1. 개요
□ 연구목적
◯ 텔레비전 드라마나 영화에서 보면 임신한 아내가 남편에게 음식 심부름을 시키는 장면에서 착안
◯ 제철이 아닌 과일 같은 경우, 그 과일을 사기 위해 들이는 수고를 줄이기 위해서 실내에서 제철이 아닌 작물을 재배할 수 있는 방 법 개발 시도
◯ 재배 방법으로는 실내에서 손쉽게 재배가 가능한 수경재배법으 로 결정
□ 연구범위
◯ 연구 주제인 “여보!! 딸기가 먹고 싶어요!!”는 LED조명을 이용 한 수경재배법 개발을 그 목표로 함
◯ 과학 및 기술·공학 요소가 결합한 융합과학 분야
◦ 과학적 요소
∘ 식물이 광합성을 할 때 필요한 빛의 파장 및 세기에 관한 정보 수집 및 논문조사
∘ 실험 시 키울 식물의 재배시기, 환경 및 재배법 조사
∘ 실내에서 식물을 기르기에 적합한 수경재배기에 대한 연구
◦ 기술·공학적 요소
∘ 실험 중 LED조명이 아닌 다른 광원의 영향을 받지 않기 위해 서 박스를 쌓아 테이프로 고정시켜 암실을 제작
∘ 키트 자체의 단점을 보안하기 위해 새로운 키트를 제작
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
◯ LED 조명
◦ 전기로 빛을 발하는 LED 소자를 이용한 조명 방법
◦ 갈륨을 포함한 Ⅲb-Ⅴ b속 화합물 반도체의 단순 결정을 이용
◦ N형 반도체 결정과 정공이 단체가 되는 P형 결정이 단결정으로 서 결정격자의 주기성을 교란하지 않은 채 인접한 구조를 갖는 반도체 소자
◦ 순방향으로 전류를 흘리면 P측에서 정공이, N측에서 전자가 공급
◦ 접합부 부근에서 전자와 정공이 재결합하여 입자가 가지고 있 던 에너지를 빛으로 방출
◦ 여러 가지 파장(색)이 얻어지며, 동작전압이 낮고 IC구동이 용이 하며 응답이 빠름
◦ 긴 수명으로 신뢰성이 높고 소형에다 비용이 저렴함
◦ 가장 많이 사용되고 있는 LED는 GaP 적색 LED (파장700㎚)이 고, GaP 녹색 LED, GaAlAs의 황색에서 오렌지색, GaAlAs 적색 LED 등이 있음
◯ LED의 발광원리
◦ 일렉트로 루미네센스 효과(EL효과)
∘ 물질에 전계를 가하였을 때 그 전계로부터 자극을 받아 물질이 발광하는 현상
◦ 전자를 가진 에너지를 직접 광 에너지로 변환하여 발생
◦ 거시적으로는 열이나 운동은 필요하지 않음
◦ 전극에서 반도체에 주입된 전자와 정공은 다른 에너지 대가 흘
러 PN접합부 부근에서 금지대를 넘어서 재결합
◦ 재결합 시에는 거의 금지대 폭에 상당하는 에너지가 광자, 즉 광으로서 방출
◦ 방출되는 가의 파장은 재료의 금지대 폭에 따라 결정되고 기본 적으로 단일색으로 방출
◦ 각종 중간색은 청색 또는 자색과 자외선을 발하는 발광 다이오 드의 표면에 형광 도료를 도포
◦ 전기적 특성으로는 다른 일반적 다이오드와 같이 극성을 가지 고 있으며 캐소드에 대하여 애노드에 정전압을 가하여 사용하 는 것이 있음
◦ 어떤 전압을 넘으면 전압 상승에 대하여 전류의 증가가 급격해 져 전류량에 대하여 발광
◦ 이 전압을 순방향 강하 전압이라고 하며 일반적인 실리콘 다이 오드와 비교하여 발광 다이오드는 순방향 강하전압이 높음
◯ LED 광원 선택 이유
◦ LED는 형광등이나 백열등 등 다른 광원과 달리 불필요한 자외 선과 적외선을 포함하지 않는 광으로 적외선이나 자외선에 민 감한 문화재나 생물 등을 해하지 않는 광원
◦ 그리고 점등과 동시에 최대 광량이 얻어져 사용하기 좋고 LED 의 발광원리를 이용하여 색의 기본요소인 적색, 녹색, 청색에 백색까지 다양한 색의 빛을 만들 수 있음
◦ 기존 조명기구보다 에너지를 획기적으로 줄일 수 있고, 수명도 일반 조명에 비해 4~5배 길며, 형광등처럼 수은 등 유해물질을 전혀 사용하지 않기 때문에 친환경적인 제품으로 인식
