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인공광 이용 식물공장형 육묘시스템의 환경 프로파일 및 오이 생장 평가
안세웅(Sewoong An),이혜진(Hye Jin Lee),심하선(Ha Seon Sim),안수란(Su Ran Ahn),김성태(Sung Tae Kim),김성겸(Sung Kyeom Kim) (사)한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.2
기후변화로 인하여 이상 기상이 잦은 빈도로 발생하고 있어 사계절 균일한 규격의 채소 접목묘를 생산하기 위한 새로운 시스템이 필요하다. 인공광 이용 식물공장형 육묘시스템은 사계절 외부 기상의 영향을 받지 않고 균일한 모종을 생산할 수 있어 공정육묘장에서 도입을 검토하고 있다. 인공광 이용식물공장형 육묘시스템의 환경 프로파일을 위하여 광량(수직분포; 광원으로부터의 거리 255, 205 및 105mm, 수평 분포; 150 × 150mm 간격으로 총 45점), 광질, 기온 및 상대습도(수직 분포; 지면으로부터 615, 980, 1,345 및 1,710mm, 총 12개 지점)에 대하여 프로파일을 하였다. 오이 육묘 및 환경 프로파일 기간 육묘 모듈의 광량은 150μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>, 일장은 16/8h, 기온은 25/20℃ 및 상대습도는 70/85%로 설정하였다. 인공광 이용 식물공장형 육묘시스템이 균일한 모종을 생산하는지 평가하기 위하여 ‘조은백다다기’ 오이를 파종 후 8일에 생장을 조사하였다(n=20). 육묘 모듈의 광량은 광원으로부터 거리가 255mm였을 때 167.2 ± 35.7였으며 설정치와 유사하였다. 광원으로부터 거리가 가까워진 곳에서 광량은 각각 11과 23% 증가하였으나, 표준편차가 1.8배 증가하였다. 인공 광원의 적색광/근적색광의 비율은 3.6이었다. 지면으로부터 615, 980, 1345 및 1710mm 떨어진 곳에서 육묘 모듈의 주/야 기온은 각각 24.7/19.5, 24.6/19.5, 24.7/19.4 및 24.7/19.6℃였다. 육묘 모듈의 높이에 의한 위치별 기온의 차이는 없었으나, 주/야 기온의 설정 값과는 각각 0.3 및 0.5℃의 차이는 있었다. 육묘 모듈의 상대습도도 위치별로 차이가 없었으며(71/84%), 상대습도의 설정값과 비교해도 1%의 차이로 매우 정밀하게 제어되었다. 파종 8일 후 오이 모종의 초장, 엽면적, 생체중 및 건물중은 각각 4.1 ± 0.1cm, 24.1 ± 3.7㎠, 0.7 ± 0.13g 및 0.05 ± 0.008g이었으며, 초장의 변이 계수가 약 2.4%이하로 매우 균일한 오이 모종을 생산하였다. 인공광 이용 식물공장형 육묘시스템에서 모종 생산에 큰 영향을 미치는 환경요인들을 수직· 수평으로 프로파일하여 분석하였을 때 기온 및 상대습도는 매우 정밀하고 정확하게 제어되었으며, 광량 및 광질도 오이 모종을 생산하기에 충분히 적절 하였다. 본 인공광 이용 식물공장형 육묘시스템을 보급한다면, 연중 균일한 우량접목묘 생산을 위한 접수· 대목을 육묘 할 수 있을 것으로 기대된다. Due to the climate change such as high temperature in summer and low sunlight in winter, vegetable seedling growers have been facing difficulties to produce uniform seedlings in all four seasons. A plant factory with an artificial lighting (PFAL) would be considered as an effective alternative tool in that it can control environment conditions and produce uniform seedlings without outside weather conditions. Therefore, this study investigated changes of environment parameters, such as light uniformity, temperature and the relative humidity and uniformity of seedlings cultivated in a PFAL to evaluate plant factory transplant production system with an artificial lighting. Cucumber seedlings were grown in a PFAL at the light intensity 250 μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>, the photoperiod 16/8h, the