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생물환경조절학회지 KCI 등재 Journal of Bio-Environment Control

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권호

Vol.23 No.3 (2014년 9월) 13

1.
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고온기 시설내에서 토마토를 재배할 때 최적의 측지관리방법을 구명하고자 본 실험을 수행하였다. 유니콘(몬산토 코리아, 한국)을 접수로, B-블로킹(다끼이종묘, 일본)을 대목으로 접목한 방울토마토 접목묘를 실험에 사용하였다. 배지는 코이어 자루배지를 사용하였고, 급액은 타이머 제어법으로 제어하였다. 측지를 전부 제거한 처리(ACUT), 화방 아래 측지의 잎을 2매 남기는 처리 (PCUT) 및 모든 측지의 잎을 2매 남기는 처리(LEFT) 등 모두 3가지 방법으로 처리하였다. 연구결과, 토마토의 영양과잉으로 인한 이상경 발생시에는 측지를 유지하여 영양생장으로 많은 에너지가 사용되도록 하면 해결되는 것으로 나타났으며, 적절한 측지관리로 작물의 생장 상도 재배자의 요구에 맞게 조절할 수 있을 것으로 사료되었다. 본엽과 측지의 잎들에 대한 광합성 속도는 차이가 없었으며, 처리에 따른 엽면적의 차이만 있었다. 따라서 처리간 엽면적의 차이에 의해 광합성 산물 총량의 차이가 발생하고, 이는 수확량에 영향을 주는 것을 확인하였다. 또한 고온기 토마토 재배에서 5단 이하의 단기밀식재배의 경우에는 측지를 모두 제거하는 것이 수확량과 수확속도에 효과적이었으나, 5단 이상의 장기재 배에서는 모든 측지의 잎 2매를 남겨서 관리하는 것이 작물의 생육과 수확량에 효과적이었다.
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2.
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기상청에서 제공하는 전체 기상자료와 평년값 자료 및 태양에너지학회에서 제공하는 표준기상데이터를 이용하여 위험률별 난방설계용 외기온과 상대습도, 냉방설계용 건구온도, 습구온도 및 일사량 자료를 분석하였다. 표준 기상데이터는 평균에 가장 가까운 대표성을 갖는 1개년의 데이터로 가공 처리한 매시간별 기상자료이고, 평년 값 자료는 30년(1981~2010년) 평균 일별 기상자료이며, 전체 기상자료는 평년값과 동일기간의 매시간별 기상자료이다. 일부 분석방법은 평년값 자료를 이용하는 경우도 있지만 대부분 매시간별 기상자료가 필요하고 대표성을 갖기 위해서는 표준기상데이터를 이용하는 것이 가장 적합하다. 그러나 현재 표준기상데이터는 서울과 6대 광역시 등 7개 지역만 제공되고 있기 때문에 전국을 커버 할 수 있는 지역별 온실 환경설계용 기상자료의 구축에는 전체 기상자료를 이용할 수밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 표준기상데이터가 제공되고 있는 7개 지역을 대상으로 전체 기상자료 및 평년값 자료를 이용한 방법으로 분석하여 표준기상데이터로 구한 값과 비교 검토하였다. 위험률별 설계 기상자료는 전체 기상자료를 이용하여 구한 평균값이 표준기상데이터로 구한 결과와 잘 일치하였다. 따라서 표준기상데이터가 없는 지역의 위험률별 설계용 기상자료는 전체 기상자료를 이용하여 구하고, 전체자료 기간의 평균값을 온실의 환경설계 기준으로 사용하며, 최대값과 최소값을 제공함으로써 참고자료로 활용할 수 있도록 하는 것이 합리적인 방법으로 판단된다. 최근의 기후변화 문제로 냉난방 설계기온의 지 속적인 변화가 예상되므로 이에 대응하기 위해서는 전문 가들로 구성된 온실설계위원회와 같은 기구의 설치가 절실히 요청된다. 위원회에서는 자료기간 및 분석방법에 대한 기준을 설정하고, 최소한 10년 간격의 정기적인 검토를 통하여 기상자료를 분석하고 온실설계기준 및 가이드라인을 제공할 필요가 있다.
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3.
