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2018년 2월 석 사 학 위 논 문

지능형 스마트 식물 재배기 개발에 관한 연구

조 선 대 학 교 대 학 원

기 계 공 학 과

윤 충 만

지능형 스마트 식물 재배기 개발에 관한 연구

A Study on the Development of Intelligent Smart Plant Cultivator

2018년 2월 23일

조 선 대 학 교 대 학 원

기 계 공 학 과

윤 충 만

지능형 스마트 식물 재배기 개발에 관한 연구

지도교수 정 상 화

이 논문을 공학 석사학위 논문으로 제출함.

2017년 10월

조 선 대 학 교 대 학 원

기 계 공 학 과

윤 충 만

윤충만의 석사학위논문을 인준함

2017년 11월

조선대학교 대학원

목 차

LIST OF TABLES ··· Ⅲ LIST OF FIGURES ··· Ⅳ ABSTRACT ··· Ⅵ

제 1 장 서 론

¹

제 1 절 연구 배경 및 목적

···1

제 2 절 연구 동향

···3

제 3 절 연구 내용 및 방법

···5

제 2 장 지능형 스마트 수경재배 시스템

···6

제 1 절 수경재배 시스템 제작

···6

제 2 절 지능형 수경재배기 On-off제어

···12

제 3 절 도광판 성능 분석

···15

제 3 장 연구 내용

···17

제 1 절 지능형 스마트 식물재배기 제작

···17

제 2 절 품종별 재배 환경 조사

···19

제 4 장 식물재배기를 이용한 작물 재배

···23

제 1 절 청상추 재배

···23

1. 재배 실험 ···

24

2. 재배 실험 결과 비교 ···

35

제 2 절 쑥갓 재배

···37

1. 재배 실험 ···

38

2. 재배 실험 결과 비교 ···

44

제 5 장 결 론

···46

【참고 문헌】

···48

LIST OF TABLES

Table 2-1 Specification of underwater pump ··· 9

Table 2-2 Specification of hydroponics cultivation system ··· 10

Table 3-1 Cultivation conditions of each crop ··· 22

Table 4-1 Nutrient A component ··· 23

Table 4-2 Nutrient B component ··· 23

Table 4-3 Cultivation condition of blue lettuce ··· 35

Table 4-4 Cultivation condition of crown daisy ··· 44

LIST OF FIGURES

Fig. 1-1 Hydroponic cultivation area trend ··· 3

Fig. 2-1 Monitoring and control concept of hydroponics cultivation system · 6 Fig. 2-2 Flow chart of monitoring system ··· 7

Fig. 2-3 Schematic diagram of hydroponics cultivation system ··· 7

Fig. 2-4 On-off control of underwater pump ··· 8

Fig. 2-5 Flow chart for on-off control of underwater pump ··· 9

Fig. 2-6 Photograph of hydroponics cultivation system ··· 11

Fig. 2-7 Front panel of monitoring and control system ··· 12

Fig. 2-8 Sensing program ··· 13

Fig. 2-9 Data saving program ··· 13

Fig. 2-10 On-off program of under water pump and solenoid valve ··· 14

Fig. 2-11 On-off program of fan ··· 14

Fig. 2-12 Light plate pattern drawing for LED ··· 15

Fig. 2-13 Light plate for LED ··· 16

Fig. 2-14 Luminous intensity distribution chart ··· 16

Fig. 3-1 Design drawings of hydroponics cultivator ··· 17

Fig. 3-2 Hydroponics cultivator with sensors ··· 18

Fig. 3-3 Annual growth period for each plant species ··· 21

Fig. 4-1 1st Cultivation experiment data ··· 24

Fig. 4-2 1st Blue lettuce in cultivator ··· 25

Fig. 4-3 2nd Cultivation experiment data ··· 26

Fig. 4-4 2nd Blue lettuce in cultivator ··· 27

Fig. 4-5 2nd Growth of blue lettuce ··· 28

Fig. 4-6 3rd Cultivation experiment data ··· 29

Fig. 4-7 3rd Blue lettuce in cultivator ··· 30

Fig. 4-8 3rd Growth of blue lettuce ··· 31

Fig. 4-9 4th Cultivation experiment Data ··· 32

Fig. 4-10 4th Blue lettuce in cultivator ··· 33

Fig. 4-11 4th Growth of blue lettuce ··· 34

Fig. 4-12 Growth curve of blue lettuce ··· 36

Fig. 4-13 CO2 and temperature data of 1st-2nd cultivation ··· 38

Fig. 4-14 1st Cultivation experiment data ··· 39

Fig. 4-15 2nd Cultivation experiment data ··· 39

Fig. 4-16 1st Crown daisy in cultivator ··· 40

Fig. 4-17 2nd Crown daisy in cultivator ··· 40

Fig. 4-18 CO2 and temperature data of 3rd-4th cultivation ··· 41

Fig. 4-19 3rd Cultivation experiment data ··· 42

Fig. 4-20 4th Cultivation experiment data ··· 42

Fig. 4-21 3rd Crown daisy in cultivator ··· 43

Fig. 4-22 4th Crown daisy in cultivator ··· 43

Fig. 4-23 Growth curve of crown daisy ··· 45

ABSTRACT

A Study on the Development of Intelligent Smart Plant Cultivator

Yoon, Chung Man

Advisor : Prof. Jeong, Sang-Hwa, Ph.D.

Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Chosun University

In order to improve global environmental pollution and international food shortage

problems, smart farming has been actively studied recently. In particular, combined studies

on the enhancement of crop yield, improvement of crop quality, and minimization of

agriculture environmental management costs have been conducted in order to improve

international food shortage issues and the self-sufficiency of agricultural products. Such

studies were to intelligently control environmental conditions such as light, temperature,

humidity, and CO2 concentration, as well as the composition of culture media. It is

expected that large economic effects from agricultural products grown in a controlled

cultivation setting would be seen in the organic food market, which has been growing

continuously since 2000. The organic food market has grown from 15 billion dollars in

1990 to 80 billion dollars in 2014, corresponding to an 5.3-fold increase. In such a huge

market, the agricultural technology in individual units and the application of smart farm

technology is anticipated to bring large profits; thus, many studies have been promoted.

