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            • 공정육모 온실의 표준모델 및 자동화 시스템 개발과 활용기술연구 1 : 제1장 서론 Chapter1 Introduction

              박중춘,민영봉,정병룡,설인준,이영만,윤용철,강호종,김태규,김광용,장사문,정한택,오태한,김평태,김진일,손영걸,박봉식,김시론,이형정,오상석,김명승,조정호,하종규,임동희,이은주,변정희,이정한,최우진,강환규 경상대학교 시설원예연구소 1997 施設園藝硏究 Vol.4 No.-

              Ⅰ. 제목 공정육묘온실의 표준모델 및 자동화 시스템개발과 활용기술연구 Ⅱ. 연구개발의 목적과 중요성 1. 목적 1) 농가보급형 공정육모 표준온실의 설계 2) 공저육모온실의 시설장비의 표준화 3) 공정묘 생산을 위한 시설장비 자동화 시스템 개발 2. 중요성 1) 공정묘 생산을 위한 표준온실 및 자동화시스템의 연구개발은 원예묘의 분업화, 전문화 생력화를 위하여 필요하다. 우리나라 채소류 총소요량은 1996년말 현재 약 140억본으로 추산된다. 이를 위한 공정육모장의 표준시설 설계도가 없을뿐 아니라 재배생산 기술 및 경영체계가 또한 확립되어 있지 않다. 2) 농림부에서는 채소 공정육모장 설치를 위한 자금을 농가에 지원하고 있다. 그러나 적정시설의 규모, 시설설비를 위한 자금의 범위등이 확립되어 있지 않을 뿐아니라 수용농가는 육묘장 관리 및 재배기술이 미흡하며 경영계획 및 경영분석 모델이 확립되어 있지 않아 생산현장에서 많은 애로를 느끼고 있는 실정이다. Ⅲ. 연구개발과 내용 및 범위 1. 공정육묘를 위한 온실 표준화 연구 가. 공정육묘시스템 도입을 위한 검토 나. 공정육모온실의 표준모델 설정 다. 공정육모온실의 시설장비 및 자재 규격화 라. 공정묘 보급과 생산량 예측 및 묘의 표준규격 2. 공정육묘의 자동화 시스템 개발 가. 자동파종시스템 개발 나. 묘 이송라인 개발 다. 발아실 표준규격 정립 라. 온실의 재배관리 장치개발 마. 복합환경제어 장치개발 3. 공정묘 생산기술 개발 가. 공정묘 생산과 보급을 위한 나. 공정묘용 상토 및 액비개발 시험 다. 공정묘에서 양액의 농도와 DIF가 생육에 미치는 영향, 그리고 작부체계 계획 라. 플러그 잡목묘 재배생산시험 마. 공정묘 육성에 식물활성물질 이용효과 시험 바. 고추 공정묘의 생장조절시험 사. 공정육묘의 육묘농가 적응시험 4. 공정육모사업의 경영분석과 경영체계 수립 가. 공정육묘사업의 경제성 분석 나. 공정육묘농장의 경영체계 수립의 실제 Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 1. 연구개발 결과 공정육묘온실의 표준모델 및 자동화시스템 개발과 농가활용 기술에 관한 연구를 위하여 우리나라 농가에 보급할 수 있는 표준온실설계, 온실내 도입되어야할 시설장비의 자동화시스템 개발과 이들의 표준화 연구, 공정묘 생산을 위한 다각적인 재배기술 시험, 그리고 표준온실에 대한 육묘농가의 경영분석 표준모델 등에 대한 조사분석, 설계, 시험 등을 실시하였든바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 가. 공정육묘를 위한 온실 표준화 연구 1) 우리나라 원예작물의 묘생산을 공정화 하기 위하여 검토되어야할 플러그묘의 특징, 선진외국 플러그묘의 생산기술 현황, 플러그묘의 이용효과, 우리나라의 육묘현황과 문제점 등을 고찰하였고 또한 육묘의 작업공정별 주요내용을 검토하여 플러그육모 시스템 도입을 위한 문제점을 제시하였다. 이를 표준모델 설정의 기본자료로 삼았다. 2) 공정육묘용 표준온실을 설계하기 위하여 온실구조, 장치, 자재 등에 대한 종류별 특성과 도입규모를 정리하였다. 3) 온실의 설게는 양지붕형 철골유리온실(3G)과 지붕형 경질피복재온실(2P형) 등 2가지 형태로 표준화 하였으며 유리온실은 면적 4,914㎡(1,500평형), 경질재온실은 면적 3,304㎡(1,000평형)으로 각각 설계하였다. 그리고 이들 2형태의 온실을 각각 독립형과 2동 분리형(3G-S형, 2P-S형)으로 설계하였으며 분리형은 여러작물을 동시에 육묘하고자 할 때 환경조절을 용이하게 제어할 수 있도록 하였다. 온실설계에 포함한 내용은 설계도, 1회 최대 묘생산량 예측, 공사비 내역, 시방서, 눈과 바람에 대한 구조안정성 해석등 이며 각 형태별 표준온실도서는 본 연구 보고서의 별책 부록으로 작성하였다. 4) 공정육묘온실의 효율적 안전관리를 위한 작업공정 내용을 자재의 준비부터 묘출하에 이르기까지 17개항에 대하여 세부사항을 기술하였다. 나. 공정육묘온실의 시설장비 및 자재 규격화 1) 육묘온실의 베트, 보온용 커튼개폐장치, 자주식 두상관비장치, 액비혼입기, 무인방제기, 복합환경제어장치, 발아실, 접목활착초진장치, 자동파종시스템 등 공정육묘온실에 도입되어야 할 시설장비에 대한 용도와 성능을 검토하였다. 2) 공정묘 생산에 필수자재인 트레이, 상토 등에 대한 규격, 특성, 묘생산과 관련된 사항 등을 검토하였다. 3) 공정묘의 보급과 관련된 문제점을 관행묘와 비교하여 검토하였으며 양질의 공정묘가 갖추어야할 구비조건을 제시하였다. 4) 우리나라 공정묘의 수요전망과 생산량을 예측하였고 공정묘 보급율 30% 기준에서 2004년까지 적어도 1,500평 규모의 시설이 180여개가 도입외어야 할 것으로 추산되었다. 5) 주요 작물별 공종묘 출하규격과 유통가격을 조사분석 하였으며 이를 트레이 규격별로 산출하여 설계된 표준온실의 경영분석 자료로 활용하였다. 다. 공정육묘이 자동화 시스템 개발 1) 자동파종시스템 개발 자동파종 시스템은 상토의 혼합, 트레이의 공급, 상토의 충전, 진압, 파종, 복토, 관수, 발아실 이송 등의 단계를 자동으로 전체작업이 이루어지도록 하였다. 작업공정은 2인의 작업자가 200공 트레이 150매/시간 의 작업능률를 가질 수 있도록 구성하였다. 자동파종기는 트럼형과 노즐형 2가지 형태로 설계, 제작, 시험하였다. 노즐형파종기의 작업속도는 180트레이/시간 으로 드럼형의 300트레이.시간 보다 늦었다. 반면에 파종효율은 노즐형이 98%로서 드럼형의 90%보다 높고, 또한 종자의 형상과 크기에 관계없이 노즐형이 효과적인 파종이 가능하였다. 따라서 상품화를 위한 파종기는 노즐형으로 하였다. 2) 온실의 묘이송라인 개발 육묘용 베드는 수동좌우이동형으로 하였으며 폭은 1,900mm로 하였고 길이는 40m 이내로하여 온식폭 9m에 4열로 배치하였다. 그리고 베드위에 표준규격 트레이 540x270mm를 길이 방향으로 7열로 배열할 수 있게 하였다. 이때 온실면적에 대한 육묘면적비는 76-79%범위에 있었다. 접목활착실의베드는 고정형으로 하였으며 베드폭은 1,800mm로 하였고 온식폭 9m내에 3열로 배치하였다. 그리고 베드상에 표준트레이 6매를 길이방향으로 배열할 수 있게 하였다. 이때 온실면적에 대한 접목묘면적비는 55-56%범위에 있었다. 트레이 이송방식은 육묘베드상에서 베드자체를 이동하는 방식과 트레이 탑차를 이용하는 방식등 2종류의 시제품을 개발하였다. 그러나 베드이송방식은 생력화면에서 탑차방식보다 5배의 능율이 있었으나 제작비가 약 10배이상 높게 요구될 뿐아니라 아직 베드이 이동라인 활용도가 미흡할 것으로 판단되어 표준온실에는 트레이 탑차방식을 도입하였다. 3) 발아실의 표준규격 정립 발아실은 보온단열성이 높은 200mm 스티로폴 압착판넬을 벽체에 이용하였고 단위면적당 냉난방부하는 36kcal/hr·㎡로 하고, 냉난방용량은 166. 4 kcal/㎡·hr으로 산출되었다. 가열방식은 지면온수난방으로서 방열관은 엑셀파이프(25Ψ)를 15㎝ 간격으로 배열할 때 충분하였다. 가습장치는 냉방시 최대 제습량 0.8g/㎡·min을 고려하여 설계되었으며 이때 가습기의 분무입자 15㎛, 용량은 g/㎡·min에서 10분이내 95% RH 균일가습이 가능하였다. 4) 온실의 재배관리장치 개발 공정육묘온실에 필요한 시설장비는 매우 많다. 본 연구에서 기존의 것들을 개선하기 위하여 시제품을 만들어 개발한 것은 자주식 두상관비장치, 양액혼입장치, 냉방장치, 초미립자 무인방제장치, 온실차단 분리용 수직커튼개폐장치의 응용 등이다. 5) 복합환경제어장치 개발 본 연구에서는 하드웨어와 소프트웨어 개발을 구분하였고, 하드웨어 개발에서는 각 센서의 정밀성, 인터페이스카드와 전용 컨트롤러의 안전성, 현장제어반의 전기배선 최적회로, 서지와 잡음 및 전자파 충격방지 기술개발이 수행되었다. 소프트웨어 개발에서는 농가현장에서 편리하게 사용할 수 있는 메뉴 및 조작 프로그램제작에 주안점을 두었으며 환경설정치의 제어은 P,PID,Fuzzy기법을 도입하였다. 계측항목으로는 온도, 습도, 공기순환, 관수, CO_2공급, 보온, 수막, 이상기후, 양액공급, 정보등이다. 본 장치는 농가에 설치하여 적응시험을 설시하고 평가를 받아본봐 95%이상의 만족도를 보였다. 라. 공종묘 생산기술개발 1) 공정묘 생간과 보급을 위한 육묘관리 및 재배기술 공정묘의 안정적 생산과 묘수용농가 확대를 위한 능율적 보급을 위하여 몇가지 육묘 재배기술에 대한 자료를 정리 고찰하였다. 공정육묘의 생육단계별 환경관리, 상토의 관리, 관수와 시비기술, 적정용수와 양액의 조제, CO_2시비효과, 공정묘의 생육조절과 관련된 몇가지 재배기술, 접목묘의 생산, 다년생식품의 춘화처리 공정묘 특성, 고온기의 온실 냉방방법의 종류, 병해충 관리, 묘생산후의 관리, 공정묘의 정식후 관리 등 여러분야의 내용을 요약하였다. 2) 공정육묘용 상토 및 액비개발 시험 공정육묘용 상토선발 및 액비시용효과 시험을 실시하였다. 