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.

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.

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.

본 연구에서는 폐쇄형 식물 생산시스템 내에서 생체정보에 의한 최적 환경제어와 식물의 환경스트레스 판단을 위하여 엽록소형광 분석법으로 광합성효율 모델을 만들었으며, 광합성효율 모델에 유전알고리즘을 적용하여 재배환경 최적화 프로그램의 응용성을 평가하였다. 6가지 미기상 요인 중 5가지는 고정하고 1가지씩만 변화시켜 가며 측정한 Fv'/Fm'이 최대가 되는 환경조건은 기온 21℃, CO2농도 1,200~1,400ppm, 상대습도 68%, 기류속도 1.4m·s-1, 배양액온도 20℃이었으며 PPF가 140μmol·m-2·s-1 보다 증가할수록 광합성 효율은 감소하였다. 광합성효율모델의 오차는 평균 2.5%였다. 재배환경 최적화 프로그램으로부터 계산된 밀폐형식물 생산시스템내에서 상추의 최적재배환경조건은 기온 22℃, 배양액온도 19℃, CO2농도 1,400ppm, 기류속도 1.0m·s-1, PPF 430μmol·m-2·s-1, 상대습도 65%이다. 이상의 연구 결과로부터 광합성 효율 모델을 이용하여 식물 생산시설의 환경모니터링 시스템과 식물 생체정보에 의한 최적제어시스템의 개발이 가능함을 확인하였다.

본 연구는 ASKAM모델로 CO2, 광 및 엽면적지수가 단고추의 동적 광합성율에 추정가능성을 평가하기 위하여 수행되었다 CO2 농도는 2구획으로 구분된 반밀폐된 생장상에서 3수준 (400, 700 or 1000μmo1 mol-1)으로 조절하였다. 온도와 습도는 21℃ 및 80-95%로 조절하였고, 양액이 순환되는 용기내에서 재배하였다. 일태양복사, 온도 및 CO2농도의 단기 자료를 기초로 하여 일중 단기간격에 대한 작물 순CO2흡수량를 ASKAM모델로 추정하였고, 광합성 측정 중 각 구획과 기부에서의 CO2농도를 매분마다 측정하였다. 순수 CO2의 구획으로의 흐름, 지상방사, 구획내의 광합성유효방사, 은도 및 상대습도를 측정하였다. 본 작물생장모델은 작물의 광합성율을 적절하게 추정할 수 있는 것으로 평가되므로 생장해석, 작물관리 및 온실관리에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.

팔당호와 북한강, 남한강 및 경안천의 3개 지류에서 식물플랑크톤에 의한 일차생산력과 광합성 parameter의 계절적 변화를 조사하기 위하여 92년 4월, 8월과 10 월 그리고 93년 5월에 걸쳐 4회의 조사를 행하였다. 정점과 계절에 따른 secchi-depth는 0.8 (92년 10월, 경안천 정점 3)에서 2.0 m (92년 4월, 팔당댐 정점 4)까지, chl. a값은 1.7 (93년 5월, 남한강 정점 2)에서 32.8 mg m-3 (92년 8월, 팔당댐 정점 4)까지 변화하였다. 단위체 적당 일차생산력은 92년 8월(605~672 mgC m-3 hr-1)에 가장 높았으며, 정점 사이에서는 경안천 정점 3 (75~ 111 mgC m-3 hr-1)에서 가장 높은 값을 보였고, 이외의 정점에서는 16~68 mgC m-3 hr-1의 값을 보였다. 단위면 적당 일일 일차생산력은 역시 92년 8월에 가장 높았으며(8,195~9,341 mgC m-2 day-1), 92년 4월과 10월 그리 고 93년 5월에는 유사한 값을 보였다. 단위면적당 일일 일차생산력은 광도, 유광층의 깊이와 온도에 의해 영향 을 받는 것으로 밝혀졌다. Pmax와 α값은 8월에 가장 높았고, 정점간의 비교에서는 북한강 정점 1에서 가장 높았으며, 팔당댐 정점 4에서 가장 낮았다. 8월(하계)의 식물플랑크톤 군집은 4, 5월(춘계)과 10월(추계)에 비해 강한 빛에 적응되었다. Pmax와 α값은 밀접한 상관관계를 보였으나, Pmax와 Ik 그리고 Ik와 α 사이에는 상관관계를 발견하지 못하였다.