식물 광합성량 보광기술로 UP(올리자)!!

김: 안녕하세요. 농촌진흥청에서 시설원예를 연구하는 김진현,
최: 시설원예 작물들을 연구하는 최수현입니다.
제: Q: 시설원예라면 비닐하우스나 유리온실에서 작물을 재배하는 건가요?
김: 네!! 맞습니다. 요즘은 기후변화와 스마트농업 등과 관련해서  시설원예가 더더욱 주목을 받고 있는데요.
최: 그 덕분에 시설 안에서 작물들을 잘 재배할 수 있는 다양한   기술들이 개발되고 있습니다.
김: 네. 그래서 오늘은 제가 특별히 빛을 가지고 나왔습니다.
제: 빛이라면.... 태양이요?
최: 인공광원을 이용한 보광기술 말씀하시는 것 같은데요?
제작진: 인.공.광.원? 보.광.기.술?

1. 보광기술이란?

김: 인간이 섭취한 ‘음식물’을 ‘소화’시키면서 에너지를 얻듯이, 식물은 ‘햇빛, 이산화탄소와 물’을 섭취하여 ‘광합성’이라는 과정을 통해 에너지를 얻는데요. 이를 원동력으로 식물은 생장하고, 열매를 맺습니다. 하지만 온실 안에 자연광 양이 부족해지면 식물의 광합성이 억제되고, 지상부와 지하부 발달이 모두 억제돼 생산량이 감소하는데요. 보광 기술은 온실 내 광 환경을 개선해 작물의 생육을 촉진하고, 이를 통해 수량과 품질을 높이는 기술입니다.

2. 보광기술의 필요성

최: 식물이 자라는데 필요한 빛은 태양광만으로 충분하지 않나요?   보광시설 없이도 재배하는 농가가 많은데, 보광기술이 왜 필요한 건가요?
김: 노지에서 재배되는 작물의 경우 태양이 공급해주는 빛만으로도 충분하지만 시설 안에서는 다릅니다. 온실 내부로 들어오는 빛은 피복재, 골조에 의해서 한번 감소하게 되고, 상호 인접한 식물체에 의해서 한 번 더 감소하게 되는데요. 보통 외부 일사량이 100 정도라고하면 토마토의 착과 위치에 도달하는 빛의 양은 10~20 정도로 매우 낮습니다. 당연히 빛이 부족하면 작물의생육과 수량에는 차이가 있겠죠? 이런 이유로 시설원예 선진국인 네덜란드에서는 보광시설을 이용한 과채류 재배가 많이 활용되고 있습니다.

3. 보광등의 종류

최: 그럼 보광에 필요한 빛은 뭔가 특별할 것 같은데요~! 얼마나 특별한 빛인지 인공광원의 정체를 빨리 밝혀주시죠!
김: 바로 이 친구들입니다~!

가. 백열등

김: 그 중 첫 번째는 백열등입니다. 백열등은 현재 농가에서는 화훼와 엽채소의 전조용으로 많이 사용되고 있는데요. 가격이 저렴하고, 설치가 간단해 널리 사용되고 있지만, 열 발생이 많고 에너지 전환효율이 낮을 뿐만 아니라, 광질(광파장), 광량의 조절이 어렵다는 단점이 있습니다.

나. 형광등과 형광램프(저압수은등)

최: 일상생활에서 많이 사용하는 형광등(혹은 형광램프)도 전조용 조명으로 많이 사용되는데요. 형광등은 백열등에 비해 발광효율은 4배 이상, 전구 수명은 10배 이상 깁니다. 또한, 형광등은 백열등 보다 열 발생이 적고 적외선을 적게 방출해 작물이 웃자라지 않는데요. 출력이 낮아 큰 온실에는 적합하지 않습니다.

다. 수은등(고압수은등)

김: 다음은 수은등인데요. 수은등은 형광등보다 강한 빛을 방사해 넓은 면적에 적용 가능하지만 광 효율은 다소 낮습니다. 그럼에도 형광등의 장점을 모두 갖고 있어서 백열등 보다 에너지 효율이 우수하며, 적외선이 적어 식물의 웃자람을 방지합니다.

라. 고압나트륨등

최: 고압나트륨등은 현재 시판 중인 전등 중에서 출력이 높고 광합성에 유효한 파장을 많이 포함하고 있어서 식물 보광등으로 가장 널리 사용되고 있는데요. 형광등, 백열등보다 10배 이상의 빛을 방사할 수 있어서 대면적 온실에 효율적으로 사용할 수 있지만, 광질이 특정 파장에 편향(580∼630nm)돼 있어 다른 조명과 같이 사용하는 것이 좋습니다. 그리고 조명등의 가격, 설치비가 비싼 단점이 있습니다.

