작물을 재배하는 데 필요한 여러 가지 환경 조건 중 광은 개 화와 밀접한 연관이 있다. 본 연구는 식용화, 매리골드 화아분 화에 영향을 주는 최적의 광주기를 구명하여 완전제어형 식물 공장에서 효율적으로 재배하기 위해 진행되었다. 실험에 사 용된 광주기는 4, 8, 12, 16시간, 총 4가지로 설정하였다. 매리 골드 ‘듀란고 레드’ 종자를 우레탄 스펀지에 파종한 직후부터 광주기를 처리하였다. 화아분화는 꽃봉오리가 약 2mm 이상 일 때 화아분화가 되었다고 정의하였고, 2－3일 간격으로 조 사하였다. 생육 조사는 지상부의 생체중, 건물중, 초장, 엽면 적을 조사하였다. 최적의 광주기는 식물체의 50%가 화아분 화 된 날을 기준으로 정의하였다. 4시간 처리구에서는 식물체 가 제대로 자라지 못하며 화아도 형성되지 않았다. 8시간 이상 의 처리구에서부터 식물체가 정상적으로 생장하고 화아분화 가 이루어졌지만, 8시간 처리구는 12시간 이상의 처리구에 비 해 화아분화가 더디게 일어났다. 반면에 12시간 처리구와 16 시간 처리구는 서로 유의하지 않은 결과를 보였다. 모든 생육 조사 항목에서 16시간 광주기 처리구가 가장 높은 값을 나타 냈으나 지상부의 건물중과 엽면적을 제외한 나머지 항목에서 12시간 처리구와 유의하지 않았다. 실험 결과에 따르면, 8시간 광주기에서도 화아분화가 일어났지만, 화아형성까지의 시 간이 12시간 이상의 광주기일 때보다 더 많이 소요되었으며, 식물체의 생육 또한 12시간 이상의 광주기를 조사받은 식물 체보다 낮게 나타났다. 본 실험에서 에너지 소비량을 고려한 최적의 매리골드 ‘듀란고 레드’의 광주기는 12시간으로 판단 된다.

This study was conducted to investigate the growth characteristics of cucumber (Cucumis sativus L. ‘Joeunbaekdadagi’) and tomato (Solanum lycopersicum L. ‘Dotaerang Dia’) seedlings by light intensities and CO2 concentrations in a closed-type plant production system (CPPS). Cucumber and tomato seeds were sown in 50-cell trays and germinated in CPPS at air temperature 25 ± 1°C and relative humidity 50 ± 10% for 4 days. After germination, the CO2 concentrations and light intensity treatment were treated at 500 (ambient), 1,000, and 1,500 μmol·mol-1 and 100, 200, and 300 μmol·m-2·s-1 photosynthetic photon flux density (PPFD), respectively. The leaf area of cucumber showed the highest value in CO2 1,500 μmol·mol-1. However, the leaf area of the tomato had no significant difference in CO2 concentrations and light intensities treatments. In cucumber and tomato both seedlings, the growth and quality such as compactness and leaf area rate were increased with the increase of light intensity, and there were highest in 300 μmol·m-2·s-1. The root surface and number of root tips of cucumber and tomato seedlings were significantly increased with the increase in light intensity. In conclusion, the regulation of the CO2 concentrations and light intensity can control the growth and quality of cucumber and tomato seedlings in CPPS, especially, increasing the light intensity can improve more significantly the growth and quality of seedlings.

본 연구는 DFT 재배 시스템을 이용한 밀폐형 식물생산시스 템에 MB처리 유무에 따른 상추(Lactuca sativa L.)와 배초향 (Agastache rugosa Kuntze)의 생육과 양액 특성을 조사하기 위해 수행되었다. 상추와 배초향은 밀폐형 식물생산시스템에 서 23일간 재배되었다. MB는 매일 9시, 13시, 17시에 5분씩 16일간 처리하였다. 상추와 배초향의 엽장, 엽폭, 엽면적, 생 체중 및 건물중은 MB처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮 았다. 상추와 배초향의 총 뿌리길이, 뿌리 표면적, 근단 수도 MB처리구에서 유의적으로 낮게 나타났다. 평균 뿌리 직경의 경우, 상추는 처리 간에 차이가 없었으나, 배초향은 MB처리 구에서 유의적으로 굵어 종 간에 차이가 있음을 확인하였다. 본 연구 결과, DFT 방식으로 상추와 배초향을 재배할 때 MB 처리는 비생물적 스트레스를 유발하여 생육을 억제하는 것으 로 나타났다.

