KR20040032853A - 식물 재배용 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20040032853A
KR20040032853A KR10-2004-7000484A KR20047000484A KR20040032853A KR 20040032853 A KR20040032853 A KR 20040032853A KR 20047000484 A KR20047000484 A KR 20047000484A KR 20040032853 A KR20040032853 A KR 20040032853A
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KR10-2004-7000484A
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단 쿠이퍼
안톤 블라크메어
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록크울인터내셔날에이/에스
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics

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Abstract

하나 이상의 식물 재배를 관측하는 방법으로, 상기 방법은
(ⅰ) 물을 함유하는 재배 기재에 하나 이상의 식물을 제공하고,
(ⅱ) (a) 하나 이상의, 바람직하게는 둘 이상의 일련의 재배 조건을 위한 최적 수중 산소 수준에 대해 저장된 데이타를 함유하는 제 1 데이타 저장 수단 및 (b) 입력된 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 상기 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 생산하기 위한 제 1 계산 수단 및 (c) 관측 시스템에 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 제공하기 위한 입력 수단을 포함하는 관측 시스템을 제공하고,
(ⅲ) 하나 이상의 식물의 뿌리 주위의 영역에서 실제 수중 산소 수준을 측정하고,
(ⅳ) 제 1 계산 수단에 대한 실제 수중 산소 수준을 제공하고,
(ⅴ) 하나 이상의 재배 조건을 결정하고 제 1 계산 수단에 상기 재배 조건을 제공함에 의해,
(ⅵ) 제 1 계산 수단이 실제 수중 산소 수준 및 하나 이상의 재배 조건을 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 제공하는 것을 포함한다.

Description

식물 재배용 시스템 및 방법{Method and system for growing plants}
자연적인 또는 인공적인 재배 기재, 특히 바위 울(rock wool) 또는 유리 울(glass wool)과 같은 미네랄 울 재배 기재에서 식물을 배양하는 것은 잘 알려져 있다. 물 및, 필요하다면, 비료는 기재를 통하여 흐르도록, 일반적으로, 임의로 비료를 포함하는, 물에 의하여, 미네랄 울 기재에 공급된다.
이러한 유형의 시스템에서 식물의 뿌리는 적절한 산소의 공급을 받는 것이 중요하다. 식물의 뿌리 주변의 물에서 용해된 산소의 수준(수중 산소(water oxygen) 수준)은 식물에 유용한 산소를 결정하기 때문에 중요하다.
산소 감지 장치는 식품 생산업에서 알려져 있다. 이러한 장치는 맥주병과 같은 식품 용기에서의 산소를 결정하기 위한, "A Novel Optical Method to Determine Oxygen in Beer Bottles", Draaijer et al, European Brewery Convention 27th Congress 1999에서 개시되어 있다. 이 방법은 또한 1999년 9월 1일부터 3일까지, 2nd Inter-Regional Conference on Environment-Water에서의 Draaijer et al"Anopital oxygen sensor"에서 논의되었다. 이 후자의 논문에서 지하수 및 미네랄 울 재배 기재에서의 산소 수준을 관측하기 위한 이용법이 제시되었다. 후자의 용도를 위하여 섬유 시각 버전이 추천되었다. 2001년 8년 30일에 발행한 WO 01/63264는 주로 유리에 저장된 소모가능한 제품에서 이러한 수준의 측정을 위한, 산소 수준을 측정하기 위한 광학 센서를 개시한다.
하지만, 수중 산소 수준을 위해서는 복합체가 필요하고, 명료하게 수중 산소 수준을 결정하는 것은 일반적으로 재배자에게 조건이 최적조건인가를 말하기에 충분하다. 예를 들면, 주어진 산소함량은 다른 것에는 아니지만 식물의 한 유형에 수용가능하거나, 또는 다른 것에는 아니지만 재배의 단계에서 식물에 수용가능하거나, 또는 수중 산소 수준이 낮은 물 대체 비율을 갖는 시스템에서 문제가 되는 반면에, 높은 물 대체 비율을 갖는 시스템에서 낮은 수중 산소 수준(즉, 낮은 수중 산소 함량)은 문제가 되지 않을 수 있다. 그러므로 주어진 수중 산소 수준이 수용가능한 지를 결정하는 다양한 재배 조건 사이에서의 복합체 상호작용이 있다.
