본 연구는 저온기 시설 딸기재배에서 연소식 탄산가스 발생기를 이용한 재배효과를 구명하기 위하여 수행하였다. 시설내부 일중 탄산가스 농도는 6시에서 11시 사이에 대조구가 $210{\sim}600{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ 이었고, 탄산가스 시용구는 $800{\sim}1,100{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ 이었다. 그 외 시각에서는 대조구와 유사한 분포를 나타내었다. 온실내 온도는 연소방식 탄산가스 시용구는 오전 6시 ~ 10시 대조구에 비해서 $1{\sim}3^{\circ}C$ 높았다. 11시 이후에는 대조구와 차이가 없었다. 초장, 엽장, 엽폭, 관부직경, 생체중, 건물중 등 생육은 처리 간 차이가 없었다. 상품수량은 대조구 3,612kg에 비해서 탄산가스 공급하는 것이 4,131kg으로 519kg 더 무거웠으며 탄산가스 발생기에서 총수량이 대조구에 비해서 17%가 증수 되었다.
본 연구는 저온기 시설 딸기재배에서 연소식 탄산가스 발생기를 이용한 재배효과를 구명하기 위하여 수행하였다. 시설내부 일중 탄산가스 농도는 6시에서 11시 사이에 대조구가 $210{\sim}600{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ 이었고, 탄산가스 시용구는 $800{\sim}1,100{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ 이었다. 그 외 시각에서는 대조구와 유사한 분포를 나타내었다. 온실내 온도는 연소방식 탄산가스 시용구는 오전 6시 ~ 10시 대조구에 비해서 $1{\sim}3^{\circ}C$ 높았다. 11시 이후에는 대조구와 차이가 없었다. 초장, 엽장, 엽폭, 관부직경, 생체중, 건물중 등 생육은 처리 간 차이가 없었다. 상품수량은 대조구 3,612kg에 비해서 탄산가스 공급하는 것이 4,131kg으로 519kg 더 무거웠으며 탄산가스 발생기에서 총수량이 대조구에 비해서 17%가 증수 되었다.
This study were carried out to evaluate the efficiency of using burn-type $CO_2$ generators in greenhouse for cultivation 'Seolhyang' strawberry ($Fragaria{\times}ananassa\;Duch.$) during winter season. The concentration of $CO_2$ was 200 to $600{\mu}mol{\cdot}m...
This study were carried out to evaluate the efficiency of using burn-type $CO_2$ generators in greenhouse for cultivation 'Seolhyang' strawberry ($Fragaria{\times}ananassa\;Duch.$) during winter season. The concentration of $CO_2$ was 200 to $600{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ in the control, and 800 to $1,100{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ in using burn-type $CO_2$ generator between 6 and 11 hours. At other times, it was observed that at similar concentration in the control and using burn-type $CO_2$ generator. Measured greenhouse air temperature inside the of using burn-type $CO_2$ generator was $2{\sim}3^{\circ}C$ higher than the control at 6 ~ 10 am. There was no temperature difference between treatments after 11 o'clock. Plant height, leaf length, leaf width, root diameter, fresh weight, and dry weight were not different between treatments. The marketable yield (kg/10a) of using burn-type generator were 4,131 kg, which was 519 kg higher than the control. Therefore, the total fruit yields increased 17% compared to the control.
This study were carried out to evaluate the efficiency of using burn-type $CO_2$ generators in greenhouse for cultivation 'Seolhyang' strawberry ($Fragaria{\times}ananassa\;Duch.$) during winter season. The concentration of $CO_2$ was 200 to $600{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ in the control, and 800 to $1,100{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ in using burn-type $CO_2$ generator between 6 and 11 hours. At other times, it was observed that at similar concentration in the control and using burn-type $CO_2$ generator. Measured greenhouse air temperature inside the of using burn-type $CO_2$ generator was $2{\sim}3^{\circ}C$ higher than the control at 6 ~ 10 am. There was no temperature difference between treatments after 11 o'clock. Plant height, leaf length, leaf width, root diameter, fresh weight, and dry weight were not different between treatments. The marketable yield (kg/10a) of using burn-type generator were 4,131 kg, which was 519 kg higher than the control. Therefore, the total fruit yields increased 17% compared to the control.
