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          인공광 스마트온실에서 광질 및 광강도 제어가 케일 실생묘의 생장에 미치는 영향

          허정욱,이재수,이공인,김현환,Heo, Jeong-Wook,Lee, Jae-Su,Lee, Gong-In,Kim, Hyun-Hwan 한국환경농학회 2017 한국환경농학회지 Vol.36 No.3

          인공광 스마트온실(식물공장) 조건에서 작물의 생장은 주로 외부 환경조건의 변화와 상관없이 형광등이나 특정 파장역의 발광다이오드와 같은 인공광원에 의해 좌우된다. 본 실험에서는 형광등 및 발광다이오드를 활용한 광질 및 광강도 제어가 케일 실생묘의 생장 및 물질합성에 미치는 영향을 조사하였다. 잎이 3~4매 전개한 케일 실생묘는 광강도를 50 및 $100{\mu}mol/m^2/s$로 제어한 형광등 (FLL 및 FLH구), 적색 LEDs (RL 및 RH 구), 청색+백색 LEDs (BWL 및 BWH구) 및 청색+적색 LEDs (BRL 및 BRH구) 등 단일 및 혼합광질로 제어하였으며 50일간 담액방식으로 수경재배하였다. 케일 지상부 생체중은 광강도 $100{\mu}mol/m^2/s$의 적색, 청색+ 백색 및 청색+적색의 혼합광 조사구에서 유의하게 증가하였으며, 신초신장은 광강도가 높은 처리구에서 억제되었고 잎내 폴리페놀 함량은 증가하였다. 당합성은 광강도 $50{\mu}mol/m^2/s$에 비해 $100{\mu}mol/m^2/s$ 조건의 적색광질에 의해 2배이상 증가하였다. 본 실험을 통하여 인공광 스마트온실 조건에서 특정 파장역의 광질 및 광강도를 제어하면서 작물을 수경재배하는 것은 노지나 온실에서 토경재배하는 관행적 재배방식에 비해 작업효율성을 높이면서 잎의 생장 및 물질합성을 촉진할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 금후, 인공광 스마트온실에서 특정 파장역의 LEDs를 인공광원으로 할 때 작물생장을 최대로 유지할 수 있는 적정 광강도에 대한 연구를 수행할 계획이다. BACKGROUND: Plant growth under smart greenhouse (that is plant factory system) conditions of an artificial light type is significantly depending on the artificial light sources such as a fluorescent lamps or Light-Emitting Diodes (LEDs) with specific spectral wavelengths regardless of the outside environmental changes. In this experiment, characteristics on the growth and compound synthesis of kale seedlings affected by light qualities and intensities provided by LEDs were mentioned. METHODS AND RESULTS: The kale seedlings which developed 3~4 true leaves were exposed by fluorescent lamps or LEDs lights of red (R), blue+white (BW), blue+red (BR) with 50 (L) or $100(H){\mu}mol/m^2/s^1$ photosynthetic photon flux (PPF) under hydroponic culture system of deep flow technique for 50 days. Shoot fresh weight increased under the RH, BWH, and BRH treatments with higher PPF. Shoot elongation of the seedlings decreased, and polyphenol synthesis promoted by the higher light intensity conditions. Sugar synthesis in the leaves was above 2 times greater under the RH treatment of monochromic red light quality with $100{\mu}mol/m^2/s^1\;PPF$ than $50{\mu}mol/m^2/s^1\;PPF$. CONCLUSION: The results show that the control of light quality and intensity in the smart greenhouse conditions with artificial lights significantly affects the growth and compound synthesis in the fresh kale leaves with higher culture efficiency compared to the conventional soil culture under greenhouse or field conditions. Researches on the optimum light intensities of the LEDs with special spectral wavelengths are necessary for maximum growth and metabolism in the seedlings.