In this study, a closed hydroponics device was designed and fabricated in order to grow

and harvest plants in a small space for safe consumption, which enables horticultural

activities that are difficult to perform due to space constraints from urbanization. This device

also aimed to minimize the air pollution of crops. To obtain data for the optimal growth

conditions for crops in this intelligent plant growing system, sensors were used to measure

and control the growth conditions. To investigate the optimal growth conditions, blue lettuce

and crown daisy were selected as representative crops. From four experiments for each

plant, the growth rates were comparatively analyzed. This hydroponics device was used to

collect data on growth rates that are altered depending on cultivation condition, which can

then be used to study methods to control the growth rate of crops.

제 1 장 서 론

제 1 절 연구 배경 및 목적

수경재배는 작물 생육에 필요한 양분을 수용액 상태로 토양 없이 작물에 공급해 줄 수 있어 최근 원예 생산 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있으며 그 재배면적이 꾸준히 증가하는 추세이다.^{ } 우리나라의 수경재배는 1954년 도입된 것으로 알려져 있으며^{ } 연구와 개발 방향이 재배 시스템 및 시설 내 환경 관리, 배양액 개발 등으 로 대별되며, 이 중 배양액 개발에 대한 연구가 많이 이루어졌는데 배양액 조성 및 농도가 작물의 생육을 결정하는 중요한 요소이기 때문이다.^{   } 우리나라의 식물 재 배시스템은 이제 시작하는 초기 단계로서 시범적으로 식물공장이 운영되고 있다. 일 부 업체에서 식물공장 시스템에 대한 특허를 가진 상태이지만 완전 제어형 무인 자 동화된 식물공장은 없는 상황이다. 식물공장 시스템은 고가의 시설비가 투자되어야 하는 단점이 있어 생산을 목적으로 하는 경우 쉽게 접근할 수 없으며, 재배작물에 대 한 세부적인 연구가 병행되지 않아 다양한 작물로의 적용이 어렵다.^{ } 작물생산 시스 템을 통한 동적 자동제어를 위해서는 각종 환경요인들을 계측하고, 이를 환경제어의 피드백 신호로 활용할 수 있어야 한다.^{   } 현대인의 주거공간은 도심화로 인하여 아 파트 형태로 바뀌고 있으며, 이러한 생활공간에서는 원예활동이 제약이 많은 실정이 다. 실내에서 식물을 키우는 일은 충분한 광원의 확보가 가장 중요한 요건이며, 작은 공간을 최대한 이용할 수 있어야 한다.^{ } 시중에 나와 있는 가정용 수경재배기의 경 우 오픈형 수경 재배기들이 대다수이며 이러한 경우 대기 중에 노출되어 작물이 오 염이 될 가능성이 있다. 산업화에 따른 화석연료 사용이 증가함으로써 오늘날 대기오 염 문제가 대두되고 있으며, 1차적으로 질소산화물이나 황산화물들로 인한 오염뿐만 아니라 광화학반응에 의해서 발생이 되어 2차적인 오염물질이 심각한 환경 문제를 발생시키고 있다. 특히 오존은 광화학 산물 중 강한 독성을 가진 대기오염 물질로 식 물뿐만 아니라 인체에도 매우 해로운 물질이다. 오존은 식물체에 흡수되면 기공 폐쇄 와 엽육 세포 파괴 등을 유발하여 광합성 능력과 생리 생화학적인 저해를 통하여 수 목의 생장을 감소시킨다.^{ }

본 논문은 도심화로 인한 원예활동을 작은 공간에서도 안전하고 자동으로 식물을 생산하고, 직물을 재배하여 식용까지의 일정을 조절할 수 있는 수경재배 시스템을 제

작하는데 목적을 두었다. 성장환경을 모니터링 및 제어하기 위하여 재배기내에 센서 들을 배치하고, 각각의 환경요소들을 계측하고 구동기를 설치하여 원하는 설정값을 제어할 수 있게 제작하였다. 재배작물별 성장환경조건을 조사하였고, 재배기를 이용 하여 청상추와 쑥갓 재배 실험을 진행하였다. 재배작물 실험은 각각 4차례에 걸쳐 실 험을 하였으며, 재배작물의 성장 조건에 따른 성장 속도를 측정하였다. 식물이 자라 는데 필요한 환경요소를 측정하여 식물의 성장 제어와 유지관리를 위한 지능형 스마 트 식물 재배기 시스템을 구현하는데 목적성을 두고 본 연구를 수행하였다.

제 2 절 연구 동향

시설 내에서는 각종 작물을 고밀도로 배치하고 생육에 영향을 미치는 각종 환경요 인을 자동적으로 제어하는 것이 가능하며, 이러한 작물생산의 장점을 극대화하기 위 한 작물 생산 시스템의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 더 나아가 미래의 농업 형태로 주목받고 있는 완전 제어형 작물생산 시설, 즉 식물공장의 생육환경에 대한 자동제어 시스템과 이에 소요되는 계측 및 제어장치 분야에 관한 연구가 체계 적으로 이루어지고 있다.     

국내 수경재배 면적은 1990년대 이후 시설원예 면적의 급격한 증가와 생산성 및 품질 향상에 대한 요구 증대와 더불어 1994년부터 2000년까지 급격히 증가되었으며 그 이후는 매년 조금씩 증가되어 2003년에는 811ha에 달하고 있다(Fig. 1-1)^{ }.

Fig. 1-1 Hydroponic cultivation area trend

우리나라에서는 1954년부터 수경재배에 대한 기초연구가 시작되어 청정채소 공급의 가능성을 보여 주었지만, 그 후 사회적 여건 변화로 인하여 수경재배에 관한 시험 연 구는 약 20년간 중단되었다. 이후 1970년대 말부터 원예시험장을 주축으로 재개되어 현재까지도 활발한 연구가 수행되고 있다. 1980년대에서는 저가 농가 보급형 시설의 개발, 각종 고형배지를 이용한 작물 재배 등에 관한 연구가 이루어졌고, 주요 과채류 에 적합한 질소 급원 형태별 적정 비율 등에 관한 시험이 이루어졌다. 1987년에는

토마토, 오이 및 여러 종류의 엽채류 재배에 적합한 표준 배양액을 만들어 보급하였 다. 1990년대에는 정부의 시설 현대화 사업과 맞물려 토경재배 방식에서 인공 배지 경 재배방식으로 전환하게 되었다. 1995년부터 펄라이트 배지 중심으로 과채류 전용 배양액과 제품 전용 비료, 배지경 시스템 등이 개발되어 시범사업으로 확산되었다.

