KR20160138500A - 수경 실내 원예 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종자로부터 식물을 키우는 수경 방법에 관한 것이다. 본 방법에서 상이한 성장 단계가 상이한 광합성 광자 선속 밀도 하에, 그리고 바람직하게는 특히 적색, 청색, 녹색, 및 임의로 황색 광의 서로에 대한 조절된 비 하에 수행된다. 몇몇 구체예에서, 관개는 에브 앤 플로우 현상에 의해 달성된다.
Description
본 발명은 종자로부터 식물을 키우는 수경(hydroponic) 방법에 관한 것이다.
요즘에는 식품 및 장식의 목적으로 실내에서 식물을 키우는 것이 점점 더 인기를 끌고 있다. 이에 따라, 다양한 원예 및 식물 재배 디바이스(device)가 이용가능하다.
전형적으로, 초보자들은 이미 자란 화초, 및 허브와 같은 주방 식물을 구매하는 것을 선호할 수 있다. 디바이스는 주방 식물의 수명을 연장하기 위해 제공되지만, 대부분의 경우 며칠 내지 최대 몇 주 생존이 유지될 수 있다.
보다 상급 재배자는 식물을 종자로부터 키우는 것을 선호할 수 있다. 그러나, 집안 실내 온도 및 조명 조건이 강하고, 튼튼하고, 생존가능한 모종을 얻기에 적합하지 않다. 따라서, 식물 요건에 부합하고, 생생한 모종 및 성숙 식물을 얻기 위해 보다 정교한 재배 방법 및 디바이스가 요구된다.
수경 재배(hydroponics)는 물과 영양분의 액체 용액 중에서 토양 없이 식물을 재배하는 것을 의미한다. 불행하게도, 현재 이용가능한 수경 방법 및 디바이스는 몇 가지 단점을 갖는다. 종종 디바이스가 미적이지 않거나 시끄럽거나, 단지 차선의 조명 조건을 제공한다. 또한, 디바이스가 대부분 상급 재배자에 대한 것이고, 특별한 기술을 필요로 한다.
따라서, 실내 원예를 위한 훨씬 더 정교하지만 간단하고/거나 자동화된 방법 및 디바이스가 당해 필요한 실정이다.
일 양태에서, 본 발명은 실내에서 종자로부터 식물을 키우는 수경 방법을 제공한다. 상기 방법은 i) 종자를 제공하는 단계; ii) 40 내지 140 μmol m-2s-1 광합성 광자 선속 밀도(photosynthetic photon flux density)(PPFD) 하에 종자를 발아시키는 단계; iii) 발아된 종자를 190 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 모종으로 키우는 단계; iv) 모종을 210 내지 450 μmol m-2s-1의 PPED 하에 식물생장 단계(vegetative phase)를 통해, 그리고 추가로 230 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 강 식물생장 단계를 통해 성숙 식물로 키우는 단계 및 성숙 식물을 30 내지 150 μmol m-2s-1의 PPFD 하에서 유지시키는 단계를 포함한다.
키우려는 식물에 의거하여, 상기 방법은 성숙 식물을 240 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 개화 단계를 통해 키우고/거나 성숙 식물을 240 내지 460 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 생식 단계를 통해 키우는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 특정 구체예는 종속항에서 언급된다.
본 발명의 그 밖의 목적, 구체예, 세부사항 및 이점은 하기 도면, 상세한 설명 및 실시예로부터 자명하게 될 것이다.
하기에서, 본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 바람직한 구체예에 의해 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1은 광합성 식물 색소의 흡수 스펙트럼의 개략도이다.
도 2는 실시예에서 본 발명의 방법에 따라 바질을 키우는데 사용되는 조명 및 관개 조건을 도시한 것이다.
도 3은 남핀란드에서 5월에 2.5주 동안 창턱에서 키운 바질의 사진이다.
도 4는 재배가 도 1에서와 동일한 날에 개시되나 본 발명에 의해 키운 바질의 사진이다.
도 1은 광합성 식물 색소의 흡수 스펙트럼의 개략도이다.
도 2는 실시예에서 본 발명의 방법에 따라 바질을 키우는데 사용되는 조명 및 관개 조건을 도시한 것이다.
도 3은 남핀란드에서 5월에 2.5주 동안 창턱에서 키운 바질의 사진이다.
도 4는 재배가 도 1에서와 동일한 날에 개시되나 본 발명에 의해 키운 바질의 사진이다.
