식물의 성장을 모델링 하는데 있어서 기존의 시스템들은 식물의 성장에 대한 환경적인 요소를 고려하기 보다 식물의 모습을 얼마만큼 실제와 비숫하게 렌더링 하느냐에 초점을 맞추고 있다. 그리고 환경적인 요소를 고려한다고 하더라도 자라는 모습을 표현하기 위한 환경적인 요소만을 고려하기 때문에 다양한 환경에서 식물의 성장을 적절히 표현하지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 메시지 방식을 통해 환경적인 요소를 식물에게 전달하고 식물을 composite object로 구분하여 각각의 object들이 하는 역할과 relation을 기반으로 하여 식물이 다양한 환경에서도 논리성과 사실성을 가질 수 있는 모델을 제시 하고자 한다.
식물을 모델링 한 기존의 시스템들은 시각적인 사실성에 초점을 맞추어 연구되어졌다. 그러나 환경적인 요소를 고려하지 않은 식물 모델링은 가상세계에서의 식물에 대한 논리적 사실성을 감소시켜 사용자들의 몰입감을 떨어뜨린다. 본 논문에서는 환경과 상호작용하는 식물 성장에 초점을 맞추어 다양한 환경에서 식물의 성장을 시뮬레이션 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 온톨로지에 기반한 식물 객체의 구조를 살펴보고 젊음 에너지를 이용한 식물의 성장률을 계산하는 방법을 제시한다.
본 연구는 식물에 대한 LED 광색별 성장을 실험하여 효율적인 식물공장 광원에 대한 기준을 제시하기 위하여 수행되었다. 실험은 Red-LED와 Blue-LED, White-LED 광환경에서 식물의 성장과 이산화탄소 감소를 측정하여 확인하였다. 식물의 성장은 Red-LED에서 성장이 가장 높게 나타났다. White-LED는 Red-LED와 유사한 경향을 보였지만, 시간이 경과 할수록 Red-LED의 성장이 높은 경향을 보였다. Blue-LED는 가장 낮은 성장을 보였다. 그리고 혼합광과 단색광의 광합성정도를 확인한 결과 Red-LED와 Blue-LED를 조합한 광원에서 이산화탄소 감소가 높게 나타났으며 적색광이 많을수록 이산화탄소의 감소도 높게 나타났다. 이와 같은 실험 결과 토대로 혼합광과 백색광에서의 성장을 비교 측정한 결과, 적색 4개, 청색 2개의 비율의 광원에서 식물의 성장이 높게 나타났다. 따라서 식물공장에서 식물의 효율을 높이고 성장을 촉진하기 위해서는 백색의 단색광을 사용하는 것 보다 적색광을 사용하거나, 적색과 청색을 혼합하여 사용하여 파이토크롬 효과를 높이는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다. 특히 백색광만 사용하는 경우 성장 초기에는 한해서 사용해야 하며 성장이 잎이 커짐에 따라 적생광이 강한 광을 사용하는 것이 효과적이다.
