1. 개요
水耕栽培
식물을 물에서 키우는 방법이다. 일반적으로는 땅에 뿌리를 내리는 식물을 물에서 키우는 것을 수경재배라고 칭하며, 양액재배라고 부르기도 한다. 정확히는 질소 등의 양분을 흙이 아닌, 물에서 직접 얻을 때 수경재배라고 한다. 그래서 흙처럼 생겼지만 양분이 없는 코코피트나 스톤울에 재배하는 경우도 수경재배라고 한다. 수초, 수생식물과 같이 처음부터 물에서 자라나는 식물을 키울 때에는 수경재배라고 칭하지 않는다.
1.1. 물꽂이
흔히 말하는 물꽂이가 수경재배의 일종이다. 그냥 식물만 구하면 안쓰는 통에 물만 받아서 식물을 꽂이두기만하면 되니 흙에서 키우는 것보다 간편하고 쉬워서 각광받고 있다. 아무런 영양분 없이 오로지 물에만 꽂아서 키우는 것은 물꽂이라고 부르는데, 물꽂이가 수경재배에 포함되므로 수경재배라고 불러도 틀린것은 아니지만 방법에 있어서 차이가 있기 때문에 수경재배=물꽂이는 틀린 구분방식이다. 양액을 사용해 재배할 경우 양액재배라는 표현을 사용하기도 한다.2. 개념
2.1. 재배방법
식물의 생장에 있어 필요한 영양분을 녹인 양액에 식물체의 뿌리가 잠기도록 한다. 보통은 용기 안에 양액을 담고, 그 위에 식물체를 고정시켜 뿌리만 잠겨있도록 한다. 이때 뿌리가 호흡을 할 수 있도록 뿌리 전체가 잠기기보다는 뿌리의 2/3정도만 잠기게 해주는 것이 좋다. 일반적으로 물꽂이로 키울 때에는 생장점을 포함한 줄기를 잘라내 그 줄기째로 물에 담그지만 양액재배의 경우 물에는 양분이 많은데 그 양분을 섭취할 뿌리가 없기 때문에 양분을 흡수하지 못하고, 그 상태가 지속되면 뿌리가 발달하지 못하고 썩어버린다. 때문에 뿌리가 이미 발달된 경우에는 양액재배로도 물꽂이로도 키울 수 있지만 뿌리가 없는 경우에는 양액에서 키우면 안된다. 보통은 수경재배용 키트를 판매하기도 하고, 개인이 자작해서 쓰기도 한다. 규모가 큰 대규모 농장에서는 전문기구를 사용한다.보통은 잘 하지 않지만 하려고 마음만 먹으면 나무도 수경재배로 키울 수 있다.
2.1.1. 수질관리
양액의 수질관리가 필요하며 수위가 일정하도록 주의해야 한다. 보통 부표 등을 삽입해 일정 이상 수위가 줄어들면 물이나 양액 등을 추가하여 수위를 맞추는 방법을 사용한다. 양분이 함유된 물에서는 산소가 부족해지기 쉽기 때문에 에어펌프 등으로 산소를 별도로 제공해주거나 양액이 끊임없이 순환하도록 시스템을 만든다.물꽂이의 경우 물이 마르지 않도록만 하고 거의 신경쓸 것 없이 꽂아두기만 하면 되기 때문에 편하지만 양액재배의 경우 농도가 조금만 진해지거나 수질에 문제가 생겨도 순식간에 식물체가 고사해버린다. 따라서 농도를 체크하거나(물이 증산작용 등으로 증발하기 때문에 지속적으로 체크를 해주어야 한다), 그냥 물에 비해 불순물(=양분)이 많은 물의 특성상 변질되기가 쉽기 때문에 상하기 전에 양액을 교체해 주는 등의 신경을 써주어야 한다. 또한 양액에는 식물체의 생장에 필요한 모든 양분이 다 들어있기 때문에 당연히 맹물보다 녹조, 이끼 등이 끼기가 쉽다. 식물이 자라나려면 빛이 필요하니까 당연히 빛을 제공해주는데, 그 빛이 양액에 닿으면 양액과 뿌리에 녹조가 생겨 정작 양액을 먹어야할 주인인 식물체의 생장을 방해한다. 때문에 양액이 담긴 통에 빛을 차단시켜줘야 하며 대규모 농장의 경우 해당 기능을 하는 시스템이, 개인의 경우 수시로 양액과 뿌리의 상태를 눈으로 보고 확인해야 하는 필요(=비용)이 발생한다.2.1.2. 온도관리
