본 연구는 오픈소스 라이브러리인 OpenCV를 활용해 다양 한 시설과채류의 표현형 분석에 적용 가능한 컴퓨터 비전 기 술을 탐구하였다. 토마토에 대해서는 이미지의 색상을 분석 하여 숙성도를 판정하며, support vector machine(SVM) and histogram of oriented gradients 기법을 통해 숙성된 토마토 를 효과적으로 검출하였다. 파프리카의 경우, 색상 분포를 시 각화한 후, 가우스 혼합 모델로 클러스터링을 실행하여 수확 파프리카의 색상 특성을 분석하였다. 네트 멜론의 품질 평가 에서는 LAB 색상 공간, 이진화 이미지 및 깊이 매핑을 활용하 여 멜론의 네트 패턴을 정량화하였다. 추가로, 오이 온실에서 화방 검출을 위해 깊이 정보와 색상 정보를 조합하여 다양한 크기와 거리의 화방을 성공적으로 검출하였다. 이 연구의 결 과로, 해당 컴퓨터 비전 기술들이 시설과채류의 생장 모니터 링, 숙성 및 품질 평가 등에서의 유효성을 확인하였다. 농산업 에서 컴퓨터 비전의 효과적 적용을 위해, 후속 연구자나 개발 자들이 재배 생리와 연관된 지표를 기반으로 이 기술들을 보 완할 경우, 실제 농업 현장 및 연구에서 널리 활용될 가능성이 크다.

The spectrum of this study was research on the closed hydroponic cultivation of netted melons (Cucumis melo L.) using coir substrate, analyzing the impact of this cultivation method on melon yield, fruit quality, and the efficiency of water and nutrient usage. The experimental results showed that the average fruit weight of the melons grown in a closed system was 71.4 g higher than that of the open system, and the fruit width was on average 0.2 cm larger, showing a statistically significant difference. However, there was no difference in the average sugar content of the fruit flesh and height. Although there is no substantial commercial difference, it is conjectured that the change in the macronutrients ratio in the irrigation has played a role in the statistically significant increase in fruit weight, which is attributed to changes in the crops' nutrient uptake concentrations. This necessitates further research for a more comprehensive understanding. In terms of the productivity of irrigation required to produce the fruit, applying the closed system resulted in an increase of 7.6 kg/ton compared to the open system, saving 31.6% of water resources. Additionally, in terms of nutrients, cultivating in a closed system allowed for savings of approximately 59, 25, 55, 83, 76, and 87% of N, P, K, Ca, Mg, and S, respectively, throughout the entire cultivation period. As the drainage was reused, the ratios of NO3 - and Ca2+ increased up to a maximum of 9.6 and 9.1%, respectively, while the ratios of other ions gradually decreased. In summary, these results suggest that closed hydroponic cultivation can effectively optimize the use of water and fertilizer while maintaining excellent fruit quality in melon cultivation.

Melon fruits exhibit a wide range of morphological variations in fruit shape, sugar content, net quality, diameter and weight, which are largely dependent on the variety. These characteristics significantly affect marketability. For netted varieties, the uniformity and pattern of the net serve as key factors in determining the external quality of the melon and act as indicators of its internal quality. In this study, we evaluated the effect of fruit morphology and growth on netting by analyzing the changes in melon fruit quality under LED light treatment and monitoring fruit growth. Computer vision analysis was used for quantitative evaluation of fruit net quality, and a three-variable logistic model was applied to simulate fruit growth. The results showed that melons grown under LED conditions exhibited more uniform fruit shape and improvements in both net quality and sugar content compared to the control group. The results of the logistic model showed minimal error values and consistent curve slopes across treatments, confirming its ability to accurately predict fruit growth patterns under varying light conditions. This study provides an understanding of the effects of fruit shape and growth on net quality.

생물환경조절학회지 31권 4호에 게재된 논문의 사사가 잘못 기재되어 있어 바로 잡습니다.

생물환경조절학회지 31권 4호에 게재된 논문의 사사가 잘못 기재되어 있어 바로 잡습니다.

생물환경조절학회지 30권 3호에 게재된 논문의 그래프를 수정합니다.

