Determination of Carbon Dioxide Concentration in CO₂ Supplemental Greenhouse for Tomato Cultivation during Winter and Spring Seasons

겨울과 봄철의 CO₂ 시비 토마토 온실에서 온도에 따른 CO₂ 농도 구명

This study was aimed to determine the changes in CO₂ concentration according to the temperatures of daytime and nighttime in the CO₂ supplemental greenhouse, and to compare calculated supplementary CO₂ concentration during winter and spring cultivation seasons. CO₂ concentrations in experimental greenhouses were analyzed by selecting representative days with different average temperatures due to differences in integrated solar radiation at the growth stage of leaf area index (LAI) 2.0 during the winter season of 2022 and 2023 years. The CO₂ concentration was 459, 299, 275, and 239 µmol·mol^-1, respectively at 1, 2, 3, and 4 p.m. after the CO₂ supplementary time (10:00-13:00) under the higher temperature (HT, > 18℃ daytime temp. avg. 31.7, 26.8, 23.8, and 22.4℃, respectively), while it was 500, 368, 366, 364 µmol·mol^-1, respectively under the lower temperature (LT, < 18℃ daytime temp. avg. 22.0, 18.9, 15.0, and 13.7℃, respectively), indicating the CO₂ reduction was significantly higher in the HT than that of LT. During the nighttime, the concentration of CO₂ gradually increased from 6 p.m. (346 µmol·mol^-1) to 3 a.m. (454 µmol·mol^-1) in the HT with a rate of 11 µmol·mol^-1 per hour (240 tomatoes, leaf area 330m²), while the increase was very lesser under the LT. During the spring season, the CO₂ concentration measured just before the start of CO₂ fertilization (7:30 a.m.) in the CO₂ enrichment greenhouse was 3-4 times higher in the HT (>15℃ nighttime temperature avg.) than that of LT (< 15℃ nighttime temperature avg.), and the calculated amount of CO₂ fertilization on the day was also lower in HT. All the integrated results indicate that CO₂ concentrations during the nighttime varies depending on the temperature, and the increased CO₂ is a major source of CO₂ for photosynthesis after sunrise, and it is necessary to develop a model formula for CO₂ supplement considering the nighttime CO₂ concentration.

본 연구는 겨울과 봄철의 CO₂ 시비 토마토 온실에서 낮과 밤의 온도 변화에 따른 CO₂ 농도 변화를 구명하고 계산된 CO₂ 공급량을 비교하고자 수행하였다. 온실 내 CO₂ 농도는 2022년과 2023년의 겨울철 실험 온실에서 생육단계가 LAI 2.0인 대표적인 날들 중 누적광량 차이로 인한 평균 온도가 다른 날을 선정하여 분석하였다. 평균 온도 18℃ 이상의 경우(고온, HT), CO₂ 공급 시간대(10:00-13:00) 이후 13, 14, 15, 16시에 각각 31.7, 26.8, 23.8, 22.4℃일 때 CO₂ 농도는 459, 299, 275, 239µmol·mol^-1이었고 평균 온도 18℃ 이하의 경우(저온, LT), 22.0, 18.9, 15.0, 13.7℃일 때 각각 500, 368, 366, 364µmol·mol^-1으로 HT에서 CO₂ 감소량이 LT보다 유의적으로 높았다. 야간 CO₂ 농도는 HT의 경우 오후 6시(346µmol·mol^-1) 부터 서서히 증가되어 오전 3시(454µmol·mol^-1)에 가장 높았으며 9시간 동안 약 100µmol·mol^-1이 증가되어 시간당 약 11µmol·mol^-1이 증가되었고(토마토 240개체, 엽면적 330m²), LT에서는 그 증가폭이 낮았다. 봄철 CO₂ 시비 온실에서 CO₂ 시비 개시 직전(오전 7:30)에 측정된 CO₂ 농도는 야간온도가 15℃ 이상의 경우(HT)는 15℃ 이하의 경우(LT)보다 3-4배 높은 것으로 나타났으며 그날의 계산된 공급 CO₂ 시비량도 HT에서 적었다. 본 연구결과에서 야간 CO₂ 농도는 재배 시기에 따른 온도의 영향을 받으며, 야간에 증가된 CO₂는 광합성 작용의 주요 공급원이 된다는 것을 알 수 있었다. 이를 고려한 CO₂ 공급 모델식 개발이 필요한 것으로 판단된다.