        • 스마트온실내 작물생산을 위한 인공광 재배시스템 연구

          허정욱 ( Jeong-wook Heo ),김현환 ( Hyun-hwan Kim ),정충렬 ( Chung-ryeol Jeong ),이공인 ( Goin-in Lee ) 한국환경농학회 2016 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2016 No.-

          스마트온실(식물공장)에서는 태양광 대신 형광등, LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)와 같은인공광을 사용하여 병충해 방제를 위한 농약과 같은 화학물질을 사용하지 않고 작물을 안전하게 재배할수 있으며, 작물의 종류에 따라 다양한 인공광원과 재배시스템을 이용할 수 있다. 스마트온실은 토경재배가 아닌 수경재배방식을 주로 채택하고 있으며, 온도 및 습도 등의 환경 모니터링 및 제어시스템을 활용하여 작물 생장에 적합한 환경을 제공한다. 현재, 이와 같은 스마트온실을 활용하여 상추와 같은 호냉성 엽채류를 중심으로 한 재배시스템 개발 및 재배기술 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며 실용화 중에 있다. 그러나 수경재배 조건에서 감초, 당귀 및 방풍 등 뿌리부위를 식용으로 하는 작물을 재배할 경우 기존 수경재배시스템에서는 재배기간이 경과함에 따라 뿌리 엉킴과 부패 현상이 발생하여 장기재배가 곤란하여 신선엽과 뿌리재배를 겸용한 재배시스템에 관한 시스템 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 스마트온실내 연중 친환경 작물의 신선엽과 뿌리를 생산하기 위한 인공광형 재배시스템을 개발하고 방풍 재배시험을 통하여 시스템 구동시험을 수행하였다. 재배시스템은 배양액 수조를 중심으로 좌, 우 양측 이동형 인공광원부(60×30 cm), 재배부(80×60 cm) 및 근권부(80×14×30 cm)로 구성하였으며, 인공광원은 LED와 형광등 혼합의 측광조사가 가능하도록 설계하여 작물 지상부 상부에 부착하였다. 뿌리생장을 위한 근권부는 분무경, 담액경과 배지경이 가능하도록 구성하였다. 또한, 지하 근권부에 용존산소농도를 제어할 수 있도록 산소제어장치를 부착하였으며, 근권부 배양액 수조는 일반 담액경, 분무경과 배지경이 가능한 구조로 설계하였다. 구동시험을 위한 식물 공시재료는 신선엽과 뿌리를 가용하는 방풍(Ledebouriella seseloides L.) 실생묘로 하였다. 재배시험 기간 동안 광강도 및 1일 광조사시간은 각각 150 μmol m-2 s-1 및 12 시간이였으며, 재배장치가 놓인 스마트온실내 온도 및 습도는 각각 20±1°C 50±10%로 제어하였다. 배지경 구동시험을 위해 목탄, 하이드로볼 및 난석 등 3종의 배지를 선정하고 세척한 후 배양액 수조에 채웠다. 담액경과 재배시스템내 배지경 재배효과를 비교하기 위하여 수경재배 정식판에 본엽이 2~3매 전개된 실생묘를 정식한 후 5주째에 지상부 생체중, 엽수 등의 지상부 생육을 조사하였으며 재배시험은 5주 간격으로 3회 반복하였다. 일반 담액경 시스템에서 재배한 방풍 지상부 생체중은 배지경에 비해 유의하게 증가하였으며, 배지 종류에 따른 생체중 변화는 없었다. 담액경 시스템에서 방풍잎의 생체중은 배지경 대비 약 1.5배 증가하였으나, 하이드로볼 배지경에 비해 잎의 건물중은 수경재배방식에 따른 유의성은 없는 것으로 나타났다. 엽내 엽록소 함량을 조사한 결과, 수경재배방식 및 배지종류의 차이에 따른 영향은 없었으며 배지경에 있어서 실생묘 개체당 엽수는 하이드로볼 대비 난석 처리구에서 증가하였다. 잎수확을 3회 반복하여 지상부 생장을 조사한 결과, 생체중 이외에 수경재배방식 및 배지종류의 차이와 상관없이 인공광 재배시스템내에서 방풍을 재배할 경우 방풍의 뿌리 및 지상부 잎생장에 문제가 발생하지 않는 것으로 보아, 스마트온실내 뿌리가용 작물의 안정생산이 기대된다. 앞으로 지상부 잎의 수확량 및 뿌리 생장이나 비대를 조사하고 비대생장 촉진을 위한 산소공급 시험을 수행, 재배시스템을 활용한 적정 수경재배조건을 결정할 예정이다.

