식물재배 스마트팜에서 식물재배와 광(光)
광(빛)과 식물성장의 관계
최근 한회사의 소개기사를 보았습니다.
기사의 내용중에
[ 쉘파스페이스가 개발한 '위팜(WeeFARM)'이 공상과학(Science Fiction) 영화에서나 나올법한 장면들을 그려가고 있다. 위팜은 식물이 성장하는데 최적의 인공환경을 만들어준다. 핵심은 조명 기술이다.
식물의 종별, 생육 단계별로 다양한 파장·광도를 알맞게 조절해 준다. 에너지가 보존된 상태에서 파장·광도를 자유롭게 조절하는 것이 주요 기술이다. 때문에 식물의 품종이 바뀌어도 그에 맞는 인공환경을 공급할 수 있다. 이처럼 자연환경을 그대로 모사함으로써 풍부한 맛과 영양소를 가진 식물을 안전하고 빠르게 기르는 환경을 제공한다. ]
http://hellodd.com/?md=news&mt=view&pid=65541
기사의 내용이나 언급된 회사의 연구방향에 대해 언급할 필요는 없을것같습니다.
기사하나로 회사의 구체적인 연구내용이나 방향성을 추측하는 것은 아니라고 생각합니다.
다만 이기사를 읽고 인공적인 식물생육관리에 있어서 초점을 광(빛)에 맞춘부분에 대해 간단하게 저의 생각을 정리해보았습니다.
식물재배에 있어서 광(빛) 즉 조명기술은 유럽 특히 네덜란드에서 부족한 햇빛을 보조하기 위한 보조적인 수단으로서 시작되었습니다.
이것이 식물생육에 적합한 온도관리를 위해 햇빛으로 인한 열에너지를 냉각하는 비용보다 식물재배에 적합한 광에너지를 만드는 비용이 적다고 생각한 일본에서 부터 광(빛)을 포함한 식물재배에 필요한 모든 생육환경을 인공적으로 제어하는 완전제어형 식물공장이 만들어지며 식물재배에 적합한 광(빛)에 대한 연구가 본격적으로 시작되었습니다.
일본에서 시작된 광연구의 핵심은 얼마만큼 적은 에너지(전기)로 태양광을 대체할 만큼의 효율을 낼 수 있는가에 초점이 맞추어 졌습니다.
핵심은 식물의 광합성이었습니다.
광합성이라는 것은 모두 잘 알고 계시겠지만 빛, 이산화탄소, 물 그리고 다수의 영양소를 이용해서 탄수화물을 생산하여 식물이 생장하는 것입니다.
즉 식물의 잎을 통해 받아 들인 광(빛)에너지를 이산화탄소, 물 그리고 다수의 영양소로 화학적 반응을 일으켜 식물의 성장을 돕는 일련의 과정이 광합성이라는 것입니다.
태양광에서 나오는 파장은 다양합니다.
(그림1) 태양의 방사선 범위태양광은 자외선에서 부터 시작하여 가시광선(눈으로 볼 수 있다는 의미로 가시(可視)광선), 적외선이 있습니다.
그동안의 연구결과로 보면 식물의 광합성에 필요한 빛(가시광선)의 파장대역은 400㎚ ~ 800㎚입니다.
즉 태양광 만큼 광대한 에너지를 쓰지 않더라도 식물생장에 필요한 400㎚ ~ 800㎚의 적정한 파장대의 빛만으로 식물을 재배할 수 있다는 연구결과를 얻은 것입니다.
광합성과 잎의 형태형성에 가장 적합한 파장은 적색광과 청색광의 파장이라는 연구결과도 나와 있습니다.
그외 세부적인 연구로 들어가면 식물의 질적변화 즉 종자의 발아, 분화, 개화, 엽록소 합성, 마디 성장, 대사물질의 변화 등에 영향을 미치는 것이 있습니다만 기본적으로 외형적인 성장에는 큰차이가 있지 않습니다.
저의 생각은 단순한 식물의 재배에 있어서 식물종별, 생육단계별 광량조절은 큰 의미가 없다는 것이 저의 생각입니다.
기존에 많은 연구에서 언급되어 있지만 광합성은 광(빛)의 세기 좀 더 구체적으로 이야기하면 PPFD(광량자밀도)에 영향을 받습니다.
강한 빛을 받을수록 광합성량이 증가하는데, 빛의 세기가 어느 한계에 이르면 더 이상 광합성량이 증가하지 않고, 이때의 빛의 세기를 광포화점이라 합니다.
광포화점을 기준으로 한 적정한 수준의 빛이라면 모종단위에서 식물을 재배하는데 광량조절은 큰 의미가 없습니다.
또한 식물별 광포화점은 이미 많은 연구를 통해 공개되어 있는 상태입니다.
물론 생육단계별 광의 파장이나 광도를 조절하므로써 식물의 질적변화를 조절하므로써 식물의 부가가치를 높이는 방안을 만들 수 있습니다.
다만 파장이나 광량을 조절하는것과 식량문제 등으로 연결하는 것이 많이 어색하다는것이 저의 생각입니다.
출처 : [네이버 지식백과] 광합성 [photosynthesis, 光合成] (두산백과)
출처: LED 광원의 광질과 PPFD 변화에 따른 식물성장에 관한 연구 / 원광대학교 / 2014. 12
