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문제 정의
- 본 연구에서는 자연광의 변화에 따른 온실 내부의 광합성유효광랑자속 년중 변화와 상추 재배를 위한 필요 보광량 및 차광량의 변화를 구명하고, 기상조건과 차광시간에 따른 일일적 산 광합성유효광량자 속의 변화를 분석하여, 차광스크린 및 인공광을 이용하여 온실의 일일적산 광합성유효광랑자 속을 조절하는 방법을 제시하고자 한다.
- 본 연구의 목적은 차광스크린 및 인공광을 이용하여온 실에 적절한 일일적 산 광합성유효광랑자 속을 공급하는 기술을 개발하는 것이다. 차광율이 55%와 85%인 두 가지 종류의 차광스크린을 이용하여 목표광량을 얻는데 필요한 차광시간대를 분석한 결과, 조절하고자 하는 목표 광량의 크기에 따라 적절한 차광율을 가진 차광재를 선택할 필요가 있는 것으로 판단되었다.
가설 설정
- Both and Albright(1997)는 보광을 이용한 상추재배 연구에서 광합성유효광량자 속이 17 mol·m-2·d-1이하인 경우 잎 끝마름이 발생하지 않고 빠른 생장을 하였다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서는 11,17mol·m-2·d-1의 두 가지 적산량을 목표 광량으로 가정하고 필요 차 광량 및 보광량을 계산하였다.
제안 방법
- 1981년부터 2000년까지 20년간의 대구지역 전천일사량(total solar radiation, RAD)을 이용하여 기상조건에 따른 온실 내부의 광합성유효광량자속(photosynthetic photon flux, PPF)을 계산하였다. 이때 온실 외부의 광합성유효광랑자 속은 전천일 사랴으로부터 식 (1)을 이용하여 산정하였다(Lee et al.
- 1과 같이 결정하였다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 온실 바닥으로부터 0.8 m 높이에 상추 재배용 벤치를 설치하였고, 시뮬레이션을 통한 광원 배치 분석 결과를 이용하여 벤치로부터 1.9 m 높이에 400 W 고압나트륨 램프를 설치하였다. 광합성유효광랑자 속을 측정하기 위하여 온실 내부의 여러 점에 광량자센서(LH908B, LI-COR, USA)를 설치하였다.
- 최소 차광시간은 차광재를 펴고 거두는데 소요되는 시간을 고려호}여 1시간으로 하였으며, 무차광에서부터 1시간 간격으로 차광시간의 차이를 두어 종일차광까지 차광시간대를 변화시켰다. 계산된 결과를 이용하여 차광재 및 월별로 목표 광량을 얻는 데 필요한 차광시간대를 결정하였다. 또한, 결정된 차광시간대를 검증하기 위하여 광랑조절을 위한 차광실험을 실시하였으며, 기상조건 및 차광시간대에 따른 광량의 측정값과 계산값을 비교하였다.
- 광합성유효광랑자 속을 측정하기 위하여 온실 내부의 여러 점에 광량자센서(LH908B, LI-COR, USA)를 설치하였다. 광강도 및 기상조건에 따른 목표광량을 얻기 위한 보광시간을 월별로 계산하였다.
- 9 m 높이에 400 W 고압나트륨 램프를 설치하였다. 광합성유효광랑자 속을 측정하기 위하여 온실 내부의 여러 점에 광량자센서(LH908B, LI-COR, USA)를 설치하였다. 광강도 및 기상조건에 따른 목표광량을 얻기 위한 보광시간을 월별로 계산하였다.
- 광환경 분석용 소프트웨어인 Lumen-Micro(Lighting Technologies, Inc., USA)를 이용하여 다양한 광원의배열 및 높이에 대한 광분포를 분석하여 균일한 광공급을 위한 적절한 광원배치를 Fig. 1과 같이 결정하였다. Fig.
- 기상조건별로 광량이 다르고 차광재의 차광율에 따라 온실 내부로 투과되는 광량이 다르기 때문에 Table 1에서의 2가지 차광재 및 5가지의 기상조건별로 여러 가지 차광시간대에 대한 일일적산 광합성유효광랑자속을 계산하였다. 최소 차광시간은 차광재를 펴고 거두는데 소요되는 시간을 고려호}여 1시간으로 하였으며, 무차광에서부터 1시간 간격으로 차광시간의 차이를 두어 종일차광까지 차광시간대를 변화시켰다.
