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

본 연구에서는 고온기 하미과 육묘 단계에서 과산화수소 경엽처리에 따른 고온스트레스 경감 효과를 평가하고, 이에 수반되는 유묘(‘HJ’, ‘HG’)의 항산화 활성 증가와 생장 억제 회복 등 반응 기작과 품종 간 반응 차이를 비교·분석하였다. 3주령 유묘에 250mM 과산화수소를 3일 간격으로 엽면살포한 뒤, 주간 35°C/야간 24°C의 고온에 노출시켰다. 그리고 생육특성, 총 엽록소 함량, superoxide dismutase와 catalase 항산화 활성, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능, 지질과산화, 리그닌 함량을 정량하였다. 고온은 유묘 생장을 크게 억제하고, 잎의 전개와 엽록소 함량을 감소시켰다. 그러나 과산화수소 처리는 고온에 의해 억제된 잎 전개와 생장을 부분적으로 회복시키고, 총 엽록소 함량을 유지·회복시키는 경향을 보였다. 또한 고온 하에서 과산화수소 처리 유묘는 SOD·CAT 활성이 증가하여 ROS 해독 능력이 강화되었으며, 지질과산화(TBARS)는 감소하여 세포막 손상이 완화되었음을 시사하였다. 비효소적 항산화능(DPPH, ABTS)은 고온 조건에서 전반적으로 증가하였고, 품종별로 ‘HG’는 상대적으로 높은 기본 항산화능을, ‘HJ’는 고온에서의 유도 반응이 두드러지는 양상을 보였다. 리그닌 함량 또한 두 품종 모두 증가하여 고온 조건에서의 세포벽 강화 가능성을 추가로 시사했으며, 특히 ‘HG’는 고온 조건에서 과산화수소 처리시 리그닌 축적 폭이 크게 나타나 구조적 방어 기능이 강화되는 특징을 보였다. 결과적으로 육묘기 과산화수소 엽면살포는 효소적·비효소적 항산화 방어와 세포벽 보강을 동반하는 프라이밍 효과를 통해 하미과 유묘의 고온스트레스 경감에 기여하며, 여름철 고온환경에서 육묘 및 포장 재배 시 내서성 향상을 위한 실용적 방법으로서 과산화수소 엽면살포 처리에 대한 생리적 근거를 제시한다.

본 연구는 서로 다른 광주기 조건(L12/D12, L6/D6, L1/D1)에서 상추의 생육 반응과 광계 II(PSII)의 광합성 적응 특성을 조사하였다. 빛은 식물의 광합성, 생장 및 형태형성을 조절하는 핵심 환경 요인이지만, 총 광량뿐만 아니라 명암 주기의 시간적 구성 역시 생육 성과를 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 생육 지표 분석 결과 생체중, 엽면적, 초장은 L12/D12 광주기에서 가장 높았으며, L6/D6 처리구에서는 실험 기간 전반에 걸쳐 유의한 생육 저해가 관찰되었다. L1/D1 처리구는 중간 수준의 생육을 유지하였다. 엽록소 형광 분석에서는 광주기 처리 간 PSII 반응의 뚜렷한 차이가 확인되었다. L6/D6 처리구에서는 OJIP 유도 곡선의 J–I–P 구간에서 형광 강도가 지속적으로 감소하였고 PI, F_v/F_m, F_v/F_o, RC/CS_m, ET_o/RC의 감소가 동반되어 PSII 기능 저하 및 전자전달 능력의 제한을 시사하였다. 반면, L1/D1처리구에서는 ABS/RC, DI_o/RC, V_j, M_o와 같은 초기 스트레스 관련 지표가 증가했음에도 불구하고 전자전달 효율과 통합 성능 지표는 비교적 안정적으로 유지되어 짧은 간헐적 광 노출 조건에서의 빠른 손상－복구 순환 메커니즘을 반영하는 것으로 해석된다. L12/D12 처리구에서는 실험 기간 동안 PSII 관련 지표들이 전반적으로 안정적인 상태를 유지하였다. 상관분석 결과 L1/D1 조건에서는 F_o－F_m(r = 0.90), V_j－PI(r = －0.37), M_o－PI(r = －0.93) 간에 강한 상관관계가 나타나 초기 전자전달 단계의 제한이 전체 PSII 성능에 큰 영향을 미침을 보여주었다. L6/D6 조건에서는 ABS/RC와 PI(r = －0.81), DI_o/CS와 PI(r = －0.83) 간에 강한 음의 상관관계가 관찰되어, 에너지 소산 증가와 광저해의 심화를 반영하였다. 반면, L12/D12 조건에서는 Fo와 RC/CS_m(r = 0.93), ET_o/TR_o와 RC/CS_m(r = 0.82) 간에 강한 양의 상관관계가 유지되었다. 종합적으로, 본 연구 결과는 총 광량만이 아니라 광주기의 시간적 구조가 PSII 적응 반응을 통해 상추의 생육 성과와 품질을 결정하는 주요 요인임을 명확히 보여준다. 본 연구는 인공광 기반 식물공장 시스템에서 최적의 광주기 설계를 위한 생리학적 근거를 제공한다.

