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문제 정의
- LED 조명의 광질 및 점멸주기를 다르게 설정할 경우 과채류 접목묘의 활착에 미치는 영향이 같지 않을 것으로 예상되나, 이에 관한 보고가 아직까지 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 실용적인 활착용 인공광원의 탐색을 목적으로 백색LED를 포함하여 활착실내의 인공광원으로 사용 가능한 LED 모듈의 광질과 점멸주기에 따른 오이 접목묘의 활착 및 생장 특성을 분석하고자 수행되었다.
- 선반의 높이가 동일하지 않기 때문에 각 단에서의 기온 및 상대습도가 다르게 나타날 수 있고, 이로 말미암아 접목묘의 활착 또는 생장이 다르게 나타날 수 있다. 이러한 점을 극복하고자 본 연구에서는 PID 컨트롤러를 사용하여 활착실 내에 설치된 유닛쿨러와 가습기를 제어하였다. 또한 인버터를 사용하여 유닛쿨러에 부착된 송풍기의 회전속도를 조절하면서 활착실 내의 풍속을 조절하였다.
제안 방법
- LED 모듈의 점멸 주기(On/Off)를 조절하고자 LED 컨트롤러(CTRL-4, L-PEC, Korea)를 사용하였고, 4수준(5s/5s, 7s/3s, 9s/1s, control)의 점멸주기를 설정하였다(Fig. 4). 점멸주기가 5s/5s인 처리구의 경우 LED 조명이 5s 간격으로 점등과 소등을 반복한다.
- Table 1. Statistical analysis of light quality and blink cycle on the graft-taking of grafted cucumber seedlings.
- 배지로는 육묘용상토(BM1, Berger Peat Moss, Canada), 원예용상토(Middle, Punong, Korea) 및 펄라이트(Perlite, Misung, Korea)를 8:1:1의 비율로 혼합하여 사용하였다. 각각 128공 플러그트레이에서 9~10일간 육묘된 접수와 대목은 단근 합접 방식으로 접목되었다. 접수는 자엽 아래1cm 부위에서 45° 각도로 비스듬히 절단되었고, 대목은 뿌리가 제거된 상태에서 자엽 하나만 남겨두고 접수와 결합되었다.
- 또한 인버터를 사용하여 유닛쿨러에 부착된 송풍기의 회전속도를 조절하면서 활착실 내의 풍속을 조절하였다.
- 2). 본연구에서는 접목묘의 활착을 위해서 4단 형태의 활착용선반을 제작하였다. 30×30(W×D) mm의 알루미늄 프로파일로 제작된 선반의 크기는 1,200×600×2,000(W×D×H)mm로서, 각 단의 간격은 400 mm이다(Fig.
- 접목묘의 생장특성으로 엽장, 엽면적, 생체중, 건물중 및 엽록소함량 등을 조사하였다. 생장조사는 각 처리구당 5주씩, 3반복으로 이루어졌다. 엽면적은 CCD카메라(VK-C370, Hitachi, Ltd.
- , Japan)를 사용하여 접수와 대목의 영상을 획득한 후 기지의 물체 면적과 영상 내에 포함된 화소수 사이의 회귀관계를 적용하는 방식으로 산출하였다. 생체중과 건물중의 측정에 전자저울(AB204-S,Mettler Toledo, Switzerland)을 사용하였고, 건조기(ON21, Jeiotech Co., Korea)에서 70℃ 조건으로 48h 이상 건조시킨 후 건물중을 측정하였다. 제1본엽의 엽장 측정에 캘리퍼스(CD-15CP, Mitutoyo Co.
- 한편, 접목 후 7일째에 활착실 내의 상대습도를 70%로 조절하였다. 선반의 각 단에는 T형 열전대와 습도센서(CHSUGS, TDK, Japan)를 설치하였고, 데이터로거(NI-SCXI1000, National Instruments Co., USA)와 계측용 소프트웨어(LabVIEW 8.0, National Instruments Co., USA)를 이용하여 접목묘의 주위의 기온과 상대습도를 측정하였다. 활착용 선반의 각 단의 9개 지점에서 광양자센서(SKP215, Skye, UK)를 사용하여 측정한 평균 광합성유효광양자속(photosynthetic photon flux, PPF)은 106±7µmol·m-2·s-1로 나타났다.
- 생장조사는 각 처리구당 5주씩, 3반복으로 이루어졌다. 엽면적은 CCD카메라(VK-C370, Hitachi, Ltd., Japan)를 사용하여 접수와 대목의 영상을 획득한 후 기지의 물체 면적과 영상 내에 포함된 화소수 사이의 회귀관계를 적용하는 방식으로 산출하였다. 생체중과 건물중의 측정에 전자저울(AB204-S,Mettler Toledo, Switzerland)을 사용하였고, 건조기(ON21, Jeiotech Co.