과거에는, 재배자는 적절하게 체계적인 방법에서 식물 재배 조건을 관측하지 않았다. 일반적으로, 식물 조건의 시각적인 관측 및, 어떤 경우에는, 식물이 재배하게 되는 기재의 물 함량의 측정은 조건이 변경을 필요로 하는가를 평가하는 데에 사용된다. 이 다소 부정확한 관측 방법은 최적조건이 아니라고 제안된다면, 예를 들면, 기재에서의 물의 함량 또는 물 공급의 비율에서의 변화를 가져올 수 있다. 과거에는, 재배자가 일반적으로 수중 산소 수준이 재배 조건의 적합성에서 유력한 요소일지라도, 그들은 특별히 수중 산소 수준 및 재배조건이 최적인가를 평가하는방법으로서의 그것의 관측에 집중하지 않았다.
본 발명은 재배 기재, 특히 미네랄 울(wool) 재배 기재에서 식물을 배양하는 방법에 관한 것이고, 특히 재배 조건이 관측되고 조절되는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에서 사용하기 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1은 시간에 따른 산소 함량값에서의 변화로부터 산소 소비율을 나타내는 도이다.
본 발명은 수중 산소 수준(즉, 수중 산소 함량)이 최적의 조건을 결정하는 유용한 기구이라는 인식에 적어도 부분적으로 기초를 두고 있다. 그러므로, 재배자가 수중 산소 수준이 하위-최적이어서, 필요하다면, 최적의 수중 산소 수준을 갖는 시스템이도록 하는 조건으로 변형할 수 있는가를 빠르고 정확하게 알 수 있게 하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따라서 본 발명자들은 하기를 포함하는 하나 이상의 식물 재배를 관측하는 방법으로, 상기 방법은
(ⅰ) 물을 함유하는 재배 기재에 하나 이상의 식물을 제공하고,
(ⅱ) (a) 하나 이상의, 바람직하게는 둘 이상의 일련의 재배 조건을 위한 최적 수중 산소 수준에 대해 저장된 데이타를 함유하는 제 1 데이타 저장 수단 및 (b) 입력된 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 상기 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 생산하기 위한 제 1 계산 수단 및 (c) 관측 시스템에 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 제공하기 위한 입력 수단을 포함하는 관측 시스템을 제공하고,
(ⅲ) 하나 이상의 식물의 뿌리 주위의 영역에서 실제 수중 산소 수준을 측정하고,
(ⅳ) 제 1 계산 수단에 대한 실제 수중 산소 수준을 제공하고,
(ⅴ) 하나 이상의 재배 조건을 결정하고 제 1 계산 수단에 상기 재배 조건을제공함에 의해,
(ⅵ) 제 1 계산 수단이 실제 수중 산소 수준 및 하나 이상의 재배 조건을 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 제공하는 것을 포함한다.
그러므로, 본 발명에서 본 발명자들은 저장된 데이타, 보통은 컴퓨터 데이타베이스에 확보된 데이타를 사용하고, 이것은 제 1 계산 수단, 보통은 컴퓨터 프로그램에 의하여 조사될 수 있고, 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준이 비교될 수 있다. 이 시스템의 용도는 재배자가 시스템에서의 수중 산소 수준이 특정 시스템에서 적절한가를 빠르고 쉽게 평가하게 한다. 바람직한 구현예에서, 상기 결과는 재배자에게 최적의 수중 산소 수준을 이루기 위하여 시스템에서 발생되어야 하는 변화를 알려주는 방식으로 나타내어진다.
본 발명자들은 또한 (a) 적어도 하나, 바람직하게는 둘 이상의 재배 조건의 세트에 대한 최적의 수중 산소 수준에서 저장된 데이타를 포함하는 제 1 데이타 저장 수단, (b) 실제 재배 조건 및 저장된 데이타를 갖는 실제 수중 산소 수준을 비교하기 위한 제 1 계산 수단, (c) 임의로, 시스템 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 관측하는 것에 제공하기 위한 입력 수단 (d) 수중 산소 수준을 증가시키고 그리고 감소시키기 위한 방법에 대한 저장된 변경 데이타를 함유하는 제 2 데이타 저장 수단 및 (e) 최적의 수중 산소 수준을 이루기 위한 재배 조건에 대하여 발생되어야 하는 변경을 구체화하는 제 2 출력 결과를 주기 위한 저장된 변경 데이타를 갖는 제 1 출력 결과를 포함하는 제 2 계산 수단, 및 (f) 제 1 출력 결과 및/또는 제 2 출력 결과를 받기 위한 그리고 이들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단을 포함하는 방법에서의 사용을 위한 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한 상기와 같이 재배 기재에서 재배하고 시스템을 관측하는 식물의 뿌리 주변의 영역에서 수중 산소 수준을 측정하기 위한 센서를 포함하는 산소 센서 시스템을 제공한다.