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문제 정의
지금까지 농가에서 활용하고 있는 탄산가스 공급 방법으로 액화탄산가스를 이용하는 것은 편리하지만 비용이 많이 소요되고, 탄산가스 발생제를 사용하는 것은 비용이 저렴하지만 농도조절이 어려운 단점이 있다. 본 시험은 비교적 가격이 저렴하고 탄산가스 농도를 조절할 수 있는 LPG 연소식 탄산가스 발생장치를 이용하여 온실에서 딸기를 재배하였을 때, 생육 및 수량에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
시설 내 기온은 변화는 온도센서(CS 500, Campbell, USA)를 이용하여 연속 측정한 후 datalogger(CR 23X, Campbell, USA)에 저장하였다. LPG 연소기에서 발생되는 가스는 가스발생기에서 5m 떨어진 위치에서 지면으로부터 높이 1m 지점에 이산화탄소분석기(7545, TSI, USA)와 멀티형 가스분석기(MK6000, RBR, Gemany)를 설치하여 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물을 대기오염물질 및 실내 공기질 공정시험기준을 준용하여 측정하였다. 시설내부 탄산가스 농도는 CO2 센서(Telaire, T7001, GE, Billerica, MA, USA)를 이용하여 재배기간 동안의 변화를 측정하였고 측정된 데이터는 Watch Dog 1200 Data logger(USA)를 이용하여 저장하여 분석하였다.
LPG 연소기에서 발생되는 가스는 가스발생기에서 5m 떨어진 위치에서 지면으로부터 높이 1m 지점에 이산화탄소분석기(7545, TSI, USA)와 멀티형 가스분석기(MK6000, RBR, Gemany)를 설치하여 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물을 대기오염물질 및 실내 공기질 공정시험기준을 준용하여 측정하였다. 시설내부 탄산가스 농도는 CO2 센서(Telaire, T7001, GE, Billerica, MA, USA)를 이용하여 재배기간 동안의 변화를 측정하였고 측정된 데이터는 Watch Dog 1200 Data logger(USA)를 이용하여 저장하여 분석하였다. 광합성 속도는 오전(09:00~12:00)까지 광합성 측정기기(Li-6400, Li-COR, Inc.
처리내용은 탄산가스 시용, 무시용(대조구)으로 두었고, 딸기촉성표준재배법에 준하여 재배관리를 하였다. 조사내용에 있어 생육은 엽수, 크라운 직경, 초장, 엽록소함량(SPAD value, Minota, Japan) 생체중 등 3월 10일에 시험구별로 각각 10주씩 조사하였고, 수량은 실험기간 동안 2-3일 간격으로 수확하여 상품과 비상품과로 구분하여 20주씩 조사하였다. 시설 내 기온은 변화는 온도센서(CS 500, Campbell, USA)를 이용하여 연속 측정한 후 datalogger(CR 23X, Campbell, USA)에 저장하였다.
시설내부 환기설정온도는 25℃로 설정하고 환기가 시작되면 탄산가스는 공급이 정지되도록 하였다. 처리내용은 탄산가스 시용, 무시용(대조구)으로 두었고, 딸기촉성표준재배법에 준하여 재배관리를 하였다. 조사내용에 있어 생육은 엽수, 크라운 직경, 초장, 엽록소함량(SPAD value, Minota, Japan) 생체중 등 3월 10일에 시험구별로 각각 10주씩 조사하였고, 수량은 실험기간 동안 2-3일 간격으로 수확하여 상품과 비상품과로 구분하여 20주씩 조사하였다.
본 시험은 2016년 국립원예특작과학원 시설원예연구소 연구시설에 시험작물 “설향” 딸기를 준비한 양액재배용 고설베드에 9월 12일 정식하여 2017년 3월 15일 까지 재배를 하였다. 탄산가스는 2016년 11월 9일~2017년 3월 10일 기간에 LPG 연소식(KCH-20Z, KUMHO, Korea) 장치를 일출 전 06:00부터 10:00 까지 가동시간을 정하고 탄산가스 농도를 800ppm까지 공급되도록 하였다. 시설내부 환기설정온도는 25℃로 설정하고 환기가 시작되면 탄산가스는 공급이 정지되도록 하였다.
대상 데이터
본 시험은 2016년 국립원예특작과학원 시설원예연구소 연구시설에 시험작물 “설향” 딸기를 준비한 양액재배용 고설베드에 9월 12일 정식하여 2017년 3월 15일 까지 재배를 하였다. 탄산가스는 2016년 11월 9일~2017년 3월 10일 기간에 LPG 연소식(KCH-20Z, KUMHO, Korea) 장치를 일출 전 06:00부터 10:00 까지 가동시간을 정하고 탄산가스 농도를 800ppm까지 공급되도록 하였다.
