기사 출처: 농업기계화 연구 저널;

저자: Yingying Shan, Xinmin Shan, Song Gu.

수박은 대표적인 경제 작물로서 시장 수요가 높고 품질에 대한 요구 조건도 까다롭지만, 멜론이나 가지와 달리 모종 재배가 어렵습니다. 주된 이유는 수박이 햇빛을 좋아하는 작물이기 때문입니다. 수박 모종이 발아한 후 햇빛이 부족하면 과도하게 자라 뿌리가 굵어지면서 모종의 품질과 이후 생육에 심각한 악영향을 미칩니다. 수박 파종부터 이식까지는 보통 그해 12월부터 다음 해 2월까지인데, 이 시기는 기온이 가장 낮고 햇빛이 가장 부족하며 병충해 발생이 가장 심한 시기입니다. 특히 중국 남부 지역에서는 이른 봄에 10일에서 보름 동안 햇볕이 전혀 들지 않는 경우가 흔합니다. 만약 흐린 날씨와 눈이 계속된다면 모종이 대량으로 고사하여 농가에 큰 경제적 손실을 초래할 수 있습니다.

LED 재배등과 같은 인공 광원을 이용하여 햇빛이 부족한 환경에서 수박 묘목을 비롯한 작물에 "광비료"를 공급함으로써 수확량 증대, 고효율, 고품질, 병충해 저항성 향상, 무공해 재배를 달성하고 동시에 작물의 생장 및 발달을 촉진하는 방법은 수년간 농업 생산 과학자들의 핵심 연구 방향이었습니다.

최근 연구에 따르면 적색광과 청색광의 비율이 식물 묘목의 성장에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 탕다웨이(Tang Dawei) 연구팀은 오이 묘목 성장에 가장 적합한 적색광과 청색광의 비율이 R/b = 7:3임을 밝혀냈고, 가오이(Gao Yi) 연구팀은 논문에서 수세미 묘목 성장에 가장 적합한 보조 조명 구성으로 R/b = 8:1의 혼합 광원을 제시했습니다.

이전에는 형광등이나 나트륨등과 같은 인공 광원을 이용하여 묘목 실험을 시도했지만 결과가 좋지 않았습니다. 1990년대 이후로는 LED 생장등을 보조 광원으로 활용한 묘목 재배 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

LED 식물 재배등은 에너지 절약, 환경 보호, 안전성 및 신뢰성, 긴 수명, 소형, 경량, 낮은 발열량, 우수한 광 확산 또는 혼합 제어 등의 장점을 가지고 있습니다. 필요에 따라 순수한 단색광 또는 복합 스펙트럼을 얻을 수 있도록 조합할 수 있으며, 광 에너지의 유효 이용률은 80~90%에 달합니다. 따라서 재배에 가장 적합한 광원으로 여겨집니다.

현재 중국에서는 순수 LED 광원을 이용한 벼, 오이, 시금치 재배에 대한 연구가 활발히 진행되어 상당한 진전을 이루었습니다. 그러나 재배가 어려운 수박 묘목의 경우, 현재 기술은 여전히 ​​자연광 재배 단계에 머물러 있으며 LED 조명은 보조 광원으로만 사용되고 있습니다.

상기 문제점들을 고려하여, 본 논문에서는 LED 조명을 순수 광원으로 사용하여 햇빛에 의존하지 않고 수박 묘목을 재배하는 타당성과 수박 묘목 품질 향상을 위한 최적의 광속비를 연구함으로써, 시설 내 수박 묘목 광 제어에 대한 이론적 근거와 데이터적 지원을 제공하고자 한다.

A.테스트 과정 및 결과

1. 실험 재료 및 광처리

본 실험에는 수박 품종 ZAOJIA 8424를 사용하였고, 파종용 배지는 Jinhai Jinjin 3을 사용하였다. 실험 장소는 취저우시에 위치한 LED 생장등 설비를 갖춘 묘목장 공장으로 선정하였으며, 실험 광원으로는 LED 생장등 설비를 사용하였다. 실험은 총 5주기 동안 진행하였다. 각 실험 기간은 종자 침지, 발아, 묘목 생장까지 25일이었다. 광주기는 8시간으로 설정하였다. 실내 온도는 주간(7:00~17:00)에는 25~28°C, 야간(17:00~7:00)에는 15~18°C로 유지하였고, 습도는 60~80%로 유지하였다.

LED 식물 재배 조명 기구에는 적색 LED 비드와 청색 LED 비드가 사용되며, 적색광은 파장 660nm, 청색광은 파장 450nm입니다. 실험에서는 광속비가 5:1, 6:1, 7:13인 적색광과 청색광을 사용하여 비교했습니다.

