심각한 기후변화로 인한 농업의 생산성 약화에 대비하기 위해 식물 성장을 촉진할 수 있는 방안에 대한 연구가 요구되고 있다. 식물성장을 촉진하는 방법으로 자기장을 이용하는 방법이 소개되고 있지만, 식물에 자기장을 인가하는 효과적인 방법에 대해서는 아직까지 자세히 연구된 문헌이 없다. 본 논문에서는 인가하는 정적 자기장의 세기, 자기장의 인가 방향, 자기장 노출 시간 변화에 따른 무순(radish sprouts)의 성장과 초기발아 효과에 대해 실험을 하고. 효과적인 자기장 노출 방법에 대해 조사하였다. 실험의 결과를 종합하면 자기장에 노출되지 않은 무순 보다 자기장에 노출된 무순의 초기발아가 약 3~4일정도 빠른 것으로 나타났고, 효율적인 무순의 성장을 위해서는 자기장의 세기를 적절히 선택해야 함을 알 수 있었고, 자기장의 인가 방향에 따라서는 큰 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다.
심각한 기후변화로 인한 농업의 생산성 약화에 대비하기 위해 식물 성장을 촉진할 수 있는 방안에 대한 연구가 요구되고 있다. 식물성장을 촉진하는 방법으로 자기장을 이용하는 방법이 소개되고 있지만, 식물에 자기장을 인가하는 효과적인 방법에 대해서는 아직까지 자세히 연구된 문헌이 없다. 본 논문에서는 인가하는 정적 자기장의 세기, 자기장의 인가 방향, 자기장 노출 시간 변화에 따른 무순(radish sprouts)의 성장과 초기발아 효과에 대해 실험을 하고. 효과적인 자기장 노출 방법에 대해 조사하였다. 실험의 결과를 종합하면 자기장에 노출되지 않은 무순 보다 자기장에 노출된 무순의 초기발아가 약 3~4일정도 빠른 것으로 나타났고, 효율적인 무순의 성장을 위해서는 자기장의 세기를 적절히 선택해야 함을 알 수 있었고, 자기장의 인가 방향에 따라서는 큰 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다.
In order to prepare for weakening of the productivity of agriculture due to serious climate change, the researches on promoting the growth of plant are required. Although the method of using magnetic field for improving the growth of plant was introduced, the effective method of imposing the field o...
In order to prepare for weakening of the productivity of agriculture due to serious climate change, the researches on promoting the growth of plant are required. Although the method of using magnetic field for improving the growth of plant was introduced, the effective method of imposing the field on the plant have yet to be studied thoroughly in the literatures. In this paper, we investigated the effects of static magnetic field on the growth and the early seed germination of radish sprouts according to the strength, direction of excitation and the expose time of the magnetic field, and present the effective method of imposing magnetic fields. From the measurements, it was found that the radish sprouts exposed in the field shows a rapid germination of about 3~4 days than those which had no field, and in order to the effective growth, the strength of the magnetic field should be properly selected, and the excitation direction of magnetic field has little effect on the radish sprouts growth.
In order to prepare for weakening of the productivity of agriculture due to serious climate change, the researches on promoting the growth of plant are required. Although the method of using magnetic field for improving the growth of plant was introduced, the effective method of imposing the field on the plant have yet to be studied thoroughly in the literatures. In this paper, we investigated the effects of static magnetic field on the growth and the early seed germination of radish sprouts according to the strength, direction of excitation and the expose time of the magnetic field, and present the effective method of imposing magnetic fields. From the measurements, it was found that the radish sprouts exposed in the field shows a rapid germination of about 3~4 days than those which had no field, and in order to the effective growth, the strength of the magnetic field should be properly selected, and the excitation direction of magnetic field has little effect on the radish sprouts growth.
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문제 정의
두 번째 실험은 자기장의 인가 방향과 무순의 성장사이의 영향을 알아보기 위해 실험을 진행하였다. 자기장의 노출 시간은 12시간으로 첫 번째 실험과 동일하게 하고, 자기장의 세기는 35mT로 설정하였다.
이러한 측면과 비교하여 본 논문에서는 비교적 단기간의 실험을 통해 성장을 확인할 수 있고, 우리나라 기후에 맞고, 가정에서도 쉽게 키울 수 있으며, 식용으로 많이 사용되는 무순(radish sprouts)을 선택하였다. 또한 정적(static) 자기장의 세기, 인가방향, 노출 시간 등의 변화에 따른 식물의 성장 변화 실험을 통해 식물 성장에 영향을 주는 파라미터를 추출하고자 하였다.
