완전제어형 식물 생산 시스템에서 선형 지수 함수를 이용한 Common Ice Plant의 생육 모델 Growth Model of Common Ice Plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) Using Expolinear Functions in a Closed-type Plant Production System원문보기
본 연구는 완전제어형 식물공장에서 선형 지수 함수를 이용하여 common ice plant의 생육과 수량 모델을 개발하고자 수행되었다. 식물공장 유형은 완전제어형 식물공장형태로 인공광원은 삼파장 형광등을 사용하였으며, 광주기는 12시간 일장주기였다. 광도는 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 조절하였다. 수경재배시스템은 3단으로 구성된 박막수경(NFT)시스템이었다. 식물공장내 온도, 상대습도와 이산화탄소 농도는 ON/OFF 제어하였다. 선형 지수 함수를 사용한 common ice plant의 정식 후 일수, 적산온도 및 적산일사량에 따른 엽면적, 단위 면적당 지상부 생체중과 건물중 및 광사용효율은 선형 지수적인 형태들을 보였다. 개체당 지상부 생체중과 개체당 지상부 건물중간의 관계는 직선적인 관계를 보였으며, 정식 후 30일째 common ice plant의 광사용효율(light use efficiency)은 $3.3g{\cdot}MJ^{-1}$이었다. 결론적으로, 선형 지수 함수는 완전제어형 식물공장에서 common ice plant의 생육과 수량을 정량적으로 예측하는데 유용한 함수로 사용될 수 있었다.
본 연구는 완전제어형 식물공장에서 선형 지수 함수를 이용하여 common ice plant의 생육과 수량 모델을 개발하고자 수행되었다. 식물공장 유형은 완전제어형 식물공장형태로 인공광원은 삼파장 형광등을 사용하였으며, 광주기는 12시간 일장주기였다. 광도는 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 조절하였다. 수경재배시스템은 3단으로 구성된 박막수경(NFT)시스템이었다. 식물공장내 온도, 상대습도와 이산화탄소 농도는 ON/OFF 제어하였다. 선형 지수 함수를 사용한 common ice plant의 정식 후 일수, 적산온도 및 적산일사량에 따른 엽면적, 단위 면적당 지상부 생체중과 건물중 및 광사용효율은 선형 지수적인 형태들을 보였다. 개체당 지상부 생체중과 개체당 지상부 건물중간의 관계는 직선적인 관계를 보였으며, 정식 후 30일째 common ice plant의 광사용효율(light use efficiency)은 $3.3g{\cdot}MJ^{-1}$이었다. 결론적으로, 선형 지수 함수는 완전제어형 식물공장에서 common ice plant의 생육과 수량을 정량적으로 예측하는데 유용한 함수로 사용될 수 있었다.
The objective of this study was to make growth and yield models for common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) using expolinear functional equations in a closed-type plant production system. Three-band radiation type fluorescent lamps with a 12-hours photoperiod were used, and the light int...
The objective of this study was to make growth and yield models for common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) using expolinear functional equations in a closed-type plant production system. Three-band radiation type fluorescent lamps with a 12-hours photoperiod were used, and the light intensity was $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. Nutrient film systems with three layers were used for plant growth. Environmental conditions, such as air temperature, relative humidity and $CO_2$ concentration were controlled by an ON/OFF operation. Leaf area, shoot fresh and dry weights, light use efficiency of common ice plant as function of days after transplanting, accumulative temperature and accumulative radiation were analyzed. Leaf area, shoot fresh and dry weights per area were described using an expolinear equation. A linear relationship between shoot dry and fresh weights was observed. Light use efficiency of common ice plant was $3.3g{\cdot}MJ^{-1}$ at 30 days after transplanting. It is concluded that the expolinear growth model can be a useful tool for quantifying the growth and yield of common ice plant in a closed plant production system.
The objective of this study was to make growth and yield models for common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) using expolinear functional equations in a closed-type plant production system. Three-band radiation type fluorescent lamps with a 12-hours photoperiod were used, and the light intensity was $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. Nutrient film systems with three layers were used for plant growth. Environmental conditions, such as air temperature, relative humidity and $CO_2$ concentration were controlled by an ON/OFF operation. Leaf area, shoot fresh and dry weights, light use efficiency of common ice plant as function of days after transplanting, accumulative temperature and accumulative radiation were analyzed. Leaf area, shoot fresh and dry weights per area were described using an expolinear equation. A linear relationship between shoot dry and fresh weights was observed. Light use efficiency of common ice plant was $3.3g{\cdot}MJ^{-1}$ at 30 days after transplanting. It is concluded that the expolinear growth model can be a useful tool for quantifying the growth and yield of common ice plant in a closed plant production system.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 완전제어형 식물공장에서 선형 지수함수를 이용하여 common ice plant의 생육을 예측해 보고자 수행되었다.