데이터처리
, USA)를 이용하여 생장점에서 3번째 전개된 엽을 각각 5주씩 측정하였다. 모든 실험은 3반복으로 진행하였으며 시험결과는 SAS 프로그램을 이용하여 각 처리간의 유의성은 t-검정(P = 0.05)으로 통계 분석하였다.
성능/효과
Fig. 4는 하루 중 탄산가스 농도를 조사한 결과로 일몰 후 대조구에서는 CO2 농도가 서서히 상승하여 600µmol·mol-1까지 도달하였고 일출과 더불어 감소하기 시작하여 210µmol·mol-1 까지 낮아지는 것으로 조사되어 탄산가스가 부족해지는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 프로판 가스는 유해가스가 거의 발생되지 않지만 가동시간이 길어지거나 불완전연소가 될 경우에는 유해가스가 발생될 수도 있다. 그래서 유해가스 발생정도를 확인하기 위하여 실험온실에서 탄산가스 발생기를 1시간 동안 연속 가동시킨 결과 이산화탄소 농도는 3,390µmol·mol-1으로 높았으나, 유해가스인 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물은 각각 2, 3, 1µmol·mol-1 의 수준으로 측정되었다. Klimstra(1998)의 연구에서 기체 상태인 LPG는 완전연소에 가깝게 되어서 일산화탄소 등 유해가스의 농도가 현저히 낮아지고, 연소온도가 LPG는 백등유에 비해서 높았기 때문이라는 연구결과가 본 시험에서 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물의 농도가 낮은 이유를 뒷받침하고 있다.
Table 3은 탄산가스 처리에 의한 광합성 속도를 측정한 결과이다. 기공전도도 및 증산율은 처리 간 차이가 적었고, 광합성 속도는 탄산가스 시용구가 대조구보다 높았지만 통계적 유의성은 없었다. Barradas 등(1994)은 광합성 속도, 증산율 및 기공전도도는 서로 밀접한 관계가 있으며, 단순히 탄산가스의 증가로는 광합성 속도 증가가 어렵고 엽록소의 함량, 광, 온도, 수분 등 복합적인 요인이 상승작용을 하였을 때 광합성 속도의 증가가 가능하다고 하였다.
8g 무거웠는데 반복간의 차이로 인하여 유의성은 없었다. 수당 상품수량에 있어서 과수 및 과중은 각각 10%, 14% 높았고 총수량에서 17% 증수되었으며 유의성도 인정되었다. Arp(1991)는 뿌리기관이 sink 역할을 하는 무, 사탕무 등과 같은 작물에서는 뿌리의 생장이 차이가 있었다고 하였으며, Shin 등(2014)은 참외재배에서 과중 및 당도 향상되었고, 토마토 등 식물체의 과실을 생산하는 기관에서는 엽, 줄기 등의 생육보다는 수량 증대효과가 상대적으로 높았다는 연구 보고가 있다(Behboudian과 Lar, 1994; Fierro 등, 1994; Reddy와 Zhao, 2005).
3은 딸기 재배기간 중 온실내부의 이산화탄소 농도를 조사한 결과이다. 연소식 탄산가스 시용구는 CO2가 시설내부로 확산되면서 800~1,100µmol·mol-1 이었고 환기되기 전까지 대조구에 비해서 500µmol·mol-1 이상 높게 유지되었다. 탄산가스는 광합성에 직접적으로 영향을 주는데 광, 온도, 양·수분이 충분한 경우에도 CO2가 부족하면 제한 요소로 작용하게 된다.
후속연구
이와 같이 탄산가스 시용으로 품질이 향상되고 수량이 증가하는 하는 것을, Farrar 등(2000)은 동화산물이 전분형태로 바뀌어 일시적으로 잎에 저장되어 있다가 그것을 요구하는 다른 기관(Sink)으로 이동되어 전체적으로 균형을 이루기 때문이라 하였다. 이상의 결과에서 저온기 시설딸기 재배에서 대기수준보다 낮은 농도의 탄산가스는 수량을 감소시킬 수 있는데 탄산가스를 공급하면 수량 증대 뿐 아니라 품질도 높아질 수 있으며 탄산가스 시용 방법에 있어 비교적 저렴한 연소식 탄산가스 발생장치를 활용할 경우 농도조절과 함께 보다 편리하게 농업현장에 활용할 수 있을 것을 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고농도의 탄산가스가 식물체에 미치는 부정적인 영향은?
