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

수소는 다양한 신재생에너지 중 환경친화적인 에너지로 각광받고 있지만 농업에 적용된 사례는 드물다. 본 연구는 수소연료전지 삼중 열병합 시스템을 온실에 적용하여 에너지를 절약하고 온실가스를 줄이고자 한다. 이 시스템은 배출된 열을 회수하면서 수소로부터 난방, 냉각 및 전기를 생산할 수 있다. 수소 연료 전지 삼중 열 병합 시스템을 온실에 적용하기 위해서는 온실의 냉난방 부하 분석이 필요하다. 이를 위해서는 온실의 형태, 냉난방 시스템, 작물 등을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 건물 에너지 시뮬레이션(BES)을 활용하여 냉난방 부하를 추정하고자 한다. 전주지역의 토마토를 재배하는 반밀폐형 온실을 대상으로 2012년부터 2021년까지의 기상데이터를 수집하여 분석했다. 온실 설계도를 참고하여 피복재와 골조를 모델화하여 작물 에너지와 토양 에너지 교환을 실시했다. 건물 에너지 시뮬레이션의 유효성을 검증하기 위해 작물의 유무에 의한 분석, 정적 에너지 및 동적 에너지 분석을 실시했다. 또한 월별 최대 냉난방 부하 분석에 의해 평균 최대 난방 용량 449,578kJ·h^-1, 냉방 용량 431,187kJ·h^-1이 산정되었다.

본 연구는 등유를 사용하는 농업용 난방기에서 배출되는 가스를 포집하고, 농업용 난방기의 사용 연식에 따른 이산화탄소의 배출농도를 파악하고자 수행되었다. 선형 회귀분석의 결과로 농업용 난방기의 연식에 따른 이산화탄소의 배출량은 R² = 0.84로 y = 26.99x+721.98의 식을 따른다고 나타났다. 농업용 난방기의 사용 연식에 따라 세 그룹으로 분류하여 분산분석을 수행하였다. 분산분석을 수행한 결과, 분석을 위해 설정한 유의확률 0.05보다 작은 2.1961×10^-13으로 나타났으며 이는 적어도 한 그룹에서 차이가 나타난다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 농업용 난방기의 기본적인 배출농도의 차이를 분석하고자 기기의 제작사와 상관없이 농업용 난방기의 기기 연식만을 고려하여 배출가스 데이터를 수집하였다. 기기의 연소 방식에는 제작사에 따라 연소 방식에 차이가 미미하게 있었을 것으로 판단되며 데이터 변수의 개수가 늘어난다면, SVR(support vector regression) 기반의 선형회귀 분석 등을 실시하여 농업용 난방기의 이산화탄소 데이터가 온실가스 발생량 파악에 더욱 활용도가 높아질 것으로 판단된다. 추후 연구에서는 더욱 세분화된 데이터의 수집 방식을 따라 더욱 높은 정확도를 가진 결과값을 도출할 수 있다고 판단된다. 이처럼 우리나라의 농업 분야에서 용도별 온실가스 발생량을 조사하기 위하여 고정형 농기계인 농업용 난방기의 이산화탄소 발생량을 정확히 파악하여 온실가스 배출량 조사에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 육계사에 차열 페인트와 히트펌프의 적용에 따른 내부 온도 변화를 분석 하였다. 이를 위하여 환기율, 환기방법, 시간별 환기 변화에 따른 실험 조건을 설정하였으며 육계사 외부 및 내부 기온을 측정하였다. 그 결과, 차열 페인트를 도포한 육계사에서는 최대 1－2°C 실내 기온 상승을 억제하는 효과가 나타났으며 히트펌프를 가동한 육계사에서는 외기 온도의 영향을 제일 적게 받는 환기율 0%일 때 내부 기온 감소가 제일 크게 나타났다. 계사 내부의 온도가 외기 온도보다 높을 경우에는 환기율을 높게 설정하여 환기팬을 이용한 냉방이 더욱 효과적이나 계사 내부 온도가 외기 온도와 유사하거나 낮을 경우에는 히트펌프를 이용하는 것이 가장 효과적일 것으로 판단된다. 히트펌프 가동 시 외기 온도의 영향이 적은 환기율을 0%로 설정하였을 때 내부 기온이 가장 큰 폭으로 감소하였으나 실제 육계사에서는 분진, 이물질, 암모니아 등을 고려하여 최소환기율 정도로 환기율을 설정한 후 히트펌프를 가동하는 것이 가장 효율적일 것으로 판단된다. 본 연구는 실험 기간이 짧아 데이터가 많지 않으며 실제 육계가 사육되고 있는 환경에서 실험을 진행한 것이 아니라는 한계가 있다. 향후 후속 연구로 실제 닭이 사육되고 있는 환경에서의 히트펌프 효과 분석과 히트펌프의 전력사용량, 냉방부하, 환기팬 가동시간 등 다양한 환경인자를 포함한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

