KR20150068754A - Method for controlling irrigation amount in soilless culture - Google Patents

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KR20150068754A
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Abstract

The present invention relates to a supply amount control method of a culture medium during soilless cultivation of crops, regarding a control method of a supply amount of a culture medium supplied during soilless cultivation of crops, which comprises: a data collection step for collecting data of a light intensity and a transpiration amount by measuring a plurality of times of the light intensity of crops received and the transpiration amount of the crops; a relation formula determination step for determining a relation formula through a correlation between the light intensity and the transpiration amount collected in the data collection step; and a culture medium supplying step for supplying a culture medium to the crops with respect to an accumulated amount of insolation calculated by applying the relation formula. According to the present invention, a supply amount control method of a culture medium can increase efficiency of irrigation and, particularly, can have effects in controlling oversupply of a culture medium under a climate condition such as Korean summer by precisely examining a relation between a light intensity and a transpiration amount in soilless cultivation, compensating for a light intensity value, and accurately forecasting a supply amount of a culture medium.

Description

작물의 무토양 재배시 배양액 공급량 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING IRRIGATION AMOUNT IN SOILLESS CULTURE}METHOD FOR CONTROLLING IRRIGATION AMOUNT IN SOILLESS CULTURE FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 작물의 무토양 재배시 배양액 공급량 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공배지 상태에서 재배되는 작물에 배양액(nutrient solution)을 공급함에 있어서 광도(light intensity) 및 증산량(transpiration rate)의 관계를 정확하게 규명하여 효과적으로 배양액의 공급량을 조절할 수 있는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for controlling the amount of light intensity and transpiration rate in supplying a nutrient solution to a crop grown in an artificial medium, And more particularly, to a method of accurately determining the relationship and controlling the supply amount of the culture liquid effectively.

무토양 재배는 흙을 사용하지 않고 인공배지 상태에 작물을 심고 배양액을 공급하여 재배하는 것으로, 수경재배가 여기에 포함된다.Non-soil cultivation involves cultivating crops in an artificial medium without soil, cultivating them by supplying a culture medium, and hydroponic cultivation.

무토양 재배는 단기간에 많은 양의 작물을 수확할 수 있고 토양 재배와 비교하여 자연환경의 지배를 훨씬 덜 받기 때문에 농경이 불가능한 곳에서도 재배가 가능하다는 장점이 있어 계속하여 무토양 재배 방식으로 재배되는 작물이 늘어나고 있는 추세이다.Non-soil cultivation can be harvested in a short period of time and can be cultivated in a place where it is impossible to cultivate because it is much less dominated by natural environment than in soil cultivation. Crops are on the rise.

이러한 무토양 재배로 재배되는 작물의 생산성은 관수 관리(irrigation management)와 밀접한 관계가 있으며, 적합한 관수 관리로 물과 양분 사용의 효율성 향상은 무토양 재배의 비용 절감에 중요한 요소 중 하나이다.The productivity of crops cultivated by non soil cultivation is closely related to irrigation management and the improvement of efficiency of water and nutrient utilization by proper irrigation management is one of the important factors for cost reduction of cultivation without soil.

관수 관리는 통상적으로 일정한 양의 일사량이 누적되면 매 누적되는 시점마다 동일한 양의 배양액을 공급하는 방식으로 이루어지며, 누적일사값(accumulated radiation)은 증산량에 기초한다(De Pascale et al., 2011; Qiu et al., 2011; Shao et al., 2010; Ta et al., 2011; Ta et al., 2012).Irrigation management is usually done in such a way that when a certain amount of solar radiation is accumulated, the same amount of culture medium is supplied every accumulation time, and cumulative solar radiation is based on the amount of evaporation (De Pascale et al., 2011; Tao et al., 2011; Ta et al., 2012).

일사량(또는 광도)은 지역, 위도 또는 계절에 따라 변화가 있음에도 불구하고, 상기 배양액의 공급 방식은 낮 동안 발생하는 일사량(또는 광도)의 변화는 무시하고 추정된 증산량에 의하므로, 작물에 의해 사용되는 배양액의 양을 계산하는데 오차를 범할 수 있다. 실제 필요한 배양액과 추정되어 공급되는 배양액의 오차는 광 조건이 높거나 낮아 광도 변동의 폭이 큰 극한 환경에서 더욱 커진다.Although the amount of irradiation (or light intensity) varies depending on the region, the latitude or the season, the method of supplying the culture liquid is based on the estimated amount of evaporation, ignoring the change in the amount of solar radiation It is possible to make an error in calculating the amount of the culture liquid. The error between the actually required culture medium and the presumed culture medium becomes larger in an extreme environment where the light condition is high or low and the variation of the light intensity is large.

따라서, 정밀한 일사량 및 증산량의 측정으로 물과 양분의 낭비를 감소시킬 수 있는 효과적인 관수 운영 방안에 대한 연구가 필요하다.Therefore, it is necessary to study effective water management methods that can reduce the waste of water and nutrients by measuring accurate solar radiation and transparency.

