• 생물환경조절학회지
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• 제27권2호
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• pp.132-139
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• 2018

작물의 생산량은 광합성과 밀접한 관계가 있으며, 광합성 속도는 다양한 환경 요인에 의해 변화한다. 광합성 속도는 작물의 생육 상태나 생육 속도를 판단하는 지표로 사용되며, 작물 재배 시설을 구축하는 데 고려해야 하는 중요한 요인이다. 이 연구의 목적은 광도, $CO_2$ 농도 및 생육 단계에 의해 변화하는 로메인 상추의 군락 광합성 속도 모델을 개발하는 것이다. 군락 광합성 속도는 정식 후 5, 10, 15, 20 일차에서 5단계의 $CO_2$ 농도($600-2,200{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$)와 5단계의 광조건($60-340{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$)이 처리된 3개의 밀폐 아크릴 챔버($1.0{\times}0.8{\times}0.5m$) 내에서 측정하였다. 먼저 세 가지 환경 요인을 사용하는 식들을 곱하여 만든 단순곱 모델을 구성하였다. 이와 동시에 생육 시기에 따라 변화하는 광화학 이용효율과 카르복실화 컨덕턴스, 호흡에 의한 이산화탄소 발생 속도를 포함하는 수정 직각쌍곡선 모델을 구성하여 단순곱 모델과 비교하였다. 검증 결과, 단순곱 모델의 $R^2$는 0.923이었으며, 수정 직각쌍곡선 모델의 $R^2$는 0.941을 나타내었다. 따라서 수정 직각쌍곡선 모델이 광도, $CO_2$ 농도, 생육 단계의 3 변수에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 데 더욱 적합한 것으로 판단하였다. 본 연구에서 개발된 군락 광합성 모델은 식물공장에서 상추 재배를 위해 생육 단계별로 설정해야 할 최적의 광도와 $CO_2$ 농도를 결정하는 데 도움이 될 것으로 생각된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제26권4호
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• pp.268-275
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• 2017

광도와 온도 같은 환경 요인에 의해 광합성 속도가 변화하기도 하며, 생육 시기에 따른 광합성 효율의 변화가 수반되기도 한다. 본 연구에서는 흑로메인 상추(Lactuca sativa L., Asia Heuk romaine)를 이용하여 광도와 온도, 생육 시기에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 두 모델을 구축하고 비교하는 것을 목표로 하였다. 군락 광합성은 정식 후 4, 7, 14, 21, 28 일차 상추를 아크릴 챔버($1.0{\times}0.8{\times}0.5m$)에 넣어 측정하였으며, 이 때 챔버 내부의 온도는 $19^{\circ}C$에서 $28^{\circ}C$까지 변화시켰고 광원은 LED를 이용하여 50에서 $500{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$까지 변화시키며 실험하였다. 챔버 내부의 초기 이산화탄소 농도는 $2,000{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$로 설정하였으며, 시간에 따른 이산화탄소 농도의 변화율을 이용하여 군락 광합성 속도를 계산하였다. 각 환경요인을 표현하는 3개 식을 곱하여 만든 단순곱 모델을 구성하였다. 이와 동시에 온도와 생육 시기에 따라 변화하는 광화학 이용효율과 카르복실화 컨덕턴스, 호흡에 의한 이산화탄소 발생 속도를 포함하는 수정된 직각쌍곡선 모델을 구성하여 단순곱 모델과 비교하였다. 검증 결과 단순곱 모델은 0.849의 $R^2$ 값을 나타내었으며, 수정된 직각쌍곡선 모델은 0.861의 $R^2$ 값을 나타내었다. 수정된 직각쌍곡선 모델이 단순곱 모델에 비해 환경 요인(광도, 온도), 생육 요인(생육 시기)에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 데 더욱 적합한 모델인 것으로 판단하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제28권4호
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• pp.279-285
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• 2019

작물의 일중 광합성량을 정확하게 추정하기 위해서는 일중 태양의 위치 변화에 따른 작물의 정확한 수광량 변화를 정확하게 예측해야 한다. 그러나, 이는 많은 시간, 비용, 노력이 소요되며, 측정의 어려움이 수반된다. 현재까지 다양한 모델링 기법이 적용되었으나 기존 방식으로는 정확한 수광 예측이 어려웠다. 본 연구의 목적은 파프리카의 3차원 스캔 모델과 광학 시뮬레이션을 이용하여 일중 시간 별 캐노피 수광 분포와 광합성 속도의 변화를 예측하는 것이다. 휴대용 3차원 스캐너를 이용하여 온실에서 재배되는 파프리카의 구조 모델을 구축하였다. 주변 개체의 유무에 따른 캐노피 수광 분포의 변화를 보기 위하여 작물 모델 별 간격을 60cm로 $1{\times}1$, $9{\times}9$ 정방형 배치하여 광학 시뮬레이션을 수행하였다. 광합성 속도는 직각쌍곡선 모델을 이용하여 계산하였다. 3차원 파프리카 모델 표면의 수광 분포는 오전 9시, 정오, 오후 3시의 태양 각도에 따라 서로 다른 양상을 보였다. 캐노피 총 수광량은 $9{\times}9$ 배치로 주변 개체 수가 늘어남에 따라 감소하였고, 태양 고도가 가장 높은 정오에서의 감소율이 가장 적었다. 캐노피 광합성 속도와 $CO_2$ 소모량 역시 수광량과 비슷한 양상을 보였으나 작물 상단부 엽의 광합성 속도 포화로 인해 수광량 변화에 비해 적은 감소율을 보였다. 본 연구에서는 파프리카의 3차원 스캔 모델과 광학 시뮬레이션을 이용하여 가상 환경 조건에서의 캐노피 수광과 광합성 분포를 분석할 수 있었으며, 이는 추후 다양한 재배 조건에서 작물 수광량과 광합성 속도를 예측하는 데에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.