초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
공기 음이온을 처리한 상추가 대부분 생장 측정 항목에서 대조구에 비해 높은 값을 보였으며, 지상부 생체중을 기준으로 45-54% 증가하였다. 치커리에서도 공기 음이온에 의해 지상부 생체중이 18-41% 증가하였고, 공기 음이온 처리는 치커리의 광합성률을 증진시킨 것으로 확인되었다. 음이온을 처리한 케일 잎에서도 광합성률과 증산율, 기공전도도가 증대되었고, 이는 음이온 처리에 의해 기공이 열린 상태로 유지되고 이에 따라 가스 교환이 원활해져 광합성과 증산이 촉진된 것으로 판단되었다. 또한 음이온 처리는 양·수분

Ⅳ. 연구개발결과
공기 음이온을 처리한 상추가 대부분 생장 측정 항목에서 대조구에 비해 높은 값을 보였으며, 지상부 생체중을 기준으로 45-54% 증가하였다. 치커리에서도 공기 음이온에 의해 지상부 생체중이 18-41% 증가하였고, 공기 음이온 처리는 치커리의 광합성률을 증진시킨 것으로 확인되었다. 음이온을 처리한 케일 잎에서도 광합성률과 증산율, 기공전도도가 증대되었고, 이는 음이온 처리에 의해 기공이 열린 상태로 유지되고 이에 따라 가스 교환이 원활해져 광합성과 증산이 촉진된 것으로 판단되었다. 또한 음이온 처리는 양·수분 흡수를 촉진시켜 케일의 생장을 가속화시켰다. 결과적으로 식물공장에서 작물을 재배하는 경우 음이온 발생 기술을 도입함으로써 작물의 생장을 촉진시켜 재배기간을 단축시킬 수 있다. 이 외에도 음이온 처리는 다양한 새싹채소의 생체중을 20-40% 증가시켰고, 상추, 적양배추, 다채 새싹에 음이온을 처리했을 때 작물 및 배수된 물의 세균수가 19-66% 감소하였다. 따라서 새싹재배 시 수파쇄 음이온 발생기를 이용하여 관수하면 재배기간을 단축시키거나 생산량을 증대시킬 수 있고, 미생물 발생에 의한 피해를 감소시킬 수 있어 보다 안전한 먹거리 생산이 가능하다. 상업적인 식물공장에서 공기 음이온 발생기를 설치하고 실증한 결과 적치마와 멀티베이비상추의 생장량의 음이온 처리구에서 증진되었으며, 이 결과를 토대로 경제성 분석을 실시한 결과, 660m2(165m2 x 4단) 규모의 식물공장에서 적치마와 멀티베이비 상추를 재배한다고 가정하면, 1년간 각각 8,884,260원, 7,478,548원의 추가적인 수익이 발생하는 것으로 산출되었다. 분산초고주파를 통한 육묘배지 선충 멸균시스템 개발 연구의 결과는 마이크로파를 2, 4, 6, 8kW 조사하여 외부형태를 조사한바, 우레탄 스폰지와 암면은 외적변형이 전혀 일어나지 않은 것으로 확인되었다. 그러나 PDA고체배지는 2kW 출력에 60초와 180초에서는 녹지 않았고, 그외 처리에서는 전부 배지가 녹았다. 세균의 멸균에서는 마이크로파 6kW와 8kW에서는 처리시간에 관계없이 Bacillus sp.와 Burkholderia sp.는 모두 멸균되었다. 또한 조사용량에 따른 Chamber 내의 온도 변화에 따른 균등성은 조사용량과 시간 따라 수평위치 및 수직위치별 균등성이 유지되는 것으로 나타났다. 이송형 QRD 마이크로파 장치의 설계에서는 멸균용량과 이송속도, Cell의 설계 등을 제시하여 향후 육묘배지의 멸균기 제작에 기초자료가 될 수 있도록 제시하였다. 스펀지 배지용 자동파종기 알고리즘 개발 및 부품개발, 시작기 제작 및 성능평가를 통해 인력파종 대비 20배 효율과 연간 파종에 소요되는 인건비 4,058천원이 절감되는 것으로 나타났다. 아시아종묘의 적치마상추씨를 사용하여 파종하였으며, 18일 후 정식컵에 정식하여 주었고, 정식된 상추는 온도 20~23℃, 습도 60~70%, CO₂농도 1000 ppm의 환경 조건으로 설정된 식물 공장내에서 재배하였으며, 양액은 NFT방식으로 10분마다 2분 관수해주었다. 