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문제 정의
- 따라서 본 연구는 밀폐형 식물생산시스템에서 인공광원의 종류(형광등, 백색 LED)와 광조사 시간에 따른 생육을 조절하여 균일하고 안정적인 상추의 생산을 위해 수행되었다.
제안 방법
- 3종류 광원의 광도를 동일하게 100µmol·m-2·s-1로 조절한 후 측정기(Fluke 39, Fluke Co., Ltd., USA)를 사용하여 전압과 전류를 측정하였다.
- 로 조절하여 정식 후 총 23일간 재배하였다. 광파장은 광원과 9cm 높이에서 분광복사계(RPS-900R, International Light Co., Ltd., USA)를 이용하여 측정하였고, 광도계(HD2101.1, Delta OHM, Italy)를 이용하여 광도를 측정하였다. 관주는 담액식 재순환 수경재배방식으로 Sonneveld 양액(Sonneveld and Straver, 1994)을 조제하여 이틀에 한번씩 순환시켜 주었다.
- 마쇄한 용액을 마이크로 튜브에 1mL를 취한후 4℃ 암조건 하에서 24시간 보관 후 13,000rpm에서 20분간 원심 분리하여 얻은 상등액을 희석하였다. 그리고 분광광도계(Libra S22, Biochrom, United Kingdom)의 535nm에서 흡광도를 측정하여 총 안토시아닌 함량을 산출하였다(Fuleki and Francis, 1968).
- 밀폐형 식물생산시스템의 재배환경은 온도 21 ± 2℃, 상대습도 60 ± 10%, 광도 100 ± 30μmol·m-2·s-1로 조절하여 정식 후 총 23일간 재배하였다.
- 상추의 생육은 2011년 3월 3일까지 재배하여 초장, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽면적(LI-3100, LI-COR Inc., USA), 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan), 최대근장, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중, 엽록소 형광(Fv/Fm)을 조사하였다. 엽록소 형광은 휴대용 엽록소형광분석기(PAM-2100, Heinz Walz GmbH, Germany)를 사용하여 생장점에서 2번째 잎을 기준으로 동일한 위치에서 측정하였다.
- , USA), 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan), 최대근장, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중, 엽록소 형광(Fv/Fm)을 조사하였다. 엽록소 형광은 휴대용 엽록소형광분석기(PAM-2100, Heinz Walz GmbH, Germany)를 사용하여 생장점에서 2번째 잎을 기준으로 동일한 위치에서 측정하였다. 측정하기 전에 암적응 클립으로 30분간 적응시킨 후 처리당 9개체를 측정하여 Fv/Fm 평균값을 구하였다(Genty et al.
- 2011년 2월 9일에 총 162개체를 정식하였다. 인공광원은 WL #1(White LED, Hepas Co. Ltd., Korea), WL #2(White LED, FC Poibe, Korea), 그리고 형광등(Philips Co. Ltd., the Netherlands) 을 대조구로 사용하였으며, 광조사 시간은 12/12, 18/6, 24/0(명기/암기)으로 처리하였다. 인공광원 길이는 1,200mm로 동일한 크기를 사용하였다.
대상 데이터
- 2011년 1월 14일에 암면 펠렛(UR암면, UR Co., Ltd., Korea)이 담긴 240구 육묘용 플러그트레이(60cm × 41cm × 5cm)에 파종하였다.
- 5g의 균일한 상추 묘를 이용하였다. 2011년 2월 9일에 총 162개체를 정식하였다. 인공광원은 WL #1(White LED, Hepas Co.
- , Korea)이 담긴 240구 육묘용 플러그트레이(60cm × 41cm × 5cm)에 파종하였다. 20℃의 항온발아실(DS-10L-2, Dasol Scientific, Korea)에서 3일간 발아시킨 후 생장상 형태의 밀폐형 식물생산시스템(C1200H3, FC Poibe Co., Ltd., Korea)의 형광등(Philips Co., Ltd., the Netherlands) 하에서 정식 전 2011년 2월 8일까지 재배하였다. 실험에 이용한 상추의 평균 초장은 10.
- 경상대학교 시설원예학실험실에 설치된 밀폐형 식물생산시스템에서 상추를 20cm × 20cm의 재식밀도로 3종류의 인공광원과, 3주기의 광조사 시간을 설정하여 18개체씩 난괴법으로 배치하였다.
- 밀폐형 식물생산시스템 내 광원의 종류와 광조사 시간에 따른 상추의 생육조건을 구명하기 위하여 ‘선홍적축면’ 상추(Lactuca sativa L. ‘Seonhong Jeokchukmyeon’, Asia Seed Co., Ltd., Korea)를 사용하였다.
- , the Netherlands) 하에서 정식 전 2011년 2월 8일까지 재배하였다. 실험에 이용한 상추의 평균 초장은 10.6cm, 평균 생체중은 6.5g의 균일한 묘를 선발하여 2011년 2월 9일 정식하였다. 밀폐형 식물생산 시스템은 온도, 광주기, CO2, 각 단별 광원제어 등을 위한 환경제어 시스템, 인공광원, 재순환 양액 시스템, 양액 탱크, 펌프, 냉·난방 시스템, CO2 공급기, 슬라이닥스로 구성되어 있다(Fig.