개발된 상토는 「토실이」로, 액비는 「양실이」로 각각 명명되어 상품화 하였으며 이들 재료로 주요작물에 대한 적응시험이 수행되었다. 시험내용은 고추, 토마토, 배추 등은 대상으로 국내외 시판상토 비교시험, 상토재원중 피트모스대용 코이어 도입시험, 기비성상토 개발시험 등이 수행되었다. 3) 공정묘에서 양액의 농도와 DIF가 생육에 미치는 영향, 그리고 작부체계 계획공정묘 생산에 있어서 양액의 질소농도와 NH_4:NO_3 비율 및 최초시용시기가 생육에 미치는 영향에 대하여 수박접목묘와 고추묘를 대상으로 시험하였다. 수박접목묘에서는 전반적인 생육과 묘소실면에서 질소농도가 16meq·ℓ^-1, NH_4:NO_3 농도비에서 15:85%인 처리구가 우수하였고 접목이전 양액시용의 효과는 업었다. 고추묘 생육에서는 총이온농도가 25 meq·ℓ^-1 그리고 NH_4:NO_3 비율이 30:70% 정도로 재배하는 것이 적당할 것으로 사료되었다. 주야간 온도차(DIF)가 고추 및 토마토 플러그묘의 생육에 미치는 효과시험에서 +DIF, 0DIF, 변온 DIF를 각각 처리한 바 고추의 경우 조사형질에 따라 다소 차이는 있었으나 초장에서는 처리간에 비슷한 경향을 보였다. 그리고 토마토에서는 고추보다 유의차가 있는 형질의 많았고 특히 초장에서 0 DIF가 가장 짧고, 변은 DIF에서 가장 길며 1%의 유의성을 보였다. 공정묘의 연중생산을 위한 작부체계 모형검토와 작부체계별 생산계획을 위하여 우리나라 주요 공정묘인 고추, 수박, 오이, 토마토를 대상으로 현재조사 결과를 바탕으로 수요창출을 위한 작형을 검토하였다. 4) 플러그 접목묘 재배생산시험 과채료 접목묘 생산을 위한 종합적 검토가 이루어졌다. 즉 접목방법의 이론적 배경과 접목부의 조직학적 관찰, 수박, 오이, 토마토, 가지 등의 접목방법과 접목후 관리방법, 접목친화성, 위조현상, 자근발생, 대목의 부패, 왜화현상 등의 접목묘 생산에 대한 문제점 검토, 접목표의 활착부위정도가 묘생육과 정식후의생육과 수량에 미치는 영향 등에 대한 시험이 수행되었다. 그리고 수박, 오이 등의 작물을 공시하여 핀접목, 꽂이접, 유근접, 단근접 등 접목별로 농가적응시험을 실시하였고, 또한 본 과제에서 개발한 접목할착촉진장치의 이용효과에 대한 시험을 실시하였다. 5) 공정묘 육성에 식물활성물질 이용 효과시험 건전공정묘 육성을 위하여 몇가지 식물활성물질의 처리효과 시험이 수행되었다. 처리된 활성 물질은 Chitornate G, Aika, Hi-Atonic, Menedaeael등이었고 공시작물은 고추, 수박, 토마토, 미니토마토, 배추, 장미 등이었으며 시험내용은 종자침지효과, 묘생육시험, 접목묘생산시험, 공정묘의 노지정식 적응시험, 장미삼목시 발근효과 시험 등이 수행되었다. 6) 고추공정묘의 생산조절기술 플러그묘의 생장조절 필요성을 검토하였으며 또한 몇가지 생장조절기술에 대한 시험과 정식후에 미치는 영향 등에 대하여 실험하였다. 즉 생상조절의 이용, DIF처리에 의한 효과, 그리고 시비량조절에 의한 생장조절 등이었다. 특히 시비량조절에 의한 생장조절 시험에서는 생육단계별로 인산농도를 조절하거나 단비하므로서 초장뿐아니라 생장이 억제되었다. 그리고 인산시비조절에 의한 생장억제묘가 정식후 생육과 수량에 좋은 영향을 미쳤다. 이러한 결과는 경제적이고 가장 안정한 조절방법으로서 금후 고추뿐만아니라 여타작물에 대한 시험이 필요하였다. 7) 공정육묘 생산을 위한 육묘농가 현장 적응시험 공시작물은 토마토와 고추로 하였으며 시험내용은 공정묘의 육묘일수, 관행육묘와 공정육묘의 비교, 두상관수와 저면관수의 비교, 그리고 육묘배지 종류별 양액종류 및 양액농도 비교시험 등을 수행하여 적절한 조건을 규명코져 하였다. 또한 공정묘의 효율적인 보급를 위해 재배농가 실증시험을 실시하여 정식후 초기생육정도를 조사분석하였다. 마. 공정육묘사업의 경영분석과 경영체계 수립 1) 공정육모사업의 경제성 분석 공정육모의 경제성 분석은 본 과제에서 설계된 3G형 유리온실과 2P형 경질재 온실의 2가지 설계도서와 자재비 명세내용을 근거로 분석되었다. 3G형 유리온실은 1,500평 규모에서 평당 914천원이 투자되었고 2P형 경질재온실은 1,000평 규모에서 평당 851천원이 투자되어 투자비용 측면에서는 경질재온실이 상대적으로 낮았다. 공정육모 표준온실의 경영성과 분석에서 순수익율은 약 40-50%수준이었고, 총자본 수익율은 작물의 재배체계의 따라 33-49% 범위에 있어 현재의 경제조건에서는 투자경제성이 있는 것으로 판단되었다. 2) 공정육모농장의 경영체계 수립의 실제 기업형 육묘농장의 합리적 운영을 위하여 계획의 수립에서부터 경영일지 작성까지 제문제에 대하여 분야별 기록장을 예시하였다. 예를들면 육묘면적의 배치계획도 작성, 묘의 출하가격과 출하량예측, 예상되는 수입금 계획과 수지계획, 그리고 종자비, 비료비, 농약비, 상토 및 틀이 구입비, 감가상각비, 묘츌하비용, 노용임금 등에 대한 지출비 계획과 육묘 관리를 위한 작업계획등을 체계적으로 기록작성할 수 있도록 하였으며 이를 기초로 경영 분석과 평가가 이루어질 수 있게 하였다. 2. 활용에 대한 건의 가. 활용계획 1) 농림부-공동육묘장 시설생산유통 지원사업의 기준으로 활용 2) 산업체-온실, 시설장비, 자동화시스템 등의 국산화 개발 - 트레이, 상토, 액비 등 묘생산 자재의 표준화 및 국산화 개발 3 농업인-시설의 도입규모, 육묘장의 운영관리등 생산체계정립에 활용 -공정묘 생산을 위한 필요자재의 선택, 재배생산기술의 향상, 묘 주년 안전생산 정립 4) 학계-화훼류, 목본류의 공정육묘, 시스템 개발을 위한 선행연구 -식물공장형 생산시스템 개발의 기초자료 나. 활용자료 1) 농가보급형 공정육묘 표준온실의 설계도서(보고서 부록) 2) 발표된 논문 (1) 손영걸, 박봉식, 김시론, 임동희, 박중춘. 1996. 고추프러그 육묘에 있어서 상토혼잡 비율이 생육에 미치는 효과. 한국원예학회 발표요지 14(2):250-251. (2) 손영걸, 박봉식, 김시론, 임동희, 박중춘. 1996. 수박 핀 접목에서 접수령과 절단경사별 처리가 가습 활착실 차이에 따른 효과. 한국원예학회 발표요지 14(2):266-267. (3) 정병룡, 손영걸, 박언정, 김진일, 박중츤. 1996. 공정육묘용 상토선발시험, 경상대 시설원예연구보고 1:1-5. (4) 정병룡, 손영걸, 박언정, 이형정, 김진일, 박중춘, 1996. 공정육묘용 상토선발과물거름 시용 효과 시험. 경상대 시설원예연구보고 1:6-13. (5) 손영걸, 박봉식, 임동희, 김시론, 김진일, 박중춘. 1996. 토실이 상토와 국내외 몇가지 상토의 고추 육묘 비교시험, 경상대 시설원예연구보고 1:14-19. (6) 손영걸, 박봉식, 임동희, 김시론, 김진일, 박중춘. 1996. 토실이 상토와 국내외 몇가지 상토의 배추 육묘 비교시험. 경상대 시설원예연구보고 1:20-25. (7) 손영걸, 박봉식, 김시론, 임동희, 김진일, 박중춘. 1996. 토실이 상토의 코이어 도입 시험. 경상대 시설원예연구보고 1:26-32. (8) 박봉식, 이형정, 김시론, 오상석, 손영걸, 박중춘. 1996. 프러그 육묘종 상토의 코이어 혼합비율과 물거름에 목초산 혼합여부가 고추육묘에 미치는 효과 상호비교 시험. 경사대 시설원예연구보고 1:33-41. (9) 손영걸, 박봉식, 박언정, 김시론, 임동희, 이형정, 오상석, 박중춘. 1996. 프러그육묘용 상토의 코이어 혼합비율과 물거름에 목초산 혼합여부가 수박접목 육묘에 미치는 효과 상호비교 시험. 경상대 시설원예연구보고 1:42-48 (10) 손영걸, 박봉식, 박언정, 김시론, 임동희, 이형정, 오상석, 박중춘. 1996. 프러그 육묘용 상토이 코이어 혼합비율과 물거름에 목초산 혼합여부가 배추육묘에 미치는 효과 상호비교 시험. 경상대 시설원예연구보고 1:49-55. (11) 손영걸, 박봉식, 김시론, 임동희, 박중춘 1996. 수박핀 접목에서 접수령과 절단 경사별 활착비교와 가습활착실 이용 효과 분석. 경상대 시설원예연구 용역보고 1:56-64. (12) 박중춘. 1997. 원예용 상토의 개발 방향과 토실이의 특성. 신안그로 창사기념심포지움. 워크샵. 신안그로 1-26. (13) 손영걸. 박봉식, 오상석. 김시론, 박중춘. 1997. 수박 단근핀 접목에서 작물활력소 Menedael의 처리효과 시험(Ⅰ). 경상대 시설원예연구소 연구보고. pp. 7. (14) 손영걸, 박봉식, 오상석, 김시론, 박중춘. 1997. 수박 단근핀 접목에서 작물활력소 Menendael의 처리효과 시험(Ⅱ). 경상대 시설원예연구소 연구보고. pp.7. (15) 박중춘, 민영봉, 장점수, 정영경, 1997. 한국형 공정육묘장의 표준 시설장비와 플러그묘의 생산. 용현농협육묘장 완공세미나 자료집. 1-34. (16) 민영봉, 박중춘, 정한택, 오태한, 이상옥. 1997. 공정육묘장의 자동화를 위한 신개발 시설장비. 용현농협육묘장 완공세미나 자료집. 35-76. (17) 박중춘, 정병룡, 손영걸, 정한택, 장전수. 1997. 육묘용상토 「토실이」와 물거름 「양실이」개발 및 육묘효과 시험. 용현농협육묘장 완공세미나 자료집. 93-146. (18) 이영만, 박중춘. 1997. 공정육묘온실의 경영계획과 분석 프로그램. 용현농협육묘장의 경영시산분석. 용현농협육묘장 완공세미나 자료집. 147-166. (19) 강호종, 구우서, 박중춘. 1997. 접목정도가 수박묘 소질 및 수량에 미치는 효과. 한국원예협회 영남지부 가을 논문발표 요약집. p.16. 