보충 및 단독 활용

이 기사 시리즈는 상업용 온실 생산 다중 상태 연구 프로젝트의 자원 관리에서 나온 것입니다.

도시 및 통제된 환경 농업(CEA)에 대한 새로운 관심은 지역적으로 지속 가능하게 생산되는 식품에 대한 관심이 높아지면서 나타났습니다. 소비자들은 자신의 농산물에 화학물질이 들어가지 않기를 점점 더 요구하고 있으며, 그 농산물이 어디서, 어떻게 재배되었는지 알고 싶어합니다. 분명히 도시 환경에서 작물을 생산하면 시장 근접성, 유통 기한 연장, 생산 관행에 대한 소비자 지식과 같은 주요 이점이 있습니다. 그러나 위험 물질이 없는 적합한 토지의 가용성, 높은 재산 가치와 세금, 허가 및 규정, 숙련된 노동력 찾기, 저렴한 현장 재배 제품과의 경쟁 등의 주요 과제도 있습니다. CEA의 장점은 대부분의 환경 조건을 주의 깊게 제어할 수 있어 연중 내내 생산이 가능하고 가장 높은 잠재 수확량을 보장한다는 것입니다. 일반적인 재배 구조물은 높은 터널부터 온실까지 다양합니다(그림 1), 용도가 변경된 건물(그림 2) 또는 배송 컨테이너(그림 3) 식물에 햇빛이 거의 또는 전혀 도달하지 못하게 합니다.

위도와 특정 계절에 따라 수확량 증가를 위해 자연적으로 이용 가능한 햇빛을 보충하거나 낮의 길이를 연장하거나 유일한 광원 역할을 하기 위해 전기 조명이 필요할 수 있습니다. 인간의 눈은 빛 강도의 차이를 평가하는 데 특히 능숙하지 않고 인간은 일반적으로 상대적으로 낮은 빛 강도에서도 잘 작동할 수 있기 때문에 광합성 빛 식물이 자라고 발달하는 데 얼마나 많은 양이 필요한지 인식하지 못합니다. 사실, 식물은 보통 사람이 예상하는 것보다 훨씬 더 많은 빛을 필요로 합니다. 따라서 식물 조명은 도시 작물 생산 환경의 중요한 구성 요소입니다.

CEA에서는 형광등(FL), 고강도 방전(HID), 발광 다이오드(LED) 등 세 가지 유형의 전기 램프가 일반적으로 사용됩니다. HID 램프는 크게 HPS(고압나트륨) 램프와 MH(메탈할라이드) 램프로 나눌 수 있습니다. FL 및 HID 램프는 크기와 전력량이 다양하지만 일단 설치되면 고정된 색상 스펙트럼의 빛을 생성합니다. 평균적으로 FL 램프는 공급된 전기 에너지의 약 20%를 식물이 광합성을 위해 사용하는 광합성 활성 방사선(PAR, 아래 설명)으로 변환합니다. 이는 묘목 생산 또는 조직 배양을 위해 설계된 성장 또는 발아 챔버에서 종종 사용됩니다. HID 램프의 변환 효율은 약 30%까지 증가합니다. MH 램프에서 생성되는 빛의 색상 스펙트럼에는 HPS 램프보다 파란색이 약간 더 많이 포함되어 있으며 식물이 색상에 더 충실하게 나타나도록 정원 센터에서 가장 자주 사용됩니다. HPS 램프는 장일 식물의 개화와 광합성을 촉진하는 효과적인 광 스펙트럼을 가지고 있습니다.

최근 기술 발전으로 인해 고강도 LED 램프는 광합성 광원으로 더욱 매력적이 되었습니다. 특정 색상 스펙트럼을 생성하도록 설계하거나 식물의 필요에 따라 스펙트럼을 조정할 수 있습니다. HID 램프와 달리 LED 램프는 복사열이 거의 발생하지 않으므로 잎 조직을 손상시키지 않고 식물 캐노피에 훨씬 더 가깝게 배치할 수 있습니다.그림 4 ). 그러나 LED 램프는 효율적인 작동과 최대 수명을 보장하기 위해 제거해야 하는 (대류) 열을 여전히 발생시킵니다. 식물 성장 용도로 특별히 설계된 LED 램프는 최근 양면 HPS 램프의 변환 효율을 능가했으며 앞으로 훨씬 더 높은 변환 효율에 도달할 것으로 예상됩니다. 원예용 대부분의 고강도 LED 램프에는 빨간색과 파란색 다이오드가 포함되어 있으며 사람이 식물의 실제 색상을 볼 수 있도록 흰색 다이오드가 포함될 수도 있습니다.

PAR은 식물이 광합성을 위해 활용하는 빛의 파장대(400~700nm)를 나타냅니다. 식물이 종별 수준까지 받는 PAR의 양은 광합성 속도를 높이고 궁극적으로 성장, 품질 및 수확량을 향상시킵니다. 태양 에너지의 약 45%가 400~700nm의 PAR 파장대 내에 속합니다. PAR 영역 밖의 에너지는 광합성 활성도가 낮지만 잎/꽃 색깔(즉, UV 복사는 안토시아닌 농도를 촉진할 수 있음), 줄기 신장(적색:원적색광 및 청색 복사의 비율), 개화와 같은 식물 반응에 영향을 미칠 수 있습니다. , 또한 식물 온도(적외선)를 증가시킬 수 있습니다.