기계적 자극은 식물체의 형태적 변화를 유도하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기계적 자극을 적용한 토마토의 육묘기 동안의 생육 변화를 확인하기 위해 수행되었다. 브러싱 처리가 기계적 자극으로 이용되었으며, 아크릴이 부착된 이송장치를 이용하여 2시간 간격으로 파종 후 10일 이후부터 처리를 진행하였다. 브러싱 처리 동안 생육 변화를 확인하기 위해 3일 간격으로 생육을 조사하였다. 초장과 엽면적은 브러싱 처리에서 대조구에 비해 감소하는 결과를 보였으며 지상부의 생체중과 건물중은 대조구와 유사한 값을 보였다. 총 근장과 지하부 표면적은 브러싱 처리에서 대조구에 비해 증가하였으며, 지하부 부피는 대조구와 브러싱 처리가 유사한 값을 보였다. 결론적으로 토마토 공정묘에 브러싱 처리는 지상부의 생육 감소를 유도하였으며 지하부의 형태적 발달을 증가시키는 것으로 판단된다.

일반적으로 지황[Rehmannia glutinosa (Gaertn.) Libosch ex Steud.]은 플러그 묘를 사용하지 않고 노지에 파종한다. 플러그 묘는 발아 촉진과 이식이 편리한 장점이 있다. 그러나 지황의 플러그 육묘를 이용한 번식에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 공정육묘 방법 확립을 위한 지황의 최적 종근 길이, 굵기 및 파종 방향을 조사하기 위해 수행되었다. 종근의 길이는 1, 2, 3cm로 구분하였고, 굵기는 각각 0.3－0.5, 0.6－1.0, 1.1－1.5cm로 구분하였다. 그리고 종근은 수직 및 수평 방향으로 파종하였다. 종근 길이 1cm 처리에서 생존율이 유의적으로 낮았다. 엽장, 엽폭, 엽수, SPAD, 엽면적, 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중은 3cm 길이에서 가장 높았다. 지황의 종근 굵기가 감소할수록 묘의 생육이 증가하는 경향을 보였다. 지황의 종근을 수평 방향으로 파종하였을 때 엽장, 엽폭, 엽수, 엽면적은 수직 방향보다 유의하게 높았다. 결론적으로 지황 종근을 플러그 트레이 파종할 때, 길이 3cm로 절단한 뒤 굵기 1.0cm 이하의 종근을 수평 방향으로 파종하는 것이 적절한 방법으로 판단된다.

본 실험은 마이크로웨이브 처리가 상추 유묘의 생육 변화와 이차대사산물 함량의 변화를 알아보고자 수행되었다. 파종 후 3주째 상추 유묘에 2.45GHz 주파수와 200W의 마이크로웨이브를 0, 4, 8 및 12초 동안 처리하고, 4주간 식물공장에서 재배한 후 생육 및 성분 분석을 수행하였다. 지하부와 지상부의 생체중과 건물중, 엽면적, 엽장 및 엽수는 마이크로웨이브 처리시간이 증가할수록 감소하였다. 4초 처리구와 비교하여 12초 처리구에서 chlorophyll a, chlorophyll b 및 총 carotenoids의 함량이 증가되었으며 총 페놀 함량은 감소하였다. 무처리구와 비교하여 8초 처리구에서 총 플라보노이드 함량이 감소하였다. 이러한 결과들은 산화적 스트레스에 의해 이차대사산물 함량이 변화된 것으로 사료된다. 총 플라보노이드 함량을 제외한 이차대사산물 함량은 각 처리구에서 무처리구와 비교하여 유의한 차이가 없었지만, 각 처리구 사이의 유의한 차이는 200W와 2.45GHz의 마이크로웨이브 처리가 4주 후 상추의 이차대사산물 함량에 영향을 줄 수 있다는 것을 시사한다.

하절기의 높은 일사량은 작물의 과도한 호흡을 유발하여 광합성을 감소시킨다. 또한 주로 하절기에 발생하는 장마는 온실 내부에 저일조 환경을 유발한다. 저일조 환경은 작물의 생육과 생산량을 감소시키는 원인이 될 수 있다. 본 연구는 하절기 차광과 보광이 오이의 생육과 생산량에 미치는 영향에 대해서 조사하기 위해 수행되었다. 오이 접목묘는 2022년 8월 30일에 플라스틱 온실 2동에 정식하였다. 온실 내부의 광량을 감소시키기 위해 온실 1동에 차광 스크린을 설치하였다. 보광 처리는 2022년 9월 7일부터 2022년 10월 20일까지 수행되었다. 고압나트륨등(high-pressure sodium lamp), 백색 LED(white LED, red:green:blue = 5:3:2), RB LED(combined red and blue LED, red:blue = 7:3)를 보광 광원으로 사용하였고, 무처리를 대조구로 설정하였다. 보광 처리는 일출 전과 일몰 후 2시간씩 수행하였고, 보광 광도는 150±20 μmol·m^-2·s^-1로 설정하였다. 식물 초장, 엽장, 엽폭, SPAD는 차광 처리에 의해 증가하는 경향을 보였다. RB LED에서는 차광 처리와 관계없이 경경이 유의성 있게 증가되었다. 과실의 생체중과 건물중은 차광과 보광 처리에서 유의미한 차이가 없었다. 과실의 평균 과중은 수확일이 지날수록 보광처리 간의 유의한 차이는 없었다. 결론적으로, 본 연구에서 하절기 오이 재배 시 50% 수준의 차광 처리는 오이의 생육을 유의하게 향상시켰다. 또한, 보광 대조구에서 생육과 과실 특성이 좋았다. 본 연구는 오이 재배 시 보광 기술을 적용하기 위한 기초 연구 자료로 활용될 수 있다.