장미를 비롯한 화훼 작물은 암면 배지 재배가 주류를 이루었다. 2000년대에 들어서 면서 고가의 외국산 양액 자동 공급 시스템을 대체하고자 양액의 적정 공급량과 급 액 방식에 대한 종합적인 검토 연구를 거쳐 한국형 양액 자동 공급 시스템도 개발 보급되기 시작하였다. 살균기, 이온, 수분 계측 센서 등과 베드, 배지 등의 자재 개발 및 도입 업체가 활성화되었고, 양액 분석 및 조제 프로그램이 산업화되었으며 전문 분석업체도 탄생하여 원예산업과 수출농업 발전에 밑거름이 되었다. 미래지향적이면 서 환경오염을 방지하기 위한 한국형 순환식 수경재배 시스템도 개발되어 배양액을 재사용함으로써 20~30% 지하수와 양액 비료를 절감할 수 있게 되었다.^{ }

미국에서는 우주 탐사선에서 사용할 클로렐라 등 미생물을 생산하기 위해 식물공장 개념을 최초로 도입했다. 이후 소련과 우주를 향한 치열한 경쟁에서 우주인들에게 공 급될 식량 목적으로 식물공장 개발에 뛰어들었다. 컬럼비아대 건축학과, 일리노이대 연구팀, 미턴 건축사무소는 공동으로 고층 건물 방식을 채택한 수직형 식물농장 (vertical farm) 개발에 착수하였다. 풍력 및 태양력 등 신재생에너지를 사용하고 고 층의 설계로 재배면적이 증가하였다. 재배작물의 수확량은 동일 면적의 야외 농경지 보다 10배 수확량이 많으며, 30층짜리의 경우 5만 명에게 평생 공급할 수 있다.^{ }

파나소닉은 후쿠시마 공장의 디지털카메라 생산을 중지하고 식물공장으로 전환했 다. 2014년 초 싱가포르 서부산업단지에 LED 빛과 물로 무와 배추를 재배하는 실내 농장을 짓고 생산에 착수했다. 2014년 7월 일식 레스토랑에 상업 판매를 개시하였 고, 2014년 11월부터는 슈퍼 등에서도 판매하고 있다. 2015년 11월에는 싱가포르 현지에서 생산한 상추와 겨자, 파프리카를 슈퍼마켓의 신선식품 코너에서 판매하여 가격은 비싸지만 신선하고 맛있다는 평가를 받고 있다.^{ }

제 3 절 연구 내용 및 방법

본 논문에서 개발하는 수경재배기는 현대 사회의 도시화로 인한 원예활동을 가정 에서도 쉽게 식물을 재배하고 수확하여 믿고 안전하게 섭취할 수 있도록 기존의 수 경재배방식에 추가로 밀폐형으로 제작하여 대기 중에 작물의 오염을 최소화시키는 목적으로 설계 및 제작을 하였다. 식물공장들의 발전으로 인하여 많은 기술 및 정보 들이 있지만 대량생산이 아닌 소량으로 가정에서 재배하기 위한 데이터는 많이 부족 한 실정이다. 지능형 스마트 식물재배기에 맞는 상황에서 작물이 최적화된 성장환경 을 만들어 주기 위한 데이터 값을 취득하는 실험을 수행하였다. 기본적인 사항은 농 업기술원에서 제공하는 환경 요소 값을 베이스로 하여 실험하였고, 지능형 스마트 식 물 재배기에서 설정값을 입력하여 각 환경 요소 값을 일정하게 유지하여 작물을 안 정적으로 성장시키고 재배할 수 있도록 구현하였다.

재배 실험을 진행한 작물은 청상추와 쑥갓이며 각각 4차례의 실험을 통하여 각 작 물의 성장률을 비교 분석하여 데이터를 얻어내는 실험을 수행하였다. 각 실험에 pH 및 온도는 일정하게 유지하고 작물의 성장에 가장 많이 영향을 미치는 양액의 농도 인 EC 값과 빛의 세기인 LUX 값을 변화 시키면서 식물 재배기 내에서 성장이 가장 빠른 데이터 값을 찾아내는 실험을 수행하였다.

지능형 스마트 식물재배기를 개발하고 청상추와 쑥갓을 재배하여 식용 가능한 시점 까지 성장하는 기간을 기준으로 데이터를 측정하고 성장곡선 그래프를 작성하였다.

작물을 재배할 때 온-오프 제어(On-off control)는 배양액을 일정 비율로 섞은 양액 탱크에서 재배 베드로 설정된 양액의 농도를 맞추기 위해 수중펌프를 제어하였고, 재 배 베드의 양액 농도가 일정 수준 떨어지게 되면 솔레노이드 밸브를 제어하여 베드 내부 양액을 배출할 수 있게 제어하였으며 밀폐형 수경재배기이기 때문에 내부 공 기를 순환시키는 목적으로 환기팬을 설치하여 공기가 순환되도록 제어하였다.

본 논문의 구성으로는 1장에서는 연구 배경, 연구 동향, 연구 내용 및 방법에 대하 여 기술하였고, 2장에서는 지능형 스마트 수경재배 시스템의 개발 내용과 제어방법, 도광판의 성능 분석을 기술하였다. 3장에서는 재배기 제작방법을 기술하였으며, 4장 에서는 지능형 스마트 식물 재배기를 이용하여 작물을 재배하는 실험 데이터와 실험 결과를 분석하였다. 그리고, 5장에서는 본 연구를 통하여 얻어진 결론을 설명하였고 향후 연구 방향에 대하여 제시하였다.

제 2 장 지능형 스마트 수경재배 시스템

제 1 절 수경재배 시스템 제작

수경재배기를 이용하여 작물들을 재배하기 위해서 수경재배 시스템을 제작하였다.

수경재배 시스템은 실시간으로 모니터링하고 제어를 하기 위하여 데이터 로고와 NI-LabVIEW 프로그램을 사용하여 시스템을 구성하였다. 수경재배 시스템을 모니터 링하고 제어하는 구성도는 Fig. 2-1에 나타내었다. CO_ 센서, 온도센서, EC 센서, pH 센서, 광도 센서의 데이터를 A/D 모듈인 NI 장비를 사용하여 NI-cDAQ에 데이 터를 보내 모니터링 하였다. 또한 소프트웨어를 통해서 양액의 EC 값 범위를 조정하 여 수중 펌프를 온-오프 제어를 할 수 있게 프로그램을 개발하였다. 수경재배기 시스 템의 모니터링 플로 차트는 Fig. 2-2에 나타내었고 1분에 1번씩 데이터를 저장하고, 정지 버튼을 눌렀을 때 시스템이 정지하도록 설계하였다. 실험에 사용되는 수경재배 시스템의 개략도는 Fig. 2-3에 나타내었다.

