토양 인 신속측정을 위한 시료 전처리 기술 요인 연구

박효제,이상윤,한철우,권기영 경상대학교 농업생명과학연구원 2016 농업생명과학연구 Vol.50 No.3

Measurement of soil phosphorus(P) that affects crop growth is important in regard to determining the amount of P to be top-dressed. Although numerous methods to measure soil P are available, they mostly implemented in a lab and require considerable time for analyzing. The objective of this study was to find a rapid way for Lancaster colorimetry to analyze soil P effectively and rapidly in a field. 20 soil samples each in Jinju and Geochang, Geongnam were collected and the experiment was conducted based on Lancaster. The colorimetric process can be divided into three stages: extraction, filtration and color development. To find reduced optimum extraction time, the soils were blended with a mixer at intervals of 30sec for 30sec to 2min. Syringe filters with the sizes of 0.45, 1 and 2㎛ and a syringe compressor were used for speed up of filtration. The extracted solutions with reagents were soaked in the bath with 30, 40 or 50°C at intervals of 30sec for 30sec to 2min for optimum rapid color development. Combined Rapid Lancaster(CRL) method was performed for the soil samples using the best results from each process, which was 30sec blending using a mixer, 0.45㎛ syringe filter and absorbance measurement after 2min immersion at 50°C. As a result of the CRL method, R2 for Jinju soil and Geochang soil showed 0.791 and 0.936 respectively when compared to the standard Lancaster method. Since there was no statistically significant difference between Lancaster and the CRL, it was considered that the CRL method could be used to analyze soil P as a substitute for Lancaster. Future study will be conducted with wet field soils in various regions.

토양 인의 현장 측정(1)-신속측정을 위한 비색법 연구-

박효제 ( Hyo Je Park ),이상윤 ( Sang Yoon Lee ),한철우 ( Cheol Woo Han ),홍영기 ( Young Ki Hong ),권기영 ( Gi Young Kweon ) 한국농업기계학회 2015 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2

국산 밀 파종기 개발을 위한 파종량 제어 디스크 개발

박효제 ( Hyo Je Park ),백이 ( Yee Paek ),김동억 ( Dong Eok Kim ),홍순중 ( Soon Joong Hong ),강동현 ( Dong Hyeon Kang ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

현재 국산밀 생산량은 3만톤으로 자급률은 1.2%에 불과하여 식량안보와 국제 시장 변동에 취약하다. 이를 보완하기 위해서는 국산 밀 자급률 향상과 수입 밀 대비 가격과 품질 경쟁력 향상을 위해 국산밀 단위 면적당 생산량 증가시켜야 한다. 국산밀 수량 증진을 위한 밀 파종방법 확립과 생육단계별 토양수분의 체계적인 관리를 통한 수량구성 요소 변화 및 증수 요인 구명이 필요하다. 관행 밀 파종량의 경우 광산파의 경우 평균 18~23kg/10a이며 밀 고품질 안전성 생산 재배서에서 제시하는 파종량의 경우 광산파 16~20kg/10a, 세조파 10~13kg/10a 이다(RDA, 2021). 일본의 경우 세조파 7~8kg/10a 광산파 10~12kg/10a이었다. (Takahashi Yoshio at. al, 2017). 김한신 등이 2014년에 발표한 밀 파종기 관련 사전연구에 의하면 트랙터부 착용 기계 산파의 적정 파종량은 20 kg/10a, 동시작업기 세조파는 15kg/10a가 적절한 것으로 판단되나 안전한 밀수량을 확보하기 위해서는 파종량을 고려한 검토가 필요하다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 휴립 세조파 파종의 파종기의 파종량을 제어하기 위해 밀의 종자의 특성인 길이, 장폭, 단폭, 천립중을 측정 후 측조 시비기의 시비량 제어 디스크 역설계에 적용하여 밀 파종량 제어 디스크를 설계 및 제작하고자 하였다. 밀 종자 파종량을 일본과 국내 표준 재배방법 사이인 8~10kg/10a를 목표로 하였을 때 천립중 평균으로 10cm 당 3~4립이 필요로 하였다. 따라서 밀 종자가 들어가는 공간인 배종구 1칸당 3 ~ 4립이 들어가 배출될 수 있도록 설계 제작하여 시험하였다. 시험결과 배종구의 크기가 가로 10 mm, 세로 7.5 mm, 깊이 5.5 mm 일 때 배종구에 3~4 립의 밀 종자가 삽입되었다가 배출되었다.

