밀폐형 식물생산시스템 내 새송이 버섯과 상추의 혼합 재배 비율에 따른 CO₂ 농도 변화 및 균형 분석

정대호,김찬교,오경훈,이동현,김민수,신종화,손정익,Jung, Dae Ho,Kim, Chan Kyo,Oh, Kyung Hun,Lee, Dong-Hyeon,Kim, Minsu,Shin, Jong Hwa,Son, Jung Eek 한국원예학회 2014 원예과학기술지 Vol.32 No.5

버섯은 배양과 생육과정을 거치면서 다량의 $CO_2$를 배출하므로 식물을 생산하는 식물생산시스템에서 $CO_2$ 공급원으로 활용할 수 있다. 본 연구의 목적은 버섯과 상추의 생육시기에 따른 $CO_2$ 발생 속도와 흡수 속도를 측정하고, 혼합식물 생산 시스템에서 두 작물의 재배 비율에 따른 $CO_2$ 농도를 분석하는 것이다. 새송이 버섯과 상추 아시아 흑로메인 품종을 실험에 사용하였으며, 각각 $18^{\circ}C$, $22^{\circ}C$로 내부온도가 유지되는 밀폐형 아크릴 챔버($1.0m{\times}0.8m{\times}0.5m$)에서 $CO_2$ 발생 속도와 흡수 속도를 측정하였다. 상추는 PPF $340{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$의 광도와 EC $1.2dS{\cdot}m^{-1}$의 양액에서 재배하였고, 다이아프램(diaphragm) 펌프를 이용하여 주기적으로 버섯 챔버와 상추 챔버 사이의 공기를 순환시켰다. 버섯의 $CO_2$ 발생 속도는 균 긁기 후 15일차까지 증가한 후 다시 감소하였으며, 생육 온도가 높아질수록 $CO_2$ 발생 속도가 증가하였다. 특히 솎음 처리에 의해 버섯의 자실체 생체중 당 $CO_2$ 발생 속도가 약 3.1배 증가하였다. $CO_2$ 균형 관점에서 보면, 균 긁기 후 9, 12, 14일차 버섯 1병(950mL)의 $CO_2$ 발생 속도는, 정식 후 7, 10, 12일인 상추 3, 4.5, 5.5 개체 $CO_2$ 흡수 속도에 대응하는 것으로 나타났다. 따라서 두 작물의 적합한 재배 비율의 설정을 통하여 밀폐형 혼합 식물생산시스템 내 $CO_2$ 농도 균형을 이루는 것이 가능하다. The large amount of $CO_2$ emitted from mushrooms during incubation and developmental stages can be utilized in plant production systems as a $CO_2$ source. The objectives of this study were to measure the $CO_2$ emission and absorption rates of mushroom and lettuce, respectively, and to analyze the $CO_2$ concentrations at various ratios of mushroom and lettuce in a closed production system. The $CO_2$ emission rate of king oyster mushrooms (Pleurotus eryngii ( DC.) Qu$\acute{e}$l) and $CO_2$ absorption rate of lettuces (Lactuca sativa L. cv. Asia Heuk Romaine) were measured by using two closed acryl chambers ($1.0m{\times}0.8m{\times}0.5m$) in which indoor temperatures were maintained at $18^{\circ}C$ and $22^{\circ}C$, respectively. The lettuce was grown at a light intensity of PPF $340mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and with nutrient solution at EC $1.2dS{\cdot}m^{-1}$. The air was periodically circulated between the two chambers using a diaphragm pump. The $CO_2$ emission rate of the mushroom increased until the $15^{th}$ day after scratching (DAS) and then decreased. The rate also increased with increased indoor temperature. In particular, the $CO_2$ emission rate per fresh weight of fruit body increased by about 3.1 times after thinning compared to before thinning. In terms of $CO_2$ balance, the $CO_2$ emission rates from a bottle (950 mL) of the mushroom at 9, 12, and 14 DAS were equivalent to those of 3, 4.5, and 5.5 lettuce plants at 7, 10, and 12 DAT (days after transplanting), respectively. This work shows that balance in $CO_2$ concentration could be achieved using an appropriate ratio of the two crops in a closed production system.

