[논문]LED 보광이 파프리카(Capsicum annuum 'Cupra') 생육에 미치는 영향

안철근; 황연현; 안재욱; 윤혜숙; 장영호; 손길만; 황승재

초록
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LED 보광이 파프리카의 착과와 생육에 미치는 영향을 구명하기 위해 파프리카 생육기간동안 일몰 후부터 5시간 동안 red(660nm), blue(460nm) red + blue(4 : 1)광을 작물의 50cm 상단에서 조사하였다. 광원별 광합성유효광량자속(PPF)은 red광 $79{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, blue광 $75{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, red + blue광 $102{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$였다. 파프리카 엽온은 LED 보광한 것이 무보광에 비하여 높았는데 blue광에서 가장 높았다. 한편 과실 온도는 무보광한 것이 가장 높았으며 엽온보다는 낮은 경향이었다. 파프리카 초장은 무보광에서 가장 길었고 blue LED에서 가장 짧았다. 잎 크기는 무보광에 비해 LED 보광한 것이 컸다. 과실무게는 LED 보광한 것이 무거웠으나 주당 과실 수와 상품과 수량은 무보광에 비해 적었다.

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This study was carried out to investigate the effect of different light emitting diode (LED) irradiation on the growth of paprika (Capsicum annuum 'Cupra'). The plants were irradiated by red (660 nm), blue (460 nm) and red + blue (4 : 1) light emitting diodes above 50 cm for 5 hours after sunset. Ph...

This study was carried out to investigate the effect of different light emitting diode (LED) irradiation on the growth of paprika (Capsicum annuum 'Cupra'). The plants were irradiated by red (660 nm), blue (460 nm) and red + blue (4 : 1) light emitting diodes above 50 cm for 5 hours after sunset. Photosynthetic photon flux (PPF) irradiated by red, blue and red + blue LED were $79{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, $75{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and $102{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ respectively. Leaf temperature of paprika grown under blue LED irradiation was the highest of $18.6^{\circ}C$. Fruit temperature was the highest under in the control (no irradiation) but it was lower than leaf temperature. There was influence of LED irradiation on the paprika plants height; under blue irradiation the plant height was the shortest, while under in the control plant height was the highest. The leaf size of under different LED irradiation was bigger than that of in the control. Mean fruit weight under different LED irradiation was significantly increased; however number of fruits and marketable yield per plant were significantly decreased as compared to the control.

주제어

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문제 정의

파프리카 광합성을 감소시키는 낮은 광도, 높은 온도 및 낮은 CO₂ 농도는 낙화 및 낙과를 유발하므로 계절적 환경변화와 생육상태에 따른 시설내부 환경요인들 간의 최적화가 필요하기 때문에(Lee와 Cha, 2009) 광에 민감하게 반응하는 작물인 파프리카에 대한 LED 보광 효과와 가능성을 확인하여 효율적으로 적용할 수 있는 방법을 찾고자 본 연구를 수행하였다.