Fig. 2-1 Monitoring and control concept of hydroponics cultivation system

Fig. 2-2 Flow chart of monitoring system

Fig. 2-3 Schematic diagram of hydroponics cultivation system

Fig. 2-4에 나타낸 것과 같이 양액 탱크 내의 펌프는 단상 220V의 수중펌프를 SPST 제어 방식을 이용하여 On-off 제어를 하였다. 프로그램 내에서 EC 범위의 세 팅 값을 입력을 하면 D/A 모듈로부터 Relay 신호를 전달받아 수중 펌프가 온-오프 제어를 하게 된다. 수경재배에 사용된 수중펌프 스펙은 Table 2-1에 나타내었다. EC 값의 설정값을 600S/cm로 설정하고 온오프 범위를 ±100으로 설정하였을 때 EC 값이 500S/cm일 때 펌프가 작동하여 700S/cm일 때 펌프가 정지하도록 설계하 였고 강제종료 버튼을 누르게 되면 정지하도록 설계하였다. 펌프 제어를 위한 제어 플로 차트는 Fig. 2-5에 나타내었다.

Fig. 2-4 On-off control of underwater pump

Fig. 2-5 Flow chart for on-off control of underwater pump

Table 2-1 Specification of underwater pump

Underwater pump Specification

Power 1Phase, 220V

Frequency 60Hz

Input 20W

Maximum pump

capacity 1000L/h

Size 110*55*95mm

수경재배를 하기 위한 작물들의 재배 환경조사를 통해 온도, CO_, EC, pH, 광도 등을 성장 조건에 맞게 데이터를 실시간으로 계측할 수 있도록 프로그램을 설계하였 다. 밀폐형 수경재배기에서의 최적의 성장 조건을 찾기 위해 각각의 요소별 데이터를 수집하였다. EC 센서를 이용하여 재배기 안의 양액의 농도를 측정하여 설정된 EC 값보다 낮아지면 양액 탱크의 수중 펌프를 온-오프 제어하여 재배기내 양액의 EC 값 을 맞추어 주었다. 또한, 온도 및 CO_ 센서를 이용하여 쳄버 내의 온도와 CO_의 설 정 범위 내에서 팬을 작동시켜 공기를 순환 시키도록 설정하였다. 수경재배기에 사용 되는 호스는 1/4″(인치)의 P.E. TUBE를 사용하였다. 수경재배기의 사진은 Fig. 2-6 에 나타내었다.

수중 펌프는 소프트웨어의 프로그래밍을 통해 EC 값의 범위를 세팅하여 Relay 신 호를 통해 온-오프 제어가 되도록 설치하였다. 수경재배기의 실험 장치의 스펙은 Table 2-2에 나타내었다.

Table 2-2 Specification of hydroponics cultivation system Hydroponics cultivation

system Specification Temperature sensor AO, 6 VDC

Range : 0 ~ 50 ℃ Photo sensor AO, 12 VDC

Range : 0 ~ 20000 lux CO_ sensor AO, 6 VDC

Range : 0 ~ 4000 ppm PH sensor AO, 220 VDC

Range : 0 ~ 13 EC sensor AO, 12 VDC

200 ~ 2000 uS/cm Controller AI, AO, DI, DO

Fig. 2-6 Photograph of hydroponics cultivation system

제 2 절 지능형 수경재배기 On-Off 제어

양액 탱크에 양액을 A 액과 B 액을 1:1의 비율로 섞어 짙게 섞어 준 후에 수중펌 프를 이용하여 제어프로그램인 Lab View 프로그램을 이용하여 설정된 EC 값에 도 달하면 수중펌프가 작동을 정지하며 작물이 재배기 내의 양분을 소모하면 EC 값이 떨어지기 때문에 펌프가 작동되는 EC 값을 설정하고 펌프가 작동될 때 동시에 솔레 노이드 밸브를 작동시켜 재배기에서 소모된 양액을 순환시켜서 EC 값을 일정하게 유 지되도록 온-오프 제어를 하였다. 또한, 작물이 성장하는 동안 CO 값이 떨어지고 LED 패널에서 방출된 열 때문에 내부 온도가 상승한다. 그래서 밀폐형 수경재배기에 환기팬을 설치하여 CO_ 값과 온도 값을 설정하여 환기팬을 가동해 내부 공기를 순환 시키며 온도를 맞춰주기 위해 환기팬도 온-오프 제어하였다. 모니터링 및 제어 시스 템의 프런트 패널은 Fig. 2-7에 나타내었다.

Fig. 2-7 Front panel of monitoring and control system

밀폐형 수경재배기의 모니터링 및 제어 시스템의 프로그램을 하기 위하여 재배기 내에 CO_ 센서와 온도 센서, 광도 센서, EC 센서, pH 센서를 설치하여 5개의 데이 터를 받아 센싱 하는 프로그램과 데이터를 분당 1개씩 저장하는 프로그램, 양액 제어 를 위해 수중 펌프 및 솔레노이드 밸브를 제어하는 프로그램과 온도, 공기 순환을 제 어하기 위해 팬을 제어하는 프로그램으로 총 네 가지로 구성하였다.

각 센서들을 센싱 하는 프로그램은 Fig. 2-8에 나타내었고 데이터를 저장하는 프로 그램은 Fig. 2-9에 나타내었다. 수중펌프 및 솔레노이드 밸브의 온-오프 제어 프로그 램은 Fig. 2-10, 팬 온-오프 제어 프로그램은 Fig. 2-11에 나타내었다.