대한민국 특허공개공보 제10-1999-0085172호Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1999-0085172

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인공배지와 같은 무토양 환경에서 작물을 재배함에 있어서, 광도 및 증산량 간의 관계를 파악하여 배양액의 공급량을 정확하게 예상할 수 있는 배양액의 공급량 제어방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve such conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a method for cultivating a crop in a soil-free environment such as an artificial medium by observing the relationship between the luminosity and the amount of the growth, A supply amount control method of the present invention.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 작물의 무토양 재배시 공급되는 배양액의 공급량을 제어하는 방법은 상기 작물이 받는 광도 및 상기 작물의 증산량을 복수 회 측정하여 광도 및 증산량의 데이터를 수집하는 데이터 수집단계; 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 광도 및 상기 증산량 간의 상관관계를 통하여 관계식을 결정하는 관계식 결정단계; 및 상기 관계식을 적용하여 계산된 누적일사량에 따라 상기 작물에 배양액을 공급하는 배양액 공급단계를 포함하여, 상기 작물이 필요로 하는 배양액의 양과의 차이를 최소화하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a method of controlling the supply amount of a culture solution to be supplied in the cultivation of a non-soil cultivation of a crop according to an embodiment of the present invention is a method of controlling the amount of light supplied to the crop, A data collecting step of collecting data; A relational expression determining step of determining a relational expression through a correlation between the luminous intensity and the amount of vaporized light collected in the data collecting step; And a culture liquid supplying step of supplying the culture liquid to the crop according to the cumulative irradiation dose calculated by applying the relational expression to minimize the difference from the amount of the culture liquid required by the crop.

상기 데이터 수집단계에서, 상기 광도 및 상기 증산량은 일정한 시간 간격으로 측정하여 연속적으로 수집되며, 상기 시간 간격은 1 내지 60분인 것을 특징으로 한다.In the data collecting step, the luminous intensity and the quantity of vaporization are continuously measured by measuring at a constant time interval, and the time interval is 1 to 60 minutes.

상기 관계식 결정단계는, 상기 광도와 상기 증산량의 관계를 회귀 분석을 통하여 분석하고, 상기 광도를 보상하여 상기 관계식을 도출하는 것을 특징으로 한다.The relational expression determination step is characterized by analyzing a relationship between the luminous intensity and the amount of vaporization through a regression analysis, and deriving the relation expression by compensating the luminous intensity.

상기 광도 및 상기 증산량 간의 상관관계는 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.And the correlation between the luminous intensity and the vaporization amount is expressed by the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 수학식에서, x는 광도(W/m2)이고, y는 증산량(g/m2·s)이고, a, b, c 및 x0은 x 및 y에 의해 결정되는 회귀계수이다)(In the equation, x is the light intensity (W / m 2), y is transpiration (g / m 2 · s), and, a, b, c and x 0 is a regression coefficient which is determined by the x and y)

상기 작물은 파프리카이고, Wherein the crop is paprika,

상기 수학식에서 a는 234.972이고, b는 40.910이고, c는 28.101이고, x0는 81.605의 값으로 결정되는 것을 특징으로 한다.In the above equation, a is 234.972, b is 40.910, c is 28.101, and x 0 is a value of 81.605.

상기 배양액 공급단계는, 상기 누적일사량이 100J/㎠이 되는 시점에 상기 배양액이 공급되는 것을 특징으로 한다.The culture liquid supply step is characterized in that the culture liquid is supplied at a time when the cumulative solar irradiation amount reaches 100 J / cm 2.

광도와 증산량 간의 정밀한 관계 규명으로 광도값을 보상하여 배양액의 공급량을 정확하게 예상함으로써 관수의 효율을 높일 수 있다. 특히, 우리나라의 여름과 같이 태양복사가 큰 지역에서 배양액의 과다 공급으로 인한 낭비를 줄이는 효과가 크다.By precisely identifying the relationship between the luminosity and the volume of production, it is possible to compensate for the luminosity value, thereby accurately estimating the amount of the culture medium to be fed, thereby improving the efficiency of the irrigation. Especially, it is effective to reduce waste caused by excessive supply of culture medium in a region where solar radiation is large as in the summer of Korea.

이를 통해, 효과적인 배양액의 공급량 제어에 의해 물과 양분의 낭비를 감소시켜 경제적인 장점이 있으며, 정확한 양의 배양액 공급으로 증산율의 과소 또는 과대 추정으로 발생되는 가뭄 또는 염류 장해를 방지할 수 있다.Thus, it is economically advantageous to reduce the waste of water and nutrients by controlling the feeding amount of the effective culture liquid, and it is possible to prevent the drought or the salt obstruction caused by underestimation or overestimation of the evaporation rate by supplying the accurate amount of culture liquid.

또한, 본 발명의 배양액 공급량 제어방법은 최적의 관수량을 계산하여 배양액을 공급하여 작물 성장, 과실의 수율 및 품질이 우수하다.In addition, the method of controlling the amount of the culture solution according to the present invention is excellent in crop growth, fruit yield and quality by supplying the culture solution by calculating the optimum amount of tubules.

