Journal of Bio-Environment Control ISSN:1229-4675(Print) 2765-3641(Online) 생물환경조절학회지

빛은 작물 재배에 중요한 요소이다. 본 연구는 토양 화분재배에서 일적산광량(daily light integral, DLI)이 오이의 생육, 생리적 반응, 관수량 및 토양수분 장력(soil water tension, SWT)에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 오이 재배는 토양으로 충진한 화분에서 3주 동안 세 수준의 DLI[2.88, 11.52 또는 20.16 mol·m^-2·d^-1, 각 LS, LM 및 LH]를 처리하여 수행되었다. 광량 처리는 백색 LED 인공 광원을 사용하였다. 식물체의 엽면적과 지상부 생체중, 건물중은 LM 처리에서 자란 식물이 LS와 LH 처리에서 자란 식물 보다 유의하게 높았다. 초장과 뿌리 표면적, SPAD값(엽록소함량)은 LS 처리에서 가장 낮았다. 식물체의 마디 수와 줄기 직경은 처리 간에 유의한 차이가 없었다. 광합성 속도는 LM(4.34 µmol·CO₂·m^-2·s^-1)과 LH 처리(4.81 µmol·CO₂·m^-2·s^-1) 식물에서 LS 처리(0.92 µmol·CO₂·m^-2·s^-1)보다 높았다. 그러나 엽육 내 CO₂ 농도는 LS 처리 식물에서 더 높았다. 기공 전도도, 증산 속도 및 Fv/Fm(광계-II의 최대 양자 수율) 비율은 처리 간에 유의한 차이가 없었다. 총 관수량은 DLI가 높을수록 많아 LH 처리(10.2 L/주)에서 가장 많았다. SWT는 LS와 LM 처리 간에 유의한 차이가 없었지만 LH 처리에서 낮았다(-30 kPa). 주성분 분석(PCA)은 식물의 엽면적, 지상부의 생체중, 광합성 속도 및 기공 전도도의 양의 상관관계를 나타냈다. 이상의 결과, 광도 200 µmol·m^-2·s^-1로 3주간 적용된 일적산광량 11.52 mol·m^-2·d^-1 조건이 포트 묘 오이 생장과 발달에 더 유리하였다.

이 연구는 배추, 무, 상추 유묘의 내건성 평가를 위해 기존의 시각적 평가 방법과 이미지 처리 기술을 활용한 새로운 접근 방식을 비교하는 것을 목표로 하였다. 기존의 시각적 평가는 6점 척도(1 고사, 6 정상)를 사용하여 수행하였으며, 동시에 RGB 이미지를 촬영하여 이미지에서 녹색 부분을 추출하고 해당 부분의 픽섹 값을 계산하여 잎 면적을 구하였다. 건조 처리 시작 시점의 잎 면적을 기준으로 건조 처기 기간과 재관수 후 회복 기간 동안의 잎 면적 비율(percentage of leaf area, PLA)를 구하였다. 첫번째 실험에서는 4주간 육묘한 배추 육성자원 유묘를 이용하여 7일간의 건조 처리와 재관수 후 7일간의 회복 기간을 가졌다. 14일간의 처리기간 동안 배추 유묘의 시각적 시각적 시들음 점수와 PLA 값을 비교하였을 때, 두 지표 간에 강한 양의 상관관계를 확인하여 PLA가 건조 스트레스 평가의 지표로 이용될 수 있음을 확인하였다. 추가 실험을 통해 무, 상추 등 다양한 작물에서도 PLA 의 적용 가능성을 확인하였으며, 환경 요인으로 인한 일부 변동성에도 불구하고 일관된 경향을 보였다. 결론적으로, RGB 이미지 분석을 통해 내건성 평가시 기존의 시각적 평가 방법의 주관성과 변동성을 줄이고, 객관적이고 정량적인 평가와 평가를 위한 시간과 노력을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

연중개화하는 절화 장미는 일정 온도 이상의 온실 내에서 연중 재배되어 전세계적으로 많이 생산되고 사용된다. 연중 환경 변화가 큰 우리나라에서는, 고온기와 저광기 등 장미 생육에 부적합한 환경에서 절화 장미의 수량 및 품질 저하가 발생한다. 본 연구는 전력소모량이 적은 LED등을 활용한 저광도의 양적·질적 보광이 절화 장미 생산에 부적합한 환경에서 절화 품질 및 수량 개선에 미치는 효과를 검정하고자 수행하였다. 여름철 고온기 FR(far-red) LED 보광시 ‘Pink Beauty’와 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 절화장 신장이 통계적으로 유의하게 확인되었다. 겨울철 저광기 W(white) LED 보광시 ‘Pink Beauty’ 품종과 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 절화장 신장, 꽃 크기 증가 등 생육 및 절화 품질 개선이 통계적으로 유의하게 확인되었다. ‘Red Wing’ 품종은 고온기 FR LED 보광과 저광기 W LED 보광 시 통계적으로 유의한 절화 품질 및 수량성 개선은 확인되지 않았다. 향후 품종, 광량, 처리 시간, 광원과의 거리 등 보광 효과에 영향을 주는 요인들에 대한 추가적인 연구가 보완된다면, 낮은 비용으로 연중 균일한 품질의 절화 생산이 가능할 것으로 생각된다.

본 연구는 경상남도 진주에 위치한 가온온실에서 양액재배로 관리되는 ‘신틸라’ 남부하이부쉬 블루베리의 상록형과 낙엽형 재배의 생육 및 과실 특성을 분석하였다. 낙엽형 재배의 수확기는 4월 3일이며, 상록형 재배보다 개화기가 10일 늦는 경향이었다. 상록수 잎으로 자란 신초경은 낙엽형보다 19% 더 두껍고 신초장은 20.9cm로 52% 더 길었다. 총 신초수도 낙엽형보다 35% 더 많은 경향이었다. 과립중은 상록형이 2.4g으로 0.4g 더 컸으나 유의한 차이는 없었다. 과실의 횡경과 당도는 유의한 차이가 없었다. 잎의 Hunter a 값은 11월 28일 상록형보다 2.9배 높았으며, 10월 11일 –6.7(녹색)에서 11월 28일 5.6(빨간색)으로 높았고, 낙엽형은 10월 11일 –6.7(녹색)에서 11월 28일 16.7로 증가하였다. 잎의 SPAD 값은 12월 20일 35.7로 12월 초기와 유사했으며 낙엽형은 23.7로 12월 5일에 비해 녹색 잎으로 회복되는 경향을 보였지만 SPAD 값은 상록형에 비해 34 % 감소했다. 본 연구는 가온 온실에서 남부하이부쉬 신틸라의 상록형 재배 가능성이 확인하였다. 상록형 재배는 낙엽형보다 수체의 영양생장을 촉진하여 단기적으로 과실의 비대 및 성숙을 촉진하여 조기출하에 유리한 것으로 나타났다. 또한 저온요구도가 낮다는 점에서 가온을 12월보다 일찍 시작하거나 온도를 높여 출하시기를 더 앞당기는 재배형태도 가능할 것으로 판단되었다.