◯ 식물의 실내재배
◦ 실내재배는 옥내에서 식물을 키우는 것으로 식물이 외부에서
느끼는 모든 환경을 비슷하게 재현할 필요성이 있음
◦ 식물이 잘 자라기 위해서는 빛, 온도, 습기, 흙 그리고 신선한 공기와 같은 중요한 요소들이 필요함
◦ 실내에서 자라는 식물은 이 네 가지 요소에 있어서 모두 부족하 거나 치명적인 결핍이 일어날 수밖에 없고, 그로 인해 수명이 단축되고 바깥 환경에서 자라는 식물보다 좀 더 쉽게 죽을 가능 성이 많음
◦ 실내에서 식물을 키우려면 이런 단점의 요소를 어떻게 최대한 극복해주느냐가 큰 관건임
□ 연구주제의 선정
◯ 연구 테마 선정
◦ 동아리 시간을 활용하여 실생활에 관련된 주제를 모색하던 중, TV 드라마나 영화에서 보던 장면에서 착안
◦ 제철과일이 아닌 상품을 편하게 공급받을 수 있는 방법에 대해 토론하기 시작
◦ 하우스 재배 및 다양한 재배법에 대한 조사 시작
◦ 실내에서 식물을 재배하는 실험을 하는 것으로 결정
◯ 연구 주제 및 계획 수립
◦ 집에서 겨울철에 화분 및 작물을 재배할 때 주택 구조나 고층 건물로 인한 일조권 침해 등으로 빛이 부족하여 고사하는 경우 를 발견
◦ 실내 재배의 다양한 요건을 분석하던 중 LED조명을 활용한 실 내재배 kit와 실내재배법에 대한 다양한 선행 연구 조사
◦ 실내 재배에 LED를 활용하고 있으나 파장에 따른 작물의 성장 에 관련된 체계적인 연구 결과가 없음
◦ 식물과 빛의 파장의 연관 관계를 분석, 1차적으로 제작된 키트 를 사용해 재배를 해보고, 단점을 보완한 맞춤 재배 kit의 개발 결정
◦ 실내 수경재배에 알맞고 제철이 아니면 구하기 어려운 작물을 찾던 중 실험 주제를 딸기를 키우는 것으로 정함
◯ 태양광과 LED
◦ LED 조명은 전기 에너지를 소모하므로 태양광원을 활용하는 것이 가장 효율적이지만 실내 재배 시 원하는 만큼의 태양광원 을 모으는 것이 어렵다는 점을 발견
◦ LED 조명과 태양광을 동시에 활용할 수 있는 방법에 대한 연구 병행
◦ LED 조명과 태양광을 동시에 활용하기 전에 LED 조명만의 성 능을 찾아보기 위해 암실을 제작하여 실험할 것을 계획
◦ 겨울철 실내 재배에 부족하기 쉬운 태양 광원을 대체할 광원을 찾고 식물을 안정적으로 재배할 수 있는 인공 광원의 세기와 종 류를 분석하여 효율성을 극대화 할 수 있는 실내 재배 kit의 개 발
◦ 실내에서 제철이 아닌 식물을 심어 사시사철 공급받을 수 있도 록 하는 것에 초점을 두어 주제를 결정
◦ 실내에서 식물을 키우는 것에 대한 기초적 조사를 마친 뒤 수경 재배로 식물을 기르기로 결정
◦ 실내에서 부족한 빛 에너지를 충족시켜주기 위해 LED전등을 이용하기로 함
◦ LED전등을 이용한 다양한 논문 조사 시작
◯ 시작하기 전 실험의 변인 찾기
◦ 시작하기 전, 생명과학 선생님이신 배혜영 선생님께 자문을 구
하여 통제변인과 조작변인을 어떤 것으로 선정해야 할지에 대 하여 자문을 구하였음
◦ LED조명으로 식물을 키울 때 우리가 조작 할 수 있는 범위 내 에서 실험을 설계하기 위해 빛의 세기, 파장 등을 바꿔보기로 하였음
◦ 빛의 세기는 실험하기에는 측정하기에 너무 부정확한 결과가 나올 것이라는 의견들이 나와 빛의 파장에 따른 실험을 진행하 기로 계획함
□ 연구 방법
◯ 수경재배
그림 1. 수경재배기
수경재배기는 두 개의 층, 네 개의 재배 필드, 16개의 포트로 이루어져있다. 양액 통(그림에서의 연두색 통)에는 펌프가 들어있고, 펌프가 양액을 윗층으로 올려 준다. 위층으로 올라간 양액은 아래층으 로 내려가고 아래층에서 양액은 다시 양 액 통으로 들어간다.