상기 식물은 일반적으로 온실에서 재배되는 유형의 상업적인 농작물이다. 그것들은 흔히 자란 것이 아니라 묘목의 형태일 수 있다. 상기 농작물은 예를 들면, 상업적인 농작물일 수 있고, 예를 들어, 상추, 토마토, 오이 또는 피망이 있다.
자연적인 또는 인공적인 재배 기재는 사용될 수 있고, 예를 들면, 토양, 이탄, 펄라이트 또는 사람이 만든 유리질 섬유(MMVF)이다. 바람직하게는 재배 기재는 유리 울 또는, 바람직하게는, 바위 울과 같은 미네랄 울로부터 형성된다.
미네탈 울 재배 기재는 통상적인 방법에서 미네랄 용해물을 제공하고 용해물로부터 섬유를 형성하는 것으로 만들어질 수 있다. 섬유의 생산 중에 또는, 덜 바람직하게는, 섬유의 생산 후에, 결합제는 섬유에 적용될 수 있다. 그 후에 결합제는 일반적으로 경화 오븐에서 경화된다.
재배 기재는 바람직하게는 습윤제를 함유한다. 이것은 결합제에 추가되어 사용될 수 있다. 대체 가능하게는, 단일 재료는 결합제 및 습윤제로서 작용되도록 사용될 수 있다.
재배 기재는 진흙 및 갈탄과 같은, 특성을 변경하고 향상하는 당업자에게 알려진 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
관측 시스템은, 보통 컴퓨터 데이타베이스인, 데이타 저장 수단을 포함하고,이것은 최적의 수중 산소 수준 및 다양한 재배 조건 사이의 관계에서의 정보를 보유한다. 그러므로, 예를 들어, 식물의 다른 종에 위한 최적의 수중 산소 수준에 관한 정보, 및/또는 다른 재배 기재 물 함량의 최적의 수중 산소 수준에 대한 영향에 관한 정보를 보유할 수 있다. 재배 조건에 관한 추가 정보는 하기에 주어진다.
데이타 저장 수단은 사이트(site)에 즉, 재배 시스템에 가까운, 예를 들어 재배자에 의하여 소유된 컴퓨터에서 또는 재배자의 전제(premise)에서 서버에서 위치하게 될 수 있다. 하나의 구현예에서, 입력 수단은 산소 센서 가구이고, 또한 제 1 데이타 저장 수단 및 제 1 계산 수단을 함유한다. 이러한 구현예가 사용된다면, 산소 센서는 또한 제 2 저장 수단 및 제 2 계산 수단을, 사용된다면, 포함할 수 있다(하기 참조). 대체 가능하게는, 데이타베이스는 재배 사이트로부터 조정될 수 있고, 예를 들어, 인터넷 연결에 의하여 시스템의 남은 부분에 연결될 수 있다.
하나의 구현예에서, 관측 시스템은 또한 제 2 저장 수단을 포함하고, 이것은 최적의 수중 산소 수준 및 수중 산소 수준이 하위-최적이도록 하는 요소의 관계에 의존하는, 수중 산소 수준의 변경을 위한 방법에서의 데이타를 저장한다. 예를 들면, 데이타는 수중 산소 수준이 물의 실제 유속을 위하여 매우 느린 경우에 재배 기재를 통하여 물의 유속을 증가시키기 위한 방법에 관한 것일 수 있고, 예를 들어, 물 유속 및 수중 산소 수준의 최적 조건에 대한 정보를 포함할 수 있다.
관측 시스템은 제 1 계산 수단을 포함한다. 일반적으로 이것은 프로그램 코드로 제공된 컴퓨터의 형태에 있다. 이것은 입력 실제 재배 조건 및 입력 실제 수중 산소 수준을 갖고, 실제 수중 산소 수준이 실제 재배 조건에 대하여 최적인가를평가하기 위하여 저장된 데이타를 조사한다. 컴퓨터 프로그램은 입력 데이타 및 저장된 데이타 및 출력 데이타에 관한 알고리즘을 포함할 것이다.
바람직하게는, 제 1 계산 수단은 저장된 데이타가 입력 실제 재배 조건의 관졈에서의 최적의 수중 산소 수준일 것인가를 평가하기 위하여 사용되고, 이것을 측정된 실제 수중 산소 수준와 비교한다.
컴퓨터 프로그램의 이론에서 의존하여, 제 1 입력 결과는 수중 산소 수준이 최적인가를 나타내는 간단한 지침(indication)일 수 있다. 이것은 추가로 수중 산소 수준이 최적조건보다 높거나 또는 낮은가를 나타낼 수 있다. 이것은 수중 산소 수준 및 최적조건의 수중 산소 수준 사이의 비교를 나타낼 수 있다.
