• Journal of Biosystems Engineering
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• 제40권1호
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• pp.89-93
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• 2015

Purpose: Machine vision-based image processing methods can be useful for estimating the fresh weight of plants. This study analyzes the ability of two different image processing methods, i.e., morphological and pixel-value analysis methods, to measure the fresh weight of lettuce grown in a closed hydroponic system. Methods: Polynomial calibration models are developed to relate the number of pixels in images of leaf areas determined by the image processing methods to actual fresh weights of lettuce measured with a digital scale. The study analyzes the ability of the machine vision- based calibration models to predict the fresh weights of lettuce. Results: The coefficients of determination (> 0.93) and standard error of prediction (SEP) values (< 5 g) generated by the two developed models imply that the image processing methods could accurately estimate the fresh weight of each lettuce plant during its growing stage. Conclusions: The results demonstrate that the growing status of a lettuce plant can be estimated using leaf images and regression equations. This shows that a machine vision system installed on a plant growing bed can potentially be used to determine optimal harvest timings for efficient plant growth management.

• 생물환경조절학회지
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• 제20권1호
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• pp.33-39
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• 2011

시설재배 딸기를 위한 생력적이고 환경친화적인 순환식 수경재배기술을 확립하기 위하여 고형배지 종류별로 딸기의 무기이온 흡수 특성을 조사하였다. 톱밥배지를 제외한 나머지 세 종류의 배지에서는 대체적으로 많은 양의 질산태질소의 흡수를 나타내었는데, 펄라이트배지와 입상양면배지 보다는 코코피트배지에서 약간 높은 흡수농도를 나타내었다. 인은 톱밥배지를 제외한 세 종류의 배지에서는 초기에는 $5me{\cdot}L^{-1}$의 높은 흡수농도를 나타내었으며 생육이 진행됨에 따라 점차 감소하여 $3me{\cdot}L^{-1}$ 정도의 흡수량을 나타내었는데, 이것은 비교적 높은 농도로서 추후 검토를 할 필요가 있을 것으로 생각되었다. 그러나 톱밥배지에서는 3월 중순까지 인의 흡수가 거의 없는 것으로 나타났다. 칼륨의 흡수농도는 톱밥배지를 제외하고는 세 배지 모두 비슷한 흡수량을 나타내었는데 생육초기에는 비교적 높은 흡수량을 나타내었지만 점차적으로 감소하여 $4me{\cdot}L^{-1}$ 전후의 흡수량을 나타내었다. 칼슘의 흡수량은 펄라이트배지와 입상암면배지에서는 생육초기에 약간 높은 농도를 나타내기는 하였지만 생육전반에 걸쳐서 $2me{\cdot}L^{-1}$ 정도의 안정적인 흡수양상을 나타내었다. 마그네슘은 코코피트배지에서 생육 전반기에 $3me{\cdot}L^{-1}$ 정도의 높은 흡수농도를 나타내었으며 생육 후반기까지도 다른 배지에 비해서 가장 높은 흡수 농도를 나타내었다. 다음으로는 펄라이트 배지와 입상암면배지 순이었으며 세 배지 모두 마그네슘의 흡수는 대체적으로 $1me{\cdot}L^{-1}$ 정도의 농도를 나타내었다. 본 실험의 결과는 고형배지를 이용한 순환식 딸기 수경재배에서 유용하게 활용될 것으로 생각된다.

• 원예과학기술지
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• 제32권2호
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• pp.165-170
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• 2014

본 연구는 완전제어형 식물공장에서 선형 지수 함수를 이용하여 재식거리($15{\times}10$, $15{\times}15$, $15{\times}20$, $15{\times}25$cm)에 따른 씀바귀의 생육과 수량 모델을 개발하고자 수행되었다. 개체당 건물중은 25cm 처리구가 가장 높았으며, 10cm 처리구가 가장 낮았다. 단위면적당 건물중으로 보면 15cm 처리구가 가장 높았으며, 25cm 처리구가 가장 낮았다. 따라서 씀바귀 생육을 위한 적정 재식밀도와 재식거리는 각각 44 plants/$m^2$와 $15{\times}15$cm였다. 정식 후 일수에 따른 건물중의 변화 곡선은 선형 지수적인 형태를 보였으며, 재식거리에 따른 선형 지수 형태를 이용하여 모델식을 예측할 수 있었다. 개체당 건물중과 개체당 생체중과의 관계는 재식거리와는 무관하게 직선적인 관계를 보여, 건물중 예측으로 생체중도 예측할 수 있었다. 선형 지수 함수식에서 작물생장율과 상대생장율, lost time는 쌍곡선 형태를 보였다. 씀바귀의 광사용효율는 $4.3-6.1g{\cdot}MJ^{-1}$였다. 재식거리에 따른 씀바귀의 생육과 수량은 선형 지수 함수식으로 정확하게 예측할 수 있었다. 결론적으로, 선형 지수 함수는 완전제어형 식물 공장에서 씀바귀의 생육과 수량을 예측하는데 유용한 함수였으며, 생육과 수량 모델을 개발할 수 있었다.