3) 출원 또는 등록된 산업재산권 ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) For the development and application of standard greenhouse models and of automated systems of plug seedling production, research on the design of standard greenhouses to be introduced in Korea, on development and standardization of facility, equipment and materials of the plug production greenhouses, on plug seedling production techniques, and on management analysis of plug producers was conducted and the results are summarized as follows. 1. Research on the Greenhouse Standardization for the Plug Production Systems 1) Things necessary for mechanization of the plug production system, such as characteristics of the plug seedlings, status and technology of plug production in the developed countries, effects of utilizing plug seedlings, and current status of technology and problems of plug production in Korea, were discussed. In addition, based on the evaluation of major factors involved in each step of seedling culture, problems related to the introduction of plug production systems were suggested. And this information was used as base data for the establishment of the standard models. 2) To design standard greenhouses for plug production, characteristics and introduction sizes of greenhouse structure, facility and materials were systemized. 3) Two greenhouse models, and even-span steel frame glass house (3G) and an even-span greenhouse with rigid covers (2P), with 4,914㎡ (1,500 pyung) and 3, 304㎡ (1,000 pyung), respectively, were chosen as standard models. Both models were designed to be constructed either as one gutter-connected greenhouse or as two separate gutter-connected greenhouses (3G-S and 2P-S, respectively). The latter one was designed for the ease of environment control necessary for raising seedlings of different crops at the same time. The drawings of standard greenhouse designs were attached as a separate book. Greenhouse design, estimates of maximum number of seedlings which can be produced as a time, construction costs, specifications of the construction, and analysis of structure safety against snow and wind loads were included. 4) Seventeen stepwise work processes from materials preparation to seedling marketing were described for an efficient safety management of the greenhouses. 2. Standardization of Facility, Equipment and Materials for the Plug Production 1) Usage and function of the equipment and facility, such as beds, and opening and closing system of thermal curtains, a travelling overhead fertigation system, a fertilizer injector, and automated chemical fogger, an integrated environment control system, a germination chamber, a graft union promoting system, and an automatic seeder, were discussed. 2) Size, characteristics, and other factors related to seedling production, such as trays and germination media which are absolute necessity in plug production, were investigated. 3) Problems related to plug utilization were investigated against the traditional seedlings, and requirements of the high quality plug seedlings were suggested. 4) Estimates on the demand and production capacity of plug seedlings in Korea were predicted. Based on 30% of the total seedlings consumed nationwide are replaced with plug seedlings, it seems that at least 180 of 1,500 pyung plug production greenhouses will be needed by the year 2004. 5) Sizes and prices of the major plug seedling crops were investigated and analyzed, and were used for the analysis of management analysis of the plug greenhouses. 3. Development of Automated Systems 1) Development of automated seeding systems The automated seeding systems developed are automatically capable step by step of medium mixing, tray supplying, medium filling and packing, sowing, covering, irrigation and moving to the germination chamber. The work process needs two persons and has the capacity of 150 200-cell trays per hour. Automated seeders of drum and nozzle types were designed, developed and tested. The capacity of the nozzle seeder is slower with 180 trays per hour compared to the drum seeder which can handle up to 300 trays per hour. However, the nozzle seeder has 98% sowing efficiency, compared to 90% of the drum seeder, and is more effective in terms of handling seeds of irregular shapes and sizes. Therefore, only the nozzle seeder was commercialized. 