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기술자료실

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식물공장에서의 수확량 증대를 위한 연구(진행중)
작 성 자
박후원
16/10/13 (IP:211.224.140.188)

저희 회사 홈피를 찾아주시는 고객 여러분, 그리고 독자 여러분, 안녕하십니까?
그동안 제가 저희 회사 홈피에 글을 많이 올리지 못해 송구합니다.
특히 기술자료실난에, 그리고 시험, 연구에 관한 글이 뜸해서 제가 할 일을 잊고 있는건 아닌지 의아해 하셨겠지요?

저는 요즘 식물공장에서의 년 36회 수확, 또는 그 정도 횟수에 가까운 수확을 할 수 있는 방법을 시험 연구중에 있습니다.

1, 식물공장에서의 수확량 증대방안

1-1, 연중 수확횟수를 증가한다.

재배면적이 정해져 있는 식물공장에서의 수확증대 방법으로는 연중 수확횟수를 더 많이 늘이는 방법 밖에 없습니다.

연 36회 수확이라면, 당연히 10일 마다 한번씩 수확을 한다는 말인데, 아무리 재주가 뛰어나다고 하더라도 식물의 씨앗을 파종해서 그 식물이 10 일만에 다 자라서 수확을 할수 있게 키울 수는 없습니다.
그러나 마치 연 36회 수확을 하듯 식물의 수확량을 늘리는 방법으로 식물을  재배하는 방법은 있을 수 있습니다.

현재의 식물공장에서는, 식물을 재배하는데 재배상과 육묘장으로 구분해서 식물을 키웁니다.

그런데, 욕묘장에서는 가로 세로 각 2.5cm 폭의 면적(6.25㎠)에 씨앗을 하나씩 심어서 씨앗이 싹을 틔우고 자라기 시작해서 덩치가 차츰 커지고  육묘장에서 자산이 차지할 수 있는 공간을 모두 차지하게 되면, 이제는 모종을 들어내 재배상으로 옮겨야 합니다.

그런데 재배상에서의 한 포기당 면적은 가로 세로 25cm 씩 주어져 있으니까, 전체 면적은 625㎠ 가 되어, 육묘장 면적의 100 배가 됩니다.

즉 재배상에서의 식물 한 포기가 차지하는 면적은 육묘장 면적의 100배가 되는데, 이 말은 육묘장은 재배상 면적의 100분지 1밖에 안된다는 이야깁니다.

그러면 이런 육묘장과 재배상 면적 대비를 볼 때, 만일 어떤  엽채류 식물의 라이프 타임(파종되어서 수확하기까지의 기간)을 50일로 본다면, 그리고 그 중 25일을 육묘장에서 자랐고, 나머지 25일 을 재배상에서 자랐다면, 이 식물의 재배기간을 얼마로 보아야 할까요?

물론 식물을 파종해서 수확하기 까지 50일이 걸리기는 했지만, 그 중 25일은 재배상 면적의 100분지 1 밖에 안되는  좁은 면적의 육묘장애서 자랐으므로, 경제적 측면에서 본다면, 육묘장에서의 25일동안은 재배면적도 좁고, 빛을 비춰주는 양도 적었고,  물과 양액도 조금밖에 소모하지 않았을 것이므로, 이 때의 경제적인 부담도 100분지 1 쯤으로 적었으리라는 추측을 해 볼 수 있습니다.
 
그러므로 육묘장에서의  재배기간은  잠시 무시한 채, 이 식물을 재배하는 데는 단지 25일이 걸렸다고 말해도 되겠지요.(단지 1% 만의 노력이 더 들어간 점은 있지만).

이런 이유로 해서, 식물공장에서는 식물을, 재배상에서 기르는 시간만을 계산해서 1년에 36회 수확한다고 말할 수도 있습니다.
식물의 라이프 타임을 보는 것이 보는  것이 아니라, 식물을 재배하는데 투입되는  경제적 효과만을 보면 그렇다는 이야기입니다.
 
그런데, 육묘장에서 재배상으로 이사갈 때, 집의 크기가 갑자기 100배나 늘어난다면 이 또한 합리적이지는  않다고 봅니다.
그럼 이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?