뿐만 아니라, 작물에 필요한 양을 초과하여 공급된 배양액이 외부로 배출되어 버려지면서 일어나는 지하수 오염과 같은 환경오염 물질의 부하를 저감시킬 수 있다.In addition, the load of environmental pollutants such as groundwater contamination caused when the culture liquid supplied in excess of the amount required for the crop is discharged to the outside can be reduced.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 작물의 무토양 재배시 공급되는 배양액의 공급량을 제어하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2a는 여름에 작물의 잎 단위 면적당 광도에 따른 추정된 증산량 및 각각 1분, 10분, 60분 간격으로 측정된 증산량을 비교하여 도시한 그래프이고, 도 2b는 겨울에 작물의 잎 단위 면적당 광도에 따른 추정된 증산량 및 각각 1분, 10분, 60분 간격으로 측정된 증산량을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 3은 여름에 증산량의 추정값, 측정값, 보정값 및 광도를 도시한 그래프이다.
도 4는 하루 동안 작물당 평균 관수량, 배수량 및 증산량을 나타낸 그래프로, A는 여름이고, B는 겨울이다.
도 5는 한달동안 작물당 평균 관수량, 배수량 및 증산량을 나타낸 그래프로, C는 여름이고, D는 겨울이다.
FIG. 1 is a flowchart sequentially illustrating a method of controlling the amount of a culture medium supplied to cultivate a non-soil of a crop according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) is a graph showing an estimated increase in the amount of crop per unit leaf area per summer in summer and the amount of increase measured at intervals of 1 minute, 10 minutes, and 60 minutes, , And the amount of evaporation measured at intervals of 1 minute, 10 minutes, and 60 minutes, respectively.
3 is a graph showing an estimated value, a measured value, a correction value and a luminous intensity of the evaporation amount in the summer.
FIG. 4 is a graph showing the average tubing yield, drainage and evaporation amount per crop during a day, where A is summer and B is winter.
FIG. 5 is a graph showing the average tubing yield, drainage and evaporation per crop per month, with C being summer and D being winter.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 의한 작물의 무토양 재배시 공급되는 배양액의 공급량을 제어하는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 수집단계(S10), 관계식 결정단계(S20) 및 배양액 공급단계(S30)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the method for controlling the supply amount of the culture solution supplied in the cultivation of the non-soil of the crop according to an embodiment of the present invention includes a data collection step S10, a relational decision step S20, S30).

여기서, 배양액은 작물의 생육에 필요한 무기양분을 각각의 흡수량의 비율에 맞추어 물에 용해시킨 것으로, 양액이라고도 한다.Here, the culture liquid is obtained by dissolving the inorganic nutrients necessary for the growth of crops in water in accordance with the ratio of each absorption amount, and is also referred to as nutrient solution.

광도(light intensity)는 일사량, 즉, 빛의 세기를 의미하고, 누적일사량(accumulated radiation)은 일정 시간 동안 도달한 태양 에너지의 양을 의미한다. Light intensity means radiation intensity, that is, intensity of light, and accumulated radiation means amount of solar energy reached for a certain period of time.

증산량(transpiration rate)은 작물의 표면에서의 증발량을 의미한다.The transpiration rate refers to the amount of evaporation on the surface of the crop.

관수는 배양액을 공급하는 것을 의미하며, 관수량은 작물에 공급되는 배양액의 양을 의미한다.Irrigation refers to the supply of the culture medium, and the flow rate refers to the amount of the culture medium supplied to the crop.

데이터 수집단계(S10)는 작물이 받는 광도 및 상기 작물의 증산량을 측정하여 광도 및 증산량의 데이터를 수집하는 단계로, 이 단계는 광도 및 증산량에 대하여 연속적 데이터를 수집하기 위함이다. The data collecting step S 10 is a step of collecting data on the luminosity and the volume of production by measuring the luminosity of the crop and the quantity of the crops, and this step is for collecting continuous data on the luminosity and the volume of the cultivation.

광도 및 증산량 데이터는 복수의 데이터를 수집하여야 광도와 증산량 사이의 관계를 규명할 수 있으므로, 광도 및 증산량을 복수 회 측정할 수 있다.Since the relationship between the luminosity and the amount of evaporation can be determined by collecting a plurality of data, the luminosity and the amount of evaporation can be measured a plurality of times.

광도 및 증산량의 복수 회 측정시 일정한 시간 간격으로 측정하는 것이 바람직하며, 상기 일정한 시간 간격을 1분 내지 60분일 수 있다.It is preferable that the measurement is carried out at a constant time interval in the measurement of the light intensity and the quantity of the plural times, and the constant time interval may be 1 minute to 60 minutes.

관계식 결정단계(S20)는 상기 데이터 수집단계(S10)에서 수집된 광도 및 상기 증산량 간의 상관관계를 통하여 관계식을 결정하는 단계이다.The relational expression determination step S20 is a step of determining a relational expression through the correlation between the luminous intensity collected in the data collecting step S10 and the amount of the increase.

광도 및 증산량 간의 상관관계를 통하여 관계식을 결정하는 과정은 다음과 같다.The process of determining the relation through the correlation between the luminosity and the vaporization amount is as follows.

일반적으로 증산량 추정 모델은 Baille 등(1994)에 의해 간략화된 Penman-Monteith 방정식으로부터 수정된 식 1로 추산된다.
In general, the evaporation estimate model is estimated as the modified equation 1 from the Penman-Monteith equation simplified by Baille et al. (1994).