본 연구는 DFT 재배 시스템을 이용한 밀폐형 식물생산시스템에 MB처리 유무에 따른 상추(Lactuca sativa L.)와 배초향(Agastache rugosa Kuntze)의 생육과 양액 특성을 조사하기 위해 수행되었다. 상추와 배초향은 밀폐형 식물생산시스템에서 23일간 재배되었다. MB는 매일 9시, 13시, 17시에 5분씩 16일간 처리하였다. 상추와 배초향의 엽장, 엽폭, 엽면적, 생체중 및 건물중은 MB처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다. 상추와 배초향의 총 뿌리길이, 뿌리 표면적, 근단 수도 MB처리구에서 유의적으로 낮게 나타났다. 평균 뿌리 직경의 경우, 상추는 처리 간에 차이가 없었으나, 배초향은 MB처리구에서 유의적으로 굵어 종 간에 차이가 있음을 확인하였다. 본 연구 결과, DFT 방식으로 상추와 배초향을 재배할 때 MB처리는 비생물적 스트레스를 유발하여 생육을 억제하는 것으로 나타났다.

본 연구는 퍼레니얼 라이그래스에서 생장조정제 trienexapac-ethyl과 prohexadione-calcium을 처리하였을 때 생육 시기별 잔디 품질과 생육 억제 효과를 조사하였다. 처리구는 대조구(Control), TE 처리구(0.01 a.i. g·m^-2·100mL^-1) 및 PC 처리구(0.01 a.i. g·m^-2·100mL^-1)으로 설정하였다. 생장조정제 처리 후 퍼레니얼 라이그래스의 엽색 지수 및 엽록소 함량은 대조구와 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. TE와 PC 처리구에서 잔디의 초장은 각각 8.9－12.4%와 6.7－13.6%씩 감소하였고, 잔디 예지물량은 44.4－45.8%와 40.6－40.9%씩 감소하였다. 생장조정제 처리 후 경과 일수와 초장의 변화를 이용하여 약효 지속 기간을 조사하였을 때, TE와PC 처리구는 1차 조사(7월 29일－8월 26일)에서 각각 43.6일과 37.9일, 2차 조사(9월 30일－10월 28일)에서는 38.3일과 39.5일이었다. 상기 결과들을 종합할 때, TE와 PC의 처리는 퍼레니얼 라이그래스의 초장 및 생육을 억제하였고, 약효 지속 기간은 약 40 ±3일 정도를 나타냈다. 또한 생장조정제 처리 시 계절별 잔디 생육과 품질에 영향을 미치지 않았으며, 약해는 발생하지 않았다.

참외는 동북아시아 지역에서 대부분 재배되고 있고, 한국에서 주로 생산되는 과일로서 단위면적당 수확량은 지속적으로 향상되고 있지만 재배방식은 토경재배에 국한되어 있기 때문에 규모화, 생력화를 위한 수경재배 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 보온부직포를 이용한 수경재배로 참외를 재배할 때 영양생장기 배양액 내 질산태질소 비율에 따른 참외 생육의 변화를 확인했다. 배양액에서 질산태질소 비율이 증가할수록 초장은 길어지고, 엽장, 엽폭, 절간장도 함께 증가하였다. 생육 30일차의 SPAD값은 질산태질소 비율이 증가할수록 감소하였다. 질산태질소 비율에 낮을수록 암꽃 개화가 빨리 되었고, 과실 성숙에서는 처리 간 차이가 없었다. 질산태질소 비율에 따른 과실의 형태는 차이가 없었고, 경도는 질산태질소의 비율이 낮을수록 높아 과실이 단단하였다. 3월에서 7월까지 총 수확량은 KM3 5,650kg/10a, KM1 4,439kg/10a로 KM3가 27% 높았고 특히, 참외 가격이 높은 3월에서 5월까지 수량은 KM3가 KM1보다 36% 높았다. 따라서 12월 정식되어 봄철부터 생산되는 참외의 수경재배에 적합한 질산태질소는 6.5－10me·L^-1 수준으로 공급하는 것이 적당할 것으로 판단되었다.