High-pressure sodium (HPS) lamps have been widely used as a useful supplemental light source to emit sufficient photosynthetically active radiation and provide a radiant heat, which contribute the heat requirement in greenhouses. The objective of this study to analyze the thermal characteristics of HPS lamp and thermal behavior in supplemented greenhouse, and evaluate the performance of a horizontal leaf temperature of sweet pepper plants using computational fluid dynamics (CFD) simulation. We simulated horizontal leaf temperature on upper canopy according to three growth stage scenarios, which represented 1.0, 1.6, and 2.2 plant height, respectively. We also measured vertical leaf and air temperature accompanied by heat generation of HPS lamps. There was large leaf to air temperature differential due to non-uniformity in temperature. In our numerical calculation, thermal energy of HPS lamps contributed of 50.1% the total heat requirement on Dec. 2022. The CFD model was validated by comparing measured and simulated data at the same operating condition. Mean absolute error and root mean square error were below 0.5, which means the CFD simulation values were highly accurate. Our result about vertical leaf and air temperature can be used in decision making for efficient thermal energy management and crop growth.

지중점적 관수(subsurface drip irrigation, SDI)는 작물의 뿌리가 수분을 가장 쉽고 효과적으로 이용할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 그러나 지중관수는 지표면 관수와 달리 수분의 공급 상태를 육안으로 확인하기 어려운 단점이 있다. 특히 작물의 뿌리가 수분을 흡수할 수 있는 유효수분 량은 토양에 따라 달라지고 동시에 수분을 보유하는 장력(potential energy)에도 영향을 미치게 된다. 지중관수는 지중에서 수분이 확산되는 위치 와 뿌리의 위치까지 도달될 때 효과가 발생한다. 그러나 실제로 토양 내부에서 수분이 이동하고 확산하는 것을 예측하기는 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 토양의 조건을 일정하게 하고 토층을 파괴시키지 않기 위해 토양조를 이용하였다. 그리고 수분을 지중에 공급한 이후에 토양을 절개하고 토양의 내부 위치별 토양수분을 측정하였다. 이때 토양 내부의 수분함량이 동일한 분포선을 찾아 유효 수분영역을 구하고 공급한 지중관 수량과 비교하였다. 아울러 토양내부의 습윤 확산 형태와 수분량으로 부터 토성에 따른 수분 확산이론을 예측하였다. 여기서 얻어진 수분확산 예측선도와 콩의 생육 시기별 뿌리의 생장위치를 중첩하여 최종적으로 지중관수량을 구하였다. 콩의 뿌리 생육은 파종이후 일일 평균 10 mm 성장한 것으로 나타나 생육 초기에 10일 간격으로 지중관수 공급량을 설계하였다. 주요 결과는 미사질양토에서 유효수분량을 25-35%로 유지하기 위해, 생육초기인 파종후 10일에는 8000 mL, 파종후 20일에는 7000 mL, 파종후 30일에는 6500 mL를 공급해야 할 것으로 판단되었다. 사질토 에서는 유효수분량을 20-30%로 유지하려면 파종후 10일에는 7500 mL, 파종후 20일에는 6500 mL, 파종후 30일에는 6000 mL를 공급하는 것이 타당한 것으로 판단되었다. 또한 생육 30일 이후에는 미사질양토나 사질토 모두 6000 mL를 공급하는 것이 적절할 것으로 보여 진다.