• 원예과학기술지
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• 제32권4호
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• pp.493-498
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• 2014

본 연구는 완전제어형 식물공장에서 선형 지수 함수를 이용하여 common ice plant의 생육과 수량 모델을 개발하고자 수행되었다. 식물공장 유형은 완전제어형 식물공장형태로 인공광원은 삼파장 형광등을 사용하였으며, 광주기는 12시간 일장주기였다. 광도는 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 조절하였다. 수경재배시스템은 3단으로 구성된 박막수경(NFT)시스템이었다. 식물공장내 온도, 상대습도와 이산화탄소 농도는 ON/OFF 제어하였다. 선형 지수 함수를 사용한 common ice plant의 정식 후 일수, 적산온도 및 적산일사량에 따른 엽면적, 단위 면적당 지상부 생체중과 건물중 및 광사용효율은 선형 지수적인 형태들을 보였다. 개체당 지상부 생체중과 개체당 지상부 건물중간의 관계는 직선적인 관계를 보였으며, 정식 후 30일째 common ice plant의 광사용효율(light use efficiency)은 $3.3g{\cdot}MJ^{-1}$이었다. 결론적으로, 선형 지수 함수는 완전제어형 식물공장에서 common ice plant의 생육과 수량을 정량적으로 예측하는데 유용한 함수로 사용될 수 있었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제10권3호
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• pp.133-140
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• 2001

순환식 펄라이트재배에서 배액 재사용을 위한 양분흡수 모델링을 작성하고자 양액 농도(1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 dS./m-1)를 달리하여 수행하였다. 생육 중기까지 전기전도도(EC) 수준에 따른 양액흡수량은 차이가 없었지만 중기 이후 EC가 높을수록 흡수량이 감소되는 경향을 보였다. N $O_{3-}$ N, P 및 K의 흡수량은 생육기간 동안 처리간 차이을 유지하였는데 N과 K는 생육 중기 이후 일정 수준을 유지하였으나 P는 생육기간동안 다소 증가되는 경향을 보였다. S의 흡수량은 생육 중기 이후 모든 처리에서 급격한 감소를 보였으며 생육 후기에는 처리간에 차이가 없었다. 오이의 무기이온 흡수율에서와 같이 흡수량에서도 EC간 차이를 보여 EC를 무기이온 흡수량을 추정하는 요소로 이용할 수 있을 것으로 생각되었다. 무기이온 흡수량은 모든 EC 처리간에 생육 초기에는 차이를 보이지 않았으나 생육중기 이후에는 뚜렷한 차이를 보인 후 생육 후기의 높은 농도에서 그 차이가 다소 감소되는 경향을 보였다. EC와 양액흡수량을 이용하여 무기이온별 흡수량을 예측하는 모델식을 작성하였으며 이를 이용한 실측치와의 비교는 신뢰구간 1%내에서 높은 정의상관을 보여 실제적인 적용이 가능할 것으로 생각되었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제10권2호
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• pp.125-131
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• 2001

순환식 펄라이트 재배에서 오이의 양액흡수는 일사량 변화와 관계없이 단위일사량당 흡수량이 80~100 mg.MJ$^{-1}$까지 증가 후 일정하게 유지되어 양액흡수 지표는 전체 양액흡수량보다 단위일사량당 양액흡수량이 더 적합하였다. NO￣$_3$-N의 흡수량은 초기에 3 mg.MJ$^{-1}$에서 후기 16 mg.MJ$^{-1}$로 상승하였고 Ca는 초기에 3mg.MJ$^{-1}$에서 후기에 14 mg.MJ$^{-11}$ 로, Mg는 초기에 1 mg.MJ$^{-1}$에서 후기에 5 mg.MJ$^{-1}$로 증가되었으나, 정식 후 62일 이후의 증가세로 둔화되었다. K는 초기에 5.0 mg.MJ$^{-1}$에서 후기 18 mg.MJ$^{-1}$로 증가되었으나 지속적인 증가를 보여주지 못하였는데 이것은 오이의 하엽 제거로 인한 결과로 생각되어진다. 그러나 P는 초기에 0.5 mg.MJ$^{-1}$에서 후기의 3.2mg.MJ$^{-1}$로 지속적으로 증가되었다. S는 초기에 0.5 mg.MJ$^{-1}$에서 증가에 6.5 mg.MJ$^{-1}$까지 증가되다가 후기에 2.7 mg.MJ$^{-1}$로 감소되었다. 오이의 각각의 무기이온 흡수량과 가장 상관이 높았던 요소는 정식일수와 엽면적이었으나 이 두 요소와 단위일사량당 양액흡수량과는 $r^2$=0.92, 0.97로 높은 상관을 보였다. 단위일사량당 양액흡수량을 이용한 각각의 무기이온 흡수량 회귀식은 $r^2$=0.9 이상으로 높은 상관관계를 보여 실용적 이용이 가능할 것으로 보였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제26권2호
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• pp.100-107
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• 2017