Fig. 2-8 Sensing program

Fig. 2-9 Data saving program

Fig. 2-10 On-off program of under water pump and solenoid valve

Fig. 2-11 On-off program of fan

제 3 절 도광판 성능 분석

식물이 성장하는데 제일 중요한 요소 중 하나인 빛을 공급하기 위해 LED 도광판 을 자체 제작하여 작물에 균일한 광량을 제공하였다. 각 작물들마다 광포화점이 다르 기 때문에 적절한 빛의 세기와 양이 중요한 변수로 작용하며 광 주기의 적절한 설정 은 재배 작물의 성장 속도에도 큰 영향일 미치게 된다. 이 논문의 실험은 밀폐형 수 경재배기의 특성에 맞추어 자연광원을 공급해주기 어렵기 때문에 재배기 특성에 맞 는 도광판을 제작하였다. LED 도광판 패턴 도면은 Fig. 2-12에 나타내었으며 제작된 LED 도광판 사진은 Fig. 2-13에 나타내었다. 도광판 패턴의 최대 간격은 9.0mm 이 며 최소 패턴 간격은 4.0mm이다. LED 도광판을 10 × 10 개의 셀로 나누어 각 셀 의 중앙에서의 조도 값을 측정한 결과 전체 영역에 대한 조도 표준편차와 평균조도 는 각각 2,735Lux, 20,299Lux(261E/m^·s)였으며 , 배광 균일도는 72%로 나타났 다. LED 도광판의 배광 분포도는 Fig. 2-14에 나타내었다.

Fig. 2-12 Light plate pattern drawing for LED

Fig. 2-13 Light plate for LED

Fig. 2-14 Luminous intensity distribution chart

제 3 장 연구 내용

제 1 절 지능형 스마트 식물재배기 제작

수경재배기를 구성하기 위해 쇼케이스를 우선 제작하였다. 알루미늄 프로파일로 뼈대를 설치한 후 아크릴 판으로 덮어 내부를 볼 수 있도록 제작하고 문을 설치하여 열수 있도록 제작하였다. 수경재배기는 NX-UG 프로그램을 이용하여 설계도면을 그 리고 Fig. 3-1에 나타내었다. 작물을 재배할 베드와 수중펌프를 이용하여 양액을 공 급하는 양액 탱크는 아크릴판을 이용하여 제작하였으며 쇼케이스 내에 설치하였다.

작물이 발아하였을 때 스펀지에 옮겨 정식하고 작물을 재배할 재배판인 스티로폼에 고정하여 재배하였으며 정식간격은 16cm로 하였다. 각 재배 요소들을 계측하는 센서 들을 배치하고 온도, 이산화탄소, EC, pH를 실시간으로 센싱 하여 저장하는 모니터 링 프로그램을 개발하고 프로그램 내의 설정값을 조정하여 환기팬, 수중펌프, 솔레노 이드 밸브를 제어하는 수경재배 장치를 개발 및 제작하였다. 센서를 설치하고 재배 베드와 양액 탱크를 연결한 모습을 Fig. 3-2에 나타내었다.

Fig. 3-1 Design drawings of hydroponics cultivator

Fig. 3-2 Hydroponics cultivator with sensors

제 2 절 품종별 재배 환경 조사

수경 재배시 작물들의 재배환경을 정리해놓은 기준표가 없기 때문에 농업 기술센 터의 자료를 바탕으로 토양에서 재배할 때의 재배 환경을 조사하여 본 논문에서 개 발하는 재배기에 맞는 재배조건을 찾는 실험을 진행하였다.

일반적인 작물을 대상으로 자료조사를 하였고 첫 번째로 장미는 낮에는 24 ~ 27℃, 밤에는 15 ~ 18℃의 온도 조건을 유지시켜주어야 하며 50,000 Lux 이상의 광도를 유지시켜줘야 한다. 수국의 경우 낮에는 26℃ 이상 밤에는 21℃ 이상 온도를 유지하 여야 하며 광도의 경우 수국을 정식 후 초기에는 20,000 ~ 30,000 Lux 범위로 유지 하고 꽃이 활착 후에는 50,000 ~ 60,000 Lux 범위로 유지시켜주어야 한다. 상추를 재배할 때는 발아하고 생육시 적정온도는 15 ~ 20 ℃를 유지시켜 주며 토양의 산도 는 pH 6.6 ~ 7.2 사이에서 가장 잘 성장한다. 쑥갓의 경우 상추와 같이 발아 및 생 육 적온은 15 ~ 20℃이며 1년생 초본으로 병해충의 피해가 적으며 생육이 빠르고, 내서성이 강한 특징을 가지고 있다. 브로콜리 또한 발아 및 생육 적온은 15 ~ 20℃

를 유지하며 토양 산도 pH 6.0을 맞추어 주어야 한다. 브로콜리의 특성상 습한 토양 에서는 생육이 불리한 조건을 가지고 있다. 수경재배 품목으로 널리 알려진 딸기 및 방울토마토는 발아 및 생육적온은 17 ~ 20℃를 유지시켜주고 양액 재배가 생장에 유 리하며 pH는 5 ~ 7범위 내에서 유지시켜주는 것이 좋다. 인삼의 경우 생육 적온은 20 ~ 25℃를 유지시키고 pH는 5 ~ 6범위 내의 약산성 식양토에서 재배하는 것이 적 합하다. 또한 인삼의 경우 빛의 영향을 많이 받는 작물로 온도에 따라 광도의 세기가 나뉘는데 온도가 15℃ 일 때 광도는 30000Lux이고 온도가 20℃ 일 때는 15000Lux, 30℃ 일 경우 5000Lux를 유지시켜주는 것이 좋다. 각 작물별 연간 생장 기간은 농 업 기술센터 자료를 참고하였으며 Fig. 3-3에 나타내었다.

(A) Rose

(B) Hydrangea

(C) Lettuce

(D) Crown daisy

(E) Broccoli

(F) Straw berry

(G) Cherry tomato

Fig. 3-3 Annual growth period for each plant species

지능형 스마트 식물 재배기 개발에 필요한 데이터 요소를 각 작물별로 조사하였고 재배시 필요한 조건 데이터를 Table 3-1에 나타내었다.

Table 3-1 Cultivation conditions of each plant

Plant Temp (℃)

Light (Lux)

TDS

(mg/l) pH CO2

(ppm) Rose 24 ~ 27 50,000 500 ~ 750 4.0 ~ 4.5

700 ~ 1500 Hydrangea 21 ~ 26 65,000 1260 ~ 1400 4.5 ~ 8.0

Lettuce 15 ~ 20 25,000 560 ~ 840 6.0 ~ 6.5 Crown

daisy 15 ~ 20 15,000 750 ~ 1000 6.0 ~ 6.5 Broccoli 18 ~ 25 40,000 1960 ~ 2450 6.0 ~ 6.5 Strawberry 17 ~ 20 30,000 1260 ~ 1540 5.0 ~ 6.5

Cherry

tomato 20 ~ 25 80,000 1400 ~ 3500 6.0 ~ 7.0 Water

mellon 25 ~ 30 80,000 1000 below 5.5 ~ 6.5 Melon 25 ~ 30 80,000 1000 below 6.0 ~ 6.5 pumpkin 25 ~ 28 55,000 1000 below 6.0 ~ 6.5

