KR101900643B1 - 밀폐형 식물공장 시스템에서 광질을 이용한 시금치의 재배방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 LED 램프를 통해 적색(red):청색(blue):백색(white)이 8:1:1의 비율인 파장의 빛을 170~190 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting)하는 것을 포함하는 시금치의 재배방법에 관한 것으로, 상기 밀폐형 식물 공장 시스템은 내부 환경을 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하고, 상기 시금치의 재배방법은 시금치를 암면 펠릿이 담긴 플러그 트레이에 파종한 후 밀폐형 식물 공장에서 재식밀도로 정식(定植)하고, 담액식 순환 수경재배방식으로 이루어지는 것을 특징으로, 최적의 광질이 적용됨으로 인하여 시금치의 생육을 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 고품질의 시금치를 효율적으로 생산할 수 있다.

Description

밀폐형 식물공장 시스템에서 광질을 이용한 시금치의 재배방법{Cultivation method of spinach by using light quality in closed-type plant factory system}
본 발명은 밀폐형 식물 공장 시스템에서의 광질을 이용한 시금치의 재배방법에 관한 것으로, 구체적으로 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 광질을 조절함으로써 시금치의 생육을 촉진시키고 고품질의 시금치를 효율적으로 생산할 수 있는 재배방법에 관한 것이다.
최근, 식물 재배에 있어서, 특정 영역대의 광파장을 방출하는 발광 다이오드 (LED)를 이용하는 방법이 이용되고 있다. LED를 이용한 식물 재배 방식은 백열등이나 형광등에 비해 전력소모가 적고, 불필요한 파장 영역을 제외한 원하는 특정 영역의 파장을 선택적으로 조사할 수 있어 식물 재배에 효율적인 방법이다.
종래 LED 광원을 이용한 식물 재배와 관련된 기술로써, 식물을 재배하기 위해 좁은 공간에서 생산효율을 높이기 위한 폐쇄형 LED 식물공장에 관한 것으로 전력소비가 적고 광효율이 높은 적외선광, 적색광, 청색광의 LED 램프를 광원으로 사용한 식물 재배 시스템에 관한 문헌(한국특허공개공보 제2004-0010426호)이 있다.
또한 다양한 파장을 갖는 여러 종류의 LED를 적절한 비율로 조합하여 베드 상에 다수 배치하고 식물의 종류나 생육상황에 따라 교체하는 방식에 관한 문헌(한국특허공개공보 제2003-0005023호)이 있다. 하지만, 상술한 문헌에 개시된 기술들은 식물의 성장, 발아, 개화에 필요한 특정 파장의 광원을 생산하기 위해 복잡한 제어 시스템을 요구하며, 고장율이 높고 생육조건에 따라 사용되지 않은 광원도 불필요하게 공간을 차지하는 문제가 있다.
현재 농업분야에서의 LED 연구에서 다양한 조합의 LED 램프를 사용하여 식물의 생육발달 및 수량 증진연구 및 기능성 물질의 증가를 위한 파장대역별 생장반응 및 식물생리활성 물질 축적증대 기술에 대한 연구가 진행 중이다.
하지만 다양한 LED 램프 조합을 이용한 광원이 시금치에 미치는 영향에 대한 연구결과는 미미한 실정이다.
이에 본 발명자들은 식물 중 시금치에 대한 효율적 생장을 위한 인공광원 탐색과 광질 조절에 대한 연구를 계속하던 중 인공광원으로서 적색, 청색, 백색의 LED를 적당한 비율로 혼합하여 조사할 경우 시금치 생육을 위한 최적 파장대를 제공하여 식물 생산 시스템 내에서 시금치 생육 속도를 더욱 향상시킴과 동시에 고품질, 다수확 효과가 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
한국특허공개공보 제2004-0010426호 한국특허공개공보 제2003-0005023호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 시금치의 생육을 위한 최적 광질을 제시하여 시금치의 생육을 촉진시키고 품질을 향상시킬 수 있는 밀폐형 식물공장 시스템에서 시금치의 재배방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 인공광원 파장의 빛을 170~190 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting)하는 것을 특징으로 한다.