신뢰성 있는 데이터 수집을 위해 3 차례의 실험을 수행하였으며, 비슷한 결과를 얻었다. 본 논문에 기술한 실험 결과는 마지막으로 수행한 결과에 대해 기술하였다.
본 논문에서는 정적 자기장이 무순의 성장과 초기발아에 미치는 효과에 대해 조사하기 위해, 정적 자기장의 세기 및 자기장의 인가방향, 노출시간을 달리하면서 무순의 성장 및 초기발아를 관찰하였다. 이러한 실험의 결과를 종합하면 무순의 성장에 있어서 정적 자기장은 전반적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났고, 효율적인 무순의 성장을 위해서는 자기장의 세기를 적절히 선택해야 함을 알 수 있었다.
제안 방법
무순 성장 실험의 기준 데이터로 사용할 시료(‘대조군’으로 명명)와 자기장의 인가 조건을 달리하면서 측정할 6개의 시료(‘실험군’으로 명명)를 준비하여 실험을 하였다. 그리고 실내 배란다 부근에 배치하여 태양광 노출은 모든 실험군과 대조군이 동일한 조건이 되도록 하였고, 하루에 6시간 마다 동일한 양의 물을 공급했으며, 온도는 상온에서 일정하게 유지 한 상태에서 실험을 진행하였다.
그리고 전자석을 통한 자기장 형성시 미세한 열이 발생되므로 플라스틱접시와 전자석 사이에 단열재(스티로폼)을 삽입하여 온도가 무순의 발아조건에 미치는 영향을 제거 하였다. 또한 주변의 자기장의 영향을 최소화하기 위해 자기장을 발생하는 가전제품과는 격리를 시켜 실험을 진행하였다.
그리고 전자석을 통한 자기장 형성시 미세한 열이 발생되므로 플라스틱접시와 전자석 사이에 단열재(스티로폼)을 삽입하여 온도가 무순의 발아조건에 미치는 영향을 제거 하였다. 또한 주변의 자기장의 영향을 최소화하기 위해 자기장을 발생하는 가전제품과는 격리를 시켜 실험을 진행하였다. 실험은 7일 동안 진행하였다.
세 번째 실험은 동일한 조건하에 자기장의 세기는 약 35mT, 인가 방향은 0°로 설정했으나 노출 시간을 각각 12시간, 6시간 실험했다.
세 번째 실험은 자기장의 노출 시간의 변화에 따른 무순의 성장을 알아보기위해 앞의실험과는 다르게 6시간 동안만 자기장을 노출시켰다. 이것을 실험군 f 로 명명하였다.
시료는 그림 1(a)와 같이 한 변의 길이가 15cm인 정사각형의 플라스틱 접시에 젖은 종이를 깔고, 무순의 씨앗을 한 접시 당 70개씩 직경 10cm의 원 안에 고르게 분포하도록 배열하여 실험하였다. 무순 성장 실험의 기준 데이터로 사용할 시료(‘대조군’으로 명명)와 자기장의 인가 조건을 달리하면서 측정할 6개의 시료(‘실험군’으로 명명)를 준비하여 실험을 하였다.
또한 주변의 자기장의 영향을 최소화하기 위해 자기장을 발생하는 가전제품과는 격리를 시켜 실험을 진행하였다. 실험은 7일 동안 진행하였다.
그러나 대부분의 기존연구는 주로 외국에서 이루어졌고, 자기장의 세기만 가지고 실험을 진행하였다. 이러한 측면과 비교하여 본 논문에서는 비교적 단기간의 실험을 통해 성장을 확인할 수 있고, 우리나라 기후에 맞고, 가정에서도 쉽게 키울 수 있으며, 식용으로 많이 사용되는 무순(radish sprouts)을 선택하였다. 또한 정적(static) 자기장의 세기, 인가방향, 노출 시간 등의 변화에 따른 식물의 성장 변화 실험을 통해 식물 성장에 영향을 주는 파라미터를 추출하고자 하였다.
자기장에 의한 식물의 성장과 발아의 영향을 알아보기 위해 자기장의 세기 변화, 인가 방향, 노출 시간에 따라 크게 세 가지 실험을 진행했다. 신뢰성 있는 데이터 수집을 위해 3 차례의 실험을 수행하였으며, 비슷한 결과를 얻었다.