바람직한 구현예에서, 관측 시스템은 또한 제 2 계산 수단을 포함한다. 이것은 제 1 계산 수단으로부터 야기된 제 1 출력 결과를 입력하는 것으로 이루어진다. 제 1 및 제 2 계산 수단은 단일 컴퓨터 프로그램에 의하여 제공될 수 있다.
제 2 계산 수단은, 주어진 실제 재배 조건, 실제 수중 산소 수준 및 계산된 최적의 수중 산소 조건, 수중 산소 수준이 더욱 최적조건이도록 하기 위한 재배 조건에서의 변화를, 그리고 바람직하게는 최적의 범위 안에서 평가한다.
이것을 실행하는 데에 있어서, 제 2 계산 수단은, 가장 쉽게 변경되는 재배 조건 및 수중 산소 수준에서 변경의 효과에 관한 데이타를 갖는, 상기한 제 2 데이타 저장 수단을 조사한다.
바람직하게는 관측 시스템은 또한 디스플레이 수단을 포함한다. 이것은 제 1 출력 결과를 나타낼 수 있고 그리고, 하나라면, 제 2 출력 결과를 나타낼 수 있다.그러므로, 예를 들어 가장 간단한 경우에 디스플레이 수단은 실제 수중 산소 수준이 수용가능한가에 따라서, 더욱 최적조건이도록 하는 빛, 또는 특정화된 다른 색상의 빛과 같은, 시그날을 디스플레이할 수 있다. 실제 수중 산소 수준이 매우 높거나 또는 매우 낮은가에 대한 정보를 주는 디스플레이 스크린일 수 있다. 또한 재배자의 편리를 위하여, 실제 산소 수준 및 시스템으로 입력되고 있는 실제 재배 조건을 나타낼 수 있다.
최적의 수중 산소 수준에 관한 저장된 데이타는 여러 가지의 다른 재배 조건에 관한 것일 수 있다.
예를 들어, 정보는 최적의 산소 수준이 식물의 유형, 식물이 나이, 식물의 상(예를 들어 생식력이 있는, 생식능력이 있는)으로 다양하다.
최적의 수중 산소 수준이 재배 기재에서 미생물의 유형 및 존재에 따라서 어떻게 다양한가를 나타낼 수 있다.
최적의 수중 산소 수준이 기재 유형, 특히 규모, 결합제 유형, 결합제 함량, 섬유 직경 및 미네랄 울 재배 기재의 경우에 습윤제 유형에 따라서 어떻게 다양한가를 나타낼 수 있다. 최적의 수중 산소 수준에서 첨가제의 영향에 관한 정보를 함유할 수 있다.
정보는 날짜, 년수 또는 온도, 습도 및 광도와 같은 주변 조건에 관한 것일 수 있다.
데이타는 또한 기재에서의 물 함량, 사용된 관개 방법 및 최적의 산소 물 수준에서 기재를 통한 물 유속의 효과에 관한 것일 수 있다. 이 특정한 경우에, 기재의 물 함량은 종종 관개 방법에 의하여 영향을 받게 되고, 그러므로 이들 재배 조건의 하나를 입력하는 것에만 종종 필요하다.
시스템은 또한 실제 재배 조건의 입력 항목을 위한 수단을 포함할 수 있고, 상기한 조건 중 하나일 수 있다. 이러한 수단은 예를 들어, 마우스 또는 키보드일 수 있다.
바람직하게는 저장된 데이타는 둘 이상, 더 바람직하게는 셋 이상, 더욱 더 바람직하게는 넷 이상의 다른 재배 조건에 관한 것이다. 바람직하게는 둘 이상의, 더욱 바람직하게는 셋 이상의 그리고 특히 넷 이상의 재배 조건이 결정되고, 관측 시스템으로 입력된다.
재배 조건은 관찰(예를 들어, 식물 유형의 경우), 또는 측정(예를 들어, 기재에서의 물 함량 또는 주변 온도의 경우)에 의하여 결정될 수 있다.
수중 산소 수준 및 어떤 재배 조건 사이의 관계의 예로서, 데이타베이스는 특정한 나이에서 및/또는 다른 날짜들에서 식물의 특정 유형에 대한 임계 산소 압력에 관한 정보를 함유할 것이다. 임계 산소 압력(COP)은 조건의 특정 세트 하에서 요구되는 최소 수중 산소 수준 즉, 최적의 수중 산소 수준을 정의하는 방법이다. 임계 산소 압력은 Berry L.J. and Norris W.E. in Biochem. Biophys. Acta. 3:593-606 (1949)에 의해서 정의된다. 임계 산소 압력은 최대 가능성(21%)에 기초한 물에서 산소의 퍼센트인 경우에, 퍼센트로 표현된다. 하지만, 바람직하게는 물 중에서의 산소 농도 ㎎O2/리터(물) (㎎/ℓ)로 표현되고, 본 명세서에서, 본 발명자들은 ㎎/ℓ에서의 값으로 나타낸다.