본 연구에서는 연동온실의 골조로 인한 내부 광 분포를 검토 하기 위하여 위치별(중앙부 및 측면부) 일사량을 실측하고, 오 전(08:30－12:30)과 오후(12:35－16:30)로 시간대를 구분 하여 일사량, 광 투과율 및 일 적산일사량을 분석하였다. 또한 토마토의 생육 및 수확량을 위치별로 비교하였다. 오전일 때 중앙부와 측면부의 일사량은 각각 275.2W·m-2, 314.9W·m-2 이고, 오후일 때는 각각 278.1W·m-2, 313.9W·m-2로 측면부 보다 중앙부가 오전은 12.6%, 오후는 11.4% 낮았고, 광 투과 율과 일 적산일사량도 중앙부가 낮게 나타났다. 생육 특성에 있어서는 첫 번째 조사의 엽장과 엽폭을 제외하고는 조사 종 료일까지 유의미한 차이가 없었다. 토마토의 최종 주당 평균 수확량은 재배 위치에 따라 중앙부 4,828g, 측면부 4,851g으 로 유의미한 차이는 없었고, 중앙부가 0.5% 적게 나타났다. 토 마토의 광보상점은 60W·m-2이고 광포화점은 281W·m-2로 중앙부의 시간대별 일사량은 광보상점보다는 높고, 광포화점 보다는 낮으나 그 차이가 크지 않아 온실 내 위치에 따른 생육 및 수확량의 차이가 미미한 것으로 판단하였다. 향후 이 검토 결과를 포함하여 온실을 설계할 때 광 환경을 고려한 설계를위해 온실의 설치 방향, 위치 및 지붕 경사도 등에 따른 온실 내 광 분포 분석이 필요하다.

국내외로 첨단 ICT 융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작 하면서, 시설원예 설비들이 고도화되고, 스마트팜 구축 기술 및 인력이 축적되기 시작하였다. 그러나 우리나라 농촌의 경 우, 농업생산 연령의 고령화, 국내 농촌 인구의 지속적인 유출, 저출산 등으로 인하여 스마트팜 확대 및 적용에 어려움이 많 은 실정이다. 따라서 공간 및 시간에 구속을 받지 않는 간편한 농업인 교육 프로그램이 필요하며, 최근 부상하고 있는 시뮬 레이션 기술을 활용한다면 농업 교육용 시뮬레이션 툴 개발도 가능할 것으로 판단된다. 온실 환경 제어 모델을 이용한 시뮬 레이션은 다양한 지역과 기상 조건 하에서 대상 온실의 열과 물질에너지의 상호작용을 합리적으로 예측할 수 있게 해준다. 본 연구에서는 온실 환경 제어 모델을 활용하여 외부 기상 데 이터를 통해 온실의 환경 변화를 예측하고 가상의 환경 제어시스템을 통해 환경 제어 시 필요한 에너지값들을 시뮬레이션 할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 이용자가 직접 맞춤형 환경 제어를 할 수 있도록 편의성을 고려한 사용자 인터페이스를 구축할 것이며, 실제 파프리카 재배 온실의 제어 요소들을 반 영할 수 있도록 설계될 것이다. 농업용 교육 시뮬레이션 툴을 최근 활발하게 연구가 이루어지고 있는 작물 생육 모델링 기 술 및 전산유체역학 기술과 융합하면 더욱 타당한 결과를 보 일 것이다.

본 연구에서는 실대형 실험과 구조해석을 통해서 현장에서 사용되는 가새 시스템을 적용한 강관 골조 플라스틱 연동온실 의 횡하중 가력시험을 수행하고 성능을 분석하였다. 횡강성 과 응력을 분석하기 위해 실험체에 변위와 변형률계를 각각 9 개소 및 16개소 설치하였으며 가새의 설치 유무에 따른 성능 을 비교하기 위해 구조해석을 수행하였다. 실대형 실험과 가 새의 설치 유무에 따른 구조해석 결과 비교에서 구조물의 횡 강성이 많은 차이를 보였다. 실험체의 측고 부근에서 측정한 횡강성은 가새 시스템을 설치함으로 강성을 최대 44%까지 증 가시켰다. 현장에서 사용하는 가새의 접합부가 충분한 강성 을 확보하지 못함으로써 외력을 전체 구조물에 적절히 전달하 지 못하여 횡강성이 구조해석 결과보다 많이 저하되는 현상이 나타났다. 따라서 온실 설계 시 구조성능의 신뢰성을 높이기 위해서 가새 시스템의 연결방법, 설치위치, 부재의 최대길이 등 온실의 접합부에 대한 명확한 시공방법과 설계기준이 정립 되어 온실 설계가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