한여름과 한겨울 등 온도에도 신경을 써야 하는데 물은 흙에 비해 쉽게 온도가 변하기 때문이다.[1] 개인의 경우 수경재배용기를 흙에 담아 한여름과 한겨울철 온도대비를 하기도 한다. 농장의 경우 온도를 유지하기 위해 쿨링팬과 히터 등의 장비를 쓰는데 언급한 것 처럼 흙보다 물이 더 온도에 영향을 많이 받으므로 온도 장비 사용도 일반 토경재배(하우스 등)에 비해 훨씬 더 많이 필요로 한다.3. 수경재배를 농업에 적극 활용하지 않는 이유
일반적인 관념과는 달리 식물은 오히려 양액상태에서 더 잘 자란다. 양분의 흡수가 용이하기 때문인데 문제는 농사의 규모가 커지면 수경재배는 초반에 비해 신경써야 할 점이 토경재배에 비해 훨씬 많아지며, 비싸고 기술력이 높은 장비가 필요해지기 때문에 대부분 토경재배를 선택하는 것이다. 이렇게 되면 당연히 비용이 높아지고, 토경재배에 비해 메리트가 떨어진다. 또한 노지에서 키우는 농장의 경우에는 기본적으로 농사에 필요한 관수시설, 기반 흙의 토질관리, 병충해등을 제외하면 거의 장비가 필요하지 않고 하우스의 경우 장비가 필요하다고 해도 상층부가 자라날 수 있는 공간인 하우스, 온습도 관리 등의 장비만 있으면 되는 반면 수경재배의 경우 식물체 상층부 뿐 아니라 일반적인 토경재배라면 땅이 알아서 해줄 뿌리가 자라날 공간까지 인간이 다 만들고 관리해줘야 하기 때문에 손이 배로 많이 간다.특히 수경 재배를 기피하는 이유는 고비용 투자와 전문지식이 필요한데 농산물 시세는 유동적이기 때문이다. 망했을 경우 토지재배는 밭을 그냥 갈아 버리면 되지만 수경재배는 배지 처리에 손이 많이 간다. 이는 시세가 좋지 못하다 하더라도 작물을 쉽게 변경하지 못하며 장기적으로 작물을 재배해야 함을 뜻 한다. 어느 정도 자금이 있는 전문적인 기업형에 유리한 방식이다.
하지만 수경 재배는 대부분 노지가 아니라 시설하우스에서 이루어지며 시설이 좋을 경우 환경관리, 잡초, 병충해를 막기는 더 쉽고 품질관리도 더 쉽다. 손이 많이 간다는 것은 작물마다 다르고 손이 많이 가는 부분도 정식이전과 수확 이후 정리 시기에만 해당 된다. 수확과 관리난이도는 비슷하거나 장비를 사용하는 경우 오히려 낫다. 이렇게 일장일단이 있기에 그래도 꾸준히 연구와 투자가 되고 있는 것.
최근에는 4차 산업혁명과 함께 센서와 LED 조명, 관련 데이터 처리분야가 발전함에 따라 도심 속에서 수경재배를 하는 공장, 일명 '스마트 팜'이 미국 대도시 인근 및 대도시 내에서 나타나고 있다. 재배판을 알아서 옮기거나 섞어주는 자동화 시설은 물론 조명, 온습도, 양액의 비율까지 자동화시켜 사실상 무인화에 가깝다. 노지 재배는 재배 면적의 한계로 인한 단가 문제로 도심에서 벗어나 재배하는 경우가 많지만 수경재배는 수십층까지도 쌓을 수 있어 재배 면적의 한계를 극복할 수 있다. 또한 클린룸 상태에 가까운 재배환경 특성상 벌레 유입이 원천 차단되어 유기농으로 재배하기도 쉬운 편이다. 특히 대도시에는 상대적으로 고가인 유기농 채소를 선호하고 그에 걸맞은 구매력을 지닌 소비자들이 많다는 점에서 소비자와의 거리를 줄여 유통구조를 최소화하고 물류비용을 줄일 수 있다는 점도 장점으로 작용하고 있다.