Nutrient solution

Nutrient concentration (%)

N K MgO B Mn Zn

Nutrient B 2.3 5 0.7 0.05 0.01 0.002

제 4 장 식물재배기를 이용한 작물 재배

제 1 절 청상추 재배

노지에서 청상추를 재배하기 위해서는 일반적으로 싹이 발아한 후 평균 2개월 정 도의 시간이 걸리며 온도 조건에 따라 길게는 3개월까지 시간이 걸릴 수도 있다. 수 경재배로 싹이 발아하기 위해서는 2주 정도의 시간이 걸리며 이 논문의 실험은 싹이 발아한 후 정식하고 나서 데이터를 수집하여 지능형 스마트 식물재배기에서 작물을 재배하는데 최적의 조건을 찾아보기 위하여 실험을 진행하였다. 재배기 안의 양액의 농도와 빛의 세기를 조절하여 청상추가 가장 빠르게 잎의 크기가 식용 가능한 정도 로 자라는 조건을 찾기 위한 실험을 수행하였다. 청상추가 수경재배기 내에서 성장하 는데 필요한 평균성장 데이터를 베이스로 하여 스마트 식물재배기에서 EC 값과 LUX 값을 조절하여 총 4차에 걸쳐 청상추가 최적의 조건으로 자라는 조건을 찾기 위한 재배 실험을 수행하였다. 빛은 도광판을 이용해 하루 중 12시간 동안 가동하였고 12 시간 동안 가동을 중지하여 낮과 밤을 구현했으며 1차 실험에서는 빛의 세기를 평균 9500Lux 값으로 하고 양액의 농도는 800S/cm로 맞추어 진행하였다. pH 값은 식 물이 자라는데 최적의 조건인 6.5에서 7 사이로 맞추었으며 온도 조건은 15 ~ 25℃

를 맞추어 실험이 진행될 수 있도록 하였다. 실험에 사용된 양액의 성분표는 Table 4-1과 Table 4-2에 나타내었다.

Table 4-1 Nutrient A component Nutrient

solution

Nutrient concentration (%)

N K Ca Fe

Nutrient A 2 3.5 2 0.05

Table 4-2 Nutrient B component

1. 재배 실험 1차 재배 실험

1차 재배 실험 조건으로 EC의 설정값은 800S/cm로 설정을 하고, 온-오프 범위 는 750~850으로 조건 값을 설정하였다. 또한, LED 도광판 LUX 값은 평균 9500Lux 로 설정하여 24시간 풀가동을 하여 빛을 연속적으로 공급해 주었다. 1차 청상추 재 배 실험에서 얻은 데이터 _, Temperature, EC, pH, LUX 값은 Fig. 4-1에 나타 내었다.

0 2 4 6 8 10 12

400 420 440 460 480 500 520 540 560

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 2 4 6 8 10 12 14

5 10 15 20 25 30 35

Temperature ()℃

DAY

Temperature

0 2 4 6 8 10 12

550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

EC (uS/cm)

DAY

EC

0 2 4 6 8 10 12

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

PH

DAY

PH

0 2 4 6 8 10 12

8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000

LUX (Lux)

DAY

LUX

1차 실험은 총 12일에 걸쳐 실험하였으며 청상추가 이 조건에서는 웃자람 현상이 발생하여 정상적으로 성장하지 못하였기 때문에 1차 실험을 중단하고 다른 조건을 주어 2차 실험을 진행하였다. 웃자람 현상을 보인 재배기안의 청상추의 모습은 Fig.

4-2에 나타내었다.

Fig. 4-2 1st Blue lettuce in cultivator

2차 재배 실험

2차 재배 실험 조건으로 EC의 설정값은 600S/cm로 설정하고, 온-오프 범위는 550~650으로 조건 값을 설정하였다. 1차 재배 실험에서 광원을 24시간 풀가동하여 작물이 성장하는데 필요 이상으로 빛이 공급되어 작물 성장에 이상이 있어 2차 실험 부터는 도광판을 12시간 동안 가동하고 12시간 동안 빛의 공급을 중단하여 실험을 진행하였다. Lux 값은 평균 9500Lux로 1차 실험과 동일하게 진행하였다. 2차 청상 추 재배 실험에서 얻은 데이터 _, Temperature, EC, pH, LUX 값은 Fig. 4-3에 나타내었다.

0 10 20 30 40 50 60

300 400 500 600 700 800

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 10 20 30 40 50 60

5 10 15 20 25 30

Temperature ()℃

DAY

Temperature

0 10 20 30 40 50 60

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

EC (uS/cm)

DAY

EC

0 10 20 30 40 50 60

5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

PH

DAY

PH

0 10 20 30 40 50 60

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

LUX (Lux)

DAY

LUX

청상추를 수확하는 기준을 성장 길이가 15cm 이상으로 성장하였을 때 수확하는 것 으로 설정하였다. 2차 청상추 재배기안의 모습은 Fig. 4-4에 나타내었다.

Fig. 4-4 2nd Blue lettuce in cultivator

2차 재배 실험에서 청상추가 식용이 가능한 길이까지 성장하는데 6주가 걸렸으며 총 9주간의 실험 결과 2차 실험 조건에서는 최종적으로 19cm까지 성장하였다. 2차 재배 청상추의 성장 모습은 Fig. 4-5에 나타내었다.

Fig. 4-5 2nd Growth of blue lettuce

3차 재배 실험

3차 재배 실험 조건으로 EC의 설정값은 600S/cm로 설정하고, 온-오프 범위는 550~650으로 조건 값을 설정하였다. LUX 값은 평균 15000Lux로 1,2차 실험에 비 해 조금 더 높은 광도를 제공하여 청상추 재배 실험을 진행하였다. 3차 청상추 재배 실험에서 얻은 데이터 _, Temperature, EC, pH, LUX 값은 Fig. 4-6에 나타내 었다.

0 5 10 15 20 25 30 35

350 400 450 500 550

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 5 10 15 20 25 30 35

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Temperature ()℃

DAY

Temperature

0 5 10 15 20 25 30 35

540 560 580 600 620 640 660 680

EC (uS/cm)

DAY

EC

0 5 10 15 20 25 30 35

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

PH

DAY

PH

0 5 10 15 20 25 30 35

0 5000 10000 15000 20000 25000

LUX (Lux)

DAY

LUX

Fig. 4-6 3rd Cultivation experiment data

재배 실험의 광도를 높여 실험을 진행한 결과 2차 재배 실험에 비해 성장 속도가 더욱 빠르게 진행하였다. 3차 재배 실험은 총 5주간 진행하였으며 식용 가능한 성장 기준인 15cm는 3주차에 목표치에 달성할 수 있었다. 3차 청상추 재배기안의 모습은 Fig. 4-7에 나타내었다.