- 경상대학교 시설원예학실험실에 설치된 밀폐형 식물생산시스템에서 상추를 20cm × 20cm의 재식밀도로 3종류의 인공광원과, 3주기의 광조사 시간을 설정하여 18개체씩 난괴법으로 배치하였다. 실험에는 평균 초장이 10.6cm, 평균 생체중은 6.5g의 균일한 상추 묘를 이용하였다. 2011년 2월 9일에 총 162개체를 정식하였다.
- , the Netherlands) 을 대조구로 사용하였으며, 광조사 시간은 12/12, 18/6, 24/0(명기/암기)으로 처리하였다. 인공광원 길이는 1,200mm로 동일한 크기를 사용하였다.
- 인공광원의 에너지 소비측정은 상추를 정식하기 전 2011년 1월 24일에 측정하였다. 3종류 광원의 광도를 동일하게 100µmol·m-2·s-1로 조절한 후 측정기(Fluke 39, Fluke Co.
데이터처리
- 엽록소 형광은 휴대용 엽록소형광분석기(PAM-2100, Heinz Walz GmbH, Germany)를 사용하여 생장점에서 2번째 잎을 기준으로 동일한 위치에서 측정하였다. 측정하기 전에 암적응 클립으로 30분간 적응시킨 후 처리당 9개체를 측정하여 Fv/Fm 평균값을 구하였다(Genty et al.,1989).
- 통계는 처리당 18개체의 평균값으로 SAS(Statistical Analysis System, V. 9.1, Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 Duncan 다중검정으로 유의성을 검정하였으며, 그래프는 SigmaPlot(10.0, Systat software, Inc., Chicago, IL, USA)프로그램을 사용하여 작성하였다.
성능/효과
- 5), 적색발현도에 따른 총 안토시아닌 함량도 형광등 처리에서 유의적으로 높은 결과를 보였다. WL #2와 형광등 광원에서 광조사 시간을 24/0(명기/암기)으로 처리하였을 때 상추의 총 안토시아닌 함량이 가장 높았고, WL #1 광원은 18/6(명기/암기) 광조사 처리에서 가장 높았다. Nishimura et al.
- 결과적으로 밀폐형 식물생산시스템 내에서 형광등 광원을 이용하여 광조사 시간을 24/0(명기/암기)으로 처리했을 때 생육이 가장 우수하였다. 하지만 LED는 전력 효율성이 높고, 기존의 인공광원에 비해 장기간 사용이 가능하며, 광원 자체에서의 발열온도가 낮아 밀폐형 다단식 식물생산 시스템에서 근접조명이 가능하다는 장점이 있다.
- , 2009), 이 또한 형광등 광원이 청색광과 적색광을 포함한 다양한 파장대역을 포함하고 있어서 엽면적이 증가한 것으로 생각된다. 그리고 광원의 종류와 관계 없이 전체적으로 광조사 시간을 24/0(명기/암기)으로 처리하였을 때 상추의 엽면적이 많이 확보되어 생육이 양호한 것으로 보였다.
- 밀폐형 식물생산시스템에서 인공광원의 종류와 광조사 시간을 달리하여 정식 후 23일째 상추의 생육을 조사한 결과 초장, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중은 형광등 광원의 24/0(명기/암기) 처리구에서 가장 높았다(Table 2). 형광등 조건에서 잎의 길이 신장이 촉진되었다는 연구결과가 있었고(Lee et al.
- 엽록소 형광값인 Fv/Fm 값은 광조사 시간이 길어짐에 따라 감소하였고, 형광등 광원에서 광조사 시간을 12/12(명기/암기)로 처리하였을 때 0.77로 가장 높았다(Fig. 3). 또한 WL #1 광원의 24/0(명기/암기) 광조사 시간처리에서 0.
- 24μmol·m-2·s-1로 다른 광원에 비해 높았다. 인공광원의 전력은 형광등 광원의 848W에 비해 WL #2광원이 393W로 에너지 효율 면에서 2배 이상의 에너지 절감효과를 나타냈다(Table 1).
- 총 안토시아닌 함량은 LED 광원 처리에 비해 형광등의 24/0(명기/암기) 처리구에서 약 3배 정도 높았다(Fig. 4). 형광등 처리에서 생육한 상추의 적색발현은 다른 처리구에 비해 명확한 차이를 보였고(Fig.
- 4). 형광등 처리에서 생육한 상추의 적색발현은 다른 처리구에 비해 명확한 차이를 보였고(Fig. 5), 적색발현도에 따른 총 안토시아닌 함량도 형광등 처리에서 유의적으로 높은 결과를 보였다. WL #2와 형광등 광원에서 광조사 시간을 24/0(명기/암기)으로 처리하였을 때 상추의 총 안토시아닌 함량이 가장 높았고, WL #1 광원은 18/6(명기/암기) 광조사 처리에서 가장 높았다.
후속연구
- 하지만 LED는 전력 효율성이 높고, 기존의 인공광원에 비해 장기간 사용이 가능하며, 광원 자체에서의 발열온도가 낮아 밀폐형 다단식 식물생산 시스템에서 근접조명이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 미래형 인공 광원으로서의 LED 활용을 위해 향후 다양한 파장 대역을 포함한 혼합 LED의 사용을 위한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것이다.
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