◯ 식물을 수경재배기에 심는 방법
◦ 모종에 묻어있는 흙을 물을 받아 살살 털어내듯이 씻은 뒤에 포 트에 옮겨 뿌리를 고정시킬 난석을 넣음
◦ 포트는 아래가 물이 흐를 수 있도록 뚫려있음
◯ 양액의 농도
◦ 최초에 양액을 6L에 A제 12mL와 B제 10mL를 넣어 사용
구분 성분 및 함유량
A제 질소13%, 가리21%, 붕소0.2%, 망간0.07%, 아연0.007%, 칼슘14%
B제 질소8.5%, 인산9.5%, 가리22%, 고토5%, 0.35%)
◦ 양액의 농도가 짙은 것에 문제가 있음을 파악한 후에는 수경재 배 전문가에게 자문을 구하여 10L의 물에 A제 6mL와 B제 5mL 를 넣어 사용
◯ 식물의 길이 측정법
◦ 딸기모종의 아주심기시기와 실험시기가 맞지 않아 딸기 모종을 구할 수 없어 시기가 서로 맞는 새로운 식물 모종을 탐색
◦ 상추는 3~4월에 파종을 하여 4~5월에 아주심기를 하는 작물로 이모작이 가능하여 구하기 쉬운 모종이기 때문에 실험에 적합 하다고 판단
◦ 오이는 5, 6, 7월 세 번에 걸쳐 아주심기가 가능하고 쉽게 구할 수 있었기 때문에 실험 작물로 선택
◦ 치커리, 쪽파 등의 식물도 위의 두 작물과 마찬가지로 구하기 간편하고 재배시기가 알맞으며 실내에서 실험하기에 크기가 적 합하여 실험 작물로 선택
사진
측정 방법
가장 큰 잎의 가운데 잎 맥의 길이를 측정
(사진의 빨간 선)
곧게 뻗은 잎 중 가장 긴 잎의 길이를 측정
흙에 심어진 부분부터 가장 위에 있는 잎의 끝 부분을 일직선상으로 본 길이
측정
대상 오이, 상추 쪽파, 치커리 나머지 모든 식물
◯ 통풍
◦ 암실의 벽에 구멍을 뚫어 해결
∘ 빛의 출입을 막기 위하여 박스의 안쪽에는 큰 구멍을 뚫고, 박 스의 바깥쪽에는 송곳으로 미세한 구멍을 뚫어 빛의 출입은 막 고 통풍은 가능하게 하였음
◦ 암실의 윗벽을 박스에서 암막커튼으로 교체
∘ 암막커튼이 너무 무거워 차단막으로 교체
◯ 자문
◦ 연구원 자체 회의 결과
∘ 시행착오에 및 해결책 탐색
∙ 박스 벽이 천장 벽의 무게를 견디지 못하여 가라앉아 천장 벽 을 대체할 것을 탐색
∙ 수학과학체험전에 썼던 암막커튼을 이용하여 천장 벽 교체
∙ 후에 커튼 역시 무거워서 비닐 차단막을 구입하여 교체
∙ 키트의 호스 연결 부분이 부실해서 학교를 비웠던 주말 동안 에 누수가 되어 콘센트에 물이 들어가 누전사고 발생
∙ 새어나온 물이 박스 벽에 스며들어 박스를 모두 교체
∙ 호스와 이음새를 테이프로 감아 2차 누수방지
∙ 매일 아침 누수상태 체크
◦ 실험을 시작 전, 배혜영 선생님께 자문
∘ 통풍의 문제를 해결
∙ 박스에 안쪽에는 큰 구멍을, 바깥쪽에는 미세한 구멍을 뚫어 통풍효과 증진
∙ 시간간격을 정하여 환기를(쉬는시간 활용)
∘ 잎의 끝이 마름
∙ 습도를 유지하기 위해 젖은 수건이나 물 컵을 갖다 놓음
∙ 자연가습으로는 습도 조절이 어려워 가습기를 통해 습도 조절
◦ 수경재배 전문가에게 자문
∘ 수경재배 방법 및 양액 합성법
◦ 식물을 씻을 때는 뿌리가 다치지 않게 하기 위해서 흐르는 물이 아닌 고여 있는 물에 살살 흔들어 재배기에 심음
◦ 양액의 농도가 너무 짙어서 식물의 성장을 방해
∘ 적절한 농도는 물20L에 A제 12mL, B제 10mL
□ 연구 활동 및 과정
◯ 가설 설정
◦ 온도 및 습도는 상대적으로 조절하기 쉬우나 광원은 형광등으 로 한계가 있어 실내재배시 가장 조절하기 어려운 요소임을 확 인
