ABSTRACT - 경기도농업기술원 · 2015-10-15 · ABSTRACT This experiment was carried out to...

2013년도 시험연구보고서348

과제구분 기본연구 수행시기 반기

연구과제 세부과제 연구분야 수행기간

연구실 책임자

식물공장 시스템 구축 연구 채소 ‘10～농업기술원

원 산업연구과이상우

미세환경 조 에 의한 채소 생육제어

기술개발채소 ‘11～’13

농업기술원

원 산업연구과이상우

색인용어 식물공장, 재배환경, 상추, 바귀, 생육모델

ABSTRACT

This experiment was carried out to elucidate optimum environment of lettuce and lxeridium dentatum for production of high quality of vegetables. As the results from photosynthetic rates(PRs) of lettuce cultivars, PRs of ‘Dugseomjeogchugmyeon’ cultivar were lower than those of the other cultivars under 15℃

and 25℃, while ‘Sunpungpochap’ cultivar were higher under different temperature and light intensity and lettuce cultivars were divided into three group by PRs with the temperature. In practice, yield of lettuce cultivated in plant factory undr 25℃ and CO2 1,000ppm were increased with orders as described below. ‘Hanbatcheongchima’〉‘Yeolpungjeogchima’〉‘Sunpungpochap’〉‘Bobaejeogchima’〉‘Jinjachugmyeon’〉‘Baegilcheongchima’〉‘Ohyangjeogchima’〉 ‘Dugseomjeogchugmyeon’ cultivar. Red LED light (660nm, 200μmolm-2․S-1) highly increased fresh weight of lettuce, while blue light (450nm) decreased its fresh weight. The optimum environment of lettuce were 25℃, CO2 1,000ppm~1300ppm, light intensity 170~200μmolm-2

․S-1. As light intensity LED (Red:blue; 1:1) were increased up to 220 μmolm-2․S-1, the lettuce growth elements (fresh weght, dry weight, leaf area and leaf number) were increased. The lettuce growth model equation of yeolpunggjeogchima cultivar under LED (200 μmolm-2

․S-1) is “y=0.4149 x2.29 (R2=0.998)”, and under fluorescent lamp, the growth model equation is y=0.2999x2.91 (R2=0.9907). As the results of evaluation of PRs, optimum environment of lxeridium dentatum were CO2 1,300ppm, light intensity 200μmolm-2

․S-1 at 25℃. As results of cultivation of lxeridium dentatum, the optimum environmental condition were 20~25℃, 200μmolm-2

․S-1, CO2 concentration 1,000~1,500ppm. The cultivation periods of lxeridium

Ⅱ. 원예연구 349

dentatum were divided into three stage, and cultivated under CO2 500ppm and light intensity 150μmolm-2

․S-1 at 1st stage, CO2 1,000ppm, light intensity 200μmolm-2․S-1 at

2nd stage, and CO2 1,500ppm, light intensity 200 μmolm-2․S-1. The fresh weight of lxeridium dentatum were higher under the different conditions than the same environment condition during cultivation period.

Key words : cultural environment, growth condition, growth model, Lxeridium dentatum, plant factory

1. 연구목표

식물공장은 채소나 종묘를 심으로 작물의 시설 내에서 , 온도, 습도, 이산화탄소

농도, 배양액 등의 환경조건을 인 으로 제어하고, 계 에 계없이 안정하게 계획생

산이 가능한 시스템을 말한다. 식물공장에서 재배환경은 작물별로 서로 다르며 특히 온

도, 이산화탄소 농도, 량 등은 서로 상호 연 되어 있어 식물의 최 생장을 유도하기

해서는 상호 련성을 조사하여 조건을 찾아내는 것이 요하다. 최근 식물공장은

ICT(Information & Communication Technology), LED, 신재생에 지, 환경제어시스템

등의 첨단 기술을 도입하여 다양한 작물을 자동화 시스템에서 재배·생산하는 미래 창조

형 산업으로 부각되고 있다. 식물공장은 단순한 농업생산시설이기 보다는 다양한 련

산업과 연 되어 있어 첨단 기술의 융합에 의하여 시설의 발 이 가능하다. “식물공장”

산업의 발달은 련 산업과 기업의 발 을 유발시키며 새로운 일자리 창출과 산업발

에 원동력이 될 수 있다. 따라서 본 연구는 식물공장에서 가장 많이 재배되고 있는 상

추와 새롭게 식물공장에 도입하여 재배가 유망한 바귀의 최 재배 환경을 구명하여

식물공장에서 작물 재배의 환경제어 최 화 모델개발을 목 으로 추진하 다.