Growth modeling in plant factories can not only control stable production and yield, but also control environmental conditions by considering the relationship between environmental factors and plant growth rate. In this study, using the expolinear function, we modeled perilla [Perilla frutescens (L.) Britt.] cultivated in a plant factory. Perilla growth was investigated 12 times until flower bud differentiation occurred after planting under light intensity, photoperiod, and the ratio of mixed light conditions of 130 μmol·m-2·s-1, 12/12 h, red:green:blue (7:1:2), respectively. Additionally, modeling was performed to predict dry and fresh weights using the expolinear function. Fresh and dry weights were strongly positively correlated (r = 0.996). Except for dry weight, fresh weight showed a high positive correlation with leaf area, followed by plant height, number of leaves, number of nodes, leaf length, and leaf width. When the number of days after transplanting, leaf area, and plant height were used as independent variables for growth prediction, leaf area was found to be an appropriate independent variable for growth prediction. However, additional destructive or non-destructive methods for predicting growth should be considered. In this study, we created a growth model formula to predict perilla growth in plant factories.

이 연구는 산림복원사업 이후 유입되는 귀화식물과 생태계교란 식물의 실태 및 사업의 특성에 따라 나타나는 양상을 파악하는데 목적을 두고 있다. 현장조사는 산림청에서 수행한 산림복원사업지 29개소를 대상으로 2020년과 2021년 봄철(5~6월), 여름철(8~9월)로 나누어 연 2회 실시하였고, 사업 범위 밖의 지역은 조사에서 제외하여 실제 복원사업 후 도입 및 유입되었다고 볼 수 있는 식물을 파악할 수 있도록 하였다. 또한 대상지 내 분포하는 귀화식물상과 복원사업 준공내역 확인을 통해 현장에 실제 적용된 공종과의 연관성을 분석하였다. 전체 대상지에서 출현한 귀화식물은 29과 80속 108종 1아종으로 109분류군이며, 생태계교란 식물은 총 3과 7속 8종이 확인되었다. 귀화식물의 분류군 수와 귀화율은 사업 후 소요시간이 증가함에 따라 점차 감소하는 추세를 보였고, 귀화식물 분류군 수와 귀화율은 권역 간 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났으나(p>0.05), 훼손 유형별 귀화식물 분류군 수의 경우 백두대간 단절 구간과 채석지, 시설부지 등의 유형에서 출현한 귀화식물 수가 상대적으로 많았다(p<0.05). 복원지 내 나지 및 비탈면의 녹화를 위한 식생도입 방법인 종자 파종, 나무 식재, 초본 식재, 떼붙임 공종의 유무에 따른 귀화율 비교 분석 결과, 종자 파종을 할 경우 귀화율은 평균 15.545%로 파종 공종이 없는 경우의 평균 9.167%에 비해 높은 것으로 나타났고 (p<0.05), 그 외 다른 식생도입 방법은 공종 적용 유무에 따라 귀화율의 유의적인 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 이는 식물체의 형태를 확인하고 어느 정도 제어할 수 있는 나무 식재와 초본 식재, 떼붙임 공종과는 달리 종자 상태에서 귀화식물 여부의 파악이 까다로운 종자 파종 공종이 산림복원사업지 내 귀화식물 도입에 큰 영향을 미치는 것을 의미한 다. 따라서 복원지 내 종자 파종 시 종자 전문가에 의한 검수 과정의 도입이 필요할 것으로 사료된다. 이 연구의 결과는 향후 산림복원사업 시 식생 도입 및 사후관리의 방향설정에 도움이 되는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 파프리카(Capsicum annuum L.) ‘Scirocco’ 품종 수경재배 시 배액 재사용 여부에 따른 순환식 재배와 비 순환식 재배 및 배지 종류가 배액의 양분 이온 변화 양상과 생 육에 미치는 영향을 조사하였다. 파프리카의 파종은 2021년 8 월 19일에, 정식은 2021년 9월 16일, 순환식 및 비순환식의 재 배 방식 적용은 2021년 10월 21일에 시행하였다. 배액 내 양 분 분석 결과, Na+와 Cl‒은 작물이 제대로 흡수하지 않는 대표 적은 이온으로써 생육이 진전될수록 순환식 재배방식에서 집 적되었다. 또한 배액 내 NH4-N의 함량이 NO3-N의 함량에 비 해 현저히 낮으므로 파프리카의 이온 선택성으로 인해 NO3-N 보다 NH4-N이 우선 흡수되는 것으로 생각된다. 파프리카의 생육 및 과실 특성은 배액 재사용 여부와 배지의 종류에 따른 처리 간의 차이가 크지 않았다. 결론적으로 순환식과 비순환 식의 수경재배 방식, 코이어와 암면의 배지 종류에 따른 파프 리카 수경 재배 시 중기 이후의 세력 약화로 인한 착과 불량을 유의하여 관리한다면 처리 간의 차이가 크지 않으므로 농가의 실정에 맞는 재배 방식과 배지를 선택하여 파프리카를 생산할 수 있을 것으로 생각된다. 다만 최근 환경오염에 대한 관심이 높아진 만큼 배액 재사용에 따른 병원균 감염 등을 잘 관리한 다는 가정 하에서 순환식 재배 방식을 채택해도 수량 감소나 품질 저하 등은 우려하지 않아도 될 것이라 판단되며, 폐기 문 제가 발생하는 암면 대신 코이어 배지를 선택한다면 더욱 환 경오염 감소에 기여할 수 있으리라 기대된다.