◦ 최근 LED를 활용하여 실내 재배 kit을 제작하여 판매중
◦ LED를 활용한 선행연구 조사를 통해 실내재배에 활용하면 다 양한 효과를 얻을 수 있을것으로 추정
◦ “LED를 사용하면 더 빨리 식물을 자라게 할 수 있을 것이고 빛의 색에 따라 성장도가 다를 것이다.” 라는 가정을 세웠음
◯ 5월 활동 내역
◦ 역할분담 및 활동내용
∘ 선행연구 탐색
∙ 적색광
- 광합성 촉진, 발아 조절, 개화 조절, 입면적 확대, 과실의 당 도 향상, 생화수명 연장
∙ 청색광
- 광합성 촉진, 형태형성 조절, 웃자람 방지, 굴광성, 버섯류 자실체유도, 착색
∙ 혼합광(Red+Blue)
- 태양광 대체, 건실한 식물 성장
∘ 수경재배
∙ 수경재배가 가능한 식물
- 수염뿌리로 되어 있는 외떡잎식물들
(튤립이나 히아신스, 수선화와 같은 구근류나 파인애플과 같 은 과수류, 토란, 고구마, 양파, 콩나물과 같은 채소류, 베고 니아, 바이올렛, 제라늄, 메리골드와 같은 화초류, 페레로미 아, 아이비, 행운목과 같은 관엽류 등
∙ 논문을 검색하여 다른 연구의 결과와 과정을 보고 실험 계획 의 뼈대를 잡고, 기존 실험들과 우리의 실험방법에 ‘빛의 파 장, 알맞은 Kit 제작’ 등을 차이점으로 둘 지 생각하였다.
∘ 재료 조사
∙ 시장 조사 후 후보를 정해 가격과 성능을 논문을 조사한 조의 실험 계획을 보고 비교한 후 LED색의 변화가 가능한지에 대 해 알아본 뒤에 가격 및 활용도가 가장 적절한 상품으로 구입
구분 5월 (운영) 6월 (계획)
활동 내용
두 개의 조로 역할분담 (선행연구 탐색 및 재료조사)
실험 설계에 맞는 키트를 구입 실험 장소를 선정
◯ 6월 활동 내역
◦ 중간고사와 모의고사로 인하여 연구 활동을 할 시간이 부족
◦ 1차 실험을 바로 시작하지 못하고 실험을 하기 위한 실험 환경 을 만드는 준비단계
∘ 실험 장소를 지구과학 준비실과 학교 신관 옥상, 3층 베란다, 본관 지하실 등으로 하자는 의견이 나왔으나 그 중 키트에 맞 는 장소로는 공간이 넓고 실내에서 키운다는 주제에 맞는 장소 인 지구과학 준비실로 결정
∘ 수경재배 kit가 실험에 알맞은지 알아보기 위해 간이실험을 실시
∘ 키트에 알맞다고 판단되어 수경재배 kit를 추가
◦ 실험 환경 조성(암실 제작)
∘ 박스를 조립하여 암실을 제작
∘ 수경재배 kit는 암실에 3개를 배치(적색광, 청색광, 적청 혼합광)
∘ 대조군으로 1개 kit은 암실 밖에서 태양광으로 재배
그림 2 대조군(자연광) 실험 kit
∘ LED등은 타이머를 활용 12시간 간격으로 발광
그림 3 수경재배 kit 그림 4 실내 암실제작
구분 6월 (운영) 7월 (계획)
활동 내용
실험 장소 선정
수경재재 kit 적절성 테스트 실험 환경을 조성하였음
1차 실험을 시작
◯ 7월 활동내역
◦ 1차 실험 시작
∘ 식물의 모종을 구하기 위하여 근처 농원에서 오이와 청상추를 구입하고, 인터넷으로 딸기와 방울토마토를 주문하여 모종을 준비한 뒤 학교 수돗가에서 흐르는 물에 모종을 씻고, 모종을 심는 컵에 뿌리를 넣고 난석을 채워 재배기에 결합
그림 5 난석을 넣어둔 포트 그림 6 식물을 심는 모습
∘ 양액은 6L에 A제 12mL와 B제 10mL를 넣어 제조
∘ 1주일 후, 모든 식물이 축 처지고 잎이 말라 죽어있었다.
