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제목 식물 재배를 위한 LED조명의 요모조모
작성자 운영자 (ip:)
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  • 작성일 2010-12-18 01:53:47
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  • 조회수 2015
 

 

이미지 출처 : flickr/ © hyugar

 

요즘 대형마트에 가면 LED(발광다이오드, Light Emitting Diode)로 만들어진 책상 스텐드와 백열등 모양의 LED 전구를 쉽게 찾아 볼 수 있다. 과거에는 고급 전자장비나 측정장비에 들어가던 LED가 이제 우리 생활 가운데 아주 가까이 다가와 있다. 그런데 이러한 LED 조명이 식물에게도 친근해지고 있다. 식물재배분야에서 태양광을 대신하여 LED 조명을 사용하고 있기 때문이다.

최근 롯데마트가 서울역점 매장에 상추 재배용 식물공장인 ‘행복가든’을 설치하고 직접 재배한 상추를 판매하며 무료 시식행사를 했고, 농촌진흥청은 남극 세종기지에서 신선한 채소를 먹을 수 있도록 컨테이너형 식물공장을 남극으로 운송하기도 했다. 이처럼 충분한 일조량을 얻을 수 없는 자연환경을 가진 지역이나 햇빛이 조금도 없는 빌딩 내부나 지하공간에서도 LED 조명을 활용하여 식물을 재배하는 식물공장이 큰 관심을 모으고 있다.

 

 

 

 

인간의 눈은 빨주노초파남보로 대표되는 가시광선(380nm~700nm 파장영역)의 빛을 감지한다. 특히 550nm의 녹색 계열의 빛을 가장 밝게 감지한다. 그렇다면 식물도 녹색광을 가장 잘 감지하고 좋아할까? 답은 ‘아니다’ 이다.

 

식물에서 녹색으로 보이는 부분은 엽록체가 있어서 광합성을 할 수 있다. 식물이 녹색을 띄는 것은 엽록체 내의 엽록소 때문이고 엽록소는 빛에너지를 흡수하고 엽록체는 빛에너지를 이용하여 화학에너지인 탄수화물을 만든다. 엽록소는 440nm 대의 청색광과 655nm 대의 적색광을 주로 흡수하고 녹색광는 대부분 반사한다.

 

녹색식물이 녹색을 띄고 있는 것은 녹색을 반사하기 때문이다. 따라서 인간을 위하여 개발된 조명은 식물에게 적합하다고 할 수 없다.

<엽록소의 흡수 스펙트럼>

 

식물이 잘 흡수할 수 있는 파장대의 빛만을 내도록 조명이 설계되어야 하는 데 LED는 원하는 파장대의 빛만을 내도록 쉽게 설계할 수 있어 식물재배에 적합한 광원에 해당한다.

 

 

 

 

 

식물의 광합성의 속도는 빛의 세기가 커짐에 따라 증가한다. 그러나 어느 정도의 빛의 세기에 이르면 더 이상 증가하지 않는데 이를 광포화점이라고 한다. 광포화점은 식물의 종류에 따라 차이가 있으므로 재배하고자 하는 식물에 따라 적정한 조명의 세기를 조절하면 과다 조사로 인한 전력 과소비를 줄일 수 있다.

 

예로서 토마토의 광포화점(847 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density))은 인삼의 광포화점(145 PPFD) 6배 정도가 크다. 토마토는 인삼에 비해 6배 이상의 조명세기가 필<빛의 세기에 따른 광합성량                 요하다는 의미이다.

 

 

 

 

 

일반적으로 식물재배에는 연속조명을 사용하고 있다. 그런데 광합성 경로를 살펴보면 명반응(밝을 때 반응)과 암반응(어두울 때 반응)으로 구별되며 탄수화물을 생성하는 암반응에는 빛이 필요없다. 빛이 필요하지 않는 시간에는 빛을 조사하지 않고 빛이 필요한 시간만 간헐적으로 조사하면 단위 광량당 광합성 속도를 증가시킬 수 있고 전기료도 절약할 수 있다.

샐러드 상추에 주기 400(펄스폭 200)의 간헐적인 빛을 조사한 경우 연속적으로 빛을 조사한 경우에 비해 성장률 및 광합성속도가 모두 20~25% 증가한 것으로 보고되었다.

 

 

 

 

빛의 파장에 따라 식물에 미치는 효과가 다르다. 적색광은 식물의 성장을 촉진시키는 반면 청색광은 눈(buds) 발생을 촉진하고 줄기를 튼튼하게 하며 잎을 무성하게 만든다.

