• Journal of Biosystems Engineering
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• 제37권5호
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• pp.314-318
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• 2012

Purpose: This study was conducted to develop a measurement system for determining photosynthetic photon flux (PPF) distribution and illumination efficiency of LED lamps. Methods: The system was composed of a linear moving sensor part (LMSP), a rotating part to turn the LMSP, a body assembly to support the rotating part, and a motor controller. The average PPF of the LED lamp with natural cooling and water cooling was evaluated using the measurement system. Results: The PPF of LED lamp with water cooling was 3.1-31.7% greater than that with natural cooling. Based on the measured value, PPF on the horizontal surface was predicted. Illumination efficiency of the LED lamp was slightly increased with water cooling by 3.4%, compared with natural cooling. A simulation program using MATLAB was developed to analyze the effects of the vertical distance from lighting sources to growing bed, lamp spacing, and number of LED lamps, on the PPF distribution on the horizontal surface. The uniformity of the PPF distribution of the LED lamps was fairly improved with 15 cm spacing, as compared to the 5 cm spacing. By simulation, PPF of $217.0{\pm}27.9{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ was obtained at the vertical distance of 40 cm from six LED lamps with 12 cm spacing. This simulated PPF was compared to the measured one of $225.9{\pm}25.6{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. After continuous lighting of 346 days, the relative PPF of LED lamps with water cooling and natural cooling was decreased by 6.6% and 22.8%, respectively. Conclusions: From these results, it was concluded that the measurement system developed in this study was useful for determining PPF and illumination efficiency of artificial lighting sources including LED lamp.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.529-534
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• 2013

식물공장을 위한 회전형 조명 시스템은 기존의 식물공장 조명시스템에 무수히 많이 설치되는 LED를 대신하여 비교적 적은 양의 LED가 설치된 조명장치를 회전시켜 작물들에게 필요한 광을 공급하는 시스템이며, 기존 식물공장 조명시스템에서 발생되는 고가의 초기 설치비용을 해결하기 위한 시스템이다. 본 논문에서는 식물이 생장하는데 필요한 광합성유효광양자속(PPF)에 대하여 조사하고, 회전형 조명시스템 시제품과 광양자센서를 이용하여 조명시스템의 LED출력과 회전속도 변화에 따른 PPF의 차이를 비교, 분석하였다. 블레이드의 회전속도가 20rpm이고 LED의 출력이 IN 73%, CENTER 37%, OUT 50%일 때 모든 영역에서 $200{\mu}mol{\cdot}m^{^-2}{\cdot}s^{^-1}$의 일정한 PPF값이 공급된다는 결과를 확인하였으며, 기존의 식물공장의 조명 시스템에 비해 적은양의 LED를 회전시킴으로써 식물의 성장에 필요한 광을 제공하는데 어려움이 없다는 결과를 확인하였다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제33권2호
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• pp.106-114
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• 2008

This study was performed to analyze the distribution of air current speed, $CO_2$ concentration, and photosynthetic photon flux (PPF) in a closed transplants production system (CTPS) for producing quality transplants. And the effect of PPF on the growth of potato (Solanum tuberosum L. cv. Dejima) plug seedlings was analyzed. Uniformity of the air current speed in CTPS was improved by installing perforated floors in duct for air circulating and by adjusting of air flow rate of the fan connected to air conditioning unit used in this study, Measured $CO_2$ concentrations were measured $409{\pm}13$, $950{\pm}25$, and $1,550{\pm}35\;{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$ for setting values of 400, 950, and $1,550\;{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$, respectively. Uniformity of PPF by adding each one the single fluorescent lamp of 20 W at both ends of the single fluorescent lamps of 40 W was highly improved. While the average PPF measured under the twin fluorescent lamps of 55 W installed at regular intervals of 10 cm was decreased by increasing the vertical distance from the lighting sources, the ratio of average PPF measured at both ends to PPF measured in the center was 74-79%. Five levels ($100{\pm}9$, $150{\pm}14$, $200{\pm}17$, $250{\pm}24$ and $300{\pm}31{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) of PPF were provided to investigate the effect of PPF on plant height, fresh weight and dry weight of potato plug seedlings produced in CTPS. Plant height was decreased by increasing PPF. Maximum fresh weight and dry weight were shown under PPF of $250{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. Thus PPF of $250\;{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ was enough to produce quality potato transplants under air temperature, photoperiod, and relative humidity of $20^{\circ}C$, 16/8 h, and 70%, respectively. It was concluded that quality indices such as plant height, fresh weight and dry weight could be improved by illuminating of adequate PPF from artificial lighting sources.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
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• 제30권1호
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• pp.27-33
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• 2012