2. 재료 및 방법

가. 상추 및 씀바귀의 온도와 광량에 따른 광합성 효율조사

최 량과 이산화탄소를 규명하기 하여 이동형 합성측정기(LI-COR, LI-6400XT)

를 이용하여 15℃, 20℃, 25℃ 세가지 온도에서 합성률을 측정하 다. 상추 8품종(‘뚝

섬 축면’, ‘백일청치마’, ‘선풍포찹’, ‘오향 치마’, ‘한밭청치마’, ‘진자축면’, ‘열풍 치마’,

‘보배 치마’)과 바귀 1종을 이용하 다. 종자는 128공 러그트 이에서 종하여 약

20일정도 육묘 후 지름 9 cm 칼라 폿트에 이식하여 정식 30일후 본엽이 8~10매인 상추와

본엽이 7~8매인 바귀 간 잎을 상으로 합성을 측정하 다. 합성률은 인큐베이터


에서 량을 200μmol m-2․S

-1으로 고정된 상태에서 이산화탄소 농도를 400, 700, 1,000,

1,300, 1,600, 2,000ppm에서 합성률을 조사하 다. 량의 변화에 의한 합성률 변화를

조사하기 한 합성 측정은 이산화탄소 농도를 1,300 ppm으로 고정한 상태에서 량을

50, 80, 110, 170, 200, 230, 290, 330 μmol m-2․S

-1에서 합성률을 측정하 다.

나. 상추 광량 및 온도에 따른 생육 분석

량비율에 따른 상추 생육 특성을 분석하기 하여 ‘뚝섬 축면’ 등의 품종을 25℃

에서 이산화탄소농도 300ppm~1,000ppm, 습도 60~70% 환경의 컨테이 식물공장에서

재배하여 생체 의 변화를 분석하 다. 양액은 야마자끼 상추 용 양액을 제조하여 EC는

1.4 dS․m-1로 공 하 다. 원으로는 LED (450nm, 660nm)를 이용하 다. LED조명의

최고 량은 400 μmolm-2·S

-1까지 조 가능하며 량조 기를 제작하여 량을

110~220 μmolm-2·S-1로 조 하여 처리하 으며 형 등 량은 170 μmolm-2․S

-1이었다.

량은 재배베드에서 5개 지 25cm 아래의 량을 측정하여 평균값을 처리 량으로

결정하 다. 생육특성을 조사하기 하여 3~4일 간격으로 생체 , 장, 폭 등을 조사

하 다.

다. 식물공장에서 상추 품종별 수량

상추의 품종별 수량을 검정하기 하여 ‘한밭청치마’, ‘열풍 치마’, ‘선풍포찹’, ‘보배

치마’, ‘진자축면’, ‘백일청치마’, ‘오향 치마’, ‘뚝섬 축면’ 등 7개 품종을 재배하 다.

각 품종의 종자는 스펀지에서 14일간 육묘한 후에 형 등(180 μmol m-2․S

-1), 25℃, 이

산화탄소농도 1,000ppm 환경조건에서 재식거리를 15cm×15cm 간격에서 28일간 재배한

후 생체 을 조사하 다. 이때 양액은 야마자끼 상추 용양액을 사용하 다.

라. 상추 생육모델 개발

온도별 처리에서 안정 인 생육을 보이는 ‘열풍 치마’ 상추를 재배하 다. 이때

사용한 LED조명은 색(660nm)과 청색(450nm)으로 구성되어 있으며 색과 청색의

량비를 10:1.4의 비율로 량은 200 μmolm-2·S

-1조건에서 야마자키 상추 용양액을

이용하 다. 조로는 3 장 형 등 (200 μmolm-2·S-1)을 이용하여 재배하 다. 스펀

지에 종자를 종후 0.5배액 야마자키 상추 양액을 이용하여 14일간 육묘하 으며

15×15cm간격으로 정식후 27일간 야마자끼 상추양액을 사용하 다.


마. 광량에 따른 씀바귀 생육 특성 분석

량비율에 따른 바귀 생육 특성을 분석하기 하여 바귀를 25℃에서 이산화탄

소농도 1,000ppm, 습도 60~70%에서 16시간 명조건과 8시간 암조건으로 재배하 다.

바귀는 스펀지에서 14일간 육묘하여 정식하 으며 스티로폼 베드의 주간 거리는

15x15cm로 바귀를 재배하 다(그림 5). 양액은 2단 재배베드 하단에 강화 라스틱으로

양액통을 제작 설치하고 원 용 상추양액을 제조하여 EC는 1.4 dS․m-1로 공 하 다.

원은 형 등을 이용하 으며 형 등의 량을 110, 130, 160, 200 μmolm-2․S

-1조 하여

처리하 다. 량은 재배베드에서 5개 지 25cm 아래의 량을 측정하여 평균값을 처리

량으로 결정하 다. 생육특성을 조사하기 하여 3~4일 간격으로 생체 을 조사하 다.