TGG는 자연광 조건에서 단일 시설 내에 연속적인 공기 온도 구배를 형성함으로써, 동일한 광환경에서 작물의 온도 반응을 단계적으로 비교·분석할 수 있도록 설계된 기후변화 연구시설이다. 본 논문은 TGG의 정의와 구조적 특징, 열수지 기반 온도구배 형성 원리를 정리하고, 1970년대 실험 개념 정립에서 사전 공조형 시스템 및 CFD 기반 검증에 이르는 기술적 발전 과정을 고찰하였다. 이를 바탕으로 국내·외에서 수행된 TGG 기반 작물 연구 사례를 생육·발달, 생리적 스트레스, 수량·품질 반응으로 구분하여 종합하고, TGG의 구조적·기술적 한계를 분석한 후 SPAR, FACE, OTC와의 비교를 통해 각 시설의 상대적 특성을 검토하였다.선행 연구들에 따르면, 온도 상승은 작물의 생육 속도와 발달 단계 진행을 가속화하는 경향을 보였으나, 작물 및 생태형별 임계 온도를 초과할 경우 광합성 기능 저하, 기공 조절 이상, 수분 이용 효율 감소가 공통적으로 나타났다. 이러한 생리적 변화는 동화산물 분배 효율과 저장 기관 발달을 제약하여, 개화기와 수량 형성기를 중심으로 수량 감소와 품질 저하로 이어지는 단계-특이적 반응을 유발하였다. 다수의 연구에서 작물의 온도 반응은 선형적 증가가 아닌 임계점을 갖는 비선형적 특성을 나타내는 것으로 보고되었다.TGG는 열환경 제어의 불균일성, 피복재에 의한 광 감소, 습도 및 CO₂의 독립 제어 한계가 존재하며, FACE의 포장 재현성과 SPAR의 제어 정밀성 사이에 위치하는 중간형 시설로 해석할 수 있다. 향후 TGG에서 축적된 온도 반응 데이터는 DSSAT, APSIM 등 작물 모델의 온도 반응 계수 보정에 활용될 수 있으며, 온도와 수분 스트레스를 조합한 복합 환경 실험의 확대, 그리고 SPAR·FACE와의 상호보완적 연계를 통해 기후변화 조건에서의 작물 생산 취약성 평가와 적응 전략 수립에 실증적 근거를 제공하는 연구 시설로 발전할 수 있을 것으로 판단된다.

