 그러나 포트의 직경이 7.5cm보다 적을 때에는 동일한 충전 비율에서 CD + CRH 상토의 AFP가 가장 높았고, 포트의 크기가 8.5cm 이상으로 커질 경우 CD + ERH 상토의 AFP가 가장 높았다. 본 연구 에서 상토 충전량 증가는 CC보다 AFP에 더 심한 영향을 미쳤으며 근권부의 가스 교환이 작물 생육에 큰 영향을 미

침을 고려할 때 AFP의 감소를 방지할 수 있도록 충전량을 조절해야 한다고 판단하였다. 본 연구 결과는 상토를 이용 한 용기재배에서 충전량 차이에 따른 물리성 변화를 예측하 기 위한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

추가 주요어 : 기상률, 용기용수량, 공극률

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