선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 밀폐형 식물 생산시스템에서 미기상 변화(기온, 광합성 유효 광량자속, 상대습도, CO2, 공 기유동, 배양액온도)에 따른 식물의 생체 정보를 이용한 최적 환경제어를 위하여 엽록소형광분석법을 이용하여 광합성효율 모델 (photosynthesis efficiency model, PEM)을 개발하였다. 또한, 유전알고리즘을 이용하여 재배환경 최적화 프로그램을 개발하고 적용성을 평가 하였다.
- 본 연구에서는 폐쇄형 식물 생산시스템 내에서 생체 정보에 의한 최적 환경제어와 식물의 환경스트레스 판 단을 위하여 엽록소형광 분석법으로 광합성효율 모델을 만들었으며, 광합성효율 모델에 유전알고리즘을 적용하여 재배환경 최적화 프로그램의 응용성을 평가 하였다.
제안 방법
- PPF는 광질을 일정하게 하고 광 강도만을 조절하기 위하여 베드의 높이를 이동하여 조절하였다. 배양액은 야마자키액을 기준으로 조성하였으며 pH는 6.
- 밀폐형 식물 생산시스템 내부의 미기상 변화와 식물 과의 관계를 파악하기 위하여 미기상 변화에 따른 상 추의 엽록소형광을 측정기 (MINI-PAM, WALZ)를 이용하여 측정하였다. PPF의 경우 직접 조사되는 부분과 그늘진 곳의 Fv'/Fm' 값의 차이가 있기 때문에 직접 조사되는 잎을 선택하여 측정하였고 상추 한 개체에서 2개 이상의 잎을 선정하여 측정하였으며 측정값의 평 균을 대표값으로 사용하였다. 엽록소형광의 측정은 정 식 후 10일부터 측정하기 시작하여 35일까지 측정하 였고 정식 후 35일이 지난 후에는 새로운 상추를 정 식하여 사용하였으며 실험재배 횟수는 6번이었다.
- 미기상과 식물간에는 복잡한 상호작용이 있다. 각 환경요인의 상호변화가 식물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 밀폐형 식물 생산시설 내부의 미기상을 무 작위로 설정하여 FvTFm을 측정하고 주성분 분석을 하였다. 주성분분석은 변수들의 선형결합을 통하여 변 수들이 가지고 있는 전체정보를 최대한 설명할 수 있는 서로 독립적인 새로운 인공변수들을 유도하여 해석 하는 다변량 분석방법이다.
- 광합성효율 모델을 개발하기 위하여 2종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험은 각각의 환경요인이 식물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6개 환경요인 중 5개는 고정하고 1개씩 변화시키면서 엽록소 형광을 측정하였다.
- 기온을 UTC에서 34℃까지 2℃ 변화시켜 상추 의 엽록소 형광을 측정하였다. Fig.
- 본 연구에서는 밀폐형 식물 생산시스템에서 미기상 변화(기온, 광합성 유효 광량자속, 상대습도, CO2, 공 기유동, 배양액온도)에 따른 식물의 생체 정보를 이용한 최적 환경제어를 위하여 엽록소형광분석법을 이용하여 광합성효율 모델 (photosynthesis efficiency model, PEM)을 개발하였다. 또한, 유전알고리즘을 이용하여 재배환경 최적화 프로그램을 개발하고 적용성을 평가 하였다.
- 2와 같이 베드에 센서를 설치하여 계측하 였으며 사용된 센서는 Table 1과 같다. 미기상 계측을 위한 센서는 PC에 연결된 데이터 수집 장치(DC100, YOKOGAWA)와 연결하여 5분 간격으로 자동 저장하 였으며 PC를 통하여 내부환경을 모니터링 하였다.
- 미기상 변화와 식물의 생체변화를 정량화하기 위하여 미기상 조절이 가능한 밀폐형 식물 생산시설 내부 에 박막수경 재배시스템을 설치하고 적축면상추(kcft/ca sativa L.)를 재배하였다(Fig. 1). 광원으로 형광램프 12개 , 고압나트륨램프 4개 , 고압수은램프 4개를 사용흐卜 였다.
- 밀폐형 식물 생산시스템 내부의 미기상 변화와 식물 과의 관계를 파악하기 위하여 미기상 변화에 따른 상 추의 엽록소형광을 측정기 (MINI-PAM, WALZ)를 이용하여 측정하였다. PPF의 경우 직접 조사되는 부분과 그늘진 곳의 Fv'/Fm' 값의 차이가 있기 때문에 직접 조사되는 잎을 선택하여 측정하였고 상추 한 개체에서 2개 이상의 잎을 선정하여 측정하였으며 측정값의 평 균을 대표값으로 사용하였다.
- PPF는 광질을 일정하게 하고 광 강도만을 조절하기 위하여 베드의 높이를 이동하여 조절하였다. 배양액은 야마자키액을 기준으로 조성하였으며 pH는 6.5 ±0.5, EC는 1.2 ±0.05 mS・ cm-로 조절하여 공급하였고 배 양액이 식물에 미치는 영향을 방지하기 위하여 순환시키지 않고 8시간 마다 교체하였다. 배양^의 온도는 베드 내부에 열선과 냉수배관을 설치하고 on-off 제어 하였다.
- 유전자를 생성하는데 있어서 우선 결정해야할 요인은 각 미기상인자의 염색체 수와 크기이다. 염색체의 수는 유전자가 적합도에 가까운 값을 갖게 하는 확률을 높이기 위해 10개로 정하였고 개체의 수는 100, 유전하는 세대는 10세대로 하였다. 개체의 수를 증가 시키면 종이 다양해지고, 유전하는 세대를 증가시키면 종의 다양성은 저하되지만 적합도 의 정밀도는 높아진다.