Fig. 4-7 3rd Blue lettuce in cultivator

3차 재배 실험에서 청상추는 5주간 평균 22cm까지 자랐으며, 청상추의 성장 모습 은 Fig. 4-8에 나타내었다.

Fig. 4-8 3rd Growth of blue lettuce

4차 재배 실험

4차 재배 실험 조건으로 EC의 설정값은 800S/cm로 설정하고, 온-오프 범위는 750~850으로 조건 값을 설정하였다. LUX 값은 평균 15000Lux로 설정하여 3차 재 배 실험에 비해 EC 값은 높게 설정하고 LUX 값은 동일하게 하여 실험을 진행하였 다. 4차 청상추 재배 실험에서 얻은 데이터 _, Temperature, EC, pH, LUX 값 은 Fig. 4-9에 나타내었다.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

320 340 360 380 400 420 440 460 480 500

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Temperature ()℃

DAY

Temperature

0 5 10 15 20 25 30 35 40

5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5

PH

DAY

PH

0 5 10 15 20 25 30 35 40

750 800 850 900 950 1000 1050

EC (uS/cm)

DAY

EC

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

LUX (Lux)

DAY

LUX

Fig. 4-9 4th Cultivation experiment data

청상추에 광도는 15000Lux로 3차 재배 실험과는 동일하게 진행한 결과 최종적인 성장 길이는 22cm로 동일하였으나, EC 값을 높이 설정해 주었던 4차 재배 실험의 성장 속도가 조금 더 빠른 결과를 보였다. 4차 재배 실험 청상추의 최종 성장 모습은 Fig. 4-10에 나타내었다.

Fig. 4-10 4th Blue lettuce in cultivator

이번 실험에서 식용 가능한 기준인 15cm까지 성장하는데 걸린 시간은 약 2.5주이 며 최종 길이인 22cm까지 자라는데 4주간의 기간이 걸렸으며, 3차 재배 실험과 비 교하였을 때 잎이 더 넓고 색이 진하게 성장하였다. 4차 재배 실험의 청상추 성장 모 습은 Fig. 4-11에 나타내었다.

Fig. 4-11 4th Growth of blue lettuce

2. 재배 실험 결과 비교

1차 청상추 재배는 빛의 공급을 24시간 FULL 가동을 하게 되어 웃자람 현상이 발 생하였다. 이후 실험에서는 도광판의 가동시간을 하루 중 12시간 간격을 두어 가동 하였다. 청상추 재배조건은 Table 4-3에 나타내었다.

Table 4-3 Cultivation condition of blue lettuce

EC LUX Temp Light hour/day

1st 800 9500 15~25 24

2nd 600 9500 15~25 12

3rd 600 15000 20~30 12

4th 800 15000 20~30 12

재배조건을 다르게 하여 청상추를 재배한 결과 재배기 내에서의 성장률의 차이를 볼 수 있었다. 청상추를 수확하는 기준을 평균 길이가 15cm 이상일 때 식용 가능한 길이로 정하여 재배 실험을 진행하였다. 2차 재배 실험에서는 비교적 낮은 EC 값과 LUX 값의 영향으로 상대적으로 낮은 성장률을 보였으며 최종 성장 길이도 다른 재 배 실험에 비해 길이가 짧았다.

3차 실험과 4차 실험에서는 같은 LUX 값으로 재배 실험을 하였고, 양액의 농도를 각각 600S/cm, 800S/cm로 다르게 설정하여 재배 실험을 진행하였다. 재배 실험 결과 성장률은 양액의 농도를 800S/cm로 유지하고 광도의 세기를 15000Lux 값으 로 설정해 주었던 4차 재배 실험에서 가장 좋은 성장률을 보였다. 청상추의 성장곡선 은 Fig. 4-12에 나타내었다.

0 2 4 6 8 10 0

5 10 15 20 25

Growth curve of lettuce (cm)

Week

2nd 3rd 4th

Fig. 4-12 Growth curve of blue lettuce

제 2 절 쑥갓 재배

쑥갓은 온대성 기후에서 성장률이 좋지만 더위를 견디는 성질도 비교적 강하여 아 열대 지방에서는 쑥갓이 중요한 채소로 알려져 있다. 추위에도 견디는 성질도 비교적 강한 편이며, 병해충의 피해가 적으며 생육이 빠른 특징을 가지고 있다. 종자가 발아 하는 온도는 10 ~ 35℃이지만 적정온도는 15 ~ 20℃이며 3 ~ 5일이면 발아한다. 쑥 갓을 수확하는 방법은 파종 후 1개월이 지나면 솎음수확을 할 수 있는데, 조밀한 부 분을 솎아서 수확을 하다 키가 15cm 이상 자라면 원줄기를 잘라서 수확한다. 그렇 게 되면 곁가지가 여러 갈래로 나와서 자라게 되어 자라는 곁가지를 계속해서 수확 할 수 있다.

실험의 진행속도를 높이기 위해 지능형 스마트 식물재배기를 1,2층으로 확장하여 재 배기를 2칸으로 늘려 실험하였다. 쑥갓의 기본적인 실험 방법은 청상추 재배와 동일 하게 진행하였으며, 지능형 스마트 식물재배기 내에서 최적의 조건으로 성장하는 데 이터를 얻기 위해 실험을 진행하였다. 쑥갓 재배 실험은 5주간의 기간을 정해 쑥갓의 성장률을 비교하는 실험을 하였으며, 이 기간 내에 가장 성장률이 좋은 데이터를 추 출하는 실험을 진행하였다.

1. 재배 실험 1,2차 재배 실험

쑥갓 재배 실험은 2개의 층으로 나뉘어 1차 재배 조건은 EC의 설정값은 800

S/cm로 설정하고, 온-오프 범위는 700~900으로 조건 값을 설정하며 2차 재배 EC 의 설정값은 1200S/cm로 설정하고, 온-오프 범위는 1100~1300으로 조건 값을 설 정하여 진행하였다. LUX 값의 경우 두 실험 모두 평균 15000Lux 값을 설정하여 주 었으며 _ 및 온도 값은 하나의 데이터 값으로 묶어 실험을 진행하였다.