- , 2001).기상조건은 기상청에서 사용하고 있는 구분방법을 이용하였으며, 강수현상이 없는 날 운량(雲量)이 0~2.4는 맑음, 2.5~5.4는 구름조금, 5.5~7.4는 구름 많음, 7.5~9.9는 흐림그리고 10이 면 비로 구분하였다. 동일한 달에서는 동일한 기상조건하에서 일일적산 광합성유효광량자 속의 차이가 크지 않았기 때문에 각 월마다 일일적산 광합성유효광량자속을 기상조건별로 평균하여 그 달의 기상조건별 대표값으로 하였다.
- 9는 흐림그리고 10이 면 비로 구분하였다. 동일한 달에서는 동일한 기상조건하에서 일일적산 광합성유효광량자 속의 차이가 크지 않았기 때문에 각 월마다 일일적산 광합성유효광량자속을 기상조건별로 평균하여 그 달의 기상조건별 대표값으로 하였다.
- 계산된 결과를 이용하여 차광재 및 월별로 목표 광량을 얻는 데 필요한 차광시간대를 결정하였다. 또한, 결정된 차광시간대를 검증하기 위하여 광랑조절을 위한 차광실험을 실시하였으며, 기상조건 및 차광시간대에 따른 광량의 측정값과 계산값을 비교하였다.
- 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 잎상추(Lactuca saliva L., cv. Mvaldi)를 공시작물로 선정하여 목표광량을 유지하는 데 필요한 필요 보광량과 필요차광량을 산정하였다. Both and Albright(1997)는 보광을 이용한 상추재배 연구에서 광합성유효광량자 속이 17 mol·m-2·d-1이하인 경우 잎 끝마름이 발생하지 않고 빠른 생장을 하였다고 보고하였다.
- 온실 내부의 일일적산 광합성유효광량자 속 조절 목표량을 17mol·m-2.dT로 하고, 55% 차광재 및 300μmol·m-2·d-1의 보광강도를 사용하여 광조절 성능실험을 실시하였다.
- 계산하였다. 최소 차광시간은 차광재를 펴고 거두는데 소요되는 시간을 고려호}여 1시간으로 하였으며, 무차광에서부터 1시간 간격으로 차광시간의 차이를 두어 종일차광까지 차광시간대를 변화시켰다. 계산된 결과를 이용하여 차광재 및 월별로 목표 광량을 얻는 데 필요한 차광시간대를 결정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 2동의 실험온실은 크기가 7 m(폭)×ll m(길이)X2.2m(측고)이고 동고가 4이이며 동간격이 5 m인 양 지붕형 단동 유리온실이다. 온실의 건설방위는 동서동이며, 자연환기를 위해 천창과 3-way 방식의 측창이 설치되어 있다.
성능/효과
- 목표한 일일적산 광합성유효광량자 속을 얻는 데 필요한 보광강도별 보광시간을 기상조건 및 월별로 계산하여 분석한 결과 보광강도는 필요 보광량의 크기에 따라 적절한 값을 선택하여야 할 것으로 판단되었다. 55% 차광재 및 300μmol·m-2·s-1의 보광강도를 이용하여 5월 말에서 6월초까지 광량 제어 실험을 실시한 결과 최대 3mol·m-2·d~' 정도의 오차를 보여주었다. 이러한 차이는 동일한 달에 같은 기상조건에서도 일일적산광량의 차이가 있고 하루 중기상상태도 많은 변화가 있기 때문인 것으로 판단된다.
- 이러한 차이는 하루 중의 빈번한 기상변화, 운량판독의 부정확 등 여러 가지 요인에 의해 발생된 것으로 판단된다. 그러나 7월과 8월에 무차광시온실내부의 일일적산 광합성유효광랑자속이 비오는 날에는 7.4mol·m-2.dT이고 맑은 날에는 35.6mol·nr2.dT로 기상조건에 따라 큰 차이가 있음을 감안하면 계산값과 실 측값의 이러한 차이는 대체로 만족할 만한 결과로 판단된다. 앞으로 기상조건을 보다더 정확하게 관측하고 예보할 수 있는 기술이 개발된다면 차광에 의한 광조절량의 오차를 더 줄일 수 있을 것이다.
