This experiment was carried out to develop automatic two-way plant cultivation system in oder to commercialize plant factory. The plant cultivation system are consist of multi-layer cultivation bed, planting plate, planting plate-moving conveyer system and, fluorescent lamp for plant cultivation. Three experiments were conducted for this thesis as follows: In the first experiment to analyze the seedling quality of fruit vegetable (paprika and tomato), and the growth after transplanting of tomato nursed under artificial light and natural light. Plant height, number of leaf and flower bud in paprika and tomato were significantly affected by light treatment. As compared with natural light treatments, plant height was decreased by 1040% in artificial light treatment. The number of leaves and flower buds were 1.53 times promoted in artificial light treatment, respectively. On 14 days after transplanting, tomato nursed under white fluorescent lamps had relatively short plant height. This result might be caused that the elongation of its internodes was suppressed by artificial light source. In the second experiment to examine the productivity of leafy vegetable under artificial light. The productivity of pak choi and basil cultivated two-way plant cultivation system (1,000m 2, 5-layer bed system) were and 2,032kg and 1,130kg, respectively. In the third experiment to examine the economic analysis of two-way plant cultivation system. As compared with paprika nursed, the profitability of tomato nursed was 15 times increased. For pak choi cultivation, the handset component is high due to market price was lower than basil leaf. In order to improve profitability of plant factories, high quality fruit vegetable seedlings such as tomatoes are produced in June to September. In the rest of the year, herbs such as basil, which has a high market price are produced. Key words : Plug seedling production, Artificial light source, Fluorescent lamp, Fruit vegetable, Leafy vegetable 342 2016 년도시험연구보고서
Ⅱ. 원예연구 343
