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문제 정의
- 따라서, 식물공장에서 적축면 상추를 재배하면서 배양액 농도와 광도가 생장과 품질, 그리고 생산 효율성에 미치는 영향을 구명하기 위해 본 연구를 수행하였다.
- 박막수경 재배시스템을 갖춘 식물공장에서 적축면 상추의 생육, 엽수, 엽록소함량 및 생산 효율성에 관한 배양액 농도와 광도의 효과를 알아보기 위해 본 연구를 수행하였다. 배양액 농도 수준은 0.
제안 방법
- 배양액 농도 처리는 0.5, 1.0, 1.5dS · m−1으로 조성한 후 EC를 조절하였으며, 광도 120, 150, 180μmol · m−2 · s−1으로 설정하였다.
- 배양액 농도 처리는 1.5, 2.0, 3.0dS · m−1으로 조성한 후 EC를 조절하였으며, 광도 180μmol · m−2 · s−1으로 설정하였다.
- 배양액 농도 처리는 1.5, 3.0, 6.0dS · m−1으로 조성한 후 EC를 조절하였으며, 광도 120, 150, 180μmol · m−2 · s−1으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 식물공장에서 적축면 상추를 위한 적정 광도와 배양액 수준은 각각 180μmol · m−2 · s−1과 2.0dS · m−1를 제시한다.
- 생산효율은 전체 생육기간 동안의 생체중을 측정한 다음 이 기간까지 소비되는 전력량으로 나누어 계산하였다(g · FW/kw).
- 재배환경은 에어컨을 이용하여 온도 20~25℃로 관리하였으며, 이산화탄소농도와 상대습도는 제어하지 않았다. 생체중 측정은 전자저울을 이용하여 측정한 다음, 건조기(drying oven, 비전과학, 한국)를 이용하여 70℃에서 72시간 건조한 후 건물중을 측정하였다. 생산효율은 전체 생육기간 동안의 생체중을 측정한 다음 이 기간까지 소비되는 전력량으로 나누어 계산하였다(g · FW/kw).
- 실험 1, 2와 3에 사용한 적축면 상추는 폴리우레탄 스폰지에 파종한 후 엽수가 3매일 때 정식하였다. 재배베드는 2단으로 240cm(L) × 90cm(W) × 200cm(H) 크기였다.
- 생산효율은 전체 생육기간 동안의 생체중을 측정한 다음 이 기간까지 소비되는 전력량으로 나누어 계산하였다(g · FW/kw). 엽록소측정기(SPAD-502, Minolta, Osaka, Japan)를 사용하여 한 잎에 10군데를 측정한 후 평균값으로 하여 엽록소함량을 판단하였다. 상추의 안토시아닌 색소발현의 간이 측정을 색도색차계(Chromameter, CR400, Minolta, Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter’s a값으로 나타내었다.
- 광도 120μmol · m−2 · s−1 처리구는 32W 형광등 14개(전체 전력량 시간당 448W), 광도 150μmol · m−2 · s−1 처리구는 32W와 55W 형광등 각각 8개와 6개(전체 전력량 시간당 586W), 광도 180μmol · m−2 · s−1 처리구는 55W 형광등 14개(전체 전력량 시간당 770W)가 소요되었다. 일장조절에서 16시간 명기, 8시간 암기로 설정하였다. 실험은 크게 3부분으로 이루어졌으며, 처리기간, 처리내용 및 측정항목은 다음과 같다.
- 재배베드는 2단으로 240cm(L) × 90cm(W) × 200cm(H) 크기였다. 재배시스템은 박막수경시스템이었으며, 배양액의 pH는 5.5~6.5로 관리하였으며, 배양액 공급은 10분 간격으로 공급하였다. 실험이 끝날 때까지 배양액은 교체하지 않았다.
- 0dS · m−1으로 조성한 후 EC를 조절하였으며, 광도 180μmol · m−2 · s−1으로 설정하였다. 정식 후 14일째에 생체중, 엽수, 팁번 발생율 및 생산 효율성을 측정하였다.
- 0dS · m−1으로 조성한 후 EC를 조절하였으며, 광도 120, 150, 180μmol · m−2 · s−1으로 설정하였다. 정식 후 14일째에 생체중과 생산 효율성을 측정하였다.
- 정식 후 18일째에 생체중과 정식 후 16일째에 적색 정도(Hunter’s a값)를 측정하였다.
대상 데이터
- 공시작물은 적축면 상추(Lactuca sativa L.) ‘뚝섬’(농우바이오)을 사용하였으며, 시험은 2010년 8월 20부터 2011년 5월 12일까지 수행하였다.
- ) ‘뚝섬’(농우바이오)을 사용하였으며, 시험은 2010년 8월 20부터 2011년 5월 12일까지 수행하였다. 배양액은 일본원예시험장액으로 하였다. 인공광원으로는 삼파장 형광등(32W와 55W, Philips Co.