온실 광환경 평가방법 개발

박효제 ( Hyo Je Park ),강동현 ( Dong Hyeon Kang ),강정균 ( Jeong Gyun Kang ),이용범 ( Yong Bum Lee ),서명훈 ( Myeong Whoon Seo ),이종원 ( Jong Won Lee ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

작물은 광에 의해 생육이 촉진 및 억제되며, 광 에너지를 공급받아 광합성을 하게 되고, 이를 통해 각종 대사작용에 필요한 물질을 생산한다. 또한, 밤과 낮의 길이, 광량의 차는 꽃눈의 형성과 발달에 영향을 미친다. 최근에는 시설 온실의 대규모화 및 대형화에 따라 온실 내부 광환경은 불균일화가 초래되어 균일성 향상 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 온실 내부의 광환경 균일도 조사를 통해 광환경 불균일 원인분석을 밝히고 해결방안을 구명하기 위하여 플라스틱 단동온실, 연동온실, 유리 연동온실에 일사량 센서 12개(외부 1개소, 내부 11개소)를 배치하고, 각 위치에 따른 일사량을 측정하였다. 측정된 일사량을 이용하여 시간대별 적산 일사량과 시간대별 투과율을 계산하여 광 불균일 원인을 분석하였다. 일사량 분석은 시간대별 적산 일사량 평균값과 표준편차를 계산하였고, 광환경 불량조건은 시간대별 적산일사량 평균값에 표준편차를 뺀 값보다 낮은 위치를 광환경 불량으로 간주하였다. 광 투과율은 농업과학원에서 2015년 작성된 온실 환경설계기준(안)에서 제시한 투과율보다 낮으면 광환경이 좋지 않은 것으로 간주하여 분석하였다. 시간대별 적산 일사량 기준과 투과율에서의 광환경 분석기준을 교차분석을 통해 광환경이 기준 이하 위치를 찾고, 원인을 분석하였다. 적산 일사량 기준과 투과율 기준 불량위치 교차분석 결과 주로 해질녁 남서쪽 위치에서 겹쳐진 피복재의 영향을 받았으며, 유리온실은 외부의 먼지 등으로 인하여 광한경이 불량하였다. 이는 온실 구조물 및 보온커튼으로 인한 광환경 저하와 피복재의 사용기간에 따른 저하 등의 원인을 분석할 수 있을 것으로 생각된다.

온실 보온자재의 사용기간에 따른 보온성능 평가방법 개발

박효제 ( Hyo Je Park ),강정균 ( Jeong Gyun Kang ),김동억 ( Dong Eok Kim ),홍순중 ( Soon Joong Hong ),강태환 ( Tae Hwan Kang ),강동현 ( Dong Hyeon Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