2. 재료 및 방법 가. 엽채류 재배 및 과채류 육묘 겸용 재배시스템 개발 1) 재배베드 고내식강 소재를 이용하여 제작하였으며, 재배판의 지지 및 이동의 용이성을 높이기 위해 가드를 설치하였다. 2) 재배판 사용자의 노동강도를 줄이기 위해 가벼운 소재인 발포 압출성형재(POMAX)를 이용하여 과채류 육묘와 엽채류 재배를 위한 재배판 제작하였다. 3) 재배판 이송장치 이송장치는 한쪽 방향에서 식물이 정식된 재배판을 계속 넣어주면 반대쪽에서 자동으로 배출되는 장치로 이송 및 승강컨베이어, 푸셔, 위치센서 등으로 구성 되어 있다. 4) 조명장치 형광등을 이용하여 작물 종류 및 생육단계에 따라 광원의 높낮이 조절이 가능 하도록 설계하였다. 그림 1. 엽채류 재배 및 과채류 육묘 겸용 재배시스템 나. 과채류 육묘 묘소질 평가 본 연구는 경기도농업기술원이 2015년에 개발한 완전밀폐형 식물공장 기반의 엽채 류 재배 및 과채류 육묘 겸용 시스템에서 수행되었다. 공시작물은 파프리카 매그니 피코 와 토마토 메디슨 품종으로 종자를 우레탄 스폰지에 파종하고 과채류 육묘판 에 정식하여 약 40 55일간 육묘하였다. 재배상의 환경조건은 온도 20/19 (주/야), 광주기 주야 14/10hr, 이산화탄소 농도 1,000ppm, 상대습도 60 70%로 유지하였다. 수경재배방식은 담액수경 방식으로 파프리카는 화란 PTG양액, 토마토는 야마자키양 액을 각각 EC 1.5 2.0dS/m 농도로 공급하였다. 과채류 육묘를 위한 적정 광량을 구 344 2016년도 시험연구보고서
명하기 위해 형광등 개수에 따른 광량 및 광분포도를 측정하고, 처리에 따른 작물의 생육 및 묘소질을 조사하였다. 또한, 식물공장 재배시스템의 과채류 육묘(식물공장) 효과를 검증하기위해 두 작물을 유리온실에서 원예용 상토 활용 플러그 트레이 육묘 (유리온실1), 우레탄 스폰지 활용 플러그 트레이 육묘(유리온실2) 시, 묘의 생육과 균 일성을 조사하였다. 2016년 9월 29일 토마토 재배 온실에서 밀폐형 식물공장 재배 시스템의 형광등 하에서 육묘된 토마토 묘와 같은 기간 동안 온실 내의 자연광 조건 에서 육묘된 토마토 묘를 처리구별로 30주씩 정식하였다. 실험기간 동안 배양액의 ph와 EC를 각각 5.8, 1.5dS/m로 유지하였으며, 점적 관수 방식으로 배양액을 공급하 였다. 토마토의 정식 후 생육 특성을 분석하고자 정식 후 14일째에 초장, 줄기직경, 엽수, 절간장, 출뢰수 등을 측정하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 및 Duncan multiple range test(dmrt)를 실시하여 5% 유의수준에서 처리 간의 유의성을 검정하였다. 식물공장(담액수경) 유리온실1(원예용상토) 유리온실2(담액수경) 그림 2. 과채류 육묘효과 검증을 위한 시험처리방법 다. 엽채류 생산성 평가 본 연구는 경기도농업기술원이 2015년에 개발한 완전밀폐형 식물공장 기반의 엽 채류 재배 및 과채류 육묘 겸용 시스템에서 수행되었다. 공시작물은 청경채와 바질 로 종자를 우레탄 스폰지에 파종하여 엽채류 재배판에 육묘베드에 정식하여 약 22 23일간 재배하였다. 재배상의 환경조건은 온도 20/19 (주/야), 광주기 14/10hr, 광량 PPFD 150μmol m 2 s 1, 이산화탄소 농도 1,000ppm, 상대습도 60 70%로 유지하였 다. 수경재배방식은 담액수경 방식으로 청경채는 원예연 배추양액, 바질은 원예연 상 추양액을 각각 EC 1.5 2.0dS/m 농도로 공급하였다. 식물공장 재배시스템의 엽채류 생산성을 평가하기 위해 두 작물의 생육특성과 수량성을 조사하였다. 라. 엽채류 재배 및 과채류 육묘 겸용 재배시스템 경제성 분석 과채류 육묘 및 엽채류 재배 시, 재배시스템의 시기별 생육 및 생산량을 분석하기 위해 밀폐형 식물공장(5단)에서 연중 재배하였을 때, 과채류 2종(파프리카, 토마토), 엽채류(청경채, 바질)의 연간생산량과 시설투자비, 운영비를 비교하였으며, 이를 토대 로 식물공장 수익 운영모델을 도출하였다. Ⅱ. 원예연구 345
3. 결과 및 고찰 가. 엽채류 재배 및 과채류 육묘 겸용 재배시스템 개발 1) 재배베드 재배베드의 내구성을 높이기 위해 부식에 강한 고내식강 소재의 철판을 절곡한 후, 부식방지를 위해 도색 및 코팅처리 하였다(그림 2). 또한, 두 개의 베드를 붙여서 한 개의 세트로 각 단마다 설치하여 재배베드 중간 철판이 재배판 중앙을 지지하여 재배판이 아래쪽으로 처지지 않도록 하였고, 재배베드 양쪽에 재배판이 베드 위에 올라간 후 이탈방지를 위해 가드를 설치하였다(그림 3). 그림 2. 엽채류 재배 및 육묘겸용 재배베드 2) 재배판 재배판은 내구성 강화를 위해 PVC 발포 압출성행재 (POMAX)를 사용하여 엽 채류 재배판(8 272 568mm)은 스펀지 전용포트를 정식할 수 있도록 60mm 홀 8개를 일정간격으로 배치하여 제작하였다(그림 3). 또한 과채류 육묘판(8 272 568mm)은 스펀지를 고정할 수 있도록 4각형 형태의 홀 32개를 배치하였고, 육표판 중앙이 재 배베드 중간 철판 위로 지나갈 수 있도록 간격을 벌려 공간을 확보할 수 있도록 제 작하였다(그림 4). 그림 3. 엽채류 재배판 및 가드 346 2016년도 시험연구보고서 그림 4. 과채류 육묘판