본 발명은 최종 사용자 환경, 예컨대 가정, 음식점 및 기관의 주방에서 식물, 예컨대 잎이 많은 녹색채소(leafy green), 야채 같은 과일, 그 밖의 과일, 또는 화초를 키우는 수경 방법에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "잎이 많은 녹색채소"는 식품으로서 잎과 줄기가 사용되는 식물을 나타낸다. 이 용어는 야채 녹색채소 또는 잎이 많은 야채, 예컨대 상추 (예를 들면 커팅(cutting) 상추, 바타비아(batavia) 상추, 줄기 상추, 아이스버그(iceberg) 상추, 로메인 상추), 시금치 (예를 들어, 베이비 시금치, 뉴질랜드 시금치), 청경채, 다채(tatsoi), 경수채(mizuna), 카마추나(komatsuna), 차조기, 맹골드(mangold), 및, 허브, 예컨대, 루꼴라(예를 들어, 로켓 락(rocket rock)), 바질 (예를 들어, 바닐라 바질, 시나몬 바질, 레몬 바질, 레드 바질, 타이 바질, 및 부시 바질), 타임, 파슬리, 민트 (예를 들어, 그린 민트, 페퍼민트, 애플 민트), 로즈마리, 고수, 마죠람, 오레가노, 및 세이지를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "야채 같은 과일"은 야채처럼 사용되나 식물학적으로 과일인 식물을 나타낸다. 이러한 식물의 비제한적 예는 토마토, 오이, 파프리카, 및 고추를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "집중 광을 필요로 하는 식물"은 발달, 성장 및 웰빙(well-being)에 집중 광을 필요로 하는, 야채 같은 과일, 또는 그 밖의 과일 및 식물, 예컨대 약용 대마초를 나타낸다.
본 발명의 방법에 의해 키우기에 적합한 화초는 일년생 화초, 예컨대 제비꽃(예를 들어, 보라색 등 연간 꽃 (예를 들어 뿔 제비꽃(horned violet), 향기 제비꽃, 야생 팬지), 미국 사프란, 수레국화, 및 메리골드 꽃을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본원에서 사용되는 용어 "수경 재배"는 토양 없이 물 및 영양분의 액체 용액 중에서 식물을 키우는 방법을 나타낸다. 무토양 배양에서, 발아되어야 하는 종자 및 이로부터 발달되는 어떠한 모종 또는 성숙 식물을 기계적으로 지지하기 위해 인공 배지가 사용될 수 있다.
본원에서 사용 된 용어 "분무경 재배(aeroponics)"는 고영양분 미스트, 즉, 공기와 함께 영영분을 함유하는 수운(cloud of moisture)이 소정의 간격으로 뿌리에 분무되는 수경재배의 정교한 형태를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 의해 발아되어 성장되어야 하는 어떠한 종자가 일반적으로 종자를 보유하기에 충분히 단단한 물질로 구성된 시드 카트리지(seed cartridge)에 임베딩되어 제공된다. 또한, 상기 물질은 액체 영양분 용액을 식물 뿌리로 흐르게 하지만, 지속적인 침지는 뿌리를 썩게 하므로 뿌리가 용액 중에 지속적으로 침지되지 않게 하는 다공성 및 물-보유 특성을 지녀야 한다.
시드 카트리지의 형태 및 치수는 다양할 수 있지만, 전형적으로 원통이다. 카트리지는 당업자들에게 용이하게 이해되는 바와 같이 여러 상이한 물질로 구성될 수 있다. 적합한 비-유기 물질의 비제한적 예는 미네랄 울(mineral wool) 또는 미네랄 섬유, 예를 들어, 현무암 또는 펄라이트를 포함하는, 예컨대, 락울(rock wool) 또는 스톤울(stone wool)을 포함한다. 그러나, 락울이 바람직한 물질이다. 또 다른 바람직한 물질은 그것의 살균 및 항균 특성으로 인한 물이끼(sphagnum moss)이다. 또한, 그 밖의 유기 물질, 예컨대 목재 섬유, 린넨 섬유, 코이어(coir) 등이 사용될 수 있다.
요망에 따라, 시드 카트리지의 상단 표면은 불투명 또는 비-투명 커버를 포함할 수 있다. 커버의 한 가지 목적은 광 및 습도에 노출되는 경우 시드 카트리지 상단 상에 조류 및 곰팡이가 자라는 것을 방지하는 것이다. 또 다른 목적은 시드 카트리지에 적절한 수분을 유지하고, 이에 따라 발아 동안에 종자가 마르지 않게 하는 것이다.
이러한 측면은 긴 발아 기간으로 종자를 키우는 경우에 특히 중요하다. 커버는 그것을 통해 발달중 식물이 크는 것을 방해하지 않는 수-분산성 물질, 예컨대 티슈 페이퍼(tissue paper)로 제조될 수 있다.
