생물환경조절학회지 30권 3호에 게재된 논문의 그래프를 수정합니다.

본 연구의 목적은 겨울철 약광기 보광 시 줄기 유인 수가 온실 파프리카의 생육, 과실의 품질 및 생산량에 미치는 영향을 구명하는 것이다. 파프리카는 2020년 10월 26일에 m 2당 3.2 주를 정식하였고, 2020년 12월 1일부터 고압나트륨등을 작기 종료일인 2021년 5월 25일까지 하루 16시간의 광주기로 조사 하였다. 줄기 유인 처리는 분지 이후의 생장점이 각각 2, 3개로 유지되도록 유인해 주었다. 초장은 2줄기 유인 처리구에 비해 3줄기 유인 처리구에서 유의적으로 짧았고 마디수 및 엽수는 2줄기 유인 처리구에 비해 3줄기 유인 처리구에서 유의적으 로 증가했다. 엽면적 및 기관별 건물중은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 과실 생체중 및 건물중은 모든 처리구에서 생육단계에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 3줄기 유인 처리구가 2줄기 유인 처리구에 비해 낮은 수치를 보였다. 3줄 기 유인 처리구의 상품과율은 95.4%로 2줄기 유인 처리구의 93.6%에 비해 높았다. 총 수확량은 3줄기 유인 처리구에서 30.2% 높게 나타났다. 결론적으로 온실 파프리카의 3줄기 유인 재배는 적정 수준의 영양생장을 유지함으로써 과실 생산량에 긍정적인 영향을 미쳤다고 할 수 있다. 본 연구 결과는 파프 리카의 생산량 증대를 위한 농가 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 광전환필름에 의해 변형된 태양광 하에서 채소류의 묘소질과 광합성 특성에 미치는 영향을 구명하기위해 수행 되었다. 상추와 배추, 오이 종자를 원예용 상토로 충진된 50구 플러그 트레이에 파종하고, 광전환 필름(SCF)과 상업용 폴리 에틸렌 필름(대조군) 하에서 재배하였다. 대조군 대비 SCF에 투과된 태양광 스펙트럼은 청-녹색광은 감소하고, 적색광은 증가했으며 R/FR 비와 R/B 비가 증가하여 묘의 광합성과 생육, 형태형성 측면에서 영향을 미치기에 충분한 수준이었다. 광합성속도는 SCF 하에서 자란 배추와 오이 묘에서 유의적으 로 증가했으며, 최대 광합성속도는 각각 23%, 19% 높게 나타 났다. 상추의 경우, SCF 처리구에서 생육이 유의적으로 감소 하였으며 도장하였다. SCF 필름 하에서 자란 배추의 경우, 형태적인 차이는 없었으나 잎의 건물중이 증가하여 묘의 충실도가 유의적으로 증가했고 왜화율은 10%로 나타났다. SCF 처리구의 오이 묘는 생육에 차이는 없었으나 엽병 및 초장이 유의적으로 감소하여 왜화율이 24%로 높게 나타났다. 결론적 으로 SCF에 의해 변형된 태양광 스펙트럼은 배추와 오이 묘의 광합성 효율을 증가시키고 묘소질을 향상시켰다고 판단되었다.

작물의 생체중을 추정하기 위해 다양한 연구가 시도되었지만, 이미지를 활용하여 생체중을 추정한 예는 없었다. 최근 합성곱 신경망을 사용한 이미지 처리 연구가 늘고 있으며, 합성곱 신경망은 미가공 데이터를 그대로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 합성곱 신경망을 이용하여 미가공 데이터 상태인 특정 시점의 파프리카 이미지를 입력으로 작물의 생체중을 추정하도록 학습하였다. 실험은 파프리카(Capsicum annuum L.)를 재배하는 온실에서 수행하였다. 합성곱 신경망의 출력값인 생체중은 파괴조사를 통해 수집한 데이터를 기반으로 회귀 분석하였다. 학습된 합성곱 신경망의 결정 계수(R2)의 최고값은 0.95로 나타났다. 생체중 추정값은 실제 측정값과 매우 유사한 경향성을 보여주었다.