◦ 1차 실험 문제 해결
∘ 통풍이 문제점이라고 파악
∙ 암실 벽에 통풍이 가능하도록 구멍을 뚫고, 주기적으로 창문 을 열어 통풍에 도움이 되도록 함
∙ 구멍은 빛이 들어오지 못하게 하기 위해 안쪽은 크게, 바깥쪽 에는 미세한 구멍으로 통풍문제 해결
그림 7 통풍을 위한 구멍을 뚫은 암실
구분 7월 (운영) 8월 (계획)
활동 내용
1차 실험을 진행함
1차 실험 도중 발생한 문제를 해결
(통풍을 위해 구멍을 뚫었음) 2차 실험을 시작
◯ 8월 활동내역
◦ 2차 실험 시작
∘ 오이, 청상추, 시금치, 양배추의 모종을 구매하여 1차 실험과 동일하게 실험 실시.
∘ 실험 도중 주말 동안에 호스의 연결이 빠져 물이 누수 되어 누 전이 되는 사고가 발생
∘ 누수 사고로 인해 이틀 동안 빛을 받지 못하고 물의 순환이 이 루어지지 않은 식물들은 모두 죽어버렸고, 암실이 물에 손상을 입음
◦ 2차 실험 문제 해결
∘ 누수 되는 사고를 방지하기 위하여 호수를 틈새 없이 잘 맞추 고, 접지 테이프로 단단하게 고정
∘ 암실의 무너진 젖은 박스들을 새 박스들을 교체
◦ 3차 실험 시작
∘ 청상추, 적상추, 쪽파, 시금치의 모종을 구매
∘ 기존 실험과 동일하게 식물을 재배(양액의 농도도 유지)
∘ 1주일 후 1차 실험과 마찬가지로 쪽파를 제외한 식물이 고사
∘ 실험 방법에 문제가 있음을 깨닫게 되는 계기가 됨
∘ 실험 도중에 암실의 천장이 무너지는 사고 발생
◦ 3차 실험 문제 해결
∘ 수경재배 전문가에게 자문을 구함
∘ 식물의 뿌리를 씻을 때는 고인 물에 살살 흔들어 씻음
∘ 양액의 농도가 너무 진하여 식물이 고사함
구분 자문 전 실험내용 자문 내용
내용 물 6L, A제 12mL, B제 10mL 물 20L, A제 12mL, B제 10mL
∘ 실수를 반복하지 않기 위하여 모의실험을 결정
∘ 박스천장이 너무 무거워 무너진 점을 개선하기 위해, 암실 내 부에 박스 기둥을 하나를 더 제작
구분 8월 (운영) 9월 (계획)
활동 내용
2차, 3차 실험 실시
실험조건 확인 및 변경 모의실험 및 4차 실험 실시
그림 8 차단막을 설치한 암실
◯ 9월 활동 내역
◦ 모의실험 시작
∘ 모종의 뿌리는 고인 물에 살살 흔들어 씻어냄
∘ 의문을 가지던 부분인 통풍과 양액의 농도를 확인
구분 실내암실 실외암실
재배작물 상추
LED 적색광, 청색광 (12시간 주기) 양액 물 20L, A제 12mL, B제 10mL
통풍여부 원활하지 않음(예상) 원활함
∘ 모의실험 결과
∙ 64개의 상추는 1주일이 지난 후 재배상태 양호
∙ 통풍에는 문제가 없음을 확인
∙ 적상추, 쑥갓, 치커리, 쪽파로 4차 실험을 진행
◦ 4차 실험 시작
실험에 앞서 암실의 천장을 통풍이 원활하게 이루어 지도록 암막커튼으 로 교체
후에 교체 건의를 받아 비닐차단막 으로 교체
∘ 적상추, 쑥갓, 치커리, 쪽파의 모종을 구매
∘ 양액 농도는 10L에 A제 6mL, B제 5mL를 투입
∘ 농도측정기로 정확하게 측정 4개의 키트의 양액 농도 통제
∘ 식물을 대체로 싱싱하게 키울 수 있었지만 적상추는 구입할 때 부터 상태가 좋지 않아 금방 죽음