종자로부터 식물을 키우는 것은 차별되는 단계로 나뉠 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 첫번째 단계는 종자를 모종으로 발달시키는 과정인 "발아"로 지칭된다. 일반적으로, 발아는 종자에 물이 제공되는 경우에 시작된다. 그 결과, 가수 분해 효소가 활성화되어 종자에 저장되어 있는 식품 비축물(food reserves), 예컨대 전분, 단백질, 오일을 성장 과정을 위한 에너지 및 대사적으로 유용한 화학물질로 분해하기 시작한다. 또한, 수분의 흡수는 종자 외피의 팽윤 및 파괴를 유도한다. 종자 외피로부터 출현하는 모종의 첫번째 부분은 뿌리, 그 다음에 싹, 및 최종적으로 종자 잎(즉, 떡잎)이다. 이때까지, 종자의 식품 비축물은 전형적으로 소모되고, 지속되는 성장에 요구되는 미래 에너지가 광합성에 의해 제공되게 된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 종자 잎의 출현은 발아 단계를 끝낸다. 발아 단계 기간의 전형적인, 비제한적인 예는 약 7일 내지 약 10일이다.
식물 성장의 제2 단계는 "모종 단계"로 불리우며, 본원에서 사용되는 바와 같이 종자 잎의 출현에서부터 약 2~3 센티미터, 예컨대 3 센티미터에 이른다. 정확한 측정은 당업자들에게 용이하게 이해되는 바와 같이 예를 들어 식물 종에 의거하여 달라질 수 있다. 어떤 경우에, 모든 모종은 영양분이 풍부하며, 종종 요리의 즐거움인 것으로 간주된다.
식물 생의 다음 성장 단계는 "식물생장 단계"과 "강 식물생장 단계"로 불린다. 이들 두 성장 단계의 구분은 성장 속도에 근거한다. 초기 식물생장 단계, 즉, 유도기(lag phase) 동안, 식물 성장 속도는 느리다. 그러나, 강한 식물생장 단계 동안, 성장 속도는 기하급수적인 속도로 급격히 증가한다. 이들 두 단계 동안, 식물은, 키우려는 식물에 의거하여 개화 단계, 생식 단계, 또는 유지 단계 중 하나인 다음 단계의 개시 전에 가능한 한 많이 크기 위해 광합성이 매우 활발하다. 어떠한 적합한 단계를 통해 식물이 성장하는 지는 당업자들에게 자명하다.
때로는, 강 식물생장 단계, 개화 단계 및 생식 단계 간에 어떠한 정확한 선을 끌어내기가 어려울 수 있다. 예를 들어, 식물의 상이한 부분들이 상이한 성장 단계에 있을 수 있고, 식물 종에 의거하여 개화 단계의 처음 몇 주는 사실상 줄기 및 잎의 빠른 신장 및 성장이 있는, 보다 식물생장 단계일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "생식 단계"는 식물의 에너지가 주로 열매를 생성시키는 방향으로 작용되는 성장 단계를 나타낸다. 따라서, 본 발명의 방법에서 이러한 단계를 포함하는 것은 특히 야채 같은 과일, 토마토, 호박, 파프리카 및 고추에 적용된다.
본원에서 사용되는 용어 "유지 단계"는 식물이 더 이상 유의하게 신장되지 않는 정지 단계를 나타낸다. 또한, 이 단계는 "지지" 또는 "수확" 단계로서 지칭될 수 있다.
본 발명의 성장 단계는 상기 언급된 단계 전부 또는 이들 중 일부 만을 포함할 수 있다. 즉, 본 방법은 발아 단계로만 구성될 수도 있고, 발아에서 모종 단계, 초기 식물생장 단계, 강 식물생장 단계, 또는 개화 또는 유지 단계 중 어느 하나의 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 발아된 종자, 새순, 모종, 또는 성숙 식물을 얻는데 사용될 수 있다. 각 경우에, 본 발명의 방법을 위한 출발 물질은 바람직하게는 시드 카트리지에 제공된 식물 종자이다.
식물은 이들의 성장 및 발달을 위해 에너지를 필요로 한다. 에너지는 엽록소, 즉 식물에서 발견되는 녹색 색소가 광 에너지를 사용하여 물 및 이산화탄소를 단순당 및 산소로 변환시키는 방법인 광합성을 통해 햇빛으로부터 얻어진다. 이후, 이들 단순 당은 에너지 비축물로서 또는 식물의 구조적 구성요소로서 사용되는 보다 복잡한 당 및 전분을 만드는데 사용된다. 광합성을 위해, 식물은 대략 육안으로 볼 수 있는 광의 범위에 상응하는 400 내지 700 나노 미터 파장 범위의 햇빛을 사용할 수 있다. 이러한 스펙트럼의 부분은 광합성 유효 복사(photosynthetically active radiation) (PAR)로서 알려져 있으며, 이는 태양 에너지의 단지 37 %를 차지하고, 태양 에너지는 62%는 적외선 파장 (> 700 nm의), 그리고 나머지 1 %는 자외선(200 내지 400 nm)이 차지한다.