본 실험은 순환식 수경재배에서 배지 재사용이 여름 파프리카의 생육 및 착과에 미치는 영향을 분석하기 위해 수행되었다. 시험구는 30% 배액 재사용을 기준으로 새배지, 1년 재사용 배지, 2년 재사용 배지로 구분하여 4월 18일부터 2016년 11월 31일까지 30주간 시행하였다. 실험결과 생육초기 초장은 2년 재사용 배지가 신규배지보다 길었지만 이후 역전되어 최종 생육초장은 56.58cm 짧았다. 1그룹 개화위치는 재사용 배지가 새배지에 비해 2.92cm 짧았고, 2그룹 개화위치는 0.31cm 길었다. 생육초기의 상대적 절간장은 재사용 배지를 사용할 경우 새배지를 사용하는 것에 비해 생육 후기의 불균형이 심화되었다. 1, 2년 재사용 배지의 생육마디수는 27.4마디로 가장 적었다. 하지만 수확마디수는 시험구간 차이를 보이지 않았기 때문에 2년 재사용 배지의 수확율이 26.8%로 가장 높았다. 비상품과의 비율은 생육이 진전될수록 증가하는 경향을 보였다. 생체중은 새배지가 227.7g, 2년 재사용 배지가 219.2g으로 재사용 배지가 21.2g 적었다. 건물중은 전 생육기간중 4그룹에서 가장 높았는데, 이 시기의 새배지의 건물중은 17.13g, 1년 재사용 배지 18.26g, 2년 재사용 배지 19.28g으로 배지를 재사용 할수록 증가하는 경향을 보였다. 전 생육기간의 평균 수분함량은 배지를 재사용 할수록 적었는데, 1년 재사용 배지가 2년 재사용배지보다 약 20g 더 적었으며, 이러한 경향은 전 생육 기간 동안 꾸준히 나타났다. 특히 1년 재사용배지는 3그룹 이후부터 다른 시험구에 비해 약 60g 이상 적었다. 결론적으로 코이어 배지를 재사용한 파프리카 순환식 수경재배시 중기생육 이후의 세력약화로 인한 비상품과의 발생을 유의하여 관리한다면 배지의 물리 화학성의 변화 및 병원균 감염에 의한 수량감소와 품질저하 등은 우려하지 않아도 될 것으로 판단된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제18권2호
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• pp.107-111
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• 2009

Echinacea 청정대량생산을 위해 재배환경조절이 강한 수경재배 시스템에서 Echinacea 뿌리와 잎 생산에 적합한 수경재배 시스템을 선발하고자 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 공시작물은 E. angustifolia DC. 와 E. purpurea (L.) Moerch이며 NFT, modified NFT, DFT, aeroponics, Ebb & Flow등 5가지 시스템을 사용하여 150일간 실험하였다. 120일 수경재배한 두 종 모두 광합성 및 증산률은 Ebb & Flow 시스템에서 유의적으로 낮은 수준을 보였다. 정식 후 150일 째 지상부 생체중과 건물중은 E. angustifi이za의 경우 분무경과 DFT에서 높았고, E. purpurea는 분무경과 NFT에서 유의성 있게 높았다. 지하부의 생체중 및 건물중은 E. angustifolia와 E. purpurea는 분무경에서 가장 높았고 다음으로 M-NFT에서 높았다 두 종 모두 뿌리의 길이는 두 종 모두 NFT 및 Ebb & Flow 시스템에서 높았고 분얼수는 E. purpurea가 분무경에서 유의적으로 높았다. 따라서 Echinacea의 바이오매스 확보를 위한 수경재배 방식으로 광합성과 지상와 지하부 생육량이 E. angustifolia 와 E. purpurea 모두 높았던 분무경 시스템을 선발하였다.