식물공장에서 적합한 광을 선정하기 위해서는 양적인 측면 과 기능적 측면 뿐만 아니라 운영비를 고려하기 위하여 전기 에너지이용효율과 광이용효율을 동시에 고려해야 하는데 본 연구에서는 들깨를 위한 LED광원의 광량, 적색광과 청색광 의 혼합 비율과 광주기 조건별 생육 특성과 전기에너지이용효 율과 광이용효율을 함께 비교하였다. 광량 처리구는 60, 130, 230, 320μmol·m-2·s-1 조건으로, 광질 처리구는 적색광과 청 색광의 혼합 비율 8:2, 6:4, 4:6, 2:8 조건으로, 일장 처리구는 낮 기준 9, 12, 15, 18시간으로 처리하였다. 광량 실험에서는 광량이 높을수록 생육량이 늘어나는데 비해 소비전력당 건물 중의 광이용효율은 유의차가 없었다. 소비전력당 엽생체중을 추가로 비교해보면 320μmol·m-2·s-1 처리구에서만 유의적으 로 낮은 효율을 보였고 이외의 처리구에서는 유의차가 없었기 때문에 생산량이 가장 많은 230μmol·m-2·s-1가 가장 효율적 이었다. 광질 실험에서는 적색광과 청색광의 혼합 비율은 RB 8:2에서 생육량과 광이용효율이 동시에 높게 측정되었고 색 차와 flavonoids 함량에서는 유의차가 발생하지 않아 Red: Blue 비율 8:2가 가장 적합한 조건이었다. 광주기 실험에서는 광주기가 길어질수록 높은 생육량을 나타냈는데 일장 12시간 이상에서는 생육량의 유의차가 없었으므로 광소비 효율을 고 려한 12시간이 적합한 조건이었다. 이상의 결과를 바탕으로 식물공장에서 들깨 생육을 위한 LED 광 환경 조건으로는 광 도, 광질과 일장은 각각 230μmol·m-2·s-1 이상, 8:2와 12시간 이상이었다.