바. 온도에 따른 씀바귀 생육 특성분석

바귀를 15℃, 20℃, 25℃에서 이산화탄소농도 1,000ppm, 습도 60~70%에서 12

시간 명조건과 12시간 암조건으로 재배하 다. 바귀의 육묘와 양액 조건은 상기와

동일하며 량은 형 등은 130 μmolm-2

․S-1로 LED는 색과 청색을 사용하여 200

μmolm-2

․S-1 처리하 다. 생육특성을 조사하기 하여 3~4일 간격으로 지상부 생체

조사하 다.

사. 씀바귀 생육단계별 환경 변화

재배기를 1단계(정식후 1~8일), 2단계(9~15일), 3단계(16~35일)로 나 어 환경을

조 하여 재배하 다. 1단계는 이산화탄소 농도를 500 ppm, 량을 150 μmolm-2

․S-1

처리하여 재배하 고 2단계에서는 이산화탄소 농도 1,000ppm, 량 200 μmolm-2

․S-1

을 처리하 으며 3단계에서는 1,500ppm, 량 200 μmolm-2․S

-1에서 재배하 다.

조구로는 재배기간 동안 량 200 μmolm-2

․S-1, 이산화탄소 농도 1,000 ppm으로 재

배한 것과 량 200 μmolm-2

․S-1, 이산화탄소 농도 1,500 ppm 처리를 두었다.

3. 결과 및 고찰

가. 상추 재배 온도, 광량, 이산화탄소농도에 따른 광합성률

이산화탄소 농도를 1,300ppm로 고정하고 량을 50~330 μmol m-2․S-1 로 량을

증가시킨 경우, ‘뚝섬 축면’ 상추는 15℃와 25℃에서 다른 품종에 비하여 합성률이 가

장 낮은 경향을 보인 반면 ‘선풍포찹’상추는 온도 량변화에 계없이 합성률이

높은 경향을 보 으며 기타 품종은 큰 차이가 없었다(그림1). 200 μmolm-2·S

-1 량에서


품종 온도 15 ℃ 20℃ 25℃

열풍 치마 y = 0.5689x + 4.0246 y = 1.1138x + 2.5973 y = 1.0782x + 1.5506

오향 치마 y = 1.0045x + 2.0868 y = 0.8926x + 0.3707 y = 0.859x + 3.2397

진자축면 y = 1.0165x + 2.761 y = 0.8592x + 1.8469 y = 1.4427x + 0.4554

한밭청치마 y = 0.8739x + 3.0891 y = 1.1184x + 1.2373 y = 1.642x + 1.0732

보배 치마 y = 0.853x + 2.4672 y = 0.8436x + 0.5627 y = 1.1682x + 1.9654

선풍포찹 y = 1.1303x + 2.2512 y = 1.0671x + 1.25 y = 1.4611x + 0.7884

뚝섬 축면 y = 0.3693x + 1.3773 y = 0.9767x + 2.019 y = 1.4213x - 1.5118

백일청치마 y = 0.9341x + 0.2262 y = 0.9929x + 3.0294 y = 1.1984x + 1.8749

x상수평균값 0.84 0.98 1.29

는 ‘진자 축면’상추의 경우 이산화탄소 농도 1,600ppm과 15℃에서, ‘뚝섬 축면’은 20℃,

1,300ppm에서, ‘보배 치마’는 25℃, 1,300ppm에서, ‘선풍포찹’은 25℃, 1,300ppm에서, ‘오

향 치마’는 15℃, 1,600ppm에서, ‘한밭청치마’는 25℃, 1,300ppm에서 최고 합성률의

80% 이상을 보 다(그림1, 그림2). 한 량의 증가에 따른 합성률의 회귀모델식을

분석한 결과 온도가 높을수록 기울기 값이 커지므로 량을 높 합성률을 증가시키

려면 25℃에서 재배해야 효과가 큰 것을 알 수 있다(표1).

15℃

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

50 80 110 140 170 200 230 260 290 330

PPFD (μmol m-²?s-¹)

Photo

synth

etic rat

e (μ

molC

O2m

-2S-

1)

오향적치마진자축면

한밭청치마백일청치마

보배적치마선풍포찹뚝섬적축면

열풍적치마

20℃

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

50 80 110 140 170 200 230 260 290 330PPFD (μmol m-²?s-¹)

Pho

tosy

nth

etic rat

e (μ

molCO

2m

-2S-

1)

열풍적치마오향적치마진자축면한밭청치마백일청치마보배적치마선풍포찹뚝섬적축면

그림 1. 온도와 량의 변화가 상추 품종의 합성에 미치는 향

표 1. 량 증가에 따른 합성률에 한 모델에 의한 상추품종 구분


15℃

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

400 700 1000 1300 1600 1800 2000

ppm

Photo

synth

etic rate (μmolC

O2m

-2S-

1)

오향적치마

진자축면

한밭청치마

백일청치마

보배적치마

선풍포찹

뚝섬적축면

열풍적치마

20℃

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

400 700 1000 1300 1600 1800 2000

ppm

Pho

tosy

nthe

tic ra

te (μm

olCO

2m

-2S-

1)