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본 연구에서는 모델 기반의 온실 환경 제어에 활용될 수 있는 미기상 환경 예측 모형을 개발하고자 하였다. 전산유체역학 시뮬레이션을 활용하여 다양한 기상 조건과 온실의 환기 구조에 따른 온실 내부의 미기상 변화와 환기창에서의 환기량 변화를 모의하고, 다중회귀분석을 통해 수치 모형을 제시하였다. 비정상상태의 환기 작용을 모의한 결과, 환기창 개방 후 환기 효과가 완전히 나타나기까지는 3분 ~ 20분 정도의 시간이 소요될 수 있는 것으로 나타났다. 기존의 센서 실측에 기반을 둔 대부분의 환경 조절 제어 시스템의 경우에는 측정값에 따른 피드백에 의해 환경 제어가 동작하므로 온실 내부의 기온이 상승한 이후에 환경 제어를 시작하게 되지만, 모델 기반의 환경 조절 제어 시스템을 도입하면 이러한 3분~20분 정도의 시간을 사전에 고려하여 적정 환경을 제어할 수 있도록 미리 환기창의 조작이 이루어지게 된다. 작은 규모의 온실에서 는 이러한 영향이 미비할 수 있지만, 근래에 증가하고 있는 대규모 온실들에 대해서는 온실 내부 작물 재배 환경의 균일성과 적정성, 안정성을 확보하고 환경 조절의 경제성을 추구할 수 있는 모델 기반의 환경 조절 시스템이 필수적이다. 본 연구에서 제시된 수치 모형들은 외부의 기온과 풍속, 지면 온도, 일사량 등의 기상 환경과 온실의 천창 개폐율에 따라 유도되는 자연 환기의 성능을 온실 내 미기상 변화와 환기창을 통한 환기량 값으로 제시하고 있으며, 전산유체역학 시뮬레이션 결과와 비교하여 각각 58% ~ 92%, 76% ~ 93%의 예측력을 보였다. 미기상의 변화는 온실을 9개의 세부 영역으로 구분하여 각 영역 에서의 기온 하락 정도로 나타내며, 환기량은 지붕에 형성된 6개의 천창에서의 공기 유출입량을 각각 제시하여 준다. 환기 작용에 의한 미기상의 변화는 반드시 환기창에서의 환기량에 의해 예측되지는 않으므로 환기량과 환기의 효과를 구분하여 적용하는 것이 중요할 것이다. 이러한 수치 모형들은 모델 기반 환경 제어 시스템에서 가상의 환기창 동작에 따른 환기 성능을 예측하는데 활용될 수 있으며, 전산유체역학 시뮬레이션과 같은 매우 복잡한 예측 모델이 비해 상당히 간단한 형태로 이루어져 있어 빠른 계산 시간을 보장한다. 이는 실시간 제어의 관점에서는 복잡한 예측 모델들에 비해 실시간 예측 과 제어가 가능하다는 큰 장점을 가져다준다. 본 연구를 통해 개발되고 시도된 결과들은 모델 기반의 온실 복합 환경 제어 시스템을 위한 알고리즘을 개발하는데 활용될 것이다. 또한 이러한 활용은 농업에 IT 기술을 접목하여 농가의 노동력 부족을 극복하고 생산성 향상과 경쟁력 확보를 도모하는 농업 선진화에 기여할 것으로 기대된다.
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4.