In decommissioning a nuclear power plant, numerous concrete structures need to be demolished and decontaminated. Although concrete decontamination technologies have been developed globally, concrete cutting remains problematic due to the secondary waste production and dispersion risk from concrete scabbling. To minimize workers’ radiation exposure and secondary waste in dismantling and decontaminating concrete structures, the following conceptual designs were developed. A micro-blast type scabbling technology using explosive materials and a multi-dimensional contamination measurement and artificial intelligence (AI) mapping technology capable of identifying the contamination status of concrete surfaces. Trials revealed that this technology has several merits, including nuclide identification of more than 5 nuclides, radioactivity measurement capability of 0.1–107 Bq·g−1, 1.5 kg robot weight for easy handling, 10 cm robot self-running capability, 100% detonator performance, decontamination factor (DF) of 100 and 8,000 cm2·hr−1 decontamination speed, better than that of TWI (7,500 cm2·hr−1). Hence, the micro-blast type scabbling technology is a suitable method for concrete decontamination. As the Korean explosives industry is well developed and robot and mapping systems are supported by government research and development, this scabbling technology can efficiently aid the Korean decommissioning industry.

본 연구에서는 20,000 톤급 해양플랜트 상부구조물(Topside)의 플로트오버 설치작업을 위해 개발된 수동형 갑판 지지 프레임 (Deck support frame)의 구조설계에 대해 다양한 실험계획법을 이용한 최소중량설계와 민감도 평가의 비교연구를 수행하였다. 수동형 갑판 지지 프레임의 주요 구조부재의 두께 치수 변수는 설계인자로 고려하였고, 응답치는 중량과 강도성능으로 선정하였다. 최소중량설계와 민감도 평가의 비교연구에 사용한 실험계획법은 직교배열설계법, Box-Behnken 설계법, 그리고 Latin hypercube 설계법이다. 실험계획법의 설계공간 탐색의 근사화 성능을 평가하기 위해 반응표면법을 각 실험계획법 별로 생성하여 근사화 정확도 특성을 검토하였다. 또한 최소 중량설계를 위해 최상 설계안의 결과로 부터 실험계획법의 특성에 따른 수치계산 비용, 중량감소 효과 등을 평가하였다. 수동형 갑판 지지 프레임의 구조설계에 대해 Box-Behnken 설계법이 가장 적합한 설계 결과를 나타내었다.

콘크리트 구조물 절단에 사용되고 있는 다이아몬드 와이어 쏘가 장착된 당김형 절단 장치의 단점을 개선하여 밀기형 절단장치를 개발하였다. 개발된 밀기형 절단장치에는 먼지 집진 커버가 부착되며 마찰열을 냉각하기 위한 건식이나 습식방법을 선택할 수 있다. 개발된 절단장치의 동작특성과 집진 먼지의 누설률 측정을 실험하였다. 시험결과 원활한 동작특성을 보였으며, 먼지의 누설률은 1.7%인 것으로 나타났다. 개발된 절단장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 시 작업자의 내부 피폭선량을 평가하였다. 보수적 평가를 위해 노심 중심부분을 절단하는 경우를 가정하였다. 비방사능이 99.5 Bq·g-1인 누설 먼지로 인해 반면마스크를 착용한 작업자의 예탁유효선량은 0.25 mSv로 평가되었다. 개발된 밀기형 절단장비 사용 시 미량의 먼지 누설률로 인해 작업자의 방사선 피폭이 저감되며, 사용의 편리성으로 세부 절단 계획을 수립할 수 있어 방사성 콘크 리트 폐기물 감량에도 기여할 수 있다. 따라서 원전의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트를 비롯하여 철근 콘크리트 구조물 해체 작업 시 절단 장비로서 사용될 수 있을 것이다.