본 연구는 수분스트레스 조건에서도 고품질 유묘를 생산하고 균일한 발아를 위해 수박(Citrullus lanatus) 종자의 Solid Matrix Priming(SMP) 처리 효과를 검정하기 위해 수행되었다. SMP의 효과를 평가하기 위해 종자의 발아공의 위치를 달리 치상하여 산소조건에 따른 발아율과 유묘활력을 조사 하였다. 실험에 사용된 SMP 물질은 Micro cel-E였으며, 종자: 고형물질: 수분 비율 10:5:10(w/w)로 하여 25°C에서 3일 동안 처리하였다. Osmotic priming(OP)는 200mM KNO₃용액으로 25°C에서 4일간 처리하였다. 산소공급이 원활하게 발아공을 위로 향하거나 수평으로 치상하면 ‘현대꿀’은 90% 이상의 발아율을 보였으나, 산소공급을 부분적으로 차단하기 위해 발아공 위치를 아래쪽으로 치상하면 발아온도에 관계없이 발아율이 20% 이하로 감소되었다. 그러나 SMP 처리종자는 품종에 관계없이 주공을 아래로 향하게 하여 산소공급이 제한되더라도 무처리 종자에 발아력이 70% 이상 향상되었다. 품종에 관계없이 priming 처리된 종자는 모든 발아온도에서 무처리보다 발아율이 증진되는 경향이었고, 발아촉진에 유효하였다. 특히 priming 처리된 종자는 발아율 증진보다는 발아를 촉진하는 효과가 컸다. 또한 전반적으로 priming 처리된 종자는 무처리에 비해 정상묘 비율이 높은 경향을 보였다. SMP 및 OP 처리간 발아율에는 뚜렷한 차이는 없었으나 발아촉진 측면에서는 SMP 처리가 좋았다. 따라서 수박종자의 발아촉진을 위한 종자처리는 SMP가 OP 보다 좋은 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 알루미늄 증착필름을 온실 내부의 터널 피복 자재와 측면 자재로 활용하여 기존 난방법의 보온 효과를 극대화할 수 있는 방법을 구명하였다. 알루미늄 증착필름 활용 시 기존 폴리에틸렌 필름보다 보온 효과가 높고, 작물의 생육 속도도 빨라졌음을 확인하였다. 알루미늄 증착필름이 작물에서 방출되는 복사열을 반사해 온실 내부 기온 및 작물 품온 유지에 영향을 주었으며, 이로 인해 적산온도가 상승하여 작물의 생육이 빨라진 것으로 판단된다. 본 연구 결과, 알루미늄 증착필름을 방울토마토 저온기 재배 단동형 온실 보온자재로 사용 시 기존 난방법의 보온 효과를 극대화할 수 있었으며, 이에 따라 가온 에너지 절감 효과도 기대된다. 또한 적산온도 증가에 따른 작물 생육 속도 증가로 재배자의 목적에 따라 재배 시기를 조절할 수 있을 것으로도 사료된다.

본 연구는 방사성 핵종인 레늄(Re)의 처리 농도와 토양 유기물 함량이 배추와 무의 생육, 건물 생산, 엽록소 함량에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다. 연구에서는 핵분열 생성물인 레늄의 방사성 동위 원소인 186Re의 대체물질로 ammonium perrhenate (NH₄ReO₄)를 사용하였으며, 다양한 농도로 토양에 처리하여 그 영향을 분석하였다. 배추의 경우 레늄의 처리 농도에 따라 생육 지표인 엽수, 엽면적, 엽장, 엽폭, 초장 및 근장에서 유의미하게 감소하였으며, 특히 레늄 고농도 처리인 20 mg·kg^-1에서 배추의 생체중과 건물중이 현저하게 감소하였다. 80일 생육 단계에서도 이러한 경향은 지속되었으며, 레늄 농도가 높아질수록 배추의 생육이 현저히 억제되었다. 반면 토양 유기물 농도는 배추의 생육 지표에 큰 영향을 미치지 않았다. 무의 경우 배추와 유사하게 레늄의 처리농도가 높아지면 생육 저하가 뚜렷하게 나타났으며, 특히 80일 생육 단계에서 레늄 농도가 높아질수록 생체중과 건물중이 감소하였다. 엽록소 함량을 분석한 결과 레늄 처리 농도가 증가할수록 배추와 무의 엽록소 함량이 감소하는 경향을 보였다. 본 연구를 통해 방사성 핵종이 식물에 미치는 영향을 실험적으로 검정하고, 방사능 노출에 대한 기초적인 정보를 제공하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

유리온실 토마토 재배는 8개월 이상 장기간 이루어지며, 기후 변화에 의한 이상 기후 현상의 증가로 생육 후기까지 안정적으로 생산성을 확보하기 위해, 앞으로 접목 재배가 확대될 것으로 예상된다. 본 실험은 유리온실에서 접목과 실생 토마토 장기 재배의 과실수량, 지상부 및 지하부 생육과 광합성속도를 비교하여 접목 재배 효과를 검증하였다. 실생 토마토(CON, Control)의 품종인 대프니스를 사용하였고, 접수 품종은 대프니스, 대목 품종은 토마그라롱인 접목 토마토(GT, Grafted tomato)를 목포대학교 부속 농장 벤로온실의 코코피트 슬라브에 정식하였다. 온실의 기온은 지열과 공기열원히트펌프, 리턴식 이중덕트, 스크린 등을 이용하여 주간 온도 20－25℃, 야간 온도 15－17℃로 유지하였고, 양액은 PBG 양액 조성을 EC 2.0－2.7dS·m^-1, pH 5.5－5.8에 맞춰 일사제어를 통해 공급하였다. 실생 토마토와 접목 토마토 엽의 광합성 속도를 광합성 측정기를 이용하여 측정하였으며, 뿌리의 최장길이와 생체중, 근단면적을 조사했다. 배지의 수분함량과 배액의 양과 EC를 조사하였다. 생육 조사는 3주 간격으로 경직경, 엽면적지수, 생체중, 건물중을 조사하였고, 수확과는 CON과 GT 각 20주를 100g 이상인 과실의 중량을 조사하였다. 뿌리 길이와 근생체중은 실생 토마토(CON)에서 각각 47.3 ± 3cm/plant, 38 ± 2.3g/plant으로 조사되었고, 접목 토마토(GT)에서는 각각 78.8 ± 7cm, 50.7 ± 3g이었다. 배지 내 근단면적은 실생 토마토(CON)에서 1.06cm², 접목 토마토(GT)에서 2.19cm²로 분석되었다. 지상부 생육은 처리구간의 큰 차이를 보이지 않았지만, 최대 광합성 속도는 실생 토마토(CON)과 접목 토마토(GT)에서 각각 12.3μmol·m^-2·s^-1, 15.2 μmol·m^-2·s^-1로 나타났다. 총 수확량은 실생 토마토(CON)와 접목 토마토(GT) 처리에서 각각 12.0kg·m^-2와 13.5kg·m^-2로 나타났으며, 총 과수는 각각 단위면적당 65개와 77.5개로 확인되었다. 수확 과중과 과수, 최대광합성속도, 뿌리 길이, 근중, 근단면적 등의 조사 결과를 볼 때, 접목이 실생에 비해 장기재배에서 토마토를 생산하기에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.