광원 및 광량에 따른 상추의 생육 특성을 분석하기 위하여 Red(660 nm), Blue(450 nm), Green(525 nm), White(6500k), UV(395 nm) 5종류의 LED를 Red : Blue(8 : 2), Red : Blue : Green (8 : 1 : 1), Red : Blue : White(8 : 1 : 1), Red : Blue : UV(8 : 1 : 1)의 비율로 사용하여 주파수 2.5 kHz, 광량 80±5, 120±5, 160±5, 200±5 μmol·㎡·s-1의 광량으로 각각 설정하여 생육결과를 측정하였다. 측정은 정식 후 1주째, 2주째, 3주째, 4주째에 상추 생육 조사를 실시하였으며, 하나의 재배 필드 당 가장 생육 상태가 좋은 3개의 상추 개체를 선택하여 SPAD, 지상부 지하부의 생체중 및 건물중, S/R율, 엽면적, 엽형지수, 비엽중, 전력소모량을 측정하였고, 4주차에 추가적으로 안토시아닌을 측정하였다. 광량에 따른 변화폭이 컸던 UV를 제외하고 지상부· 지하부의 생체중과 지상부의 건물중에서 Red:Blue:White광원과 Red:Blue:Green 광원에서 크게 나타났으며, 엽면적의 측정 결과 역시 White광과 Green광이 포함된 광원에서 가장 크게 나타난 것으로 보아 상추의 생육은 White광과 Green광이 포함된 광원에서 가장 좋은 것으로 판단되었다. 80±5, 120±5, 160±5, 200±5의 네 가지 수준의 광량에서 UV광을 포함하고 있는 광원을 제외한 모든 광원에서 160±5 μmol·㎡·s-1의 지상부 생체중, 엽면적 등의 생장량에 직접적인 영향을 미치는 요인들의 결과를 종합하여 봤을 때 생육이 가장 좋은 것으로 판단되었으며 구성된 생육 환경조절 설비가 생육 환경조절에 모두 적합한 것으로 판단되었다. 광량에 영향을 가장 많이 받는 것으로 판단된 UV광이 포함된 광원에서는 200 μmol·㎡·s-1에서의 생육이 가장 좋은 것으로 판단되었으나, 200 μmol·㎡·s-1 팁번(tip-burn) 현상이 발생하는 것으로 보아 UV가 포함된 광원에서는 200 μmol·㎡·s-1 생육이 가장 좋다고 할 수 없으며, UV가 포함된 광원의 생육이 가장 좋은 광량을 알아보기 위해서는 광량 200 μmol·㎡·s-1이상에서의 실험이 추가로 필요할 것으로 판단되었다. 전력소비량은 광량이 높아질수록 전력소비량도 높아지는 경향이었으며, 냉방기 전력소비량의 경우 계절에 따른 차이가 있었으며 이는 기온의 영향으로 판단되었으며, 여름 등의 높은 온도를 나타내는 계절에 전력소비량이 더 커진다는 것을 예상할 수 있었다. 광원 및 광량에 따른 상추의 생육 특성을 분석하기 위하여 사용했던 Red(660 nm), Blue (450nm), Green(525 nm), White(6500k), UV(395 nm) 5종류의 LED를 Red:Blue(8:2), Red:Blue:Green (8:1:1), Red:Blue:White(8:1:1), Red:Blue:UV(8:1:1)의 비율로 사용하였다. 광량에 따른 상추의 생육 특성 결과를 토대로 가장 생육이 좋다고 판단되었던 광량 160 μmol· ㎡·s-1을 기준으로 주파수에 따른 상추의 생육 특성을 분석하기 위하여 1.25 kHz, 2.5 kHz, 3.75 kHz, 5.0 kHz의 네 가지 수준의 주파수로 설정하였다. 그 결과 1.75 kHz, 2.5 kHz, 3.75 kHz, 5.0 kHz의 네 가지 수준 주파수에서 상추 생장량에 직접적인 영향을 미치는 요인들의 결과를 종합하여 볼 때 모든 광원에서 주파수가 3.75 kHz일 때 생육이 가장 좋은 것으로 판단되었으며, 구성된 생육 환경조절 설비가 생육 환경조절에 모두 적합한 것으로 판단되었다. 전력소비량은 주파수에 따라 0.1kWh 정도의 차이로 미비하게 나타났으며, 이번 실험에서 역시 냉방기의 경우 계절의 온도에 따른 기온에 영향을 받는 것으로 나타났다.