제안 방법

LED 보광이 파프리카의 착과와 생육에 미치는 영향을 구명하기 위해 파프리카 생육기간동안 일몰 후부터 5시간 동안 red(660nm), blue(460nm) red + blue(4 : 1) 광을 작물의 50cm 상단에서 조사하였다. 광원별 광합성유효광량자속(PPF)은 red광 79µmol · m⁻² · s⁻¹, blue 광 75µmol · m⁻² · s⁻¹, red + blue광 102µmol · m⁻² · s⁻¹였다.
LED는 80W의 Red(660nm), Blue(460nm), 혼합(Red : Blue = 8 : 2) 램프(파루스, Korea)를 Bar type (80cm 2열)으로 설치하여 무처리의 대조구와 비교하였다. 보광등은 생장점으로부터 50cm 상단에 설치하였고, 작물이 생장하는 동안 상하로 조절할 수 있도록 하여 일몰 후부터 5시간 동안 보광하였다.
보광등은 생장점으로부터 50cm 상단에 설치하였고, 작물이 생장하는 동안 상하로 조절할 수 있도록 하여 일몰 후부터 5시간 동안 보광하였다. 광측정은 400~700nm의 범위를 측정할 수 있는 광도계(FSQ470A, E-technology, Korea)를 사용하여 10분 간격으로 측정하였으며, 엽온 및 과실온도 등은 적외선 온도계인 Spot thermometer(TA-0510F, Minolta Co., Osaka, Japan)로 10개체를 3반복으로 측정한 후 평균값을 사용하였다.
정지유인은 2본으로 하였고, 기타 작물관리와 환경관리는 관행에 준하였다. 수확은 2010년 12월 10일부터 2011년 2월 28일까지 완료하였는데, 과실 수량조사는 모양이 정상적이고 병충해 흔적이 없는 과실 중에 100g 이상의 과실을 상품으로 분류하였고, 100g 미만의 소과, 열과 등을 비상품수량으로 구분하여 조사하였다. 조사주수는 반복당 10주로 하였고, 기타 조사는 농촌진흥청 시험연구조사기준(RDA, 1997)에 준하였다.
육묘기간 중 파프리카 그로단표준액(EC 2.0~3.0dS · m−1, pH 5.5)을 매일 오전에 공급하였고, 본엽이 10매 내외로 전개되었을 때인 2010년 9월 2일에 경남농업기술원 유리온실에서 코코피트(Daeyoung GS Co.)를 양액(EC 3.0dS · m−1, pH 5.5)으로 충분히 포수한 뒤 슬래브 당 3주씩 180 × 33cm 간격으로 2조 정식하였다.

대상 데이터

파프리카 ‘Cupra’(Enza zaden Co.) 품종을 2010년 8월 4일 240공 암면플러그에 파종하여 2010년 8월 20일에 양액(EC 2.0dS · m−1, pH 5.5)으로 포수시킨 암면블럭(10cm × 10cm × 6.5cm)에 U자로 이식(An 등, 2002)하였다.

데이터처리

zMean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.
조사주수는 반복당 10주로 하였고, 기타 조사는 농촌진흥청 시험연구조사기준(RDA, 1997)에 준하였다. 시험구배치는 난괴법 3반복으로 하였고, 통계분석은 SAS 프로그램을 이용하여 분석하였다.

이론/모형

수확은 2010년 12월 10일부터 2011년 2월 28일까지 완료하였는데, 과실 수량조사는 모양이 정상적이고 병충해 흔적이 없는 과실 중에 100g 이상의 과실을 상품으로 분류하였고, 100g 미만의 소과, 열과 등을 비상품수량으로 구분하여 조사하였다. 조사주수는 반복당 10주로 하였고, 기타 조사는 농촌진흥청 시험연구조사기준(RDA, 1997)에 준하였다. 시험구배치는 난괴법 3반복으로 하였고, 통계분석은 SAS 프로그램을 이용하여 분석하였다.