정적 자기장의 생성은 0∼88mT 변화를 줄 수 있는 직경 10cm의 전자석을 사용하였다.
첫 번째 실험은 자기장의 세기 변화에 대한 무순의 초기발아 및 성장에 대한 영향을 알아보기 위해 무순이 들어있는 전자석 위 1.5cm 위치에 접시를 두고 일정한 세기의 정적 자기장을 12시간 동안 연속적으로 인가하였다. 인가한 자기장은 각각 약 15mT, 25mT, 35mT 로서 각각을 실험군 a, 실험군 b, 실험군 c로 명명하였다.
전반적으로 전자석에 인가되는 인가전압에 따라 자기장의 세기는 비례하는 것으로 나타났으며 전자석으로부터 거리가 멀어짐에 따라서 자기장의 세기가 감소하는 것으로 나타났다. 한편 전자석 위 동일한 높이에서도 위치에 따라 자기장의 세기가 변하므로 향후 실험에서는 시료가 분포하는 위치에서의 평균적인 자기장의 세기를 계산하여 실험 데이터를 추출하였다.
대상 데이터
무순 성장 실험의 기준 데이터로 사용할 시료(‘대조군’으로 명명)와 자기장의 인가 조건을 달리하면서 측정할 6개의 시료(‘실험군’으로 명명)를 준비하여 실험을 하였다.
데이터처리
측정한 결과가 통계적으로 의미가 있는 값을 나타내는지를 알아보기 위해 SPSS를 이용하여 분석하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
성능/효과
표2에 제시된 데이터를 살펴보면 대조군A, 실험군 a, b, c 결과로부터 자기장에 의한 무순의 성장 속도 증가를 확인할 수 있으나 자기장의 세기에 선형적으로 비례하지는 않는다는 것을 알 수 있고, 실험군 c, d, e 결과를 비교해 보면 자기장의 인가 방향에 따라 무순의 성장 속도는근소한 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 또한 실험군c, f 결과를비교하면 자기장 인가 시간이 길수록 무순의 성장이 빠르다는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 정적 자기장이 무순의 성장과 초기발아에 미치는 효과에 대해 조사하기 위해, 정적 자기장의 세기 및 자기장의 인가방향, 노출시간을 달리하면서 무순의 성장 및 초기발아를 관찰하였다. 이러한 실험의 결과를 종합하면 무순의 성장에 있어서 정적 자기장은 전반적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났고, 효율적인 무순의 성장을 위해서는 자기장의 세기를 적절히 선택해야 함을 알 수 있었다. 자기장의 인가 방향에 따라서는 큰 영향을받지 않으며, 무순의 초기발아는 자기장을 노출 시키지 않은 무순의 초기 발아보다 약 3∼4일정도 빠른 것으로 나타났다.
자기장을 6시간 노출했을 때 보다 12시간 노출한 자기장의 무순이 성장과 발아 개수가 눈에 띄게 차이가 난 것을 볼 수 있었다. 그림 3~5에 제시된 결과를 정량적으로 분석하기 위해 무순 70개를 성장 길이가 작은 것부터 번호를 매겨 실험군별 무순의 성장 및 초기 발아에 대한 실험 결과를 수치적으로 그림 6에 박스플롯(box plot) 그래프로 나타내었다.
자기장의 인가 방향에 따라서는 큰 영향을받지 않으며, 무순의 초기발아는 자기장을 노출 시키지 않은 무순의 초기 발아보다 약 3∼4일정도 빠른 것으로 나타났다.
전반적으로 전자석에 인가되는 인가전압에 따라 자기장의 세기는 비례하는 것으로 나타났으며 전자석으로부터 거리가 멀어짐에 따라서 자기장의 세기가 감소하는 것으로 나타났다. 한편 전자석 위 동일한 높이에서도 위치에 따라 자기장의 세기가 변하므로 향후 실험에서는 시료가 분포하는 위치에서의 평균적인 자기장의 세기를 계산하여 실험 데이터를 추출하였다.
표2에 제시된 데이터를 살펴보면 대조군A, 실험군 a, b, c 결과로부터 자기장에 의한 무순의 성장 속도 증가를 확인할 수 있으나 자기장의 세기에 선형적으로 비례하지는 않는다는 것을 알 수 있고, 실험군 c, d, e 결과를 비교해 보면 자기장의 인가 방향에 따라 무순의 성장 속도는근소한 차이를 보이는 것을 알 수 있다.