생태방음벽의 적합한 식물종은 최소한의 유지관리만을 통해 성장할 수 있는 식물을 선정하는 것이 매우 중요하다. 지상부의 성장이 억제되고, 지하부의 성장이 활발해야 하기 때문에 레볼센트리, 소나타, 페난트 등이 가장 적합한 식물종으로 판단된다. 코스모스의 경우는 발아율, 생명력, 번식력 등이 매우 좋으나 지하부의 성장이 다른 품종에 비해 약 35%이상 크게 성장하고 지하부의 성장이 50%미만이기 때문에 식생방음벽으로서는 적합하지 않다. 그리고 여러 조건을 충족할 수 있는 추후 실험이 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 연구는 식물공장 요소 기술의 표준화를 위하여 LED 광원의 광강도에 따른 식물의 성장변화와 최적 LED 광강도 범위를 확인하였다. 1400 lx와 1600 lx 영역에서 비교적 안정적인 성장을 확인하였고 광강도 증가에 따라 성장과 둔화가 반복되며 성장을 지속하지만, 잎의 성장이 없으면 웃자라는 현상과 함께 성장은 둔화하는 것이 확인되었다. 400 lx에서 800 lx까지의 성장 특징은 실험 기간 어느 정도 성장이 지속하였지만, 웃자라는 현상은 7일까지 유지되었고, 잎이 성장하지 않아 일간 평균 성장차가 현저히 낮아진다는 것을 확인하였다. 1,000 lx에서 1,400 lx까지의 성장은 광강도가 높아짐에 따라 잎의 성장과 일별 성장이 확인되었고 성장증가와 성장둔화가 반복되는 것이 확인되었다. 1,600 lx와 1,800 lx는 1,400 lx 영역과 유사한 성장을 보였지만, 잎의 성장은 높았다. 그러나 1,800 lx에서는 1,400 lx보다 높은 성장을 보였고, 시간 경과에 따라 성장이 둔화하는 것이 확인되었다. 또한, 광강도가 강할수록 광원으로부터 발산되는 열로 인하여 식물 주변의 온도상승이 수반되어 잎의 열화현상이 발생한다. 이러한 실험 결과를 토대로 식물의 성장에 따른 재배 트레이의 공간설정과 재배용 광원과의 거리 조절이 필요하며, 광원의 최대강도 사용에 따른 재배공간의 능동적인 공기조화 계획이 필요하다.
Phytoextraction은 식물을 이용하여 환경 정화하는 기술로서 금속으로 오염된 토양을 정화하는 것이다. 토양에 존재하는 금속의 추출을 용이 하기 위해서 현재 다양한 킬레이트가 사용되고 있다. Phytoextraction이 경제적이고 친환경적인 장점이 있지만 고농도로 오염된 지역에서는 적용이 어려운데 이는 식물이 이러한 지역에서 살아남기 어렵기 때문이며 이러한 문제점을 해결하는 것이 본 연구의 목적이다. 연구 대상의 금속으로서 수은을 선택하였고, 킬레이트는 아미노산인 시스테인과 히스티딘, 작은 크기의 유기산으로서 citric acid, malic acid, succinic acid, oxalic acid, 그리고 ethylenediamine (EDA)를 선택하였으며, EDTA는 비교 대상으로 본 연구에 사용되었다. 다양한 농도의 수은을 포함하는 배지에 식물을 키우면서 여러 킬레이트가 식물의 뿌리 성장에 미치는 영향을 분석하였다. 수은에 의한 식물의 성장 억제는 시스테인과 EDA에 의해서 완화되었으며 히스티딘과 citrate는 별 다른 영향이 없었다. Malate, succinate, 그리고 oxalate는 수은에 의한 식물 성장 억제를 더 촉진시켰다. 따라서 수은의 식물성장억제를 완화시켜주는 시스테인과 EDA는 고농도의 수은으로 오염된 지역에서 식물의 성장이 가능하도록 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
접종된 식물뿌리 속에서 AM의 특징들이 관찰되었으며, 뿌리의 감염도와 키틴의 량을 측정하였다. 현미경 관찰결과 각종의 식물뿌리에서 나타나는 감염도와 키틴의 정량이 서로 상관관계를 갖으며, 뿌리감염도가 높아질 수록, AMF는 뿌리외 균사에서 뿌리세포내 균사로 바뀌면서 AM 균근의 특이한 현미경 구조를 보였다. 식물뿌리에서 AMF 성장은 sigmoid curve를 나타냈으며, 다른 생물의 성장과 동일하였다. 식물뿌리 속에서 AMF의 성장에 비료인 P
본 연구는 금개구리(Rana plancyi chosenica)유생의 성장에 효율적인 먹이를 개발하기 위하여, 서로 다른 네가지 형의 먹이를 공급하고 그에 따른 성장을 비교한 것이다. 금개구리 유생에게 식물성 먹이를 공급한 군과 식물성과 동물성 배합 먹이를 공급한 실험군이 습지에서 수거한 유기물과 식물성 먹이 만을 공급한 대조군보다 더 빠른 성장을 보였다. 나아가, 식물성과 동물성 먹이를 혼합하여 공급한 먹이군이 순수하게 식물성 먹이 만을 공급한 실험군보다 더 높은 성장을 보였다. 식물성먹이에 동물성 먹이로서 열대어 사료를 혼합하여 공급한 실험군의 유생들이 대조군이나, 식물성 먹이 실험군, 식물성에 뱀장어 사료를 혼합하여 공급한 실험군 모두에 비하여 빠른 시간 안에 변태에 이르렀다. 이러한 결과는 식물성 먹이와 동물성 먹이를 적절하게 배합한 먹이가 금개구리 유생의 빠른 성장과 변태에 가장 효율적이라는 것을 나타낸다.