- 접목 후 14일째에 광강도에 따른 오이접목묘의 활착율과 생장특성을 조사하였다. 본 연구에서 활착율은 접목된 전체 묘의 개체수에 대하여 정상적으로 활착된 묘의 개체수로 정의하였다.
- 접목묘의 생장특성으로 엽장, 엽면적, 생체중, 건물중 및 엽록소함량 등을 조사하였다. 생장조사는 각 처리구당 5주씩, 3반복으로 이루어졌다.
- , Korea)에서 70℃ 조건으로 48h 이상 건조시킨 후 건물중을 측정하였다. 제1본엽의 엽장 측정에 캘리퍼스(CD-15CP, Mitutoyo Co., Japan)를 사용하였고, 엽록소 함량은 휴대용 엽록소계(SPAD-502, MinoltaCo., Japan)를 사용하여 측정하였다. 측정된 모든 데이터는 SAS(v9.
- 활착 기간에 배양액을 저면관수 방식으로 접목 후 6일, 10일째에 공급하였으며, 이 때 배양액의 pH와 EC를 각각 5.5-6.0, 1.5dS·m-1로 조절하였다.
- 비록 점멸주기는 다를지라도 모든 처리구에서의 광주기는 12/12h(On/Off)로서 동일하였다. 활착실 내의기온과 상대습도를 각각 25℃, 90%로 유지하고자 유닛쿨러(DUR-020E, Dongwha Co. Ltd, Korea)와 가습기(MH-601, Mtech, Korea)를 PID 컨트롤러(IPC5000D, Honeywell, USA)로 제어하였다. 또한 유닛쿨러에 부착된 송풍기의 회전속도를 조절하고자 인버터(iG5A, LSIndustrial System Co.
대상 데이터
- 30×30(W×D) mm의 알루미늄 프로파일로 제작된 선반의 크기는 1,200×600×2,000(W×D×H)mm로서, 각 단의 간격은 400 mm이다(Fig. 3).
- LED의 광질과 점멸주기에 따른 오이 접목묘의 활착 및 생장 특성을 분석하고자 전력소모는 32W로서 동일하나 광질이 서로 다른 4개(청색광, 적색광, 청색광/적색광 혼합, 백색광)의 LED 모듈을 사용하였다. 청색LED와 적색LED의 피크파장은 각각 454nm, 664nm 이었다.
- Heukjong, Monsanto, Korea)이었다. 배지로는 육묘용상토(BM1, Berger Peat Moss, Canada), 원예용상토(Middle, Punong, Korea) 및 펄라이트(Perlite, Misung, Korea)를 8:1:1의 비율로 혼합하여 사용하였다. 각각 128공 플러그트레이에서 9~10일간 육묘된 접수와 대목은 단근 합접 방식으로 접목되었다.
- 본 실험에 사용된 접수와 대목의 공시품종은 각각 백다다기오이 (Cucumis sativus L. cv. Joeun Baekdadaki, Dongbuhitek, Korea)와 흑종호박(Cucurbita ficifolia cv. Heukjong, Monsanto, Korea)이었다. 배지로는 육묘용상토(BM1, Berger Peat Moss, Canada), 원예용상토(Middle, Punong, Korea) 및 펄라이트(Perlite, Misung, Korea)를 8:1:1의 비율로 혼합하여 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 활착용 선반의 크기는1,200×600×2,000(W×D×H)mm로서, 선반의 각 단마다 광질이 다른 LED 조명을 설치하였다.
데이터처리
- , Japan)를 사용하여 측정하였다. 측정된 모든 데이터는 SAS(v9.1.3, SAS Institute Inc., USA)를 이용하여 최소유의차 검정을 실시하였다.
성능/효과
- 건물중은 5s/5s의 주기로 점멸된 백색LED 처리구에서 0.208g/plant으로 최고치가 나타났다.
- 그 결과 선반의 백색, 적색, 청색 및 청색/적색 처리구에서 10분 간격으로 측정된 기온의 평균값은 각각 25.8±0.4℃, 25.6±0.2℃, 25.4±0.3℃, 25.3±0.2℃로서 처리구에 따른 온도차가 거의 없었다(Fig. 6).
- 이러한 결과를 종합적으로 고려하면 접목묘의 활착에 백색LED를 활용할 경우 청색 및 적색을 혼합한 기존의 LED 조명에 비해서 약 10-15%의 비용 절감이 기대된다. 따라서 활착용 조명으로 백색LED의 활용이 경제적으로 유리할 것으로 판단된다.