[식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

(Et는 증산속도(g·h-1), RAD는 입사광량(μmol·m-2·s-1), VPD는 수증기압 포차(㎜Hg), LAI는 엽면적 지수, k는 흡광계수, a, b는 매개변수(g·μmol-1·m-2, g·h-1·㎜Hg-1이다)
(E t is transpiration rate (g · h -1), RAD incident light amount (μmol · m -2 · s -1 ), VPD is a water vapor pressure gun carriage (㎜Hg), LAI is leaf area index, k is the extinction coefficient, a , b is (a g · μmol -1 · m -2, g · h -1 · ㎜Hg -1) parameters

상기 식 1에서, VPD는 증산량의 추정에 직접적으로 영향을 주는 주요 요소 중 하나이나 대기 온도 및 상대 습도가 작물 재배지에서는 일정한 값을 가지도록 유지되므로 상수로 가정된다. In Equation (1), VPD is one of the main factors directly affecting the estimation of the amount of evaporation, but is assumed to be a constant since the atmospheric temperature and relative humidity are kept constant at the crop growing site.

따라서, 상기 식 1는 선형의 관계를 가지는 하기의 식 2과 같이 단순화할 수 있다.
Therefore, Equation 1 can be simplified as Equation 2 below, which has a linear relationship.

[식 2][Formula 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

(Et는 증산속도(g·h-1), a 및 b는 계수이다)
(E t is the rate of evaporation (g · h -1 ), and a and b are coefficients)

광도 및 증산량의 데이터 통계 분석으로부터 작물의 잎 단위 면적당 광도 및 증산량은 선형의 상기 식 2보다는 하기 식 3과 같은 비선형 곡선-맞춤 에스자형 함수(nonlinear curve-fitting sigmoidal function)로 정확하게 표현될 수 있다.From the statistical analysis of the data of the luminosity and the amount of evaporation, the luminosity and the amount of evaporation per leaf area of the crop can be accurately expressed by a nonlinear curve-fitting sigmoidal function as shown in the following Equation 3, rather than Equation 2 above.

여기서, 데이터 통계 분석은 회귀분석법을 통해 이루어졌다.
Here, data statistical analysis was done through regression analysis.

[식 3][Formula 3]

Figure pat00004
Figure pat00004

(x는 광도(W/m2)이고, y는 증산량(g/m2·s)이고, a, b 및 x0은 x 및 y에 의해 결정되는 회귀계수이다)
(where x is the luminosity (W / m 2 ), y is the quantity of evaporation (g / m 2 · s), and a, b and x 0 are regression coefficients determined by x and y)

상기 식 3를 통하여 실제 증산량과 예상되는 증산량의 차이를 줄였으나, 광도가 높을 때에는 작물의 기공이 닫혀 증산율이 감소하는 특성이 있으므로(del Amor et al., 2010; Gonzalez-Dugo et al., 2007; Kuiper, 1961), 실제 증산량은 높은 광조건 하에서는 추정된 증산량보다 낮음을 고려하여 관수량을 제어하는 일사량은 더 낮아야 한다.(Gonzalez-Dugo et al., 2010), the difference between the actual and the expected amount of evaporation is reduced through Equation 3. However, when the light intensity is high, the pore of the crop is closed and the rate of evaporation decreases. 2007; Kuiper, 1961), the actual amount of solar radiation to control the amount of water should be lower, considering that it is lower than the estimated amount of evaporation under high light conditions.

이에 따라 상기 식 3의 광도 값을 보상하여, 다음의 수학식과 같은 광도와 증산량의 관계식이 결정되었다.
Accordingly, the luminosity value of Equation 3 was compensated, and the relationship between the luminosity and the quantity of vaporization as in the following equation was determined.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00005
Figure pat00005

(상기 수학식에서, x는 광도(W/m2)이고, y는 증산량(g/m2·s)이고, a, b, c 및 x0은 x 및 y에 의해 결정되는 회귀계수이다)
(In the equation, x is the light intensity (W / m 2), y is transpiration (g / m 2 · s), and, a, b, c and x 0 is a regression coefficient which is determined by the x and y)

재배하는 작물이 파프리카인 경우, 상기 수학식에서 각각의 회귀계수는 a는 234.972이고, b는 40.910이고, c는 28.101이고, x0는 81.605의 값으로 결정되고, 파프리카를 무토양 재배하는 경우 광도와 증산량은 하기 식 4와 같은 관계를 가짐을 알 수 있다.
When the cultivated crop is paprika, the regression coefficients for each of the above equations are 234.972 for a, b for 40.910, c for 28.101, x 0 for 81.605, The amount of evaporation can be found to have the relationship shown in Equation 4 below.

[식 4][Formula 4]

Figure pat00006

Figure pat00006

배양액 공급단계(S30)는 상기 관계식 결정단계(S20)에서 결정된 관계식을 적용하여 누적일사량을 계산하고, 이에 따라 작물에 배양액을 공급하는 단계이다.The culture solution supply step S30 is a step of calculating the cumulative solar irradiation dose by applying the relational expression determined in the relational expression determination step S20 and supplying the culture solution to the crop.

상기와 같이 계산되어 누적일사량이 일정한 값에 도달하는 시점마다 일정한 양의 배양액이 공급될 수 있다.A predetermined amount of the culture liquid can be supplied at each time when the cumulative irradiation dose reaches a predetermined value.

누적일사량이 100J/㎠이 되는 매 시점마다 일정한 양의 배양액이 공급될 수 있다.A certain amount of culture liquid can be supplied at every time when the cumulative irradiation amount becomes 100 J / cm 2.