파프리카는 최근 카로티노이드, 비타민C, E, 페놀화합물과 같은 다양한 식물 유래 생리활성물질 등의 효능이 보고되면서 영양성이 풍부한 식품으로서 각광받고 있다. 수확 후 파프리 카 과실의 품질은 모양, 과중, 과피의 색상, 꼭지의 형태 등의 외관상 특징에 의해 주로 결정된다. 이러한 점에서 파프리카 비상품과는 미각적 특성과 영양학적 가치가 고려되지 않은 채 상품과의 50－70% 가격을 받거나 폐기된다. 본 연구는 파프 리카 상품과 및 비상품과의 외적 품질, 일반 성분, 무기물, 항 산화능 및 카로티노이드의 조성을 비교하기 위하여 수행되었 다. 상품성에 따른 과실의 외적 품질 및 일반 성분은 평균 과중 을 제외하고 유의한 차이가 없었다. 무기물 함량과 총페놀은 상품과에서 유의하게 높게 나타났다. 항산화능의 경우, DPPH 라디칼 소거활성은 시료 간에 유의적인 차이는 보이지 않았 다. ABTS 라디칼 소거활성은 더욱이 100과 1,000μg·mL-1농 도에서, 환원력은 500과 1,000μg·mL-1에서 상품과가 비상품 과에 비해 높은 활성을 보였으나 그 외 농도에서는 유의적인 차이가 없었다. β-카로틴을 포함한 주요 활성성분이라 예상되 는 카로티노이드의 함량은 상품과와 비상품과에서 각각 29.3 ± 2.6과 31.9 ± 2.9μg·g-1이었으며, 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 실험 결과, 파프리카 과실은 외관상 품질에 따른 영양 성, 항산화능 및 카로티노이드 조성 차이가 미미하거나 없는 것으로 확인된 바, 파프리카 비상품과 과실은 건강 가공식품 의 소재로서 상품과 못지 않은 가치를 지닌 것으로 판단된다.

잎들깨 수경재배 시 적합한 고형배지를 선발하기 위하여 본 연구를 수행하였다. ‘남천’과 ‘소미랑’ 2품종에 대해 코이어 (chip:dust = 5:5), 펄라이트, 입상 암면, 원예용 상토(cocopeat: peatmoss:vermiculite:perlite:zeolite = 50:25:10:10:5) 등 4종의 배지에 따른 배지의 물리화학적 특성 및 생육반응을 분 석하였다. 배지 간의 EC와 pH의 차이는 보이지 않았으나, 용 기용수량 측정 결과 입상 암면이 가장 높고 원예용 상토와 코 이어가 적절한 수준을 유지하였다. 배지의 기상률은 코이어 와 펄라이트가 30% 이상으로 높은 경향을 보였으며 가비중은 코이어 배지를 제외한 모든 배지가 기준을 충족하였다. 잎의 크기는 품종 간에 배지에 따른 반응이 다르게 나타났는데 ‘남 천’ 품종은 원예용 상토에서 엽장, 엽폭이 가장 컸고 ‘소미랑’ 의 경우 코이어에서 재배하였을 때 가장 컸다. 엽중은 두 품종 모두 원예용 상토에서 재배한 것이 가장 높았고, 코이어와 펄 라이트에서 재배한 것이 상대적으로 낮았다. 총 생산량을 조 사한 결과 수량이 높은 원예용 상토 및 입상 암면과 수량이 낮 은 코이어, 펄라이트로 두 그룹으로 구분되는 형태를 보였으 며 그룹 간에 최대 28% 차이를 보였다. 따라서 근권에 충분한 수분 공급이 필요한 잎들깨를 수경재배하기 위해서는 보수력 이 좋은 원예용 상토와 입상 암면을 이용하는 것이 적합할 것 으로 판단한다.