2) Development of seedling moving lines in the greenhouse The greenhouse beds were built manually movable sideway and were manufactured in sizes of 1,900㎜ wide and less than 40m long so that 4 bed lines fit in each 9m wide greenhouse. On top of each bed 7 rows of standard 540㎜×270㎜ trays fit longitudinally. This arrangement gives effective culture area of 76-79%. The 1,800㎜ wide beds in the graft union promotion tunnels were fixed so that 3 rows fit in 9m greenhouses. On top of each bed 6 rows of standard trays fit longitudinally and this arrangement gives effective culture area of 55-56%. Two tray moving systems, movable beds on top of bed rails, and movable tray racks were developed. Movable beds had 5 times higher efficiency than the tray racks. However, since movable beds costs 10 times more than the tray racks to manufacture and since the bed moving on rails is assumed not commonly used, only the tray racks were introduced. 3) Establishment of standard specifications of the germination chamber 200㎜ thick pressed styrofoam panels which have a high thermal insulation efficiency were used on the walls. The germination chamber was estimated to need a cooling load of 36 ㎉·h^-1·㎡, and cooling and heating capacity of 166. 4 ㎉·h^-1·㎡. Floor heating with 25㎜ XL pipes arranged at a 15㎝ interval as radiators gave sufficient heat. Fogging system was designed considering the maximum removal of 0.8g·min^-1·㎡ of water during cooling. With fog particle size of 15㎛ and with fogging capacity of 5g·min^-1·㎡, 95% relative humidity was achieved in 10 minutes. 4) Development of a greenhouse culture management system There are many facility and equipment which the plug production greenhouses need. Among the facility and equipment which have been improved by making prototype models in this research are a travelling fertigation system, a fertilizer injector, a cooling system, an ultrafine fogger system, and an application of vertical curtain for the separation of greenhouse area into sections. 5) Development of an integrated environment control system Hardwares and softwares were developed. Hardwares with an emphasis on the precision of different sensors, safety of the interface cards and controllers, optimization of the circuit composition of the local control panel, and prevention of surge, noise and shock were developed. Software development was focused on grower-friendly menus and control programs. For the control of environment set points, P, PID and fuzzy technology were introduced. Factors such as temperature, humidity, air circulation, CO^2 supply, insulation, water curtain, abnormal climate, and fertilizer supply are controlled. The grower responses to the field trials showed satisfaction over 95%. 4. Development of Plug Seedling Production Techniques 1) Management and cultural techniques for the production and utilization of plug seedlings For-stable production and popularization of plug seedlings, materials on the plug seedling culture and techniques are collected and analyzed. Information on such cultural management and techniques are summarized as environment control at different stages of seedling growth, medium management, irrigation and fertilization technique, water quality and preparation of nutrient solutions, CO^2 fertilization, control of growth, production of grafted seedlings, vernalization of perennial plug seedlings, and postharvest handling of the plug seedlings. 2) Study on the development of growing media and nutrient solutions Growth of seedlings of major greenhouse crops on different growing media and with different nutrient solutions were evaluated. The medium and nutrient solution developed and commercialized were named “Tosilee” and “Yangsilee”, respectively. Comparison experiments with pepper, tomato and chinese cabbage of different media formulated in Korea as well as in other countries, replacement of peat moss in the media with coir, and inclusion of nutrition in the media were conducted. 3) Effect of nutrient levels, NH_4:NO_3 ratio, and DIF on the growth of plug seedlings, and analysis of cropping systems A study was conducted to examine the effect of N concentration and NH_4:NO_3 ratio of the nutrient solution, and time of first fertigation on the growth of plug seedling of grafted watermelon. Watermelon shoots grafted to gourd rootstock were planted in 50-cell plug trays and were fertilized with one of the nine nutrient solutions starting from either one day prior to or five days after grafting. Nutrient solutions contained either 8.0, 16.0 or 24.0 meq·ℓ^-1 N which consists of either 1:100, 15:85 or 30:70 in % NH_4:NO_3 ratio. Overall grafted seedlings with best growth and quality were produced in treatment with 16 meq·ℓ^1 N with a NH_4:NO_3 ratio of 15%:85%. However, feeding of the seedlings prior to grafting was not beneficial. The second study investigated the growth of pepper plug seedlings as affected by total ion concentration and NH_4:NO_3 ratio of the nutrient solution. Pepper seedlings grew the best with 25 meq·ℓ^-1 total ion concentration and 30%:70% NH_4:NO_3 ratio. In the third experiment, the effect of KIF on the stem elongation of pepper and tomato plug seedlings was studied. The three temperature treatments used were +DIF, 0DIF and alternating temperatures. The results showed that 0DIF was the most effective and alternating temperatures the least effective in suppressing stem elongation in both species. Other growth parameters were also affected by the treatment. In addition, the current cropping systems of plug production greenhouses for pepper, watermelon, cucumber and tomato were investigated, and based on those possible future cropping systems desirable for the creation of demand on plug seedlings were suggested. 