밀폐형 식물생산시스템 내 새송이 버섯과 상추의 혼합 재배 비율에 따른 CO₂ 농도 변화 및 균형 분석

정대호(Dae Ho Jung),김찬교(Chan Kyo Kim),오경훈(Kyung Hun Oh),이동현(Dong-Hyeon Lee),김민수(Minsu Kim),신종화(Jong Hwa Shin),손정익(Jung Eek Son) 한국원예학회 2014 원예과학기술지 Vol.32 No.5

버섯은 배양과 생육과정을 거치면서 다량의 CO₂를 배출하므로 식물을 생산하는 식물생산시스템에서 CO₂ 공급원으로 활용할 수 있다. 본 연구의 목적은 버섯과 상추의 생육시기에 따른 CO₂ 발생 속도와 흡수 속도를 측정하고, 혼합식물 생산 시스템에서 두 작물의 재배 비율에 따른 CO₂ 농도를 분석하는 것이다. 새송이 버섯과 상추 아시아 흑로메인 품종을 실험에 사용하였으며, 각각 18℃, 22℃로 내부온도가 유지되는 밀폐형 아크릴 챔버(1.0m × 0.8m × 0.5m)에서 CO₂ 발생 속도와 흡수 속도를 측정하였다. 상추는 PPF 340μ㏖·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP>의 광도와 EC 1.2dS·m<SUP>-1</SUP>의 양액에서 재배하였고, 다이아프램(diaphragm) 펌프를 이용하여 주기적으로 버섯 챔버와 상추 챔버 사이의 공기를 순환시켰다. 버섯의 CO₂ 발생 속도는 균 긁기 후 15일차까지 증가한 후 다시 감소하였으며, 생육 온도가 높아질수록 CO₂ 발생 속도가 증가하였다. 특히 솎음 처리에 의해 버섯의 자실체 생체중 당 CO₂ 발생 속도가 약 3.1배 증가하였다. CO₂ 균형 관점에서 보면, 균 긁기 후 9, 12, 14일차 버섯 1병(950mL)의 CO₂ 발생 속도는, 정식 후 7, 10, 12일인 상추 3, 4.5, 5.5 개체 CO₂ 흡수 속도에 대응하는 것으로 나타났다. 따라서 두 작물의 적합한 재배 비율의 설정을 통하여 밀폐형 혼합 식물생산시스템 내 CO₂ 농도 균형을 이루는 것이 가능하다. The large amount of CO₂ emitted from mushrooms during incubation and developmental stages can be utilized in plant production systems as a CO₂ source. The objectives of this study were to measure the CO₂ emission and absorption rates of mushroom and lettuce, respectively, and to analyze the CO₂ concentrations at various ratios of mushroom and lettuce in a closed production system. The CO₂ emission rate of king oyster mushrooms (Pleurotus eryngii (DC.) Quél) and CO₂ absorption rate of lettuces (Lactuca sativa L. cv. Asia Heuk Romaine) were measured by using two closed acryl chambers (1.0 m × 0.8 m × 0.5 m) in which indoor temperatures were maintained at 18℃ and 22℃, respectively. The lettuce was grown at a light intensity of PPF 340 ㏖·m<SUP>-2</SUP>·s<SUP>-1</SUP> and with nutrient solution at EC 1.2 dS·m<SUP>-1</SUP>. The air was periodically circulated between the two chambers using a diaphragm pump. The CO₂ emission rate of the mushroom increased until the 15<SUP>th</SUP> day after scratching (DAS) and then decreased. The rate also increased with increased indoor temperature. In particular, the CO₂ emission rate per fresh weight of fruit body increased by about 3.1 times after thinning compared to before thinning. In terms of CO₂ balance, the CO₂ emission rates from a bottle (950 mL) of the mushroom at 9, 12, and 14 DAS were equivalent to those of 3, 4.5, and 5.5 lettuce plants at 7, 10, and 12 DAT (days after transplanting), respectively. This work shows that balance in CO₂ concentration could be achieved using an appropriate ratio of the two crops in a closed production system.

