KR100963690B1 - 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비닐하우스에서 재배중인 참외에 초적색 발광다이오드를 이용하여 초적색광을 단시간 조사함으로써, 광수용 단백질인 파이토크롬의 작용을 유도하여 참외의 착과수를 증가시켜 참외의 수량을 증대할 수 있는 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 참외 재배용 광질 제어 조사장치에 있어서,

초적색 발광다이오드가 일정하게 나열되어 구성되는 초적색 발광다이오드 모듈이 다수개 일정 간격을 두고 병렬로 설치된 지지체로 구성되는 광 조사부;

상기 지지체에 장착되는 연결핀에 연결되어 상기 초적색 발광다이오드에 직류를 통전시키는 직류변환조절기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치를 제공한다.

광질, 초적색, 초적색 발광다이오드, 참외

Description

참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법{Light quality control equipment for oriental melon and method thereby}

본 발명은 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비닐하우스에서 재배중인 참외에 초적색 발광다이오드를 이용하여 초적색광을 단시간 조사함으로써, 광수용 단백질인 파이토크롬의 작용을 유도하여 참외의 착과수를 증가시켜 참외의 수량을 증대할 수 있는 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법에 관한 것이다.

광(Light)은 녹색식물의 광합성을 위한 에너지원이자 일장효과, 광주성과 광형태 형성을 위한 정보원이다. 식물은 광수용 단백질인 파이토크롬(phytochrome)에 의해 적색광(670nm)과 초적색광(730nm)의 변화를 감지하는데, 식물의 광수용 단백질인 파이토크롬은 불활성형인 Pr 형태로 존재하다가 적색광에 의해 활성형인 Pfr 형태로 전환되어 생물학적 반응을 유도하고, 초적색광에 의해 다시 불활성 형태인 Pr 형태로 전환된다. 이와 같이 적색광에 의해 가능한 반응이 초적색광에 의해 무 효화되고 이 반응이 반복적으로 작용하는 것을 광가역성(photoreversibility)이라 한다.

현재(2007년)까지 알려진 고등식물의 전형적인 광가역 반응은 상추 종자의 발아, 귀리 자엽의 탈 황화(de-etiolation), 겨자 유묘의 엽아 형성과 본엽의 발달 및 안토시아닌 형성, 콩의 절간 신장, 소나무 잎의 엽록소 함량 등이다(Taiz와 Zeiger 2006).

적색광과 초적색광은 파이토크롬 조절계를 통하여 생존을 위해 식물이 처한 환경에 적응할 수 있도록 한다. 잎의 형태해부학적 특성, 광합성 효율, 탄소동화산물의 분배는 적색광과 초적색광의 상대적인 비율에 의해, 특히 일몰 직후의 잎의 발달과정에 영향을 끼친다(Kasperbauer 1989).

특정 광 스펙트럼 즉, 광질(light quality)을 적절히 제어하면 식물 유묘의 신장을 억제하거나 촉진시킬 수 있고 작물의 독특한 특성 발현을 조절할 수 있다.

작물에 대한 광질 제어를 위해 발광다이오드(light emitting diode)의 적용이 가능하다. 반도체 발광다이오드는 집약적인 식물생산 시스템과 광생물학 연구에 사용 여지가 넓은 광원으로서, 상대적으로 크기가 작고, 긴 수명, 특정파장의 광을 방출하는 특징이 있다(Bula 등 1991).

최근 들어 반도체 발광다이오드를 이용한 식물의 생장 및 광형태 형성 제어에 대한 관심이 증대되고 있다.

현재까지 국내외에서 발광다이오드를 이용하여 식물에 대한 다양한 기초연구가 수행되어 왔으나 영농 현장에서 사용할 수 있는 기계장치나 사용기술은 정립되 어 있지 않다.

기존에 광질 제어 조사장치는 판형으로 제작되어 작물이 재배되는 실질적인 포장에 설치 및 사용이 어려운 문제가 있다.

또한, 참외 재배농가에 부담스러운 고가로 제작되어 보급이 용이하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 초적색 발광다이오드를 모듈화하여 실용적인 면적에서 생장 중인 참외에 단시간 동안 초적색광(730nm)을 처리하여, 광수용 단백질인 파이토크롬의 작용을 유도함으로써 참외의 과실수를 증가시켜 참외의 수량을 증대하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 참외 재배용 광질 제어 조사장치에 있어서,

초적색 발광다이오드가 일정하게 나열되어 구성되는 초적색 발광다이오드 모듈이 다수개 일정 간격을 두고 병렬로 설치된 지지체로 구성되는 광 조사부;

상기 지지체에 장착되는 연결핀에 연결되어 상기 초적색 발광다이오드에 직 류를 통전시키는 직류변환조절기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치를 제공한다.