∘ 쪽파, 치커리, 쑥갓은 실험을 마칠 때까지 상태 양호
구분 9월 (운영) 10월 (계획) 활동
내용
모의실험 실시
- 양액농도, 통풍 문제 해결 4차 실험 시작
4차실험 결론 도출 실험 데이터 종합 최종실험(딸기) 준비
◯ 10월 활동 내역
◦ 4차실험 결론 도출 및 데이터 종합
∘ 쪽파
구분 9월 21일 9월 23일 9월 25일 9월 27일 9월 30일
자연광 20 22 23.5 24 25.5
적색광 22 25 25.5 25.5 26
청색광 24 26 28 28 28.5
적청 혼합광 20 21 22 22 22
단위 : cm
0 10 20 30 40
길이
처음 9/23 9/25 9/27 9/30 날짜
22.5 20.5 21
19 20
27.5 26.5 27
24 25.5
28 28.5 28 28
25 24 25 26
20 22
자연광 적색광 청색광 적청 혼합광 쪽파
∘ 쑥갓
쑥갓 9월 21일 9월 23일 9월 25일 9월 27일 9월 30일
자연광 11.5 12 13.5 14 15
적색광 13 15 16 16 18
청색광 12 16 19 19.5 20
적청 혼합광 12 15 15.5 17 19
단위 : cm
0 5 10 15 20 25
길이
처음 9/23 9/25 9/27 9/30 날짜
17 19 15 15.5
12
19.5 20 19
16 12
16 18 15 16
13 13.5 14 15
11.5 12
자연광
적색광
청색광
적청 혼합광
쑥갓
∘ 치커리
구분 9월 21일 9월 23일 9월 25일 9월 27일 9월 30일
자연광 20 22 24 25 26
적색광 25 28 28 28 28.5
청색광 24 25.5 26.5 27 27.5
적청혼합광 19 20 20.5 21 22.5
단위 : cm
0 5 10 15 20 25 30 35
길이
처음 9/23 9/25 9/27 9/30 날짜
21 22.5 20.5
19 20
27 27.5 25.5 26.5
24
28 28.5 28
28
25 24 25 26
20 22
자연광 적색광 청색광 적청 혼합광 치커리
◦ 2학기 중간고사와 수학여행으로 인하여 시간이 부족한 관계로 실험을 더 해보지 못하고 최종실험을 실시
∘ 연구의 타겟 식물이였던 딸기를 재배
∘ 이전 키트의 불편한 점을 보완하여 새로운 키트 제작
∘ 이전 키트의 불편한 점
∙ 호스가 투명하지 않아 막히는 게 보이지 않음
∙ 이동이 불편하고 양액의 상태 확인이 어려움
∙ 이음새가 파손이 잘되어 누수의 위험이 있음
∙ 식물에게 같은 수준의 양액 전달이 어려움
∘ 새로운 키트 제작
∙ 바퀴가 달려 이동이 가능
∙ 하고 내부가 잘 보이는 투명한 플라스틱 통에 키트를 제작했
∙ 고체형 양액이 잘 녹지 않아 액체형 양액으로 바꾸어 A제 30mL, B제 30mL로 교체
∙ 파이프를 통한 양액 전달법에서 양액 위에서 재배하는 것으 로 변경
그림 12 새로 제작된 kit 그림 13 새로 제작된 kit에 심어진 딸기모종
◯ 실험 과정 중 문제와 해결
◦ 1차 실험 문제 : 양액의 농도가 높아 식물들이 죽었으나 조명의 양과 뿌리의 약함 등으로 문제를 인식하여 해결을 제대로 해내 지 못한 채로 2차 실험을 진행함과 동시에 시기를 놓쳐 더 이상 딸기의 모종을 구하지 못하게 됨