식물에 있어서, 엽록소 a는 광합성에 연루된 주 색소인 반면, 엽록소 b는 보조 색소로서 작용하고 광합성 동안 흡수되는 광의 스펙트럼을 넓힌다. 광합성 식물 색소 및 이의 흡수 스펙트럼은 표 1 및 도 1에 요약된다. 엽록소 a는 약 400 내지 450nm 및 650 내지 700 nm의 파장에서 흡수 피크를 갖고; 엽록소 b는 450 내지 500 nm 및 600 내지 650 nm에서 흡수 피크를 갖는다. 청색 스펙트럼, 즉, 약 400 내지 500 nm, 더욱 구체적으로 약 420 내지 약 480 nm가 주로 식물생장관련 잎 성장을 담당한다. 적색 스펙트럼, 즉 약 600 내지 700 nm, 더욱 구체적으로 약 640 내지 약 690 nm은 또한 발아 및 뿌리 발달에 특히 중요하다. 또한, 청색 광에 결합되는 경우 적색 광은 개화를 조장한다. 다른 한편, 식물은 녹색-황색 영역에서 잘 흡수하지 않고, 대신 반사한다. 이는 식물이 육안으로 녹색으로 보이는 이유이다.
표 1 광합성 색소의 요약 및 청색광, 녹색광 및 적색광 스펙트럼의 효과
상기에 따르면, 본 발명의 방법은 하나 이상의 인공 광원, 예컨대 광합성에 적합한 전자기 스펙트럼을 방출함으로써 식물 성장 및 발달을 촉진하도록 설계된, 발광 다이오드(light emitting diode)(LED)를 사용한다. 식물이 녹색광을 잘 흡수하지 못하더라도, 녹색 스펙트럼, 즉 약 500 내지 600 nm, 더욱 구체적으로 약 510 내지 약 540 nm가, 특히 식물에 의해 반사된 녹색 색상을 가중시키기 위해 본 발명의 방법의 식물생장관련 성장 및 유지 단계에 사용될 수 있다. 식물 광에서 녹색 스펙트럼을 포함시키는 것은 사람 눈에 쾌적하고 심미적인 전체 조명 색상을 제공하는데 특히 중요하다. 사람은 청색-적색 조명 조건에서 기분이 좋지 않은 것으로 확립되어 있다. 따라서, 녹색 광은 사람의 웰빙에 중요하다.
엽록소 b는 황색-오렌지색 광을 어느 정도 흡수한다. 따라서, 요망에 따라, 본 발명의 방법에서 사용되는 식물 광은 또한 황색 스펙트럼, 즉, 약 560 내지 약 620 nm를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 인공 광원은 키우려는 식물 위로 조절가능하게 위치한 광 유닛(light unit)으로 제공될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 별도의 LED가 본 발명의 방법에서 어떠한 요망하는 조합으로 사용하려는 각각의 광의 스펙트럼 범위에 대해 사용될 수 있다. 더욱 바람직한 구체예에서, 각 식물은 상호 비례 수준의 광방사(photoradiation)가 재배되는 식물의 성장 단계 및/또는 요구에 의거하여 조절될 수 있는, 적색 발광 LED, 청색 발광 LED, 및 녹색 발광 LDE 하에 성장한다. 광의 스펙트럼 특성은 연속적으로 또는 단계적으로 조정될 수 있다.
LED에 의해 방출된 광의 파장, 및 이에 따라 광의 색상은 LED를 통해 전류를 제어함으로써 조정가능하다. LED 피크 파장은 LED 기술의 범위 내에서 바뀔 수 있다. 따라서, 상이한 우세 파장을 갖는 LED는 우세 파장들 간의 스펙트럼 범위를 연합하여 커버하도록, 그리고 보다 폭 넓게 조절될 수 있다.
적당한 스펙트럼 범위 이외에, 식물에 대한 인공 광원은 또한 식물 요건을 부합하기 위해 충분한 광 세기를 제공해야 한다. LED 기술에서, 방출되는 광의 세기는 당해 널리 공지되어 있는 바와 같이 LED를 통해 전압을 제어함으로써 조정가능하다.
광합성 유효 방사(PAR)은 일반적으로 광합성 광자 선속 밀도(photosynthetic photon flux density)(PPFD)의 척도인 μmol 광자 m-2s-1(제곱미터당 초당 광자의 마이크로몰)로서 정량화된다. 남반구에서, 여름 동안 밤의 전체 햇빛은 약 2000 PPFD이고, 겨울 동안은 약 1000 PPFD이다. 전형적으로, 식물은 이들의 성장 및 발달을 위해 약 200 내지 약 700 μmol m-2s-1의 PPFD를 필요로 한다. 더욱 구체적으로는, 다수의 잎이 많은 녹색채소, 예컨대, 상추, 샐러드, 및 허브는 약 200 내지 약 400 μmol m-2s-1의 PPFD를 필요로 하는 반면, 집중 광을 필요로 하는 다수의 야채 같은 과일 또는 그 밖의 식물, 예컨대 토마토, 고추, 파프리카 및 약용 대마초는 약 400 내지 약 700 μmol m-2s-1의 PPFD를 필요로 한다. 특히, 전형적인 실내 조명 조건은 약 15 μmol m-2s-1이다. 따라서, 인공 광원에 의해 제공되는 충분한 광 세기는 맛이 좋거나 아주 활짝핀 건실하고 튼튼한 성숙 식물을 키우는데 중요하다. 그러나, 다수의 현재 이용가능한 실내 원예 디바이스는 충분한 광 세기의 요건을 충족시키지 못한다.