열풍적치마

오향적치마

진자축면

한밭청치마

보배적치마

선풍포찹

뚝섬적축면

백일청치마

25℃

0

2

4

6

8

10

12

14

16

400 700 1000 1300 1600 1800 2000

ppm

Phot

osy

nth

etic rat

e (μ

molCO

2m-2S-

1 ) 열풍적치마

오향적치마

진자축면

한밭청치마

보배적치마

선풍포찹

뚝섬적축면

백일청치마

그림 2. 온도와 이산화탄소 농도가 상추 품종별 합성에 미치는 향

표 2. 량 증가에 따른 상추 품종별 합성률에 한 회귀분석 결과

온도조건(℃)

합성률 품 종

15

상 진자축면, 선풍포찹

백일청치마, 오향 치마, 한밭청치마, 열풍 치마, 보배 치마

하 뚝섬 축면

20

상 뚝섬 축면, 백일청치마

선풍포찹, 진자축면, 열풍 치마, 선풍포찹

하 오향 치마, 보배 치마

25

상 한밭청치마, 선풍포찹,

열풍 치마, 보배 치마, 오향 치마, 진자축면, 백일청치마

하 뚝섬 축면

량을 고정하고 이산화탄소 농도를 변화시킬 경우와 이산화탄소를 고정하고 량을 변

화시킬 때의 결과가 서로 상이한 경우도 있었지만 이산화탄소의 경우는 약 1,300ppm이

최 합성률의 80%이상을 나타냈으며 량은 200μmolm-2․S

-1에서 최 합성률의

80% 이상을 나타내었다. 이산화탄소 농도가 증가할수록 품종의 합성률 차이는 15℃와


20℃에서는 유사한 경향을 보 는데 ‘오향 치마’가 이산화탄소 농도 1,300ppm 이상에서

가장 높게 나타났으며 ‘한밭청치마’와 ‘뚝섬 축면’ 등이 합성률이 낮았다. 25℃에서는

합성률이 ‘백일청치마’가 가장 높았으며 ‘뚝섬 축면’과 ‘진자축면’이 낮은 경향을 보 다

(그림2). 한 이러한 합성률에 따라 상추 품종을 처리온도별로 상, , 하 군으로 분

류할 수 있었다(표 2). 실제로 이러한 합성률이 식물 생체 과 상 성이 있는지 조사

하기 하여 형 등에서 25℃, 이산화탄소 1,000ppm 농도에서 합성률을 조사한 품종

들을 식물공장에서 직 재배한 결과 평균생체 은 ‘한밭청치마’, ‘열풍 치마’, ‘선풍포

찹’, ‘보배 치마’, ‘여름청축면’ 품종에서 100g 이상 되었으며 ‘진자축면’이 80g이상, ‘홍염

축면’, ‘백일청치마’, ‘오향 치마’, ‘뚝섬 축면’이 80g 이상이 되었다(그림3). ‘뚝섬 축

면’은 합성률도 낮았고 실제 재배에서도 생체 이 낮게 나타나 식물공장에서 재배품종

으로 부 합한 것으로 단되었다. 실제로 상추를 재배하 을 때 수확량과 합성 측정

기로 합성률을 측정한 결과가 서로 부합하여 합성률 조사에 의하여 식물공장에

합한 상추 선발의 방법으로 활용될 가능성 있었다.

0

20

40

60

80

100

120

140

한밭청치마 열풍적치마 선풍포찹 보배적치마 진자축면 백일청치마 오향적치마 뚝섬적축면

상추품종

생체

중 (

g)

그림 3. 형 등을 이용하여 25℃, 이산화탄소 1,000ppm 농도에서 재배한 상추 품종별 수량

나. 광량과 온도에 따른 상추 생장분석

청색(450nm)와 색(660nm)의 량 비율이 생체 에 미치는 향을 조사하기 하여

청(赤靑)비율을 10:0과 0:10 등 여러 가지 비율로 처리하여 량을 115~160 μmolm-2

․

S-1

조 하고 23일간 재배하 다(표 3). 색단색 (150 μmolm-2

․S-1)에서 생체 은 가

장 무거웠으며 형 등 (130 μmolm-2․S

-1)에서 가장 가벼웠다. 한 청색단색 을 사용할

경우 생체 이 낮은 경향이 있었다. 청색과 색이 1.4:10 인 경우 량은 115 μmolm-2

․

S-1로 다른 처리와 비교시 량은 가장 낮았지만 생채 은 색단색 (150 μmolm

-2․


처리비율청색

(450nm, μmolm-2·S-1)색

(660nm, μmolm-2·S-1)

청색+ 색(459nm+660nm,

μmolm-2·S

-1)

40/60 58 100 160

10/60 14 100 115

60/40 90 68 155

100/0 150 0 150

0/100 0 150 150

20/80 27 133 165

80/20 120 32 150

S-1)을 사용한 경우와 큰 차이가 없었다(그림 4). 한 정식후 7일 까지는 생체 의 증가

속도가 낮았지만 7일 이후 생체 의 증가가 속히 되었으며 14일 이후에 생체 증가

속도가 빨라지는 경향이 있었다.