본 연구는 우리나라 플라스틱온실 피복재의 피복방법 및 관리방법을 개선할 수 있는 방안을 구명하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 상업용으로 운영되고 있는 대표적인 구조 및 피복형태의 온실에 대하여 겨울철 온실 내부의 광합성유효광량자속을 측정하고 변화를 분석하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 일일적산 광합성유효광량자속의 월중 변화를 분석한 결과 모든 온실에 있어서 광량변화의 경향이 일조시간의 변화 경향과 대체로 잘 일치하는 것으로 나타났으나, 온실 간에 일일적산 광량의 차이는 상당히 큰 것으로 나타났으며, 겨울철에는 모든 온실이 토마토 생육에 필요한 적정 광량에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 월평균 일일적산 광합성유효광량자속의 연중변화를 분석한 결과 실험온실 모두 투과광량을 높이기 위하여 겨울철에도 내부피복재를 대부분 개방하였기 때문에 내부피복재의 오염으로 인한 광투과율의 저하는 미미하였으며 주로 외부피복재의 오염으로 인해 투과광량이 감소하는 것으로 분석되었다. PO필름으로 피복된 단동온실의 광 투과 성능이 매우 우수하다는 사실을 확인할 수 있었다. 피복재를 더 효율적으로 사용하기 위해서는 피복재의 교체시기를 겨울철광량이 부족한 시기가 시작되기 전인 10월 또는 11월경으로 하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. 온실간 광량의 차이가 최대 40%정도까지 나기 때문에 투과광량이 낮은 온실은 즉시 피복재를 교체하여 광투과율을 높이는 것이 경제적일 것으로 판단되었다. 온실의 투과광량 감소요인을 분석한 결과 투과광량을 감소시키는 내부요인은 보온커튼, 내부피복재, 결로받이 등인 것으로 분석되었다. 광폭형 단동온실의 경우에는 비교적 넓은 온실 폭의 중앙에 보온커튼과 내부피복재를 걷어 두고 있기 때문에 온실 전체 폭에 비해 걷혀 있는 보온커튼과 내부피복재의 폭이 비교적 작아 다른 온실에 비해 광 손실이 상대적으로 적을 것으로 분석되었다. 종합적으로 비교해 볼 때 광폭형 단동온실이 광 투과 측면에서 가장 우수한 것으로 나타났고 내부피복재를 중앙에서 권취하여 개방하는 형태의 온실이 가장 바람직하지 못한 것으로 분석되었다.

• 원예과학기술지
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• 제28권4호
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• pp.535-539
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• 2010

국내 육성 품종인 '매향' 딸기의 육묘 기간 중 광합성유효광량자속의 환경 조절을 통하여 러너 및 러너플랜트의 발생과 생산 효율을 증대시키고자 하였다. 딸기 육묘에 이용된 증식체의 엽수와 관부 직경은 각각 $3.1{\pm}0.4$와 $7.0{\pm}1.1mm$였다. 광합성유효광량자속을 각각 140, 210 및 $280{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 설정한 9기의 인공광 이용형 육묘 모듈에서 35일 동안 육묘하였다. 러너플랜트 생산 효율은 증식체당 일일 0.27주로 처리구 중 유의하게 가장 높았으며 관행의 딸기 육묘 방식의 러너플랜트 생산 효율과 비교하여도 크게 증진되었음을 확인하였다. 폐쇄형 육묘 시스템을 활용하여 육묘 기간 중의 PPF를 $280{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 조절하면 국내 육성 품종인 '매향'의 러너 발생 및 러너플랜트 생산을 증진시킬 수 있음이 확인되었다. 따라서 최근 국내에서 육성된 신품종 딸기의 급속 보급을 위한 증식체계 구축에 본 연구 기술이 활용되면 육성된 품종의 조급 보급이 가능할 것으로 판단된다.