그리고, 상기 초적색 발광다이오드의 광 강도를 조절하는 정전류 조절기가 더 포함되어 상기 지지체에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 조사부는 상기 연결핀을 통해 다수로 연결 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 광 조사부는 참외 초관으로부터 일정 높이에 일정 수로 설치되어, 최소 0.250μmol/㎡s 이상의 광 강도를 참외에 조사하는 것을 특징으로 한다.

한편, 참외 재배용 광질 제어 조사방법에 있어서,

초적색 발광다이오드의 초적색광을 조사하여 참외를 재배하는 참외 재배용 광질 제어 조사방법도 제공한다.

그리고, 상기 초적색 발광다이오드를 통전시켜 0.250μmol/㎡s 이상의 강도로 초적색광을 참외에 조사하여 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초적색광의 조사 시간은 일몰 후 15분~1시간 동안인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 참외 재배용 광질 제어 조사장치 및 방법은 초적색 발광다이오드를 적용하여 파이토크롬의 작용을 유도함으로써 참외의 착과수를 증가시킬 수 있어, 참외의 수량을 28~36% 증가시킬 수 있으며, 이로 인한 농가소득의 증대를 기대할 수 있다.

기존의 광 처리장치가 극히 좁은 면적에 적용되던 것에 비해, 본 발명은 참외가 재배되는 실용적인 면적에 초적색광을 처리하여 적용할 수 있는 효과가 있다.

즉, 참외의 재배면적에 대한 제한이 거의 없이 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 일실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

바람직한 일실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 더욱 잘 이해할 수 있게 되며, 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 광 조사부를 도시한 종단면도이고, 도 2~ 도 4는 본 발명에 따른 광 조사부의 실시 예를 도시한 횡측면도와 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 참외 재배용 광질 제어 조사장치의 구성을 나타내는 회로도이고, 도 6은 본 발명에 따른 참외 재배용 광질 제어 조사장치에서 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 직류변환조절기의 외부 구성을 나타낸 외형도이고, 도 8은 본 발명에 따라 참외 초관으로부터 일정 높이에 일정 수의 광 조사부 를 설치한 예시도, 도 10은 조사하는 광질에 따른 참외의 암꽃의 수와 착과수 및 측지수를 나타내는 그래프, 도 11은 본 발명에 따른 광질 제어 조사장치를 참외 포장에 설치한 전경을 나타낸 주간 사진(좌)과 야간 사진(우), 도 12는 본 발명에 따른 광질 제어 조사장치를 참외 포장에 설치한 전경을 나타낸 일몰 직전 사진(좌)과 일몰 후 초적색 발광다이오드의 발광을 나타낸 사진(우), 도 13은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 참외 재배용 광질 제어 조사장치를 도시한 사진이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 참외 재배용 광질 제어 조사장치는, 재배중인 참외의 과실수를 증가시켜 수량을 증대하고자 비닐하우스 등에서 생장중인 참외에 일몰 후 단시간 동안 초적색광을 조사하여 광수용 단백질인 파이토크롬(phytochrome)의 작용을 유도할 수 있도록 구성된다.

식물은 파이토크롬에 의해 적색광(670nm)과 초적색광(730nm)의 변화를 감지하는 광가역성을 지니기 때문에, 특정 광 스펙트럼 즉, 광질(light quality)을 적절히 제어하면 식물 유묘의 신장을 억제하거나 촉진시킬 수 있고 작물의 독특한 특성 발현을 조절할 수 있다.

참외의 경우, 초적색광을 이용한 광질 제어가 가능하므로, 초적색광을 발하는 발광다이오드를 적용하여 광질 제어 조사장치를 구성할 수 있다.

첨부한 도 9는 초적색 발광다이오드의 광 파장을 나타낸 그래프로서, 초적색 발광다이오드는 최단 680㎚에서 최장 760㎚까지 분포하며, 최대치를 나타내는 파장은 730㎚이다.

본 발명에 따른 참외 재배용 광질 제어 조사장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 초적색 발광다이오드(10)를 기판(11)에 장착하여 초적색 발광다이오드 모듈을 구성하고, 상기 초적색 발광다이오드 모듈을 다수로 구성하여 알루미늄 재질로 이루어진 가는 막대형의 지지체(20)에 일렬로 일정간격을 두고 장착하되 병렬로 연결하여 광 조사부로 구성한다.

상기 초적색 발광다이오드(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 220V 교류 전원에 연결되는 직류변환조절기(30)를 통해 직류가 통전되어 발광하게 된다.

상기 지지체(20)의 일측에는 정전류 조절기(22)가 장착되어 초적색 발광다이오드(10)의 광 강도를 조절하고, 타측에는 연결핀(21)을 장착하여 직류변환조절기(30)에 연결되도록 구성된다.