수경재배 시 급액량 조절은 수량과 품질에 미치는 영향이 매우 크다. 급액량 조절을 위해서는 매우 다양한 요인을 고려해야만 하는데 특히, 목표 배액율(%) 유지를 위해 매우 중요한 일일 총 급액 횟수, 1회 급액량 등을 설정할 때 배지의 종류 및 사용연한 등에 따라 급액전략이 다르게 적용된다. 따라서 재배자는 다양한 변수 요인에 의한 배액량 변화를 지속적으로 모니터링하면서 적정 목표 배액율 유지를 위한 급액량을 설정하고자 매일 고민해야 한다. 본 시험에서는 수경재배 시 양액의 급배액량, EC 및 pH 변화를 모니터링하고 급액량 관리를 위한 프로그램을 개발하기 위해 먼저 배지 종류에 따른 관수 방법을 테스트하였다. 배지 종류는 코이어 배지 2종, 암면 및 펄라이트 등 4처리구를 설정하여 파프리카 수경재배를 실시하였다. 생육 초기에는 같은 급액전략을 적용하여 배액율 변화를 관찰하였고, 후기에는 각 배지 종류에 따른 급액전략을 각각 다르게 적용하였다. 총 급액량이 같은 수준에서 급액전략이 같은 경우 4종류의 배지마다 배액율이 각각 다르게 나타났으나, 급액전략을 각 배지 종류마다 다르게 코이어(칩60:더스트40)와 펄라이트의 경우 소량다회, 코이어(칩50:더스트50)와 암면의 경우 다량소회로 급액전략을 각각 적용하였을 때 배액율 40% 목푯값에 가깝게 유지 할 수 있었다. 급액량은 각 배지 종류, 일조량 변화 및 작물 생육 단계에 적합한 급액전략을 설정하여 최종적으로 하우스에 설치된 양액공급 장치에 급액 설정값을 매일 또는 주기적으로 변경하여야 한다. 배지 종류별 급액전략 연구 결과를 기반으로 급배액 상태를 모니터링하고 배액율 목푯값 유지를 위한 급액량 의사결정을 도와줄 수 있는 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 HTML5 표준 웹 기반 애플리케이션으로 구현하였으며 N-Screen 지원을 통해 다양한 모바일 장치와 PC 브라우저에서 작동 할 수 있게 제작하였다. 본 프로그램을 이용하여 스마트팜 온실의 수경재배 시 급액량과 배액량을 이용한 배액율을 모니터링할 수 있도록 급배액량, EC 및 pH 변화 그래프를 시각적으로 화면에 나타난다. 이러한 결과를 바탕으로 목표 배액율 유지를 위한 급액량 의사결정에 도움을 주고, 양액기에 입력할 수 있는 설정값을 쉽게 산출을 할 수 있다. 과채류 수경재배 시 양액의 급배액량과 배액율을 모니터링하면서 작물 생육 단계별 최적 급액량 설정값 관리가 이루어질 수 있으므로 결과적으로 물과 비료 절감형 스마트팜 운영이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구는 오이 육묘 단계에서 영상값과 실측값 간의 상관관계를 통해 묘의 생육 상태를 진단하기 위해 수행되었다. 이를 위해 LiDAR 센서와 다중분광카메라를 이용해 촬영한 영상과 파괴적으로 측정한 묘의 초장 및 엽면적을 비교하였다. 실험에 이용된 대목 품종은 ‘흑종’, 오이의 접수 품종은 ‘굿모닝백다다기’, ‘낙원성청장’, ‘신세대’이다. 다중분광영상 촬영은 접목 후 1주, 2주, 3주로 진행하였다. 영상값은 LiDAR 센서로 초장을, 다중분광카메라로 엽면적을 비파괴적으로 측정하였다. 엽면적의 실측값은 엽면적 측정기를 이용해 파괴적으로 측정하였다. 플러그 트레이 단위에서 중첩된 엽면적은 실측값에서 영상값을 빼서 계산하였다. 봄과 여름에 진행한 오이 접목묘의 생육조사는 ‘흑종’에 ‘낙원성청장’ 품종을 접목했을 때 가장 높은 초장과 엽면적 값을 나타냈으며, 엽록소함량을 나타내는 지표인 SPAD 값은 ‘흑종’에 ‘신세대’ 접수를 접목한 묘가 가장 높았다. 봄과 여름에 진행한 실험에서 오이 접목묘의 초장은 개체 단위에 비해 플러그 트레이에서 더 높은 상관관계를 나타냈으며, 플러그 트레이 단위 엽면적의 실측값과 영상값의 상관관계는 R²= 0.85 이상으로 높은 상관관계를 보여 플러그 트레이 단위에서 LiDAR 및 다중분광영상 기술을 활용해 초장과 엽면적을 예측할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, 플러그 트레이 단위에서는 개체 단위에 비해 중첩된 엽면적이 많고, 접목 후 시간이 경과함에 따라 엽면적이 넓어지며 중첩되는 면적이 많아진다. 따라서, 플러그 트레이 단위에서 엽면적을 측정할 때, 영상값과 실측값 사이의 오차를 줄이기 위해 중첩되는 엽면적을 보정하기 위한 연구를 진행할 필요성이 요구된다.

본 연구는 생분해성 종이포트와 기존 플러그 트레이에서 오이 접목묘 육묘시 광량, 야간 온도, 관수 빈도가 생육에 미치는 영향을 조사하였다. 실험은 여름과 가을 두 계절에 걸쳐 수행되었으며, 차광 수준(75% 차광 및 무차광), 야간 온도(생장상 이용 15°C 처리 및 온실 온도), 관수 빈도(1일 1회 또는 2회)를 조합한 8가지 처리 조건에서 오이 접목묘를 육묘하였다. 여름철 평균 일 적산광량(daily light integral, DLI)은 21.3 mol·m^-2·day^-1, 평균 기온은 26.2°C이었으며, 가을철 DLI는 5.3 mol·m^-2·day^-1, 평균 기온은 22.0°C이었다. 종이포트에서 육묘한 오이 접목묘는 플러그 트레이 묘에 비해 광량과 온도 변화에 더 민감하게 반응하였으나, 개체간 균일도가 높았다. 종이포트 묘는 플러그 트레이 묘에 비해 초장과 총 건물중이 다소 작았으나, 뿌리 건물중은 유사하거나 더 큰 결과를 나타냈다. 특히, 저광도 조건에서 15°C의 야간 온도는 줄기 신장을 효과적으로 억제하였다. 생분해성 종이포트는 오이 접목묘 생산에 있어 관행의 플러그 트레이의 대안으로 고려될 수 있으며, 특히 균일한 묘 생산과 우수한 근계 발달에 장점을 보였다. 종이포트를 이용한 육묘시 광량 등 환경에 민감하게 반응하므로, 보다 정밀한 환경 관리, 특히 광량과 관수 관리에 있어 주의가 요구된다.

본 연구에서는 온실 재배 토마토의 색상 변화를 이용하여 성숙하는 과정을 모델링하고자 하였다. 이를 위해 시간에 따른 토마토의 색상 L*, a*, b*를 관찰한 결과, L*값은 시간에 따라 감소하는 경향을 보였고 b*값은 일정한 사이의 값을 유지하며 큰 차이를 보이지 않았다. 초록색에서 빨간색으로 변화를 나타내는 a*값은 시그모이드 형태를 보이며 급격하게 증가하는 형태를 보였다. 특히, 각 샘플 마다 a*값이 증가하기 시작한 시기는 겨울에 재배된 토마토의 경우 비슷하게 나타났지만, 여름에 재배된 토마토는 샘플 마다 시기에 차이가 있었음을 알 수 있었다. 토마토의 색상을 나타내는 값 중, 시그모이드 형태를 보이는 색상 a*값의 변화를 로지스틱 성장식을 활용하여 모델을 구축하였다. a*값의 시간에 따른 변화는 로지스틱 성장식의 특징을 보였으며, 다른 색상 값과 비교하여 재배 시기에 따른 차이를 보였다. 로지스틱 모델로부터 계산된 a*의 초기값은 겨울에는 –6.3774, 여름 –6.9748로 겨울과 여름에 차이를 보이지 않았다. 한계수용능력값은 역시 겨울에는 22.548, 여름에는 21.7207로 완숙기에 도달했을 때 토마토의 색상의 a*값은 재배 시기와 상관없이 비슷함을 알 수 있었다. 변곡점의 경우 겨울에는 35일, 여름에는 40일로 a*의 변화율이 최대가 되는 시기에 차이를 보였다. 재배 시기에 따라 토마토가 성숙 되는 기간의 차이는 모델로부터 계산된 a*값의 변화가 나타나는 기간을 활용하여 비교하였고, 이는 겨울보다 여름에 짧았음을 알 수 있었다. 이러한 차이가 발생하는 환경적 요인을 확인하기 위해 토마토가 재배되는 동안 온실 내 기온과 일사량을 비교한 결과, 여름보다 겨울에 온실 내부 일사량이 높게 나타났음을 알 수 있었다. 본 연구에서 관측한 토마토는 온실의 온도 관리를 위해 외부에 설치된 차광막을 활용하는 방식의 온실에서 재배되었고, 따라서 여름의 높은 기온을 낮추기 위해 한낮에 차광막을 작동시킨 결과, 여름보다 겨울에 높은 내부 일사량이 관측된 것으로 생각된다. 최근 농업은 기후 변화와 식량 안보, 노동력 절감을 위해 다양한 형태로 변화하고 있다. 이러한 문제를 기술로서 극복한 방안 중 하나인 스마트 온실 재배는 작물이 생장하기 위한 최적의 환경을 제공하여 생산성 향상과 높은 가격 경쟁력을 통해 농가 소득을 증가시키는데 도움이 되고 있다. 현재까지의 온실 관리는 작물 재배에 적절한 온도와 습도, 일사량 등에 의존하여 환경을 조절했지만, 앞으로는 작물관리는 실시간으로 관측된 생육 정보를 환경 제어에 이용함으로써 생산성을 증대시키고 수확 시기 조절을 가능하게 할 수 있는 방향으로 나아가야 할 것이다. 이에 따라 본 연구에서는 시간에 따른 색상 변화를 활용한 로지스틱 모델을 이용하여 온실 재배 토마토의 성숙 과정을 나타내었다. 추정된 모델의 모수 값을 활용하여 여름과 겨울에 재배된 토마토의 성숙 과정에 걸린 시간의 차이를 계산하였고, 그 결과 겨울에 재배된 토마토가 여름에 재배된 토마토보다 짧은 시간에 성숙함을 보이는 일반적이지 않은 결과를 얻었다. 이는 온실 재배 환경에서 차광막을 활용해 온도를 조절하는 과정에서 비롯된 역전된 일사량의 차이에서 발생한 것으로 생각된다. 작물의 생장에는 여러 가지 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 이러한 결과를 발생시킨 명확한 요인을 단정하는 것은 어렵지만, 온실 환경을 제어하는 방법에서 발생한 것임을 짐작해 볼 수 있다. 따라서 본 연구 결과는 재배 시기에 따라 적절한 온실 환경 제어 방법과 관리의 중요성을 위한 연구 결과로 활용될 수 있을 것으로 생각한다. 또한 향후 연구에서는 토마토의 성숙 과정에 영향을 미치는 환경적 요인을 포함한 모델을 통해 작물의 성숙 과정을 예측해 볼 수 있을 것이다.