표 3. LED 색과 청색 비율 량

0

10

20

30

40

50

60

4 5 7 10 12 14 17 19 23

Days after transplant

F.W

(g/p

lnat)

`

40/60

10/60

60/40

100/0

0/100

20/80

80/20

F lamp

그림 4. 색 청색 비율에 따른 생체 변화

다. LED의 광량이 상추 생육에 미치는 영향

량이 식물생육 요인에 미치는 향을 조사하기 하여 LED (청, ; 1:1) 량을

110~220 μmolm-2․S

-1로 처리하여 ‘열풍 치마’ 상추를 34일간 재배하 다. 그 결과 량이

220 μmolm-2

․S-1에서 생체 , 건물 , 엽면 , 엽수 등이 가장 높았다. 체 으로 LED

량이 낮을수록 생체 도 낮은 경향을 보 다. 그러나 형 등은 량이 170 μmolm-2․

S-1 이 지만 LED 량 170 μmolm-2․S

-1처리와 비교시 생체 은 14%정도 감소하 으며


장이 가장 커 다소 웃자란 경향을 보여 LED 보다 효율이 떨어지는 경향을 보 다.

재식거리와 련있는 폭은 정식 후 14일에는 10~13cm 정도 으나 그 이후 속히 증가

하여 22일에는 15~20cm 이 으며 34일후에는 20~25cm 이 다(그림 5).

0

10

20

30

40

50

60

4 5 7 10 12 14 17 19 23

Days after transplant

F.W

(g/p

lnat) `

40/60

10/60

60/40

100/0

0/100

20/80

80/20

F lamp

그림 4. 색 청색 비율에 따른 생체 변화

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 day 10 day 14 day 18 day 22 day 26 day 30 day 34 day

Fres

h w

eigh

t (g)

110

140

170

200

220

FL

0

2

4

6

8

10

12


Dry

wei

ght (

g)

110

140

170

200

220

FL

생체 건물

0

5

10

15

20

25

30

35


Plan

t wid

th (c

m)

110

140

170

200

220

FL

0

5

10

15

20

25

30

35

40


Plan

t hei

ght (

cm)

110

140

170

200

220

FL

폭 장

그림 5. 재배일수에 따른 열풍 치마 상추의 생육 변화 (재배환경 : 25℃, 습도 60~70%,

이산화탄소 1,000 ppm)


상추의 합성률은 품종에 따라 차이는 있으나 25℃에서 가장 양호한 것으로 나타났

으며 상추의 최 량과 이산화탄소 농도는 포화 에 도달한 경우 보다 포화 의

80% 정도 수 에 도달 하 을 때 량과 이산화탄소 농도가 경제 이라 가정할 때 이동형

합성 측정기로 상추 합성률을 분석한 결과 온도 품종별 차이는 있었지만 량은

150~200μmolm-2․S

-1 이 당한 것으로 단되며 이산화탄소 농도는 1,000~1,300ppm이

당한 것으로 단되었다. 이산화탄소가 높을 경우 합성률은 높으나 실제로 작물재

배에 있어서는 작물의 생육과 수량을 억제시키거나 향이 없을 수 있으며(Reuveni and

Bugbee, 1997, Imai and Murata, 1978), 이산화탄소 농도가 높을수록 양액의 질소농도가

높아야만 생육을 진할 수 있다(Deng and Woodward, 1998). 따라서 이산화탄소 농도

가 2,000ppm 이상에서는 작물 생육 진 효과가 떨어지며 양액질소 농도를 높 주지 않을

경우 그 효과가 떨어질 가능성이 있다. 한 상추는 재배기간이 짧기 때문에 야간온도가

생육에 향을 게 가능성이 있다(Frantz 등, 2004). 따라서 변온 등에 의한 생육

진보다 24시간 조명에 의한 생육 진이 필요하며, 상추 온도에 있어서는 재배후기에 잎

끝마름 증상이 나타날 가능성이 높으므로 식물공장의 온도를 25℃ 이상 유지하지 않는

것이 좋다(Choi and Lee. 2003).

라. 상추 생육 모델 분석

‘열풍 치마’ 상추를 3~4일 간격으로 생체 을 조사한 후에 이차식 회귀분석을 하 다.

이차회귀 분석결과 LED조명으로 재배하 을 경우 생육모델은 y=0.4149x2.29

(R2=0.998)

으며 형 등조명으로 재배하 을 때에는 y=0.2999x2.91 (R2=0.9907) 다. 이러한 생육차

이는 LED와 형 등의 량 차이 등에 의해 기인한 것으로 단되며, 회귀 분석 계식

을 이용하여 추후 생육기간에 따른 생체 측이 가능할 것으로 생각되었다(그림6).