4) Study on the culture of grafted plug seedlings Integrated discussion on the grafted seedling production of fruit vegetables was included. In other word, theoretical basis of grafting methods, anatomical observations of the graft unions, grafting methods and care after grafting of the watermelon, cucumber, tomato and eggplant seedlings, and problems related to graft compatibility, wilting, scion rooting, rotting of root stocks and dwarfing, and effect of graft union on growth of the plants and yield were investigated. In addition, pin grafting, radicle grafting, and cutting graft were applied and tested to watermelon and cucumber in commercial plug production greenhouses. And the graft union promoting chamber developed in this study was tested for its efficiency. 5) Study on the Effect of Growth Activating Materials on Plug Seedling Growth In n effort to produce quality plug seedlings, several materials were tested for their effect as growth activators. Seeds of pepper, watermelon, tomato, cherry tomato, and chinese cabbage, and cuttings of rose were soaked in solutions of Chitomate G, Aika, Hi-Atonic, and Menedael, and effect of these materials on plug seedling growth, grafted seedling growth, seedling transplanting, and rooting was examined. 6) Study on the Growth Regulation of Pepper Plug Seedling The need for growth control of the plug seedlings was discussed and several growth control methods were evaluated for their effectiveness and effect on plant growth and development after transplanting, These include use of growth regulators, use of DIF, and use of controlled fertilization. In the controlled fertilization experiment, control of phosphate at different stage of seedling growth or no fertilization gave suppressed height and growth. However, the growth suppressed-seedlings gave increased growth the yield after transplanting. This method seems to be very economical and safe and needs to be tested for other species. 7) Field Trial Experiments in the Commercial Greenhouses on the Plug Seedlings Production The experiment compared growth of plug seedling of pepper and tomato as affected by seedling age, traditional seedlings vs plug seedlings, overhead vs flood irrigation, growing medium, and type and total ion concentration of the nutrient solution. In addition, in an effort to promote plug seedling utilization early stage growth of theses species after transplanting to commercial greenhouses was evaluated. 5. Management Analysis of Plug Production Business and Establishment of Management System 1) Economic Analysis of the Plug Production Business Economic analysis of the plug production business was made based on the construction design and material specifications necessary for the two greenhouse types, 3G glass house and 2P rigid cover greenhouse. A 1,500 pyung 3G glass house needs capital investment of 914,000 won per pyung and a 1,000 pyung 2P rigid cover greenhouse 851,000 won per pyung, which is lower that the 3G glass house. Analysis of management effect of the standard greenhouses showed net return rate of 40-50%, and total capital return rate of 33-49%, depending on the cropping system. Therefore, under current economic conditions, it is thought that plug greenhouses are worthy of economic investment. 2) Practical Establishment of Management System of the Plug Production For sound management of enterprise-type plug greenhouses, recording booklet for different parts from establishment of plan to writing of a management diary was exemplified. For example, drawing of culture area arrangement, prediction of seedling prices and demand, predicted income and balance, expenses for seeds, fertilizers, chemicals, trays, growing medium, facility depreciation, marketing and labor, and work plan for seedling culture can be systematically recorded and the management effect can be evaluated based on theses factors.

            • 원예작물 조직배양묘의 급속대량증식 및 순화체계 개발과 실용화시험 1

              정병룡,박중춘,설인준,민영봉,이영만,윤용철,강호종,장사문,이상옥,양찬석,손영걸,박봉식,신순선,김시론,최우진,이은주,김정숙,조미숙,변정희,이형정,임동희,이민주 경상대학교 시설원예연구소 1998 施設園藝硏究 Vol.5 No.-