제안 방법
5m에 설치하였으며, 식물공장 3곳에서 측정한 평균값을 이용하여 설정값에 맞게 제어하였다. 광도, 온도, 상대습도, 이산화탄소 농도 자료는 데이터수집장치(CR-1000, Campbell Scientific, Logan UT, USA)를 이용하여 매 10분마다 평균하여 1시간마다 매일 수집하였다.
광도는 광 센서(LI-190, Li-cor, Lincoln, Nebraska, USA)를 이용하여 측정하였으며, 온도와 상대습도 센서(HMP45AC, Campbell Scientific, Logan UT, USA)와 이산화탄소 센서(GMP222, Vaisala, Helsinki, Finland)를 이용하여 온도, 상대습도 및 이산화탄소 농도를 측정하였다. 식물공장 내 온도, 상대습도와 이산화탄소 농도는 제어기(SDM-CD16AC, Campbell Scientific, Logan UT, USA)를 이용하여 ON/OFF 제어하였다.
광도는 형광등을 베드 바닥면으로 부터 40cm 위에 설치하여 200μmol･m-2･s-1로 조절하였다.
USA)을 이용하여 모델의 계수값을 추정하였다. 광사용효율(Light use efficiency)은 단위면적당 지상부 건물중을 적산일사량으로 나누어 계산하였다.
0dS･m-1로 설정하였다. 배양액의 pH와 EC는 매 1-2일 간격으로 측정하여 보정하였다. 배양액 공급주기는 10분마다 공급하였으며, 배양액은 실험이 끝날 때까지 교환하지 않았다.
Common ice plant의 본엽이 2매 나온 6월 12일 재식거리 15 × 15cm(44plants/m2)로 하여 베드에 정식하였다. 생육변화를 알아보기 위해 6월 22일(정식 후 10일), 6월 27일(정식 후 15일), 7월 2일(정식 후 20일)과 7월 12일(정식 후 30일) 생육을 조사하였다.
, Korea)을 이용하였다. 센서위치는 바닥면으로부터 1.5m에 설치하였으며, 식물공장 3곳에서 측정한 평균값을 이용하여 설정값에 맞게 제어하였다. 광도, 온도, 상대습도, 이산화탄소 농도 자료는 데이터수집장치(CR-1000, Campbell Scientific, Logan UT, USA)를 이용하여 매 10분마다 평균하여 1시간마다 매일 수집하였다.
수경재배시스템은 3층으로 구성된 박막수경(NFT)시스템(240 × 60 × 200cm, L × W × H)으로 배양액의 비료염은 Ca(NO3)2･4H2O 354g, KNO3 404g, NH4H2PO4 77g, MgSO4･7H2O 246g으로 조성하였다.
광도는 광 센서(LI-190, Li-cor, Lincoln, Nebraska, USA)를 이용하여 측정하였으며, 온도와 상대습도 센서(HMP45AC, Campbell Scientific, Logan UT, USA)와 이산화탄소 센서(GMP222, Vaisala, Helsinki, Finland)를 이용하여 온도, 상대습도 및 이산화탄소 농도를 측정하였다. 식물공장 내 온도, 상대습도와 이산화탄소 농도는 제어기(SDM-CD16AC, Campbell Scientific, Logan UT, USA)를 이용하여 ON/OFF 제어하였다. 온도는 에어컨(HP-N239L, Samsung Electronics Co.
온도는 에어컨(HP-N239L, Samsung Electronics Co., Ltd., Korea)과 히터기(HV-7800, Hanvit System Co., Ltd., Korea)를 이용하여 21.6-26.6°C(평균 23.0°C)로 관리하였으며, 상대습도는 가습기(NH-5, Hwajeun Eng., Korea)와 제습기(SG-M220S-4, Shinan Green-Tech Co., Ltd., Korea)를 이용하여 59.7-80.0%(평균 68.4%)로 관리하였다(Fig. 1A).
대상 데이터
1B). 공기 유동은 공기순환팬(SGA-120, Shinan Green-Tech Co., Ltd., Korea)을 이용하였다. 센서위치는 바닥면으로부터 1.
본 실험에 사용된 공시작물로는 common ice plant를 사용하였으며, 우레탄 스폰지(2.5 × 2.5 × 2.5cm)에 5월 25일 파종하였다.