천수만과 태안해역의 제한영양염을 평가하기 위해 장기자료 분석과 생물검정실험을 진행하였다. 우선 잠재적인 제한영양염을 평가하기 위해 국가수질측정망에서 제공되는 2004~2016년 동안의 장기 영양염 자료를 이용하였다. 장기자료의 DIN/DIP를 분석한 결과 대 부분 16이하로 N 제한이 우세하였지만 N, P, Si의 농도비를 이용한 분석에서는 하계와 추계에는 N 제한이 우세하였고, 동계와 춘계에는 해역에 따라 일부 Si 제한을 보이거나 또는 제한이 나타나지 않았다. 생물검정실험 시 채집된 현장수의 영양염 분석결과, DIN/DIP는 3월 과 5월에 모든 정점에서 P 제한을 나타냈고, 7월과 10월에는 N 제한이 우세하였다. N, P, Si의 농도비를 이용한 분석에서 3월과 5월은 P와 Si 제한을 보이거나 제한영양염이 나타나지 않은 정점이 존재하였으나 7월과 10월에는 N 제한이 우세하였다. 실질적인 제한영양염을 평 가하기 위해 수행된 생물검정실험 결과 3월에는 특정 제한영양염이 나타나지 않았으나, 5월, 7월 10월에는 NH4 +와 NO3 -가 반응을 보임으 로서 이 시기에는 N이 식물플랑크톤 성장에 직접 관여하는 실질적인 제한영양염임을 확인하였다.

지중관수에 의한 밭작물의 농업용수는 30%이상 절감되고 가용용수량도 지표면 관수에 비해 2배 이상의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이것은 수분을 지중에 공급하므로 증발산으로 인한 손실을 줄일 뿐만 아니라 지중의 확산 체적을 넓혀 지표면에 비해 수분공급 효과를 높일 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 관수 노동력도 절감되므로 최근 지중관수 장치의 보급이 확산되고 있는 추세이다. 그러나 우리나라는 아직까지 지중관수 장치가 개발되지 않아 농민들은 수입품 자재에 의존하고 있는 실정이다. 지중관수 장치는 3가지 중요한 기능을 가지고 있다. 첫 번째는 공급압력 100-400 kPa 사이에 유량 오차가 5-10% 범위에서 균등해야 하고, 두 번째는 토양속에서 수분을 공급하므로 뿌리가 토출구 속으로 들어가 내부의 관수구가 막히지 않아야 한다. 세 번째는 용수 공급을 중단했을 때, 관수구에서 누수가 되지 않도록 설계⋅제작되어야 한다. 또한 지중에 수분을 공급하므로 지표면 관수와 달리 이상 유무에 대해 확인하기 어려운 점이 있기 때문에 장치의 신뢰성이 높아야 한다. 따라서 지중관수 장치의 핵심은 3가지 기능을 가진 드리퍼의 개발이 우선되어야 가능하다. 유량의 균등성을 유지하는 것은 드리퍼 내부에 압력보상 기술(pressure compensation technology)에 의해 좌우된다. 드리퍼는 outer, lower insert 및 upper insert의 구성요소로 이루어져 있고, 내부에 압력조정 기능 즉, 밸브의 역할을 하는 실리콘이 내장되어 있다. 드리퍼가 유량 균등성, 뿌리 막힘 및 역류방지 기능을 수행하기 위해서 약 10가지의 설계변수를 고려해야 한다. 특히 드리퍼에서 유량이 가장 먼저 통과하는 outer의 원추 높이와 실리콘 경도는 유량 균등성에 미치는 영향이 가장 클 뿐만 아니라 공급유량의 중지 시에는 역류방지의 기능도 동시에 하게 된다. 본 연구에서 개발된 지중관수용 드리퍼의 유량 균등성은 95%를 목표로 하였다. 또한 국내서 개발한 4종의 개발품과 2종의 해외 제품을 대상으로 뿌리 침투 장면도 확인하였고, 역류 방지기능에 대해서는 관수중단점 압력 29 kPa에서 관수가 중단되는 것으로 나타나 성능이 우수한 것으로 판단되었다.