그 방법으로는  육묘장에서 다 자란 모종을 바로 재배상으로 옮길 것이 아니라, " 중간 육묘장" 을 하나 더 설치해 두어, 이곳에서 다시 한동안 자라게 했다가 그 다음 재배상으로 옮기는 방법을 쓰면 되겠지요.

그 방법은 이렇습니다.

만일 어떤 식물이 파종에서 수확까지, 50일이 걸린다면, 먼저 진짜 육묘장(제 1 육묘장)에서
싹을 틔우고 난 후 20일 간을 이곳에서 자라게 한 후, 이번에는 중간 육묘장(제 2 육묘장) 으로 옮겨  다시 20일 동안 키운 후 , 그 다음에 재배상으로 옮겨 10일 간 재배해서 수확을 하는 방법입니다.

즉 제 1 육묘장에서 20일간 재배하고, 제 2 육묘장에서 다시  20일간 재배한 후 본격적으로 재배상에 옮겨서 10 일 동안만  키운 후 수확을 한다면 어떻게 될까요?

만일, 제 1 육묘장에서의 식물 한 포기 당의 면적을 1 로 하고, 제 2 육묘장에서는 한 포기당의 면적을 4 정도로 하고, 재배상에서의 면적을 100 으로 한다면, 그리고, 제 1 육묘장에서의 재배기간을 20일, 제 2 육묘장에서의 재배기간을 20일, 그리고 마지막으로 재배상에서의 재배기간을 10일로 한다면, 
이런 구조의 식물공장에서의 전체 재배면적은 재배상 면적 100, 제 1 육묘장 면적 2, (면적은 재배상의 100분지 1이지만 재배기간은 재배상에서 보다 2 배 더 오래되므로), 제 2 육묘장 면적 8(면적은 4 이나, 식물의 이곳에서의 체류기간이 재배상에서 보다 2배 더 오래되므로) 이 되어, 전체 합계 식물공장 면적은 100+2+8 에서 110 이 되지만  재배상의 면적은 100이므로  100의 면적에서 생산되는 식물을 매 10일 마다(연 36회) 수확할수 있다는 계산입니다. 

그러나, 위의 방식에 따른다고 하여도, 육묘장의 채소 1 포기당 면적대비 보다 재배상에서의 1포기당 면적이 육묘장보다 100배 늘어난 다는 것은 좀 지나치다는 감이 있습니다.
그래서, 실질적인 구성으로는, 육묘장에서의 채소 1 포기당 면적을 9 ㎠ (3*3 cm)로 하고, 재배상에서의 1포기당 면적은 576㎠ (24*24 cm) 로 해서, 재배상에서의 면적이 육묘장에서의 면적보다 64배가 되는 걸로 합니다.
그러면 제 2 육묘장의 면적은 대략 36㎠(6*6cm, 육묘장의 4배) 정도가 되면 적당하지 않을까요?

그래서, 식물을 제 1육묘장에서 20일, 제 2 육묘장에서 20일을 재배한 후 재배상으로 옮겨 이곳에서 10일간을 재배해서 출고하는 것이 가장 적합하디고 봅니다.

(Fig 1,) 제 1 육묘장, 제 2 육묘장, 재배상의 면적을 실제 크기 비율로 그려놓은 모양



아래의 그림에서와 같이, 식물은 제 1 육묘장에 파종되어 여기서  자리를 잡고 싹을 틔우고 자란다.
식물은 이때, 왕성하게 자라나, 처음 싹을 틔운 후 이므로 비록 왕성하게 자라더라도 그리 큰 면적을 차지하지는 못한다.
그러므로 식물은 이곳 제 1 육묘장에서 20일을 자라게 된다. 20일 후가 되면 식물은 거의 3*3 cm 까지 자라게 되어 제 2 육묘장으로 옮겨야 할 만큼 자란 상태가 된다. 
제 2 육묘장은 면적이 6*6 cm 가 되어, 제 1 육묘장의 4배가 된다.
식물은 제 2 육묘장에서도 20일간 자란다.
그 후 재배상으로 옮겨진다.
식물은 재배상에서 다시 10일간 자라고 나서 수확된다.