성능/효과

4의 착과수와 연관하여 이해할 수 있었다. 상품률은 blue광이 75.9%로 가장 낮았고 red광과 red + blue광은 비슷하였으며, 무보광이 87.9%로 가장 높았다. 수량은 무보광이 842.
9%로 가장 높았다. 수량은 무보광이 842.3kg으로 가장 높았고 red광과 red + blue광은 비슷하였으며, blue광이 510.6kg으로 가장 낮았다(Table 2). 시설 내부 불균일한 온도 관리는 동화산물 분배 및 sink/source 비율의 변화를 유도하여 파프리카의 불균일한 생육을 유발하고 (Heuvelink 등, 2004; Marcelis 등, 2004), 평균온도는 엽 형성율에 영향을 미치고(Marcelis 등, 2006) 과실의 생장율과 크기, 과실의 수확기간에 직접적으로 영향을 주는데(Adams 등, 2001; Marcelis와 Hofman, 1996), 결국 LED 보광에 의해 엽온의 상승을 초래하여 동화산물의 sink로의 분배가 원활하지 못해 착과수가 줄어들었고, 이로 인해 수량이 감소하였다고 판단하였다.
수확과수는 무보광이 5.7개로 가장 많았고, red + blue광과 red광은 차이가 없었지만 blue광은 3.3개로 가장 적었고, 평균과중은 대조구가 148.6g으로 가장 낮았고 보광처리구는 151.4~153.2g으로 차이가 없었는데, 이는 Fig. 4의 착과수와 연관하여 이해할 수 있었다. 상품률은 blue광이 75.
일몰 후 LED 보광위치별 엽온의 변화를 보면 10cm에서는 blue광 23.6℃, red + blue광 21.8℃, red 광 20.8℃, 대조구 16.7℃의 순이었고, 50cm 이상의 높이에서는 보광위치에 관계없이 보광등의 종류별 온도는 같은 경향을 보였으며, 기온은 17.2℃로 유지되었다. 보광위치가 멀어질수록 온도는 낮았는데, 50cm에서는 blue광 18.
일몰 후 작물로부터 LED 보광위치별 PPF의 변화를 보면 red + blue광이 모든 위치에서 높았고 red광과 blue광은 비슷한 수준이었다. 위치별로는 작물과 10cm에서는 red + blue광 650µmol · m⁻² · s⁻¹, red광 535µmol · m⁻² · s⁻¹, blue광 525µmol · m⁻² · s⁻¹였고, 20cm에서는 red + blue광 345µmol · m⁻² · s⁻¹, red광 291µmol · m⁻² · s⁻¹, blue광 286µmol · m⁻² · s⁻¹로 10cm 간격보다 50%이상 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	파프리카가 외부환경과의 상호작용에 의해 변하는 것은?	파프리카는 광과 온도 같은 외부환경의 상호작용에 의해 착과수가 달라지고 수확주기의 변화 폭이 커진다(Heuvlink 등, 2004; Marcelis 등, 2004). 우리나라는 맑은 날 기준 겨울철에도 하루 누적일사량이 800~1,200J · cm−2로 온실작물 생산에 부족하지 않으나(Myoung, 2007), 온실 자체의 낮은 투과 광량에 의해 작물 생산성이 낮아지고(Jeong 등, 2008; Kwon과 Chun, 1999), 광량 부족과 더불어 시설내부의 불균일한 환경은 불균일한 생육을 유도하기 때문에 지속적인 생산성을 유지하기 어렵다(Marcelis 등, 2004).
	LED 보광이 파프리카의 착과와 생육에 미치는 영향을 확인하기 위한 실험에서 LED보광이 과실무게에 미치는 영향은?	잎 크기는 무보광에 비해 LED 보광한 것이 컸다. 과실무게는 LED 보광한 것이 무거웠으나 주당 과실 수와 상품과 수량은 무보광에 비해 적었다.
	LED의 장점은?	하지만 최근 식물공장형 재배방식의 빠른 보급과 함께 고효율 LED(Light Emitting Diodes) 광원의 농업적 적용 관련 연구가 다양하게 시도되고 있으며, 친환경 에너지 절감을 위해 고효율의 LED 조명기구 사용이 증가하고 있다. LED는 고효율 친환경적인 광원으로 전력소모량이 적고 수명이 반영구적으로 길어 매우 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 광량의 차이에 의해 온실의 내부 광량 및 온도변화, 그리고 이에 따른 식물체 광합성 능력에 차이를 가져오고(Jeong 등, 2008; Kwon과 Chun, 1999) 식물체의 생장 및 형태형성에 필요한 특정 파장역의 광만을 선택적으로 조사할 수 있기 때문에 식물재배용 인공광원으로 이용성이 크게 기대되고 있다.

참고문헌 (19)

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