              Ⅰ. 제목 원예작물조직배양의 급속대량증식 및 순화체계개발과 실용화 시험 Ⅱ. 연구개발의 목적과 중요성 1. 연구개발의 목적 가. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발 1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적환경조건 및 환경조절 제어기술 2) 조직배양실과 환경조절장치 개발 3) 컴퓨터 제어 시스템 개발 4) 광 공급장치 개발 5) 광독립자가영양배양 장치의 실용화 실험 나. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명 1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향 2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향 3) 광독립자가영양배양에서의 주·야간 온도차(DIF)와 광도의 영향 4) 광독립자가영양배양에서의 명·암 주기와 환기회수의 영향 5) 광독립자가영양배양에서의 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용 6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향 7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향 8) 광독립자가영양배양시 배양기내의 지지물 및 이온농도의 영향 9) 광독립자가영양배양시 배양기 종류와 환기회수의 영향 다. 광독립 자가영양배양시설의 설계와 활용실증 시험 1) 농가 보급형 자가영양배양시설의 표준설계 2) 농가 실용화를 위한 실증시험 라. 농가보급을 위한 표준배양시설의 경제성 분석 1) 조직배양법과 농가수용 기술 2) 조직배양농장의 시설규모와 투자액 3) 조직배양사업의 수익과 비용 추정 4) 조직배양사업의 수익성 분석 5) 조직배양사업의 경제적 타당성 분석 2. 연구개발의 중요성 가. 조직배양에 의한 대량번식 기술은 지금까지 광범위한 식물번식에 적용되어 오고 있고 학교, 연구소, 지도소, 농가 등 많은 곳에서 조직배양실을 갖추고 생산기술의 연구에 임하고 있으나 조직배양의 농업생산성과 직결되는 배양가능작물의 범위와 배양묘의 생장속도 및 성묘 획득율은 대단히 부진하며 성묘의 가격은 매우 높은 실정이므로 개선이 필요하다. 나. 그러나 기존 농가가 직면하고 잇는 문제점은 높은 생산비용으로 이는 주로 대량증식 기간동안의 생장율 저조, 발근불량 및 순화과정의 유식물체 생존율저하 등에 기인되고 있다. 다. 이는 조직배양방법의 비효율성과 첨단 신기술의 미수용과 연관이 있고, 특히 기외 육성의 초기단계인 순화과정에서 발생하는 높은 고사율은 성묘율에 큭; 영향을 미치므로 개선되어야 한다. 라. 배양과정 중에 배양기의 환경을 조절해 줌으모서 기내생장은 물론 기외 이식된 후 더 빠르고 강한 세력으로 자랄 수 있도록 도와줄 수 있다. 즉 배양배지내 존재하는 탄수화물에만 전적으로 의존하는 기존의 타가영양(heterotrophic)방식에서 식물 자체의 광합성에 의하여 발육할 수 있도록 환경을 제어해 주는 광독립자가영향(photoautotrophic)방식 또는 탄수화물과 자가영양이 혼합된 광혼합여양(photomixotrophic)방식으로 전환이 필요하다. 마. 배양기내의 타가영양상태의 유모를 온실 또는 기외 포장에 이식하였을 때 순화과정에서 갑자기 받게되는 자가영양상태로의 전환은 이들의 생존율을 저하시킨다. 이는 유묘들이 자란 배양기내의 인공배지에 포함된 영양성분과 생물환경이 외부의 자연환경과 매우 달라 유묘들이 심한 환경스트레스를 받기 때문이다. 바. 생력화의 부재와 첨단장비의 미도입으로 인건비가 생산비 중에 차지하는 몫이 큰데 이것도 광독립영양배양법의 도입으로 개선될 수 있다. 사. 조직배양묘 생산농가의 생산효율이 매우 낮고, 이로 인해 막대한 외화를 낭비하면서 매년 대부분의 종묘를 수입하고 있는 실정이므로 자가영양배양의 기술개발로 이를 절감할 수 있을 것이다. 아. 이를 위해 조직배양묘 급속대량증식을 위한 광독립영양배양장치 개발과 광독립자가영양배양 조건하에서의 최대 배양묘 생산 조건의 규명이 필요하다. 자. 또한 농가도입을 위한 광독립영양배양의 표준설계와 실용화시험 및 표준시설에 대한 경제성 분석이 필요하다. Ⅲ. 연구개발과 내용 및 범위 ◁표 삽입▷ (원문을 참조하세요) Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 1. 연구개발 결과 가. 서론 1) 조직배양에 의한 식물세포조직 또는 기관 등의 대량증식 과정을 요약하고 특히 배양기내의 CO_2농도 및 광환경과 배지의 물리적 환경특성에 대하여 검토하였다. 2) 본 연구에서는 광독립자기영양배양의 최적 환경설정과 환경제어장치를 개발하고 자가영양배양 조건하에서 식물배양체의 생육에 미치는 영향으 구명하기 위하여 광도, CO_2농도, 주야간 온도차, 상대습도, 명암기의 주기 등에 대하여 주요작물을 대상으로 배양실험을 실시하였다. 그리고 광독립 자가영양배양방법을 농가에 보급하기 위하여 시설의 설계, 농가실용화를 위한 실증시험, 표준시설에 대한 경제성 분석 등이 실시되었다. 나. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발 1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적 환경조건 및 환경조절 제어기술 자가영양배양의 특성을 검토한 최적 환경조건의 제어기준을 설정하기 위하여 배양단계별 환경특성과 조절범위를 검토하였다. 환경설정범위는 광원은 cool- white 형광등과 LED광, 광량은 70-140μ mol·m^-2·s^-1, 명/암기는 주기조절, 온도범위±오차는 20-27℃±1℃, 상대습도는 85-99%, CO_2농도는 450 - 2,000ppm범위로 하고, 조절방법은 환기회수 1h^-1, 배지의 당농도는 0-30g/ℓ^-1, 공기유동은 ON-OFF 방식으로 하였다. 그리고 순화과정에서 자가영양배양묘의 효과와 몇 가지 환경스트레스에 대한 문헌적 고찰을 하여 순화장치 개발을 위한 참고자료로 하였다. 그 내용은 배양기 내외의 환경요인으로 CO_2농도, 공기와 수분포텔셜, 광 등이었다. 그리고 타가영양번식, 자가영양번식, 증산작용 등이 순화시 광합성 및 배양묘의 생육에 미치는 영향과 배양묘의 순화중 환경스트레스 요인으로 수분, 식물조직, 광합성, 저온 등이 미치는 영향이 고찰되었다. 또한 배양묘의 적절한 순화방법이 검토되었다. 2) 광독립자가영양배양실과 환경조절장치 및 컴퓨터제어 시스템 개발 광독립영양배양방법 도입을 위하여 조직배양실과 환경조절설비를 고안제작하고 최적환경 조성기술 및 제어장치를 개발하였다. 먼저 기초시험용 배양실을 고안 제작하여 환경조절장치를 설비하고 온도, 습도, 광, 바람의 인위적 조절을 시도하여 환경조절 반응자료를 획득하였다. 환경조절 반응자료를 근거로 보급형의 배양실 구조를 재설계하고, 배양실 환경조절용 기계장치의 최적 설비사양을 정립하였다. 환경계측 및 제어가 가능한 센서, 인터페이스, 동력 배전반을 고안제작하고 컴퓨터와 연결하여 환경제어시스템을 개발하였다. 개발결과는 다음과 같다. 가) 보급형 배양실은 3가지 형태로 개발하였다. 대형 실험실 또는 소농가용으로 4실형 모델, 소규모 실험실용으로 1조 2실형모델, 실용생산 또는 전업 농가용으로 대형 Room형 모델로 하였다. 나) 각 모델별로 환경조절기능을 갖도록 실내구조를 설계하였고, 설비사양을 도표화하여 생산업체에 기술이전이 가능하게 하였다. 다) 환경제어 항목은 온도(난방, 냉방), 습도, CO_2, 광 및 풍속으로 하였고 광과 풍속은 3단 조절로 고정하여 제어되도록 하고, 기타 환경은 다음의 제어기법을 응용하여 제어하였다. 라) 제어기법은 ON-OFF, PWM 출력 PID 및 PWM 출력 Fuzzy제어를 도입하였으며, 각 제어기법의 성능을 극대화하기 위하여 각 환경제어계의 수식모형을 수립하고, 디지털 프랜트 모형으로 변환하여 환경제어 시뮬레이션을 실시하여, ON-OFF제어의 사역, PID제어의 게인 및 Fuzzy제어의 퍼지변수 수치화 범위에 대한 최적화를 도모하였다. 마) 각 제어기법의 현장적용 결과, 어떠한 환경제어에서도 Fuzzy, PID, ON-OFF순의 제어 정확도를 나타내었고, 3가지 기법 모두 실용화가 가능한 것으로 판단되지만, Fuzzy제어는 현장경험에 의한 퍼지변수 설정이 가능하기 때문에 가장 실용적인 것으로 판단되었다. 온도, 습도, CO_2농도의 제어오차는 각각 ±1.2℃, ±4.4%RH 및 ±53ppm으로 나타났다. 바) 제어기법 도입시 반드시 고려하여야 할 거은 첫째, 환경조절기의 동작지연과 최소동작시간, 계측장치의 시정수 및 지연시간을 감안한 제어주기 결정, 둘째, 온도제어에서 난방기와 냉방기 중 단일 기종만 이용, 셋째, 습도나 CO_2농도제어에서와 같이 한번이라도 목표치보다 실제값이 높게 되면 실제값을 목표치이하로 낮추기 어려우므로 항상 실제값이 제어목표치 이하로 유지 되도록 하는 것 등이었다. 사) 모니터 화면을 주시하면서 편리하게 운영할 수 있는 컴퓨터 환경제어시스템을 개발하였다. 주요 기능은 자동제어, 수동제어, 설정치 입력, 자료관리 및 장치와 센서의 초기설정으로 하였고, 환경의 제어기법은 Fuzzy제어기법이 가장 우수하였으며, 시험결과 활용상의 문제점은 거의 없었다. 아) 조직배양실내 균질의 광 공급을 위한 광공급장치를 개발하였다. 3단 조명과 반사거울을 이용한 형광등 광공급장치, 광섬유를 이용하여 배양기내 유묘의 상부 및 측면 조광이 가능한 광공급장치, 고휘도 LED 조명판을 이용한 광공급장치 및 형광등과 역V형 거울을 이용한 광공급장치 등이었다. 