대부분의 작물은 대기 중의 탄산가스 농도보다 높은 농도에서 포화점을 가지고 있다. 탄산가스는 순광합성량, 엽면적, 건물량 증가 등 식물생리 반응에 영향을 주지만(Cure, 1986; Nederhoff 등 1992), 지나치게 높은 농도의 탄산가스는 식물호르몬 계통에 문제를 유발하고, 기공을 닫히게 하여 광합성 속도는 오히려 감소된다. 그러나 저온기에는 환기가 원할하게 되지 않아서 탄산가스의 농도저하가 쉽게 발생되며, Nelson(1992)은 150ppm이하의 낮은 농도에서는 생육이 심하게 부진하게 되므로 재배시설 내부의 탄산가스를 적절히 유지하는 것이 필요하다고 하였다.
탄산가스가 시용되는 시각에 일중 온도변화가 높게 나타난 이유는 무엇인가?
2에서와 같이 탄산가스가 시용되는 시각(6:00~11:00)에서 대조구에 비해서 1~3oC높은 경향이었고 그 외 시간에서는 내부기온상승에 의한 환기에 의해서 처리 간에 차이는 거의 없었다. 일출 전 후 탄산가스가 시용되는 시간에서 온도가 높았던 것은 LPG가 연소할 때 부생적으로 발생된 열이 영향을 준 것으로 조사되었다. 일출 전 예비가온은 재배시설의 온도를 관행대비 5~6oC 이상 충분히 높여서 조기에 생육적온에 도달할 수 있도록 온도를 관리하는 방법인데 오이, 고추 등 고온성 작물에 활용되고 있다.
저농도의 탄소가스 환경이 작물에 미치는 영향은?
탄소는 작물의 기본적인 필수원소이며(Resh, 1995) 저농도의 탄소가스 환경에서는 식물의 광합성이 감소하고 광호흡이 증가되며 탄소동화작용이 감소하게 된다(Sage와 John, 2001). 대부분의 작물은 대기 중의 탄산가스 농도보다 높은 농도에서 포화점을 가지고 있다.
참고문헌 (19)
Arp, W.J. 1991. Effects of source-sink relations on photosynthetic acclimation to elevated $CO_2$ . Plant, Cell and Environment 14:869-875.
Behboudian, M.H. and R. Lar. 1994. Carbon dioxide enrichment in 'Virosa' tomato plant : responses to enrichment duration and to temperature. Hort Science 29:1456-1459.
Fierro, A., N. Tremblay, and A. Gosselin. 1994. Supplemental carbon dioxide and light improved tomato and pepper seeding growth and yield. Hort Science 29(3):152-154.
Hennessey, L.T. and C.B. Field, 1991. Circadian rhythms in photosynthesis. Plant Physiol. 96:831-836.
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Mitchell, R.A.C., J.C. Theobald, M.A.J. Parry, and D.W. Lawlor. 2000. Is there scope for improving balance between RuBP-regeneration and carboxylation capacities in wheat at elevated $CO_2$ . Journal of Experimental Botany 51:391-397.
Nederlandse Gasunie, N.V., M. Bekker, K. Hoving, and J. Klimstra. 1999. Increase in crop yields in greenhouse due to the combined heat and power using natural gas. New energy and industrial technology development organization abroad reports No. 816.
Nederhoff, E.M., A.A. Rijsdijk, and R. Graaf. 1992. Leaf conductance and rate of crop transpiration of greenhouse grown sweet pepper (Capsicum annuum L.) as affected by carbon dioxide. Scientia Horticulturae 52:283-301.
Nelson, P.V. 1992. Greenhouse operation and management. 5th ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA. p. 375-376.
Park, J.S., J. W. Shin., T.I. Ahn, and J. E. Son. 2010. Analysis of $CO_2$ and harmful gases caused by using burn-type $CO_2$ generators in greenhouses. Journal of Bio-Environment Control, 19(4): 177-183.
Reddy, K.R. and D. Zhao. 2005. Interactive effects of elevated $CO_2$ and potassium deficiency on photosynthesis, growth and biomass partitioning of cotton. Field Crops Research 94:201-213.
Shin, Y.S., J.E. Lee, M.K. Kim, J.D. Cheung. H.W. Do, J.U. Park, J.H. Kim, J.T. Park, S.T. Lee, and J.K. Suh. 2014. Effect of solid $CO_2$ generator treatment on fruit yield and quality of korean melon (Cucumis melo var. hybrida) Protected Horticulture and Plant Factory, 23:83-87.
Taylor, G., R. Ceulemans, R. Ferris, S.D.L. Gardner, and B.Y. Shao. 2001. Increased leaf area expansion of hybrid poplar in elevated $CO_2$ from controlled environments to open-top chambers and to FACE. Environmental Pollution 115:463-472.
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