2. 측정 지표 및 방법

각 주기 종료 시점에 묘목 품질 검사를 위해 3개의 묘목을 무작위로 선정했습니다. 검사 항목은 건중량, 생중량, 초장, 줄기 직경, 잎 수, 엽면적, 뿌리 길이였습니다. 초장, 줄기 직경, 뿌리 길이는 버니어 캘리퍼스로 측정했고, 잎 수와 뿌리 수는 수기로 세었으며, 건중량, 생중량, 엽면적은 자를 이용하여 계산했습니다.

3. 데이터의 통계적 분석

4. 결과

시험 결과는 표 1과 그림 1~5에 나타나 있습니다.

표 1과 그림 1~5에서 볼 수 있듯이, 광투과율이 증가함에 따라 건중량은 감소하고, 식물 높이는 증가하며(무효 길이 현상 발생), 식물 줄기는 가늘어지고 작아지며, 엽면적은 감소하고, 뿌리 길이는 점점 짧아진다.

B.결과 분석 및 평가

1. 빛과 빛이 통과하는 비율이 5:1일 때 수박 묘목의 생장이 가장 좋습니다.

2. 청색광 비율이 높은 LED 생장등에 노출된 어린 묘목의 낮은 생육 상태는 청색광이 식물 생장, 특히 줄기 생장에 뚜렷한 억제 효과를 나타내며 잎 생장에는 뚜렷한 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 적색광은 식물 생장을 촉진하며, 적색광 비율이 높을수록 식물 생장이 빨라지지만, 그 길이가 확연히 늘어나는 것을 그림 2에서 확인할 수 있습니다.

3. 식물은 생육 단계에 따라 필요한 적색광과 청색광의 비율이 다릅니다. 예를 들어, 수박 묘목은 초기 단계에는 청색광이 더 많이 필요하여 묘목의 성장을 효과적으로 억제할 수 있지만, 후기 단계에는 적색광이 더 많이 필요합니다. 청색광의 비율이 계속 높게 유지되면 묘목이 작고 키가 작아집니다.

4. 수박 모종의 초기 광량은 너무 강하면 이후 생육에 악영향을 미칠 수 있습니다. 초기에는 약한 빛을 사용하고 나중에 강한 빛을 사용하는 것이 좋습니다.

5. 적절한 LED 생장등 조도를 확보해야 합니다. 조도가 너무 낮으면 묘목의 생장이 부진하고 제대로 자라지 못하는 경우가 많습니다. 묘목의 정상적인 생장에 필요한 조도는 최소 120W/ml 이상이어야 합니다. 그러나 조도가 너무 높으면 묘목의 생장 추세 변화가 뚜렷하지 않고 에너지 소비만 증가하여 공장의 향후 활용에 불리할 수 있습니다.

C. 결과

연구 결과에 따르면 암실에서 순수 LED 광원을 사용하여 수박 묘목을 재배하는 것이 가능하며, 5:1의 광속비가 6배 또는 7배보다 수박 묘목의 성장에 더 유리한 것으로 나타났습니다. LED 기술을 수박 묘목의 산업적 재배에 적용하는 데에는 세 가지 핵심 사항이 있습니다.

1. 적색광과 청색광의 비율은 매우 중요합니다. 수박 묘목의 초기 생육에는 청색광이 너무 많은 LED 재배등을 사용하면 이후 생육에 악영향을 미칠 수 있습니다.

2. 빛의 강도는 수박 묘목의 세포 및 기관 분화에 중요한 영향을 미칩니다. 빛이 강하면 묘목이 튼튼하게 자라고, 빛이 약하면 묘목이 제대로 자라지 못합니다.

3. 묘목 단계에서, 광도가 120 μmol/m2·s 미만인 환경에서 자란 묘목과 비교했을 때, 광도가 150 μmol/m2·s 이상인 환경에서 자란 묘목은 농경지로 옮겨 심었을 때 생장이 더뎠다.

수박 묘목의 생장은 적색광과 청색광의 비율이 5:1일 때 가장 좋았습니다. 청색광과 적색광이 식물에 미치는 영향이 다르기 때문에, 최적의 조명 방법은 묘목 생장 초기에는 청색광의 비율을 적절히 높이고, 생장 후기에는 적색광을 더하는 것입니다. 즉, 초기에는 약한 빛을 사용하고, 후기에는 강한 빛을 사용하는 것이 좋습니다.