본 발명의 방법에서, 약 100 내지 약 400 μmol m-2s-1의 PPFD가 키우려는 식물의 성장 단계 및/또는 요건에 의거하여 다수의 잎이 많은 녹색채소, 허브, 화초 등에 사용된다. 몇몇 바람직한 구체예에서, 약 40 내지 약 140 μmol m-2s-1의 PPFD가 발아 단계에서 사용되고/거나, 약 190 내지 약 370 μmol m-2s-1의 PPFD가 모종 단계에서 사용되고/거나, 약 210 내지 약 410 μmol m-2s-1의 PPFD가 초기 식물생장 단계에서 사용되고/거나, 약 230 내지 약 450 μmol m-2s-1의 PPFD가 강 식물생장 단계에서 사용되고/거나, 약 240 내지 약 460 μmol m-2s-1의 PPFD가 가능한 개화 단계에서 사용되고/거나, 약 240 내지 약 460 μmol m-2s-1의 PPFD가 가능한 생식 단계에서 사용되고/거나 약 30 내지 약 140 μmol m-2s-1의 PPFD가 유지 단계에서 사용된다. 상이한 광 스펙트럼 간의 바람직한, 및 더욱 바람직한 비의 비제한적 예가 표 2에 제시된다.
표 2 잎이 많은 녹색채소, 허브 및 화초의 상이한 성장 단계에서의 바람직한 광 파라미터
본 발명의 방법에서, 약 300 내지 약 700 μmol m-2s-1의 PPFD가 키우려는 식물의 성장 단계 및/또는 요건에 의거하여 다수의 야채 같은 과일 및 그 밖의 식물에 사용된다. 몇몇 바람직한 구체예에서, 약 40 내지 약 140 μmol m-2s-1의 PPFD가 발아 단계에서 사용되고/거나, 약 300 내지 약 450 μmol m-2s-1의 PPFD가 모종 단계에서 사용되고/거나, 약 300 내지 약 450 μmol m-2s-1의 PPFD가 초기 식물생장 단계에서 사용되고/거나, 약 350 내지 약 700 μmol m-2s-1의 PPFD가 강 식물생장 단계에서 사용되고/거나, 약 350 내지 약 700 μmol m-2s-1의 PPFD가 가능한 개화 단계에서 사용되고/거나, 약 300 내지 약 450 μmol m-2s-1의 PPFD가 가능한 생식 단계에서 사용되고/거나 약 30 내지 약 140 μmol m-2s-1의 PPFD가 유지 단계에서 사용된다. 상이한 광 스펙트럼 간의 바람직한, 및 더욱 바람직한 비의 비제한적 예가 표 3에 제시된다.
표 3 집중 광을 필요로 하는 야채같은 과일 및 그 밖의 식물(예를 들어, 토마토, 고추, 호박, 약용 대마초)의 상이한 성장 단계에서 바람직한 광 파라미터
식물의 성장 및 발달에 영향을 미치는 추가의 파라미터는 식물이 광에 노출되는 24시간 내의 기간을 나타내는 "광의 지속기간"이다. 일반적으로, 그러나 필수적이지는 않게, 본 발명의 재배 방법에서 광의 지속기간은 식물 종 및 해당 성장 단계와 같은 상이한 변수에 의거하여 12 내지 24시간에서 달라질 수 있다. 몇몇 바람직한 구체예에서, 광의 지속기간은 독립적으로 발아 단계에서 약 12 내지 약 16시간, 모종 단계에서 약 16 내지 약 24 시간, 초기 식물생장 단계에서 약 16 내지 약 24 시간, 강 식물생장 단계에서 약 16 내지 약 24 시간, 개화 단계(적용가능한 경우)에서 약 16 내지 약 24 시간, 및/또는 유지 단계에서 약 12 내지 약 16시간으로 달라질 수 있다. 광에 장시간 노출을 필요로 하는 식물의 비제한적 예로는 토마토, 고추, 파프리카 및 약용 대마초를 포함한다.