- 배양액은 일본원예시험장액으로 하였다. 인공광원으로는 삼파장 형광등(32W와 55W, Philips Co. Ltd., the Netherlands)을 사용하였다. 광원인 형광등은 베드 바닥면을 기준으로 50cm 위에 설치하였다.
- 제주대학교에 설치한 완전제어형 식물공장(550 wide cm × 340 length cm × 270 height cm)에서 본 연구를 수행하였다.
데이터처리
- 상추의 안토시아닌 색소발현의 간이 측정을 색도색차계(Chromameter, CR400, Minolta, Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter’s a값으로 나타내었다. 실험구 배치는 완전임의배치법으로 배치하였으며, 통계처리는 SAS 프로그램을 이용하여 Duncan 다중 검정하였다.
성능/효과
- 1.5, 2.0과 3.0dS · m−1 배양액 농도 수준의 전기소모량은 각각 72kw/plant(평균 생체중 16g), 94kw/plant(평균 생체중 24g)와 123kw/plant(평균 생체중 19g) 였다.
- 광도 120μmol · m−2 · s−1 처리구는 32W 형광등 14개(전체 전력량 시간당 448W), 광도 150μmol · m−2 · s−1 처리구는 32W와 55W 형광등 각각 8개와 6개(전체 전력량 시간당 586W), 광도 180μmol · m−2 · s−1 처리구는 55W 형광등 14개(전체 전력량 시간당 770W)가 소요되었다.
- 또한 상추 생육에 대한 생산 효율성은 각각 0.18, 0.23과 0.14g · FW/kw로 2.0dS · m−1 배양액 농도 수준이 좋았다.
- 또한, 생산 효율성 면에서 180μmol · m−2 · s−1 광도 수준에서 2.0dS · m−1 배양액 농도 수준이 가장 좋았다(Fig. 7).
- 배양액 농도 0.5~1.5dS · m−1 수준에서 생육한 적축면 상추의 생체중과 건물중은 배양액 농도와 광도가 낮아짐에 따라 감소하였으나, 적색 정도는 광도와 농도별 차이가 없었다(실험 1).
- 상추의 생체중과 생산 효율적인 면을 볼 때, 150μmol · m−2 · s−1와 180μmol · m−2 · s−1 광도 수준 처리에서 3.0dS · m−1 배양액 농도 수준 처리가 가장 높은 생산 효율성을 보였다(Fig. 4).
- 생체중과 건물중(Fig. 1) 및 엽록소 함량(Fig. 8)은 0.5dS · m−1 처리에서 가장 낮았으며, 이 배양액 농도 수준으로 식물공장에서 재배하기에는 바람직하지 않다라는 결론을 얻었다.
- 세부적인 실험 결과, 생체중, 건물중, 엽수 및 생산 효율성 등은 배양액 농도 2.0dS · m−1와 180μmol · m−2 · s−1 처리구에서 가장 높았다(실험 3).
- 이러한 결과로, 낮은 광도 수준에서는 배양액 농도 수준을 높게 설정하는 것이 좋으며, 180μmol · m−2 · s−1 광도 수준에서는 배양액 농도를 3.0dS · m−1 농도 이하로 처리하는 것이 상추 생육에 유리할 것이다.
- 배양액 농도가 짙어질수록 SPAD 수치도 점진적으로 증가하였다. 이상의 결과에서 우리는 완전제어형 식물공장에서 적축면 상추의 생산성 뿐만 아니라 생산 효율성을 고려해 볼 때, 적정 배양액 농도와 광도 수준은 각각 2.0dS · m−1와 180μmol · m−2 · s−1였다.
- Choi와 Lee(2001)는 배양액 농도가 증가할수록 잎 상추와 반결구 상추의 엽록소 함량은 증가한다고 보고하고 있다. 이처럼, 엽록소 함량은 광원, 광도 및 배양액 농도와 밀접한 관련이 있으나, 본 연구에서는 엽록소 함량은 광도보다는 배양액 농도와 밀접한 관련이 있다라는 결론을 얻었다.
- 적정 배양액 농도 범위를 찾기 위해(실험 3), 2.0dS · m−1 배양액 농도 수준이 가장 높은 생체중, 건물중, 엽수 및 잎끝마름증(tipburn)을 보였다(Fig. 5와 6).
후속연구
- 0dS · m−1를 제시한다. 다만, 식물공장에서 상추를 재배할 경우, 생육과 품질 등을 고려하여 하나의 환경 요인이 아닌 여러 가지 환경 요인들에 관한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 5dS · m−1 배양액 농도 수준에서 더 많이 발생하였다(자료미제시). 따라서, 본 연구의 잎끝마름증 원인은 빠른 생장율에 의해 발생하지만, 지상부의 환경(광도, 이산화탄소와 상대습도)과 지하부의 환경(배양액 농도)를 고려한다면 잎끝마름증 발생을 줄일 수 있을 것이다.
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