상기 인공광원은 적색(red), 청색(blue), 백색(white) LED 램프를 혼합하여 구성되며, 적색:청색:백색이 8:1:1의 광량비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 밀폐형 식물 공장 시스템은 내부 환경을 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 시금치의 재배방법은 시금치를 암면 펠릿이 담긴 플러그 트레이에 파종한 후 밀폐형 식물 공장에서 재식밀도로 정식(定植)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시금치의 재배방법은 담액식 순환 수경재배방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명에 따른 밀폐형 식물 공장 시스템에서 광질을 이용한 시금치의 재배방법은 시금치의 생육을 위한 최적 광질 규명을 통해 에너지 절감 및 시금치의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 시금치의 생육을 촉진시키고 대규모 식물 공장 시스템에 적용하여 고품질의 시금치를 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장의 실험 모식도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장 내 광질에 따른 시금치의 생육 사진
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장 내 광질에 따른 시금치의 엽 형태 사진
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장의 실험 모식도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장 내 광질에 따른 시금치의 생육 사진,도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밀폐형 식물공장 내 광질에 따른 시금치의 엽 형태 사진이다.
본 발명은 시금치를 재배하는 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 인공광원인 LED 램프 파장의 빛을 170~190 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting)를 수행하는 것을 포함하는 시금치의 재배방법을 제공한다.
'광조사(lighting)'는 조명 등을 이용하여 인공적으로 빛에 노출시키는 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 암면 펠렛이 담긴 240구 육묘용 플러그 트레이(60cm × 41cm × 5cm)에 파종한다. 파종된 시금치는 발아실(Incubator DS-10L-2, Dasol Scientific Co. Ltd., Korea)에서 21℃의 온도 조건 아래 7일 동안 발아시킨 후 벤로 타입 유리온실의 자연광 하에서 실험에 사용할 시금치 묘를 재배한다. 그리고, 밀폐형 식물공장 내에 시금치 묘를 17cm × 17cm의 재식밀도로 정식(定植)한다.
'정식(定植)'은 온상에서 기른 모종을 일정 기간이 지난 후 재배하고자 하는 곳에 옮겨심는 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 170~190 μmol·m-2·s-1 의 광도로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 180 μmol·m-2·s- 1 의 광도로 이루어질 수 있는데, 이러한 광도의 광조사(lighting) 처리는 시금치의 생체중(fresh weight) 증가, 엽장(leaf length) 및 엽폭(leaf width) 증가, 광이용 효율 향상, 세포 표면 조직의 기공 크기 증가 및 기능성 물질 증진에 효과적이다.
상기 광도가 170μmol·m-2·s-1 미만일 경우 페놀함량, 플라보노이드 함량 증진 등의 효과가 충분히 발현되지 않을 수 있으며, 190μmol·m-2·s- 1를 초과할 경우에는 생육속도는 높일 수 있으나, 잎끝마름 발생률 및 광조사에 따른 다량의 전기 소모료 발생 등으로 인한 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 14L/10D의 광주기로 이루어질 수 있는데, 이러한 광주기로 광조사(lighting) 처리를 하는 것은 시금치의 지상부(top)와 지하부(root)의 생체중(fresh weight) 및 건물중(dry weight) 증가, 엽수(no. of leaves) 증가, 잎의 엽록소 함량(chlorophyll content) 증가 및 광이용 효율 향상에 효과적이다.
광조사 시간은 명기(빛에 노출되는 시간, lighting time)와 암기(빛에 노출되지 않는 시간, dark time)로 표현 가능하며, 예를 들어 14L/10D의 경우 명기(빛에 노출되는 시간) 14시간, 암기(빛에 노출되지 않는 시간) 10시간으로 하루에 1번의 주기를 가지며 반복되는 경우를 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 LED 램프로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 적색(red), 청색(blue), 백색(white) LED를 혼합한 LED 램프를 사용한다.
혼합한 RBW LED 광원의 광량비는 적색:청색:백색이 8:1:1로 구성된다. LED 램프는 식물체가 흡수 가능한 파장의 빛을 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system) 내로 발산하는 기능을 수행한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 시금치의 재배방법은 밀폐형 식물 공장시스템 내부 환경을 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하여 정식 후 재배 종료일까지 담액식 순환 수경재배방식으로 이루어진다.