3) 재배판 이송장치 재배판 이송장치는 한쪽에서 채소가 정식된 재배판을 이송 입구 컨베이어(그림 5)로 이송하여 승강 컨베이어에 도달하면 위치 설정센서(그림 7)에 의해 1, 2, 3단으로 이송되어 푸셔로 재배판을 밀어서 정확하게 재배베드 위로 이동시키도록 제작하였다. 반대쪽으로 배출되는 재배판은 출구 컨베이어(그림 6)가 받아 위치센서에 의해 중간 에 도달하면 1단으로 하강되어 배출 컨베이어(그림 8)에 의해 작업자가 수월하게 수 확 할 수 있도록 제작하였다. 그림 5. 재배판 이송 입구 컨베이어 그림 6. 재배판 이송 출구 컨베이어 그림 7. 승강 컨베이어 위치설정 센서 그림 8. 재배판 배출 컨베이어 4) 조명장치 T-5 삼파장 램프(1090(L)*600(W)*60(H)mm)의 간격을 일정하게 유지되고, 30cm 아래에서 350μmol m-2 s-1 이상의 광량이 조사되도록 설계하였으며(그림 9), 과채 류 육묘용 조명은 조명과 조명사이가 서로 긴밀하게 연결되고, 작물의 생육에 따라 조명 높이와 스위치 두 개를 설치하여 형광등을 반 또는 전체를 끄거나 켜서 광량을 조절할 수 있게 하였다(그림 10, 11). Ⅱ. 원예연구 347
그림 9. 형광등 조명 설계도 그림 10. 육묘용 조명 높낮이 조절장치 그림 11. 과채류 육묘용 조명 나. 과채류 육묘 묘소질 평가 과채류 육묘을 위한 재배장치의 조명은 형광등의 개수와 높이를 자유롭게 조절할 수 있어 작물의 생육상태에 따라 적정 광량을 설정하여 재배가 가능하다. 조명 30cm 아래에서 광량을 측정하였을 때, 전체 형광등의 1/2만 켰을 때(조명 1처리), 형광등 전체를 켰을 때(조명 2처리) 평균 광량은 각각 242μmolm-² s-¹, 350.4μmolm-² s-¹이 였으며(표 1), 광량 242, 350μmolm-² s-¹처리에서 파프리카와 토마토를 20일간 육묘한 결과 높은 광량에서 초장을 제외한 줄기직경, 엽수, 엽장, 출뢰수가 증가하였다(표 2). 이러한 결과는 형광등을 이용하여 강광성 식물인 참박과 수박 육묘하였을 때, 광 량이 높을수록 도장이 억제되고 묘소질이 향상되었다는 보고(Kim, 1998)와 LED를 이용하여 토마토를 육묘할 때 광의 강도가 높아질수록 초장이 짧아지는 경향을 보인 다는 연구결과(RDA, 2013)와 일치하였다. 348 2016년도 시험연구보고서
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μ μ μ μ 354 2016 년도시험연구보고서
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Chun(eds.) Transplant production in the 21st century pp. 3-19, Kluwer Academic Publishers. Kozai, T., F. Afreen, and S.M.A. Zobayed (eds.). 2005. Photoautotrophic (sugar-free medium) micropropagation as a new micropropagation and transplant production system. Springer. Dordrecht, The Netherlands, pp.1-315. Markovic, V., M. Djurovka, Z. Ilin, and B. Lazic. 2000. Effect of seeding quality on yield characters of plant and fruits of sweet pepper. Acta Horticulturae 533:113-120. Rural Development Administration (RDA). 2006. A study on the grade standard for plug seedlings. Suwon, Korea (in Korean). Rural Development Administration (RDA). 2013. Effect of LED irradiation on the quality and productivity of vegetables and fruits. Suwon, Korea (in Korean). 6. 연구결과 활용제목 인공광을 이용한 과채류 육묘기술 개발(영농활용) 7. 연구원 편성 구분 소속 직급 성명 수행업무 참여년도 15 16 세부수행 책임자 원예연구과 농업연구사 박주현 총괄 농업연구관 하태문 자료분석 이상우 기술검토 식물공장 육묘 재배 농업연구사 황규현 자료조사 겸용 다목적 재배시 스템 개발 공동연구자 이정혜 통계조사 농업연구관 이해길 결과검토 서명훈 결과검토 솔트웨어(주) 이사 김창배 기술검토 세부과제 356 2016년도 시험연구보고서