본 연구는 밀폐형 식물생산시스템에서 인공광원과 배지 종류에 따른 상추의 생육 특성을 조사하기 위해 수행되었다. 상추 종자는 5종류의 배지인 urethane sponge(US), rockwool(RW), Q plug(QP), TP-S2(TP)와 PU-7B(PU)가 충진된 128구 플러그 트레이에 파종하였다. 상추 종자의 발아율은 파종 후 12일까지 조사하였다. 상추 묘는 파종 후 13일째에 재순환 담액식 수경재배 시스템을 이용하여 EC 2.0dS·m-1, pH 6.5와 온도 25±1oC인 밀폐형 식물생산시스템에 정식하였다. 광원은 형광등과 RB LEDs(red:blue=7:3)를 이용하여 광주기 14/10(명기/암기), 광도 150±10μmol·m-2·s-1 PPFD로 설정했다. 상추의 초기 발아율은 TP에서 가장 높았다. 최종 발아율과 평균 발아 수는 RW, QP 및 TP 배지에서 유의적으로 높았다. 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적, 지상부의 생체중, 건물중 모두 RB LED의 QP에서 유의성 있게 높은 값을 나타냈다. 엽수, 지하부의 생체중과 건물과 SPAD는 RB LED의 QP와 TP에서 가장 좋았고, 근장은 RB LED의 TP에서 가장 길었다. 따라서 밀폐형 식물생산시스템에서 RB LED가 상추의 생육이 우수하였으며, QP와 TP가 상추의 발아율과 생육에 효과적인 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, 밀폐형 식물생산시스템에서 상추 생산 시 신개발 배지인 TP 배지의 적용가능성을 확인하였다.

식물공장에 재배 가능한 작물은 매우 다양할 것으로 본다. 식물공장에서 재식밀도에 대한 중요성이 인식되고 있다. 본 연구는 완전제어형 식물공장에서 콜라비의 재배에 적합한 재식밀도를 구명하기 위하여 수행되었다. 식물공장 형태는 형광등을 이용한 완전제어형태로, 박막수경재배를 이용하여 재배하였다. 재식밀도는 22plants/m2(15×30cm), 27 plants/m2(15×25cm), 그리고 33 plants/m2(15×20cm)로 처리 하였다. 식물체당 지상부 생체중과 건물중 또는 식물체당 벌브의 지상부 생체중와 건물중에는 재식밀도간 유의적인 차이를 보이지 않았다. 단위면적당 지상부 생체중과 건물중 또는 단위면적당 벌브의 지상부 생체중과 건물중에는 재식밀도가 높은 처리구(33plants/m2)에서 높게 나타났다. 재식밀도와 초장, 엽면적, 광합성, 경도 및 엽록 소간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 재식밀도와 벌브 높이와 지름 및 당도간에는 유의적인 차이를 보였다. 재식밀도가 낮은 22plants/m2 처리구에서 가장 높은 벌브 높이와 지름을 보였으며, 당도 또한 높았다. 이상의 결과를 바탕으로 결론을 내리면, 경제성을 고려한 생육적인 측면에서는 단위면적당 생산량이 많은 재식밀도 33plants/m2 (15×20cm)가 적정하였으나, 당도와 같은 품질적인 측면에서는 재식밀도 22plants/m2 (15×30cm)가 적정하였다.

작물 생육 모델은 작물의 생육을 이해하고 통합하기 위해 유용한 도구이다. 완전제어형 식물공장에서 엽채류로 활용하기 위한 퀴노아(Chenopodium quinoa Willd.)의 초장, 광합성률, 생장 모델을 예측하기 위한 모 델을 1차식, 2차식 및 비선형 및 선형지수 등식을 사용하여 개발하였다. 식물 생육과 수량은 정식 후 5일간격으로 측정하였다. 광합성과 생장 곡선 모델을 계산하였다. 초장과 정식 후 일수(DAT)간의 선형 및 곡선 관계를 얻었으나, 초장을 정확하게 예측하기 위한 모델은 선형 등식이었다. 광합성률 모델을 비선형 등식을 선택하였다. 광보상점, 광포화점, 및 호흡률은 각각 29, 813 and 3.4 μmol·m-2·s-1였다. 지상부 생체중과 건물중은 선형관계를 보였다. 지상부 건물중의 회귀계수는 0.75 (R2=0.921***)였다. 선형지수 수식을 사용하여 시간 함수에 따른 퀴노아의 지상부 건물중 증가를 비선형 회귀식으로 수행하였다. 작물생장률과 상대생장률은 각각 22.9 g·m-2·d-1 and 0.28 g·g-1·d-1였다. 이러한 모델들은 정확하게 퀴노아의 초장, 광합성률, 지상부 생체중과 건물중을 예측할 수 있다.

