스마트팜 예습 정리 - 작물 성장 요소, 영양/생식생장

 

온실 구조에 있어 작물 성장에 영향을 끼치는 5가지 요소 - 광, 온도, 상대습도, 이산화탄소, 공기유동

 

광

광량 800J(이하 줄)이하로 내려가면 파프리카, 토마토, 오이같이 광량 요구량이 높은 작물들의 생장능력이 떨어진다. 800줄 이하가 유지되는 기간을 보통 약광기라고 한다. 순간의 강한 광은 당 생성에 필요한 요소 중 하나다. 기본적으로 작물체는 400~700nm의 파장대를 이용해 광합성을 한다. 700nm이상의 파장대에 있는 열을 작물체가 받으면 증산이 시작된다. 그러므로 광을 측정할 때에는 열에너지 역시 고려 대상이다.

보상점 - 광합성을 시작하는 최소한의 광의 세기

포화점 - 광합성의 양이 증가하지 않는 최대 광의 강도

 

온도 - 15~30도 범위 내에서 세포 분열의 속도가 증감한다. 당 생산과 세포분열 모두 열을 필요로 하는데, 순간의 온도가 아니라 누적 온도가 중요하다. 평균온도가 같다면 낮이고 밤이고 세포 분열의 비중이 같아질 것이다.

 

작물체의 기본적인 난방 권장치

작물	최저한계온도	생육적온	최고한계온도
토마토	5	20~25	35
가지	10	23~28	35
고추	23	25~30	35
오이	8	23~28	35
수박	10	23~28	35
배추	5	13~18	23
딸기	5	18~23	30

 

 

작물 뿌리부의 적정 지온과 한계 지온

작물	최저한계온도	생육적온	최고한계온도
토마토	13	15~18	25
오이	13	18~20	25
수박	13	18~20	25
멜론	13	18~20	25
참외	13	15~18	25
애호박	13	15~18	25
피망	13	18~20	25
딸기	13	15~18	25

뿌리는 보통 줄기 온도보다 5~7도 정도 낮다고 한다.

 

시장 가격이 높게 형성된 경우 난방 온도를 25도로 유지해서 빠른 생장(수확)을 유도하면 빠르게 출하하여 큰 수익을 노릴 수 있다. 반대로 시장 가격이 낮게 형성된 경우 각 작물에 맞는 생육 최저점을 유지하며 수확 기간의 연장을 꾀하거나 수확량 자체를 줄일 수 있다.

 

상대습도

이 수치가 높아지면 증산량이 감소한다. 상대습도가 100%라면 기공이 열려도 증산을 전혀 못하는 상황으로 이해하면 된다. 이 수치를 사용하면 온실 내부의 결로 상태를 이해하기 쉽다. 상대습도의 계산식은 AH)현재습도/SMC(포화습도) x 100%로 계산한다. 20도의 공기 1 세제곱미터 당 17.4g의 물을 함유할 수 있다.

습도부족분(HD)

습도 공급량을 체크하는 2가지 요소로 상대습도와 습도 부족분이 있다. 전자는 %로 확인하기에 감을 잡기 쉽지만 후자는 4, 4.5같은 수치로 표현되기에 이해가 느릴 수 있다. 하지만 정확한 공급을 위해선 습도부족분을 우선하는 것이 맞다. 이 수치를 사용하면 온실 내부의 증산량을 이해하기 쉽다. 내부 습도가 너무 과하면 품질성이나 병 저항성에 악영향을 끼친다.

 

이산화탄소

1 세제곱미터 내에 작물체가 흡수할 수 있는 최대량은 시간당 7g이다. 3천평으로 환산하면 시간당 70kg의 이산화탄소가 흡수되는 것이다. 하지만 이 수치에 딱 맞추기보다는 비용대비 효율을 고려하는 것이 경제적이다. 작물체는 빛이 있는 한 광합성을 지속하고 이산화탄소를 흡수사용한다. 이때 이산화탄소가 부족하면 수량이 감소한다.

 

공기유동

온실 내부의 공기유동이 없다면 낮은 위치에 이산화탄소 농도와 습도가 높아진다. 그래서 계산한만큼 물량이 이동하지 않으며 이산화탄소도 더뎌진다. 공기 유동을 유도하여 정체된 이산화탄소 공기층을 고루 흩어버리면 작물체의 이산화탄소 흡수도 촉진되며 증산량이 늘어난다. 정체된 공기를 교반시키는 것만으로 광합성율이 증가하며 엽체 온도를 낮추는 효과도 기대할 수 있다.

그것이 아니라면 온실의 자체 높이를 이용하는 방법이 있다. 온실의 높이가 높으면 환기율이 올라간다. 그것도 아니면 난방을 하는 방법이 있다.

 

증산 - 작물체의 증산에는 몇 가지 요인이 영향을 끼친다. 상대습도와 기공개폐 등이다.

증산에 미치는 요소

일사량, 외부 습도, 공중 습도, 작물의 상태, 공기의 흐름

증산량 = 잎의 증기압 - 공기의 증기압 / 기공의 저향력 + 잎 경계 저항력

 

기공개폐 - 작물의 호흡이며 작물체 안에 있는 수분을 밖으로 배출하는 용도로도 사용된다.

 

측정박스

온실 관리를 위해 온실 내부에 측정박스가 설치된다. 여기서 읽어들인 데이터를 컴퓨터가 수집하여 설정된 세팅값에 맞게 온도 제어가 실시된다.

제어순환도

데이터를 읽고 제어하는 순환 시스템의 구조를 이른다.