특히, 본 발명자들은 토마토 및 오이의 경우에 다양한 나이에서의 식물이 제로의 물 유속을 갖는 기재에서 COP 값 및 100퍼센트 물 함량을 갖고, 하기를 갖는 것을 발견하였다:
150 내지 200일, 바람직하게는 175 내지 190일된 토마토(낮 및 밤의 모든 시간): 3 내지 6 ㎎/ℓ 바람직하게는 4 내지 5 ㎎/ℓ,
50 내지 100일, 바람직하게는 60 내지 80일된 오이, 오전: 5 내지 7㎎/ℓ 바람직하게는 약 6㎎/ℓ,
50 내지 100일, 바람직하게는 60 내지 80일된 오이, 오후: 4 내지 6㎎/ℓ, 바람직하게는 약 5㎎/ℓ,
50 내지 100일, 바람직하게는 60 내지 80일된 오이, 밤: 2 내지 5㎎/ℓ, 바람직하게는 약 3 내지 4㎎/ℓ,
140 내지 90일, 바람직하게는 150 내지 170일된 오이, 오전: 3 내지 5㎎/ℓ, 바람직하게는 약 4㎎/ℓ,
140 내지 180일, 바람직하게는 160 내지 170일된 오이, 오후: 1 내지 3㎎/ℓ, 바람직하게는 약 2㎎/ℓ,
140 내지 180일, 바람직하게는 150 내지 170일된 오이, 밤: 1 내지 3㎎/ℓ, 바람직하게는 약 2㎎/ℓ.
그러므로, 본 발명은 저장된 데이타가 식물 유형군, 식물 나이, 날짜 및 물 유속으로부터 선택된 재배 조건에 대한 최적의 수중 산소 수준을 포함하는 경우에 특히 가치가 있다. 특히 바람직하게는 재배 조건은 하나 이상의 식물 유형, 식물 나이 및 날짜를 포함하고, 더욱 바람직하게는 세 가지 모두를 포함한다.
COP 값을 결정하는 방법은 하기와 같다. 식물을 포함하는 미네랄 울 재배 기재의 블록(block)은 산소가 풍부한 물로 여러 번 세척된다. 세척 후, 상기 블록은 650㎖ 용량의 개방 상자에서 위치하게 된다. 두-부분의 뚜껑은 상자에 위치하게되고 모든 이음매는 진흙으로 밀봉된다. 예를 들면, WO 01/63264에서 기재된 바와 같은, 산소 센서는 박스에 위치하게 되고, 재배 기재에 심어지고, 그리고 산소 함량은 예비결정되는 기간에서 측정된다. 이 방법은 특히 작은 식물에 대하여 적합하다.
더 큰 식물의 경우, 박스에서 식물을 밀봉하는 것을 포함하지 않는 다른 시스템이 사용된다. 그 대신, 미네랄 울 재배 기재의 블록의 세척은 기재에서 100% 물 함량을 생산하는 것으로 가정되므로, 재배 기재로의 산소의 분산 비율은 실질적으로 제로이다. 이 방법에서, 세척된 블록은 밀봉되지 않은 개방 상자에 위치하게 된다. 산소 센서는 재배 기재에 심어지고, 산소 함량은 예비결정되는 기간에서 측정된다.
시간에 따른 산소 함량값에서의 변화로부터 산소 소비율은 디스플레이될 수있다. 상기 COP 이상의 산소 농도에서, 산소 소비는 일정하다. COP 이하의 산소 농도에서 산소 소비는 시간에 따라 빠르게 감소한다. 그러므로, 디스플레이는 시간에 따른 산소 함량으로 이루어질 수 있고, 이것은 보통은 본질적으로 선형인 고도의 경사도인, 제 1 구획(section)을 포함하고, 거의 제로인, 낮은 경사도의 추가 구획을 포함한다. 선형으로부터 벗어난 제 1 플롯(plot)에서의 산소 농도는 COP이다. 이러한 플롯의 예는 도 1에서 나타내고, COP는 약 4%이다.