temperature 25/20℃ and the relative humidity 70/85%. In the light intensity uniformity, as closer to the light source from 255 to 105mm, the amount of light increased by 11 and 23%, respectively, but the standard deviation increased by 1.8 times. For the temperature and the relative humidity by four different height positions (615, 980, 1,345, 1,710 mm distance from the floor), temperature did not show much difference at each location, 24.7/19.5, 24.6/19.5, 24.7/19.4 and 24.7/19.6°C, respectively. Also, the relative did not differ by locations (71/84%). Additionally, cucumber seedling characteristics of plant height, leaf area, fresh weight and dry weight of cucumber seedlings 8 days after sowing showed highly uniform quality, 4.1 ± 0.1 cm, 24.1 ± 3.7 ㎠, 0.7 ± 0.13 g and 0.05 ± 0.008 g, respectively. Considering the results of environment parameter profiling and cucumber seedling uniformity, vegetable seedling production in a PFAL can be a promise tool in the era of climate change.
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스테레오 이미지 이용 고추 모종 초장 및 엽면적 정보 수집
안세웅 ( Sewoong An ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
본 연구는 육묘 시 고추 모종의 초장 및 엽면적 정보를 비파과적으로 수집하기 위해 영상 기술을 적용하기 위해 수행하였다. 국립원예특작과학원 채소과 유리 온실에서 스테레오 타입 RGB 카메라간의 간격은 30cm이였으며, 베드 표면 기준으로 측정 높이 70~180cm에서 실제 측정 가능 화각은 65°로 직경 90~230 cm 범위를 보였다. 고추 모종 초장은 베드 바닥면에서 식물체 끝 부분까지를 정의하였으며, 영상 분석은 쌍방향 다른 각도에서 촬영한 사진 두 장을 합성하여 카메라와의 거리를 산출하는 스테레오 이미지 알고리즘을 사용하여 초장 값을 추출하였다. 엽면적의 경우 식물체 녹색 영역의 합으로 정의하였다. 영상 분석은 식물체 영상에 Intensity Threshold 기법을 활용하여 RGB 밴드에서 임계값을 추출하려 하였으나, 온실 특성상 구조물에 의한 밝기차이로 인해 Intensity 만으로 임계값 추출에 한계가 있었다. 따라서 Hue(색상), Saturation(채도), Value(밝기) 색좌표계로 변환하여 임계값을 설정하고 Masking 이미지를 추출하여 편리함을 높혔다. 영상 분석 과정에 앞서 카메라 자체의 구면수차 등의 정보를 보정하는 카메라 캘리브레이션 및 각 카메라의 기하학적 위치관계를 정의하는 스테레오 카메라 캘리브레이션 작업을 수행하였으며, 캘리브레이션 작업은 최초 1회 수행 후, 데이터에 이상이 생기거나 주기적으로 수행하였다. 모종 초장의 영상분석 과정은 ①스테레오 이미지 획득 → ②식생부분 추출을 위한 HSV 마스킹 → ③두 영상에서 동일지점에 대한 시차(disparity) 계산 → ④시차를 거리정보로 변환 → ⑤거리정보를 카메라와 대상체 사이거리만큼 빼주어 초장높이 산출하였으며, 엽면적의 경우 ①스테레오 이미지 획득 → ②식생부분 추출 HSV 마스킹 결과파일 → ③거리 정보를 통한 픽셀 해상도 계산 → ④마스킹된 픽셀 개수와 픽셀 해상도를 곱해 엽면적 산출 순으로 분석하였다. 모종 생육 정보의 실측 및 이미지 값 비교를 위해 고추 초장의 경우 실측치 대비 영상 값은 y=1.1388x, R2=0.9311로 높은 상관관계와 신뢰도를 보였으며, 엽면적의 경우 실측치대비 영상 값은 y=1.2747x, R2=0.3291으로 매우 낮은 상관관계와 신뢰도를 보였다. 특히, 엽면적의 경우 모종이 생육함에 따라 엽이 전개되는 각도와 여러 층의 잎이 서로 포개짐에 따른 왜곡이 심하게 발생하여, 2D 기반의 영상정보 수집 방법으로 엽면적 값을 추출하는 것은 한계점이 있는 것으로 판단되었다.