일반 포장에서의 작물 생육모델은 온도와 환경에 따라 작물의 생산량을 측 할 목

으로 연구가 진행되어 오차가 발생할 가능성이 높다(Akiman 등, 1993). 그러나 식물공

장에서는 인 으로 최 재배 환경을 결정한 상태에서 작물의 생육을 측할 수 있

기 때문에 그 측오차를 일 수 있을 것으로 생각한다.

마. 환경조건에 따른 씀바귀 광합성률

바귀 합성률을 일반 상추 품종들과 비교해 보면 비교 상추 품종들 보다

요구성이 높은 그룹에 속하 다. 이산화탄소농도가 낮은 경우 다소 낮은 합성률을 보

지만 이산화탄소 농도가 증가할수록 높은 합성률을 보이는 경향 이 다(그림 7).


.

y = 0.4149x2 .9 2

R2 = 0.9908

y = 0.2999x2.91

R2 = 0.9907

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 10 14 18 22 26 30 34

Days after tansplant

Fre

sh w

eig

ht

(g)

200

FL

거듭제곱 (200)

거듭제곱 (FL)

그림 6. LED와 형 등을 이용한 열풍 치마 생체 증가 모델

그림 7. 이산화탄소농도 량 변화가 바귀와 상추의 합성률에 미치는 향

량변화에 따른 바귀 합성률 변화는 낮은 도(50 μmolm-2

․S-1) 에서도 상추 품

종들보다 합성률이 상 으로 높았으며 량이 증가하여 200 μmolm-2

․S-1

이상일

때에는 상추 품종들과 비교할 때 높은 합성률을 나타냈다. 따라서 식물공장에서 바

귀 생육을 진하기 해서는 이산화탄소는 1,000ppm 이상 도는 200 μmolm-2․S

-1

이상을 유지하는 것이 좋을 것으로 추정되었다. 온도의 변화에 따른 바귀 합성률을

조사해 보면 15℃에서는 량이 증가할수록 합성률의 증가속도는 느리게 나타났으며

이산화탄소 농도가 500ppm일 경우 차이가 미미하 다. 20℃에서 량증가에 따른 바

귀 합성률은 이산화탄소농도에 계없이 큰 차이가 없었다. 그러나 25℃에서 량증

가에 따른 바귀 합성률은 격히 증가하는 경향이었으며 이산화탄소 농가가

1,300ppm일 때 가장 효과가 좋았으며 1,500ppm에서는 1,300ppm보다 합성률이 낮은


경향을 보 다(그림 8). 이산화탄소 농도변화와 온도 계를 살펴보면 바귀 재배 온

도가 15℃일 때 합성률이 가장 높게 나타났으며 체로 이산화탄소농도가 증가할수

록 합성률은 증가하는 경향이었다(그림 8). 따라서 바귀 재배환경은 1,300ppm의 이

산화탄소 농도와 량은 200 μmolm-2·S

-1이 합할 것으로 추정되었다.

그림 8. 량 이산화탄소 농도 변화에 따른 바귀 합성률 변화


바. 광량에 따른 씀바귀 생육 특성

원은 형 등을 이용하 으며 형 등의 량을 110, 130, 160, 200μmolm-2․S

-1조 하여

처리하 다. 량이 160μmolm-2․S

-1에서는 생체 의 차이가 없었으나 200 μmolm-2․S

-1

에서 지상부 생체 과 지하부 생체 이 가장 무거웠다(그림9, 그림10). 바귀를 15℃,

20℃, 25℃에서 형 등은 130 μmolm-2․S

-1로 LED는 색과 청색을 사용하여 200 μ

molm-2․S

-1 이산화탄소농도 1,000ppm, 습도 60~70%에서 12시간 명조건과 12시간 암조

건으로 재배한 결과, 형 등 조명하에서는 생육이 20℃에서 가장 좋았으며 LED 조명

에서 재배한 경우는 20℃와 25℃에서 재배한 경우가 비슷하게 나타났다(그림11). 보다

명확한 결과를 얻기 하여 20℃, 25℃ 두 가지 온도조건에서 다시 재배시험을 수행하

다. 그 결과 두 번째 시험에서는 LED와 형 등 처리 모두 25℃에서 생체 이 가장

무거웠다 (그림 12). 이와 같은 결과를 종합해 보면 바귀 재배 온은 20~25℃로 생

각되며 온도 설정에 따른 공조부하 에 지 감을 고려할 때 25℃로 재배하는 것이

식물공장의 공조비용을 감할 수 있을 것으로 단되었다.