고수(Coriandrum sativum L.)는 단단한 종피와 온도 민감성으로 인해 종종 불균일한 발아를 보인다. 초기 성장을 가속화하고, 균일한 묘 소질 확보를 보장하며, 생산 주기를 단축하기 위해서는 발아 기간 동안 정밀한 환경 제어가 필수적이다. 본 연구는 고수 종자 발아에 미치는 온도와 빛의 영향을 조사하고 일관되고 균일한 묘 소질 확보를 위한 적합한 조건을 확인하고자 수행되었다. 종자를 페트리 접시에 파종하여 식물 생장상 내에서 5가지 서로 다른 온도(10, 15, 20, 25, 30°C)와 2가지 광 조건(명조건 및 암조건) 하에 10일 동안 발아시켰다. 일일 발아율(GR)을 기록하였으며, 이 데이터를 사용하여 평균 발아 시간(MGT), 50% 발아 시간(T₅₀), 발아 촉진 지수(PI)를 산출하였다. 결과에 따르면 암조건이 테스트된 모든 온도에서 발아를 촉진하는 것으로 나타났다. 가장 높은 GR은 15°C와 20°C에서 관찰되었으며, 암조건에서 각각 90%와 91%, 명조건 하에서 각각 86%와 87%에 도달하였다. 25°C에서의 GR은 암조건에서 75%, 명조건 하에서 43%였던 반면, 30°C에서는 각각 7%와 1%로 가장 낮았다. MGT과 T₅₀은 20°C에서 가장 짧았으며, PI 또한 이 온도에서 가장 높았다. 또한 PI는 모든 온도 처리구에서 암조건일 때 더 높은 경향을 보였다. 그러나 암조건에서 발아한 유묘는 10일 후 황화 현상을 보였는데, 이는 광합성 활성의 감소를 나타낸다. 결론적으로 고수 종자는 20°C 암조건에서 가장 높은 GR과 가장 빠른 발아를 나타내었다. 하지만 광합성 활성 유도를 위해서는 유근 출현 직후 즉시 광을 공급하거나, 암조건 발아 기간을 10일 이내로 단축하는 것이 필요하다. 이러한 결과는 적절한 온도와 광 제어가 수직 농장 시스템에서 고수의 GR을 높이고 균일한 묘 및 생산을 촉진할 수 있음을 나타낸다.

본 연구는 경상북도 안동시와 영양군의 고추 주산지를 대상으로 고추 품종의 생육 특성과 수량을 조사하고 SIMPLE 작물모델의 예측 성능을 평가하기 위해 수행되었다. 시험에는 기존 품종 2개와 신육성 품종 5개를 포함한 총 7개 품종이 사용되었으며, 육종가가 제공한 성능 자료를 바탕으로 적응형(adaptive)과 회복형(resilience) 그룹으로 분류하였다. 2019년부터 2023년까지의 기온 자료를 분석한 결과 두 지역 간 기후 차이는 미미하였으며, 두 지점 모두 작기 종료 시점에 약 1,800°C·day의 GDD가 누적되었다. 적응형 품종은 밀집형 수관 구조와 더 많은 영양생장 바이오매스를 나타낸 반면, 회복형 품종은 개방형 수관 구조와 신장된 절간을 보였다. 생식효율의 지역적 차이가 뚜렷하여, 안동에서는 두 그룹의 최종 수량이 유사하였으나 영양에서는 적응형 품종의 수량이 유의하게 높았다. SIMPLE 모델은 잎 노화 및 성숙과실로의 동화산물 재분배에 따른 작기 후반부 바이오매스 감소를 반영하기 위해 1차 감쇠항(first-order decay term)을 도입하여 수정되었다. 캘리브레이션 결과 두 지역에서 서로 다른 매개변수 세트가 도출되었으며, 안동은 빠른 초기 생장, 높은 광이용효율, 낮은 내고온성을, 영양은 점진적 생장, 높은 내고온성, 높은 수확지수를 특징으로 하였다. 모델 성능은 지점-품종 조합에 따라 상당한 변이를 보였으며, 이는 예측 정확도가 품종 특성과 미환경 조건 간 상호작용에 의해 결정됨을 시사하였다. 한국의 다양한 고추 생산환경에서 모델의 강건성과 전이성을 향상시키기 위해서는 지역 특이적 캘리브레이션과 기계론적으로 개선된 노화 모듈이 필수적이며, 다년차·다지점 검증과 불확실성 분석이 향후 우선 과제로 제시된다.