스마트 온실 난방비용을 절감하기 위해 개발된 다겹보온커튼을 이용하여 보온성을 높이기 위해 많은 연구가 진행되었다. 윤 등(2013)은 투광성 보온커튼을 이용한 난방에너지 절감 연구를 수행하였고, 유 등(2013)은 다겹보온커튼과 에어로겔 보온커튼의 총괄 열전달 계수 분석을 통해 성능을 개선하기 위한 연구를 수행하였다. 국내에서 유통되고 있는 다겹보온자재에 대한 보온성능 검증방법에 대한 연구가 진행되어 몇 개 기관에서 보온성에 대한 검증을 실시하고 있으나, 현재 수행 중인 방법은 미사용 다겹보온자재를 이용하여 보온성능을 검증하고 있어 태양광 등에 의해 발생할 수 있는 보온자재의 부식으로 인한 보온성 저하에 대한 검증은 수행되지 못하고 있다. 윤 등(2019)에 의하면 온실 보온 관련 연구는 다겹보온자재의 내부 재료 조합형태별 보온성과 그 개선 효과에만 집중되어 있으며 오래사용된 보온자재의 보온성 변화 및 교체 기간 등의 설정을 위해 접근한 연구는 미비한 실정이라고 하였다. 본 연구에서는 온실 보온자재를 40W 자외선 형광등을 이용하여 168시간(1주), 336시간(2주), 504시간(3주), 672시간(4주) 동안 자외선에 노출 시키는 촉진 내후성 시험과 1년에 5개월을 보온자재를 이용하여 보온한다는 가정하에 권취방식으로 150번 왕복 개폐를 1년으로 가정하여 6년(900번 왕복) 개폐 후 시험하였다. 보온성능 비교는 내후성 시험 후 보온율 측정, 내구성 촉진시험 후 보온율 측정, 내후성 시험을 수행하고 내구성 촉진시험을 한 후 보온율을 측정하는 방법으로 보온성능을 비교 분석하였다. 내구성 촉진시험만 수행한 결과에서는 보온율 변화가 거의 없었으며, 내후성 시험만 수행한 결과에서 0.85%의 보온율이 낮아졌다. 내후성 시험과 내구성 촉진시험을 동시에 하는 시험에서는 내후성 시험결과보다 약 1.1% 낮아지는 결과가 도출되었다. 시험장치에 대해 수정 보완한다면 보온자재 사용기간에 따른 보온성능 평가도 가능할 것으로 사료된다.

온실 보온자재의 보온성능 평가방법 조사

박효제 ( Hyo Je Park ),강정균 ( Jeong Gyun Kang ),김동억 ( Dong Eok Kim ),홍순중 ( Soon Joong Hong ),강동현 ( Dong Hyeon Kang ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

국내에 유통되고 있는 온실 보온자재의 보온성능검증은 KS K 0560 “천의 보온성 측정 규정”을 따르고 있으나, 2000년 이후의 국내 온실 보온자재 보온성능 관련 연구는 Hot Box를 이용하여 열관류율을 측정 후 보온성능을 평가하는 방식을 채용하고 있다. 하지만 국내에서는 표준화된 관류열전달계수 측정시스템 및 측정 기준의 부재로 최근 개발되어 상용화된 피복재와 보온재에 대한 관류열전달 특성을 객관적으로 비교할 수 있는 통일된 정량적 기준이 마련되어 있지 못한 실정이다(이현우 등, 2014). 따라서 본 연구에서는 온실 보온재의 보온성 성능평가 규정과 최근 수행된 국내연구 결과를 조사하여 온실 보온재의 보온성능 분석방법을 비교 분석하였다. 국내외 보온자재의 보온성능 평가 표준은 KS K 0466, KS K 0560, ASTM D 1518, ASTM C 236-89 등이 있다. KS K 0466, KS K 0560, ASTM D 1518 규정은 사람의 체온을 기준으로 한 가열시험판 위에 올려놓은 보온재를 통과하여 방출되는 발열량을 소비 전력량으로 측정하여 보온성능을 평가하는 방식이다. ASTM C 236-89 규정은 건축물의 주거환경인 내부와 외부 조건을 조성 후 내부환경과 외부환경 사이에 시편을 설치한 후 내부환경에 난방하여 일정 온도까지 열을 공급 후 난방기를 끄고 내부, 외부온도가 같아질 때까지 시험을 진행한다. 이후 내부, 외부 보온재의 표면 온도 차이가 가장 클 때 값과 난방기에 공급된 열량을 이용하여 보온재의 보온성능을 평가하는 방식이다. 2000년 이후 온실 보온재 보온성능 분석 관련 논문은 약 9편 정도 있었으며, 모든 연구에서 ASTM C 236-89의 기준에 따라 Feuilloley and Issanchou(1996)가 사용한 Hot Box를 응용한 것으로 이 중 3편의 논문은 수직 열관류율 측정 장비를 제작하여 보온성 성능분석 시험하였고, 나머지 6편은 각각 다른 시험 조건으로 열관류율을 측정 후 보온성능을 평가하였다. 따라서 온실 보온자재에 대한 보온성능 검증은 사람체온을 기준으로 한 KS K 0560가 아닌 온실 외부환경을 기반으로 응용한 ASTM C 236-89의 결과가 필요하며 이에 따른 장비 및 시험방법 개발이 필요할 것으로 사료된다.

