Advanced hydroponics technology and plant-specific optimization strategies

Advanced hydroponics technology and plant-specific optimization strategies
Definition and advantages of hydroponics
• Hydroponics: Technology for growing plants using only water and nutrients without soil
• Main advantages:

o 90% reduction in water usage
o Freedom from land constraints
o Year-round production
o Easy pest control
o Labor savings
o Precise nutrient control
Advanced hydroponics technology
1. IoT-based smart monitoring system
• Real-time environmental data collection through sensors

o Measurement of pH, EC, temperature, humidity, CO₂ concentration, etc.
• Remote monitoring and control through mobile app
• AI-based automatic detection and alarm of abnormal signs
2. Artificial intelligence (AI) nutrient control system
• Optimal nutrient supply for each plant growth stage
• Development of customized nutrient recipes for each crop through machine learning
• Automatic detection and correction of nutrient imbalances
3. LED lighting optimization technology
• Provides customized photosynthetic effective wavelength (PAR) for each plant type
• Growth promotion through circadian regulation
• Energy Lighting control to maximize efficiency
4. Vertical Farming
• Maximize space efficiency through multi-layer structure
• Various structures such as A-frame, tower type, and rotary type
• Combined with LED lighting and automation systems
5. Aquaponics
• Combination of hydroponics and aquaculture
• Utilization of fish waste as plant nutrients
• Establishment of ecosystem circulation system
6. Aeroponics
• Supply of nutrients to root zone through fine mist
• Increased oxygen supply to promote growth
• Developed with NASA space farming technology
7. Robotic automation system
• Automatic sowing and harvesting
• Plant condition monitoring and disease diagnosis
• Precision work using robot arms
Optimal environmental conditions and technology for major hydroponic crops
1. Leafy vegetables (lettuce, spinach, kale, etc.)
• Optimal temperature: 18-24°C
• Humidity: 50-70%
• Sunlight: 14-16 hours/day
• Suitable system: NFT (Nutrient Film) Technique), DWC(Deep Water Culture)
• Special technology:
o Growth promotion with red LED and blue LED ratio 7:3 lighting
o Increase nutrient content by increasing light intensity for 4 days before harvest
2. Herbs (basil, mint, rosemary, etc.)
• Optimal temperature: 20-25°C
• Humidity: 40-60%
• Sunlight: 12-16 hours/day
• Suitable system: Aeroponics, drip system
• Special technology:
o Enhancement of fragrance components with 365 nm UV-A irradiation
o Increase essential oil content using water stress
3. Fruits and vegetables (tomatoes, peppers, cucumbers, etc.)
• Optimal temperature: 21-28°C (day), 16-18°C (night)
• Humidity: 60-80%
• Sunlight: 12-16 hours/day
• Suitable system: Drip system, bioponics
• Special technology:
o Through CO₂ fertilization Increase yield by 25-40%
o Promote pollination with Plant Shaking technology
4. Strawberry
• Optimal temperature: 18-22°C (day), 8-12°C (night)
• Humidity: 65-75%
• Sunlight: 10-12 hours/day
• Suitable system: Hanging gutter system, coconut coir
• Special technology:
o Increase sugar content with night blue light treatment
o Increase anthocyanin content through induction of cold stress
5. Mini fruits and specialty crops (melon, papaya, ginseng, etc.)
• Optimal temperature: 24-30°C
• Humidity: 70-85%
• Sunlight: 12-14 hours/day
• Suitable system: Biophonics, advanced drip system
• Special technology:
o Promote growth with bioelectric stimulation
o Control pests and diseases with special sonic treatment
Practical application of advanced hydroponics
1. Singapore SKY GREENS
• Vertical rotary A-frame hydroponic system
• Low-energy hydraulic rotation mechanism
• Achieved 10 times the production volume compared to traditional agriculture
2. Fully automated hydroponic plant of Japan's SPREAD
• Automation of the entire process through robots
• Production of 30,000 lettuces per day
• 50% reduction in labor costs, 30% increase in yield
3. Smart Farm of Korea Agricultural Technology Commercialization Foundation
• Big data-based growing environment control
• Customized nutrient supply system for each crop
• Remote monitoring and control system
Future technology outlook
1. Digital Twin technology
• Implementation of a digital replica of an actual farm
• Optimal environment prediction through simulation
• Predicting yield and quality in advance
2. Blockchain-based production history management
• Tracking the entire process from seed to consumer
• Ensuring safety and transparency
• Contributing to forming a premium price
3. Bionic Plants
• Fusion of nanotechnology and plant tissues
• Improved resistance to environmental stress
• Increased photosynthetic efficiency
4. Molecular Farming
• Hydroponics for Medicinal Protein Production
• Production of pharmaceutical raw materials such as vaccines and antibodies
• Development into a high value-added industry
Conclusion and Suggestions
• Hydroponics is a core technology for food security and sustainable agriculture
• Countermeasures to food production crisis due to climate change
• Acceleration of agricultural innovation through advanced technology convergence
• Need for government support and training of experts
This presentation can be used for seminars on advanced hydroponics technology and crop-specific optimization strategies. Key contents:
1. Introduction of advanced hydroponic technology:
o IoT-based smart monitoring system
o Artificial intelligence nutrient control
o LED lighting optimization technology
o Vertical farming, aquaponics, aeroponics
o Robot automation system
2. Optimal environmental conditions for major hydroponic crops:
o Leafy vegetables: 18-24°C, humidity 50-70%, sunlight 14-16 hours
o Herbs: 20-25°C, humidity 40-60%, sunlight 12-16 hours
o Fruits and vegetables: 21-28°C (day)/16-18°C (night), humidity 60-80%, sunlight 12-16 hours
o Strawberries: 18-22°C (day)/8-12°C (night), humidity 65-75%, sunlight 10-12 hours
o Special crops: 24-30°C, humidity 70-85%, sunlight 12-14 hours
3. It contains comprehensive content including actual application cases and future technology outlook.