군락 광합성 모델의 도출을 위하여 생육 챔버가 필요하며, 이를 위한 광합성의 효율적인 측정 방법이 필요하다. 본 연구의 목적은 내부 환경 제어가 가능한 생육 챔버를 이용하여 광도 및 이산화탄소 농도 변수를 갖는 로메인 상추(Lactuca sativa L.)의 군락 광합성 곡선을 도출하는 방법을 확립하는 것이다. 실험에 사용한 상추는 식물공장 모듈에서 재배되었으며, 군락 광합성을 측정하기 위하여 아크릴로 제작된 생육 챔버(1.0x0.8x0.5m)를 이용하였다. 첫 번째로, 다음의 두 방법을 적용하여 측정된 군락 광합성 속도를 통해 각 방법의 시정수를 계산하여 비교하였다. 즉, 1) CO2 농도를 고정(1,000μmol·mol-1) 하고 광도를 변화(340, 270, 200, and 130μmol·m-2·s-1) 시키거나, 2) 광도를 고정(200μmol·m-2·s-1)하고 CO2 농도를 변화(600, 1,000, 1,400, and 1,800μmol·mol-1) 시켰다. 두 번째로, 1)과 2)의 방식을 적용하여 군락 광합성을 측정했을 때, 특정 광도(200μmol·m-2·s-1)와 특정 CO2 농도(1,000μmol·mol-1)에서 측정된 군락 광합성 속도 값을 비교하였다. 실험 결과 CO2 농도를 변화시키는 방식의 시정수는 광도를 변화시키는 방식에 비해 3.2배 큰 값을 나타내었다. 광도를 변화시키며 측정할 때 군락 광합성 속도는 1분 이내에 안정되었고, CO2 농도를 변화시킬 경우에는 6분 이상의 시간이 소요되었다. 따라서 광도를 변화시키는 측정 방식이 생육 챔버를 이용하여 작물의 군락 광합성 속도를 측정할 때 적합한 방식임을 확인하였다.

작물의 일중 광합성량을 정확하게 추정하기 위해서는 일중 태양의 위치 변화에 따른 작물의 정확한 수광량 변화를 정확하게 예측해야 한다. 그러나, 이는 많은 시 간, 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 구축하였 다. 주변 개체의 유무에 따른 캐노피 수광 분포의 변화를 보기 위하여 작물 모델 별 간격을 60cm로 1×1, 9×9 정 방형 배치하여 광학 시뮬레이션을 수행하였다. 광합성 속 도는 직각쌍곡선 모델을 이용하여 계산하였다. 3차원 파 프리카 모델 표면의 수광 분포는 오전 9시, 정오, 오후 3 시의 태양 각도에 따라 서로 다른 양상을 보였다. 캐노피 총 수광량은 9×9 배치로 주변 개체 수가 늘어남에 따라 감소하였고, 태양 고도가 가장 높은 정오에서의 감소율이 가장 적었다. 캐노피 광합성 속도와 CO2 소모량 역시 수 광량과 비슷한 양상을 보였으나 작물 상단부 엽의 광합 성 속도 포화로 인해 수광량 변화에 비해 적은 감소율을 보였다. 본 연구에서는 파프리카의 3차원 스캔 모델과 광 학 시뮬레이션을 이용하여 가상 환경 조건에서의 캐노피 수광과 광합성 분포를 분석할 수 있었으며, 이는 추후 다 양한 재배 조건에서 작물 수광량과 광합성 속도를 예측 하는 데에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

온도와 상대습도는 작물 재배에 있어서 중요한 요소로써, 수량과 품질의 증대를 위해서는 적절히 제어 되어야 한다. 그리고 정확한 환경 제어를 위해서는 환경이 어떻게 변화할지 예측할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 현 시점의 환경 데이터를 이용한 다층 퍼셉트론(multilayer perceptrons, MLP)을 기반으로 미래 시점의 기온 및 상 대습도를 예측하는 것이다. MLP 학습에 필요한 데이터는 어윈 망고(Mangifera indica cv. Irwin)을 재배하는 8 연동 온실(1,032m2)에서 2016년 10월 1일부터 2018년 2 월 28일까지 10분 간격으로 수집되었다. MLP는 온실 내부 환경 데이터, 온실 외 기상 데이터, 온실 내 장치의 설정 및 작동 값을 사용하여 10~120분 후 기온 및 상대습도를 예측하기 위한 학습을 진행하였다. 사계절이 뚜렷한 우리나라의 계절에 따른 예측 정확도를 분석하기 위해서 테스트 데이터로 계절별로 3일간의 데이터를 사 용했다. MLP는 기온의 경우 은닉층이 4개, 노드 수가 128개일 때(R2 = 0.988), 상대습도는 은닉층 4개, 노드 수 64개에서 가장 높은 정확도를 보였다(R2 = 0.990). MLP 특성상 예측 시점이 멀어질수록 정확도는 감소하 였지만, 계절에 따른 환경 변화에 무관하게 기온과 상대 습도를 적절히 예측하였다. 그러나 온실 내 환경 제어 요소 중 분무 관수처럼 특이적인 데이터의 경우, 학습 데이터 수가 적기 때문에 예측 정확도가 낮았다. 본 연구에서는 MLP의 최적화를 통해서 기온 및 상대습도를 적절히 예측하였지만 실험에 사용된 온실에만 국한되었다. 따라서 보다 일반화를 위해서 다양한 장소의 온실 데이터 이용과 이에 따른 신경망 구조의 변형이 필요하다.