본 발명에서 성장 단계에서 다른 단계로의 전이는 상기 언급된 바와 같이 광에서의 조절이 요구된다. 조절은 수동으로 또는 자동으로 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 자동 조정은 모종 높이 측정 또는 머신 비전(machine vision), 3D 측정, 적외선 측정, 엽록소 측정, 초음파 측정, 질량 측정 등에 의한 식물 성장을 토대로 할 수 있다. 수동 조절은 예를 들어, 하나 이상의 연장부, 예컨대 지능형 연장부를 사용하여 달성될 수 있으며, 이는 광원을 위로 들어올려 연장부에 보다 많은 공간을 제공하고, 동시에 인공 식물 광의 세기 및 스펙트럼 특징을 조절한다. 수동 조절은 교육적 목적에 특히 바람직할 수 있다. 따라서, 식물 성장에 대한 상이한 광 조건의 효과가 연구될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 광합성은 이산화탄소를 필요로 한다. 전형적으로, 본 발명의 식물 재배 방법이 개방된 원예 디바이스로 집안 환경에서 수행되는 경우, 이산화탄소가 식물에 공급되지 않는다. 이는 최종 사용자 자신이 호흡시 충분량의 이산화탄소를 제공하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 방법이 바람직하게는 폐쇄된 디바이스에서 대규모로 수행되는 경우, 식물은 약 340 내지 약 1000 ppm의 C02 하에 성장될 수 있다. 요망에 따라, 이러한 범위 내에 있는 더욱 특정된 값이 상이한 성장 단계에 대해 독립적으로 선택될 수 있다.
본 발명의 방법은 실내에서 수행되어야 하기 때문에, 일반적으로 온도 조절이 필요하지 않다. 그러나, 키우려는 식물의 특정 요건에 의거하여, 본 발명의 방법은 본 발명의 방법의 하나 이상의 성장 단계 동안 가열 또는 냉각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 식물 종은 시원한 또는 심지어 추운 환경에서 보다 잘 발아된다.
적당하고, 충분한 광방사선 이외에, 식물은 이들의 성장 및 발달을 위해 물을 필요로 한다. 몇몇 구체예에서, 본 발명의 방법은 수경 재배의 기본 유형, 즉, 침수 및 배수로도 불리우는, 에브 앤 플로우(ebb and flow) 중 하나에 의거한다. 이러한 시스템에서, 수경 용액, 즉, 물 및 영양분은 시드 카트리지 또는 키우려는 식물에 주기적으로 펌핑되고, 하부에 있는 저장소로 다시 배수되게 된다. 이러한 에브 앤 플로우 사이클은 변수, 예컨대, 온도, 성장 단계, 및 키우려는 식물의 특정 요건에 의거하여 하루에 수회, 예를 들어, 2 내지 4회 반복된다. 몇몇 바람직한 구체예에서, 관개는 발아 단계 동안 이틀에 한번 내지 하루에 한번 수행되고, 모종 단계 동안은 하루에 1 내지 2회 수행되고, 초기 식물생장 단계 동안은 하루에 2 내지 6회 수행되고, 강 식물생장 단계 동안은 하루에 6 내지 10회 수행되고, 개화 단계 및 생식 단계(적용가능한 경우) 동안은 하루에 및/또는 유지 단계 동안은 3 내지 6일에 6회 내지 10회 수행된다. 그러나, 본 발명의 방법이 어떠한 특정 관개 스케쥴로 제한되는 것은 아니다.
에브 앤 플로우 방식은 통상적으로 온실에서만 사용되는 전문적인 관개 시스템이다. 그러나, 본 발명의 방법은 최종 사용자 환경에 사용하기 쉽고 적합한 폐쇄형 자동 시스템으로 통상적인 수경 재배와 에브 앤 플로우 방식을 결합시킨다.
에브 앤 플로우 방식은 여러 이점을 제공한다. 예를 들어, 뿌리가 지속적으로 물에 침지되지 않고, 이에 따라 썩을 위험이 최소화된다. 또한, 펌프가 하루에 단지 몇번만 작동하기 때문에, 이 방법은 많은 현재 이용가능한 가정용 정원 디바이스와는 대조적으로 조용하다. 펌프의 가동은 연속적으로 또는 단계적으로 조절될 수 있다.
몇몇 다른 구체예에서, 본 발명의 방법은 분무경 재배에 의거한다. 이러한 시스템에서, 분무경 용액, 즉, 물, 영양분 및 공기가 키우려는 식물의 종자 또는 뿌리에 주기적으로 분무된다. 분무 간격은 여러 변수, 예컨대, 온도, 키우려는 식물의 성장 단계 및 특정 요건에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.
에브 앤 플로우 방식에서와 같이, 분무경 재배 방식은 여러 이점을 제공한다. 예를 들어, 뿌리가 지속적으로 물에 침지되지 않고, 이에 따라 썩을 위험이 최소화된다. 또한, 펌프가 하루에 단지 몇번만 작동하기 때문에, 이 방법은 많은 현재 이용가능한 가정용 정원 디바이스와는 대조적으로 조용한 방법이다. 펌프의 가동은 연속적으로 또는 단계적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 방법은 물을 시스템에 첨가하는 시기인 경우, 예를 들어 소리 또는 광 인디케이터(indicator)에 의해 경고하는 메커니즘을 포함할 수 있다.
