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김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
식물공장은 외부 기상환경으로부터의 영향을 받지 않으면서 작물을 생산할 수 있는 재배시설과 작물재배 환경 등 생육조건을 갖춰야 하므로 초기투자비용이 유리온실 등 다른 유형의 원예시설보다 높은 시설비가 소요되어 경제성이 문제가 되고 있다. 이러한 문제점의 해결방안으로 식물공장에서 기능성 작물을 재배하기 위한 재배시스템의 필요한 실정이다. 본 연구는 이러한 기능성 재배작물의 재배조건에 관해 연구를 수행하였다. 방풍은 최근 재배면적과 수량이 증가되는 추세이며, 방풍을 약용작물로 가치가 높아지는 추세라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 식물공장 방풍재배에 필요한 광원은 작물 생산과 품질, 냉방부하, 운영비 등에 영향을 미치며, 설치비의 상당부분을 차지하므로 저비용 고효율 광원의 개발과 조명시스템을 개발하기 위해 수행하였다. 식물공장 방풍재배용 인공광원 및 조명시스템 개선을 위해 식물공장용 재배장치로 LED조명모듈, LED제어기, 전원공급기, 반사갓, 제어장치를 40W × 1,240L × 34H (mm) 1단으로 광원 높낮이 조절구로 감속기어방식으로 구성하였다. 조명은 LED로 적색, 청색, 백색을 3:2:2 비율로 구성하였으며, 반사갓으로 광원의 효율적인 이용과 외부기기로 제어가 가능하도록 장치를 제작하였다. 광원 종류는 형광등(삼파장), 형광등(삼파장)+적색LED, 형광등(삼파장)+청색LED, 형광등(삼파장)+적색LED+적색로 구성된 조명을 대상으로 광량자속밀도계와 광량자센서(LI-250A, LI-190SA, USA)를 이용하여 분광스펙트럼을 조사하여 하이브리드 광원으로 이용하는데 기본적인 데이터를 조사하였다. 방풍조명장치 광분포도 조사는 10, 20 cm에서 결과가 79% 이상의 균일효과가 나타나 높은 수준의 광균일도 효과로 판단된다.
토마토 재배시설에서의 방충망 크기별 해충유입 정도 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),백정현 ( J. H. Baek ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
원예시설은 작물생육에 최적인 환경을 조성·유지하는 반면, 해충생육에도 적합한 온·습도 환경으로 해충 침입 시 급속한 작물피해와 2차 병해발생이 우려됨에 따라 해충유입 예방과 방제 기술개발이 필요하여 연구를 수행하였다. 원예시설 내 발생 미소해충류의 유입차단 및 발생억제를 위한 해충 방제용 조명기술 개발하고자 해충유입 경로를 파악하고 적정규격 방충망 구명하고자 방충망 크기별로 공기입자의 환기율을 계산하였다. 방충망은 6종류의 망은 크기별로 잘라 플라스틱 틀에 고정시킨 뒤 광학현미경을 사용하여 방충망 사진을 촬영한 후 이미지 분석 프로그램을 사용하여 실의 직경, 망의 평균 크기 및 최대직경을 계산하였다. 시험 방충망은 시험온실인 충남 부여군 장암면 소재 무농약 토마토 재배 온실에 두 종류의 백색망(0.3 및 0.4 mm)망과 한 종류의 적색망(0.4 mm)을 설치한 후 온실 출입구부터 측창 주변에 8M 간격, 1.5M 높이로 황색 점착트랩을 부착하였고 2주 단위로 교체하였으며 온습도 측정을 위해 10M 거리, 1.8M 높이로 온습도센서를 설치하였음. 경기 안성 농가에는 오이 포장에 충남 부여군 한 농가에 멜론 재배 온실에 무처리 포함 4종류의 집합페로몬 유인제(Koppert, Biobest, ISCA 및 AlphaScent 제품)를 청색 점착트랩에 부착하여 각각 2.0, 1.5M 높이에 설치하여 2주 단위로 교체하였고 교체시마다 시계방향으로 트랩 위치를 변경하였다. 시험 결과로 망 크기가 커질수록 X 및 Y축 양쪽 방향에 있는 망의 평균 크기[L<sub>X</sub> (mm), L<sub>Y</sub> (mm)]는 증가하였고 동시에 망 내 최대 직경(Ø) 또한 증가 경향을 보였다. 백색망의 크기가 커질수록 환기 차단율이 감소됨을 확인하였으며, 3종류의 광원 모두에서 꽃노랑총채벌레의 이동행동을 관찰하였지만 이동률이 낮아 통계 유의차는 없었음.