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우리나라 각 지역별 온실의 기간난방부하 산정용 난방 적산온도 자료를 구축하기 위해서는 표준기상데이터가 필요하다. 그러나 국내에는 서울과 6대 광역시 등 7개 지역만 표준기상데이터가 제공되고 있어서 이를 대체할 수 있는 방법을 찾아야 한다. 전국적으로 이용이 가능한 기상자료는 기상청의 일별 평년값 자료 및 30년 (1981~2010)간 매 시각 전체 기상자료이므로 이를 이용하여 난방디그리아워와 난방디그리데이를 구하였다. 표준기상데이터가 있는 7개 지역을 대상으로 평년값 자료 및 전체 기상자료를 사용하여 구한 난방디그리데이와 난방디그리아워를 표준기상데이터를 사용하여 구한 결과와 비교하였다. 전체 기상자료를 이용하여 기본식으로 구한 난방디그리아워의 평균값이 표준기상데이터로 구한 것과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 평년값을 이용하여 수정 Mihara식으로 구한 난방디그리아워도 표준기상데이터로 구한 것과 거의 비슷한 경향을 보였다. 이에 비하여 평년값을 이용하여 Mihara식으로 구한 난방디그리 아워는 표준기상데이터로 구한 것 보다 훨씬 작았고 전체 기상자료의 최소값에 가까운 것으로 나타났다. 난방 디그리아워와 동일한 단위로 환산했을 때, 난방 설정온도가 높을 경우에는 난방디그리데이와 난방디그리아워의 차이가 별로 없었으나, 설정온도가 낮을 경우에는 난방디그리데이 방식이 난방디그리아워 방식보다 지역에 따라 3~26%나 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 난방디그리데 이는 평년값을 이용하여 기본식으로 구할 수 있기 때문에 간편한 방법이지만 설정온도가 낮을 경우 오차가 크게 발생되므로 난방디그리아워 방식이 더 합리적인 방법으로 판단된다. 결론적으로 온실의 환경설계용 기상자료 구축에 서 난방적산온도는 평년값과 동일한 30년간의 시간별 기상자료를 이용하여 매년 난방디그리아워를 구하고 전체 자료기간의 평균값을 설계 자료로 활용할 것을 제안한다. 또한 최대 및 최소 난방디그리아워 자료를 제공함으로써 기상상황에 따른 에너지 소비량 예측 및 경제성 평가에 활용할 수 있도록 할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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5.
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본 실험은 토마토 플러그묘의 접목활착율과 묘소질 향상을 위한 적정 상토 내 수분함량을 구명하기 위하여 수행되었다. 시험구는 접수와 대목의 상토내 수분함량을 각각 3처리구(고, 중 저)씩, 총 9개의 조합을 설계하여 각 처리구별로 접목활착율과 묘의 생육을 조사하였다. 접수의 상토내 수분 함량의 차이는 접목 활착율에 통계적 유의차는 나타나지 않았으나, 대목의 수분함량은 접목활착율에 영향을 미쳐 수분함량이 낮아질수록 활착율도 저하하는 경향을 보였다. 수분 함량에 따른 묘소질도 접목활착율과 유사한 경향을 보여 접수의 수분함량차이는 생육지표에 큰 영향을 미치지 않았으나, 대목에서는 잎(엽수, 엽장, 엽폭)을 제외한 초장, SPAD함량, 경경은 수분함량의 차이에 따라 유의적 차이를 나타냈다. 묘의 충실도는 상토내 수분 함량이 접수는 중간, 대목은 높은 조합에서 가장 좋게 나타났다. 근권부의 생육에서도 대목의 수분함량이 주로 영향을 미쳐, 수분함량이 저하될수록 전 뿌리 표면적, 전 근장, root tip수 모두가 감소되는 것으로 나타났다.
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6.
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본 연구는 착과 정도가 ‘설향’ 딸기의 수량, 과실 품질 및 식물체 생육에 미치는 영향을 밝히고자 실시하였다. 1화방부터 4화방까지 과실수가 20, 25, 30이 되도록 착과량을 조절하였고 일부는 무적화 하였다. 주당 착과수가 많을수록 총 과실 생산량은 증가하나 상품성 과실 생산이 감소하고, 비상품과 생산이 증가하였다. 무적화한 대조구는 착과량을 조절한 처리구 보다 1화방과 2화방에서 과실 수량이 많았으나 3화방과 4화방에서 감소하는 경향이었다. 과실의 당도는 착과량이 낮을수록 증가하였다. 각 화방의 수확시기는 착과량이 낮을수록 빨랐다. 2화방과 4화방에서 착과량 20은 무적화한 대조구에 비해 10일 정도 수확이 빨랐다. 2012년 11월 24일 1화방에 적화 처리하였다. 2013년 3월 7일 2화방의 과실 건물중은 대조구에서 가장 많았다. 대조구와 착과량 30은 11월 24일보다 뿌리의 건물중이 감소하였다. 4 월 9일 3화방의 과실 건물중은 처리에 따른 유의적 차이가 없었으나 영양생장 기관인 잎, 뿌리, 크라운의 건물중은 착과량이 증가할수록 감소하였다. 5월 12일 착과량이 증가할수록 엽면적과 영양생장 기관의 건물중이 감소하였고, 생육 후기로 갈수록 착과 정도에 의한 차이가 현저하였다. ‘설향’ 딸기의 적정 착과량은 20에서 25 정도이며, 착과량을 조절하여 영양생장과 생식생장의 균형을 유지하는 것이 안정적인 과실생산을 위해 매우 중요하다.