본 발명자들은 재배 기재를 통한 물의 유속이 필요로 하는 수중 산소 수준에 중요한 영향을 가질 수 있다는 것을 알고 있다. 특히, 최적의 수중 산소 수준은 물의 유속이 더 높은 경우에 더 낮을 수 있는데, 이것이 반드시 높은 보충 비율을 가져다주기 때문이다. 추가로, 높은 물 유속은 난류로 이끌 수 있고, 뿌리를 둘러싼 물로부터 뿌리로 산소의 이동을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 최저의 수중 산소 수준은 그렇게 높을 필요는 없다. 바람직한 시스템에서, 공기 흡입은 적용된다. 적합한 시스템은 본 발명자들의 이전 특허공보 EP-A-300,536 및 EP-A-409,348에서 기재되었다. 추가로 적합한 시스템은 본 발명자들의 동시-계류중이고 본 명세서와 동일한 날짜에 제출된 국제특허출원이고, 이것은 참조문헌으로 LAS01300WO을 갖고, 영국특허출원번호 제 0117183.4호를 우선권으로 주장한다.
본 발명자들은 또한 최적의 수중 산소 수준에 재배 기재에서의 물 함량에 따라서 다양할 수 있다는 것을 알았다. 이것은 물에서의 산소의 분산율이 공기 중 산소의 분산율보다 현저하게 낮기(10,000번) 때문이다. 낮은 물 함량, 따라서 높은 공기 함량을 갖는 기재는 기재로 그리고 기재를 통해 산소 분산의 더 높은 등급을나타낼 것이므로, 어느 시점에서 최적의 수중 산소 수준은 분산율이 낮은 경우에 그렇게 높을 필요는 없다. 하기의 산소 분산 모형은 어느 주어진 시스템에 대한 분산계수를 결정하는 하나의 방법이다.
어느 특정한 시스템에 대한 분산계수 D는 하기의 관계식을 사용하여 결정될 수 있다:
여기서, c는 농도이고, t는 시간이고, x, y 및 z는 센서로부터 x, y 및 z 방향 중 하나에서 블록 안에서의 거리이다. Dxx, Dyy및 Dzz는 개별적으로 x, y 및 z 방향에서의 분산계수이다. 일반적으로 이들이 동일한 것으로 가정된다. Φ은 기재의 다공성(기재를 통해 액체의 어떤 양을 세척하기에 필요한 시간을 결정하는 것에 의한 표준 방법에서 측정된)이다.
그러므로, 저장된 데이타가 환경의 특정한 세트, 특히 기재의 물 함량에 대한 분산계수의 항목을 포함한다. 예를 들면, 약 31%의 물 함량을 갖는 바위 울 재배 기재는 1x10-8내지 1x10-6, 바람직하게는 1.5x10-8내지 9x10-2㎡/s의 유효계수를 가질 수 있다. 약 52%의 물 함량을 갖는 시스템은 5x10-9내지 3x10-7의 유효계수를 가질 수 있다. 약 93%의 물 함량을 갖는 재배 기재는 약 4x10-10내지 7x10-9㎡/s 범위의 분산계수를 나타낼 수 있다.
본 발명이 잠재적으로 요소 모두가 고려될 수 있는 시스템을 제공하는 것은알려질 것이다. 그러므로, 예를 들어, 하나의 구현예는 토마토 및 오이와 같은 식물의 재배를 포함하고, 여기서 저장된 데이타는 최적의 수중 산소 수준(또는 COP)에서 물 함량 및 물 유속의 영향에서의 데이타와 함께, 재배의 여러 가지 단계 및 다양한 날짜에서 이들 식물의 COP에서의 정보를 포함한다.
실제 수중 산소 수준 및 식물 유형, 나이, 날짜, 적절하다면 물 유속 및 물 함량의 항목의 입력은 환경의 적절한 세트에 대한 최적의 수중 산소 수준의 정확한 결정을 가능하게 한다.
본 발명에서 산소 센서는 정확한 수중 산소 수준을 측정하기 위하여 사용된다. 바람직하게는 이 센서는 Draaijer et al in "A novel optical method to determine oxygen in beer bottles", EBC 27th Corngress 1999, and "An Optical Oxygen Sensor" 1999 (모두 상기됨) 또는 WO 01/63264에서 기재된 것들 중 하나이다.
대체 가능한 시스템은 Bambot S.B. et al, "Phase fluorimetric sterilisable optical oxygen sensor", Biotechnology and Bioengineering , vol. 43, pp 1139-1145, 1994; Cox, M.E. et al, "Detection of oxygen by fluorescence quenching", Applied Optics, vol. 24, number 14, pp 2114-2120, 1985; Meier, B. et al, "Novel oxygen sensor material based on a ruthenium bipyridyl complex encapsulated in zeolite Y", Sensor and Actuators B29 (1995) 240-245에 의해 개시되었다.
