The objective of this study was to develop automatic systems of nutrient solution management for optimal nutrient solution environment and labor saving in water culture which enables factory crop production. In this study, an automatic control system and its driving program are developed to prepare, supply, and recover nutrient solution and to keep the optimal solution concentration level using microcomputers. Based on this study, the following conclusions are obtained: 1. The concentration measured by the system using oscillating circuit designed and built in this study, gave good agreements with the actual nutrient solution. 2. In water culture, the period of 12 hours for measuring concentration, pH, and temperature of the nutrient solution was optimum. Addition of control solution due to the decrease of the nutrient solution concentration is required in every 3 to 5 days. 3. It is estimated that the period of the whole solution change is 15 days, however, further research is needed to assure it. In addition, this period must be shortened in the future. 4. Both the hardware and software of the developed optimal nutrient solution control system in the water culture are working very well, however, it is necessary to develop a more economical one-chip micro controller to substitute for the microcomputer.
본 실험은 엔디브 양액재배에 적합한 배양액을 조성하고. 새로 조성한 배양액(SCUE)의 효과를 검토하고자 수행하였다. 엔디브 재배에 적합한 배양액을 양수분 흡수율에 의해 조성한 결과 NO$_3$-N 15.0, NH$_4$-N 1.0 PO$_4$-P 3.0. K 10.0, Ca 5.0, Mg 3.5 me.$\ell$$^{-1}$가 적당하였다. 새로 조성한 서울시립대 엔디브액 (SCUE)과 유럽의 엔디브액간의 재배실험 결과, 배양액간의 생육 및 수량은 차이가 없었지만, pH와 EC의 변화폭은 새로 조성한 양액에서 적었다.
This study was conducted to develop an automatic nutrient-solution control system for small-scale growers. The nutrient-solution control system consisted of a low-cost and precise metering device and a personal computer. The system controlled electric conductivity(EC) and pH of nutrient-solution based on the time-based feedback control method with the information about temperature, EC, and pH of the nutrient-soIution. The performance of the nutrient-solution control system was evaluated through the control of EC and pH while compared with those of commercial nutrient-solution control system. Also an experimental cultivation of tomato was conducted to verify and to improve the developed system. Results of this study were as follows. 1. An automatic nutrient-solution control system based on a low-cost and precise metering device was developed. 2. The developed system controlled EC and pH within $\pm$0.05 mS/cm and $\pm$0.2 pH full scale error respectively at $24^{/circ}C$. 3. When using the commercial system, the controlled values of EC and pH of the 500l of water were 1.29 mS/cm and 6.1 pH for the setting points of 1.4 mS/cm and 6.0 pH respectively at $22^{/circ}C$. 4. The developed nutrient-solution control system showed $\pm$0.05 mS/cm of deviation from the setting EC value over the experimental cultivation period. 5. The deviation from the average values of Ca and Mg mass content in the several nutrient-solution were 0.5% and 1.8% respectively.
본 연구는 딸기 '매향'의 양수분 흡수율을 고려하여 개발한 배양액을 검증하고자 이온 조성이 다른 5종 배양액으로 8개월 동안 수경재배하면서 생육과 수량에 미치는 영향을 조사하였다. 2015년 9월 22일 코이어 고설베드에 딸기 묘를 정식하고 1개월 후 다섯 종류의 배양액 농촌진흥청 딸기 배양액(RDA), 야마자키 딸기 배양액(Yamazaki), PBG 딸기 배양액(PBG), 서울시립대 딸기 배양액(UOS) 및 새로 개발된 서울시립대 딸기 배양액(NewUOS)을 사용하여 EC $1.0dS{\cdot}m^{-1}$, pH 6.0으로 1일 주당 150~300mL 공급하였다. 정식 60일 후 엽폭, 엽병장은 배양액 종류에 차이를 보였으며, 광합성은 RDA와 NewUOS 배양액 처리에서 높았고, PBG 배양액 처리에서 낮았다. 영양생장기 배액의 EC는 공급수준보다 낮은 EC $0.7{\sim}0.8dS{\cdot}m^{-1}$, 이후는 EC $1.0{\sim}1.2dS{\cdot}m^{-1}$로 안정되었다. 배액 pH는 Yamazaki 배양액 처리에서 6.2~6.8로 높은 반면, UOS 배양액은 5.1~5.2로 낮았다. 영양생장기 배액의 무기이온은 질산태 질소의 흡수가 가장 활발하였으며, 화방전개 이후 칼륨 흡수가 NewUOS, UOS 및 Yamazaki 배양액 처리에서 높았다. 정식 6개월 후 지상부와 지하부 생체중과 건물중은 UOS와 NewUOS 배양액에서 높았으며, 지상부 건물율은 Yamazaki 배양액에서 43.5%로 낮았으며, 지하부 건물율은 NewUOS배양액에서 30.6%로 낮았다. 12월부터 2월까지 수확된 딸기의 과장, 과폭, 과중, 당도는 배양액 차이에 의한 유의성은 없으나, NewUOS 배양액에서는 주당 과수와 평균 과중이 높아 수량이 높았다. 3월부터 5월까지 Yamazaki 배양액에서 수확된 딸기는 주당 과수와 수량이 높았다. 따라서 이온 조성 차이에 따른 배양액 5종으로 수경재배하였을 때 '매향'의 생육은 차이를 보이지 않았으나, 시기별 상품성 향상을 위해 정식 후 ~ 2월까지는 NewUOS 배양액을, 고온과 화방당 착과량이 많아지는 3월 이후에는 Yamazaki 배양액으로 재배하는 것이 적합하리라 본다.