• 원예과학기술지
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• 제34권6호
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• pp.871-877
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• 2016

일반적인 순환식 수경재배에서는 배액을 원수로 희석하여 EC기준으로 제어하기 때문에 순환되는 배양액은 필연적으로 이온 불균형이 발생한다. 따라서 이 연구는 상용 가능성이 높은일부 이온센서(N, K, Ca)를 이용한다는 전제 하에 작물의 필수원소인 N, P, K, Ca, Mg를 이온 단위로 자동제어 할 수 있을지 검토하고자 수행하였다. 상추를 재료로 배양액 내 이온 흡수량을 2회 조사하여 양분흡수패턴과 흡수된 이온간의 흡수 상관관계를 분석하였다. $PO_4$는 N과, Ca는 Mg와 비슷한 흡수패턴을 나타났고 센서로 측정 가능한 이온들 중에서 $PO_4$는 N와 Ca는 Mg간의 상관계수도 가장 높았다. 회귀분석의 결과 도출된 $N-PO_4$간의 회귀계수는 두 번의 시험의 결과가 1.04와 0.55로 다르게 나타났으나 Ca-Mg는 0.35와 0.40으로 거의 유사한 수치를 나타내었다. 청경채, 장미를 이용하여 상관관계 적합성을 검증하고 더불어 작목확대 가능성을 검토하고자 추가 시험을 수행하였다. 청경채의 $N-PO_4$, Ca-Mg 이온간의 $R^2$은 모두 0.86과 0.86이었고 장미는 각각 0.87, 0.73으로 이었다. 회귀계수는 청경채는 0.56, 0.24이고 장미는 0.51, 0.16이었다. 종합적으로 판단했을 때 $N-PO_4$는 상추에서 반복 시험간의 결과 일치하지는 않았음에도 전체적으로는 상추, 청경채, 장미가 회귀계수가 0.55~0.58로 유사하게 나타나 모든 작물에 공통적으로 적용가능성이 있지만 Ca-Mg는 작물별로 다른 계수가 필요하다고 판단되었다. 순환식 수경재배에서 개별 이온의 실시간 제어를 위하여 센서와 장비 개발에 관한 연구가 지속적으로 이루어지겠지만 단기간에 이온제어가 실용화되기는 어려울 것으로 판단된다. 따라서 이 연구는 먼저 상용화 가능한 센서를 이용하여 상용화가 어려운 이온의 조절은 다른 방법으로 순환 식수경 재배에서 꼭 해결되어야 할 과제에 접근하였다는데 의의가 있다.

• 생물환경조절학회지
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• 제18권4호
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• pp.363-369
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• 2009

본 시험은 순환식 수경재배시 배양액조성이 배양액 내 다량원소 농도의 변화 및 오이 생육에 미치는 영향을 구명하고자 수행되었다. 네 가지 배양액조성, 즉 일본 원시 배양액, 야마자키 오이 배양액, PBG 오이 순환식 배양액 및 원예원 오이 순환식 배양액이 급액되는 순환식 펄라이트 수경재배시스템에서 오이('조은백다다기' 품종)를 재배하였다. 네 가지 배양액조성 처리구 모두에서 순환배양액내 $NO_{3^-}N$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ 및 $SO_{4^-}S$의 농도는 정식후일수가 진전됨에 따라 증가되었고 $NH_{4^-}N$의 농도는 점차적으로 감소되었다. 순환배양액내 $PO_{4^-}P$와 $K^+$의 농도는 과실수확 개시기부터 과실수확 최성기까지 계속적으로 감소되었다. 순환배양액내 $NO_{3^-}N$, $NH_{4^-}N$ 및 $Ca^{2+}$의 농도는 배양액조성 간에 큰 차이를 나타내지 않았다. 그러나, 야마자키 배양액을 이용한 오이 순환식 수경재배 시에 다른 세 가지 배양액조성에 비하여 $PO_{4^-}P$와 K^+$의 농도는 가장 낮아지고 $Mg^{2+}$와 $SO_4^{2-}$의 농도는 가장 높아지는 결과를 나타내었다. 엽수를 제외한 작물 생육은 배양액조성 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나, 오이의 과수와 과실수량은 야마자키 배양액조성 처리에서 가장 적었는데, 그것은 순환배양액내 $PO_{4^-}P$와 $K^+$의 농도가 낮게 유지되었기 때문이다.