◦ 2차 실험 문제 : 1차실험과 동일하게 양액의 농도가 높아 식물 들이 죽었으나 통풍이 덜 되는 것만으로 문제를 인식하여 암실 천장 박스를 제거하고 암막커튼으로 대신하여 빛을 차단한 채 3차 실험을 진행
◦ 3차 실험 문제 : 1, 2차 실험 실패 원인이 조명이 아님을 알게 되어 문제점을 찾아내기 위해 모의실험 구상. 모의실험은 실험 장소와 양액의 농도가 알맞은지에 대한 실험으로 설정
◦ 모의실험 : 1, 2, 3차 실험에서의 실패 원인은 양액의 농도가 지 나치게 짙어 식물에게 오히려 안 좋은 효과가 났음을 알게 되었 고, 통풍이 잘되는 환경에서 성장률이 미세하게 좋아졌음을 알 게 되어 4차 실험을 진행하기 위해 암실을 통풍이 잘되게 천장 을 제거하고 인삼밭 등에 사용하는 비닐차단막을 씌움
◦ 실패한 대표적 원인들
∘ 양액 농도 : 수경재배 키트 구입처에 전화를 통하여 양액의 농 도가 높아 식물들이 쳐지고 죽는다는 것을 알게 되었고, 양액
농도 측정기를 구입해 같은 실수를 막음
∘ 수경재배 kit 보완 : 호스와의 연결 틈이 빠지거나 물이 새서 누 전 사고가 일어나기도 하여 호스와 이음새를 고무테이프로 단 단히 붙이고 후에 새로운 키트를 만들 때 참고하기로 결정
∘ 온도와 통풍 : 1, 2, 3차 실험 기간이 한여름이라 암실의 온도가 실외의 온도보다 비정상적으로 높아 창문을 열어줌으로써 통풍 을 원활하게 조절하려 하였으나 부족한 점을 발견하여 암실의 천장을 박스에서 암막커튼으로, 암막커튼에서 비닐 차단막교체 하고 입구 반대편에 맞바람이 들어올 수 있도록 출구를 제작 3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
◯ 4차 실험 결과 비교
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
성 장 된 길 이
치커리 쑥갓 쪽파
날짜
2 7
2.5
4.5 8
3.5 4
5
3.5
5.5
3.5 6
자연광 적색광 청색광 혼합광
식물 성장 비교구분 치커리 쑥갓 쪽파 비고
자연광 6 3.5 5.5 치커리가 우수
적색광 3.5 5 4 쑥갓이 우수
청색광 3.5 8 4.5 쑥갓이 우수
혼합광 2.5 7 2 쑥갓이 우수
비고 자연광이 우수 청색광이 우수 자연광이 우수
단위: cm
◯ 자연광을 제외하면 치커리에서는 적색광과 청색광이 가장 높은 성장률을 보였고, 쪽파와 쑥갓에서는 청색광에서의 성장률이 가 장 좋았다. 시중에서는 적청 혼합광이 가장 태양광과 흡사하다고 하나 우리의 실험에서의 적청혼합광의 성장률은 그리 좋은 편이 아니었다. 우리는 단기간의 실험만으로 이러한 것들을 판단했기 때문에 청색광이 단기적인 성장에는 가장 효과적이라고 생각한 다. 그리고 시중에서 판매되고 있는 키트는 실내에서의 사용이 적합하나 보완이 필요하다. 일단 LED등을 태양광과 같이 사용해 야 할 것이고, 실내에서 장기간 식물을 기르기에는 키트가 부실 하기 때문이다. 키트의 부실함은 우리의 두 번째 실험 때 키트를 새로 제작해서 보완할 예정이다.