집중호우에 의한 고탁도 침수는 식물 성장에 영향을 줄 수 있는 요소 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 버드나무속 식물인 갯버들, 버드나무, 왕버들을 이용하여 고탁도 침수 발생 시 식물 키 및 엽수를 파악하여 성장정도를 정량적으로 분석하였다. 식물 키에 대한 분석 결과 비침수 상태인 대조군에서는 30일 후 갯버들, 버드나무, 왕버들이 각각 33.4%, 24.3%, 23.9% 증가하였지만 고탁도의 침수가 시작되면 대부분 성장이 멈추었다. 엽수의 경우 대조군에서는 30일 후 갯버들, 버드나무, 왕버들이 각각 144.5%, 77.3%, 40.3% 증가하였지만 고탁도 침수가 30일 지속되면 버드나무를 제외한 식물의 엽수는 0개로 관찰되었다. 식물 성장에 대한 실험 결과 전반적으로 버드나무속 식물은 고탁도 침수가 지속되면 빠른 시간 내 성장이 멈추는 것으로 나타났다. 이 결과는 향후 침수가 빈번히 발생하는 임하호 및 상류하천 사면의 친환경적인 수목조성을 위한 기초자료가 될 것으로 판단한다.
Phytoextraction은 식물을 이용하여 환경 정화하는 한 기술로서 금속으로 오염된 토양을 정화하는 것이다. 토양에 존재하는 금속의 추출을 용이 하기 위해서 현재 다양한 킬레이트가 사용되고 있다. Phytoextraction이 경제적이고 친환경적인 장점이 있지만 고농도로 오염된 지역에서는 적용이 어려운데 이는 식물이 이러한 지역에서 살아남기 어렵기 때문이며 이러한 문제점을 해결하는 것이 본 연구의 목적이다. 연구 대상의 금속으로서 알루미늄을 선택하였고, 킬레이트는 아미노산인 시스테인과 히스티딘, 작은 크기의 유기산으로서 citric acid, malic acid, succinic acid, oxalic acid, 그리고 ethylenediamine (EDA)를 선택하였으며, EDTA는 비교 대상으로 본 연구에 사용되었다. 다양한 농도의 알루미늄를 포함하는 배지에 식물을 키우면서 여러 킬레이트가 식물의 뿌리 성장에 미치는 영향을 분석하였다. 알루미늄에 의한 식물의 성장 억제는 히스티딘에 의해서 약간 완화되었으며 시스테인, citrate, malate, oxalate, 그리고 succinate는 별 다른 영향이 없었다. EDTA와 EDA는 알루미늄에 의한 식물성장 억제를 강력하게 억제하였으며 이는 알루미늄의 식물 내 흡수를 억제에 의한 것이다. 따라서 알루미늄의 식물성장억제를 강력하게 완화시켜주는 EDA는 고농도의 알루미늄으로 오염된 지역에 식물의 성장이 가능하도록 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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