상기 수학식을 이용하여 누적일사량을 계산하면 식 1의 추정된 증산율을 적용하는 것과 달리 변화하는 광도에서 정밀하게 증산량을 예상가능하게 하므로 작물이 필요한 양만큼의 배양액만을 공급할 수 있다.
Since the cumulative irradiation dose is calculated using the above equation, the amount of cultivation can be precisely predicted at a changing light intensity, unlike the case of applying the estimated growth rate of Equation 1, so that only the required amount of the culture can be supplied.

이하, 본 발명의 내용을 구체적인 실시예를 통해 상세히 설명하고자 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples.

작물의 생장 조건Crop growth conditions

수원에 소재한 서울대학교의 연구용 농장에 위치한 벤로형 온실(venlo-type greenhouse)에서 파프리카를 이용하여 실험이 수행되었다. 파프리카 묘목을 0.9m(L) × 0.15m(W) × 0.07m(H)의 암면 슬래브에 옮겨심었다. 암면 큐브로 옮겨심은지 10일 이후에, 큐브의 바닥으로 뿌리가 나오기 시작했고 슬래브는 3plants·m-2의 작물 밀도로 홈통(gutter)에 놓여졌다. Experiments were carried out using paprika in a venlo-type greenhouse in a research farm at Seoul National University in Suwon. The paprika seedlings were transferred to a rock slab of 0.9m (L) × 0.15m (W) × 0.07m (H). After 10 days of being transferred to the rocky cube, roots began to flow to the bottom of the cube and the slab was placed in a gutter with a crop density of 3 plants · m -2 .

증산량과 관수량을 추정하기 위하여 3개의 관수 모니터링 및 제어 시스템과 18개의 전체 작물이 사용되었다.Three watering monitoring and control systems and 18 whole crops were used to estimate the volume and volume.

실험은 2011년 2월부터 2012년 3월까지 여름과 겨울에 두 번 수행되었다.The experiment was conducted twice in summer and winter from February 2011 to March 2012.

낮시간의 온도, 밤시간의 온도 및 상대습도의 미기후(microclimate)는 각각 25~30℃, 15~22℃, 50~80%의 범위 내에서 환경적 제어 시스템에 의해 자동적으로 유지되었다.The microclimate of daytime temperature, nighttime temperature and relative humidity was automatically maintained by environmental control system within 25 ~ 30 ℃, 15 ~ 22 ℃, 50 ~ 80% respectively.

사용된 배양액은 2.6~3.0dS·m-1의 전기전도도를 가지고 5.5~6.5의 pH를 가지며, 배양액의 공급은 누적되는 일사량이 100J/cm2에 도달할 때 수행되도록 하였다.
The used culture medium had an electrical conductivity of 2.6 to 3.0 dS · m -1 and a pH of 5.5 to 6.5, and the supply of the culture solution was carried out when the cumulative solar irradiance reached 100 J / cm 2 .

증산량 측정Measurement of volume

증산은 정밀 관수 모니터링 및 제어 시스템(irrigation monitor and control system, 서울대학교 개발)에 의해 측정되었다. The evaporation was measured by an irrigation monitor and control system (Seoul National University).

각 작물에 의해 흡수된 배양액의 양, 배양액 공급, 미기후 및 뿌리면적 환경 조건(수분 함량 및 기질의 전기전도도)이 정밀 관수 모니터링 및 제어 시스템에 의해 5초 간격으로 측정되었다.The amount of culture fluid, culture medium, microclimate and root area environmental conditions (water content and electrical conductivity of substrate) absorbed by each crop were measured at 5 second intervals by a precision water monitoring and control system.

증산은 5% 미만의 오차를 가지는 값을 얻기 위하여 최고 매 10분마다 측정하였다. Evaporation was measured every 10 minutes at most to obtain a value with an error of less than 5%.

LAI는 실험기간 동안 매주 잎의 길이와 너비를 측정함으로써 측정되었다.
LAI was measured weekly by measuring leaf length and width during the experiment.

증산량 추정 모델Estimation model

증산율은 Penman-Monteith 방정식으로부터 수정된 식인 상기 식 1에 의해 측정되었다.The rate of evaporation was measured by equation 1 above, which is a modified equation from the Penman-Monteith equation.

상기 식 1에서, a, b, k 값은 각각 4.25, 0.009 및 0.84의 값을 사용하였으며, VPD는 온실의 대기 온도, 상대 습도가 일정한 값을 갖도록 제어되므로 상수로 가정된다.
In Equation 1, a, b, and k values are 4.25, 0.009, and 0.84, respectively, and VPD is assumed to be a constant since the atmospheric temperature and relative humidity of the greenhouse are controlled to have a constant value.

실험 방법Experimental Method

증산율 및 광도 간의 관계는 여름과 겨울에 옮겨 심은 후 85-115일 후(Days After Transplanting, DAT 85-115)에 날씨가 맑은 5일 동안 연속적인 증산 데이터를 사용하여 조사, 비교되었다(LAI=3.0 - 3.5). The relationship between rate of proliferation and intensity was investigated and compared using consecutive day-to-day cumulative data for 85-115 days (Days After Transplanting, DAT 85-115) after a transit in summer and winter (LAI = 3.0 - 3.5).