본 연구는 2018년부터 2023년까지 6년간 키위(A. chinensis var. chinensis) 품종 ‘감황’과 ‘선플’의 발아 및 개화 특성을 조사하여 안정적인 재배를 위한 기초 자료를 제공하고자 수행되었다. 발아기는 두 품종 모두 3월 23일에서 24일 사이로 나타났으며, 육성 당시 기록된 발아기(3월 24－28일)보다 빠른 것으로 확인되었다. 결과모지 눈의 발아율은 ‘감황’ 54.6%, ‘선플’ 61.1%로 조사되었고, 결과지율은 각각 84.4%, 92.6%로 나타났다. 두 품종 모두 2019년부터 2021년까지 발아율이 낮았으며, 특히 2018년에 결과지율이 가장 낮았다. 저온요구도는 모든 해에서 충분히 충족되었으며 발아 시기와 음의 상관관계를 나타냈고, 발아율과 양의 상관관계를 나타냈으나 통계적 유의차는 인정되지 않았다. 개화시는 5월 7일에서 11일 사이로 나타났으며, 만개기는 5월 11일에서 14일 사이로 봄철 평균 기온 상승에 따라 점차 빨라지는 경향을 보였으며, 4월 기온과 발아 후 유효 적산온도와 음의 상관관계를 나타냈으나, 통계적 유의성은 없었다. ‘감황’ 품종의 중심화 수는 3.4－5.5개, 측화 수는 0.1－1.9개로 나타났고, ‘선플’ 품종의 중심화 수는 3.4－5.0개, 측화 수는 0.2－0.9개로 확인되었다.

다단 수직형 식물공장 온실은 토지 이용 효율을 향상시키고 연중 작물 생산을 가능하게 하기 위한 대안으로 점차 확대되고 있다. 그러나 고밀도 재배 랙과 작물 캐노피는 공기 흐름을 제한하여 공간적으로 비균일한 미기후 조건을 형성할 수 있다. 이러한 비균일성은 국부적인 열 및 수분 축적을 초래하여 환경 제어 효율을 저하시킬 뿐 아니라, 작물 생육의 불균일성을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 34개의 재배 랙과 상부 및 하부에 설치된 순환팬을 갖춘 상업 규모의 다단 수직형 식물공장 온실을 대상으로, 팬 성능과 미기후 비균일성을 실험적으로 평가하였다. 팬 출구 유속, 온실 내 공기 유속, 기온, 상대습도(Relative Humidity)에 대한 현장 측정 및 전면창 개방 조건에서 팬 작동(on/off) 비교 실험을 수행하였다. 그 결과, 상부에 설치된 10개 순환팬의 출구 유속(3.23－5.00 m/s)은 변동성이 크게 나타났으며, 특히 90° 전환 구간에서 상대적으로 낮은 유속이 관찰되어 순환 경로를 따라 불균형한 유동 분포가 나타남을 확인하였다. 반면, 하부에 설치된 4개 팬은 보다 일관된 출구 유속(3.43－4.57m/s)을 보였으나, 34개의 재배 랙에 비해 설치 수가 제한적이어서 공간적 커버리지를 확보하지 못한 것으로 나타났다. 지상 1.5m 높이에서 측정된 실내 기온과 상대습도는 각각 변동계수 6.52%와 7.73%로 중간 수준의 공간적 비균일성을 보였으며, 중앙부 영역에서는 지속적으로 더 높은 기온과 더 낮은 상대습도가 나타났다. 센서 위치에서 측정된 온실 내 공기 유속은 0.08－0.21 m/s 범위로 나타났으며, 위치에 따라 국소 기류 세기의 차이가 존재함을 시사한다. 전면 창 개방 조건에서 팬 작동은 평균 기온을 소폭 감소시키고 기온 및 상대습도의 공간적 변동성을 일부 완화하는 경향을 보였다. 이는 완전한 균질화보다는 내부 공기 혼합의 제한적인 개선 효과를 나타내는 것으로 해석된다. 본 연구 결과는 향후 전산유체역학(CFD) 기반 해석 및 다단 수직형 식물공장 온실의 환경 제어 전략 고도화를 위한 기초 실측 자료로 활용될 수 있다.