실험은 제주대학교에서 2012년 5월 25일부터 7월 12일까지 수행되었다. 본 실험에 사용된 공시작물로는 common ice plant를 사용하였으며, 우레탄 스폰지(2.
식물공장 유형은 완전제어형 식물공장(770 × 500 × 300cm, L × W × H) 형태였다. 인공광원은 삼파장 형광등(55W, Philips Co., Ltd., The Netherlands)을 사용하였으며, 광주기는 12시간 일장주기였다. 광도는 형광등을 베드 바닥면으로 부터 40cm 위에 설치하여 200μmol･m-2･s-1로 조절하였다.
데이터처리
실험구 배치는 완전임의배치법을 사용하였으며, SAS 프로그램을 이용하여 생육 모델식의 계수값을 유추하였다. 모델 함수의 계수값 유추는 SAS 프로그램 중 Gauss-Newton 방법을 이용하였다.
는 잎이 포개지는 시점(lost time, d)이다. 생육량을 측정하여 SAS 프로그램(Release 9.01, SAS institute Inc., Cary, NC. USA)을 이용하여 모델의 계수값을 추정하였다. 광사용효율(Light use efficiency)은 단위면적당 지상부 건물중을 적산일사량으로 나누어 계산하였다.
실험구 배치는 완전임의배치법을 사용하였으며, SAS 프로그램을 이용하여 생육 모델식의 계수값을 유추하였다. 모델 함수의 계수값 유추는 SAS 프로그램 중 Gauss-Newton 방법을 이용하였다.
이론/모형
생육량 변화는 Goudriaan and Monteith(1990)가 제안한 선형 지수 함수식을 사용하였다(식 (1)).
성능/효과
개체당 지상부 생체중과 개체당 지상부 건물중간의 관계는 직선적인 관계를 보였다(Fig. 5). Common ice plant의 지상부 건물중 비율이 2% 정도로 지상부 생체중의 대부분은 수분이 차지하고 있었다.
992***). 건물중은 작물의 생산성과 환경과의 관계를 표현하는데 있어 중요한 요인(Both et al., 1997)이지만, common ice plant의 지상부 건물중 비율이 낮기 때문에 경제적인 측면에서 환경관리보다는 수분관리가 더 중요시된다는 것을 알았다.
결론적으로, 선형 지수 함수는 common ice plant의 생육과 수량을 예측하는데 유용한 함수였으며, 이러한 함수식을 가지고 정식 후 일수와 적산온도 및 적산일사량으로 common ice plant의 생육과 수량을 예측할 수 있었다.
따라서, common ice plant는 다육식물임을 알 수 있었다. 본 연구에서는 개체당 지상부 생체중과 개체당 지상부 건물중을 선형 함수식으로 예측할 수 있었다(Y = 0.024･X, R2 = 0.992***). 건물중은 작물의 생산성과 환경과의 관계를 표현하는데 있어 중요한 요인(Both et al.
이상의 결과로, 완전제어형 식물공장에서 common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 18-21일, 426-484°C 또는 34-39MJ･m-2이었다.
정식 후 30일째 common ice plant의 광사용효율(light use efficiency)은 3.3g･MJ-1이었다(Fig. 6). 상추 2.
지상부 생체중으로 계산한 common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 21일, 484°C 또는 39MJ･m-2이었다. 정식 후 일수에 따른 단위면적당 지상부 건물중의 변화 곡선은 선형 지수적인 형태를 보였으며(Fig. 4A), 적산온도와 적산일사량에 따른 단위면적당 지상부 건물중도 같은 형태를 보였다(Figs. 4B and 4C). 지상부 건물중으로 계산한 common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 20일, 470°C 또는 38MJ･m-2이었다.
6이었다. 정식 후 일수에 따른 단위면적당 지상부 생체중의 변화 곡선은 선형 지수적인 형태를 보였으며(Fig. 3A), 적산온도와 적산일사량에 따른 단위면적당 지상부 생체중도 같은 형태를 보였다(Figs. 3B and 3C). 지상부 생체중으로 계산한 common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 21일, 484°C 또는 39MJ･m-2이었다.
정식 후 일수에 따른 엽면적의 변화 곡선은 선형 지수적인 형태를 보였으며(Fig. 2A), 적산온도와 적산일사량에 따른 엽면적도 같은 형태를 보였다(Figs. 2B and 2C). Common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 18일, 426°C 또는 34MJ･m-2이었다.