관수 모니터링 및 제어 시스템으로 측정된 증산의 정확한 양은 상기 식 1로부터 추정된 증산량과 비교하였다. 증산량은 단위 시간 동안 작물의 무게 변화에 기초하여 결정되었다.The exact amount of evaporation measured by the irrigation monitoring and control system was compared to the estimated evaporation from equation 1 above. The amount of evaporation was determined based on the weight change of the crop for a unit time.

또한, 1분, 10분 및 60분의 시간 간격으로 측정된 증산량과 누적된 일사량 간의 관계를 비교하였다. In addition, the relationship between the amount of evaporation measured at time intervals of 1 minute, 10 minutes, and 60 minutes and cumulative solar radiation was compared.

잎 면적당 증산량은 상기 식 1로부터 광도 및 LAI 데이터를 사용하여 추정되었다. The amount of evaporation per leaf area was estimated using the luminous intensity and LAI data from Equation 1 above.

이 결과를 기초로 하여, 여름과 겨울에 누적일사량 및 공급되는 배양액의 양 차이가 종래의 관수 방법과 수정된 관수 방법 간에 비교되었다.Based on these results, the difference between cumulative solar irradiance and the amount of culture supplied in summer and winter was compared between conventional and modified irrigation methods.

여기서, 종래의 관수 방법은 상기 식 1에 따라 누적일사량이 계산되어 배양액이 공급되는 것이고, 수정된 관수 방법은 본 발명에 따라 누적일사량이 계산되어 배양액이 공급되는 것을 말한다.
In the conventional irrigation method, the cumulative irradiation dose is calculated according to Equation (1) to supply the culture liquid, and the modified irrigation method means that the cumulative irradiation dose is calculated according to the present invention to supply the culture liquid.

데이터 분석Data Analysis

데이터는 통계 분석 프로그램 SAS 9.0으로 분석되었다. 즉각적인 광도 및 증산량 사이의 관계는 음의 지수 곡선과 피팅되었다. 그래프는 시그마플롯(SigmaPlot)으로 나타내었다.
Data were analyzed with statistical analysis program SAS 9.0. The relationship between immediate lightness and vaporization was fitted with a negative exponential curve. The graph is represented by SigmaPlot.

광도 및 증산량의 정확한 관계식 도출Derive accurate relationship of luminosity and vapor volume

도 1에 도시된 그래프와 같이, 실험장소에서 온실 내부 광도의 최고점은 겨울보다 여름에 높았으며, 낮 동안 광도의 변동은 겨울(0-400W/m2)보다 여름(0-700W/m2)에 컸다. 여름의 광도의 최고점은 겨울의 광도의 최점에 비하여 거의 두 배로 높고, 광주기가 여름에 비하여 겨울에 더 ?음에도 불구하고 낮 동안의 누적일사량은 여름과 겨울에 큰 차이가 없었다.As shown in the graph shown in FIG. 1, the peak of the intensities of the interior of the greenhouse in the experimental site was higher in summer than in winter, and the variation of light intensity during the day was 0-700W / m 2 in summer (0-400W / m 2 ) . The peak of summer luminosity is almost twice as high as that of winter luminosity, and the cumulative solar radiation during the day is not much different from summer to winter, even though Gwangju is more in winter than in summer.

증산량은 요구되는 관수량을 결정하는데 사용되고, 매일 Penman-Monteith 방정식으로 누적된 일사량에 기초하여 계산되었다. 매일 누적일사량이 광도에 무관하게 일정하게 유지됨에도 불구하고, 낮 동안 일어나는 광도의 변동으로 증산량은 차이가 날 수 있는 것이다.The amount of evaporation was used to determine the required volume of water and was calculated daily based on the cumulative solar radiation in the Penman-Monteith equation. Even though cumulative solar irradiance is kept constant irrespective of luminosity every day, the amount of evaporation can be different due to fluctuation of luminosity during daytime.

특히, 광도가 높은 조건 하에서 광도의 변동이 커짐에 따라 증산은 더욱 억제된다. 뿐만 아니라 광도의 변동은 작물이 자라는 곳의 지역, 위도 및 기후 조건에 따라 커질 수 있다.Particularly, as the variation of the luminous intensity becomes larger under the condition of high luminous intensity, the evaporation is further suppressed. In addition, variations in light intensity can be large depending on the area where the crop grows, latitude and climatic conditions.

이러한 이유로 인하여, 증산량을 반영하는 누적일사량의 정확한 계산을 위하여 광도의 정확한 측정이 요구되는 것이고, 증산 데이터의 통계 분석을 통하여 발명자는 수학식의 광도와 증산량 간의 관계식을 도출해냈다.
For this reason, accurate measurement of the luminous intensity is required for accurate calculation of the cumulative solar irradiance reflecting the amount of evaporation. Through statistical analysis of the evaporation data, the inventor has derived a relational expression between the luminosity and the evaporation amount of the formula.