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식물공장형육묘시스템 내 주야간온도차 및 광량에 따른 수박 접수 및 대목의 생육 변화
곽유리나(Yurina Kwack),안세웅(Sewoong An) (사)한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.2
본 연구는 고품질 수박 접수 및 대목의 효율적인 생산을 위한 식물공장형 육묘시스템 내 적정 기온 및 광 환경을 구명하고자 수행되었다. 서로 다른 주야간온도차를 가진 3개의 기온 처리구(25/20, 26/18, 27/16°C)와 5개의 광량 처리구(50, 100, 150, 200, 250μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>)를 조합하여 총 15개의 처리구를 설정하여 수박 접수와 대목을 식물공장형 육묘시스템에서 6일간 육묘하였다. 수박의 접수 및 대목의 묘 소질은 주야간 온도차와 광량의 개별적 영향뿐만 아니라 교호작용도 매우 크게 받았다. 수박 접수 및 대목의 하배축장은 증가되는 광량에 의해 억제되었다. 수박 접수 및 대목의 엽면적은 150μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP> 광 조건까지는 증가하였으나, 이 이상의 광조건에서는 증가하지 않았다. 수박 접수와 대목의 건물중 및 충실도는 증가하는 광량에 의해 높아졌으나 광이용효율은 감소하였다. 전체적으로 수박의 접수 및 대목 소질은 큰 주야간온도차 처리에서 불량해졌고, 주야간의 급격한 온도변화는 작물에게 스트레스로 작용한 것으로 판단된다. 따라서 수박 접수 및 대목의 형태, 생육, 에너지효율 등을 고려하였을 때, 식물공장형 육묘시스템 내 수박 접수 및 대목 효율적인 생산을 위한 적정 기온 및 광량 조건은 25/20°C 및 150μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>인 것으로 확인되었다. The climate change has made it difficult to produce sturdy and uniform vegetable seedlings throughout the year. Vegetable seedling production in a plant factory using artificial lighting (PFAL) is considered as an attracting alternative that can produce vegetable seedlings without outside weather conditions. This research was conducted to investigate the optimal air temperature and light intensity in a PFAL to produce sturdy and uniform watermelon scions and rootstocks efficiently. Watermelon scions and rootstocks were cultivated for six days in a PFAL under total 15 air temperature and light intensity conditions, combination of 3 air temperatures (25/20, 26/18, 27/16°C) and 5 light intensities (50, 100, 150, 200, 250 μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP> Photosynthetic Photon Flux). In spite of the short seedling production period, it was confirmed that the morphological characteristics of watermelon scions and rootstocks were varied according to the temperature and light intensity conditions. Hypocotyl length of watermelon scions and rootstocks was significantly affected by the light intensity than the air temperature conditions. Hypocotyl length was not elongated by the higher light intensity, however, the leaf area of watermelon scions and rootstocks were also tended to increase as the light intensity increased. This tendency was slowed down when the light intensity was above the appropriate level. Dry weight and compactness were increased as the light intensity increased, however, light use efficiency (LUE) was decreased. In the responses of watermelon scions and rootstocks for the air temperatures, the seedling quality of scions and rootstocks became poor as the difference of temperature between day and night increased. Rapid changes of air temperature in a PFAL would be a stress to the scions and rootstocks. By considering seedlings quality with energy efficiency, those results suggested that the optimal air temperature and light intensity conditions were 25/20°C and 150μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP> to produce watermelon scions and rootstocks efficiently in a PFAL.