후속연구
본 연구는 완전제어형 식물공장에서 재배 관리 체계와 계획적인 연중 생산 체계를 구축하는데 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이다. 대부분의 식물을 재배할 경우, 환경요인(광, 온도, 이산화탄소 농도 등)에 따라 식물의 생육 차이가 발생한다.
따라서, 식물의 최적 환경요인을 맞추어 재배하는 것이 가장 이상적인 환경관리와 최대 수량을 확보할 수 있지만, 모든 최적의 환경 조건을 설정하는 데에는 시간과 경비가 많이 소요된다. 생육과 수량 예측 모델을 더 정확하고 정밀하게 만들기 위해서는 개별적인 적정 환경 요인에 대한 연구와 복합환경요인에 대한 연구가 필요하리라 생각한다.
이상의 결과로, 완전제어형 식물공장에서 common ice plant의 잎이 포개지는 시점은 18-21일, 426-484°C 또는 34-39MJ･m-2이었다. 이러한 자료는 재식거리를 넓히는 시점을 유추하는 자료로 활용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물공장의 장점은?
식물공장은 최적의 조건으로 식물을 재배할 수 있기 때문에, 연중 계획적인 생산이 가능하다. 식물공장에는 인공광만으로 식물을 재배하는 완전제어형 식물공장과 광이 부족한 경우 인공광을 보광하는 인공광 병용형 식물공장으로 구분된다.
Common ice plant란?
Common ice plant(Mesembryanthemum crystallinum L.)는 번행초과(Aizoaceae)의 식물로 초장이 10-50cm 정도로 자라는 포복성 식물이다. 이 식물은 다육식물로 아프리카, 서아시아와 유럽 등이 원산지이다.
Common ice plant의 원산지는?
)는 번행초과(Aizoaceae)의 식물로 초장이 10-50cm 정도로 자라는 포복성 식물이다. 이 식물은 다육식물로 아프리카, 서아시아와 유럽 등이 원산지이다. 종자는 광발아종자로 발아소요일수는 30-90일 정도가 된다.
참고문헌 (14)
Agarie, S., A. kawaguchi, A. Kodera, H. Sunagawa, H. Kojima, A. Nose, and T. nakahara. 2009. Potential of the common ice plant, Mesembryanthemum crystallinum as a new highfunctional food as evaluated by polyol accumulation. Plant Prod. Sci. 12:37-46.
Beccafichi, C., P. Benincasa, M. Guiducci, and F. Tei. 2003. Effect of crop density on growth and light interception in greenhouse lettuce. Acta Hortic. 614:507-513.
Bloom, A.J. and J.H. Troughton. 1979. High productivity and photosynthetic flexibility in a CAM plant. Oecologia 38:35-43.
Both, A.J., L.D. Albright, R.W. Langhans, R.A. Reiser, and B.G. Vinzant. 1997. Hydroponic lettuce production influenced by integrated supplemental light levels in a controlled environmental facility: Experimental results. Acta Hortic. 418:45-51.
Dennett, M.D. and K.H.M. Ishag. 1998. Use of the expolinear growth model to analyze the growth of faba bean, peas and lentils at three densities: Predictive use of the model. Ann. Bot. 82:507-512.
Goudriaan, J. and H.H. Van Laar. 1994. Modelling potential crop growth processes: Textbook with exercises. Current issues in production ecology 2. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.
Goudriaan, J. and J.L. Monteith, 1990. A mathematical function for crop growth based on light interception and leaf area expansion. Ann. Bot. 66:695-701.
Ishag, K.H.M. and M.D. Dennett. 1998. Use of the expolinear growth model to analyze the growth of faba bean, peas and lentils at three densities: Fitting the model. Ann. Bot. 82:497-505.
Kim, J.H., M.S. Sung, I.S. So, and H.N. Hyun. 2007. Study on the distribution and utilization of basalt underground air in Jeju volcanic island. Kor. J. Hort. Sci. Technol. 25(Suppl. II):113. (Abstr.)
Lee, J.H., J. Goudriaan, and H. Challa. 2003. Using the expolinear growth equation for modeling crop growth in year-round cut chrysanthemum. Ann. Bot. 92:697-708.
SAS Institute. 1985. SAS user's guide: Statistics. 5th ed. SAS Inst., Cary, NC, USA.
Sestak, Z., J. Catsky, and P.G. Jarvis. 1971. Plant photosynthetic production: Manual of methods. The Hague, Junk.
Tei, F., A. Scaife, and D.P. Aikman. 1996a. Growth of lettuce, onion and red beet. 1. Growth analysis, light interception, and radiation use efficiency. Ann. Bot. 78:633-643.
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