[수학식][Mathematical Expression]

(상기 수학식에서, x는 광도(W/m2)이고, y는 증산량(g/m2·s)이고, a, b, c 및 x0은 x 및 y에 의해 결정되는 회귀계수이다)
(In the equation, x is the light intensity (W / m 2), y is transpiration (g / m 2 · s), and, a, b, c and x 0 is a regression coefficient which is determined by the x and y)

여기서, 회귀계수 a, b, c 및 x0는 각각 234.972, 40.910, 28.101, 81.605였다. 이러한 결과를 통하여 보상된 광도는 필요한 관수량을 결정할 때 적용하였다.
Here, the regression coefficients a, b, c, and x o were 234.972, 40.910, 28.101, and 81.605, respectively. From these results, the compensated luminosity was applied to determine the required tube volume.

상기 실험을 통해 실제 측정된 광도의 측정값 및 보정값은 도 2의 그래프에 도시하였으며, 이러한 관계에 의하여 하루동안의 누적일사량 및 관수량을 하기 표 1에 기재하였다.The measured and corrected values of the luminosity actually measured through the experiment are shown in the graph of FIG. 2, and the cumulative solar irradiance and the number of the irrigation water for one day are shown in Table 1 based on this relationship.

하기 표 1에서, 보정값이란 실제 광도를 보상한 광도와 증산량의 관계인 수학식에 의한 값을 의미한다. 즉, 광도 보정을 위한 종속 변수는 증산량이 되고 증산량을 기준으로 순간적인 광도에 대한 작물의 증산 반응에 의하여 광도와 증산량의 관계를 구함으로써, 이러한 관계식(수학식)을 통하여 실제 작물이 증산하는데 이용하는 광도값을 산출하였으며 이를 보정값이라 한다.In the following Table 1, the correction value means a value obtained by an equation which is a relation between the light intensity and the amount of vaporization in which the actual light intensity is compensated. In other words, the dependent variable for the light intensity correction is the quantity of evaporation, and the relationship between the light intensity and the evaporation quantity is obtained by the reaction of the crop to the instantaneous light intensity based on the evaporation quantity, The brightness value is calculated and is referred to as a correction value.

하루 중의 실제 조사되는 광도의 누적량과 관계식에 의해 보정된 광도의 누적량을 비교한 것이며, 이 때 공급되는 관수량을 비교하였다.
The accumulated amount of light intensity actually irradiated per day was compared with the accumulated amount of light intensity corrected by the relational expression, and the amount of water supplied at that time was compared.

2011년 8월 22일August 22, 2011 측정값Measures 보정값Correction value 누적일사량
(MJ/cm2)
Cumulative solar radiation
(MJ / cm 2 )
512.80512.80 475.37475.37
관수량
(ml)
Tube length
(ml)
11251125 900900

파프리카 재배의 경우, 최적의 뿌리 면적 환경에서 30% 배수율이 유지될 때 보정된 광도가 관수량을 결정하는데 사용되면 공급되는 배양액의 양을 10% 넘게 절감할 수 있다.In the case of paprika cultivation, when the 30% yield is maintained in the optimal root area, if the calibrated light intensity is used to determine the flow rate, the amount of culture medium supplied can be reduced by more than 10%.

자세하게, 이러한 증산량에 기초하여 배양액이 공급될 때, 2011년 8월 22일, 종래의 방법(식 1에 따라 누적일사량이 100J/㎠에 도달할 때마다 225㎖의 배양액 공급)에 의해 제어되는 경우 5번의 관수가 일어나고, 본 발명에 의해 계산된 일사누적량에 따라 관수량을 제어하는 경우에는 4번의 관수가 일어났다.In detail, when the culture liquid is supplied based on this amount of increase, it is controlled on August 22, 2011 by the conventional method (supply of 225 ml of culture liquid every time when the cumulative solar irradiance reaches 100 J / cm 2 according to Formula 1) Five irrigation occurrences and four irrigation occurrences when controlling the irrigation volume according to the amount of accumulated solar radiation calculated by the present invention.

이에 비하여, 2012년 1월 14일 겨울에는 광도의 변동 폭이 크지 않으므로 여름에 비하여 관수량의 차이가 크지 않았다.On the other hand, the variation of light intensity was not large in the winter on January 14,

즉, 광도 변동의 양과 높은 광도의 조건은 추정된 증산량 및 실제 증산량 간의 차이를 크게 하므로 특히 우리나라의 여름과 같은 기후에서 배양액이 10%를 초과하여 공급되었으며, 초과하여 공급된 배양액은 외부로 방출되고 결국 불필요한 영양분과 물이 낭비되는 결과를 가져온다.
In other words, the condition of the amount of light fluctuation and the condition of high light intensity have a large difference between the estimated amount of evaporation and the actual amount of evaporation, so that the culture was supplied in an amount exceeding 10% in the same climate as the summer in Korea, Eventually, unnecessary nutrients and water are wasted.

작물 성장의 비교Comparison of crop growth

종래의 방법과 본 발명의 방법에 따라 배양액을 공급한 경우 작물 성장에 영향을 미치는지 여부에 대해 평가하였다.Whether culturing was effected in accordance with the conventional method and the method of the present invention when the culture was supplied was evaluated.

여름, 겨울에 각각의 작물의 높이, 노드 개수, LAI, 과실 개수를 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.The height of each crop, the number of nodes, LAI, and the number of fruits were measured in summer and winter and are shown in Table 2 below.