        • 04 포스터 발표 : 자연생태 환경 분야(PN) ; PN-01 : 식물공장 시스템내 광강도 및 배양액 농도 제어가 뿌리부추 및 고려엉겅퀴 생장에 미치는 영향

          허정욱 ( Jeong Wook Heo ),김현환 ( Hyun Hwan Kim ),이광재 ( Kwang Jae Lee ),신현만 ( Hyun Man Shin ),이공인 ( Goin In Lee ),최규홍 ( Kyu Hong Choi ) 한국환경농학회 2015 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2015 No.-

          Culture-technic researches for year round production of agricultural plants inside plant factory system, which controlled the environmental factors of air temperature, relative humidity, nutrient, CO2 concentration, light intensity or quality, have been vigorously proceeded. In this study, control effects of light intensity and nutrient-solution concentration were investigated on growth of perennial chive (Allium hookeri) seedstock and Korean thistle (Cirsium setidens) seedlings inside plant factory system. Yamazaki solution was irrigated by deep flow technique (DFT) system during the culture period. Air temperature and relative humidity inside the system were maintained at 22℃ and 50%, respectively. Korean thistle seedlings which developed two true leaves were cultured under 1.5, 2.0 or 2.5 dS m-1 EC (Electrical conductivity), 5.8 pH, and 150 μmol m-2 s-1 PPF for 8 weeks. Fluorescent lamps with 50, 100 or 150 μmol m-2 s-1 photosynthetic photon flux (PPF) were used for hydroponic culture (EC 1.5 dS m-1, pH 5.8) of chive seedstocks for 7 weeks. Fresh weight and shoot length emerged from chive seedstocks grown under 150 μmol m-2 s-1 PPF were 76 and 24% increased compared to 50 μmol m-2 s-1 PPF, respectively. Number of shoots in chive was also greater in 150 μmol m-2 s-1 PPF, and significantly reduced under 100 μmol m-2 s-1 PPF. When EC was maintained at 1.5 or 2.0 dS m-1 for 56 days, increasing in leaf fresh and dry weight of Korean thistle were remarkable. Fresh and dry weights were 5.8 and 3.5 times greater in 1.5 or 2.0 dS m-1 EC than in 2.5 dS m-1 EC treatment, respectively. Number of unfolded leaves increased to 96% under 1.5 or 2.0 dS m-1 EC. The chive seedstock and Korean thistle were successfully cultured under the DFT system using fluorescent lamps. From the above results, it is suggested that shoot growth such as a fresh weight, dry weight, or shoot elongation could be significantly stimulated by the light intensity and EC tested in this experiment. The above results show production possibility of perennial plants besides leaf vegetables, and studies on change in nutrient elements inside the plants cultured under the system are necessary.

        • KCI등재

          인공광 식물공장내 광질 제어가 방풍나물 생장에 미치는 영향

          허정욱 ( Jeong Wook Heo ),김동억 ( Dong Eok Kim ),한길수 ( Kil Su Han ),김숙종 ( Sook Jong Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회지 Vol.32 No.3