Pest control treatment was carried out using an unmanned automatic pesticide spraying system that can spray pesticides on crops while moving autonomously to control pests in vegetable greenhouse. As a result of examining the control effect on tomato and strawberry on thrips (Frankliniella occidentalis) and greenhouse whitefly (Trialeurodes vaporariorum) pests, 85.6% of yellow flower thrips were found in tomatoes and 87.5% in strawberries, and 81.7% (tomato) and 80.6% (strawberry) of greenhouse whitefly. In addition, the control effect according to the pesticide treatment method showed a control effect of 81.7% of the chemical spraying treatment by manpower and 83.9% of the automatic moving pesticide spraying treatment (F=22.1, p < 0.001). When comparing the control effect between the two treatment sections, there was no significance, but the automatic transfer spraying treatment showed a 2.2% higher effect. On the other hand, as a result of comparing the spraying time of the drug, the automatic unmanned control sprayer had a spraying time of 5 min/10a, which took about 25 min less than the conventional manpower spraying time of 25－30 min/10a. Based on these results, it was judged that the automatic transfer spraying method could be usefully used for efficient pest control in the facility greenhouse during the peak period of development.

연구는 참외 재배 지에서 흰가루병, 담배가루이 및 두점박이응애가 동시에 발생하였을 때 45, 40, 35°C (대조구)의 온도에서 측창으로 환기 처리 시, 온실 내 온 ․ 습도의 변화, 병충해 발생과 잎말림, 그리고 개화조절에 미 치는 효과를 검토하였다. 3월 3일 ‘히든파워’ 대목에 접붙여진 ‘알찬꿀’ 참외를 40cm 간격으로 격리상에 심었고, 위 에 언급한 병해충이 모든 처리구에서 발생한 6월 18일부터 7월 13일까지 처리하였다. 온실의 온도는 맑은 날에는 설정 온도 지점까지 증가되었고, 45°C 환기 처리에서 고온 고습이 약 9시간 동안 유지되었다. 주간 최고 기온과 최 저 상대습도 차이는 45°C 환기 처리에서 가장 높았다. 환기 처리 11일 후에는 흰가루병과 두점박이응애 피해가 45°C 환기 처리에서 거의 회복되었지만 40°C와 35°C에서는 그렇지 않았다. 처리 14일 후, 담배가루이와 두점박이 응애 밀도는 45°C에서 유의하게 감소하였으나 흰가루병 증상은 유의하게 감소하지는 않았다. 잎말림은 고온에서 유발되었으나 45°C에서도 심하지 않았다. 처리 26일 후, 새로 나온 줄기의 15 마디의 개화수를 조사한 결과, 45°C에 서 암꽃이 전혀 나오지 않았고 수꽃은 1.2개로 나타났다. 이상의 결과는, 고온기에 45°C의 고온에서 2－3주간 환기 처리는 온실 내부의 고온 고습을 유도하여 흰가루병, 담배가루이, 두점박이응애를 통제하고, 개화를 억제하여 참외 의 영양 생장을 회복할 수 있는 방법으로 사료되었다.

고온기 시설멜론 재배 시 저비용 고효율의 개발하기 위하여 차광 자재별 이용 효과를 구명하고자 수행하였다. 차광처리 에 따른 평균온도는 무차광이 36.6℃, 차광도포제는 34.5℃, 백색차광망은 34℃로 조사되었다. 도포제 살포 직후에 투광률이 무차광에 비해서 차광 도포제 처리구는 69%, 백색차광망 처리구는 75% 이었으나, 40일 및 80일 후 차광 도포제 처리구의 투광률이 각각 92% 및 98%로 높아져 처리된 차광도 포제가 서서히 제거되는 것을 알 수 있었으며, 백색차광망 처 리구는 시간의 경과에 따른 투광률의 변화가 거의 없었다. 생육에 있어 엽수는 처리 간에 차이가 없었고, 초장은 무차광에 비해 백색차광망과 차광도포제 처리구에서 높게 나타났다. 엽중, 생체중, 건물중의 경우 차광 처리구에 비해서 무차광에 서 정식 42일 후에는 더 무거운 것으로 나타났다. 총 상품수량 은 무차광에 비해서 백색차광망과 차광도포제가 각각 6% 및 5% 증수되었다. 따라서 고온기 간편하게 온도를 낮출수 있는 방법으로 차광도포제는 효과적이나 서서히 제거되기 때문에 재배 시기를 고려해서 사용하는 것이 바람직하다고 생각되었다.