HA 단백질 발현을 위한 식물공장에서의 애기장대의 생육 최적 재배환경 조건 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ),최성화 ( S. H. Choe ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
애기장대에서 단백질 발현을 최대화하기 위한 생육환경과 재배조건에 필요한 식물공장 시스템으로 광량, 광도, 광질, 광주기, 양액 조성 등 환경조건과 재배기술을 확립하기 위한 시험을 실시하였다. 최근 식물공장에서 고소득 작물을 생산하기 위한 노력으로 식물공장 공간배치의 극대화하여 다량 생산 뿐 만 아니라 식물공장 시스템을 활용하여 기능성 물질을 다량 추출할 수 있다면 식물공장의 활용도 제고와 경제성을 높일 수 있다고 판단된다. 그러한 노력 중에 하나로 모델식물인 애기장대는 고부가가치 재조합단백질 생산을 위한 재료로 다양한 유전자 조작이 가능하며 의료용 단백질 생산이 가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 식물공장 재배시스템에서 환경조건을 설정하여 단백질 생산을 위한 작물로 애기장대를 선정하고 애기장대의 단백질 함량은 잎 무게와 상관관계가 있다는 전제조건으로 먼저 최적 생육의 초장 생장을 위한 온도별 반응을 조사하였다. 전주 식물공장연구동에서 9가지 종류의 애기장대 종자를 파종한 후 4주 뒤 상대습도를 55%로 고정한 4종류의 온도조건(16, 20, 24, 28°C)을 가진 챔버 내 150 μmol m<sup>-2</sup> · s<sup>-1</sup>의 광조사 시간으로 12, 16시간 처리로 설정하였고, 담액경 방식으로 형광등 및 LED로 구분하여 처리한 재배베드에 정식하였다. 정식 후 초장 생육조사를 2015년 12월 30일부터 2017년 2월까지 매주 1회 조사하였다. 애기장대 LED 처리구에서 초장은 20°C 조건에서는 4주가 경과했을 때 평균 길이는 대부분 6 cm를 넘었고 7주가 되었을 때 20°C 12시간의 경우 1 품종(col)의 경우 9 cm를 넘지 못했고 16시간은 3품종이 넘지 못해 20°C에서는 12시간 조사시간이 우수하였다. 24°C의 조건에서의 조사기간 12시간과 16시간의 차이가 없어 12시간이면 충분한 조사시간이었다. 최적 단백질 발현을 위한 애기장대 엽수 확보 온도조건으로는 일반적으로 형광등에서는 20°C, 12시간이 좋았고 LED구에서는 24°C 16시간이 대체로 좋았다. 재배온도 조건 16°C의 형광등과 LED 광의 조건에서는 4주 후 평균초장이 6 cm가 된 반면 20 및 24°C에서는 3주 후부터 대부분 6 cm 이상을 보인 반면 28°C 조건에서는 영양생장 및 생식생장 모두 빠르게 진행되어 6cm를 넘지 않았다. 전체적으로 LED보다는 형광등에서의 성장속도가 빨랐다. 정식한 애기장대 변이품종간에도 차이를 보였는데 JL00458.1과 JL 00510.1의 경우 형광등에서는 5주부터 평균 9 cm를, LED에서는 6주부터 평균 9 cm의 길이를 보였다. 따라서 초장 최적재배를 위해서는 20°C의 형광등 재배조건과 두 변이품종이 적합한 것으로 판단된다.
식물공장 케일 생육장치 개발과 수경재배 조건에 따른 생육 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
식물공장에서 주로 재배되고 있는 상추의 대체 작물로 케일, 방풍 등의 약용작물에 관한 관심이 높아지고 있다. 식물공장은 외부 기상환경으로부터의 영향을 받지 않으면서 작물을 생산할 수 있는 시설과 작물재배 환경 등 생육조건을 갖춰야 하므로 초기투자비용이 유리온실 등 다른 유형의 원예시설보다 높은 시설비로 경제성이 문제가 되고 있다. 이러한 문제점의 해결방안으로 케일은 기능성 작물로의 가치가 인정되어 시설원예 또는 노지작물로 일정한 면적에서 재배되고 있다. 이러한 케일을 식물공장에서 수량 및 기능성 성분 증진을 위한 광 환경조건 구명하고자 장치를 구성하여 본 연구를 수행하였다. 식물공장에서 케일 재배를 위해 재배 시스템을 구성하여 생육을 조사하였다. 시험장소는 전주 식물공장연구동 1층에서 케일 재배장치를 구성하여 시험을 수행하였으며, 광측정은 분광광도계(LI-1800, LI-COR, USA)를 이용하여 광량을 분석하였다. 케일생육은 정식 후 2주차 시험개시 38일차에 조사하였으며, 광원은 형광등과 LED 청백 조합으로 설정되었으며, 광강도 220~230 μmol · m<sup>-2</sup> · s<sup>-1</sup>을 유지하였다. 배양액 농도는 야마자키 상추 2.0으로 재배하였다. 케일 잎의 생체 및 건조 무게의 경우 담액경이 분무경보다 무거운 것으로 조사되었다. 잎 길이에서는 분무경이 담액경보다 긴 것으로 조사된 반면 잎 폭에서는 차이가 없는 것으로 조사되었다. 잎자루 길이과 잎의 총길이에서는 분무경이 담애경보다 담액경보다 긴 것으로 조사되었다. 줄기 길이 및 직경에서는 분무경이 담액경보다 길고 큰 것으로 조사되었다. 엽록도에서는 담액경이 분무경보다 높은 것으로 나타난 반면 잎 수에서는 담액경과 분무경 사이에 차이가 없는 것으로 조사되었다.