광섬유와 LED에 의한 장치는 광도가 낮아 측면광으로서의 보조광으로 활용할 수 있었고, 금후 광량 증가를 위한 검토가 필요하였다. 자) 이상의 기초시험부터 실용화시험까지 수행한 연구결과에서 조직배양실과 부대시설 및 환경제어장치들은 기업의 상품화가 가능할 수 있도록 충분한 자료와 기술을 도출하였다 3) 광독립 자가영양배양장치의 실용화 실험 앞에서 얻어진 광독립자가영양배양 시설과 환경설정조건을 이용하여 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등에 대하여 성묘율 및 생육효과시험을 실시하였다. 광독립자가영양배양은 sucrose, 비타민, 생장조절제를 첨가하지 않은 배지에서 140μ mol·m^-2·s^-1의 강광과 1,000ppm의 CO_2환경에서 시간당 1회의 공기순환조건을 부여하였고, 타가영양배양은 30g·ℓ^-1에 비타민과 생장조절제를 첨가하고 배양환경은 일반 관행조건인 70μ mol·m^-2·s^-1의 광에 CO_2는 membrane filter를 부착하지 않아 공기순환을 0.01회/시간으로 제한 하였다. 그리고 혼합영양배양은 15g·ℓ^-1의 sucrose 첨가에 filter를 부착하여 대기중 CO_2농도 340ppm을 시간당 1회 순환될 수 있도록 하고 그 외 조건은 타가영양배양과 동일하게 하여 서로 비교하였다. 공시작물의 시험성적을 보면 성묘율은 타가영양배양에 비하여 광독립영양배양 효과가 뚜렷하였다. 특히, 거베라, 스타티스, 상추등은 광독립영양배양이 82.0 - 96.6% 범위에 있는 반하여 타가영양배양은 64.0 - 78.1% 범위에 있어 매우 낮았으며, 혼합영양배양는 72.5 - 87.5%로서 그 중간의 성묘율을 보였다. 그리고 호접란의 경우는 모든 시험구에서 성묘율이 높이 90%이상을 보였고 특히 광독립자가영양배양은 100%의 성묘율을 보여 타가영양과 혼합영양의 90.6%, 96.6%에 비하여 성묘율이 높았다. 생효과분석을 위해 조사된 몇 가지 형질들의 성적에서는 시험구별로 다소의 차이는 있었으나 대부분 광독립영양배양에서 생육이 양호하였다. 즉 건물중 또는 생체중 증가정도에서 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등은 자가여양에 비해 타가영양이 낮은 생육을 보였고, 혼합영양배양은 작물에 따라 차이는 있으나 대체로 그 중간이었다. 반면에 거베라의 경우는 타가영양이 생체중 증가율이 가장 높았고, 자가영양과가 혼합영양은 타가영양에 비하여 각각 낮았다. 이상의 결과에서 광독립자가영양배양이 대부분의 작물에서 성묘율 및 생육상태가 양호하였으나 작물 또는 조사형질 그리고 배양환경에 따라 차이가 있을 수 있으므로 여러 가지 모형의 환경에서 배양시험을 선행하고 또한 농가보급을 위한 실증시허이 수행되어야 할 것으로 사료되었다. 다. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명 경상대학교에 설치된 4개의 조직배양연구실에서 실험을 실시하였다. 배양실은 컴퓨터에 의해서 설정된 환경(광도, 온도, 일장, CO_2 농도, 상대습도 등)을 조절할 수 있도록 설계되었다. 거베라(Gerbera hydrida Hort. cv. Ansofie), 카네이션(Dianthus caryophyllus cv. Scarlet Bell), 딸기(Fragari × ananaas Duch. cv. Houkouwase), 스타티스(Limonium spp. cv. Misty Blue) 및 국화(Denderanthema grandiflorum cv. Heejung)를 공시식물로 이용했다. 실험에 사용된 배양기는 4.0 × 10^-4 m^3 유리 마요네즈병 또는 3.7 × 10^-4 m^3의 Magenta GA7 배양기였고 뚜껑에 직경 10 mm의 구멍을 1개 뚫어 통기성의 filter를 붙여 배양기의 환기회수(NAEH)를 2.0 또는 2.8 h^-1로 각각 높였다. MS배지(당, 비타민 무첨가)를 이용하고, 지지물로는 agar(8.0 kg·m^-3) 등을 이용하였다. 광원으로서는 3파장 cool-white 형광등을 이용하였다. 필요에 따라 환경조건(기온, 광도, 상대습도, 일장, 주야간 온도, 배지의 종류, 이온의 농도 등)을 변화시켜 배양 식물의 생육반응(생체중, 건물중, 초장, 근장, 엽수, 엽면적, 엽록소 농도 등)을 조사하였다. 1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향 거베라, 카네이션 및 스타티스는 광합성유효광자속(PPF)가 높아질수록 생체중, 건물중, 건문율 및 엽면적 등의 전반적인 생육이 유의성 있게 촉진된 반면 초장은 유의성 있게 작아졌으며, 딸기는 초장도 길어졌다. CO_2 농도가 높아질수록 거베라, 카네이션 및 스타티스의 생체중, 건물중, 건물율, 초장 등이 유의성 있게 커졌으나 딸기에서는 초장과 엽면적이 작아졌다. 2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향 거베라, 딸기, 카네이션 및 스타티스는 CO_2 농도가 높을수록 그리고 배양기의 환기회수가 높을 수록 생체중, 건물중, 초장, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다. 3) 광독립자가영양배양에서 주·야간온도차(DIF)와 광도의 영향 카네이션의 경우 초장은 -DIF 처리구에서, 절간장은 + DIF 처리구에서 유의성 있게 길어졌고 엽면적은 작아졌으며 엽록소농도는 0 DIF에서 컸다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다. 거베라의 생체중, 초장 및 경장은 0 DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 건물중, 최대근장, 엽면적 및 총엽록소농도는 - DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 초장과 경장은 + DIF 처리구에서 억제되었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽수 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 초장과 경장은 광도가 낮은 처리구에서 높은 처리구에서보다 유의성 있게 컸다. 딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 경장, 초장, 엽면적 및 총엽록소농도는 0 DIF에서 건물율은 - DIF에서 유의성 있게 컸다. 광도가 높을수록 생체중, 건물중, 경장, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R건물비 및 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다. 스타티스는 DIF에 의한 효과는 나타나지 않았고, 광도가 높을수록 생체중, 건물중 및 초장은 유의성 있게 커졌다. 4) 광독립자가영양배양에서 명·암기 주기와 환기회수의 영향 카네이션과 스타티스는 명기 8시간 암기 4시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽수 등이 컸다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커진 반면, T/R 건물비는 유의성 있게 줄어들었다. 딸기는 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 생체중, 초장 및 엽수가 유의성 있게 커진 반면 건물율은 유의성 있게 작았다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 건물율, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커졌다. 5) 광독립자가영양배양에서 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용 카네이션은 + DIF에서 T/R 건물비 및 초장이 유의성 있게 컸다. 명기 16시간 암기 8시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장, 엽수, 엽면적 총 총엽록소농도가 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비는 유의성 있게 줄었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중 및 T/R 건물비가 유의성 있게 커진 반면 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다. 스타티스는 +DIF에서 건물중, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 엽수 및 총엽록소농도가 유의성 있게 커졌다. 광도에 의한 효과는 총엽력소농도에서만 광도가 낮을수록 유의성 있게 커졌다. 딸기는 +DIF에서 엽수가 유의성 있게 커진 반면 초장 및 총엽록소농도는 유의성 있게 줄어들었다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 T/R건물비 및 초장이 유의성 있게 커졌다. 광도가 높아질수록 건물중 및 엽수가 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 총엽력소농도는 유의성 있게 줄었다. 6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향 카네이션은 생체중, 건물중, 최대근장 및 엽면적은 광독립자가영양배양구에서 유의성 있게 커졌다. 건물율, T/R 건물비, 초장, 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간의 유의차가 없었다. 