Plant growth and morphology are affected by light environments. The morphogenesis and growth of the plants growing in plant factories are different from those grown under sunlight due to the effect of far-red light included in sunlight. The objective of this study was to compare the morphogenesis and growth of cucumber plants grown under artificial sunlight, high pressure sodium lamp (HPS), and HPS with additional far-red light (HPS+FR). The artificial solar (AS) with a spectrum similar to sunlight was manufactured using sulfur plasma lamp, incandescent lamp, and green-reducing optical film. HPS was used as a conventional electrical light source and far-red LEDs were added for HPS+FR. The optical properties of each light source was analyzed. The morphogenesis, growth, and photosynthetic rate were compared in each light source. The ratio of red to far-red lights and phytochrome photostationary state were similar in AS and HPS+FR. There were significant differences in morphology and growth between HPS and HPS+FR, but there were no significant differences between AS and HPS+FR. SPAD was highest in HPS, while photosynthetic rate was higher at AS and HPS. Although the photosynthetic rate in HPS+FR was lower than HPS, the growth was similar in AS. It was because canopy light interception was increased by longer petioles and larger leaf areas induced by FR. It is confirmed that the electrical light with additional far-red light induces similar photomorphogenesis and growth in sunlight spectrum. From the results, we expect that similar results will be obtained by adding far-red light to electrical light sources in plant factories.

인공광을 이용한 보광은 시설재배에서 작물의 정상적인 생육과 수확량을 유지하고 품질 향상을 위하여 사용되는 실용적인 방법이다. 본 연구의 목적은 황 플라스마 램프(SP)와 고압 나트륨 램프(HPS)의 보광이 파프리카의 생육 및 수확량에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 생장상에서는 SP 및 HPS를 기본 광원으로, 온실에서는 보광으로 사용하여 작물 생육에 미치는 효과를 비교 분석하였다. 생장상에서는 정식 2 주 후 SP와 HPS 하에서 초장, 엽면적, 줄기 직경, 엽수, 생체중 및 건물중을 매주 측정 하였다. 온실재배에서는 무보광을 대조구로 하였다. 보광은 07:00부터 21:00까지 외부일사 100W·m-2 미만일 때 처리되도록 하였다. 보광 처리 후 3주부터 매주 생육량을 측정하였고, 2주 마다 수확하여 과실수와 과실무게를 측정하였다. 생장상에서는 높은 광합성속도로 인하여 SP가 HPS보다 생육이 양호하였고, 온실에서는 보광처리가 대조구보다 수확량이 유의적으로 높았다. 온실에서의 초장, 마디수, 엽장, 생체중, 건물중은 SP와 HPS 간의 유의적인 차이는 없었다. 그러나 수확 시 과실수와 수량은 광합성 증진과 및 과실수의 증가로 인하여 SP에서 많았다. SP는 태양광과 유사한 광 스펙트럼을 보였으나, HPS와 비교하여 높은 PAR과 적색과 원적색 파장의 광양자속의 합이 높았기 때문에 파프리카의 광합성과 수확량을 증가시켰다.