Abstract ▼

This study was conducted to determine the effect of air anions on sterilization and the growth of lettuce, chicory, kale, and various sprouts in a plant factory. Air anion treatment remarkably promoted the growth of lettuce (Lactuca sativa), chicory (Cichorium intybus), kale (Brassica oleraceae var.

This study was conducted to determine the effect of air anions on sterilization and the growth of lettuce, chicory, kale, and various sprouts in a plant factory. Air anion treatment remarkably promoted the growth of lettuce (Lactuca sativa), chicory (Cichorium intybus), kale (Brassica oleraceae var. acephala) with increased photosynthesis. For lettuce, middle level of air anion led to 54% and 64% higher shoot fresh weight than control at 2 and 4 weeks after the treatment, respectively. Photosynthetic rate of lettuce grown under middle level of air anion was 30% higher than that of control at 3 weeks after air anion treatment. For chicory, low level of air anion led to 34% and 41% higher shoot fresh weight than control at 2 and 4 weeks of the treatment, respectively. Air anions also significantly promoted kale growth. The medium and high levels of air anions raised shoot fresh weight to about 1.5 times higher than control at 4 weeks of treatment. The medium level of air anions improved photosynthetic rate at 4 weeks of treatment although there was no significant difference between air anion treatments and control. In addition, transpiration rate and stomatal conductance were significantly increased in the low and medium levels of air anion treatments, which supported the biomass accumulation of kale plants subjected to air anions. Kale plants applied to air anions also showed vigorous mineral uptake at 4 weeks of treatment. Air anion treatment also promoted the growth of various sprouts, including lettuce, red cabbage (Brassica oleracea var. capitata f. rubra), tatsoi (Brassica campestris var. narinosa) and kale, and was effective to sterilize the sprouts. Hypocotyl length of red cabbage and kale increased about 1.26 times and radicle length of 3 edible sprouts excepted tatsoi increased 1.4-1.6 times than control. Also, fresh weight of all kind of sprouts in air anion treatment was significantly 16.0~38.5% higher than control. Radicle activity of sprouts exposed to air anion was higher than control in all species. Bacterial count of lettuce, red cabbage and tatsoi were significantly 41%, 66%, and 19% decreased, respectively, while colony of drained water was numerically decreased. Therefore, air anion treatment could be used as a new useful technology to improve growth of plants and sprouts and to sterilize sprouts in a closed-type plant production systems such as greenhouses and plant factories.

Unlike general microwave, QRD (Quadratic Residue Diffusor) Microwave used in this study is known as a new technology that enhances the sterilization effect with low power because it is possible to induce the average sterilization by changing wavelength phase difference. Therefore, basic research was conducted on the function that could sterilize culture media for plant factory by using environmentally friendly and low energy consuming QRD Microwave. The results are as follows:
It was confirmed that there was no external deformation in the polyurethane foam and rock wool medium when changing the microwave level between 2 and 8 kW in different water content of culture media. However, PDA solid media at 2 kW were not dissolved in 60 and 180 seconds. All of the media were dissolved in other processing. There was little difference in the microwave irradiation level and surface temperature of the strain according to the processing time between Bacillus sp. and Burkholderia sp. In the sterility test according to the microwave irradiation level and processing time, it was confirmed that both Bacillus sp. and Burkholderia sp. grew in the microwave level 2 kW regardless of time. In the microwave level 6 kW, all experimental groups except the processing of Burkholderia sp. for 60 seconds were sterilized, and all of Bacillus sp. was killed in the all experimental groups. In the microwave level 8 kW, it was confirmed that both Bacillus sp. and Burkholderia sp. were sterilized regardless of time. The temperature in microwave-processed media after contaminating strains to each medium was maintained at more than 100℃ in polyurethane foam and rock wool medium after 60 seconds. In general, it was shown that it was possible to sterilize after 60 seconds. Therefore, it is considered that Bacillus sp. and Burkholderia sp. which are the biggest problems in the plant factory can be adequately sterilized by QRD Microwave used in this study.