4. 재배방법
재배방법은 고형 배지경과 비고형 배지경 2가지로 나뉜다.4.1. 고형 배지경
4.1.1. 펄라이트경
펄라이트는 화산용암이나 마그마가 지표의 호수, 강 등으로 흘러들어 급격한 냉각에 의해 형성된 것으로, 이 펄라이트를 배지로 이용하여 재배하는 방식. 수분이 빨리 빠져나가 비료의 집적이 거의 없어 수분피해와 염류장해가 염려가 적다. 하지만 물과 비료의 소모가 큰 것이 단점이다.4.1.2. 암면경
암면은 현무암이나 제철소에서 부산물로 얻어지는 폐기물 등을 섬유화시킨 것으로 불용성 무기물이다. 암면을 성형화하여 그 위에 양액을 공급하면서 재배하는 방식이다.4.1.3. 왕겨경
초기 시설투자비를 줄이기 위해 왕겨나 왕겨를 태운 훈탄을 배지로 해서 재배상을 만들고 작물별로 적합한 양액을 공급하면서 재배하는 방식이다. 왕겨를 태운 것이기 때문에 훈탄 내의 불순물과 ph 농도를 맞춰주는 과정이 필요하다.4.1.4. 코코핏
코코넛의 겉껍질 섬유를 가공하여 만든 배지. 보수력과 보비력이 높다. 대신 물과 잔류 염분이 잘 빠져나가지 않는 단점을 가지고 있다. 바닷가에서 코코넛 껍질을 널어놓고 말리는데 몇 년간 외부에 놓고 숙성 시키는 과정을 거치기 때문에 산도가 높아 농도를 맞춰주는 과정이 필요하다.4.2. 비고형 배지경
4.2.1. 분무경
Aeroponics. 수경재배로 인해 농사에 흙이 꼭 필요한 게 아니라는 것이 밝혀진 이후, 충분한 영양만 공급된다면 양액에 담가둘 필요도 없을 것이라는 발상으로 만들어졌다. 어떤 의미로는 수경재배의 최종 테크. 양액에 담그는 것이 아니라 양액을 정기적으로 '분무'하는 것으로 키우기에 '분무식 재배'라고도 불린다.방법은 간단하다. 작물을 매달아놓고, 정기적으로 양액을 뿌리에 분무해 주는 것. 방식에 따라선 양액을 아예 바깥과 접하지 않게 하는 것도 가능하기에 양액관리는 오히려 쉬운 편이다. 하이드로포닉스에서는 양액 내부에 산소를 공급해주기 위해 공기 펌프도 돌려야 하고, 자연 증발로 농도가 높아지는 것도 보정해줘야 하고, 양액 탱크 내부에 이끼나 녹조 같은 찌꺼기가 끼는 것도 막아야 하는 둥 관리가 어렵다. 하지만 이쪽은 그냥 적정 농도로 준비된 양액을 잘 보관해 두었다가 시간 맞춰서 분무하면 끝. 뭣보다 몇 층씩 겹쳐서 재배하는 것이 용이하다. '작물공장'의 영역에 들어갈 수 있을 정도로 마구 키우는 게 가능하다. 기존 수경재배도 겹칠 수는 있지만 액체인 양액 탱크의 무게 때문에 한계가 명확하다.
장점은 일단 흙을 통해서 해충들이 덤비는 것을 피할 수 있어 농약, 살충제를 전혀 사용하지 않아도 되고 뿌리에 산소가 충분히 공급되다 보니 작물의 생장이 빨라 일반 경작지에 비해 생산속도가 배가되어 면적 대비 생산량을 극대화시킬 수 있다는 것. 이런저런 요소가 모두 합쳐진 결과 에어로팜스 사는 일반경작에 비해 70배나 높은 생산량을 얻고 있다고 주장하고 있다.