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7.
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본 연구에서는 국내에서 생산되는 조생종배인 ‘한아 름’과 중생종 ‘만풍배‘에 대해 에틸렌 작용 억제제인 1- methylcyclopropene(1-MCP)를 농도별로 처리하고 상온 유통기간 중 과실품질 및 생리장해 발생에 미치는 영향 을 조사하였다. ‘한아름’은 상온유통 15일에 1-MCP를 처리하지 않은 모든 과실에서 경도가 급격하게 감소하였던 반면 1-MCP를 처리한 과실의 경우 처리농도와 관계 없이 28N 이상의 높은 경도를 나타내었다. 그러나 ‘만 풍배’의 경우 1-MCP처리농도와 관계없이 경도유지 효과는 크게 나타나지 않았다. 두 품종 모두 1-MCP처리 후 유통 중 가용성고형물, 산 및 과피색과 같은 품질요 인의 유의한 차이는 보이지 않았다. 1-MCP처리농도에 따라 ‘한아름’의 상온유통 6일 이후 에틸렌 발생량이 급 증하는 시점이 다르게 조사되었으나, 에틸렌 발생량을 낮추지 못하는 것으로 조사되었다. 반면 ‘한아름’ 과실의 호흡률은 상온유통 15일간 유의하게 낮게 조사되었으며, 1-MCP 처리농도가 증가함에 따라 호흡률 감소 효과도 증가하는 경향을 보였다. 한편, ‘만풍배’의 경우 1-MCP 처리농도에 따른 상온유통 중 에틸렌 및 호흡억제효과는 미비한 것으로 조사되었다. 1-MCP 처리에 따른 상온유통 중 생리장해발생 억제는 조생종 ‘한아름’ 배에서만 유의하게 나타나 처리농도와 상관없이 상온유통 15일동안 과심갈변과 분질과가 전혀 발생하지 않았으며, 바람들이 발생을 유의하게 억제하는 효과를 보였다. 따라서, 동양배에 대한 1-MCP처리 효과는 품종에 따라 다르게 나타나며 1μL·L−1의 1-MCP처리는 조생종 배 ‘한아 름’에 있어 상온유통 기간 동안 과실품질 유지와 생리장해 억제에 효과적인 것으로 판단되었다.
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8.
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본 연구는 염료감응형 태양전지를 이용하여 시간에 따른 일사량과 그에 따른 전력량의 분석을 통해 계절적 변화에 따른 온실 적용 염료감응형 태양전지의 효율에 관한 기초 자료 수집 및 분석을 목표로 하였다. 경상대 학교 소재 온실 근처(위도 35o 9' 9.20" N, 경도 128o 5' 44.90" E, 고도 52m)에 태양전지 어레이를 설치, 2012 년 8월, 10월, 11월, 2013년 2월 약 네 달 동안 태양전 지가 받는 일사량과 그에 따른 전력량을 측정 및 비교, 분석하였다. 10월의 태양전지 패널 면적에 따른 일사량이 약 1,013.03MJ, 발생된 전력량은 약 4.87kWh로 네 달 중 가장 높게 측정되었고, 11월의 패널 면적에 따른 일사량이 약 755.25MJ, 발생 전력량은 약 3.34kWh로 가장 낮게 측정되었다. 염료감응형 태양전지의 평균 효율의 경 우 8월 한 달간, 약 3.12%로 측정되었고, 10월 2.60%, 11월 2.39%, 2월 2.23%로 각각 측정되었다. 본 연구를 통해, 향후 염료감응형 태양전지의 온실 등 농업분야 적 용 시 기초자료로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
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9.