본 연구는 조기가온 재배작형으로 재배되고 있는 4년생 ‘어윈’ 망고에서 엽과비 수준이 수체 및 과실 특성에 미치는 영향을 조사하여 적정 착과량 조절 기준을 제시하고자 수행하였다. 엽과비 처리에 따른 전정 후 발생한 신초수와 이듬해 화서수는 착과량이 적고 엽과비가 클수록 증가하였다. 엽과비 60에서 가지당 발생한 신초수와 화서수가 가장 많았으며 엽과비가 가장 큰 75에서는 엽과비 60보다 감소하였다. 착과량이 많은 엽과비 30은 1년차 엽과비 처리 전 발생된 주당 평균 화서 대비 2년차 화서수가 감소하여 과다 착과로 격년결과성을 보였으나, 2년차에는 착과량이 감소함에 따라 3년차 화서 발생이 회복되었다. 과실 수확기간은 엽과비가 크고 착과량이 적을수록 감소하여 엽과비 60에서 가장 짧았으나 엽과비 75와 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 과실 특성 중 평균 과중은 엽과비가 클수록 증가하였으나 당도, 산도 등 과실 품질에서는 처리간에 유의차는 없었다. 연차별 주당 수량 증가와 소비자가 선호하는 400g 이상의 대과 과실수는 엽과비 60에서 가장 높았고, 엽과비 30에서는 엽과비 처리 후 이듬해 2년차 착화 및 착과가 저해되어 수량이 감소하였다. 따라서 엽과비 30에 근접한 착과량 조절은 당년의 수량은 높일 수 있지만 과실크기가 감소하고 숙기가 지연되어 판매에 불리할 뿐만 아니라 이듬해 수량 또한 감소할 수 있다. 국내 시설 가온 하우스 내에서 생산되는 망고는 수입산 대비 착색, 당도 등 품질이 우수하며 특히 과육이 풍부한 400g 이상의 대과가 주로 고가의 선물용으로 판매되기 때문에 소비자가 선호하는 규격의 과일을 생산하는 것이 중요하다. 이와 더불어 안정적인 과실 생산을 위해 격년결과 없이 이듬해 지속적으로 수량을 확보할 수 있도록 관리 해야한다. 따라서 본 연구 결과를 통해 국내 시설 가온 하우스에서 재배되는 ‘어윈’ 망고의 품질 확보 및 생산 안정성을 위한 적정 엽수 대비 과실 수는 60:1로 판단되며 농가에서는 최소 엽과비 45 이상을 기준으로 목표하는 과실크기, 수량 등을 감안하여 엽과비를 조절할 필요가 있을 것으로 보인다.

본 연구의 목적은 만감류 재배를 위한 온실 구조, 환경조절 설비 및 재배환경을 분석하고 개선방안을 제시하여 만감류 비닐온실 모델 개발의 기초자료를 제공하는 것이다. 2023년 3월부터 11월까지 제주특별자치도 및 내륙지역 28개 농가를 대상으로 설문조사를 실시했다. 조사 결과, 제주 농가들은 연동온실을 주로 사용하고 있었으며, 이는 기존 온주밀감 재배를 위해 설치된 내재해형 규격 08-감귤-1형을 활용한 결과였다. 내륙 농가들은 폭, 길이, 처마 높이 등 다양한 규격의 단동온실을 주로 사용하였다. 단동온실의 평균 폭은 8.0m 이상, 측고는 2.0m에서 2.4m 사이이며, 연동온실의 경우 평균 폭은 6.0m 미만, 측고는 3.5m에서 3.9m 사이가 가장 높은 비율을 나타냈다. 온실 구조 부재의 경우, 단동온실은 주로 Φ42.2×2.1mm 서까래를 사용했고, 연동온실은 주로 Φ48.1×2.1mm 서까래를 사용했다. 온실의 환기 시스템으로는 단동온실은 대부분이 측면 자연환기를 사용했고, 연동온실은 측면과 지붕 환기를 조합하여 사용했다. 단동 및 연동온실의 난방 시스템으로는 주로 온풍 난방기가 사용되었으며, 일부 연동온실은 라디에이터와 온수 난방을 병행했다. 재배환경 조사에서는 단동온실의 과고는 1.8m에서 2.7m, 과폭은 2.0m에서 2.7m까지 다양했으며, 대부분의 농가가 한 동에 2－5그루의 나무를 2.1m에서 3.1m 사이 간격으로 횡방향으로 재식하고 있었다. 연동온실에서는 과고는 1.6m에서 2.8m, 과폭은 1.2m에서 4.0m까지로 나타났으며, 각 동당 횡방향으로 2－3그루의 나무가 2.2m에서 3.7m 사이 간격으로 재식되어 있었다. 단동온실과 연동온실에서 횡방향으로 각각 3그루와 2그루를 심을 경우, 과폭과 과고, 환기 등을 고려할 때 만감류 시설재배에 적절한 환경을 위해 온실의 폭은 넓히고 측고는 높이는 것이 필요하다고 판단되었다. 그러나 본 연구는 표본의 수가 제한적이어서 전체 만감류 재배 농가를 대표하기에는 한계가 있으며, 다양한 지역 농가를 포함한 추가 연구가 필요하다. 또한, 구조설계와 환기 설계가 이루어진 개발 모델을 통한 실증 연구가 필요하며 향후 연구가 요구된다. 본 연구는 만감류 시설재배 농가 조사결과를 바탕으로 만감류 재배에 적합한 온실 구조와 환경 관리를 위한 개선방안을 제안하며, 이를 통해 제시된 데이터와 개선방안은 차후 비닐온실 규격 설계 및 개발에 직접적으로 활용되어 고품질 만감류 생산을 위한 최적의 시설 설계를 가능하게 할 것이다. 이러한 모델 개발은 만감류 재배 효율을 높이고 생산성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.

본 연구는 다중 센서 기반 UAV로 취득한 영상을 이용하여 고추 관수 시스템을 평가하는 방법을 제시하였다. 작물의 관수 시스템 평가에 다양하게 활용되는 RGB, 분광, TIR 센서를 적용하였으며, 각 센서 별로 고추로부터 작물 높이, 작물 폭, 식생지수, 온도 등을 추출할 수 있었다. 무관수 구역과 관수 구역 간의 비교를 통해 관수 시스템 평가에 적합한 인자로서 작물 높이가 제시될 수 있었다. 선정한 작물 높이를 이용하여 토양 수분 센서 기반의 자동 관수 시스템을 농가의 관행 관수 시스템과 비교하였으며 수확량 기반의 생산성 평가와 동일하게 자동 관수 시스템에서 높게 관찰되었다. 본 연구에선 UAV에 다중 센서의 관수 성능 평가 가능성을 고찰하였으나 RGB 영상 기반의 작물 높이에서만 평가 성능을 확인하였다. 관수 성능 평가는 다양한 센서를 활용하기 보단 RGB 영상만을 활용하여 저렴한 비용으로도 가능할 것으로 보인다. 한편으로, 다중센서를 이용한 본 연구에선 제시된 인자들은 작물 높이, 작물 폭, 식생지수, 온도 등으로서 선행 연구에서 활용이 높은 인자들을 선정하였다. 추후 연구로 고추의 관수 성능 평가를 확인하기 위해 본 연구에서 사용된 인자와 다르게 새로운 인자를 제시하여 다중센서 기반 UAV의 활용성을 개선하고자 한다. 결론적으로 본 연구를 통해 UAV 기반 관수 시스템 평가의 가능성을 확인하였으며 스마트 농업 기술 기반의 관수 시스템 보급에 기여할 수 있을 것이라 기대된다.