한 폭의 변화를 보면 형 등에서 수확시 15cm 으며 LED에서는 20cm 다(그

림 13). 따라서 주간거리는 형 등에서 재배 기에는 5cm, 재배 기 이후에는 15cm로

유지시켜 주어야 하며 LED에서는 재배 기에는 5cm, 재배 기에는 15cm, 수확 에는

20cm로 유지시켜 주어야 할 것으로 단되었다. 이러한 형 등과 LED의 폭의 차이

는 량의 차이로 인하여 발생한 것으로 생각되며 량이 증가할수록 생육속도가 증가

되어 폭이 커진 것의 원인으로 생각되었다. 정식후 9일까지는 생체 의 큰 변화가 없

었으며 9일 이후에 지상부와 지하부 생체 이 증가하기 시작하여 재배 후 15일부터

속히 증가하 다.

그림 9. 콘테이 생육상에서의 바귀재배 경


그림 10. 량에 따른 바귀 지상부 지하부 생체 변화

그림 11. 온도에 따른 바귀 지상부 생체 변화

그림 12. 원 온도에 따른 바귀 생체 변화

그림 13. 온도에 따른 바귀 폭의 변화


사. 이산화탄소 농도에 따른 씀바귀 생육 분석

이산화탄소 농도를 1,000 ppm과 1,500ppm에서 바귀를 재배한 결과 1,500ppm

처리에서 다소 생육이 좋았으나 큰 차이가 나지 않았다(그림 14). 따라서 바귀 재

배시 이산화탄소 농도는 1,000~1,500ppm이 당한 것으로 단되었는데 이와 같은

결과는 합성률 측정에서 나타난 결과와 유사하 다.

그림 14. 이산화탄소 농도 변화에 따른 바귀 생육

아. 생육단계별 환경조건 변화가 씀바귀 생육에 미치는 영향

시험 결과를 종합하여 보면 바귀의 최 온도는 20~25℃이며 량은 200μ

molm-2

․S-1 이산화탄소 농도는 1,000~1,500 ppm 임을 알 수 있었다. 식물공장에서 보다

효율 으로 바귀를 재배·생산하기 하여 생육 단계를 3단계로 나 어 환경조 을 하

고자 하 다. 특히 정식 후에는 생육속도가 느리기 때문에 이산화탄소농도와 량이 높지

않아도 생육에는 향을 미치지 않을 가능성이 있고 생육 기 는 생육 후기로 갈수록

이산화탄소 농도와 량이 높아야 생육이 진될 수 있을 것이라 단되어 체 재배

기간을 1단계(정식후 1~8일), 2단계(9~15일), 3단계(16~35일)로 나 어 재배환경을 조

하 다. 1단계는 이산화탄소 농도를 500 ppm, 량을 150 μmolm-2

․S-1

처리하여 재

배하 고 2단계에서는 이산화탄소 농도 1,000ppm, 량 200 μmolm-2

․S-1을 처리하 으

며 3단계에서는 1,500ppm, 량 200μmolm-2․S

-1에서 재배하 다. 조구로는 재배기간

동안 량 200μmolm-2

․S-1, 이산화탄소 농도 1,000ppm, 으로 재배한 것과 량 200 μ

molm-2

․S-1, 이산화탄소 농도 1,500ppm 처리한 결과 생육단계별 처리에 의해 생체 이

조구에 비하여 속히 증가되었는데 특히 2단계 생육부터 지상부와 지하부의 생체

이 격하게 증가하 다(그림 15). 이와 같은 결과의 원인은 높은 이산화탄소 농도와

량이 유묘상태에서는 스트 스로 작용할 수 있을 것으로 추정되나 앞으로 그 원인에

구명에 한 연구는 계속되어야 될 것이다. 식물공장은 식물체의 최 환경을 제공하여

계 과 기후에 계없이 속성 재배가 가능한 시설이다. 식물의 요구성 온도 등의


서로 다르기 때문에 식물마다 차이가 있으며 뿌리 활력이 떨어질 경우 잎끝마름( 번)

증상이 발생하기도 한다. 따라서 식물공장에서 식물의 최 환경을 구명하고 고품질 채

소를 생산하기 해서는 각 작물마다의 고유의 특성을 검정하고 그 특성에 합한 환

경 구명이 진행되어야 생리장해가 없는 고품질 채소를 생산할 수 있을 것이다.

그림 15. 바귀 생육단계별 환경 변화가 생체 에 미치는 향

4. 적 요

본 연구는 상추와 바귀의 재배에 있어 최 환경조건을 규명하여 식물공장에서 작물

재배의 환경제어 최 화 모델개발을 목 으로 추진한 연구결과이다.