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오이 고형배지경에서 배액을 분석하여 생육단계에 따른 pH, EC 변화와 주요 영양소의 흡수변화를 구명하고, 이를 적용하여 오이의 생육단계에 적절한 양분관리방안을 제시하기 위하여 본 실험을 수행하였다. 배액의 pH 와 EC 변화양상 및 배액분석을 통하여 오이의 생육단계는 정식 후부터 착과기, 착과 후부터 수확기로 분류하는 것이 적당한 것으로 판단하였다. 저온기에 가온시설 내에서 오이를 재배한 본 실험에서는 정식 후 첫 화방이 착과되기까지 약 3주의 시간이 소요되었고, 착과 후부터 첫 수확까지 소요일수는 약 7~10일로 조사되었다. 상위 화방으로 생육이 진행되는 속도는 약 3~4일정도 차이였고, 착과와 수확에 소요되는 일수는 대체로 일정했다. 오이의 코이어 자루재배 시, 전체 재배기간 중에서 착과 전에는 EC 농도를 3.0dS·m−1 정도로 높게 관리하다가 착과 후에는 2.0-2.3dS·m−1 정도로 낮추어 관리하고, 과실이 비대하면서 수분요구도가 증가하므로 일일급액량을 늘려주는 급액 관리가 적절한 것으로 사료된다. 원소별 로는 질소, 인, 칼슘은 착과 전에는 N 700mg·L−1, P 60mg·L−1, Ca 110mg·L−1 수준으로 공급하고, 착과 후에는 N 660mg·L−1, P 50mg·L−1, Ca 100mg·L−1 수준으로 조절이 필요할 것으로 사료된다. 칼륨과 마그네슘은 착과 전기에는 각각 400mg·L−1과 80mg·L−1으로 공급하고, 후기에는 공급을 조금 줄여주는 것이 비료이용효율을 높일 수 있는 방법이 될 것이다.
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10.
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관비 또는 관수시 배액률(LF)과 시비농도가 토마토 접목묘를 생산하는 과정에서 묘 생장 및 근권부 화학성 변화에 미치는 영향을 구명하고자 본 연구를 수행하였다. 피트모스+버미큘라이트(5:5, v/v, PV) 그리고 코이어 더 스트+버미큘라이트(5:5, v/v, CV)를 혼합한 두 종류 상토를 조제하는 과정에서 기비를 혼합하였으며, 비료 혼합 후 50셀(셀 용량 33cc)과 105셀(셀 용량 18cc)에 충전하였다. 충전 후 대목인 ‘J3B Strong’은 50셀, 접수인 ‘Sunmyung’을 105셀 트레이에 파종한 후 재배하였다. 파종 31일 후 대목과 접수를 절단하고 단근삽접한 후 접목묘(‘Sunmyung’ scion/‘J3B Strong’ rootstock)는 두 종류 상토가 충전된 50셀 플러그 트레이에 정식하였다. 접목 후 플러그 트레이를 광도를 조절한 플라스틱 터널 내부에 7일간 위치시켜 접목 부위의 활착과 새로운 부정근 형성이 이루어지도록 한 후 N 기준 0, 50, 100 그리고 200mg·L−1로 농도를 조절한 비료 용액을 매주 1회 관비하였다. 파종 31일 후 대목의 생장을 조사한 결과 두 종류 상토 모두 LF를 0.75로 조절한 처리에서 가장 우수하였으며 유묘당 지상부 생체중이 PV는 8.96g 그리 고 CV는 7.11g으로 조사되었고, 이들 처리의 전기전도도는 각각 0.93 and 1.09dS·m−1로 측정되었다. 파종 31 일 후 조사한 접수의 평균 생체중은 PV와 CV 혼합상토의 0.50 LF 처리에서 각각 4.29g과 3.13g으로 조사되어 가장 무거웠고, 이들 두 처리의 EC는 각각 0.76과 1.34dS·m−1로 측정되었다. 접목 31일 후 추비농도에 영향을 받은 접목묘의 생체중은 두 종류 상토 모두 100mg·L−1의 시비구에서 가장 무거웠다. 생체중이 가장 무거웠던 처리의 EC는 PV 및 CV 상토가 각각 0.98과 1.93dS·m−1 였으며 접목묘 생장을 위한 적절한 EC 범위 는 CV 상토가 PV 상토 보다 높음을 의미한다. 이상의 결과는 접목묘 생장을 위한 적절한 EC범위가 상토에 따라 다르므로 소질이 우수한 접목묘를 생산하기 위하여 배액률도 상토별로 다르게 조절되어야 함을 의미한다.