 

생장

작물체는 세포분열에 의해 커지고 세포는 물에 의해 분열이 진행된다. 재배자는 이 물을 과일 쪽으로 쏠리게 해서 과실을 크고 많이 만드는 방법을 고민해야한다. 이산화탄소와 빛은 광합성에 쓰이고 당을 생성한다. 당이 세포분열에 관여하지는 않지만 세포 건강을 담당하며 당이 많으면 세포수가 많아진다. 과일을 크고 맛있게 하기 위해선 물의 이동과 광합성에 신경써야한다. 생장 관련된 용어로 SINK는 당이 가야할 곳, 과일이다. SOURCE는 당을 만드는 것, 광합성으로 잎이라 생각하면 된다.

당이 분배되는 순서는 과채류 기준으로 과일, 줄기나 잎, 뿌리, 꽃과 꽃봉오리 순서로 분배된다. 하훼류는 꽃에 가장 먼저 당이 가며 과채류 역시 착과에 실패했다면 잎, 줄기, 뿌리, 꽃 순서로 분배되어 작물이 튼튼해지기 시작한다.

 

 

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영양생장과 생식생장

영양생장

미착과 시기에는 잎이 커지고, 줄기가 두꺼워지는 등 영양생장으로 작물이 가닥을 잡기에 재배자 입장에서는 적당히 작물체의 기세가 좋아지면 물, 빛, 온도 등의 분야에서 스트레스를 강해 생식생장으로 전환할 수 있도록 신경써야 한다. 생장파이프(난방)을 아래쪽에 두지 않고 생장점 부위에 둔다면 생장점 부위의 온도가 높아지고 여기로 당이 쏠려 발달속도가 빠른 영양생장이 진행된다.

 

영양생장에서 생식생장으로 전환하는 조건 - 24시간 평균 온도가 높아지거나 같은 24시간 평균 온도라도 주야간 편차가 클 수록 빠르게 생식전환으로 넘어간다. 난방온도가 높고 이산화탄소 농도가 낮으며 광도가 약한 흐린날이 지속되면 작물체는 생식생장으로 가닥을 잡는다. EC를 높이는 것도 생식성장 전환 유도의 조건이다. 반대로 EC가 낮으면 낮을수록 영양생장으로 넘어간다.

온도편차를 위해 온실 내부 온도를 관리하는 방법 - 온실 내부 온도를 야간 16도로 관리하다 일출 시 20도로 유지, 오후가 되면 습기를 가중시켜 온도를 조금씩 더 높이는 방법으로 간다. 그 다음 일몰엔 내부 온도를 급격하게 떨어뜨린다면 작물체는 생식성장으로 전환하게 된다. 이산화탄소 농도를 높이고 광도를 높이는 것도 방법이다.

난방 세팅을 급격하게 낮춰 높으면 온실 내부는 먼저 기온이 떨어지고, 그 다음 엽온이 떨어진다. 주간에 광합성을 통해 만든 당들이 아직 잎에 모여있을탠데 그것을 과일쪽으로 보내야한다. 이를 위해 기온을 떨어뜨리는 것으로, 잎보다 물을 많이 가지고 있는 과일의 온도 변화가 더 느리기 때문에 과일이 잎보다 온도가 높아지는 순간이 온다. 그러면 당이 온도가 더 높은 과일쪽으로 이동하게 된다. 요는 잎의 온도를 과일보다 낮게하여 축적된 당을 과일로 이동시키는 것이다.

 

요약 - 영양생장은 평균 기온이 낮을 수록, 그리고 주야간 온도 편차가 적을 수록 진행된다. 여기서 평균 기온을 높이고 주아갼 편차를 키우면 생식생장으로 넘어간다. 당은 온도가 높은 쪽으로 이동하기 때문에 영양생장일 경우 생장파이프 난방기구를 통해 생장점에 열을, 생식생장일 경우 일몰 후 기온을 빠르게 떨어뜨린다면 물이 많은 과일의 온도가 상대적으로 높아져 과실로 당이 이동한다.

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스마트팜이란?

농림축수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보통신 기술(ICT)를 접목하여 지능화된 농업 시스템을 이른다. 사물 인터넷, 빅 데이터, 인공 지능 등의 기술을 활용하여 생육 환경을 적정하게 유지 관리하는 기능이다. PC, 스마트폰 등으로 원격 조종도 가능하여 편의성과 생산성을 확보했다. ICT는 정보 기술(Information Technology)와 통신 기술(Communication Technology)의 합성어이다.

 

ICT가 필요한 이유?

농업에 24시간 365일을 할애하는 것은 너무 힘들고 비효율 적이다. 농부들도 개인시간이 있고 다른 업무들을 봐야한다. 그리고 이러한 여유 시간을 ICT가 확보해줄 수 있으며 거기에 농부의 직감보다 훨씬 높은 정확성으로 작물에 대한 정보 수집이 가능하기 때문에 ICT가 필수적이다.

 

작물의 생육 진단

스마트팜에서는 정량화된 수치를 활용할 수 있다. 

 

생육정보 수집

작물 생육기간 동안 정보를 측정, 데이터 결과를 활용할 수 있어야한다.

 

환경제어 프로그램 활용법

빛의 세기, 온실 내 온도, 상대습도 누적량 등을 측정한다. 해당 데이터는 엑셀이나 다른 파일로 다운받을 수 있어야한다.

-환경 데이터로 진단 가능한 온도

24시간, 주간, 야간, 12~1시 온도 등 디테일한 시간 측정 가능. 이런 세세한 온도 변화를 체크하면 작물의 변화를 좋은 방향으로 유도할 수 있다.

 

생육 조사의 필요성

광량, 배액률, 기타 등등의 환경 정보를 수집하고 작물이 어떤 환경에서 어느 정도로 성장하는지, 상품성 유지가 얼마나 되는지를 알기 위해선 생육 조사를 정확하게 실시해서 정보를 정확하게 모을 필요가 있다.

 

 

 

26강 까지 순회 완료