하기 표 2에서 '비교예'는 식 1에 의해 배양액의 공급량이 제어되는 종래의 방식에 의한 것이고, '실시예'는 본 발명에 의해 발명된 수학식에 의해 배양액의 공급량이 제어되는 방식에 의한 것이다.
In Table 2, "Comparative Example" is based on a conventional method in which the supply amount of the culture liquid is controlled by Equation 1, and "Embodiment" is a method in which the supply amount of the culture liquid is controlled by the equation will be.

여름summer 겨울winter 비교예Comparative Example 실시예Example 비교예Comparative Example 실시예Example 높이
(cm)
Height
(cm)
160.8160.8 162.1162.1 205.2205.2 208.2208.2
노드 개수Number of nodes 28.328.3 28.128.1 32.332.3 32.932.9 LAILAI 3.373.37 3.243.24 3.523.52 3.673.67 과실 개수Number of fruits 8.88.8 9.19.1 10.810.8 10.110.1

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 보정된 광도에 기초하여 배양액을 공급을 제어하는 것은 작물 성장에 영향을 주지 않았다. As shown in Table 2 above, controlling the supply of the culture medium based on the corrected luminosity did not affect crop growth.

종래에는 작물이 요구하는 양보다 더 많은 배양액이 공급되었기 때문에, 배양액 공급량의 감소가 작물 성장에 영향을 주지 않는 것이다.Conventionally, since a larger amount of the culture liquid is supplied than the amount required by the crop, a decrease in the culture liquid supply amount does not affect the growth of the crop.

이러한 결과를 통하여, 관수량을 결정함에 있어 보정된 광도를 사용함으로써 특히 여름에 배양액의 공급량 감소가 파프리카 작물의 과일 수율과 질에 영향을 주지 않음을 알았다.From these results, it was found that the use of calibrated luminosity in determining tubal yield did not affect fruit yield and quality of paprika crops, especially in the summer.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (6)

작물의 무토양 재배시 공급되는 배양액의 공급량을 제어하는 방법에 있어서,
상기 작물이 받는 광도 및 상기 작물의 증산량을 복수 회 측정하여 광도 및 증산량의 데이터를 수집하는 데이터 수집단계;
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 광도 및 상기 증산량 간의 상관관계를 통하여 관계식을 결정하는 관계식 결정단계; 및
상기 관계식을 적용하여 계산된 누적일사량에 따라 상기 작물에 배양액을 공급하는 배양액 공급단계를 포함하여, 상기 작물이 필요로 하는 배양액의 양과의 차이를 최소화하는 것을 특징으로 하는 배양액 공급량 제어방법.
A method for controlling the supply amount of a culture medium to be supplied in the cultivation of a non-soil crop of a crop,
A data collecting step of collecting data of the light intensity and the amount of evaporation by measuring the light intensity received by the crop and the evaporation amount of the crop a plurality of times;
A relational expression determining step of determining a relational expression through a correlation between the luminous intensity and the amount of vaporized light collected in the data collecting step; And
And a culture solution supply step of supplying the culture solution to the crop according to the cumulative solar irradiation dose calculated by applying the relational expression to minimize the difference from the amount of the culture solution required by the crop.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집단계에서, 상기 광도 및 상기 증산량은 일정한 시간 간격으로 측정하여 연속적으로 수집되며, 상기 시간 간격은 1 내지 60분인 것을 특징으로 하는 배양액 공급량 제어방법.
The method according to claim 1,
Wherein, in the data collection step, the luminosity and the amount of the deposition are continuously measured while being measured at regular time intervals, and the time interval is 1 to 60 minutes.
제1항에 있어서,
상기 관계식 결정단계는,
상기 광도와 상기 증산량의 관계를 회귀 분석을 통하여 분석하고, 상기 광도를 보상하여 상기 관계식을 도출하는 것을 특징으로 하는 배양액 공급량 제어방법.
The method according to claim 1,
In the relational expression determination step,
Wherein the relationship between the luminosity and the amount of evaporation is analyzed through regression analysis, and the relation is derived by compensating for the luminosity.
제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광도 및 상기 증산량 간의 상관관계를 나타내는 관계식은 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 작물의 배양액 공급량 제어방법.
[수학식]
Figure pat00008

(상기 수학식에서, x는 광도(W/m2)이고, y는 증산량(g/m2·s)이고, a, b, c 및 x0은 x 및 y에 의해 결정되는 회귀계수이다)
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the relationship expressing the correlation between the luminosity and the amount of vaporization is expressed by the following equation.
[Mathematical Expression]
Figure pat00008

(In the equation, x is the light intensity (W / m 2), y is transpiration (g / m 2 · s), and, a, b, c and x 0 is a regression coefficient which is determined by the x and y)
제4항에 있어서,
상기 작물은 파프리카이고,
상기 수학식에서 a는 234.972이고, b는 40.910이고, c는 28.101이고, x0는 81.605의 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 배양액 공급량 제어방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the crop is paprika,
Wherein a is 234.972, b is 40.910, c is 28.101, and x 0 is a value of 81.605.
제 1항에 있어서,
상기 배양액 공급단계는, 상기 누적일사량이 100J/㎠이 되는 시점에 상기 배양액이 공급되는 것을 특징으로 하는 배양액 공급량 제어방법.
The method according to claim 1,
Wherein the culture liquid is supplied at a time point when the cumulative solar irradiance reaches 100 J / cm 2.
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