Cooling of nutrient solution is essential to improve the growth environment of crops in hydroponic culture during summer season in Korea. This study was carried out to provide fundamental data for development of the cooling system satisfying the required cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse. A numerical model for prediction of the cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse was developed, and the results by the model showed good agreements with those by experiments. Main factors effecting on cooling load were solar radiation and air temperature in weather data, and conductivity of planting board and area ratio of bed to floor in greenhouse parameters. Using the model developed, the design cooling load of nutrient solution in hydroponic greenhouse of 1,000$m^2$(300pyong) was predicted to be 95,000 kJ/hr in Suwon and the vicinity.
As the automation of nutrient solution management proceeds in the field of hydroponics, effective supporting systems to manage the nutrient solution by computer become needed. This study was attempt to predict the EC of nutrient solution using the neural networks. The multilayer perceptron consisting of 3 layers with the back propagation learning algorithm was selected for EC prediction, of which nine variables in the input layer were the concentrations of each ion and one variable in the output layer the EC of nutrient solution. The meq unit in ion concentration was selected fir input variable in the input layer. After the 10,000 learning sweeps with 108 sample data, the comparison of predicted and measured ECs for 72 test data showed good agreements with the correlation coefficient of 0.998. In addition, the predicted ECs by neural network showed relatively equal or closer to the measured ones than those by current complicated models.
BACKGROUND: Reuse of waste nutrient solution for the cultivation of crops could lead to considerable conservation of water resources, plant nutrients, and water quality. Therefore, this study was conducted to evaluate the potential for reducing the use of chemical fertilizer in Chinese cabbage cultivation via the reuse of waste nutrient solution as an alternative irrigation resource. METHODS AND RESULTS: The nutrients supplied in the waste nutrient solution consisted of 1474.5, 1285.1, 991.6, and 872.6 mg/L for $K+$, ${NO_3}^-$, $Ca^{2+}$ and ${SO_4}^{2-}$, respectively. At 56 days after transplanting (DAT), the leaf length of Chinese cabbage plants irrigated with the waste nutrient solution treatment was significantly higher than that of plants irrigated using a conventional groundwater treatment. Additionally, the leaf width, fresh weight and dry weight of the plants irrigated with the waste nutrient solution were similar or greater than that of plants irrigated with a conventional treatment. Furthermore, the growth of plants treated with the waste nutrient solution +25% fertilizer was the highest among all tested treatments. CONCLUSION(s): These results indicate that the waste nutrient solution can be used as an alternate water resource for crop cultivation. In addition, it can contribute to reduce the fertilizer and to obtain the higher crop yield of Chinese cabbage.
This study was carried out to develop a nutrient-solution mixing-and-supplying system, which used a low-cost metering device instead of expensive metering pumps and a fuzzy logic controller. A low cost and precise overflow-type metering device was developed and evaluated by testing the flow discharge for the automatic nutrient-solution mixing-and-supplying system for snail-scale hydroponic sewers. The fuzzy logic controllers, which could predict and meet the desired values of EC and supply rate of nutrient solution were developed and verified by simulation and experiment. this fuzzy logic controller, whose algorithm consists of four crisp inputs, two crisp outputs and nine rules, was developed to predict the desired value of EC and supply rate of nutrient solution and two crisp inputs, one crisp output and nine rules used to control EC to the desired values. The nutrient-solution mixing-and-supplying system showed satisfactory EC control performance with the maximum overshooting of 0.035 mS/cm and the maximum settling time of 15 minutes in case of increasing 0.7 mS/cm. also, the accuracy of the overflow-type metering device in terms of the full-scale error was 2.29% when using solenoid valve only and 0.2% when using solenoid valve and flow control valve together.
This study was conducted to develop an automatic nutrient control system for trickle application of nutrient solution. Temperature, electric conductivity(EC). pH and dissolved oxygen(DO) were selected as control variables. A controller using single-chip microcomputer was constructed. An automatic control system for nutrient solution and a controller using single-chip microcomputer with control algorithm were developed. The control system was tested, and could control temperature, EC and pH within the error ranges of $pm 0.2^{circ} pm 0.2mS/cm, pm 0.1pH$, respectively.
Experiments were carried out to develop an optimal nutrient solution for the single-stemmed rose (Rosa hybrida L.) 'Red velvet' in a closed aeroponic system. Plants were grown in 1/3, 1/2, 1, or 3/2 strength of the nutrient solution of National Horticultural Research Station in Japan (NHRS). Significantly less changes of pH and EC ($dS{\cdot}m^{-1}$) in the drainage were observed in 1/2 strength treatment as compared to other treatments. The $NO_3-N$, K, Ca, and Mg concentrations in the drainage solution of 1/2 strength treatment were maintained at optimal levels. These results indicated that the rose uptakes of both nutrients and water was more stable than those in other concentration. The concentration of macronutrients in nutrient solution were adjusted based on the ratio of nutrient:water (n/w) taken up by plants grown in the 1/2 strength solution. The composition of the new solution (classified the University of Seoul (UOS) solution) was as follow; $NO_3-N$ 8.8, $NH_4-N$ 0.67, P 2.0, K 4.8, Ca 4.0, Mg 2.0 $me{\cdot}L^{-1}$. To further evaluate new solution on crop growth, the rose 'Red Velvet' was grown again in l/2, 1, and 2 strength UOS solution to compare with 1.0 strength PBG (proefstion voor bloemisterij en glasgroenpe) solution. Overall the plant growth, including the stem length and number of five-leaflet leaves was higher in 1.0 strength of UOS solution than other treatments. Results presented in this study indicate that the nutrients in the UOS solution are well balanced for the single-stemmed rose in the closed aeroponic system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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