Horticultural Science and Technology 원예과학기술지 ISSN:1226-8763(Print) 2465-8588(Online)

본 연구에서는 기존 농업시설인 농막하우스를 리모델링하여 에너지 효율적인 수직농장을 구축하는 모델을 제시하고 그 성능을 평가하였다. 70평 규모(약 231m²)의 농막하우스에 8겹의 복합 단열 피복 시스템을 적용하여 밀폐형 수직농장으로 전환하였으며, 현재 운영중인 시스템의 단열 성능과 환경안정성을 정량적으로 평가하기 위해 열관류율(U-value)을 산출하고, 내･외부 환경데이터를 분석하였다. 복합 단열 피복 시스템의 열관류율은 1.939W/m²·K로 산출되었다. 이는 일반 컨테이너형 수직농장(0.193–0.225W/m²·K)의 수준에는 미치지 못하지만 일반 단층 PE필름 온실(6.476W/m²·K), 고성능 3중 보온커튼 시스템(2.73W/m²·K)보다 높은 성능으로 나타냈다. 또한 외기환경, 기존 온실 내부 환경, 수직농장의 내부환경 데이터를 분석한 결과, 농막하우스형 수직농장은 온도 변동계수(CV) 5.85%, 습도 변동계수 11.58%로 매우 안정적인 환경을 유지하였다. 이는 외부환경 및 연동형 온실과 비교하여 현저히 우수한 환경 안정성을 나타내었으며, 독립표본 t-검정 결과 통계적으로 유의한 차이를 확인하였다(온도: t = –17.370, p < 0.001; 습도: t = 40.163, p < 0.001). 시계열 분석에서도 수직농장은 계절 변화에 관계없이 일정한 환경을 유지(온도 CV: 1.16–1.38%)하였다. 확대된 외부환경 변수와의 상관관계 분석 결과, 일사량(γ = 0.372), 풍속(γ = 0.196), 외부온도(γ = 0.315)에 대해 낮은 상관관계를 보여 외부환경으로부터의 독립성을 확인하였다. 또한, 수직농장에서 발생하는 총 열부하(LED 생육등에 의한 현열부하(12.34kW)와 작물 증산에 의한 잠열부하(9.83kW)) 약 22.17kW로 산출되었는데, 이는 항온항습장치의 총 정격냉방능력(155kW)에 대해 충분한 여유가 있어 냉방성능은 충분한 것으로 확인되었다. 농막하우스형 수직농장은 비록 절대적인 단열성능은 기존 컨테이너형 수직농장에 미치지 못하지만, 연중 환경제어가 가능할 정도로 충분한 단열성능을 확보하여 초기 투자비용 절감과 동시에 안정적인 환경제어와 에너지 효율성을 달성할 수 있음을 시사한다. 이러한 결과는 수직농장형 스마트팜의 경제성을 확보하고 중소 농업인들에게 기술 도입을 촉진할 수 있는 실용적 대안이 될 것으로 사료된다.

주·야간 온도가 고추 플러그묘 생장과 무기원소 흡수에 미치는 영향을 구명하고, 생장과 연관된 영상자료 확보를 위해 본 연구를 수행하였다. 15°C(D)/10°C(N), 20°C(D)/15°C(N) 및 25°C(D)/20°C(N)로 세 수준으로 온도를 조절하였고, 건고추 생산용으로 육성한 ‘AT Sinhotan’, ‘Allbokhap’ 및 ‘Callatan’ 고추를 대상으로 실험하였다. 72셀 플러그 트레이에 파종한 후 발아된 식물체를 온도가 조절된 생장상에서 육묘하면서 파종 39일과 70일 후 생육을 조사하였다. 주·야간 온도가 높을수록 세 품종의 초장과 엽면적이 크거나 넓어졌다. 파종 70일 후 25°C(D)/20°C(N) 처리구의 ‘AT Sinhotan’ 고추가 초장 29.4cm 그리고 20°C(D)/15°C(N) 처리구의 ‘Callatan’ 고추가 경경 3.57mm로 가장 크거나 굵었다. 마디수는 20°C(D)/15°C(N)와 25°C(D)/20°C(N) 처리구에서 ‘AT Sinhotan’ 고추가 11개로 가장 많았다. 세 품종의 생체중은 25°C(D)/20°C(N) 처리구에서 무거웠으나, 건물중은 20°C(D)/15°C(N) 처리구와 차이가 없었다. 묘의 충실도는 15°C(D)/10°C(N) 처리구에서 가장 높았으나 초장이 7cm 미만으로 작아 정식묘에 적합하지 않았으며, 20°C(D)/15°C(N) 처리구가 적합한 것으로 판단되었다. 엽수와 엽면적은 25°C(D)/20°C(N) 처리구에서 ‘Allbokhap’ 고추가 각각 15.3매와 156.5cm²로 가장 많거나 넓었다. SPAD 값은 15°C(D)/10°C(N) 처리구에서 ‘Allbokhap’과 ‘Callatan’ 고추가 컸다. 이상의 연구결과를 요약하면 플러그 육묘 시 묘의 충실도 등을 감안하고 생산비를 절감하려면 주·야간 온도를 20°C(D)/15°C(N)로 조절하는 것이 적합하고, 육묘기간을 단축시키기 위해서는 25°C(D)/20°C(N) 온도에서 육묘하는 것이 유리한 것으로 판단한다.

감초는 국내 공정서의 기준인 ‘glycyrrhizin 함량 2.5% 이상’을 충족해야 의약품으로 사용할 수 있고, 미달시 식품으로만 활용된다. 수입 야생 감초와 중국 재배 감초는 glycyrrhizin 기준을 충족하였으나, 한국과 일본에서 생산되는 재배 감초는 기준을 충족하지 못하였다. 이로인해 높은 glycyrrhizin 함량을 확보하기 위한 방법은 오랫동안 해결해야 할 과제로 남아 있었으나, 기후, 종, 부위, 연령 등 어떤 요인이 함량 차이를 유발하는지는 아직 명확히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 이를 밝혀내기 위해 국내외 유통 감초를 여러 차례 수집하여 분류동정 및 성분을 조사하였으며, 별도로 감초(Glycyrrhiza uralensis and ‘Wongam’)를 5년간 온도구배 처리하여 재배한 후 유통 감초와 성분 함량을 비교 분석하였다. 그 결과 장기 재배한 감초에서 대한약전 기준치(2.5%)를 상회하는 3.43–5.66%의 높은 glycyrrhizin 함량을 확인하였으며, 온도 처리에 따른 차이는 없었다. 또한 지하경의 함량은 5.31–7.09%로 뿌리보다 높아, 지하경 비중이 높은 야생 감초에서 glycyrrhizin 함량이 높은 요인을 추가로 확인하였다. 본 연구는 향후 의약품용 감초 생산을 위한 기초자료로 활용될 수 있다.