본 연구는 토마토 육묘기에 적용한 DIF 처리가 묘소질과 정식 후 생육, 조기 수확성 및 초기 수량성에 미치는 영향을 구명하고자 수행되었다. 육묘기 DIF 처리 결과, 생육 단계에 따라 처리 간 반응이 상이하게 나타났다. 육묘 초기에는 +5 DIF 처리 조건에서 잎 전개와 초장 신장이 상대적으로 촉진되었으나, 육묘 후기에는 －5 DIF 처리구에서 엽면적, 생체중 및 건물중이 높았다. 특히 －5 DIF 처리는 초장 신장을 효과적으로 억제하면서 경직경 비대와 근장 발달을 동시에 유도하여, 지상부와 지하부 생육의 균형이 우수한 강건묘 형성에 가장 적합한 조건이었다. 육묘기 DIF 처리는 정식 이후 생육과 수량 형성 단계까지 지속적인 이월 효과를 나타냈다. DIF 처리의 경우, －5 및 －8 DIF 조건에서는 조기 수확성이 뚜렷하게 향상되었다. 대조구(0 DIF)와 +5 DIF 에서는 정식 후 7주차까지 수확이 되지 않는 반면, - DIF 처리구에서는 동일 시점에 전체 개체의 약 절반 이상에서 수확이 가능하여 수확 개시 시점이 최소 2주 이상 앞당겨졌다. 특히 －5 DIF 처리구는 정식 이후 영양생장과 생식생장의 균형이 안정적으로 유지되었으며, 그 결과 누적 수확량이 가장 높게 나타나 전반적인 생산 효율이 우수한 처리로 평가되었다. 이상의 결과로 토마토 육묘기 －5 DIF 환경 관리가 묘의 초형을 안정적으로 제어하면서도 정식 후 초기 활착을 개선하고, 수확 시기를 단축하며 초기 수량성을 극대화할 수 있는 가장 효과적인 재배 관리 전략으로 판단된다.

본 연구는 프렌치매리골드(Tagetes patula L.)의 개화 과정을 영상 기반으로 정량화하고, 이를 바탕으로 개화 진행률을 예측할 수 있는 딥러닝 모델을 제안하고자 하였다. 실험은 완전제어형 식물공장에서 수경재배 조건하에 수행되었으며, 개화 초기부터 만개에 이르기까지 1시간 간격으로 정면 이미지를 촬영하여 시계열 이미지 데이터셋을 구축하였다. 각 식물체의 이미지는 시간순으로 정렬된 연속 이미지 5장을 하나의 시퀀스로 구성하고, 마지막 시점의 개화율을 예측하는 회귀 문제로 모델을 학습하였다. 제안한 모델은 CNN 기반 특징 추출기와 LSTM 기반 RNN을 결합한 CNN+RNN 하이브리드 구조로, 시간에 따른 개화 과정을 효과적으로 반영하도록 설계되었다. 비교 실험에는 BasicCNN, ResNet18, MobileNetV2, EfficientNetB0 모델을 포함하였으며, 동일한 데이터셋과 조건에서 성능을 비교하였다. 실험 결과, 제안한 CNN+RNN 모델은 평균제곱오차(MSE) 0.0006, 평균절대오차(MAE) 0.0196, 결정계수(R²) 0.993을 기록하며, 다른 모델들에 비해 데이터에 대한 매우 높은 적합도를 나타냈다. 이러한 결과는 제안된 모델이 시간에 따른 시각적 변화를 효과적으로 반영함을 시사하며, 화훼 작물의 자동 개화 모니터링 및 생육 단계 분석을 위한 기반 기술을 활용될 수 있음을 보여준다.

본 연구는 몽골의 현지 유통을 목적으로 재배가 이루어지고 있는 스마트 일광 온실(PSH-11, PSH-9, PSH-7)에서 현장의 온도, 습도, 광량, 생육 및 수량 데이터를 수집하여 온실 환경 특성과 과채류의 안정적 생산 가능성을 검증하고자 수행하였다. 온실 외부의 최저 온도가 3.5℃로 낮을 때 온실 내부는 11℃ 이상으로 유지되어 4－7월 시기에 과채류 생산에는 문제가 없는 것으로 판단되지만, 광합성 작용이 활발히 일어나는 낮 시간대에 온실 내부의 상대습도(RH)가 30%대로 낮아졌으며, VPD(Vapor Pressure Deficit)도 높아졌다. 토마토 과실 크기와 과중은 4월20일에 정식한 것이 4월 1일에 정식한 것보다 유의적으로 높았다. 따라서, 과채류의 고품질 생산을 위해서는 포그 시스템 등을 활용하여 RH를 높이는 기술이 투여되어야 하며 과채류의 안정적 생산을 위한 정식 시기는 4월 20일경으로 판단된다.