스마트팜 온실에서는 온실 내부 환경 요소의 모니터링을 실시하며, 이를 통해 구동기를 제어하여 온실의 환경을 작물재배를 위한 최적상태로 조절한다. 하지만 많은 스마트팜 기자재를 이용하기 위한 온실 내 전원 공급과 네트워크 인프라 구축에 관한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구는 온실내부 센서와 구동기 설치를 위한 전원공급과 네트워크 구축에 대한 방안을 제시하였다. 먼저 헹잉거터를 이용하는 온실에 센서를 체결하는 방법을 제시하여 온실 내 센서 설치의 편리성을 높일 수 있었다. 온실내 전원 공급은 직류전원을 이용하여 센서와 여러 기자재에 전원을 공급하는 방안을 구상 하였다. 네트워크 인프라는 온실 내부 인트라넷을 구축하는 방안을 제시하였다. 본 연구의 결과는 ICT 기자재를 이용하는 온실에 필요한 기초적인 인프라를 제시할 수 있다.

본 연구는 복숭아 ‘미홍’의 비파괴 품질 예측 모델을 개발하기 위해 노지 현장에서의 초분광 영상을 활용하였다. 주요 목표는 초분광 카메라로 취득된 영상 데이터를 활용하여 가용성 고형물 함량(SSC), 산도(TA) 그리고 경도(Firmness)와 높은 상관관계를 보이는 파장대 및 식생 지수를 산출하는 것이다. 산출된 파장대 및 지수는 이후 가용성 고형물 함량, 산도 그리고 경도에 대한 예측 모델을 구축하기 위한 독립 변수로 활용되었다. 2023년과 2024년에 걸쳐 복숭아의 생육기간 동안 총 120개의 ‘미홍’ 복숭아의 초분광 영상데이터가 수집되었다. 모델의 정확도 향상을 위하여 데이터 전처리(IQR, SNV, SG 등)를 수행하였으며, 예측 모델은 부분 최소 제곱 회귀(Partial Least Squares Regression, PLSR), Random forest(RF), 그리고 Extreme Gradient Boosting(XGB) 알고리즘을 사용하여 구축하였다. 구축한 모델의 성능은 결정 계수(R²)와 평균 제곱근 오차(RMSE)를 사용하여 평가하였다.

현대 농업은 생산성 및 품질 향상과 환경 영향 최소화라는 복합적인 도전에 직면해 있으며, 과실의 성장 및 품질을 모니터링하고 관리하는 것은 매우 중요한 과제이다. YOLO와 같은 실시간 과실 탐지를 위한 딥러닝 모델을 효과적으로 훈련시키기 위해서는 고품질 이미지 데이터셋이 필수적이나, 농업 분야에서는 이러한 데이터셋이 부족한 실정이다. 생성형 AI 모델은 고품질 이미지를 생성하여 이러한 문제를 해결할 수 있다. 본 연구에서는 미드저니와 파이어플라이 도구를 사용하여 텍스트-이미지, 이미지(수확 전)-이미지, 및 이미지(수확 후)-이미지 생성 방법으로 멜론 재배 온실과 수확 후 과실 이미지를 생성하였다. 생성된 이미지는 PSNR 및 SSIM 등의 지표로 평가되었으며, YOLOv9 모델의 탐지 성능(IoU = 0.95)도 평가되었다. 또한 네트 품질 평가 방법을 이용하여 실제 과실과 생성된 과실의 네트 품질을 평가하였다. 생성형 AI는 원본 이미지와 유사한 이미지를 생성하였으며, 수확 후 이미지를 통한 과실 이미지 생성의 경우 매우 뛰어난 사실성을 표현하였다. 생성 이미지는 실제 이미지와 동일하게 YOLOv9 모델에 의해 탐지되었으며, 네트 품질도 평가될 수 있었다. 이는 생성형 AI가 실제적이고 효과적인 과실 탐지 및 품질 평가를 위해 현실적인 이미지를 생성할 수 있음을 보여주며, 농업 분야에서의 큰 잠재력을 나타낸다. 본 연구는 멜론 과실 탐지 및 품질 평가를 위한 데이터 증강에 있어서 AI 생성 이미지의 잠재력을 모색하며, 생성형 AI의 농업에 대한 적용을 긍정적으로 전망한다.

본 연구에서는 항공 방제 시 농약 비산에 영향을 미치는 주요 요인을 분석하고 그 영향을 정량적으로 비교하고자 하였다. 이를 위해 콩과 벼를 대상으로 43회의 측정 데이터를 활용하여 다중회귀분석을 수행하였고, 기상, 작물, 드론, 방제, 살포, 약액 등 총 18개의 비산 요인을 포괄적으로 고려하였다. 비산 요인들은 서로 연관성이 높았으며 밀접하게 연관된 변수들이 일부 제외되기도 했다. 연구 결과, 작물 종류, 풍속, 대기안정도 및 살포액 농도가 농약 비산에 중요한 영향을 미치는 변수로 나타났다. 특히, 대기가 불안정한 경우 살포액이 먼 거리까지 확산되는 경향을 보였으며, 작물의 키와 밀도가 비산량에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이는 농약 비산이 기상 조건뿐만 아니라 작물의 성장 단계와도 밀접하게 관련되어 있으며, 방제 효과와 환경 영향을 동시에 고려한 살포 전략이 필요함을 시사하였다. 또한 살포액 농도는 공기 중 비산량뿐 아니라 지면 퇴적량과 작물 내 퇴적량에도 유기적으로 영향을 미쳤다. 살포액의 농도가 높을수록 작물 표면에 더 많은 농약이 퇴적되어 방제 효과는 높아질 수 있지만, 지면 퇴적량과 환경 오염의 위험도 증가할 수 있으므로 신중한 관리가 필요하다고 판단되었다. 본 연구의 결과는 항공 방제 시 기상 조건, 작물 특성, 드론 종류, 살포 방법 및 약액 농도 등을 종합적으로 고려한 최적의 농약 살포 전략 수립에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구는 간척지의 특수한 기후 조건에서 적합한 관수량을 산정하기 위해 5가지 기준 증발산 모델을 분석 및 평가한 후, 내륙지역 기후에 적용해 비교하였다. 새만금 간척지의 기후 데이터를 모델에 적용한 기준 증발산량과 라이시미터로 측정한 실제 기준 증발산량을 비교한 결과 FAO Penman-Monteith 방정식이 평균 제곱근 편차 RMSE가 1.36으로 가장 높은 정확도를 보였으나 RMSE가 1.38인 Priestley-Taylor 방정식과 거의 유사한 정확도를 보였다. 새만금과 전주의 기후는 풍속과 습도가 상이하였고, 높은 성능을 보인 FAO Penman-Monteith 방정식과 Priestley-Taylor 방정식을 두 지역에 적용하였다. 그 결과, FAO Penman-Monteith 방정식은 R² = 0.70, Priestley-Taylor 방정식은 R² = 0.90이었다. 두 지역에 대한 두 모델의 기준 증발산량 차이는 FAO Penman-Monteith 방정식이 새만금과 전주의 풍속 차이를 반영했기 때문으로 판단된다. 따라서 풍속을 반영한 FAO Penman-Monteith 방정식이 간척지에 가장 적합한 모델로 판단되며, 풍속과 습도의 데이터 측정이 어려울 경우 Priestley-Taylor 방정식의 사용도 적합할 것으로 보인다.