후속연구
식물마다 요구하는 자기장의 세기가 다르겠지만 이러한 실험의 결과는 무순 외의 다양한 식물에도 적용이 가능할 것으로 사료되다. 기초적인 실험을 통해 적절한 자기장의 세기를 먼저측정한 후, 일정 넓이의 공간에 균일한 정적 자기장을 생성하게 하는 시스템을 구축하게 되면 속성으로 식물을 재배할 수 있는 친환경적인 시스템을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.
식물마다 요구하는 자기장의 세기가 다르겠지만 이러한 실험의 결과는 무순 외의 다양한 식물에도 적용이 가능할 것으로 사료되다. 기초적인 실험을 통해 적절한 자기장의 세기를 먼저측정한 후, 일정 넓이의 공간에 균일한 정적 자기장을 생성하게 하는 시스템을 구축하게 되면 속성으로 식물을 재배할 수 있는 친환경적인 시스템을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정적 자기장이 무순의 성장과 초기발아에 미치는 효과를 관찰한 결과는 무엇인가?
본 논문에서는 정적 자기장이 무순의 성장과 초기발아에 미치는 효과에 대해 조사하기 위해, 정적 자기장의 세기 및 자기장의 인가방향, 노출시간을 달리하면서 무순의 성장 및 초기발아를 관찰하였다. 이러한 실험의 결과를 종합하면 무순의 성장에 있어서 정적 자기장은 전반적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났고, 효율적인 무순의 성장을 위해서는 자기장의 세기를 적절히 선택해야 함을 알 수 있었다. 자기장의 인가 방향에 따라서는 큰 영향을받지 않으며, 무순의 초기발아는 자기장을 노출 시키지 않은 무순의 초기 발아보다 약 3∼4일정도 빠른 것으로 나타났다.
자기장이 식물체에 영향을 주는 원리는 무엇인가?
자기장이 식물체에 영향을 주는 원리는 생물체 내의 이온반응에 영향을 미치는 것으로, 생물체의 가장 기본적인 단위인 원자핵이 자기를 띄고 있어 자기장에 의해 생물체가 반응하도록 하여 식물의 성장률 등에 변화를 주는 것이다[1]. Beaugnon, Tournier의 연구에 의하면 각 식물 세포내에 있는 반자성체 물질의 성분이 다르고 세포의 종류와 밀도 또한 다르기 때문에 각 식물에 대한 자기장의 영향은 다르게 나타난다고 언급하고 있다[10].
식물의 성장에 영향을 미치는 자기장에 대한 연구가 향후에도 많은 연구가 필요한 분야인 이유는 무엇인가?
이처럼 식물의 성장에 영향을 미치는 자기장에 대한 연구는 친환경적인 방법으로 짧은 기간에 많은 수확을 올릴 수 있는 방법이 될 수 있으므로 바이오산업 및 도시농업의 활성화에 기여할수 있고, 특히 심각한기후 변화로 인해 농업의 생산성 약화에 대비하기 위해 식물 성장을 촉진할 수 있는 방안에 대한 연구가 요구되고 있기 때문에 향후에도 많은 연구가 필요한 분야이다.
N. Hirota, J. Nakagawa, K. Kitazawa, "Effects of a magnetic field on the germination of plants," Journal of Applied Physics, vol.85, no 8, pp.5717-5719, 1999.
A. Aladjadjiyan, Study on the effect of some physical factors on the biological habits of vegetable and other crops, DSc Thesis, Plovdiv, 2002.
L. Chao, D. R.Walker, "Effect of a magnetic field on the germination of apple, apricot, and peach seeds,"ort. Sci., vol.2, pp.152-153, 1967.
G. HGubbels, "Seedling growth and yield response of flax, buckwheat, sunflower and field pea after preceding magnetic treatment," Can. J. Plant Sci., vol.62, pp.61-64, 1982.
P. S. Phirke, S. P. Umbarkar, "Influence of magnetic treatment of oilseed on yield and dry matter," PKV Research Journal, vol.22, no.1, pp.130-132, 1998.
Josep Penuelas, Joan Llusia, Benjamın,M artınez, and Josep Fontcuberta, "Diamagnetic Susceptibility and Root Growth Responses to Magnetic Fields in Lens culinaris, Glycine soja, and Triticum aestivum", Electromagnetic Biology and Medicine, Vol. 23, No.2, pp.97-112, 2004.
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