본 발명에 따른 참외 재배용 광질 제어 조사장치는 광 조사부를 다수로 구성하고 연결핀(21)을 이용하여 지지체(20)를 간단히 연결함으로써 넓은 면적에도 적용 가능하여 참외가 재배되는 시설 내에서 실용적인 면적에 설치할 수 있다.

상기 직류변환조절기(30)는 다수의 광 조사부 및 다수로 연결된 광 조사부를 연결하여 가동할 수 있으며, 상기 정전류 조절기(22)는 본 발명의 일실시 예에서 다이얼식으로 구성된다.

본 발명의 일실시 예에서 상기 지지체(20)는 200㎝*6㎝*1.2㎝ 사이즈로 구성되어 직류변환조절기(30)에 30개까지 연결되어 통전될 수 있고, 상기 초적색 발광다이오드 모듈은 6㎝*5.5㎝의 기판(11)에 구성되어 상기 지지체(20)에 10㎝ 간격으로 10개가 장착되어 병렬로 연결된다.

<실시 예 1>

비닐하우스에 참외(금싸라기은천참외)를 3월 15일에 정식한 후, 9월 30일까지 전생육기간 동안 발광다이오드를 이용하여 최대치 파장이 660㎚인 적색광, 최대치 파장이 730㎚인 초적색광, 적색과 초적색이 혼합된 혼광을 참외의 초관으로부터 2m 높이에서 오후 9시에서 10시까지 약 1시간 동안 조사하였다.

이때, 적색광의 강도는 0.330μmol/㎡s이고, 초적색광의 강도는 0.264μmol/㎡s이며, 혼광은 0.200μmol/㎡s의 적색광과 0.169μmol/㎡s의 초적색광으로 이루어졌으며, 그 결과는 아래 표 1과 같다.

통상적인 재배 방법인 무처리에 비교하여 적색광 처리는 과실무게의 증가로 10% 수량이 증가하였고, 혼광 처리는 과실 수와 과실무게의 증가로 13% 증가하였음을 알 수 있으며, 초적색광을 처리한 경우는 과실의 수와 무게를 증가시켜 33%의 수량 증가를 보였음을 확인할 수 있다.

특히, 초적색광을 처리한 경우 참외 과실 수의 증가가 두드러져 참외에 조사하는 광질 제어를 통한 참외의 수량 증가는 초적색광 처리가 가장 유효한 것을 알 수 있다.

<실시 예 2>

본 실시 예는 참외 생육과 착과에 대한 광가역성을 검토하기 위한 실시 예로서, 적색 발광다이오드와 초적색 발광다이오드를 이용하여 비닐하우스 내에서 순차적으로 처리한다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이 적색광 처리 직후 처리한 초적색광 처리에 의해 참외 식물의 절간장, 측지 수, 과실 무게, 과실수가 증가하였고, 다시 적색광으로 처리함에 따라 감소되어 참외의 생육과 착과 반응에 광수용 단백질인 파이토크롬이 작용하여 광가역성을 나타낸 것을 알 수 있다.

참외의 수량과 밀접한 관련이 있는 참외 암꽃의 수와 착과수, 측지수도 도 10에 도시된 바와 같이 광가역성을 나타내었으며, 이것은 초적색광 처리에 의해 참외의 절간 신장이 촉진되고 측지의 발생이 증가된 결과로 판단된다.

<실시 예 3>

비닐하우스에 참외(금싸라기은천참외)를 3월 15일에 정식한 후, 9월 30일까지 전생육기간 동안 초적색 발광다이오드를 장착한 광 조사부를 참외의 초관으로부터 2m 높이에 장착하여, 초적색광을 각각 0.305, 0.430, 0.754μmol/㎡s 강도로 오후 9시에서 10시까지 1시간 동안 조사한 후 10회 수확한 참외의 수량은 아래 표 3과 같다.

상기 표 3에 나타난 결과에 따라 참외의 과실수는 초적색광의 강도 0.305, 0.430, 0.754μmol/㎡s에서 각각 29,36,38% 증가하였음을 알 수 있다.

초적색광 처리에 의해 참외의 과실 무게는 초적색광 0.305μmol/㎡s 강도에서 다소 증가하고, 0.754μmol/㎡s 강도에서 약간 감소하였으나 무처리와는 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다.

즉, 초적색광 처리로 무처리와 비교하여 참외의 과실 무게는 변화가 없었고, 참외 과실수의 증가로 초적색광 강도 0.305, 0.430, 0.754μmol/㎡s 에서 참외 수량은 각각 28,35,36% 증가하였음을 알 수 있다.