식물 생육을 위한 양액은 물과 필수 무기 영양소를 포함하고 있다. 이러한 무기 영양소의 농도는 전기 전도도를 통해 측정할 수 있다. 전기 전도도(EC) 수준에 따라 서로 다른 작물이 각각 다른 생장 반응을 보이기 때문에 적절한 영양 용액 농도를 찾는 것이 중요하다. 따라서 본 실험은 다양한 품종을 고려하여 오이 접목묘 생산을 위한 적절한 EC 수준을 구명하기 위해 실시되었다. 접목에 사용된 오이(Cucumis sativus L.) 품종은 ‘낙원청장(NWS)’, ‘신세대(SD)’, ‘굿모닝 백다다기(GB)’의 세 가지이다. 대목은 흑종 호박(Cucurbita ficifolia)을 사용하였다. 이들은 2023년 9월 18일에 접목되었다. 접목 활착 후, 오이 접목묘는 플러그 트레이에서 밀폐형 식물 생산 시스템으로 옮겨졌다. 플러그 트레이의 오이 접목묘는 EC 1.5, 2.0, 2.5 dS·m^-1로 처리되었다. 수돗물의 EC가 대조구로 사용되었다. 모든 품종에서 EC 2.0 및 2.5 dS·m^-1에서 지상부의 생체중과 건물중이 유의미하게 증가하였다. 특히, NWS와 GB 품종의 엽장, 엽폭, 엽면적이 EC 2.0 및 2.5 dS·m^-1에서 유의미하게 증가하였다. 묘소질 중 충실도와 엽면적 비율도 EC 2.0 및 2.5 dS·m^-1에서 증가하였다. EC 수준이 증가함에 따라 비엽면적은 증가하였다. SPAD 값과 엽록소 a 및 b는 EC 2.0 및 2.5에서 유의미하게 높았다. 대조구를 제외한 다른 처리에서는 엽면적 지수 값이 4 이상이었다. 결론적으로, 접목된 오이 접목묘에서 EC 2.0 dS·m^-1는 생장, 묘목 품질 및 엽록소 농도를 향상시킬 수 있다.

가지 촉성재배 작형에서 수경재배가 최근 증가하고 있어 이에 적합한 기술 정립이 필요하다. 본 연구는 가지 수경재배 시 재식밀도와 코이어 배지 용량이 생육과 수량에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다. ‘부농탱크원’ 대목에 접목한 ‘TNA-114’ 모종을 9월 상순에 m²당 재식밀도를 2.9, 3.3, 3.7주로 달리하는 처리와 재식밀도 3.3주·m^-2 조건에서 1주당 코이어 배지 용량을 3.6L와 9L로 나누어 심는 처리를 하였다. 작물의 재식열은 남북 방향이었으며 2줄기를 각각 동서로 유인하여 Y자형으로 재배하였다. 정식 140일 후 3.7주·m^-2처리구는 2.9주·m^-2처리구보다 주당 절간수가 13% 적었고, 절간장은 15% 길었으나 유의적인 차이는 아니었다. 주당 수량, 과실 특성도 재식밀도의 영향을 받지 않았으나, 10a 당 수량은 3.7주·m^-2 처리구에서 18.6톤으로 2.9주·m^-2와 3.3주·m^-2 처리구보다 각각 20%와 17%가 많았다. 주당 배지 용량 3.6L와 9L 간에는 작물생육, 수량, 과실 특성 차이는 없었다. 본 연구결과 촉성재배 시설에서 ‘TNA-114’ 수경재배 시 생산성 향상을 위해 주당 배지 용량을 3.6L로 유지하면서 m²당 재식밀도를 3.7주 정도로 높일 수 있을 것으로 판단되었다.

지구온난화 및 새로운 아열대 작물에 대한 농업인의 관심이 증가하고 있어, 경남 남해안에서 올리브 노지재배 가능성을 평가하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 거제와 남해 노지에 재식된 4년생 ‘Frantoio,’ ‘Verdale’, ‘Maurino’, ‘Leccino’, ‘Koroneiki’, ‘Arbequina’ 6품종을 대상으로 2023년 1월 최저기온이 거제 －10.9℃, 남해 －12.3℃를 경과한 후 1년생 가지의 동해 정도를 조사하였다. ‘Arbequina’는 거제에서는 피해가 없었지만, 남해에서는 17%로 피해가 가장 적었고, ‘Koroneiki’는 두 지역에서 거의 100% 피해를 받았다. 2－3년생의 ‘Arbequina’ 묘목을 저온챔버에서 －14℃까지 낮추어 잎의 동해를 조사한 결과 2년생 나무의 피해율은 －10℃에서 28.5%, －14℃에서는 78.8%까지 온도가 하강함에 따라 점진적으로 증가하였다. 3, 4년생은 －10℃까지 하강하더라도 피해율이 9% 이하였고, －11℃ 이하부터는 3년생의 피해율이 4년생보다 높아져 －14℃에서는 각각 55%, 45%였다. 저온처리 가지의 전해질 누출률은 온도가 낮고 수령이 어릴수록 높은 경향이었고, TTC 검정에 의한 흡광률은 3, 4년생보다 2년생 나무에서 감소가 뚜렷하여 어린 나무의 내한성이 약한 것으로 나타났다. 종합하면 경남 해안지역 노지에서는 겨울 최저기온이 －10℃ 이상인 지역에서 ‘Arbequina’ 품종의 재배 가능성이 높게 나타났고, 어린나무일수록 겨울철 보온이 중요함을 알 수 있었다.

본 연구는 조경수 컨테이너 육성을 위하여 경제적 배지 개발을 목적으로 원예용 상토와, 마사토 및 참나무 수피를 일정비율로 혼합하여 참나무 수피의 상토 원료로써 활용 여부를 타진하기 위하여 수행되었다. 물리적측면에서는 참나무 수피의 비율이 높을수록 입자밀도 및 공극률은 높았고, 유효수분 및 완충수분은 다소 낮은 경향을 나타내었다. 최적 수분함량도 동일한 경향이었다. 또한 참나무 수피의 비율이 높을수록 낮은 수분장력하에서도 기상률의 증가 및 용적수분함량의 감소가 뚜렷하게 나타났다. 화학적 측면에서는 참나무 수피 비율이 높을수록 작물생육에 적합한 안정적인 pH범위(5.5－5.7)를 보였으며, EC는 참나무 수피 비율과 부의 관계성을 나타내었다. 참나무 수피 비율이 높을수록 유기물 함량은 높은 경향을 나타내었으며, 유효인산 함량은 반대의 경향이었다. 치환성 양이온함량은 칼슘이온을 제외하고 참나무 수피 비율이 높을수록 낮았으며, 염기치환용량도 동일한 경향이었다. 컨테이너를 이용한 3종의 조경수 생육은 작물의 종에 따라서 적정 수피의 비율이 달랐으나, 참나무 수피의 비율이 60%이상의 처리에서는 모든 식물에서 생육이 저하되었다. 배지의 물리·화학성 및 생육특성을 고려할 때 작물의 특성에 따라 T1－T2(20－40%) 범위의 참나무 수피를 혼합한 배지를 이용하면 작물의 생육뿐만 아니라 농가의 경제성, 환경개선 측면에서도 유리할 것으로 생각된다.

본 연구는 감자(Solanum tuberosum L.)의 조직배양묘를 이용하여 분무경재배로 종서를 생산할 경우, 품종과 경삽묘를 육묘할 때 이용한 인공광원이 감자의 생육 특성과 씨감자 생산에 어떤 영향을 미치는지 연구하였다. ‘수미’, ‘두백’, ‘다미’, ‘추백’, ‘금선’ 5개 품종의 조직배양묘를 순화한 다음, 삽수를 채취하여 형광등과 LED(광도 80μmol·m^-2·s^-1) 하방광에서 43일간 육묘하고, 90일간 분무경 재배하였다. 경삽묘의 경장은 ‘금선’이 LED 광원에서 23.8cm로 가장 길었으며, 전 품종 모두 LED 광원에서 길어 품종의 영향뿐만 아니라 경삽묘 육묘시의 광원에 따라 차이를 보였다. 뿌리 생체중은 품종간의 차이뿐만 아니라 육묘시의 광원에 의한 차이도 있어 형광등 조명하에서 더 무거웠다. 분무경재배 후 지상부 생육과 T/R율 등은 품종에 의한 차이가 크고, 육묘시의 인공광원에 대한 일정한 경향을 보이지 않았다. 생산된 종서 무게별 비율에서도 경삽묘 육묘시 광원의 차이보다 품종에 따른 차이가 크며, 무게별 생산된 종서는 0.5－50g가 대부분이었다. 괴경중 3－50g의 비율은 품종마다 다르지만 형광등에서 육묘한 경삽묘에서 53.8－65.6%, LED 광원에서 육묘한 경삽묘에서 43.3－66.7%로 가장 큰 비율을 차지하였다. 이상의 결과를 보면 육묘시의 인공광원은 경삽묘의 일부 생육특성에 영향을 미치나, 종서 생산은 육묘할 때의 인공광원보다는 품종특성의 영향이 더 컸다.