그러므로, 바람직하게는 산소 센서는 산소에 의해 형광 종결에 기초한다. 전기화학 클라크형 산소 센서는 또는 사용될 수 있지만 덜 바람직하다.
실제 수중 산소 함량은 산소 센서로부터 자동적이고 직접적인 관측 시스템에 적용될 수 있거나 또는 측정될 수 있고 그 다음 수동적으로 입력된다.
센서 기구는, 수중 산소 수준을 측정할 뿐만 아니라, 또한 재배 환경의 다른 매개변수를 측정하는 단일 기구로서 만들어질 수 있다. 예를 들어, 수중 산소 수준을 측정하는 것뿐만 아니라, 센서는 기재 물 함량 및 온도, 바람직하게는 둘 다와 같은 다른 매개변수를 측정할 수 있다.
본 방법에서 센서는 실제 수중 산소 수준의 결정을 가능하게 하는 어느 방법에서 위치화될 수 있다. 하지만, 본 발명자들은 여러 구현예에서 재배 기재로 삽입된 센서가 가장 일관된 측정이 되고, 이것은 기재의 기저로부터 0.5 내지 4㎝에, 바람직하게는 0.5 내지 2㎝에 위치한다.
본 방법에서 재배 기재는 관개된다. 이것은 정기적일 수 있지만, 일반적으로 끊임이 없다. 예를 들어, 적하 급수(drip feeding)와 같은 통상적인 방법에 의한 것일 수 있다. 재배 기재는 물이 공급되고, 임의로 비료 및 과량의 물은 시스템에서 배제(?)된다.
다른 가스 및 첨가제 또는 영양제는 뿌리의 영역에서 물에 용해되는 경우에 식물의 재배에 영향을 줄 수 있다. 이들은 이산화탄소, 에틸렌 및 메탄올, 특히 에틸렌을 포함한다. 본 발명은 물에서 이들 가스의 최적의 수준에 관련된 데이타를 사용하고 이들 가스의 측정 수준을 측정하는 것 대신에, 이러한 가스에 적용될 수 있다.
식물 뿌리의 영역에서 물의 다른 구성성분은 어떤 환경에서 산소 수준에 의존하는 수준을 가질 수 있다. 그러므로, 본 발명에서는 실제 수중 산소 수준의 측정이 실제 수중 산소 수준을 결정하기 위하여 또 다른 구성성분의 수준을 감지(sense)하고 이 구성성분 및 수중 산소 수준 사이의 알려진 관계를 사용하는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 물 이산화탄소 수준은 수중 산소 수준에 의존하므로, 실제 수중 산소 수준을 확립하기 위하여 실제 물 이산화탄소 수준을 감지하는 이산화탄소 센서를 제공하는 것과 이산화탄소 함량 및 산소 함량 사이의 알려진 관계를 사용하는 것이 가능하다.

Claims (16)

  1. 하나 이상의 식물의 재배를 관측하는 방법으로, 상기 방법은
    (ⅰ) 물을 함유하는 재배 기재에 하나 이상의 식물을 제공하고,
    (ⅱ) (a) 하나 이상의, 바람직하게는 둘 이상의 일련의 재배 조건을 위한 최적 수중 산소 수준에 대해 저장된 데이타를 함유하는 제 1 데이타 저장 수단 및 (b) 입력된 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 상기 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 산출하기 위한 제 1 계산 수단 및 (c) 관측 시스템에 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 제공하기 위한 입력 수단을 포함하는 관측 시스템을 제공하고,
    (ⅲ) 하나 이상의 식물의 뿌리 주위의 영역에서 실제 수중 산소 수준을 측정하고,
    (ⅳ) 제 1 계산 수단에 실제 수중 산소 수준을 제공하고,
    (ⅴ) 하나 이상의 재배 조건을 결정하고 제 1 계산 수단에 상기 재배 조건을 제공함에 의해,
    (ⅵ) 제 1 계산 수단이 실제 수중 산소 수준 및 하나 이상의 재배 조건을 저장된 데이타와 비교하고 제 1 출력 결과를 제공하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 최적 수중 산소 수준에서 저장된 데이타는, 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 기재 유형, 식물 유형, 식물 나이, 식물 재배 상, 날짜, 년수,조도, 기재 물 함량, 주변 온도, 주변 습도를 포함하는 재배 조건을 위한 것이고, 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 이들 재배 조건이 결정되고 실제 재배 조건으로 입력되는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 출력 결과는, 수중 산소 수준의 얼마나 많은 양이 최적의 수준을 이루기 위하여 증가되거나 또는 감소되어야만 하는 것의 통지(notification)인 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관측 시스템은 또한 수중 산소 수준을 증가시키고 감소시키기 위한 방법에 대해 저장된 변경 데이타를 포함하는 제 2 데이타 저장 수단을 포함하고, 상기 관측 시스템은 제 1 출력 결과를 상기 저장된 변형 데이타로 비교하기 위하여 제 2 출력 결과를 얻는 제 2 계산 수단을 포함하고, 여기서 상기 제 2 출력 결과는 어떤 변경들이 최적 수중 산소 수준을 성취하기 위한 재배 조건을 위해 이루어져야 하는 변경을 구체화하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 저장된 변경 데이타는 재배 기재에서 물의 흡입 압력을 변화시키는 것에서의 데이타를 포함하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관측 시스템은 추가로 디스플레이 수단을 포함하고, 제 1 출력 결과 및/또는 제 2 출력 결과는 디스플레이수단에 공급되고 디스플레이되는 방법.