Indoor Farm(식물공장) 내의 환경관리 : 빛

Indoor Farm(식물공장) 내의 환경관리 : 빛

빛은 식물의 주요 대사 작용인 광합성을 유도하는 에너지이며 환경변화의 신호 역할을 합니다.

광합성이라는 것은 빛, 이산화탄소, 물 그리고 다수의 영양소를 이용해서 탄수화물을 생산하여 식물이 생장하는 것입니다. 

식물이 잎을 통해 받아들인 광(빛) 에너지를 이산화탄소, 물 그리고 다수의 영양소로 화학적 반응을 일으켜 식물의 성장을 돕는 일련의 과정이 광합성이라는 것입니다.

광합성에는 빛이 필수적이며, 식물의 요구하는 빛의 수준까지는 빛의 세기가 강해질수록 광합성량도 증가합니다.

Indoor Farm(식물공장) 내에서 광(빛) 환경관리 중 첫 번째는 빛의 강도 관리입니다.

빛의 광도 관리에서는  광보 상점과 광 포화점이라는 두 가지 포인트가 중요합니다.

광보 상점과 광 포화점은 식물의 호흡과 광합성이라는 두 가지 물질대사와 연계하여 복잡한 설명이 필요합니다만 여기서는 제외하겠습니다.

간단히 이야기하면 광보 상점은 식물이 생장하기 위해 필요한 물질대사인 광합성을 시작하기 위한 가장 낮은 수준의 광량입니다. 

광 포화점은 광보 상점을 기준으로 광 강도가 높아질수록 광합성 속도가 높아지는데 일정 광도 이상에서는 큰 증가가 없는 포화 곡선을 그리게 되는데 이 지점을 광 포화점이라고 합니다.

Indoor Farm(식물공장) 내에서 광(빛) 환경관리는 이 광보 상점과 광 포화점의 사이에서 다양한 변수를 고려하여 관리해야 합니다.

다음은 각종 식물의 광 포화점과 광보 상점에 대한 기준입니다.

광량의 측정하는 기준이나 계산식이 형광등이 다르고 LED가 다르기 때문에 절대적인 기준은 아닙니다만 기본적인 기준은 될 수 있을 것이라 생각합니다.

[각종 식물의 광 포화점과 광보 상점 : 형광램프 기준]

재배작물                      광 포화점 lx(PPFD)              광보 상점 lx(PPFD)

토마토, 수박                 70,000(847)                       3,000(36)

오이                             55,000(665)                       2,000(24)

완두콩                         40,000(484)                        2,000(24)

양상추, 피망                 25,000(302)                        1,500(18)

포도                            40,000(484)                        400(5)

귤                               40,000(484)                        200(2.5)

배                               40,000(484)                        300(3.6)

복숭아                        40,000(484)                        400(5)

무화과                        40,000(484)                        1,000(12)

세인트폴리어              5,000(60)                            500(6)

난 종류                       10,000(121)                        300(3.6)

시클라멘                     15,000(181)                       300(3.6)

인삼                            12,000(145)                       500(6)

광합성 광양자 밀도 (PPFD) : Photosynthetic Photon Flux Density

Indoor Farm(식물공장) 내에서 광(빛) 환경관리 중 두 번째는 광질(빛의 색) 또는 파장의 관리입니다.  

광질(빛의 색)은 광합성과 형태 형성에 관여하여 재배작물의 양적 생장뿐만 아니라 질적 생장(비타민, 당, 페놀 등의 유용물질)과 관련된 식물의 반응을 유도합니다.

태양광이 포함하는 광질(빛의 색)은 다양합니다.

                                                     [태양의 방사선 범위]

태양광은 자외선에서부터 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 태양광만큼 광대한 에너지를 쓰지 않더라도 식물생장에 필요한  400㎚ ~ 800㎚의 적정한 파장대의 빛만으로 식물을 재배할 수 있다는 연구결과를 얻은 것입니다.

광합성과 잎의 형태 형성에 가장 적합한 파장은 적색광과 청색광의 파장이라는 연구결과도 나와 있습니다.

그 외 세부적인 연구로 들어가면 식물의 질적 변화 즉 종자의 발아, 분화, 개화, 엽록소 합성, 마디 성장, 대사물질의 변화 등에 영향을 미치는 것이 있습니다만 기본적으로 외형적인 성장에는 큰 차이가 있지 않습니다.

현재 기술을 기준으로 경제성과 효과를 기준으로 보면 LED가 가장 나은 선택이라고 할 수 있습니다. 그리고 많은 분들이 식물에 빛을 제공하는 LED에 대한 이야기가 나오면 LED 파장에 따라 R(Red), G(Green), B(Blue)의 역할과 그 조합에 대한 이야기를 많이 합니다.

식물의 생장에 있어 R, G, B가 가지는 각각의 역할이 크고 중요합니다.

앞서 언급한 400㎚ ~ 800㎚의 파장대가 바로 R, G, B 파장 대입니다.

식물에 따라 적합한 파장대의 광을 제공함으로써 식물의 생장이나 대사체의 증진시킬 수 있는 것 역시 사실입니다. 그러나 가장 기초적으로 고려해야 할 것은 얼마만큼의 빛을 주어야 식물이 정상적으로 성장할 것인가 하는 것입니다.

예를 들어 밥을 먹는데 오직 쌀밥만 먹는 것보다는 다양한 콩이나 보리 등 다양한 잡곡을 혼합한 잡곡밥을 먹는 것이 좋다는 것은 누구나 아는 사실이지만 매 끼니마다 밥을 한 숟가락만 먹고는 살 수 없는 것과 같습니다.

                                 [광질(빛의 색) 또는 광 파장이 식물 생장에 미치는 영향]

이와 같이 Indoor Farm(식물공장) 내의 빛(광) 환경관리는 광(빛) 강도와 광질(빛의 색 : 파장)을 기준으로 재배하려는 식물에 적합한 조명설계와 관리를 하면 됩니다.