육묘는 농사의 절반이란 말이 있다. 모든 생물이 그렇듯 식물의 초기 발육 단계는 전 생육주기를 결정하는 중요한 요소이다. 우량묘 생산을 위한 환경 및 생육관리가 더 중요해지고, 환경 변화에 따른 생육 예측이 필요해졌다. 따라서 이번 연구에서는 환경 변화에 따른 고추의 주요 생육지표인 ‘초장’을 예측하고자 하였다. 연구 수행을 위해 전라남도농업기술원에서 2021년 9월부터 2023년까지 고추 육묘를 진행하면서 환경 및 생육데이터를 수집하였고, 데이터의 가공을 통해 적산온도와 적산일사량, 일최고온도, 일최저온도 등을 12개 변수를 산출하였다. 생육 데이터간의 상관분석을 통해 시계열적 변화를 이루며 생육기관별 연관성이 높은 ‘초장’을 출력변수로 선택하고, 변수선택법(RFE)를 통해 주요 환경변수 5개를 입력변수로 선정하여 다중회귀분석을 진행하였다. 그러나 이는 계절성을 반영하지 못해 예측 설명력이 0.72로 낮고, MAPE 40.5%로 실측치와 예측치와의 오차가 크게 나타났다. 이를 극복하기 위해 계절적 요인인 ‘월별 더미변수’를 추가하여 다중회귀분석, 랜덤포레스트, 캣부스트 모델을 적용해 성능을 비교하였다. 이를 통해 실제 ‘초장’생육과 예측 생육량을 비교해 설명력(R²)이 0.96으로 가장 높고 MAPE가 13.47%로 가장 낮은 캣부스트 모델을 선정하였다. 4차 산업혁명이 농업에 적용되며 전 분야에서 ‘표준화’와 ‘자동화’가 요구되고 있는데 이번 연구를 통해 환경정보 활용 고추 ‘초장’을 자동으로 예측함으로써 육묘 DB 구축 및 체계적 유묘 품질관리에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

본 연구는 수확 전 EC 농도를 변경하였을 때, 십자화과 3종의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 조사하였다. 적갓(Brassica juncea (L.) Czern.), 적겨자(Brassica juncea L.), 케일(Brassica oleracea L. var. acephala (DC.) Alef.) 종자를 암면 배지에 파종하여 3주간 육묘한 후, 수확 1주(1W)와 3주(3W)전에 EC 1.5dS·m^-1에서 EC 1.5(대조구), 3.0, 4.5, 6.0dS·m^-1로 변경하여 4주간 재배하였다. 적갓은 1W 처리의 6.0dS·m^-1에서 지상부 생체중, 건물중, total phenolic은 대조구 대비 각각 63.6, 70.2, 63.2% 감소하였고, 3W 처리의 생체중, 건물중, total glucosinolate는 EC 3.0dS·m^-1이 대조구 대비 각각 57.5, 52.5, 50.3% 증가하였다. 적겨자는 1W 처리시 대조구 대비 지상부 생체중, 건물중은 EC 4.5dS·m^-1에서 각각 20.8, 13.3% 증가하였으며, total phenolic은 EC 6.0dS·m^-1에서 52.2% 감소하였다. 3W 처리의 생체중, 건물중, total phenolic은 대조구 대비 EC 4.5dS·m^-1에서 각각 36.6, 29.2, 54.0% 감소하였다. 케일은 1W 처리한 경우 지상부 생체중, 건물중, total phenolic은 EC 1.5dS·m^-1 대비 EC 4.5dS·m^-1에서 각각 51.6, 14.6, 56.9% 증가하였다. 3W 처리의 생체중, 건물중, total glucosinolate, total phenolic은 대조구 대비 EC 6.0dS·m^-1에서 각각 162.5, 230.6, 232.9, 392.7% 증가하였다. 과도한 EC 농도는 생장 및 기능성 물질 축적에 부정적 영향을 미칠 수 있으므로, 향후 연구에서는 작물별로 최적의 EC 농도와 염분 스트레스에 따른 생리적 반응 간의 관계를 규명하는 연구가 필요하다.

토마토의 연중 안정적인 묘 생산을 위해 수직농장 육묘에 적합한 광원 및 광량을 선발하고자 토마토 ‘Dafnis’ 품종을 대상으로 밀폐형 수직농장 육묘시스템에서 시험을 수행하였다. 광원은 warm white와 cool white LED 2종과 원적색광을 추가하여 시험하였고 광량은 200－400µmol·m^-2·s^-1 3수준으로 처리하였다. 백색광의 종류 및 원적색광의 유무에 따른 LED 4종의 육묘 결과 cool white LED와 warm white LED간의 생육 차이는 크게 나타나지 않고 원적색광이 추가된 광원에서 초장, 절간장, 경경, 엽면적, 생체중이 유의하게 증가하였고 엽록소 함량은 감소하였다. 원적색광이 추가되지 않은 cool white LED에서 묘충실도와 엽록소 형광지수가 높은 편이었다. cool white LED를 기반으로 R/FR의 비율을 1.4－15.2의 비율로 조절하여 육묘한 결과 원적색광의 비율이 높아질수록 생육은 촉진되었지만 묘충실도는 R/FR 비율이 3.6와 2.5인 처리에서는 높았다. R/FR 비율이 2.5인 LED를 이용하여 광량별로 시험한 결과 300µmol·m^-2·s^-1 이상의 광량에서 묘충실도가 높았다. 수직농장에서 토마토 육묘 시 R/FR 비율이 2.5－3.6로 원적색광이 추가된 cool white LED광원을 이용하여 300µmol·m^-2·s^-1의 광량에서 육묘하는 것이 효과적이었다.

상록성 관목인 차나무에서 유래되는 차는 전 세계에서 가장 널리 소비되는 음료 가운데 하나로 많은 열대/아열대지역에서 사회경제적으로 중요한 작물이다. 그러나 차 재배는 기후변화로 인하여 식물 생육, 차 생산, 그리고 품질에 많은 영향을 받고 있다. 우리는 차나무 식물에서 기후변화 대응 현황과 전망을 설명하고자 하였다. 본 연구에서는 차 생산지와 생산량에 있어서 온도 상승과 강우량 패턴의 변화, 병해충 발생의 증가 같은 기후변화의 직간접적인 영향을 설명하였다. 또한 온도 스트레스, 수분 스트레스, 그리고 CO₂증가를 포함한 기후변화에 대한 생리ᆞ생화학적 반응들을 설명하였다. 그리고 차 재배농가들에게 농작업, 품종개발, 유전적 개량, 그리고 병해충 관리를 위한 전략 등을 제시하였다. 전통 육종과 생명공학적인 접근 같은 기후변화 대응 품종 개발을 위한 육종 노력에 대하여도 설명하였다. 기후변화에 대한 차 생산에서의 장기적인 대응과 함께 복합적인 스트레스 조건에 대한 저항성을 향상시키기 위한 기후변화 영향 완화에 대한 부분 또한 간략히 설명하였다. 그러나 기후 스트레스 요인들에 대한 차나무 식물체의 장기적인 반응을 이해하는데에는 상당한 연구 격차가 남아있는 것 또한 사실이다. 앞으로 기후변화에 대응하여 미래에 지속적인 차 생산을 확보하기 위한 연구와 혁신, 그리고 협력이 필요하다고 판단된다.