• 원예과학기술지
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• 제33권3호
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• pp.349-355
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• 2015

Lisianthus (Eustoma grandiflorum) is relatively sensitive to temperature and light conditions. For year round production of good quality potted plants and energy saving, it is necessary to understand the growth and flowering response to the combined conditions of these environmental factors. This study was conducted to examine the growth and flowering responses to temperature, photoperiod, and light intensity during the post-seedling stage. 'El Paso Deep Blue' lisianthus plants with four true leaf pairs were grown in growth chambers maintained at average daily temperatures (ADT) of 14, 20, and $26^{\circ}C$ and provided with three photosynthetic photon fluxes [PPF; 100, 200, and $400{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$] for 8 (08:00-16:00) and 16 hours (08:00-24:00) by fluorescent and incandescent lamps, resulting in four daily light integrals (DLI): about 3, 6 (two photoperiods), 12 (two photoperiods), and $24mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$. After treatment for three weeks followed by growth for one week in a greenhouse of $20{\pm}3^{\circ}C$, growth and development were measured. Higher temperature, higher PPF, and longer photoperiod promoted plant growth and flowering; however the impacts of PPF and photoperiod were smaller than those of temperature. As ADT and DLI increased, the number of leaves, number of flowers, lateral shoot length, and shoot dry weight increased. An increase of about $1mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$ DLI could constitute an increase of 0.40 to $0.76^{\circ}C$ ADT depending on these crop characteristics when ADT and DLI are above $20^{\circ}C$ and $12mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, respectively. Therefore, growers can select a regimen of heating or supplemental lighting without delaying harvesting time or decreasing crop quality.

• 생물환경조절학회지
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• 제23권4호
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• pp.383-390
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• 2014

균일한 고품질의 접수 및 대목 생산을 목적으로, 인공광형 폐쇄형 육묘시스템 내에서의 접수 및 대목 육묘기술을 개발하고자, 폐쇄형 육묘시스템 내에서의 광량 및 플러그 트레이 규격에 따른 오이 접수 및 호박 대목의 생육을 조사하였다. 광량 3수준 (photosynthetic photon flux, PPF 165, 248, $313{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$) 및 플러그 트레이 셀 규격 5가지(50, 72, 105, 128, 200공)를 조합한 15처리로 9일간 육묘하였다. 오이 접수와 호박 대목의 지상부 건물중은 광량과 플러그 트레이의 셀 크기가 증가할수록 증가하였으며, 상대생장률은 광량과 플러그 트레이의 셀 크기에 따라 두 배 가까운 차이를 보였다. 그와 함께 광량의 증가에 따라 건물률이 증가하고 비엽면적 및 배축장이 감소하여, 묘의 품질이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제1본엽의 전개는 200공 플러그 트레이에 육묘한 경우를 제외하고 오이 접수의 경우 파종 8일, 호박 대목의 경우 파종 7일경부터 이루어졌다. 200공 플러그 트레이에 육묘한 경우, 다른 플러그 트레이 규격을 이용한 경우에 비해 생육 및 본엽 전개가 하루 정도 늦어지는 경향을 보였다. 따라서 생육 및 공간이용효율을 고려하였을 때, 단근합접을 위한 오이 접수 및 호박 대목 생산을 위해서는 오이 접수의 경우 105공~128공 플러그 트레이를 이용하여 8일 내외, 호박 대목의 경우 72공~105공 플러그 트레이를 이용하여 7일 내외로 육묘하는 것이 추천된다. 아울러 광량 증가에 따라 묘의 생육 및 품질이 향상되므로, 검토된 범위 내에서 가능한 광량을 높여주는 관리가 추천된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제27권3호
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• pp.231-238
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• 2018

본 연구는 대목과 접수의 결합 단계에서 나타나는 스트레스를 오이접목묘의 엽록소형광반응, 엽록소함량, 활착 및 생장 특성 측면에서 분석하고자 수행되었다. 이를 위해서 활착실 내의 광합성유효광양자속은 25, 50, 100, $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$의 4수준으로 설정되었고, 기온, 상대습도 및 LED 램프의 광주기는 각각 $25^{\circ}C$, 90%, $16h{\cdot}d^{-1}$이었다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 대목의 최대양자수율은 0.84-0.85로서 광량에 따른 분명한 차이가 나타나지 않았다. 한편, 접수의 최대양자수율은 접목 후 2일째에 0.81-0.82로 낮게 나타났으나, 3일째부터 광량이 높을수록 접수의 최대양자수율이 증가하였다. 활착 후 4일째에 측정된 접수의 엽록소함량은 광량이 증가할수록 높게 나타났다. 오이접목묘의 활착율은 광량이 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 이하일 때 90-95% 정도로 높게 나타났으나, $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$의 처리구에서는 80% 정도로 저하되었다. 광주기에 따라 다르나, 오이접목묘의 활착에 적합한 한계 광량은 플러그 트레이 표면에 조사된 광량을 기준으로 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 정도이다. 본 연구에서 처리된 광강도 하에서 활착된 오이접목묘의 발근에 최소 2일이 소요되었고, 이 기간에 접수의 최대양자수율은 최저치로 나타났다. 활착 단계에서 조사되는 광량에 따라 대목과 접수의 변이형광과 최대양자수율이 다르게 나타났다. 그러므로 접목묘의 활착 단계에서 나타나는 스트레스를 줄이면서 대목의 발근을 촉진하고, 접수의 최대 양자수율이 급격하게 저하되는 것을 방지하려면 광 및 습도 등의 물리적 환경이 정확하게 제어되어야 한다. 향후 접목묘의 활착 단계에서 대목의 발근, 통도조직의 결합 상태, 수분의 이동에 따른 엽록소함량 변화를 정량적으로 구명할 필요가 있다.

