전체메뉴

적색이나 청색과 같이 특정한 빛깔의 광만을 선택적으로 조사할 수 있는 발광다이오드(Light-Emitting Diode, LED)는 반도체 소자이지만 농업 분야에서는 오래전부터 인공광 뿐만 아니라 자연광 재배시설에서 작물 재배에 이용되고 있다. 태양광을 이용하는 노지나 온실과 같은 시설에서는 토경이나 수경방식을 채택하지만 인공광 재배시설인 식물공장에서는 대부분 수경방식으로 작물을 재배한다. 노지나 온실재배 삼채(뿌리부추)는 뿌리를 주로 이용하는 기능성 채소로, 관행 토경재배의 경우 신선엽 수확은 연 3~5회로 한정적이지만 엽채류 연중생산이 가능한 인공광 식물공장을 활용하여 안정적으로 신선엽을 생산할 수 있다. 

◇ 인공광 식물공장

작물을 재배할 때 태양광 대신 인공광만을 이용하는 식물공장(이하 식물공장)은 외부와 부분적 또는 완전히 차단된 인공의 환경조건에서 작물을 생산하는 농업 시스템으로, 형광등, 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode) 등의 인공광을 사용하여 작물을 재배한다. 식물공장 운용을 위해서는 재배환경을 균일하게 유지할 수 있는 센싱, 모니터링 등 스마트 기술이 필요하고 공조설비, 건축물 등 온실에 비해 초기 시설투자비가 많이 소요되며, 인공광 사용에 의한 전력소모량 증가 등의 문제점도 지적되고 있다. 그러나 식물공장은 강우, 고온 및 저온 등 외부 기상변화의 영향을 받지 않는 외부와 차단된 시설로 병충해 유입이 차단되어 방제 노력이 불필요하며 광원과 재배단 사이의 간격을 좁힌 다단식 재배장치를 활용하기 때문에 재배면적당 수확량을 증가시킬 수 있는 등의 장점으로부터 작물 안정생산 시스템으로 인정받고 있다. 특히  온도, 습도, 빛의 세기나 색깔(파장) 등 재배 환경을 노지나 온실 대비 정밀하게 제어할 수 있어 균일한 품질의 작물을 연중 생산할 수 있다. 

◇ 삼채 신선엽 연중 생산을 위해서

매운맛, 단맛과 쓴맛 등 3가지 맛이 난다고 하여 또는 어린 뿌리가 인삼과 닮았다 하여 삼채라 불리우는 삼채(뿌리부추)는 원산지가 미얀마, 부타, 인도 등으로 알려져 있다. 우리나라에서도 전북과 경북, 충북 등 일부 지역에서 생산되고 있는데, 지방 분해, 당뇨나 간기능 개선 등의 기능성이 알려지면서 뿌리 위주에서 신선엽까지 유통 부위가 확대되는 등 잎의 수요가 증가하고 있다. 삼채 잎은 노지 재배가 주를 이루고 있으며 드물게 온실에서도 재배하지만 연중 수확회수가 3~5회로 한정적이기 때문에 안정적으로 신선엽을 재배할 수 있는 기술이 필요하다. 

◇ 신선엽 생산을 위한 인공광 재배시설 활용 효과

식물공장에서 관행의 형광등과 적, 청 및 백색의 혼합 LED를 광원으로 하여 광강도를 150 μmol m-2 s-1로 제어하면서 담액방식으로 삼채를 수경재배하여 7주 간격으로 지상부 잎을 수확하였다. 온실 조건에서는 총 5회, 식물공장 조건에서는 시험 편의상 8회 수확후 재배종료하였다. 관행 재배방식과 유사한 온도 제어형 유리온실 조건에서 토경재배 시험을 수행하였으며 식물공장 재배 삼채와 생장을 비교하였다. 온실 조건에서는 3~4회차 수확기까지 수확량이 증가하였으나 5회차 수확시에는 현저히 감소하였으며, 식물공장 조건에서는 8회 수확하였으나 연 52주 기준 최소 7회까지는 신선엽 수확이 가능하여 관행 3~5회 대비 40~133% 증가하였다. 
 
삼채 재배기간 동안 엽수확량과 분지수는 식물공장 조건에서 증가하였는데, 형광등 대비 LED 조사 조건에서 증가하는 경향을 나타내었으나 광질 차이에 의한 통계적인 유의성은 인정되지 않았다. 관행 조건에서 전개엽수는 3회차 수확기까지 증가하는 경향을 보였으나 3회차 이후 급격히 감소하여 5회차 최종 수확기에는 식물체당 18매로 4회차 대비 75% 감소하는 것으로 나타났다. 반면 식물공장 조건에서는 관행 방식에 비해 오히려 7회차 수확후 엽수확량은 110% 이상, 분지수 역시 120% 이상으로 급격히 증가하였다. 또한 잎길이의 경우 관행 방식에서는 4회차 수확까지 신선엽 유통기준인 30 cm를 초과하였다. 5회차 수확시에는 15.5 cm로 약 50% 감소하여 상품성이 저하하였으나 식물공장 조건에서는 LED 조사시 38 cm, 형광등 조사시 45 cm로 유통기준을 월등히 초과하는 결과를 얻을 수 있었다. 
 
본 연구를 통하여 삼채 신선엽 생산을 위하여 관행의 삼채 토경재배 대신 식물공장을 활용하여 일반 엽채류 재배용 양액을 공급하는 수경재배 기술 적용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 재배기간을 기존 7주에서 4~5주로 단축할 수 있는 환경제어 조건을 도출하므로써 수확회수를 10~13회까지 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다. 인공광 식물공장을 활용하여 삼채 신선엽을 수경재배할 경우에는 매년 종근을 구입하여 정식하는 등의 과정을 생략하고 최소 연 1회 정식하므로서 종근 구입 및 관리를 위한 비용절감 효과도 있을 것으로 판단된다. 현재 농업공학부에서는 종근 1회 정식으로 수확할 수 있는 최대 재배기간이나 신선엽내 토경 및 수경재배시 유용성분 합성능 향상을 위한 환경제어기술에 대한 상세 연구를 수행중에 있다.