채소내의 칼륨은 만성 신부전 환자에게 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 하지만 채소는많은 다른 영양 물질 또한 함유하고 있으므로, 이러한 환자들에게 채소의 섭 취는 불가피하다. 본 연구는 완전제어형 식물공장에서 신장환자들을 위해 적합한 저칼륨 상추 개발을 위해 수행되었다. 본 연구에 사용된 상추 품종은 ‘찰스’ 품종이 었다. 완전제어형 식물공장에서 정식 후 28일간 수행되었으며, 광 환경은 LED (W:R, 9:1), 일장 16시간, 200μmol·m-2·s-1 이었고 재배 온도, 상대습도와 이산화탄 소 농도는 각각 15-21oC, 65%와 600-650mg·L-1 이었다. 1차 실험에서 배양액은 수확 전 1주전과 2주전에 칼륨농도를 10%와 5%로 낮게 처리하였고, 이를 토대로 2차실 험의 처리는 수확 전 2주전 5%, 1% 낮춘 처리와 원수로 재배한 처리였다. 식물체 내의 다량원소 분석을 위해 수확 후 ICP 분석을 하였으며 생체중과 엽수를 측정하였다. 실험 결과 식물체 내 칼륨함량은 대조구에 비해 2주전 처리에서 통계적으로 유의하게 낮았다. 생체중과 엽수는 대조구와 처리구에서 유의적인 차이를 보이지 않았으나 처리구간의 유의적인 차이는 있었다. 신장환자들 의 채소섭취량을 고려했을 때, 저칼륨 상추 생산을 위한 적당한 칼륨농도 조성은 수확 2주전 1%와 5%로 낮춘 처리였다. 본 연구를 통해 양액 내 칼륨함량과 처리시리를 조절하여 신장환자를 위한 저칼륨 상추를 개발할 수 있었다.

본 연구는 밀폐형 식물생산 시스템에서 다양한 형광등 종류에 따른 시금치 ‘수시로’의 생육과 기능성물질 함량에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행되었다. 종자는 128구 플러그 트레이에 암면을 이용하여 파종되었다. 시금치 묘는 재순환 담액식 수경재배 시스템을 이용하여 EC 1.5dS·m-1, pH 6.5의 밀폐형 식물생산 시스템에 정식되었다. 묘는 3가지 종류의 형광등 #S(NBFHF 32S8EX-D, CH LIGHTING Co. Ltd., China), #O( FHF32SSEX-D, Osram Co. Ltd., Germany), #P(FLR32SS EX-D, Philips Co. Ltd., The Netherlands)에 광도 150μmol·m-2·s-1 PPFD와 광주기 14/10 (명기/암기)으로 설정했다. 정식 후 재배환경은 온도 25±1oC와 상대습도 60±10% 였다. 정식 후 6주간 각 처리마다 30개체를 재배하였고, 생육 및 기능성 물질 함량을 3주째와 6주째 측정했다. 정식 후 3주째, #O 형광등에서 다른 처리구에 비해 초장과 엽폭이 유의적으로 컸다. 그러나 지하부의 생체중과 건물중은 #P 형광등에서 가장 높았다. 또한 총페놀 함량은 #P 형광등에서 유의적으로 가장 높았다. 정식 후 6주째, #O 형광등에서 초장, 지상부의 생체중 및 건물중에서 시금치의 생육이 향상되는 효과를 보였다. 총페놀 함량도 #O 형광 등에서 다른 처리구에 비해 유의적으로 증가하였다. 그러나 항산화 활성은 모든 처리구에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 따라서 이러한 결과는 밀폐형 식물생산 시스템에서 #O 형광등 처리가 시금치의 생육과 기능성물질 함량 축적에 효과적인 것으로 나타났다.