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식물공장형육묘시스템 내 광량에 따른 오이와 토마토 접수 및 대목의 증발산량 및 생육 변화
박선우(Seon Woo Park),안세웅(Sewoong An),곽유리나(Yurina Kwack) (사)한국생물환경조절학회 2020 생물환경조절학회지 Vol.29 No.4
최근 이상 기후 및 노동력 문제를 해결하기 위하여 재배 환경의 정밀 제어가 가능한 식물공장형육묘시스템을 이용한 균일한 묘소질의 접수 및 대목 생산과 접목 로봇의 작업성 향상을 연계시키는 규격묘 생산 자동화시스템 구축의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 식물공장형육묘시스템에서 저면 관수 시 오이와 토마토 접수 및 대목의 관수 시기 및 관수량 등 관수 계획 수립을 위해 광량에 따른 증발산량과 묘소질을 조사하였다. 저면 관수 시 연속 중량 측정이 가능하도록 행잉형 로드셀을 설치하고 육안으로 초기 위조가 시작되는 시점을 확인하여 관수 개시 시점을 배지수분함량 50% 이상으로 설정하였다. 오이 접수 및 대목의 관수 시기는 파종 후 7일 및 6일이었고, 토마토 접수 및 대목의 관수 시기는 강광(300 μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>) 처리구 기준으로, 파종 후 5, 8, 11, 13일이었다. 오이와 토마토 모두 광량 증가에 따라서 증발산 속도가 증가하였으며, 토마토에서 광량에 따른 증발산 속도 차이가 크게 나타났다. 오이와 토마토 묘의 생육은 광량이 증가할수록 촉진되었는데, 광량 증가는 하배축장의 신장을 억제시키고 경경을 증가시켰다. 오이 및 토마토 묘개체군의 누적 증발산량은 광량이 증가할수록 증가하였고, 개체당 일(24h) 증발산량과 광량은 1차 선형 형태로 높은 정의 상관관계를 보였다. 묘개체군의 연속 중량 측정을 통한 오이와 토마토 접수 및 대목의 증발산량 추정은 식물공장형육묘시스템의 정밀 관수 제어를 위한 관수 시기 및 관수량 결정을 위한 지표로 사용할 수 있을 것이다. Recently, it is difficult to produce uniform scions and rootstocks with high quality in a greenhouse due to weather extremes. The closed transplant production system is useful for producing scions and rootstocks with desirable morphological characteristics by environment control regardless of weather outside. In this study, we investigated transpiration rates and growth of cucumber and tomato scions and rootstocks grown under different light intensity conditions for precise irrigation control in a closed transplant production system. Hanging system to measure continuously the weight of plug tray consisting of seedlings and substrate with load-cell was installed in each growing bed. Using this system, we confirmed initial wilting point of cucumber and tomato seedlings, and conducted sub-irrigation when moisture content of substrate was not below 50%. The irrigation time of cucumber scions and rootstocks were 7 and 6 days after sowing, respectively. In tomato scions and rootstocks grown under PPF (photosynthetic photon flux) 300 μmol·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>, the irrigation time were 5, 8, 11, and 13 days after sowing. Increasing light intensity increased transpiration rates and differences of transpiration rates by light intensity was higher in tomato seedlings. The growth of cucumber and tomato seedlings was promoted by increasing light intensity, especially, hypocotyl elongation and stem thickening was affected by light intensity. Cumulative transpiration rate of plug tray in cucumber and tomato seedlings was increased by increasing light intensity, and daily transpiration rate per seedling was regressed by 1st-order linear equation with high correlation coefficient. Estimation of transpiration rates by weighing continuously plug tray of vegetable seedlings can be useful to control more accurately irrigation schedule in a closed transplant production system.
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