식물생육 영향을 주는 '뿌리의 온도', 환경제어장치로 관리

임해정 기자 2020-01-14 10:06:43

이상기온 현상으로 평균기온이 급격하게 상승할 경우 인간뿐 아니라 식물에도 영향을 미친다. 재배 시설 안의 온도를 적절한 상태로 유지하기 위해 냉방에 사용하는 전기요금 등 상당한 비용을 감당해야 한다.

ICT에 의한 시설 내의 온도와 이산화탄소 농도 땅속 EC(염류 농도) 및 pH를 모니터링하는 기술도 진행되고 있어, 스마트파머에게 희소식이 전해졌다.

그런 가운데 '뿌리 지역 온도는 식물의 환경 제어 남겨진 하나 "라고 말하는 것은 연암대학교 생물 자원 과학부 교수 김석환 교수는 6 개사와의 산학협력해 '새로운 뿌리 지역 환경 제어 장치 (New Root-zone Environmental Control System/ 이후 N.RECS)'를 내놨다. 알루미늄 열교환 패널과 공기 열원 히트 펌프 온수와 냉수 시스템 및 발포 단열 화분 커버를 결합해 식물의 뿌리 부분을 냉각 또는 가열 할 수있는 시스템이다.

서울 가산디지털단지내 김석환 교수의 서울연구실을 찾아 기존의 국소 온도 제어 기술의 과제 해결로 이어지는이 새로운 기술에 대해 들어봤다.

뿌리 부분을 차게 또는 따뜻하게 하는 재배 방법은 옛날부터 있었던 것입니까?

옛날부터 뿌리 부분을 냉각하고 가온하거나 하는 개념이 특정 작물의 재배에 사용되고 있습니다. 하지만 그 식물에 특화 한 방법으로 연구가 이루어지고 있고, 어떤 작물에도 사용할 범용적인 것은 아니라고 생각합니다.

그것을 범용으로 전개하려고 한 것이 이번에 발표한 'N.RECS' 인가요?

그렇습니다. 이 스티로폼으로된 '단열 화분 커버'의 둥근 구멍에 그릇을 넣고 바닥과 측면에서 냉각 또는 가열하는 시스템입니다. 바닥 열교환 패널에 튜브가 다니고 거기를 차가운 액체가 통과해 냉각합니다. 단열 화분 커버의 내부는 냄비에 들어가서 밀폐에 가까운 상태이므로 찬 상태가 지속됩니다. 물론 튜브에 따뜻한 액체를 흘리면 가온 할 수 있습니다. 온도 조절은 ICT 제어에서 여기 (일본 대학의 연구 시설의 온실)에서는 학생들이 태블릿 PC를 사용하여 컨트롤하고 있어요.

이것으로 수경과 배지재배도 할 수 있습니까.

예. 비닐 시트를 깔고 그 위에 물을 흘리면 수경도 가능하며 재배조를 깊게하면 토양 경작도 할수 있습니다.

'뿌리의 온도가 식물 전체의 생육에 관계한다'는 연구를 시작하게 된 계기는?

30년전 난초 재배에 매진했었습니다. 당시 재배에 사용하는 초벌구이 그릇(다공질 그릇)이 양분과 수분을 빨아 버리는 것을 발견한것이 연구의 계기였습니다. 그래서 그릇마다 물에 담가 후 외부에서 물을 빨아 않을까라고 생각한 끝에 업자에게 부탁해 바닥에 배수 구멍이 없는 초벌구이 그릇을 만들어달라고 했죠. 정상적인 머리 염수(위에서 물을 뿌리는 것)와 비교하면, 그릇마다 물에 담가 것 쪽이 생육이 좋았습니다. 그때 물에 담가 화분의 뿌리 지역 온도가 기온보다 낮은 것으로 나타났습니다. 이 결과를 보며 뭔가 생육에 관계가있는 것은 아닐까 생각하게 됐고 뿌리부분 온도 공부를 시작했습니다.



식물이 온도를 느끼는것은 어디입니까?

식물이 온도를 가장 예민한 것은 세포 분열이 왕성 성장하는 장소입니다. 예를 들어, 새싹 부분 입니다. 곁눈의 온도를 조절함으로써 세포 분열을 왕성하게 생육을 촉진 할 수 있기 때문에 '생장점 가온'이라는 방법도 있습니다. 즉 '온도는 꼭대기 끝 분열 조직의 세포 분열 등에 강한 영향을 준다 '는 뜻이에요. 그런데 지하에서 새싹처럼 세포 분열이 왕성한 곳이 있습니다. 바로 뿌리 끝이죠. 그렇다면이 뿌리 끝의 온도가 생육에 관계하는 것이 아닐까 생각했습니다.

뿌리 지역의 온도가 식물의 생육에 구체적으로 참여하는 경우가 있습니까?

예를 들어, 아래 그림의 로단세마무와 자홍색는 더위에 약해 차가운 산에서 자랄 수 없는 식물인데 뿌리 부분을 냉각하여 산에 심으면 여름을 넘길 수있었습니다. 그래서 이 결과를 바탕으로 '뿌리의 고온 내성이 식물 전체 서성에 영향을주고있는 것은 아닌가'라는 연구를 다시 시작했습니다. 뿌리는 물을 빨아 그 물을 지상부에 옮겨 있지요. 물이 없으면 식물은 살 수 없습니다. 고온에서는 증발이 활발이기 때문에 더욱 그렇습니다. 이 가설을 바탕으로 N.RECS를 사용해 일부러 뿌리를 따뜻하게 고온에 견딜 수있는 개체를 선발해 품종 개량에 연결해봤습니다.

해마다 기온이 올라가고 있기 때문에 N.RECS가 필요한 곳은 증가 할 것 같네요.

맞습니다. 옛날에는 지금처럼 덥지 않았죠. 또 겨울철에는 시설하우스에서 재배되니 뿌리가 기온의 영향을 받는다는 것에 대해서는 고민해보지 못했습니다. 하지만 지금은 뿌리가 기온과 일사의 영향을 받기 쉬워졌습니다. 화분재배도 마찬가지입니다. 화분이 직사광선에 노출되면 기온보다 더워 버리는 경우가 있습니다.

그래서 하우스의 온도를 낮추려면 막대한 전기 요금이 듭니다. 또 딸기는 겨울에 출하하기 위해 여름철에 모종을 처리하게 됩니다. 매일 농가가 냉장고에 대량의 모종을 출입하는 것은 정말 힘든 일입니다. 하지만 뿌리 부분의 온도를 조절하는 것만으로 경상하면 상당히 간소화 할 수 있습니다.

가장 효과가 높아 보이는 조건이 있습니까?

고랭지 같은 기후 조건 곳에는 사용하기 쉬운 것이 아닐까 생각합니다. 여름에는 시원한 장소에서만 재배할 수 없는 것도 기를 수 있습니다. 지금은 고랭지 지역 조차도 한여름에는 꽤덥기 때문에 저렴한 비용으로 식힐 수 있다면 스마트파머들에게 희소식이 될 것입니다. 또 겨울에는 온실 전체를 따뜻하게 한다면 난방 요금 부담이 크지만 뿌리만 온도를 올려줘도 된다면 비용을 크게 줄일 수 있습니다.



임해정 기자 news@smartfn.co.kr

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