- 또한 백색, 적색, 청색 및 청색/적색 처리구에서 측정된 상대습도의 평균값은 각각 90.0±1.4%, 89.4±0.8%, 91.0±1.1%, 92.3±1.5%로 나타났다(Fig. 7).
- 본 연구에 사용된 청색, 적색, 청색/적색 혼합 및 백색LED 모듈의 전력소모는 모두 32W로서 동일하였다. 그런데 램프를 조명을 제조하는 데 필요한 LED 소자의 가격이 백색은 약 30원/개이나, 청색 또는 적색의 경우 각각 80원/개, 130-150원/개로서 백색에 비해서 약 2.
- 접목묘의 활착율은 활착실 내의 기온과 상대습도의 영향을 크게 받는다(Kim,2000). 본 연구에서 활착용 선반의 높이에 따라 LED 조명의 광질을 다르게 설정하였음에도 불구하고 오이접목묘의 활착이 93% 이상으로 나타난 것은 활착실 내의 기온과 상대습도가 제어 목표, 즉 25℃와 90%에 근접하게 이루어진 결과로 판단된다.
- 엽록소함량의 지표로 사용되는 광밀도차(optical densitydifference, ODD)는 5s/5s의 점멸주기를 지닌 청색/적색LED 처리구에서 가장 높게 나타났다. 한편, 청색LED처리구에서의 광밀도차는 전체적으로 작게 나타났다.
- 오이접목묘의 엽장, 엽면적, 생체중에 미치는 광질과 점멸주기의 영향은 청색 또는 적색LED의 9s/1s 주기에서 유의차가 인정될 만큼 높게 나타났다. 한편, 청색/적색의 혼합 처리구에서는 점멸되는 청색광의 조사시간이 길수록 엽장과 엽면적이 작게 나타났다.
- 오이접목묘의 활착율은 청색과 적색LED가 혼합된 7s/3s,9s/1s의 점멸주기 처리구에서 99%로서 최대치가 나타났고, 청색LED의 5s/5s 처리구에서 93%로 낮게 나타났다(Fig. 5). 그런데 오이접목묘의 활착율에 미치는 광질 또는 점멸주기의 효과는 유의차가 나타나지 않았다.
- 기내 배양된 감자 소식물체의 생장은 50%의 듀티비와 720Hz의 주파수에서 최고치가 나타났으나, 에너지 절감의 관점에서는 50%의 듀티비와180Hz의 주파수를 갖는 LED 조명이 유리하였다(Jao와 Fang, 2004). 이러한 결과들로부터 작물의 생장에 미치는 LED 조명의 듀티비 또는 점멸주기의 영향은 일정하지 않은 것으로 판단된다.
- 더구나, 점멸주기와 무관하게 적색LED, 청색/적색 혼합 LED, 백색LED 처리구에서의 활착율에 유의차가 없었다. 이러한 결과를 종합적으로 고려하면 접목묘의 활착에 백색LED를 활용할 경우 청색 및 적색을 혼합한 기존의 LED 조명에 비해서 약 10-15%의 비용 절감이 기대된다. 따라서 활착용 조명으로 백색LED의 활용이 경제적으로 유리할 것으로 판단된다.
- 적색LED 처리구의 건물중은 9s/1s의 주기를 제외하면 점멸주기에 따른 유의차가 없었다. 청색/적색LED의 5s/5s의 점멸주기 처리구에서의 건물중은 유의차가 인정될 만큼 높게 나타났다.
- 오이접목묘의 엽장, 엽면적, 생체중에 미치는 광질과 점멸주기의 영향은 청색 또는 적색LED의 9s/1s 주기에서 유의차가 인정될 만큼 높게 나타났다. 한편, 청색/적색의 혼합 처리구에서는 점멸되는 청색광의 조사시간이 길수록 엽장과 엽면적이 작게 나타났다. 건물중은 광질과 무관하게 5s/5s의 주기로 점멸된 처리구에서 높게 나타났다.
- 활착용 선반의 각 단의 9개 지점에서 광양자센서(SKP215, Skye, UK)를 사용하여 측정한 평균 광합성유효광양자속(photosynthetic photon flux, PPF)은 106±7µmol·m-2·s-1로 나타났다.
후속연구
- 백색LED가 육안으로는 백색으로 감지되나, 실제는 청색광과 적색광을 포함하여 가시광선 영역의 파장이 모두 포함된 연속광 형태의 분광특성을 지니고 있다. 향후 가격이 저렴한 백색LED를 접목묘의 활착에 필요한 인공원원으로 사용할 경우 활착용 조명 비용의 절감 등 실용적인 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
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