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 고 려해야 하는 중요한 요인이다. 이 연구의 목적은 광도, CO2 농도 및 생육 단계에 의해 변화하는 로메인 상추 의 군락 광합성 속도 모델을 개발하는 것이다. 군락 광합성 속도는 정식 후 5, 10, 15, 20 일차에서 5단계의 CO2 농도(600-2,200μmol·mol-1)와 5단계의 광조건(60-340μmol·m-2·s-1)이 처리된 3개의 밀폐 아크릴 챔버(1.0 × 0.8 × 0.5m) 내에서 측정하였다. 먼저 세 가지 환경 요인을 사용하는 식들을 곱하여 만든 단순곱모델을 구성 하였다. 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 R2는 0.923이었으며, 수정 직각쌍곡선 모델의 R2는 0.941을 나타내었다. 따라서 수정 직각쌍곡선 모델 이 광도, CO2 농도, 생육 단계의 3 변수에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는 데 더욱 적합한 것으로 판단하 였다. 본 연구에서 개발된 군락 광합성 모델은 식물공장에서 상추 재배를 위해 생육 단계별로 설정해야 할 최 적의 광도와 CO2 농도를 결정하는데 도움이 될 것으로 생각된다.

쑥은 세포 손상과 위염 회복에 효능이 있는 유파틸 린을 가지고 있는 약용작물이다. 본 연구의 목적은 강 화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8 주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였 다. 광합성은 상대적으로 고광도인 1,200μmol·m-2·s-1에 서도 포화되지 않았다. 생육속도는 정식 후 2주후에 최고에 도달하였고 정식 후 8주부터 감소하기 시작하 였다. 강화쑥은 다년생 숙근초로 계절 변화에 민감하게 반응하여 봄 여름의 영양 생장기에는 높은 생육과 성 분 함량을 나타내었으나, 가을과 겨울에는 개화 및 월 동으로 인하여 생육 및 유파틸린 성분 함량이 크게 감 소하였다. 따라서 강화쑥의 주년 재배를 위하여는 이를 억제하기 위한 야파 처리의 적용이 필수적인 것으로 판단되었다. 2종류의 스트레스와 1종류의 eliciter를 처 리하였다. 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8 일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액 에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, 8dS·m-1 농도로 하였 고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.5, 25, 50, 100μM 농도로 엽면 시비하였다. 건조 스트레스 처리 구 중 7일 및 8일간 관수를 중단한 경우와 메틸자스모 네이트를 25μM 엽면 시비한 경우 유파틸린 함량이 증 가하였다. 염류 스트레스 처리구에서는 유파틸린 함량 증대가 발견되지 않았다. 본 연구 결과는 환경 처리를 통해 유용 성분의 증대가 가능하고 의약 원료로써 강 화쑥의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음을 증 명하였다.

광도, 포차와 같은 환경요인과 엽면적 지수와 같은 생육요인은 증산 속도를 변화시키는 중요한 변수이다. 본 연구에서는 Penman-Monteith의 증산 모델과 인공신경망 (ANN)에 학습에 의한 증산속도 추정값을 비교하는 것을 목표로 하였다. 파프리카(Capsicum annuum L. cv. Fiesta)의 증산속도 추정은 로드셀을 이용한 배지의 중량 변화를 통해 계산하였다. 온도, 상대습도, 배지 중량 데이터는 1분 단위로 2개월간 수집하였다. 증산량은 일차식으로는 정확한 추정이 어렵기 때문에, 기존의 Penman-Monteith식에 보정 광도를 사용한 수정식 Shin 등(2014)을 사용하였다. 이와는 별개로 ANN을 사용하여 증산량을 추정 비교하였다. 이를 위하여 광도, 온도, 습도, 엽면적지수, 시간을 사용한 입력층과 5개의 은닉층으로 구성된 ANN을 구축하였다. 각 은닉층의 퍼셉트론 개수는 가장 정확성이 높은 512개로 하였다. 검증 결과, 보정된 Penman-Monteith 모델식의 R2 = 0.82이었고, ANN의 R2 = 0.94로 나타났다. 따라서 ANN은 일반적인 모델식에 비해 정확한 증산량 추정이 가능한 것으로 나타났고, 추후 수경재배의 효율적인 관수전략 수립에 있어 적용 가능할 것으로 판단되었다.