Sowing of vegetable seeds in sponge media is slow and labor-consuming process, which limits the capability of production in plant factory. The objective of this study was to develop an automatic seeding machine for sponge media to save labor. The seeding machine consisted a seed container attached with vibrating devices, seeding frame attached with seed pick-up device attached with needle, seed hopper, seeding part, vacuum ejector, seed tube etc. The number of pick-up device and sowing device was ten to complete sowing one layer sponge cubes per one time. we used various size of needle to cover all of vegetables seeds and could sow various size of vegetable seeds by change of different seed pick-up needles(Φ0.4mm~Φ0.6mm). The pick-up device extracts seeds with needles from a seed container which is continuously vibrated for easy pick-up. After pick-up of seeds, they were transferred and sowed to the exact central point of crucial incision of sponge cubes (27×27×27mm) by opening of sponge crucial incision part by hopper device, A sponge media (10×21, 210-cell) were automatically move forward to the sowing site step by step. and it take 42.5 seconds to finish 100 sponge cubes. Sowing efficiency is higher when aperture opening time of glipper was 1 second, and it is 20 times faster as compared with people’s work with tweezers. Plant factory which utilizes artificial control of the environments needs to find the appropriate wavelength range of the light source for crops in order to shorten the length of the growing season and to cultivate functional food materials to accommodate the changing consumption pattern. This study intended to provide basic data for productivity growth by analyzing functional materials and growth characteristics of lettuce based on light intensity, frequency and quality of LED. Red LEDs (R, 660 nm), Blue LEDs (B, 450 nm), Green LEDs (G, 525 nm), White LEDs (W, 6800 k), and UV LEDs (UV, 395 nm) were used in the plant factory. The ratios of each light source were R: B (8:2), R: B: G (8:1:1), R: B: W (8:1:1), and R: B: UV (8:1:1), and the frequency were 1.25, 2.5, 3.75 and 5 kHz. The light intensities were 80, 120, 160, and 200 μmol·㎡·s^-1, and the facility was kept at a temperature of 20±3℃, humidity of 60～70%, and CO₂ concentration of 1,000 ppm. SPAD, leaf width, leaf length, leaf area, fresh shoot and root weights, and dry weight were measured at a one-week interval up to the fourth week after transplanting, and the anthocyanin content analysis was added at the fourth week. Growth characteristics of lettuce based on each light intensities, frequency 1.25 kHz. SPAD values increased with light intensities and decreased over a period of time. The R: B light source showed high SPAD value, and fresh shoot weight increased with light intensity over a period of time. However, R: B: UV light source appeared the highest value at 160 μmol·㎡·s^-1, shoot and root weights and dry weight showed the same results with the shoot weight. The S/R ratio using the dry weight results decreased at all light sources, and especially R: B light source showed low value. Leaf-shape index decreased as light intensity and time increased. Leaf area increased with high light intensity and reached the maximum at the 160 μmol·㎡·s^-1. It increased rapidly during 3rd-4th week at the 80 and 120 μmol·㎡·s^-1,but it increased rapidly during 1st-2nd week at the 160 and 200 μmol·㎡·s^-1. Content of anthocyanin increased with light intensity, and it appeared relatively high with White and UV light sources. Therefore, the study concluded that light sources of R: B: G and R: B: W and light intensity of 160 μmol·㎡·s^-1were suitable for the growth of lettuce. Growth characteristics of lettuce based on each frequencies, light intensity 160 μmol·㎡·s^-1 SPAD showed high value at 1.25 kHz, The fresh shoot weight appeared the highest value at 3.75 kHz. shoot and root weights and dry weight showed the same results with the shoot weight. The S/R ratio results with blue LED decreased at all frequencies. Leaf-shape index increased as light frequency and time decreased. Content of anthocyanin with frequencies appeared irrelative all light frequencies. The study concluded that light frequency of 3.75 kHz were suitable for the growth of lettuce.