당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 발명의 방법에서 사용되는 영양분 조성물은 여러 변수, 예컨대 키우려는 식물 종 및 해당 성장 단계에 의거하여 달라질 수 있다. 허브를 키우는데 특히 적합한, 바람직한 영양분 조성물에서, 질소(N), 인(P), 및 칼륨이 각각 11:3:21의 비로 존재한다. 일반적으로, 질소는 광합성 및 잎의 성장 및 식물생장을 촉진시키는데 중요하고; 인은 뿌리 성장, 개화 및 대사 과정을 촉진시키는데 중요한 반면, 칼륨은 식물 스트레스 내성에 중요하고, 식물 세포의 내측 및 외측에서 수압을 조절하는데 중요하다. 바람직한 영양분 조성물에 포함되어야 하는 적합한 미량 원소는 당업자에게 자명하다.
광 및 물주기 두 가지는 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다. 수동 조절은 교육적 목적에 특히 바람직할 수 있다. 따라서, 식물 성장에 대한 상이한 광 및 물주기 조건의 효과가 연구될 수 있다.
추가로, 광 및 관개 둘 모두는 키우려는 식물에 충분한 광 및 물을 제공하는 소위 휴일 모드로 설정됨으로써 식물을 살아있게 하지만 크게 키우지는 않을 수 있다.
조류(algae)의 형성이 실내 정원에서 특별한 문제점이다. 본 발명의 방법에서, 이러한 문제점은 여러 방식으로 피해질 수 있다. 일 구체예에서, 수경 또는 분무경 용액의 저장소에 형성되어 있는 어떠한 조류를 죽이기 위해 UV 광이 사용된다. 조류는 이들의 전파에 광을 필요로 하기 때문에, 이들의 성장을 억제하는 한 가지 방법은 비-투명 물질로 저장소를 구성하는 것이다.
일반적으로, 본 발명의 방법은 그것의 형태 및 크기가 달라질 수 있는 디바이스에서 수행될 수 있다. 소정 구체예에서, 디바이스는 가정용 용도에 특히 적합한 카운터탑 가든(countertop garden)이다. 몇몇 다른 구체예에서, 디바이스는 보다 높은 수확률이 요망되는 환경에 사용하기에 특히 적합한 다층 적층 시스템, 예컨대 플랜트 팩토리(plant factory)이다. 이러한 환경의 비제한적 예는 음식점 및 기관 주방을 포함한다.
본 발명의 방법의 이점 중 하나는 낮은 탄소 영향으로 높은 수확률이 얻어질 수 있다는 점이다. 따라서, 본 발명의 방법은 환경적으로 건강하다. 이는, 적어도 부분적으로, 본 발명의 방법은 가열, 냉각, 또는 CO2의 첨가를 필요로 하지 않기 때문이다. 세계적으로 가장 효율적인 온실은 대략 80 내지 100 kg m-2의 수확률로 상추를 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 세계적으로 가장 효율적인 온실의 에너지 소비의 단지 1/10을 사용하여 대략 60 kg m-2의 상추를 생산할 수 있다. 더욱 일반적인 관점에서, 본 발명의 방법은 통상적인 온실보다 90% 더 적은 에너지로 1 kg 질량의 녹색채소를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 매우 에너지 효율적이고, 도시 환경에서 분산된 식품 생산을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 살충제 또는 살균제가 식품 생산에 요구되지 않는다는 점이다. 이는 예를 들어, 본 발명의 방법이 실내 폐쇄된 관개 시스템에서 수행되는 것이고, 관개 시스템에 UV 살균이 제공될 수 있고, 시드 카트리지의 물질, 예컨대 락울이 순수하고, 무균이기 때문이다.
실시예
하기 실시예는 남부 핀란드에서 5월에 수행되었다.
바질 종자를 락울로 제조된 8개의 카트리지에 임베딩(embedding)하였다. 시드 카트리지 중 4개를 플라스틱 용기 내에 두고, 나머지 4개의 시드 카트리지를, 본 발명의 식물 재배 방법을 수행하기 위해 설계된 카운터탑-사이징된 원예 디바이스 내에 두었다. 플라스틱 용기를 남쪽 창턱에 유지시키는 반면, 원예 디바이스의 인공 광을 도 2에 도시된 바와 같이 조절하였다.
두 시스템을 동일한 횟수로 관개하였으나, 원예 디바이스에서는 에브 앤 플로우 관개를 사용하였다.
본 발명의 방법에 의해, 창턱에서 수행된 방법에 의해 얻어진 것과 비교하여 20 내지 30% 더 높은 발아율이 달성되었다. 도 3 및 4는 각각 창턱 방법 및 본 발명의 방법의 개시 후 2.5주에 찍은 사진을 나타낸다. 도 3에 도시된 모종은 수확을 이루기에 충분히 생존가능하지 않음이 명백하다. 다른 한편, 본 발명의 방법에 의해 생산된 바질 모종은 사진을 찍었을 때 이미 강하고, 튼튼하고, 생생하고, 맛이 났다.