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 × 0.8 × 0.5m)에 넣어 측정하였으며, 이 때 챔버 내부의 온도는 19oC에서 28oC까지 변화시켰고 광원은 LED를 이용하여 50에서 500μmol·m-2·s-1까지 변화시키며 실험하였다. 챔버 내부의 초기 이산화탄소 농도는 2,000μmol·mol-1로 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 컨덕 턴스, 호흡에 의한 이산화탄소 발생 속도를 포함하는 수정된 직각쌍곡선 모델을 구성하여 단순곱 모델과 비교하였다. 검증 결과 단순곱 모델은 0.849의 R2 값을 나타내었으며, 수정된 직각쌍곡선 모델은 0.861의 R2 값을 나타내었다. 수정된 직각쌍곡선 모델이 단순곱 모델에 비해 환경 요인(광도, 온도), 생육 요인(생육 시기)에 따른 군락 광합성 속도를 표현하는데 더욱 적합한 모델인 것으로 판단하였다.

온실에서 재배되는 어윈 망고는 그 수관이 복잡하여 생육을 정확하게 진단할 수 있는 생육 지표 결정이 어렵다. 엽면적, 엽생체중과 엽건물중은 생육을 진단할 수 있는 지표이며, 이를 비파괴적으로 추정할 수 있는 모델 확립이 필요하다. 본 연구의 목표는 어윈 망고 (Mangifera indica L. cv. Irwin)의 엽장, 엽폭, 엽병장, SPAD 값 등의 비파괴적 생육지표를 이용하여 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 추정하는 모델을 확립하는 것이다. 6년생 어윈 망고의 성엽에 대하여 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값을 측정하였으며, 이에 따른 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다. 기존에 사용되는 모델식 중에서 14종의 모델을 선정하였으며, 회귀분석을 통해 각 모델의 계수를 추정하였다. 이중에서 높은 R2 과 낮은 평균제곱근오차 값을 보이는 세 모델식에 대하여 검증한 결과, R2 값은 각각 0.967과 0.743, 0.567로 나타나 신뢰성이 있다고 판단되었다. 이러한 방법은 작물의 생육 지표로 편리하게 추정하는데 도움을 줄 수 있다.

본 연구의 목적은 광전환재의 사이즈가 다른 광전환 필름을 피복한 온실에서, 실내 생육 환경, 토마토 및 상추의 생육과 품질을 분석하는 것이다. 10μm 이상의 광 전환재를 이용한 광전환 필름(Micro 필름), 500nm 이하의 광전환재를 이용한 광전환 필름(Nano 필름)과 폴리에틸렌(PE) 필름을 2중 온실의 외피복재로 피복하였다. 내피복재는 0.06mm PE 필름을 사용하였고, 내피복 재 및 외피복재의 두께는 모두 0.06mm로 동일하였다. 광전환 필름의 인장강도, 인열강도, 신장율은 PE 필름과 유사하였다. 투광률은 Nano 필름이 600-750nm 및 전체 투광률에서 PE 필름보다 높았으며, Micro 필름은 PE 필름보다 전체 투광률이 낮았다. 온실 내 기온은 Micro 및 Nano 필름 온실이 PE 필름 온실에 비하여 약 2oC정도 높았고, 광전환 필름 온실 간의 유의적인 차이는 없었다. 지온은 Nano 필름 온실이 Micro 필름과 PE 온실에 비하여 각각 1.5, 3 정도 높았다. 토마토의 수량은 PE 필름 온실에 비해 Micro 및 Nano 필름 온실에서 각각 12%, 14% 정도 유의적으로 증가하였고, 당도 차이는 없었다. 그리고 광전환 필름 간의 유의적인 차이는 없었다. 상추의 수량은 Micro 필름 온실이 Nano 필름 및 PE 필름 온실에 비하여 각각 27%, 59% 높았다. Hunter의 적색 값a는 Nano 필름 온실에서 가장 높았다. 토마토와 같이 높은 광을 요구하는 작물은 투광률이 좋은 Nano 필름이 적합하였고, 상추와 같이 낮은 광을 요구하는 작물은 상추는 Micro 필름이 적합하다고 판단되었다.