- 차광율이 55%와 85%인 두 가지 종류의 차광스크린을 이용하여 목표광량을 얻는데 필요한 차광시간대를 분석한 결과, 조절하고자 하는 목표 광량의 크기에 따라 적절한 차광율을 가진 차광재를 선택할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 기상조건에 따라 광량 변화가 많은 7월과 8월에 대하여 55%의 차광재를 이용하여 광조절 실험을 실시한 결과 무차광시의 실 측값과 계산값의 차이가 최대 5mol m-2·d-1 정도로 나타났다. 이러한 차이는 기상조건에 따라 일일적산 광량이 큰 차이가 있음을 감안하면 대체로 만족할 만한 결과로 판단된다.
- 광분포 시뮬레이션을 이용하여 적절한 광배치를 찾을 수 있었기 때문에 실제 인공광을 배치하는 데 소요되는 시간을 많이 단축할 수 있었지만, 정확하게 목표한 광강도를 고르게 분포하도록 할 수 있는 광배치를 찾기가 쉽지 않았으며, 이에 대한 보다 더 많은 분석이 요구되었다. 목표한 일일적산 광합성유효광량자 속을 얻는 데 필요한 보광강도별 보광시간을 기상조건 및 월별로 계산하여 분석한 결과 보광강도는 필요 보광량의 크기에 따라 적절한 값을 선택하여야 할 것으로 판단되었다. 55% 차광재 및 300μmol·m-2·s-1의 보광강도를 이용하여 5월 말에서 6월초까지 광량 제어 실험을 실시한 결과 최대 3mol·m-2·d~' 정도의 오차를 보여주었다.
- 이와 같이 광량이 초과하여 광조절이 불가능한 경우에는 차광율이 더 높은 차광재를 사용하여야 할 것이다. 반면에 차광율이 85%인 차광재를 사용할 경우에는 광량이 초과하여 광량 조절이 불가능한 경우는 발생하지 않았으나, 조절해야 할 광량이 적은 날(목표광량이 llmoLmedT인 경우 1월의 구름조금 낀 날, 3월의 흐린 날, 9월의 흐린 날, 11월의 구름조금 낀 날, 12월의 맑은 날)에는 1시간의 차광으로는 조절이 불가능한 것으로 나타났다. 이와 같은 경우에는 차광율이 더 낮은 차광재를 사용할 필요가 있을 것이다.
- 3은 55%의 차광재를 이용하여 광량 조절을 실시한 결과로서 기상조건에 따라 광량 변화가 많은 7월과 8월에 대하여 기상조건별로 차광시간대에 따른 광합성유효광량자속의 변화를 계산한 결과와 실험한 결과를 비교한 것이다. 실측값이 계산값게 대부분 근접하였으나, 무차광시 최대 약 5 mol - m-2- d-1 정도의 차이가 발생한 날도 있었다. 이러한 차이는 하루 중의 빈번한 기상변화, 운량판독의 부정확 등 여러 가지 요인에 의해 발생된 것으로 판단된다.
- dT의 목표 광량을 공급하기 위하여 55% 차광재 및 300 emol - m~2·s-1의 보광을 이용하여 Table 3과 Table 4의 차광시간 및 보광시간에 의거 제어를 실시한 결과이다. 제어 결과 최대 약 3mol-m-2-d-' 정도의 오차를 보여주고 있으며, 이러한 차이는 동일한 달에 같은 기상조건에서도 일일적산광량이 차이가 있고 하루 중 기상상태도 많은 변화가 있기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 기상조건에 따른 일별적산광량의 최대 차이가 30mol m-2 d-' 정도임을 감안하면 조절 효과는 만족할만한 결과로 판단되며, 오차의 폭을 더 줄일 수 있는 방법의 개발이 요구된다.