기술이 진보함에 따라, 본 발명의 개념은 다양한 방식으로 실시될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명 및 이의 구체예는 상기 기술된 실시예로 제한되지 않고, 청구범위의 범위 내에서 달라질 수 있다.
Claims (16)
- 실내에서 종자로부터 식물을 키우는 수경 방법으로서,
i) 종자를 제공하는 단계;
ii) 40 내지 140 μmol m-2s-1의 광합성 광자 선속 밀도(photosynthetic photon flux density)(PPFD) 하에 종자를 발아시키는 단계;
iii) 발아된 종자를 190 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 모종으로 키우는 단계;
iv) 모종을 210 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 식물생장 단계 (vegetative phase)를 통해; 그리고 추가로 230 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 강 식물생장 단계(strong vegetative phase)를 통해 성숙 식물로 키우는 단계; 및
v) 30 내지 150 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 성숙 식물을 유지시키는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 성숙 식물을 240 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 개화 단계를 통해 키우는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 성숙 식물을 240 내지 460 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 생식 단계(generative phase)를 통해 키우는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 iii)가 190 내지 370 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되고, 단계 iv)가 식물생장 단계에서 210 내지 410 μmol m-2s-1의 PPFD 하에, 그리고 추가로 강 식물생장 단계에서 230 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되고, 단계 v)가 30 내지 140 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되는 방법.
- 제4항에 있어서, 단계 ii)에서, 20 내지 60 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 20 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iii)에서 70 내지 110 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 90 내지 170 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 30 내지 70 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 0 내지 20 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iv)의 식물생장 단계에서, 80 내지 120 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 100 내지 180 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 30 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 0 내지 30 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iv)의 강 식물생장 단계에서, 60 내지 120 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 120 내지 190 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 30 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 임의로, 20 내지 60 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 v)에서 30 내지 140 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 10 내지 50 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 10 내지 40 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있는 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서, 성숙 식물을 240 내지 460 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 개화 단계 및/또는 생식 단계를 통해 키우는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 개화 단계 및/또는 생식 단계에서 100 내지 160 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 90 내지 160 μmol m-2s-1가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 30 내지 80 μmol m-2s-1가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 임의로, 20 내지 60 μmol m-2s-1가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있는 방법.
- 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 식물이 잎이 많은 녹색채소(leafy green), 허브(herb) 또는 화초(flower)인 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 iii)가 300 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되고, 단계 iv)가 식물생장 단계에서 300 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에, 그리고 추가로 강 식물생장 단계에서 300 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되고, 단계 v)가 100 내지 150 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 수행되는 방법.
- 제8항에 있어서,
단계 ii)에서, 40 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 40 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iii)에서 100 내지 200 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 100 내지 200 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 50 내지 100 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 0 내지 20 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iv)의 식물생장 단계에서, 100 내지 200 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 100 내지 180 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 50 내지 100 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 0 내지 30 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 iv)의 강 식물생장 단계에서, 150 내지 300 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 120 내지 190 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 80 내지 180 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 임의로, 20 내지 60 μmol m-2s-1의 PPFD가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있고/거나;
단계 v)에서 40 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 40 내지 80 μmol m-2s-1의 PPFD가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 10 내지 40 μmol m-2s-1의 PPFD가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있는 방법. - 제9항 또는 제10항에 있어서, 성숙 식물을 350 내지 700 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 개화 단계를 통해 키우는 단계로서, 바람직하게는 100 내지 160 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 120 내지 190 μmol m-2s-1가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 80 내지 180 μmol m-2s-1가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 임의로, 20 내지 60 μmol m-2s-1가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 성숙 식물을 300 내지 450 μmol m-2s-1의 PPFD 하에 생식 단계를 통해 키우는 단계로서, 바람직하게는 100 내지 200 μmol m-2s-1의 PPFD가 640 내지 690 nm의 적색 스펙트럼 내에 있고, 100 내지 180 μmol m-2s-1가 400 내지 480 nm의 청색 스펙트럼 내에 있고, 50 내지 100 μmol m-2s-1가 510 내지 540 nm의 녹색 스펙트럼 내에 있고, 0 내지 30 μmol m-2s-1가 560-620 nm의 황색 스펙트럼 내에 있는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 식물이 집중 광을 요하는 야채같은 과일 또는 그 밖의 식물인 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 종자가 시드 카트리지(seed cartridge)에 제공되는 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 키우려는 종자 또는 식물이 에브 앤 플로우(ebb and flow) 현상에 의해 관개되는 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 키우려는 종자 또는 식물이 분무경으로(aeroponically)으로 관개되는 방법.
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