상기 <실시 예 1>과 <실시 예 2> 및 <실시 예 3>을 통해 참외는 초적색광을 조사하여 파이토크롬의 작용을 유도할 수 있으며, 참외 재배를 위한 광질 제어는 초적색광 처리가 가장 효과적임을 확인할 수 있다.

또한, 참외는 광가역성을 지니며 초적색광을 0.250μmol/㎡s 이상의 강도로 조사하여 처리하는 경우 참외의 수량이 증대되는 것을 확인할 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 실시 예에서는 참외 초관으로부터 2m 높이에서 70개 이상의 초적색 발광다이오드(10)가 장착된 광 조사부를 적용하였다.

그리고, 참외에 초적색광을 처리하는 시간은 일몰 후 5분만 지나도 반응이 나타나지만 일몰 후 15분 ~ 1시간 정도가 바람직하다.

상기 초적색 발광다이오드 모듈은 도 2~도 4에 도시된 바와 같이 초적색 발광다이오드(10)를 20,14,7개 등 다양하게 구성할 수 있으며, 상기 정전류 조절기(22)를 이용하여 전류가 10~35A까지 흐르도록 조절하여 초적색 발광다이오드(10)의 광 강도를 조절할 수 있다.

이러한 광 조사부를 참외 초관으로부터 2m 높이에 설치하여 발광할 경우, 초적색광의 최대 강도는 각각 0.754, 0.430, 0.305μmol/㎡s 가 되며, 이때의 전력은 각각 8.0, 5.6, 2.8W 가 된다.

한편, 초적색광의 조사 시간을 정확하게 조정할 수 있도록 상기 직류변환조절기(30)에 타이머(31)를 장착하여 조절하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 광 조사부를 도시한 종단면도,

도 2~ 도 4는 본 발명에 따른 광 조사부의 실시 예를 도시한 횡측면도와 평면도,

도 5는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 참외 재배용 광질 제어 조사장치의 구성을 나타내는 회로도,

도 6은 본 발명에 따른 참외 재배용 광질 제어 조사장치에서 전류의 흐름을 개략적으로 나타낸 흐름도,

도 7은 본 발명에 따른 직류변환조절기의 외부 구성을 나타낸 외형도,

도 8은 본 발명에 따라 참외 초관으로부터 일정 높이에 일정 수의 광 조사부를 설치한 예시도,

도 9는 초적색 발광다이오드의 광 파장을 나타낸 그래프,

도 10은 조사하는 광질에 따른 참외의 암꽃의 수와 착과수 및 측지수를 나타내는 그래프,

도 11은 본 발명에 따른 광질 제어 조사장치를 참외 포장에 설치한 전경을 나타낸 주간 사진(좌)과 야간 사진(우),

도 12는 본 발명에 따른 광질 제어 조사장치를 참외 포장에 설치한 전경을 나타낸 일몰 직전 사진(좌)과 일몰 후 초적색 발광다이오드의 발광을 나타낸 사진(우),

도 13은 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 참외 재배용 광질 제어 조사장치 를 도시한 사진.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 초적색 발광다이오드 11 : 기판

20 : 지지체 21 : 연결핀

22 : 정전류 조절기

30 : 직류변환조절기 31 : 타이머

Claims (10)

1. 참외 재배용 광질 제어 조사장치에 있어서,

   초적색 발광다이오드가 일정하게 나열되어 구성되는 초적색 발광다이오드 모듈이 다수개 일정 간격을 두고 병렬로 설치된 지지체로 구성되고, 참외 초관으로부터 일정 높이에 일정 수로 설치되어, 최소 0.250μmol/㎡s 이상의 광 강도를 참외에 조사하는 광 조사부;

   상기 지지체에 장착되는 연결핀에 연결되어 상기 초적색 발광다이오드에 직류를 통전시키는 직류변환조절기;

   상기 초적색 발광다이오드의 광 강도를 조절하도록 상기 지지체에 설치되는 정전류 조절기;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 광 조사부는 상기 연결핀을 통해 다수로 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 직류변환조절기는 초적색광의 조사 시간을 조정하는 타이머가 더 포함되어 장착되는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사장치.
6. 참외 재배용 광질 제어 조사방법에 있어서,

   초적색 발광다이오드의 초적색광을 참외에 조사하되, 초적색 발광다이오드를 통전시켜 0.250μmol/㎡s 이상의 강도로 초적색광을 참외에 조사하여 참외를 재배하는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사방법.
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 초적색광의 조사 시간은 일몰 후 15분~1시간 동안인 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사방법.
9. 청구항 6에 있어서,

   정전류 조절기를 조정하여 상기 초적색광의 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사방법.
10. 청구항 6에 있어서,

    타이머를 이용하여 상기 초적색광의 조사 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 참외 재배용 광질 제어 조사방법.

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