- 기술을 개발하는 것이다. 차광율이 55%와 85%인 두 가지 종류의 차광스크린을 이용하여 목표광량을 얻는데 필요한 차광시간대를 분석한 결과, 조절하고자 하는 목표 광량의 크기에 따라 적절한 차광율을 가진 차광재를 선택할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 기상조건에 따라 광량 변화가 많은 7월과 8월에 대하여 55%의 차광재를 이용하여 광조절 실험을 실시한 결과 무차광시의 실 측값과 계산값의 차이가 최대 5mol m-2·d-1 정도로 나타났다.
후속연구
- 이러한 차이는 기상조건에 따라 일일적산 광량이 큰 차이가 있음을 감안하면 대체로 만족할 만한 결과로 판단된다. 광분포 시뮬레이션을 이용하여 적절한 광배치를 찾을 수 있었기 때문에 실제 인공광을 배치하는 데 소요되는 시간을 많이 단축할 수 있었지만, 정확하게 목표한 광강도를 고르게 분포하도록 할 수 있는 광배치를 찾기가 쉽지 않았으며, 이에 대한 보다 더 많은 분석이 요구되었다. 목표한 일일적산 광합성유효광량자 속을 얻는 데 필요한 보광강도별 보광시간을 기상조건 및 월별로 계산하여 분석한 결과 보광강도는 필요 보광량의 크기에 따라 적절한 값을 선택하여야 할 것으로 판단되었다.
- 시뮬레이션을 이용하여 적절한 광배치를 잦을 수 있었기 때문에 실제 인공광을 배치하는 데 소요되는 시간을 많이 단축할 수 있었다. 그러나 Fig. 4에서 보는 바와 같이 정확하게 목표한 광강도를 고르게 분포하도록 할 수 있는 광배치를 찾기가 쉽지 않았으며, 이에 대한 보다 더 많은 분석이 요구된다. 이러한 시뮬레이션으로부터 얻어진 광분포도는 균일한 분포의 광공급을 위한 광원의 적절한 배치를 결정하는 데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 적정 광량을 공급하기 위한 광원의 높이 및 보광시간을 결정하는 데도 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
- 제어 결과 최대 약 3mol-m-2-d-' 정도의 오차를 보여주고 있으며, 이러한 차이는 동일한 달에 같은 기상조건에서도 일일적산광량이 차이가 있고 하루 중 기상상태도 많은 변화가 있기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 기상조건에 따른 일별적산광량의 최대 차이가 30mol m-2 d-' 정도임을 감안하면 조절 효과는 만족할만한 결과로 판단되며, 오차의 폭을 더 줄일 수 있는 방법의 개발이 요구된다.
- 본 연구의 결과는 비록 상추 재배를 위한 광량조절기술이지만 다른 작물에 대해서도 본 연구에서 제시한 조절방법을 동일하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 그러나 기상조건에 따른 일별 최대차이가 30mol-m-2-d-' 정도임을 감안하면 조절효과는 만족할 만한 결과로 판단된다. 본 연구의 결과는 비록 상추재배를 위한 광량 조절기술이지만 다른 작물에 대해서도 본 연구에서 제시한 자료 및 조절 방법을 동일하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
- dT로 기상조건에 따라 큰 차이가 있음을 감안하면 계산값과 실 측값의 이러한 차이는 대체로 만족할 만한 결과로 판단된다. 앞으로 기상조건을 보다더 정확하게 관측하고 예보할 수 있는 기술이 개발된다면 차광에 의한 광조절량의 오차를 더 줄일 수 있을 것이다.
- 국내 . 외의 연구 동향을 분석한 결과 인공광과 차광스크린을 이용하여 년 중 광합성유효 광량 자 속을 적절하게 공급할 수 있는 제어방법에 관한 연구결과는 찾아보기 어려웠으며 이에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- 4에서 보는 바와 같이 정확하게 목표한 광강도를 고르게 분포하도록 할 수 있는 광배치를 찾기가 쉽지 않았으며, 이에 대한 보다 더 많은 분석이 요구된다. 이러한 시뮬레이션으로부터 얻어진 광분포도는 균일한 분포의 광공급을 위한 광원의 적절한 배치를 결정하는 데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 적정 광량을 공급하기 위한 광원의 높이 및 보광시간을 결정하는 데도 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
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