          형광등이나 LED와 같은 인공광을 사용하는 식물공장(인공광 식물공장)은 계절에 상관없이 광, 온도 및 습도 등을 인위적으로 제어하면서 작물을 안정적으로 연중 생산할 수 있는 시스템이다. 본 연구에서는 수경재배 방식을 채택하고 있는 인공광 식물공장 시스템 내에서 엽채재배용 배양액을 이용한 방풍나물의 수경재배 가능성과 혼합광질이 생장에 미치는 영향을 검토하였다. 방풍나물은 청색과 적색 LED를 1:1 및 1:3의 비율로 혼합한 혼합광 조건에서 90일간 수행하였다. 광원의 광강도는 100 μmol/m2/s로 설정한 후 30일 간격으로 지상부 잎을 3회 수확하여 생장량을 조사하였다. 재배기간 동안 형광등과 LED의 혼합광 조사는 방풍나물 지상부 생장에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 재배개시 30일째 방풍나물 지상부 생체중 및 건물중은 형광등+청색+적색의 혼합광(청, 적색 혼합비율 1:3, FLBR13구)에 의한 영향을 받아, 대조구인 형광등 조사구(FL구)에 비해 각각 3.7배 및 2배 증가하였다. 또한 식물체당 전개엽수는 FLBR13구에서 형광등+청색+적색 혼합광(청, 적색 혼합비율 1:1) 조사구인 FLBR11구에 비해 유의하게 증가하였다. LED와 형광등을 혼합 조사한 처리구에서와 같이, 형광등을 혼합하지 않고 청색과 적색의 LED만을 혼합하여 조사한 처리구에서도 청색과 적색의 혼합비율이 1:1인 BR11구에 비해 적색광의 혼합비율을 3배 증가시킨 BR13구에서 방풍나물의 지상부 생장이 촉진되었다. BACKGROUND: Plant factory system of an artificial light type using Light-Emitting Diodes (LEDs), fluorescent light, or metal halide lamp instead of sun light is an ultimated method for plant production without any pesticides regardless of seasonal changes. The plant factory is also completely isolated from outside environmental conditions such as a light, temperature, or humidity compared to conventional greenhouse. Light-environment control such as a quality or quantity in the plant factory system is essential for improving the growth and development of plant species. However, there was little report that the effects of various light qualities provided by LEDs on Ledebouriella seseloides growth under the plant factory system. METHODS AND RESULTS: Ledebouriella seseloides seedlings transplanted at urethane sponge were grown in the plant factory system of a horizontal type with LED artificial lights for 90 days. Yamazaki solution for hydroponic culture of the seedlings was regularly irrigated by the deep flow technique (DFT) system on the culture gutters. Electrical Conductivity (EC) and pH of the solution was recorded at 1.4 ds/m and 5.8 in average, respectively during the experimental period. Number of unfolded leaves, leaf length, shoot fresh and dry weight of the seedlings were three times measured in every 30 days after beginning of the experiment. Blue LEDs, red LEDs, and fluorescent lights inside the plant factory were used as light sources. Conventional fluorescent lamps were considered as a control. In all the treatment, light intensity was maintained at 100 μmol/㎡/s on the culture bed. Fresh weight of the seedlings was 3.7 times greater in the treatment with the mixture radiation of fluorescent light and blue+red LEDs (1:3 in energy ratio; Treatment FLBR13) than in fluorescent light treatment (Treatment FL). In FLBR13 treatment, dry weight per seedling was two times greater than in FL or BR11 treatment of blue+red LEDs (1:3 in energy ratio; Treatment BR11) during the culture period. Increasing in number of unfolded leaves was also significantly affected by the FLBR13 treatment comparing with BR11 treatment. CONCLUSION(S): Hydroponic culture of Ledebouriella seseloides seedlings was successfully achieved in the plant factory system with mixture lights of blue, red LEDs and fluorescent lights. Shoot growth of the seedlings was significantly promoted by the FLBR13 with the mixture radiation of fluorescent light, blue, and red LEDs under 1:3 mixture ratio of blue and red LEDs during the experimental period compared to conventional light conditions.