유압시스템을 이용한 폐 멀칭비닐 수거기 설계 및 실험

박효제 ( Hyoje Park ),이상윤 ( Sangyoon Lee ),박용현 ( Younghyun Park ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최일수 ( Ilsoo Choi ),남영조 ( Youngjo Nam ),권기영 ( Giyoung Kweon ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

농업에서 멀칭비닐은 지온, 수분 유지, 잡초의 생육억제 등의 목적으로 사용되며, 사용 후 수거를 하지 않으면 토양을 오염시키고 작물의 생육에 피해를 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 피복 비닐수거기가 일부 개발되어 있지만 현장에서 비닐 찢어짐 현상이 빈번하게 일어나 실제 사용률은 매우 낮다. 따라서 본 연구에서는 트랙터 주행속도와 증가된 수거비닐을 고려하여 연속적으로 수거가 가능한 기계개발을 목표로 하였다. 비닐이 찢어지지 않고 원활한 수거를 위해 마이크로컨트롤러, 차속센서, 비닐수거량 측정장치, 엔코더, 유압펌프, 유압모터, 비례유량제어밸브 등을 이용하여 비닐수거기를 제작하였다. 차속센서를 이용하여 트랙터 주행속도를 측정하고 수거량 측정장치로부터 증가된 비닐량을 측정하여 필요수거 속도를 계산하였다. 이를 비례제어기와 유량제어밸브를 통해 유압모터의 유량을 조절하여 수거속도를 제어하였다. 비닐 수거기의 수거속도제어 및 수거 성능검증을 위해 실내와 포장에서 실험을 수행하였다. 실내실험 결과 110 m의 비닐을 수거할 때 필요소거 속도와 실제 수거속도가 최대 3.03 rpm의 오차를 보여 유압모터의 속도가 필요속도를 잘 추종함으로 원활한 비닐수거가 되는 것으로 판단하였다. 하지만 현장 시험 시험결과 필요수거 속도와 실제 수거 속도차이가 최대 14.28 rpm 이었으며 노면의 불균일한 특성과 비닐의 날림방지 때문에 가장자리에 복토한 흙이 단단하게 굳어 일부 비닐이 찢어지는 문제가 발생하였다. 추후 연구에서는 PID (Proportional integral derivative) 제어를 통해 필요 수거속도와 실제 수거속도의 오차를 줄이고 단단하게 굳은 흙에서의 비닐을 수거하기 위해 진동으로 흙을 부수는 장치를 추가하여 비닐을 원활히 수거할 계획이다.

제 1발표장 : 노외기계시스템 분야 ; 10:54~11:06 : 토양 인의 신속 현장 측정 시스템 개발 -발색시간 단축에 관한 연구-

박효제 ( Hyo Je Park ),한철우 ( Cheol Woo Han ),홍영기 ( Young Ki Hong ),권기영 ( Gi Young Kweon ) 한국농업기계학회 2014 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.19 No.2

폐비닐 수거기에 관한 연구

박효제 ( Hyoje Park ),한철우 ( Cheolwoo Han ),김영근 ( Youngkeun Kim ),남영조 ( Youngjo Nam ),권기영 ( Giyoung Kweon ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