최근 우리나라에서는 기후변화에 의한 집중호우와 국지성 폭우 및 결빙 등으로 토석류의 발생이 증가 하고 있어 이에 대한 대책으로써 여러 종류의 방호시설들이 설치되고 있다. 이들의 토석류 방호시설을 설 치하기 위해서는 이들의 성능에 대한 적정한 평가가 필요하다. 일반적인 구조물은 하중의 크기와 형태가 정해져 있어 설계하중을 산정하여 구조물 단면 설계에 반영 할 수 있다. 그러나 토석류 방호시설과 같은 충돌형태의 외력에 저항하는 구조물은 토석류의 흐름을 정적 하중으로 변환하기가 어렵다. 이에 토석류 방호시설의 성능평가는 충돌현상을 에너지보존 개념으로 접근 하여 충돌에너지 < 내적 변형에너지 조건이 만족하는지를 평가하고 있다. 따라서 토석류 방호시설의 성능 평가를 위해서는 토석류의 충돌에너지와 토석류 방호시설의 내적 변형에너지에 대한 보다 편리하고 정밀 한 평가가 필요하다. 본 연구는 코일스프링이 압축작용을 일으키도록 개발되어 스프링의 피로하중에 대한 영향이 없고 스프 링이 큰 변형을 일으켜 충돌 시 변형 시간 지연으로 보다 향상된 충격에너지 흡수효과를 얻을 수 있도록 개발된 압축코일 스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설에 대해 실물 충돌실험과 해석 및 이들의 비교 분석을 실시하여 성능을 평가하고 보다 편리하고 안전한 성능 평가방법을 제안하는 것이다. 이번 수직낙하 실험에 의한 실물 충돌실험 결과와 충격에너지로부터 정적 구조해석에 사용할 하중을 에너지 보존의 법칙인 충격에너지 = 정역학적에너지로 산정하고 케이블은 기하학적 비선형성을 고려한 유한요소로, 스프링도 유한요소의 연속성을 위해 케이블로 모델링하여 FEM해석한 내용을 상호 비교 분 석한 결과, 이들의 결과가 잘 일치하였으며 방호시설의 충돌에너지 흡수능력 평가 시, 와이어로프의 항복 응력을 기준으로 성능을 분석하면 편리하고 안전하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

충돌형태의 하중을 가지는 토석류는 큰 에너지를 가지는 하중이 충격을 통해 짧은 시간에 갑작스럽게 작용하여 구조물이 쉽게 파괴에 이르게 한다. 완충형 토석류 방호시설은 유연적 구조를 사용하여 구조물 이 충돌하는 토석류에 보다 긴 시간에 걸쳐 저항하도록 함으로써 저항성능을 높이는 형태의 구조물을 말 한다. 이러한 완충형 토석류 방호시설은 크게 내력을 지지하는 부분과 유연성을 담당하는 부분으로 나누 어지며, 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설은 내력을 지지하는 부분을 두께가 두꺼운 와이어로 프로 구성하고 유연성을 담당하는 부분은 와이어로프에 압축스프링을 사용하여 유연성을 크게 증가시킨 새로운 형태의 방호시설을 말한다. 최근 집중호우와 국지성 폭우 등으로 인해 토석류 발생 빈도가 증가하고 있다. 이에 대한 방지책으로 많은 종류의 방호시설물들이 개발되고 설치되고 있으나 아직까지 이러한 산사태 방호시설물들에 대한 명 확한 설계방법이 제시되어있지 않다. 그 이유는 토석류의 토사유출량이나 운동에너지를 명확하게 정의하 는 것은 복잡한 과정을 거쳐야 하며, 어렵게 이를 정의하였다 하더라도 구조물 설계에 어떻게 적용시키는 가에 대한 방법적 문제가 존재하기 때문이다. 본 연구에서는 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하여 단순화 시켰으며, 산정된 토사유출량을 사 용하여 개발된 압축스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설의 단면 형상과 단면 크기 설정 방법을 제시 한다. 먼저, 토석류의 토사유출량 산정을 프로그램화하기 위해 많이 사용되는 토사유출량 산정방법인 RUSLE방법을 사용하였다. 이를 프로그램화하기 위해 개념도를 파악하였으며 Excel의 script언어인 VBA 를 사용하여 구현하였다. 또한, 토석류가 발생하는 산악지형의 계곡형상은 단면형상이 주로 사다리꼴 형 태를 가지게 된다. 단면이 삼각형이나 사다리꼴 형태인 일반적인 토석류 방호시설의 저항단면크기는 시설 물의 높이를 결정하는 것이 핵심이다. 기존의 방법은 구조물의 높이를 산정하기 위해 평균폭을 가정하여 사용하였으나 이는 정확한 방법이 될 수 없다. 따라서 본 연구에서는 측정 가능한 하단의 폭과 앞서 산정 된 토석류의 양을 기반으로 정확한 구조물의 높이를 산정하는 방법을 제안하였다.