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11.
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과피색의 경우 정량적인 지표로서 주로 Hunter L*a*b* 값을 이용하나 이 값으로 과피색, 과실의 품질을 간접적으로 확인하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 본 실험에서는 포도 착색지수로서 제안된 CIRG(Color Index for Red Grapes) 값의 활용도를 평가하여 포도 착색의 객관적인 평가지수로서의 가능성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 포도가 착색이 시작되는 시기부터 과립을 채취하여 과피색과 당도, 산도 등의 품질 인자를 측정하여, CIRG 값과의 상관을 분석하고 회귀식을 도출하였다. CIRG 값과 안토시아닌 함량은 CIRG 값이 증가함에 따라 안토시아닌 함량은 지수적으로 증가함을 알 수 있었으며, 결정계수는 ‘캠벌얼리’와 ‘흑보석’ 모두 0.8500 였다. CIRG 값과 당도는 ‘캠벌얼리’가 0.7758, ‘흑보석’이 0.7253으로 높은 결정계수를 나타냈으며, 산도 또한 각각 0.7279, 0.663으로 비교적 높은 결정계수 값을 나타내었다. 따라서 적색포도를 대상으로는 CIRG값이 Hunter L*a*b*값에 비해 과실품질을 추정하는데 있어 보다 높은 신뢰성을 가지고 있는 것을 확인하였다.
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12.
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본 연구는 살균 소독제로 오존을 이용하고. 살균효과를 극대화 할 수 있는 방식으로 마이크로버블 장치에 오존을 공급하여 배양액 재처리 기술을 위한 오존 마이크로버블의 살균효과를 구명하고자 실시하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 마이크로버블 장치의 성능에서 압력 3.5kgf·cm−2에서 평균입경은 27.42μm로 측정되었고 마이크로버블의 발생량은 당 평균 12만개로 나타났으며, 적정 오존 발생량은 3g·h−1일 때 오존농도는 2ppm, 배출 오존농도는 0.06ppm에 도달하는 것으로 나타났다. 병원균 살균효과는 오존수의 경우 FO, PC 와 CG 모두 오존농도 0.5ppm, 처리시간 30초만으로도 현저한 감소를 보였다. FO는 오존농도 0.5ppm, 처리시간 60초 이내에서 멸균되었고, PC는 오존농도 2.0ppm, 처리시간 30초 이내에서 멸균되었으나, CG의 경우 2.0ppm 이상의 오존수를 처리하여야 할 것으로 판단되었다. 오존가스의 경우 처리시간 120초 이내에서 현저한 감소를 보였으며, FO와 PC는 처리시간 180초 이내에서 멸균되었고, CG의 경우 180초 이상 오존가스를 처리하여야 할 것으로 판단되었다.
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13.
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본 연구는 참다래 비가림 시설재배에서 인공수분이 착과 및 과실품질에 미치는 영향과 안정적인 착과를 위한 유효수분기간을 확인하고자 수행하였다. 또한 최근 참다래 재배농가들에서 많이 수행되고 있는 현탁액을 이용한 인공수분의 효과를 확인하고자 하였다. 인공수분은 비가림 시설재배에서뿐 아니라 노지재배에서도 참다래의 착과량이 개선되었으며 중량증가와 당도향상의 과실품질 개선효과가 확인되었다. 유효수분기간 확인을 위하여 만 개 후부터 매일 7일간 인공수분이 수행되었다. 과실의 착과율, 과실당 종자수, 그리고 과실생장량은 만개 후 4 일까지 차이가 나타나지 않았으나 만개 후 5일부터는 분명하게 감소하였다. 결과적으로 참다래 비가림 시설재 배에서 유효수분기간은 만개 후 4일 이내로 나타났다. 또한, 현탁액을 이용한 인공수분은 석송자를 이용한 것과 착과량과 과실품질의 차이를 나타내지 않았다. 따라서, 화분 현탁액을 이용한 인공수분은 참다래 재배에서 노동력을 절감할 수 있는 매우 효율적인 수분방법이 될 수 있을 것이다.
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