단점은 역시 시설비. 수경재배의 약점 중 하나인 온도관리비용의 문제에선 여전히 벗어날 수 없고, 양액을 분무하는 장치에 이상이 생기면 작물이 떼몰살당한다는 약점이 있다. 특히 정전. 따라서 규모가 커지면 본격적인 분무 장치 이중화, 삼중화를 통한 안정성 확보에 IDC 수준의 정전 대비가 필요하다.[2]
4.2.2. 수경방식
불투광성 재배 베드를 콘크리트, 플라스틱, 스티로폼으로 만들고 여기에 배양액을 채우고 그 위에 정식판을 덮어 작물을 재배하는 방식이다.4.2.3. 아쿠아포닉스
Aquaponics. 식물체가 자라나기 위해서 물에 양분이 필요하고, 동물이 배출하는 배설물 등이 일반적으로 식물을 위한 양분이 된다는 점에 착안한 기법으로 양액으로 사용될 물에서는 물고기, 새우 등의 동물[3]을 키우고 상층부에 식물을 재배하는 방법이다.[4]
동물성 자원(고기)과 식물성 자원(채소)을 훨씬 적은 공간에서 효율적으로 생산해낼 수 있으며, 물고기를 키우기 위해 필요한 수질정화를 식물이 해결해주고 식물을 키우기 위한 양분을 동물이 해결해주는 순환고리가 형성되어 재배하는 데에 훨씬 손이 적게 간다. 한정된 공간에서 고기와 야채를 동시에 얻을 수 있다는 장점 때문에 생존주의자들이 선호하는 재배방식이기도 하다. 신농법으로 각광받아 많은 연구자들이 연구중인 농법이기도 하다.
멀리 갈 필요없이 동아시아에서 해왔던 논 농사도 이런 식이었다. 흔하게 알려진 우렁이, 오리 농법이라던지 논에서 잡은 미꾸라지나 참게로 요리를 만들어 먹는다던지...
최근엔 내수면 생태 양식이라고 해서 비단잉어, 관상용 가재 등을 길러 생산성도 올리고 약을 치지않아 친환경성을 보장하기도 한다.
그러나 양어장까지 추가해 각 요소의 균형을 맞춘다는 게 쉬운 일이 아니라 아직은 개발단계로 널리 실용화되지는 않았다. 약품을 잘못 쓰면 물고기나 식물 중 하나를 몰살시킬 수 있다는 것도 단점. 이런 이유로 관리 잘못하면 모기 떼에 시달리는데 약도 못 치는 상황이 생기기도 한다. 보통 수경재배에 쓰는 것보다 더 많은 장비와 시스템이 필요하다는 것도 단점이다. 이를테면 본격적인 아쿠아포닉스를 시작하려면 물고기 똥의 암모니아를 제거하는 필터나 기생충 감염을 막기 위한 항생제 투여 장치 등이 부가적으로 필요하다. 당장 우렁이나 오리 항목을 봐도 생각지도 못한 문제 때문에 농민들이 더 쉬운 일반 논농사로 돌아가고 있는 형편이다. 논 항목 참조
[1] 단위 부피당 열용량은 보통은 물이 훨씬 커서 같은 부피나 무게라면 물 쪽이 온도가 덜 변한다. 그러나 토양은 방대하기 때문에 지표의 온도가 좀 변해도 지하부와 열 교환으로 일정 범위 내에서 유지되는 반면, 양액공급 시스템에 안에 돌고 있는 양액은 양 자체가 얼마 되지 않기 때문에 온도 뿐만 아니라 pH나 EC 변화 등에 대해 상대적으로 항상성이 매우 낮다.[2] IDC 문서에도 설명되어 있듯이, 규모 있는 IDC의 경우 기본적으로 이중 삼중의 전원 백업을 한다. 둘 이상의 발전소로부터 전력을 공급받으며, 그것도 모자라 자체적인 UPS가 이중 삼중으로 구성되기도 한다. 서버 하나를 백업하는 유닛 단위의 UPS, 서버실 단위를 백업하는 배터리 기반의 Static UPS, 그리고 데이터 센터 전체를 백업하는 다이나믹 UPS(발전기 장착 사양)를 장착한다. 여기서 원가 절감상 생략한다 하더라도 유닛 단위 UPS를 생략하는 정도이다.[3] 보통 아무데서나 잘 자라고 튼튼한 틸라피아같은 어종을 사용한다.[4] 애완동물로 열대어나 새우 등을 키우는 사람들이 종종 병행하는 방식이기도 하다. 주로 상면여과기에 식물을 올린다거나 팔루다리움 중 수생식물을 섞는다거나 고구마, 아보카도(...) 등 물 빨아들이며 자라는 식물을 키우는 식이다.