NFT 수경재배 방식의 식물공장에서 생육단계별 실시간 작물 생체중 정밀 측정 방법

김지수(Ji-Soo Kim),강우현(Woo Hyun Kang),안태인(Tae In Ahn),신종화(Jong Hwa Shin),손정익(Jung Eek Son) 한국원예학회 2016 원예과학기술지 Vol.34 No.1

생체중은 작물 생육의 중요한 지표이기 때문에 계획 생산을 위해서는 반드시 측정이 필요하다. 비파괴적으로 생체중을 측정하기 위하여 이미지 기반의 방법 들이 개발되어 왔으나 한계점을 가지고 있다. 또한 수경재배에서는 양액의 중량 때문에 작물생체중을 직접 측정하기에 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 NFT 방식의 식물공장에서 생육시기에 따른 생체중을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발하는 것이다. 식물공장 모듈에서 로메인 상추를 재배하며 실험을 진행하였다. 정식 후 7일 간격으로 28일 까지 전체 채널의 중량, 채널 내에 남아 있던 양액의 양, 로메인 상추의 지상부와 지하부의 생체중을 측정하였다. 특히, 양액이 공급 중일 때 채널의 초기 무게(Wi)와 양액 공급을 중단한 후에 채널의 중량 변화를 매초 간격으로 측정하였다. 채널을 통해 더 이상의 배액이 발생하지 않을 때, 채널의 최종 중량(Ws)와 채널에 잔류하고 있는 양액의 양을 측정하였다. 시상수(τ)는 Wi와 Ws의 변화 추세를 고려하여 계산되었다. Wi, Ws, τ와 실제 생체중과의 관계를 정량적으로 분석하였다. 양액 공급을 멈춘 뒤 채널의 중량은 지수적으로 감소하였다. 채널 내 지하부의 중량이 증가하면서 양액이 채널을 빠져나가는 속도는 감소하였다. 실제 작물의 생체중과 채널의 중량을 통하여 예측된 생체중 사이에는 큰 차이가 있었고, 이는 채널 내에 잔류된 양액 때문이다. 이러한 차이는 생육시기에 따라 예측하기에는 어려웠으나 시상수를 이용한 모델식은 높은 예측성을 보였다. Wi, Ws, τ를 사용한 모델을 이용하면 작물의 실제 생체중을 추정할 수 있으리라 기대된다. The measurement of total fresh weight of plants provides an essential indicator of crop growth for monitoring production. To measure fresh weight without damaging the vegetation, imagebased methods have been developed, but they have limitations. In addition, the total plant fresh weight is difficult to measure directly in hydroponic cultivation systems because of the amount of nutrient solution. This study aimed to develop a real-time, precise method to measure the total fresh weight of Romaine lettuce (Lactuca sativa L. cv. Asia Heuk Romaine) with growth stage in a plant factory using a nutrient film technique. The total weight of the channel, amount of residual nutrient solution in the channel, and fresh shoot and root weights of the plants were measured every 7 days after transplanting. The initial weight of the channel during nutrient solution supply (Wi) and its weight change per second just after the nutrient solution supply stopped were also measured. When no more draining occurred, the final weight of the channel (Ws) and the amount of residual nutrient solution in the channel were measured. The time constant (τ) was calculated by considering the transient values of Wi and Ws. The relationship of Wi, Ws, τ, and fresh weight was quantitatively analyzed. After the nutrient solution supply stopped, the change in the channel weight exponentially decreased. The nutrient solution in the channel slowly drained as the root weight in the channel increased. Large differences were observed between the actual fresh weight of the plant and the predicted value because the channel included residual nutrient solution. These differences were difficult to predict with growth stage but a model with the time constant showed the highest accuracy. The real-time fresh weight could be calculated from Wi, Ws, and τ with growth stage.