가. 상추의 합성률 측정결과 ‘뚝섬 축면’은 15℃와 25℃에서 다른 품종에 비하여 합

성률이 가장 낮은 경향을 보인반면 ‘선풍포찹’은 온도 량변화에 계없이 합

성률이 높은 경향을 보 음

나. 합성률이 식물생체 과 상 성이 있는지 조사하기 하여 형 등에서 25℃, 이산

화탄소 1,000ppm 농도에서 합성률을 조사한 품종들을 식물공장에서 직 재배한

결과 평균생체 은 ‘한밭청치마’, ‘열풍 치마’, ‘선풍포찹’, ‘보배 치마’, ‘여름청축면’,

‘품홍염 축면’, ‘백일청치마’, ‘오향 치마’, ‘뚝섬 축면’ 순으로 합성률과 유사한

결과를 나타냄

다. ‘열풍 치마’는 LED 재배시 색단색 (660nm, 200 μmolm-2․S

-1)에서 생체 은 가장

생체 이 무거웠으며 한 청색 단색 (450nm)을 사용할 경우 생체 이 낮은 경향이

있었다.

라. 상추는 품종별 차이는 있지만 최 재배 환경은 25℃ 이산화탄소 1,000ppm~1300ppm,

량 , 170~200 μmolm-2․S

-1음

마. LED( :청; 1:1) 량 220 μmolm-2․S

-1 에서 생체 , 건물 , 엽면 , 엽수 등이 가장

높았으며 폭은 정식후 14일에는 10~13cm 정도 으나 그 이후 속히 증가하여

22일에는 15~20cm 이 으며 34일후에는 20~25cm 이 음


바. LED ( 200 μmolm-2․S

-1)에서 재배한 열풍 치마 생육모델은 y=0.4149 x

2.29 (R

2=0.998)

으며 형 등으로 재배하 을 때에는 y=0.2999x2.91

(R2=0.9907) 음.

사. 바귀 재배환경은 합성률 조사결과 1,300ppm의 이산화탄소 농도와 량은 200 μ

molm-2․S

-1이 합할 것으로 추정.

아. 바귀 재식거리는 형 등에서 재배 기에는 5cm 재배 기이후에는 15cm로 유지시

켜주어야 하며 LED에서는 재배 기에는 5cm, 재배 기에는 15cm, 수확 에는

20cm로 유지시켜 주어야 할 것으로 단됨

자. 바귀 재배결과 최 온도는 20~25℃이며 량은 200 μmolm-2․S

-1이산화탄소 농

도는 1,000~1,500 ppm 임

차. 바귀 재배기간을 1단계(정식후 1~8일), 2단계(9~15일), 3단계(16~35일)로 나 어

1단계는 이산화탄소 농도를 500 ppm, 량을 150 μmolm-2․S

-1 처리하여 재배하

고 2단계에서는 이산화탄소 농도 1,000ppm, 량 200 μmolm-2․S

-1을 처리하 으며

3단계에서는 1,500ppm, 량 200 μmolm-2․S

-1에서 하면 생체 이 조구에 비하여

속히 증가됨

5. 인용문헌

Aikman D. P. A. and Scaife A. 1993. Modelling plant growth under varying

environmental conditon in a uniform canopy. Annals of Botany 72:485-492.

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butterhead and leaf lettuce in a plant factory. J. Kor. Soc. Hort. Sci. 44(6) :

805-808.

Deng X. and Woodward F. I. 1998. The growth an yield responses of Fragaria

ananassa to elevated CO2 and N supply. Annals of Botany 81:67-71

Frantz H. M., Cometti N. N. and Bugbee B. 2004. Night Temperature has a

minimal effect on respiration and growth in rapidly growth plants. Annals of

Botany 94:155-166.

Katsu, I. and Yoshio M. 1972. Effect of carbon dioxide concentration on growth

and dry matter production of crop plants. Ⅴ. Anaysis of after-effect of

carbon dioxide-treatment on apparent photosysthesis. Janpan, Jour. Crop Sci

47(4) 587-595.

Reuveni J. and Bugbee B. 1997. Very high CO2 ruduces photosynthesis, dark

respiration yield in wheat. Annals of Botany 80:539-546.


6. 연구결과 활용제목

○ 식물공장에 합한 상추품종선발 생육모델에 의한 수량 측( 농활용)

○ 형 등을 이용한 바귀 재배기술( 농활용)

7. 연구원 편성

세부과제 구분 소속 직 성명 수행업무참여년도

‘11~’13

1) 미세환경 조 에 의한 채소 생육제어기술개발

책임자경기도원

원 산업연구과농업연구사 이상우 세부과제총 ‘11~’13

공동연구자 〃 농업연구사 이지 통계조사 ‘13~’13

공동연구자 〃 농업연구사 이 석 생육조사 ‘11~’13

공동연구자 〃 농업연구 이상덕 자료조사 ‘11~’13

공동연구자 〃 농업연구 김성기 결과검토 ‘11~’13

공동연구자 〃 원 산업연구과장 김순재 결과검토 ‘13~’13

공동연구자 〃 기술사무원 정혜임 생육조사 ‘11~’13

ABSTRACT - 경기도농업기술원 · 2015-10-15 · ABSTRACT This experiment was carried out to...

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Transcript of ABSTRACT - 경기도농업기술원 · 2015-10-15 · ABSTRACT This experiment was carried out to...