'담액식 순환 수경재배'는 흙을 사용하지 않고 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액속에서 식물을 키우는 담액식 수경재배방법 중 배양액을 재배조 내에서 순환시켜 재배하는 방식을 의미한다.
상기 시금치의 기능성 물질함량 증진을 위한 밀폐형 식물 공장 시스템은 시금치의 성장에 최적 온도 및 습도인 온도 21℃, 상대습도(현재 기온의 포화수증기량에서 현재 공기 중의 수증기량을 백분율로 나타낸 것) 70%로 유지하는 것이 바람직하다.
실험재료는 시금치(Spinacia oleracea L. 'Black Horse')를 사용하였으며, 2015년 3월 23일에 암면 펠릿(Grodan 암면)이 담긴 240구 육묘용 플러그트레이(60cm × 41cm × 5cm)에 파종하였다. 21℃의 항온발아실(DS-10L-2, Dasol Scientific, Korea)에서 7일간 발아시킨 후 벤로 타입 유리온실의 자연광 하에서 실험에 사용할 시금치 묘를 재배하였다. 3대의 밀폐형 식물공장 내에 상기 시금치 묘를 17cm × 17cm의 재식밀도로 완전임의배치하여 정식하였다.
시금치 재배를 위한 광질 처리로 형광등(FL, Philips Co. Ltd., the Netherlands), RW LED(red:white=:2:1, KC chemical Co. Ltd., Korea), RBW LED(red:blue:white=8:1:1, KC chemical Co. Ltd., Korea)를 사용하였다.
<비교예1>
시금치 재배를 위한 광질 처리로 형광등(FL, Philips Co. Ltd., the Netherlands)을 사용하고, 재배기간 동안 180 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting) 처리하였다. 밀폐형 식물공장의 내부 환경은 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하여 정식 후 재배 종료일까지 담액식 순환 수경재배방식을 이용하여 코낼대액 시금치 처방의 양액을 조성하여 공급하였다. 공급양액의 pH는 6.5, EC는 2.0dS·m-1로 조절하여 재배하였다.
<비교예2>
시금치 재배를 위한 광질 처리로 RW LED(red:white=:2:1, KC chemical Co. Ltd., Korea)를 사용하고, 재배기간 동안 180 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting) 처리하였다. 밀폐형 식물공장의 내부 환경은 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하여 정식 후 재배 종료일까지 담액식 순환 수경재배방식을 이용하여 코낼대액 시금치 처방의 양액을 조성하여 공급하였다. 공급양액의 pH는 6.5, EC는 2.0dS·m-1로 조절하여 재배하였다.
<실시예>
시금치 재배를 위한 광질 처리로 RBW LED(red:blue:white=8:1:1, KC chemical Co. Ltd., Korea)를 사용하고, 재배기간 동안 180 μmol·m-2·s-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting) 처리하였다. 밀폐형 식물공장의 내부 환경은 온도 20~22℃, 상대습도 60~80%로 조절하여 정식 후 재배 종료일까지 담액식 순환 수경재배방식을 이용하여 코낼대액 시금치 처방의 양액을 조성하여 공급하였다. 공급양액의 pH는 6.5, EC는 2.0dS·m-1로 조절하여 재배하였다.
발명의 일실시예에 따르면, 광질 조절에 따른 시금치의 생육 정도를 비교하기 위하여 광질을 달리한 실험군을 대상으로 초장(plant height), 근장(root length), 생체중(fresh weight), 건물중(dry weight), 엽장(leaf length), 엽폭(leaf width), 엽면적(leaf area), 엽수(no. of leaves), 엽록소 형광값(Fv/Fm)을 측정하고, 분광광도계(Libra S22, Biochrom Co. Ltd., England)를 이용하여 엽록소 함량(chlorophyll content)을 분석하였다.