□ 시사점
◯ 처음 실험 목적은 실내에서의 부족한 광원을 보충하기 위한 대책 으로 LED의 효율성 여부를 파악
◯ LED만의 효능 및 효율성을 찾기 위해 햇빛을 대조군으로 설정해 암실에서 LED만을 사용해서 식물을 재배함
◯ 결과에서는 대조군인 햇빛에서 키운 모종의 성장률이 가장 좋았 는데 추후 실내에서 다소 부족한 햇빛에 LED를 같이 쓰면 더 좋 은 성장률을 보일 수 있을 것으로 예상
◯ 연구 활동을 진행하면서 다사다난한 반년을 보냈다. 모두들 처음 해보는 연구 활동이고, 연구 수행에 필요한 배경지식도 없었기에 아주 사소한 일들부터 누전에 이르기까지 많은 시행착오를 겪었 던 것 같다. 가장 기억에 남았던 일은 제일 큰 사건이었던 신관 전체를 누전시킨 일이었다. 그 전에도 호스가 빠져 물이 새는 일 이 자주 있었지만 누전이 될 줄은 꿈에도 몰랐기 때문이다. 퓨즈 가 나갔기에 큰 피해는 없었으나 자칫 잘못하면 화재가 발생할
수도 있었던 위험천만한 상황이었다. 또, 여러차례 모종을 사오 고, 씻고, 심는 일을 수없이 반복해도 식물이 제대로 성장하지 못 했던 것이 가장 아쉬웠던 일이었다. 더 장기적으로 실험을 해서 결과를 내고 싶었지만 이러한 이유 때문에 짧은 기간 동안만의 결과를 내게 되었다. 이 밖에도 박스가 내려앉거나 박스를 만들 기 위해 청테이프를 사는데 학교 앞에 있는 문방구의 모든 청테 이프를 다 사고도 모자랐을 때 등 많은 사소한 일들이 있었다.
◯ 연구 활동을 하면서, 우리는 연구 기간 동안 거의 매일 학교가 끝 나고 늦은 시간까지 모여 연구 활동을 했고, 날이 더운 여름방학 에도 식물에 영향이 가게 하지 않기 위해 에어컨도 못키곤 했다.
또, 주말이나 수업이 없는 날까지도 아침 일찍 학교를 와서 식물 을 보살피기도 했으며 시험기간에도 학업에 전념하지 못하고 식 물들에게 신경을 빼앗기곤 했다. 이렇게 나열하자면 끝도 없는 힘든 시간의 연속이었지만, 우리는 힘들었다는 생각 보다는 이런 연구를 하게 되어서 기쁘고 뿌듯하다는 생각이 먼저 든다. 또, 함 께했던 친구들과 지원을 아끼지 않으신 선생님 분들께 감사한 마 음이 들었다.
□ 홍보 및 사후 활용
◯ 홍보
◦ 연구의 보고서를 딸기 실험결과까지 포함하여 완성 후 학교 홈 페이지에 게시
◦ 학교에서 이루어지고 있는 다른 R&E연구과제 진행 연구팀과 함께 토론회 개최 발표대회 예정
◦ 인터넷 블로그, 까페 등을 이용하여 실내에서 식물을 재배할 수 있다는 내용의 포스트를 작성
◦ 자료집을 제작하여 포트폴리오로 활용
◯ 사후 활용
◦ kit를 개량하여 쉽고 대량의 실내재배가 가능한 재배kit 제작
◦ 내년 동아리 시간을 활용하여, 거울 반사를 이용해 LED의 빛을 모아 키운 식물이 더 잘 자랄 수 있는지를 연구 해볼 예정 5. 참고문헌
□ 식물 LED의 색상과 파장 변화에 따른 식물 성장 비교 연구 - 이장원 외 2명 / 한국 조명 ․ 전기 설비학회
□ 파장별 LED광이 딸기의 생장 특성과 생리 활성 물질 형성에 미치 는 효과
– 최효길 외 3명 / 한국원예학회
□ 태양광 전력과 LED 파장조절 시스템을 이용한 식물생장 평가 – 정인성, 강성환, 이범수, 김종일 / 한국태양에너지학회
□ LED 보광이 파프리카(Capsicum annuum ‘Cupra’) 생육에 미치 는 영향
- 안철근 외 6명 / 한국생물환경조절학회
□ 내 식물에게 무슨 일이 일어났을까 - 데이비드 디어도르프 / 김영사