이렇듯 식물은 제 1 육묘장에서 20일, 제 2 육묘장에서 20일, 재배상에서 10일간 자라므로 결국 재배상에서 매 10일마다 출고되기 위해서는 제 1, 제2 육묘장이 2개 씩 있어야 된다.

여기서, 576㎠ 의 면적을 가지는 재배상 하나에서 매 10일 마다 수확을 하기 위해서는 36㎠ 면적의 제 2 육묘장 2개와, 9㎠ 면적의 제 1 육묘장이 2개가 옆에 있어야 한다.
그러면 이때 육묘장과 재배상 모두를 합한 면적은

(36*2)+(9*2)+ 576㎠ =666㎠ 인데 비해   식물의 생산성은 실제로는  576㎠ 에서 10일 마다 출하되므로 그 효율은 86% 라고 볼 수 있다.  아니면 옆에 90㎠ 의 보조 육묘장이 있다면, 576 ㎠ 의 재배상에서 연중 매 10일 마다 채소를 수확하게 된다고 말할 수 있다.


(Fig 1) 설명: 식물 1 포기가 차지하는 면적에서 재배상과 육묘장의 이상적인 비를 설정하여 채소를 가장 효율적으로 생산하는 방법.









(Fig 2, ) 채소의 무게로 본 성장 그래프(이 그래프는 식물의 부피로 본 성장 그래프와 같다.)








 2, 식물을 가능한 한 빨리 키운다.

2-1, 식물 성장을 위한 조건

위의 그래프 (Fig 2) 를 보면, 식물이 성장할 때,

1, 식물의 키는 시간에 지남에 따라 직선으로 커진다.
2, 식물의 면적(육묘장을 차지하는 면적)은 키의 제곱에 비례해서 성장한다.
3, 식물의 용적(부피)은 키의 세제곱에 비례해 성장한다.

그런데 식물의 체중(용적)은 식물이 받아들이는  광량(Quantum)에 비례해서 자란다.
즉 광량은 면적에 비려하는 수치이므로, 체중에 비례해서 커지는 식물의 성장을 따라갈 수가 없다. 이 말은, 식물이 제 1 육묘장에 있는 동안에는 용적(무게)이 증가하는 양이 작아서 광량이 충분하지 않아도 된다. 그러나 재배상에서는, 무게의 성장속도는 엄청난데 비해 광량이 부족해 지는 현상이 발생한다.

*식물이 햇빛을 받아들이는 양은 면적에 비례하나, 광량은 용적단위에 따라 필요하므로 부족할 수 밖에 없다.

고로 재배상에서는 식물의 성장속도를 따라가기 위해서는 광량을 증가할 필요가 있다.
한마디로, 식물을 원만하게 키우기 위해서는 식물이 커질수록 광량(PPFD: μ mol/m2 . s 로 나타냄)이 충분해야 한다는 것을 알 수 있다.
이 광량 문제는 조금 뒤에 해결하도록 한다.

3. 식물 1 포기당의 육묘장, 재배상에서의 면적을 결정한다.

3-1, 식물 1 포기당의 면적은 위에서와 같이, 육묘장에서는 가로 세로 3cm 씩으로 해서 9제곱센티미터가 되도록 한다
3-2, 식물 1포기당의 제2 육묘6장에서의 면적은 6cm * 6cm 로, 36제곱센티미터가 되도록 한다.

3-3, 재배상에서의 식물 1포기당 면적은 24* 24cm 로 576제곱 센티미터로 한다.
즉 식물을 재배하는 곳은 육묘장 (제 1 식물재배하는 곳, 1포기당 3cm*3cm)) 에서 제2 육묘장(제2 식물재배하는 곳, 1포기당 6*6cm)으로 옮겨지고 다시 재배상(제 3 식물 재배하는 곳, 1포기당 24*24cm)으로 옮겨진다.





...계속

















































































(Fig 3,)  재배상으로 옮겼을 때의 필요 광량




.......................................계속











4, 식물공장에 관한 오해:전기세가 많이든다.

미국과 캐나다에 식물공장 수출이 뜻하는 것