• 생물환경조절학회지
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• 제11권1호
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• pp.40-44
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• 2002

플러그묘를 대량으로 생산할 수 있는 폐쇄형 묘생산 시스템을 개발하고자 본 연구가 수행되었다 또한 묘소질이 우수한 청장계 오이 플러그묘를 생산하는 데 필요한 적정 광환경 조건을 확립하고자 오이묘의 생장에 미치는 4수준의 광주기(18/6 h, 12/12 h, 9/15 h, 6/18h)와 4수준의 광합성유효광량자속(200, 300, 400, 500$\mu$mo1. m$^{-2}$ .s$^{-1}$)의 영향을 구명하였다. 인공광하에서 오이 플러그묘의 생장에 미치는 광주기의 영향은 광합성유효광량자속에 비해서 더 크게 나타났다. 폐쇄형 묘생산 시스템에서 생산된 오이묘의 줄기 직경, 지상부와 지하부 건물중, 엽수, 엽폭, 엽장 및 엽록소함량은 대조구에 비해서 유의성이 높게 나타났다. 한편 배축은 대조구에 비해서 유의성이 인정될 만큼 짧게 나타났다. 6/18h의 광주기와 200$\mu$mol. m$^{-2}$ .s$^{-1}$의 광합성유효광량자속에서 생산된 오이묘의 생장 특성은 자연광하에서 육묘된 경우와 유사하게 나타났다. 단일 식물인 오이의 특성을 고려할 때 상기 결과는 짧은 명기와 낮은 광량에서 묘소질이 균일한 청장계 오이 플러그묘의 생산이 가능함을 의미하는 것이다. 인공광하에서 식물묘를 생산할 경우 소비전력의 60~70%가 조명기구에 소요됨을 고려할 때 이러한 결과는 인공광형 묘생산 시스템을 이용한 오이 플러그묘의 생산에서 소비전력의 절감 방안에 해당하는 것이다.

• 원예과학기술지
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• 제31권1호
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• pp.14-23
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• 2013

This study evaluated the influence of light quality and intensity during healing and acclimatization on the $CO_2$ exchange rate, growth, and morphogenesis of grafted pepper (Capsicum annuum L.) transplants, using a system for the continuous measurement of the $CO_2$ exchange rate. C. annuum L. 'Nokkwang' and 'Tantan' were used as scions and rootstocks, respectively. Before grafting, the transplants were grown for four weeks in a growth chamber with artificial light, where the temperature was set at $25/18^{\circ}C$ (light/dark period) and the light period was 14 hours $d^{-1}$. The grafted pepper transplants were then healed and acclimatized under different light quality conditions using fluorescent lamps (control) and red, blue, and red + blue light-emitting diodes (LEDs). All the transplants were irradiated for 12 hours per day, for six days, at a photosynthetic photon flux (PPF) of 50, 100, or 180 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. The higher PPF levels increased the $CO_2$ exchange rate during the healing and acclimatization. A smaller increase in the $CO_2$ exchange rates was observed in the transplants under red LEDs. At a PPF of 180 ${\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, the $CO_2$ exchange rate of the transplants irradiated with red LEDs was lowest and it was 37% lower than those irradiated with fluorescent lamps. The $CO_2$ exchange rates of transplants irradiated with blue LEDs was the highest and 20% higher than those irradiated under fluorescent lamps. The graft take was not affected by the light quality. The grafted pepper transplants irradiated with red LEDs had a lower SPAD value, leaf dry weight, and dry matter content. The transplants irradiated with blue LEDs had longer shoot length and heavier stem fresh weight than those irradiated with the other treatments. Leaves irradiated with the red LED had the smallest leaf area and showed leaf epinasty. In addition, the palisade and spongy cells of the pepper leaves were dysplastic and exhibited hyperplasia. Grafted pepper transplants treated with red + blue LEDs showed similar growth and morphology to those transplants irradiated with fluorescent lamps. These results suggest that high-quality grafted pepper transplants can be obtained by healing and acclimatization under a combination of blue and red lights at a high PPF level.