 

따라서 적색광에 비해 청색광이 너무 적으면 식물이 껑충하게 자라고, 청색광이 너무 많으면 성장이 느리게 된다. 식물에게 최적의 조건을 제공하기 위해 식물의 성장, 신장, 개화, 발화 등 각 단계에서 조명의 파장을 적절히 조절할 수 있다.

 

 

 

 

 

해충이 싫어하는 황색광(580nm~650nm

) LED 조명을 사용하면 모기, 파리, 진딧물 등의 해충을 예방할 수 있다. 또한 녹색광(530nm)은 오이, 고추의 곰팡이 발생을 억제한다.

 

딸기의 경우 힌 가루병 등의 병해를 방지하는데 조명을 사용한다. 이렇듯 LED 조명을 이용하면 식물의 무농약 재배가 가

<빛의 파장이 식물에 미치는 작용효과, ()파루스>

 

능한 것이다. 실제 이러한 효과를 기대하며 동해시는 관내 딸기재배 농가를 대상으로 LED 시설원예 전조재배시범사업을 추진하고 있다.

 

 

 

 

                                                                                                               

자연상태에서는 햇빛의 일조량에 따라 작물의 작황이 좋지 않을 수 있고, 동일한 작물을 연이어 재배할 경우 토양의 지력이 약화되어 작물의 수확량이 감소될 수 있다.

 

그러나 LED 조명을 이용한 식물공장은 식물 성장에 영향을 미치는 일조량을 인위적으로 조절하여 생육기간을 조절할 수 있고, 토양 대신에 양분을 포함하는 배양액을 사용할 수 있어 연작으로 인한 문제도 해결할 수 있다.

<형광등, LED, 자연광의 비교, 다인바이오()>

실례로, 2010 6월 전주생물소재연구소는 4년근 인삼을 18개월만에 재배하는데 성공했다. 그리고 2010 8월 전북대 연구진은 잎들깨를 3~4주만에 수확하는 촉성 재배 시스템을 개발했다. 청색광(파장 450nm) LED 조명을 활용하여 일반 백열등에 의한 재배에 비해 4~5배 빠른 생장속도를 얻을 수 있고 들깨잎의 특유의 향기성분인 폴리페놀화합물과 엽록소 함량이 훨씬 높아 품질면에서도 우수하다. 이렇듯 LED 조명의 파장대를 조절하면 빠른 시간에 식물을 재배할 수 있고 일년내내 신선한 식물을 계속하여 공급할 수 있다.

 

 

 

식물의 잎의 노화는 광조사에 의해 제어되고 수확 후에 녹색 엽채류, 모종과 같은 녹색식물에 대한 저장 중에 광조사가 품질유지에 유리하다는 사실이 보고되었다. 저온 저장 중에 저조도 조사(low light irradiation)는 낮은 레벨이지만 광합성을 유지시켜 식물체의 광합성 관련조직을 유지하는데 효과가 있다고 한다.

 

 

 

 

깻잎, 딸기, 국화를 재배할 때 비닐하우스에 형광등이나 백열등 같은 전구를 사용하여 생산량과 품질을 높이는 재배방법을 전조재배라고 한다. 국화와 같은 화훼의 경우 출하에 맞춰 개화시기를 조절하는 것이 중요하고, 깻잎은 꽃이 피게 되면 맛이나 품질이 떨어지므로 이것을 방지하기 위해 야간에도 조명을 이용한다. 하지만 이 농법은 전기요금과 전구의 짧은 수명에 따른 비용 부담이 크다.

LED를 이용하면 이것을 한 번에 해결할 수 있다. LED는 기존의 백열등 및 형광등에 비하여 가격은 비싸지만 백열등에 비해 전기료를 80% 이상 절감할 수 있고 수명도 100배나 길어 장기간 사용할 경우 경제성이 있기 때문이다. 전남도농업기술원은 수출용 국화 전조재배에 LED를 이용하여 전기료 절감과 품질향상, 개화조절이 가능한 기술을 개발했다

 

 

이처럼 LED 조명은 농업분야에서 식물재배를 위한 좋은 광원으로 인정받고 있다. 현재 LED 조명을 이용한 식물공장은 유럽과 미국, 일본 등에서 활발히 진행 중으로 일본에서는 이미 상업화단계에 들어섰고, 미국 등에서는 초고층빌딩 식물공장이 구상되고 있다.

우리나라의 경우는 LED 조명을 이용한 식물공장에 대한 재배연구가 시작 단계에 있는 것이 현실이다. 그러나 롯데, 동부, LG와 같은 대기업들이 첨단 농업 프로젝트에 관심이 있고, 정부에서도 적극적인 지원을 하고 있어 조만간 우리의 식탁에도 LED 조명으로 키워진 신선한 야채를 만날 수 있을 것으로 보인다.

 

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