- PPF의 경우 직접 조사되는 부분과 그늘진 곳의 Fv'/Fm' 값의 차이가 있기 때문에 직접 조사되는 잎을 선택하여 측정하였고 상추 한 개체에서 2개 이상의 잎을 선정하여 측정하였으며 측정값의 평 균을 대표값으로 사용하였다. 엽록소형광의 측정은 정 식 후 10일부터 측정하기 시작하여 35일까지 측정하 였고 정식 후 35일이 지난 후에는 새로운 상추를 정 식하여 사용하였으며 실험재배 횟수는 6번이었다. 밀폐 형 식물 생산시스템 내부의 미기상을 변화시킬 때 마 다 2시간의 적응 시간을 두었다.
-
첫 번째 실험은 각각의 환경요인이 식물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6개 환경요인 중 5개는 고정하고 1개씩 변화시키면서 엽록소 형광을 측정하였다. 이 실험의 기본적인 환경설정은 자연조건에서 상추의 적정생장환경을 기본으로 기온은 22℃, PPF는 상추의 광포화점인 470±30gmol-m-2-s1, 상대습도는 65%, CO2농도는 470±30 ppm으로 설정하여 재배하였 고 명기의 시간은 12시간으로 하였다
- 3%를 설명할 수 있고 나머지는 미 약하다. 주성분분석 결과의 첫 번째 주성분 고유벡터와 각 미기상 요인의 회귀모델을 이용하여 식 (1)과 같은 광합성효율 모델을 개발하였다.
-
광합성효율 모델을 개발하기 위하여 2종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험은 각각의 환경요인이 식물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6개 환경요인 중 5개는 고정하고 1개씩 변화시키면서 엽록소 형광을 측정하였다. 이 실험의 기본적인 환경설정은 자연조건에서 상추의 적정생장환경을 기본으로 기온은 22℃, PPF는 상추의 광포화점인 470±30gmol-m-2-s1, 상대습도는 65%, CO2농도는 470±30 ppm으로 설정하여 재배하였 고 명기의 시간은 12시간으로 하였다
대상 데이터
- 10은 측정값과 식(1)을 이용하여 예측한 값을 비교한 것이다. 검증에 사용된 실험 자료는 모델개발에 이용된 자료와 다른 40개의 자료를 이용하였다. 실험에서 측정된 FvTFm과 광합성효율 모델에 의해서 예 측된 값과의 오차는 0~5.
- 1). 광원으로 형광램프 12개 , 고압나트륨램프 4개 , 고압수은램프 4개를 사용흐卜 였다.
이론/모형
- 6개의 변수를 포함하는 다변수 함수인 광합성효율모델의 최적해를 찾기 위해 유전알고리즘을 적용하였다. 유전알고리즘은 유전학과 자연 진화를 모방한 적응 탐 색법이다.
성능/효과
- L이고 CO2농도가 1,000~2,000 ppm 사이에서 상추 의 광합성속도가 좋은 것으로 나타났다(Park과 Lee,1999). 기류속도와 광합성속도의 관계가 식물의 재배조 건 또는 상대습도에 따라 다르게 나타나며 상대습도가 높을수록 기류속도가 빨라야 광합성 속도가 증가하였다. 즉, 상대습도가 65%이고 기류속도가 0.
- 주성분분석은 변수들의 선형결합을 통하여 변 수들이 가지고 있는 전체정보를 최대한 설명할 수 있는 서로 독립적인 새로운 인공변수들을 유도하여 해석 하는 다변량 분석방법이다. 다중회귀 모형은 유의수준 5%에서 유의 하였다. 따라서 6개의 주요환경인자 변수 를 포함한 다중회귀 모형이 광합성효율을 설명하는데 유의한 것으로 나타났다(Table 2).
- 다중회귀 모형은 유의수준 5%에서 유의 하였다. 따라서 6개의 주요환경인자 변수 를 포함한 다중회귀 모형이 광합성효율을 설명하는데 유의한 것으로 나타났다(Table 2). Table Se 각 주성 분의 고유벡터를 나타낸 것이다.
- 79이다. 상대습도의 변화에 의한 FvTFnT는 68%일 때 최고값(0.730)이 측정 되었고 회귀모델을 이용하여 추정하면 61~69%의 범위 에서 최고값(0.725)이 계산되어 기존 연구와 유사한 결과를 나타냈다. Fig.
- 검증에 사용된 실험 자료는 모델개발에 이용된 자료와 다른 40개의 자료를 이용하였다. 실험에서 측정된 FvTFm과 광합성효율 모델에 의해서 예 측된 값과의 오차는 0~5.8%이며 평균은 2.5%였다.
- 이상의 연구 결과로부터 광합성 효율 모델을 이용하여 식물 생산시설의 환경모니터링 시스템과 식물 생체 정보에 의한 최적제어시스템의 개발이 가능함을 확인 하였다.
- 재배환경 최적화 프로그램으로부터 계산된 밀폐형 식물 생산시스템내에서 상추의 최적재배환경조건은 기 온 22℃, 배양액온도 19℃, CO2농도 1, 400 ppm, 기 류속도 1.0 m・ s-1, PPF 430 |imol - m-2 - s-1, 상대습도 65%이다.
- 재배환경 최적화 프로그램으로부터 상추의 최적 재 배환경을 추정해 보면 기온 22Q CO2는 1, 400 ppm, 상대 습도는 65%, 기류속도는 1.0 배양액온도는 19℃, PPF는 430|111101 m-2.s-1로 계산되었다. 인공 광을 이용하여 PPF를 100, 150, 200, 300|imol-ni-2 .
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.