광혼합영야배양에서 유리화되는 경향을 보였으며 줄기가 가늘고 절간이 긴 반면 자가영양배양네는 뿌리가 길고 뿌리수도 많았으며 절간이 짧았다. 딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 초장, 엽수 연면적 및 총엽록소농도는 자가영양배양구에서 유의성 있게 커진 반면 건물율 및 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 고아혼합영양배양에서의 딸기는 잔뿌리보다는 원뿌리가 발달되었다. 자가영양배양에서는 줄기가 약간 붉은 색을 띄고 잔뿌리가 발달되면서 뿌리가 말리는 경향을 보였다. 7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향 카네이션은 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체중, 건물중, 초장, 최대근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R 건물비 및 신초수는 유의성 있게 작아졌다. 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간에 유의차가 없었다. 차광률이 낮을수록 생체중, 건물중, 건물율, 근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비와 초장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리간에 유의성이 인정되지 않았다. 차광률이 높아질수록 휘어서 자라는 경향이 높았으며 자가영양배양법에 의해 순화된 식물은 광혼합영야배양법 의해 자란 식물보다 절간이 짧고 식물체의 휘엄짐이 적었다. 딸기는 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체충, 건물율, T/R 건물비, 초장, 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 기내 배양시 영양체계에 의하여 영향을 받지 않았다. 순화시 차광률이 낮을수록 건물중과 건물을 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 작아졌다. 엽수는 차광 25%일 때 유의성 있게 커졌다. 생체중, 최대근장 신초수 및 총엽력소농도는 차광에 의해 영향을 받지 않았다. 8) 광독립자가영양배양시 배양기냉의 지지물 및 이온농도의 영향 스타티스는 상토인 토실이를 사용한 처리구에서 초장 및 근장이 agar와 perlite를 사용한 처리구에서보다 유의성 있게 길었다. 딸기의 초장과 근장, T/R율은 토실이 상토에서 배양시 유의성 있게 컸으며 생체중과 건물중도 agar에 비해 양호하였다. 스타티스 소식물체의 1/2MS 배지에 인산을 0.7075 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 엽수, 엽면적 및 신초수가 유의성 있게 컸으며, MS배지에 인산을 1.415 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 초장, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 컸다. 온실용 다용도 액비를 사용한 처리구에서의 생육이 억제되었다. 9) 광독립자가영양배양시 배양기의 종류와 환기회수의 영향 딸기는 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 엽수, 엽면적, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 증가하였다. 엽수와 건물율은 filter를 1개 부착했을 때 유의성 있게 컸다. Duchefa box에서 배양시킨 카네이션은 모두 유리화 현상을 보였다. 딸기와 마찬가지로 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 지상부 건물중과 총건물중이 증가하였다. 스타티스 배양소식물체는 배양기 종류에 의한 효과는 인정되지 않았지만 filter의 수가 증가할수록 생체중, 건물중 및 엽면적이 유의성 있게 증가하였고, 그 중 Duchefa box에 filter를 2개 부착한 처리구에서의 생육이 가장 좋았다. 라. 농가보급형 광독립영양배양실과 순화실 활용 실증시험 1) 농가보급형 자가영양배양시설의 표준설계 가) 조직배양묘 생산농가가 이용할 수 있는 광독립영양배양시설의 표준설계도서를 작성하였다. 나) 설계도서의 작성은 조직배양동, 순화실, 육성온실로 구분하였고 순화실의 규모는 터널형(T형), 침버형(C형), 그리고 순화배양 겸용형(AC형)으로 세분하였고, 순화실의 종류를 기준으로 표준설계도서를 별도로 작성하였다. 다) 설계도서의 내용은 설계도, 시방서, 공사비내역서, 육성온실의 구조안전도 해석으로 하였다. 라) 본 보고서에 기술된 설계내용은 축소된 도면과 주요내용을 요약하였으며 자세한 내용과 원도는 별도의 「농가보급형 식물조직배양시설의 설계도서」에 기술하여 별책으로 출판하였다. 2) 농가실용화를 위한 실증시험 광독립자가영양배양의 도입을 위해서는 적절한 배양시설과 배양기술이 필요하다. 앞에서 설계된 3가지 표준모델에서 터널형(T형) 시설을 기준으로 농가적응시험을 자가영양배양과 측면광공급 시험, 그리고 순화적응 시험으로 구분 실시하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 가) 광독립자가영양배양시험에 이용한 공시재료는 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 상추, 감자 등 6종이었다. 이들 작물에서 광독립자가영양배양의 기내 성묘생존율은 83.3%-100% 범윙서 평균 95.2%이었고, 타가영양배양은 66.7-91.2%범위에서 76.3%의 평균 값을 보였다. 혼합영양배양은 평균성묘율이 85.0%로서 이들 작물은 72.0-94.3%의 범위에 있었다. 생육상태조사는 초장, 엽과 뿌리생육, 생체중 및 건물 중 등의 양적 형질과 엽색 등을 조사한바 작물과 조사형질에 따라 성적이 동일한 경향을 보이지 않았으나 대체로 엽수는 타가영양이 많은 경향이었고 초장, 엽신장, 뿌리생육, 엽색 등은 자가영양이 효과적인 경우가 많았다. 그리고 생체중과 건물중에서는 작물에 따라 증가율이 서로 달랐다. 이상의 시험조사 과정에서 양적인 증가는 배양환경에 따라 서로 다르나 건강한 묘라 할 수 있는 질적 형질은 광독립자가영양배양이 타가영양배양에 비하여 우세함을 육안으로 확인할 수 있었다. 나) 조직배양의 측면광 공급을 위한 광원으로 LED Light를 이용하고자 하였다. LED광은 열이 발생하지 않으므로 기내 배양체에 온도장해가 없으며 또한 측면에서 광을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 시험에 사용된 LED광원 황색, 녹색, 적색등 3종이있고, 이들의 광량은 각각 1.9, 2.2, 94.0μmol·m^-2·s^-1 이었다. 공시작물은 거베라, 상추, 감자 등으로 하였다. CO_2가 공급될 경우 sucrose가 첨가되지 않은 시험구인 자가영양상태에서도 생육이 양호한 경향을 보였다.이상 LED를 위한 측면광공급용 조직배양환경은 금후 광량증가를 위한 장치개발과 배양기의 적절한 배치를 위해 LED Light의 배열방법 등이 검퇴되어야 할 것으로 사료되었다. 다) 자가영양상태에서 배양된 묘가 순화과정에서 어는 정도 적응효과가 있는가를 검토하기 위하여 순화실험을 실시하였다. 공시작물로는 거베라, 스타티스, 호접란, 상추 등 4종으로 하였다. 대부분의 작물에서 광독립자가영양조건에서 배양된 묘가 순화력이 높았으며 타가영양상태에서 배양된 묘는 낮았고 혼합배양의 경우는 그 중간정도였다. 이상이 결과에서 자가영양환경은 기내배양 뿐만 아니라 순화과정에서도 생육효과가 인정되어 양질의 묘를 다량으로 생산할 수 있게 하였다. 따라서 건전묘 획득과 성묘율 향상을 높이기 위해서는 광독립자가영양배양시설 뿐만 아니라 적정한 환경조건이 부여될 수 있는 전용순화실의 도입이 필요하였다. 마. 원예작물조직배양사업의 경제성 분석 본 연구에서는 농가보급형 조직배양농장을 대상으로 배양실과 순화·육성실의 적정시설규모와 투자액을 결정하고 수익과 비용을 추정하여 조직배양사업의 수익성과 경제성을 분석하였다. 또한 자가영양배양기술의 개발과 이의 농가보급을 위한 실증시험결과에 대한 경제적 효율성을 평가하기 위해 관행의 타가영양배양기술과 비교·분석하였다. 본 연구결과 원예작물 조직배양사업은 배양시설이 완전 가동될 경우 매출액이익률은 32.6%, 총자본수익률은 27.7%로 사업의 수익성이 비교적 높은 것으로 나타났으며, 내부투자수익률은 22.10%로 조직배양사업은 경제적 타당성이 높은 유망한 업종인 것으로 평가되었다. 특히 자가영양배양기술은 배양과정에서의 성묘를 향상으로 타가영양배양기술에 비해 수익성을 높이고 묘의 평균생산비를 절감하는데 크게 기여할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 배양시설 가동률이 70%수준 이상으로 유지되지 못할 경우 자산의 비효율적 운용으로 경영성과가 악화되고 묘의 평균생산비가 상승하는 결과가 초래될 수 있다. 원예작물 조직배양농장의 경영성과를 향상시키고 평균생산비를 절감하기 위해서는 묘를 저렴한 비용으로 대량생산·공급할 수 있는 기술체계확립과 더불어 적정수준의 가동률을 유지할 수 있도록 주문생산체계를 우선적으로 확립해 나가는 것이 무엇보다 중요하다.

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