광질 초장(cm) 근장(cm) 엽장(cm) 엽폭(cm) 엽수 엽면적(㎠)
FL
(비교예1)		 13.9 c 52.9 a 9.1 c 6.0 b 17 b 251.2 b
RW LED
(비교예2)		 17.8 b 44.9 ab 11.6 b 7.8 a 15 c 268.7 b
RBW LED
(실시예)		 20.5 a 38.1 b 12.7 a 8.6 a 21 a 489.64 a
광질
 생체중(g)
 건물중(g)
 엽록소형광(Fv/Fm) 엽록소
지상부 지하부 지상부 지하부 a b
FL
(비교예1)		 36.41 b 4.86 a 1.18 a 0.15 a 0.76 a 1.19 a 0.43 ab
RW LED
(비교예2)		 39.86 ab 3.90 a 1.09 a 0.11 a 0.76 a 1.38 a 0.52 a
RBW LED
(실시예)		 45.60 a 4.47 a 1.18 a 0.16 a 0.75 a 1.21 a 0.42 b
표 1과 표 2는 밀폐형 식물공장 내 광질에 따른 시금치의 최종 생육결과를 나타낸 표이다.
시금치의 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적 그리고 지상부 생체중은 RBW LED(실시예) 광원을 처리한 시금치에서 가장 높은 값을 나타냈다. 근장은 FL 광원(비교예1)을 처리한 시금치에서 길었고, 지하부 생체중, 지상부와 지하부의 건물중, 엽록소 형광은 유의적인 차이가 없었다.
엽록소 함량은 엽록소 a의 경우 처리별 광원에 따라 유의적인 차이가 없었고, 엽록소 b는 RW LED(비교예2) 광원을 처리한 시금치에서 가장 많았다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 밀폐형 식물공장 내 광질 처리에 따른 시금치의 생육 모습으로 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적 그리고 지상부 생체중이 가장 높았던 RBW LED(실시예) 광원을 처리한 시금치에서 다른 처리에 비해 가장 생육이 좋았다.
밀폐형 식물공장에서 재배 기간 동안 시금치의 엽 형태는 광질 처리에 따라 달라지는 것을 확인할 수 있다. FL(비교예1) 광원을 처리한 시금치의 경우 둥근 모양을 유지하였고, RW LED(비교예2), RBW LED(실시예) 광원을 처리한 시금치는 화살표와 같이 뾰족한 형태를 나타냈다. 엽 형태에서도 RBW LED(실시예) 광원을 처리한 시금치에서 다른 처리에 비해 엽장과 엽폭, 엽면적 등 생육이 더 좋은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 밀폐형 식물공장에서 광질에 따른 시금치는 RBW LED 광원을 처리함으로써 식물의 생육이 가장 좋았다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

  1. 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 인공광원 파장의 빛을 180μmol·-2·-1 광도와 14L/10D의 광주기로 광조사(lighting)하고,
    상기 인공광원은,
    적색(red), 청색(blue), 백색(white) LED 램프를 혼합하여 구성되며, 적색:청색:백색이 8:1:1의 광량비율로 구성되고,
    상기 밀폐형 식물 공장 시스템은,
    내부 환경을 온도 21℃, 상대습도 70%로 조절하고,
    시금치의 재배는,
    시금치를 암면 펠릿 배지가 담긴 플러그 트레이에 파종한 후 밀폐형 식물 공장에서 17cm*17cm의 재식밀도로 정식(定植)하며,
    상기 시금치는 정식 후 재배 종료까지 담액식 순환수경재배방식을 사용하며 공급양액의 pH는 6.5, EC는 2.0dS/m 이고,
    상기 시금치는 ( Spinacia oleracea L.) 'Black Horse' 품종을 사용하고, 암면 펠릿(Grodan 암면)이 담긴 240구 육묘용 플러그트레이(60cm ×41cm ×5cm)에 파종하여, 21℃의 항온발아실에서 7일간 발아시킨 후 정식하는 것을 특징으로 하 는 밀폐형 식물공장 시스템에서 광질을 이용한 시금치의 재배방법.
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KR20210156472A (ko) 2020-06-18 2021-12-27 주식회사 그린맥스 모바일 밀폐형 식물공장 시스템

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