본 연구는 파프리카 온실에서 재배기간 동안 식물체의 엽 근처 광량, 엽온, 엽의 증산속도, 수증기압포차, 기공전도도 등 주요 환경 및 증산 요소의 수직적 분포와 생장함에 따른 분포 변화를 알아보기 위해서 수행되었다. 측엽을 포함한 식물체의 모든 엽을 7－10일 간격으로 조사하였다. 재배기간 동안 식물체의 전체 잎 중 상부(20%)에 비해 중간부(60%)와 하부(20%)에서 엽의 근처 광량(SRNL)과 엽온(LT)은 캐노피 크기(엽수)에 관계없이 현저히 낮아졌다. 특히 SRNL의 감소폭이 LT의 감소폭보다 컸으며 모든 증산요소와 더 높은 상관관계를 보였다. 그러나 각 엽의 측정값의 수직분포에서는 많은 변화(피크)가 나타났다. 생장 기간(한 줄기당 20－120엽) 동안 SRNL과 증산속도 모두 40엽 이내에서는 음의 선형 회귀를 보였고, 50엽 이상에서는 음의 지수 함수를 보였으며, 두 요인 간의 상관관계는 매우 높게 나타났다. 그리고 LT는 모든 기간에 걸쳐 음의 선형 회귀 모델을 보였다. 따라서 엽당 증산속도는 LT보다 SRNL의 영향이 매우 컸으며, 이러한 경향은 전체 재배 기간 동안 지속되었다. 이로 보아 향후 연구에서는 식물체 내 SR의 수직 분포 모델은 생장 초기와 중기-후기 단계가 구분되어 개발 및 적용되어야 할 것으로 판단된다.

발아는 식물 생애 주기의 첫 번째 단계이며 식물의 전반적인 성장에 영향을 미친다. 발아율이 높을수록 작물의 전반적인 성장 잠재력이 높아진다. 본 연구는 당근 발아 생장 단계에 대한 최적의 광조건을 결정하고자 하였다. 발아에 적합한 광조건을 결정하기 위해 다섯 가지 다른 광조건(R:G:B= 10:0:0, 8:0:2, 7:0:3, 6:1:3 및 0:0:10)과 암조건을 설정하였다. 발아 특성은 발아율(PG), 발아 에너지(GE), 평균 발아 시간(MGT), 발아 속도(GR), 평균 일일 발아(MDG)와 같은 지표를 사용하여 조사되었다. R:G:B= 0:0:10 처리는 PG의 급격한 증가를 보여 5일째에 80%를 초과하며 10일 이후에도 90% 이상의 발아율을 유지하였다. R:G:B= 6:1:3 처리는 발아 초기 단계에서 가장 낮은 PG를 보였고, 5일째에 41%에 도달하고 최종적으로 약 60%의 발아율을 기록하였다. 유사하게, R:G:B= 0:0:10 처리는 GE, MGT, GR 및 MDG와 같은 모든 지표에서 가장 유리한 결과를 나타내었다. 반면, R:G:B= 6:1:3 처리는 이러한 지표에서 가장 낮은 성과를 보였다. 따라서 완전제어형 식물공장에서 당근 재배의 발아에는 R:G:B= 0:0:10 처리가 적합하다는 결론을 얻었다.

빅데이터와 센서 기술 등을 활용한 디지털 농업은 시설원예 작물 생산량과 효율성을 향상시킬 수 있다. 그러나 빅데이터를 효과적으로 분석하고 이를 데이터 기반 재배에 적용하는 데는 여전히 어려움이 있으며, 특히 현장의 온실 환경 제어 시스템에 활용하기 위해서는 구체적인 환경관리 기준값이 요구된다. 본 연구는 시설 딸기의 생육 단계에 맞는 최적 환경 조절값을 파악하기 위해 환경, 작물 생육, 생산량 데이터를 분석하였다. 농가를 상위, 중위, 하위 생산량 집단으로 구분한 뒤, 화방별 착과기를 기준으로 한 생육 단계별 생육지표 및 환경관리 전략을 비교하였다. 분석 결과 상위 농가에서 저온기인 12－2월에 일몰 후 온도가 13℃로 유지되어, 중위 및 하위 농가보다 1.0－2.2℃ 높았다. 또한, 상위 농가는 1월에 월간 생산량 증가율 1.3kg·m^-2을 보여, 중위, 하위 농가의 0.8kg·m^-2, 0.5kg·m^-2와 구분되었다. 본 연구는 상위 농가 데이터를 바탕으로 생육 단계에 따른 시간대별 온도 설정값과 작물 생육 판단 기준의 기초 자료를 제공한다.

본 연구는 건물에너지 시뮬레이션을 이용하여 대상 온실에서 피복재 종류에 따른 작물(토마토)의 에너지 교환량과 냉난방 부하량을 산정하였다. 연중 작물 에너지 최대 교환량과 연간 교환량은 모두 저철분 강화유리(4mm)가 가장 높게 산정되었다. 난방 에너지 부하는 연중 부하가 PE필름(0.1mm)에서 높게 산정되었고, 최대 부하는 PO필름(1.5mm)이 가장 높게 산정되었다. 냉방 에너지 부하는 연중 부하가 저철분 강화유리(4mm)에서 가장 높게 산정되었고, 최대 부하는 PO필름(1.5mm)에서 가장 높게 산정되었다. 본 연구를 통해 피복재별 광적 특성에 따른 온실 내부의 작물 에너지 교환량과 냉난방 에너지부하를 제시하였으며, 피복 선정에 대한 근거를 제시할 수 있을 것으로 사료된다. 투광성과 보온성 등 피복재 특성에 따라 태양 복사에 의한 온실 내 온도 상승 효과가 달라질 수 있으며, 이는 온실 난방 부하에 영향을 미치는 중요한 요인으로 작용할 수 있다. 또한 피복재의 전도율이 높을 경우 내부로 들어오는 외부 열의 양이 증가하여 온실 내 냉방 부하에 큰 영향을 미칠 수 있다(Lee 등, 2012). 본 연구의 결과는 온실 설계 시 피복재 종류에 따른 냉난방 부하를 비교하고 적합한 피복재를 선정하는 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 보인다. 이후 피복재의 내구성, 가격 등을 함께 고려하고 물성치 실측을 통한 냉난방 부하 산정 연구를 진행하면 보다 실용적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

수박(Citrullus lanatus)은 전 세계적으로 가장 많이 소비되는 과채류 중 하나이다. 주로 토양에서 포복재배 형태로 재배되며, 최근 토양 연작장해 문제가 심화됨에 따라 수경재배 기술의 필요성이 더욱 부각되고 있다. 그러나 수박에 수경재배를 적용하는 데에는 과중 저하, 열과, 피수박, 당도 저하와 같은 여러 가지 문제가 있다. 본 연구의 목적은 중소형 및 소형 수박의 수경재배를 위한 혼합 배지 비율(펄라이트, 코이어)을 결정하는 것이다. 세 개에서 네 개의 정상 잎을 가진 두 품종의 수박 유묘를 유리온실에서 반촉성 및 억제 재배 기간 동안 아치형 수직 수경재배 시스템에서 재배하였다. 총 여섯 가지 혼합 비율로 펄라이트와 코이어를 사용하여, 펄라이트: 코이어 = 10:0 (펄라이트), 8:2, 6:4, 4:6, 2:8, 0:10 (코이어)로 설정하였다. 그 결과, 중소형 수박은 반촉성 재배 시 4:6 혼합 비율에서 가장 높은 과중과 당도를 보였다. 억제 재배 시 펄라이트 혼합 비율이 증가함에 따라 과중이 증가하는 경향을 보여, 10:0 혼합 비율은 0:10보다 51% 높은 과중을 나타냈다. 반면에, 소형 수박의 과중은 반촉성 재배 시 코이어 혼합 비율이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보여 0:10 비율에서 가장 높은 과중을 나타내었다. 그러나, 한 식물체 내에 착과된 과실에 따라 과중 편차가 심화되었으며, 과중 편차는 10:0 대비 여섯 배 증가하여 양분 불균형 현상이 심화되었다. 따라서, 상품수량은 10:0 처리에서 0:10에 비해 97% 증가하였다. 결론적으로, 펄라이트 배지는 중소형 및 소형 수박의 고온 재배 시 근권부 온도를 낮추어 과중 증가와 양분 불균형 감소로 인해 수확량을 증가시키는 것으로 확인되었다. 추가적으로, 수박 수경재배 연중생산을 위한 좀 더 다양한 배지와 배지 종류별 혼합비율에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.