        • KCI등재

          수경배양액 무기성분농도 측정장치 개발

          허정욱 ( Jeong-wook Heo ),박경훈 ( Kyeong-hun Park ),홍승길 ( Seung-gil Hong ),이재수 ( Jae-su Lee ),백정현 ( Jeong-hyun Baek ),박종택 ( Jong-taek Park ),이승기 ( Seung-kee Lee ) 한국환경농학회 2020 한국환경농학회지 Vol.39 No.4

          BACKGROUND: Measurement equipment was developed for inorganic nutrient concentration inside the hydroponic culture medium with several macro- and micro compositions, and applied for measuring the compositions of conventional medium. METHODS AND RESULTS: Before the equipment development, sonicator and heater were utilized to control temperature around of the module mixing with color reagents and target samples among the inorganic compositions. The measurement module and multi-sampler were also manufactured based on the COMS (Complementary Metal- Oxide Semiconductor) and installed inside the measurement equipment. Concentration of standard solution, value measured by the equipment, standard deviation or measured average value were used for estimating the accuracy and average recall of the equipment. Yamazaki solutions with EC of 0.5, 1.5, and 2.5 dS/m were offered to confirm the equipment accuracy and standard error. CONCLUSION: It was suggested that the developed equipment could be automatically applied for measurement with accuracy of over 96% and standard errors of less than 5% on 12 macro- and micro compositions such as a NO<sub>3</sub>-N, PO<sub>4</sub> <sup>3-</sup> or Fe.

        • KCI등재

          Effects of Supplementary LED Lighting on Growth and Biochemical Parameters in Dieffenbachia amoena ‘Camella’ and Ficus elastica ‘Melany’

          Jeong Wook Heo(허정욱),Yong Beum Lee(이용범),Dong Eok Kim(김동억),Yu Seob Chang(장유섭),Changhoo Chun(전창후) 한국원예학회 2010 원예과학기술지 Vol.28 No.1

          본 실험에서는 발광 다이오드(LED)가 관엽 식물 온실 재배시 보광 광원으로서 적합한지를 검증하기 위하여 청색 및 적색 단일 광질 및 청색과 적색의 혼합 광질 보광이 디펜바키아 ‘카멜라’와 피커스 ‘멜라니’ 분화 식물의 생장 및 발육, 체내 당, 전분, 엽록체 및 카로티노이드 함량에 미치는 영향을 검토하였다. 식물 반응은 단일 광질 및 혼합 광질 등 처리파장역과 조사 식물에 따라 달랐다. 두 조사 식물 모두에서 단일의 적색광과 청/적 혼합광 처리는 초장과 전개엽수를 증가시켰으며, 청/적 혼합광 처리는 피커스 식물체내 질소 흡수 및 이용을 증대시켰다. 단일의 적색 및 청+ 적 혼합광 처리는 디펜바키아의 카로티노이드 함량을 증가시켰으나 인도고무나무의 보광광질에 따른 영향이 나타나지 않았다. 인도고무나무의 건물중 및 체내 전분 함량 및 디펜바키아의 분지수는 청/적 혼합 광질 보광 처리구에서 증대되었다. 본 연구를 통하여 LED 광원은 관엽식물의 보광용 광원으로 적합하며 특히 청/적 혼합광질에 의한 보광처리는 식물체내 생장 및 성분변화 등에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 인도고무나무와 디펜바키아의 생육을 촉진시킬 수 있는 광질임을 알 수 있었다. To verify the possibility of LEDs as supplementary lighting sources for greenhouse production of foliage plants, growth and development, sugar content, starch content, and chlorophyll and carotenoid contents of potted Dieffenbachia amoena ‘Camella’ and Ficus elastica ‘Melany’ plants were investigated. The plant response varied by monochromatic or mixture of blue and red LEDs and by species. In both species, monochromatic red and supplementation with blue plus red LEDs increased plant height and number of unfolded leaves, while the blue plus red LED treatment promoted the uptake and utilization of nitrogen in Ficus plant. Supplementation with any LEDs did not cause any changes in contents of chlorophyll a and b and total carotenoids. Dry weight and starch content of Dieffenbachia and Ficus and the number of branches in Dieffenbachia increased by supplementation with mixture of blue and red LEDs without any negative effects compared with the control treatment. Results indicate that supplementation with mixture of blue and red LEDs, compared to other light treatments, is beneficial for promotion of growth and development without any negative effects on biochemical characteristics in Dieffenbachia and Ficus.

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