_, Temperature의 데이터 값은 Fig. 4-13에 나타내었다. 1차 재배실험의 EC, pH, LUX 데이터 값은 Fig. 4-14에 나타내고, 2차 재배실험의 EC, pH, LUX 데이터 값은 Fig. 4-15에 나타내었다.

0 5 10 15 20 25 30 35

320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 5 10 15 20 25 30 35

18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Temperature ()℃

DAY

Temperature

Fig. 4-13 CO2 and temperature data of 1st-2nd cultivation

0 5 10 15 20 25 30 35 200

400 600 800 1000 1200 1400

EC(1) (uS/cm)

DAY

EC(1)

0 5 10 15 20 25 30 35

5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2

PH(1)

DAY

PH(1)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 5000 10000 15000 20000

LUX(1) (Lux)

DAY

LUX(1)

Fig. 4-14 1st Cultivation experiment data

0 5 10 15 20 25 30 35

1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320

EC(2) (uS/cm)

DAY

EC(2)

0 5 10 15 20 25 30 35

5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

PH(2)

DAY

PH(2)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 5000 10000 15000 20000

LUX(2) (Lux)

DAY

LUX(2)

Fig. 4-15 2nd Cultivation experiment data

1차 재배실험과 2차 재배실험의 EC 값을 다르게 설정해 준 결과 1차 재배실험의 쑥갓의 모습이 2차 재배실험의 쑥갓보다 더 빠르게 성장하였으며 줄기가 더 높고 곁 가지가 풍성한 모습을 볼 수 있었다. 1차 재배기 내 쑥갓의 최종 성장 모습은 Fig.

4-16에 나타내었으며, 2차 재배기 내 쑥갓의 최종 성장 모습은 Fig. 4-17에 나타내 었다.

Fig. 4-16 1st Crown daisy in cultivator

3,4차 재배 실험

3차, 4차 쑥갓 재배 실험은 1,2차 재배 실험보다 높은 광도를 주어 실험을 진행하 였다. EC 값은 1,2차 실험과 동일한 조건으로 설정하였으며 LUX 값은 20000Lux로 설정하여 광도의 차이를 이용하여 쑥갓의 성장률을 비교하는 실험을 진행하였다.

Lux 값을 제외한 나머지 실험값들은 1,2차 실험과 동일하게 진행되었으며 _, Temperature의 데이터 값은 Fig. 4-18에 나타내었다. 3차 재배실험의 EC, pH, LUX 데이터 값은 Fig. 4-19에 나타내고, 4차 재배실험의 EC, pH, LUX 데이터 값 은 Fig. 4-20에 나타내었다.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

300 350 400 450 500 550

CO2 (ppm)

DAY

CO2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

15 20 25 30 35 40

Temperature ()℃

DAY

Temperature

Fig. 4-18 CO2 and temperature data of 3rd-4th cultivation

0 5 10 15 20 25 30 35 40 200

400 600 800 1000 1200 1400 1600

EC(3) (uS/cm)

DAY

EC(3)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0

PH(3)

DAY

PH(3)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5000 10000 15000 20000 25000

LUX(3) (Lux)

DAY

LUX(3)

Fig. 4-19 3rd Cultivation experiment data

0 5 10 15 20 25 30 35 40

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400

EC(4) (uS/cm)

DAY

EC(4)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

PH(4)

DAY

PH(4)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5000 10000 15000 20000 25000

LUX(4) (Lux)

DAY

LUX(4)

Fig. 4-20 4th Cultivation experiment data

1,2차 실험과 동일하게 쑥갓의 성장률을 비교해보면 EC 값이 800S/cm 일 경우 가 1200S/cm 일 때보다 더 높은 성장률을 보인다. 3차 재배기의 쑥갓의 모습이 4 차 재배기의 쑥갓보다 잎이 더 풍성하며 더 잘 성장한 모습을 볼 수 있다. 3차 재배 기 내 쑥갓의 최종 성장 모습은 Fig. 4-21에 나타내었으며, 4차 재배기 내 쑥갓의 최종 성장 모습은 Fig. 4-22에 나타내었다.

Fig. 4-21 3rd Crown daisy in cultivator

Fig. 4-22 4th Crown daisy in cultivator

2. 재배 실험 결과 비교

1,2차 재배 실험은 LUX 값은 동일하나 EC 값을 다르게 설정해 주었다. 3차 재배 실험과 4차 재배 실험 또한, 같은 조건으로 실험을 진행하였으나 1,2차 재배 실험보 다 높은 LUX 값을 설정하여 실험을 하였다. 쑥갓의 재배조건은 Table 4-4에 나타내 었다.

Table 4-4 Cultivation condition of crown daisy EC (S/cm) LUX (Lux) Temp (℃)

1st 800 15000 20~30

2nd 1200 15000 20~30

3rd 800 20000 20~30

4th 1200 20000 20~30

5주간의 기간 동안 가장 좋은 성장률을 비교하여 실험을 진행한 결과 성장률이 상 대적으로 가장 좋은 조건은 1차 재배 실험으로 나타났다. 쑥갓은 솎음 수확을 할 수 있는데 길이가 15cm 이상 자라면 원줄기를 잘라서 수확한다. 원줄기를 자르고 나면 곁가지가 여러 갈래로 나와서 자라게 되어 자라는 곁가지를 계속해서 수확할 수 있 다. 1차 재배 실험과 2차 재배 실험을 비교하고 3차 재배 실험과 4차 재배 실험의 성장률을 비교해보면 EC 값의 농도가 더 낮은 조건에서 좋은 성장률을 보였다. 또 한, 1차 재배 실험과 3차 재배 실험을 비교하고 2차 재배 실험과 4차 재배 실험의 성장률을 비교해보면 광도가 더 낮은 조건에서 좋은 성장률을 보였다. 결과적으로 양 액의 농도나 빛의 세기가 높다고 하여 더 좋은 성장률을 보인다는 것은 아니라는 것 을 알 수 있었고, 각각 작물의 최적의 재배조건이 있다는 결과를 도출하였다. 쑥갓의 성장 그래프는 Fig. 4-23에 나타내었다.

1 2 3 4 5 0

2 4 6 8 10 12

Growth curve of crown daisy (cm)

Week

1st 2nd 3rd 4th

Fig. 4-23 Growth curve of crown daisy