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 자동 조절 시스템을 제공하고 제 2 출력 결과를 자동 조절 시스템에 제공함에 의해, 자동 조절 시스템은 자동적으로 재배 조건을 변형하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 자동 조절 시스템은 재배 기재에서 물의 흡입 압력을 변경하는 방법.
  9. 식물 재배의 관측의 방법에서 사용을 위한 관측 시스템으로,
    (a) 둘 이상의 일련의 재배 조건을 위한 최적 수중 산소 수준에 대해 저장된 데이타를 포함하는 제 1 데이타 저장 수단, 및 (b) 실제 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 저장된 데이타로 비교하기 위한 제 1 계산 수단, 및 (c) 관측 시스템에 실재 재배 조건 및 실제 수중 산소 수준을 제공하기 위한 입력 수단, 임의로 (d) 수중 산소 수준을 증가시키고 감소시키기 위한 방법에 대해 저장된 변경 데이타를 포함하는 제 2 저장 수단 및 (e) 제 1 출력 결과를 저장된 변경 데이타로 비교하여 제 2 출력 결과를 얻기 위한 제 2 계산 수단 여기서 상기 제 2 출력 결과는 어떤 변경들이 최적의 수중 산소 수준을 성취하기 위한 재배 조건을 위해 이루어져야만 하는가를 구체화하고, 및 (f) 제 1 출력 결과 및/또는 제 2 재배 결과를 수용하고 이들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단을 포함하는 관측 시스템.
  10. 성장 기재에서 성장하는 식물 재배의 뿌리 주위의 영역에서 수중 산소 수준을 측정하기 위한 센서 및 제 9항에 따른 관측 시스템을 포함하는 산소 센서 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 센서가 수중 산소 수준 측정을 자동적으로 입력 수단에 전달하도록 배열되어 있는 산소 센서 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최적 수중 산소 수준에 대해 저장된 데이타는, 둘 이상의, 바람직하게는 셋 이상의 식물 유형, 식물 나이, 날짜, 기재 물 함량을 포함하는 재배 조건에 위한 것이고, 이들 재배 조건의 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상이 결정되고 실제 재배 조건으로 입력되는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 저장된 데이타는 하기의 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상을 포함하는 방법:
    (a) 50 내지 100일된 오이 식물은 오전에 제로의 물 유속에서 4 내지 7㎎/ℓ의 임계 산소 압력(cop)을 갖는다,
    (b) 50 내지 100일된 오이 식물은 오후에 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 4 내지 6㎎/ℓ의 cop을 갖는다,
    (c) 50 내지 100일된 오이 식물은 밤에 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 2 내지 5㎎/ℓ의 cop을 갖는다,
    (d) 140 내지 180일된 오이 식물은 오전에 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 3 내지 5㎎/ℓ의 cop을 갖는다,
    (e) 140 내지 180일된 오이 식물은 오후에 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 1 내지 3㎎/ℓ의 cop을 갖는다,
    (f) 140 내지 180일된 오이 식물은 밤에 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 1 내지 3㎎/ℓ의 cop을 갖는다,
    (g) 160 내지 200일된 토마토 식물은 제로의 물 유속 및 100%의 물 함량에서 3 내지 6㎎/ℓ의 cop을 갖는다.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 입력 실제 재배 조건은 식물 유형, 식물 나이, 날짜 및 물 유속을 포함하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라서 상기 식물을 관측하는 것을 포함하는 식물을 성장시키는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재배 기재는 미네랄 울 재배 기재인 방법 또는 시스템.
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