가온 온실에서 재배하는 망고의 생육에 적합한 광도와 CO2 농도를 결정하기 위하여 위치 별 엽의 광합성속도를 정량적으로 측정할 필요가 있다. 본 연구에서는 어윈 망고(Mangifera indica L. cv. Irwin)의 위치 별 엽 광합성속도를 측정하여 광도와 CO2 농도의 2변수 엽 광합성 모델을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 상단부, 중단부, 하단부 엽의 위치에 따른 엽 광합성속도 측정은 LI- 6400 광합성 분석 장치를 사용하였다. 광도 0, 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800μmol·m-2·s-1, CO2 농도 100, 400, 800, 1200, 1600μmol·mol-1의 조합 조건에 해당하는 엽 광합성속도를 위치 별로 측정하였다. 광도와 CO2 농도에 대하여 Negative exponential 함수로 표현된 엽 광합성 속도 모델을 곱하여 2변수 엽 광합성 모델을 구축하였다. 상단부 엽의 경우 엽 광합성속도는 광도 400μmol·m-2·s-1, 중단부와 하단부 엽은 200μmol·m-2·s-1에서 포화되는 것으 로 나타났다. CO2 농도 1600mol·mol-1에서도 엽 광합성속도가 증가하여 포화되지 않는 특성을 보였다. 2변수 엽 광합성 모델의 검증 결과, 중단부에 비하여 상단부와 하단부 엽에 대해서 높은 신뢰도를 갖는 것으로 나타났다. 추후, 위치 별 2변수 엽 광합성 모델을 활용하여 어윈 망고의 온실 재배 시 광합성을 극대화 할 수 있는 광도와 CO2 농도 조건을 결정할 수 있을 것이다.

무토양재배에서 작물의 생산성 향상을 위하여 최적의 수분관리가 중요하기 때문에, 배지의 종류에 따른 수분 이동을 포함한 배지의 물리적 특성의 분석이 필요하다. 본 연구의 목적은 현재 상업적으로 많이 이용되고 있는 대표적인 배지를 대상으로 물리적 특성을 분석하고 수분의 이동 형태 및 함수율과 FDR 센서 측정값과의 관계를 파악하는 것이다. 로드셀을 이용하여 배지의 중량을 측정하고, 이 데이터를 바탕으로 배지의 기본적인 물리적 특성을 파악하고자 하였다. 중량에 따른 실제 함수율과 FDR 센서값의 비교를 통해 배지 종류에 따른 FDR 의 정확성을 비교하였다. 암면에 비하여 코이어 배지는 입자가 크고 거친 특성 때문에 전체적으로 보수력이 낮았다. 중량 기준의 동일 함수율 조건에서 FDR센서 측정 값은 코이어에서 큰 오차를 보였으므로 FDR센서 사용 전 보정이 필요하다. 그리고 코이어의 낮은 보수력과 재수화력 때문에 관수제어에 적합한 함수율 범위도 암면에 비하여 좁았다. 무토양재배에서 최적 관수제어를 위한 관수전략 수립에 실험을 통한 위와 같은 데이터가 유용 하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

파프리카는 수분에 민감한 작물이므로 작물의 생산성 향상을 위하여 적정 관수조절은 매우 중요하다. 광환경 조건은 시설재배에서 여러 환경 변수 중 조절이 용이하지 못하며, 지역 별, 계절 별 분포가 다르기 때문에 광 환경 데이터를 이용한 증산과 관수의 추정이 필요하다. 본 연구에서는 파프리카의 정확한 증산 예측을 위하여 변형된 증산 추정식을 활용하였다. 또한 기상청의 광도 자료를 활용하여 지역 별 증산량과 관수량을 비교하였다. 우리나라의 경우 여름철 하루 중 광도의 편차가 심하고 장마기간이 있으므로 봄, 가을에 비하여 증산량이 오히려 낮았다. 그리고 광주기가 길어지는 봄에 증산량이 가장 많았으므로, 이 시기의 데이터를 이용하여 관수시설 용량을 지역별로 제시할 수 있었다. 이러한 결과는 시설 재배에서 관수설비 기준제시를 위한 자료 및 투입에너지 최적화에도 유용하게 활용될 것으로 판단된다.