마. 메탈할라이드등

김: 메탈할라이드등은 300~700nm영역의 빛이 고르게 방사돼 작물의 형태형성에 도움을 주고, 광합성을 위한 보광등이나 전조용 광원으로 사용됩니다. 하지만 다른 등에 비해 가격이 비싸고, 설치와 작동을 위해 별도의 전용 안정기를 설치해야하는 단점이 있습니다.

바. LED등

최: LED등은 원예용 보광 조명으로 가장 각광 받고 있는 조명기구인데요. 장점으로는 에너지 효율이 높고, 광질을 조절할 수 있으며, 설치가 간편할 뿐만 아니라 다른 보광등에 비해 가격이 저렴합니다. 기존의 LED등은 주로 육묘장 내 접목상, 식물공장 내에서 많이 활용 됐지만, 최근 고출력 LED가 생산되면서 온실 보광용으로 활용되고 있는데요. 주로 광합성 효율이 좋은 청색(430nm), 적색(660nm) LED가 가장 많이 사용돼 왔지만, 최근에는 백색 LED를 이용한 보광 조명도 늘어나고 있는 추세입니다.

4. 작물별 보광등 이용법

최: 연구사님 저기 환하게 불 켜져 있는 비닐하우스 보이세요 ? 보광등을 깜빡하고 못 껐나봐요! 가서 말해줘야겠어요!
김: 그 하우스들은 보광등을 이용한 ‘전조’ 처리 중인거에요! 전조처리는 일출 전 혹은 일몰 후에 일정 시간 동안 빛을 공급해 낮의 길이를 늘려주는 것을 말합니다. 주로 엽채류의 영양생장을 촉진시키거나, 화훼류에서 개화를 촉진·억제시키기 위하여 사용됩니다.
김: 최연구사님, 듣기로는 요즘 보광 방법 공부를 많이 하고 계시다면서요! Q: 보광하는 방법은? 연구사님이 좀 설명해 주세요!
최: 보광은 작물의 광합성을 촉진시키기 위해 실시하는데요. 주로 광이 부족한 겨울철 또는 여름철 장마기와 밀식재배를 해 군락 내부에 광이 약해졌을 때 효과가 좋아요.
최: 보광은 주로 과채류에서 많이 사용되며, 보광 조명기구의 출력, 에너지 전환 효율이 중요하니 꼼꼼히 따져봐야 하는데요. 보광 시설을 설치할 때는 작물에 따른 적정 광량이 온실 전체에 균일하게 도달하도록 설계하는 것이 중요합니다. 보광 기술은 연중 재배를 하는 토마토, 파프리카, 오이, 애호박 등에서 생산량 증가효과가 확인되었으며, 탄산가스 시비와 같이 사용하면 더욱 좋습니다.
김: 또, 국화의 개화 억제를 위해 장일처리 방법으로 재배하는데, 암기에 백열등 또는 형광등을 2~4시간 전조를 이용해 영양생장을 유도할 수 있고요. 최근에는 작물의 광이용 효율을 높이기 위해 수체 높이에 따라서 LED조명의 높이를 조절하거나 토마토 군락 내부에 LED조명을 조사하는 방식도 시도되고 있습니다.

5. 보광등 사용 시 유의사항

최: 연구사님 근데요, 빛을 많이 필요로 하는 작물도 있지만 반대로 빛을 적게 필요로 하는 작물도 있잖아요 ? 그래서 Q:작물마다 보광등을 이용하는 방법이 다를 것 같은데요.
김: 효율적인 보광을 위해서 알맞은 광량을 적정 시간동안 비춰주는 것이 중요한데요. 광포화점 이상의 강한 광은 작물의 생육을 억제하며, 적정한 광량이라고 해도 일조 시간이 짧으면 생육량 증진에 큰 효과가 없습니다. 작물의 광합성은 오전 중(12시 이전) 에 가장 활발하며 정오에 최고조에 달하였다가 점차 감소하는 것으로 알려져 있는데요. 따라서 광합성 활동이 왕성한 오전 중에 보광을 하는 것이 효과적입니다.

최: 보광기술 정말 시설원예 농가에 꼭 필요한 기술이네요.
김: 네! 앞으로 연중 재배하는 대규모 시설단지 더 늘어날 전망입니다. 이 때문에 보광기술의 필요성이 더더욱 높아지고 있는데요. 시설원예 농업인 여러분 이제 보광기술로 대박나세요.