비닐 피복은 지온유지, 토양유실방지 및 잡초예방의 목적으로 사용된다. 그러나 작물재배에 사용된 비닐은 농약이나 날씨 등의 영향으로 경화되어 재활용을 위한 수거가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 폐비닐의 파손을 최소화한 상태로 수거하기 위해 두 개의 회수드럼을 가지는 비닐수거기 개발을 하고자 하였으며 최적주행속도, 최적 비닐회수속도, 최소의 드럼지름, 솔레노이드밸브와 스로틀밸브 각각 5개씩(이하 솔레노이드 밸브 조합)을 이용한 변속가능성, 최적의 가이드각도 조사를 수행하였다. 주행속도와 지름을 이용하여 RPM을 구하는 이론식을 이용하여 주행속도, 드럼의 지름, 회수속도의 관계를 분석하여 최적의 조건을 조사하였고, 유압펌프, 유압모터, 솔레노이드 밸브, 스로틀 밸브 중공축엔코더, 토크센서 등을 이용하여 비닐수거시험 장치를 제작하여 솔레노이드밸브 조합이용가능성과 최적의 가이드 조건 조사하였다. 시험결과 비닐회수속도를 70RPM으로 설정하였을 때 죄적의 주행속도는 2km/h~4km/h이며 드럼의 최소지름은 0.3m이었으며 응답시간 및 변속가능성 시험결과 응답시간은 이상이 없었으나 높은 속도에서의 속도는 설정 값 보다 낮게 나타났다. 최적의 가이드 각도는 30°~75°, 105°~150° 사이로 판단된다.

유압시스템을 이용한 폐 멀칭비닐 수거기 개발

박효제(H. J. Park),박용현,김영근(Y. K. Kim),최일수(I. S. Choi),남영조,권기영(G. Y. Kweon) 유공압건설기계학회 2019 유공압건설기계학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.6

농업에서 멀칭 비닐은 토양온도 유지 및 잡초예방의 목적으로 사용되며 차기작물의 파종 및 정식을 위해서는 수거되어야 한다. 그러나 현재 농촌인구의 감소와 농촌 노동력 부족 현상과 고령화로 인한 노동생산성 감소로 인하여 피복 비닐을 경작지에서 소각하거나 방치하여 각종 환경오염을 유발하고 있다. 현재까지 비닐 수거기의 연구는 많이 진행되었으나 상용화되지는 못하고 있는 실정이다. 기계를 이용하여 비닐을 수거하기 위해서는 트랙터의 주행속도와 비닐 수거 속도를 동기화하여 비닐이 끊어지지 않게 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 차속센서와 폐 비닐 수거량 측정장치, 비례유량제어밸브, 유압모터 등을 이용하여 트랙터 부착형 폐 멀칭비닐 수거기를 개발을 목적으로 하였다. 변화하는 차속과 비닐 수거량에 따라 신속히 유압모터의 속도를 제어하기 위하여 마이크로컨틀롤러를 이용하여 비례유량제어 밸브를 제어하였으며 제어기는 PID로 선정하여 P 계수는 1.23, I 계수는 6.4, D 계수는 0.05로 설정하였을 때 단위계단입력에 대한 단순응답보다 0.6 s 정도 빨리 목표 값에 도달하였다. 비닐수거량 변화에 따른 수거드럼의 회전속도를 측정하기 위해 주행속도룰 각각 0.5 ~ 2.5 ㎞/h로 설정하여 실험한 결과, 0.5 ㎞/h인 경우 명령값과 측정값의 오차평균은 -6.95로 상대적으로 높았으며 이는 비례제어 밸브의 데드존 때문인 것으로 판단되며 그 외의 주행속도에서는 ±3.65 rpm의 오차로 수거드럼의 속도 제어가 원활히 수행됨을 알 수 있었다. 향후 현장에서의 추가실험이 필요한 것으로 판단되며 토크센서를 이용한 비닐수거 가능성을 확인할 예정이다.