태양을 대체할 수 있는 광원, 빛

 

빛과 식물의 광합성

빛은 식물의 주요 대사 작용인 광합성을 유도하는 가장 중요한 에너지원이며 환경변화의 신호역할을 한다. 대부분의 농작물은 태양을 통해 빛을 공급받아 성장하게 된다. 실내농장은 태양을 직접적으로 활용할 수 없는 한계가 있어 LED와 같은 인공조명을 사용해야만 한다. 

식물재배에 있어 빛과 같은 조명기술을 사용하기 시작하게 된 역사는 다음과 같다.

근대에 들어 네덜란드와 북유럽과 같은 곳에서 햇빛의 보조적 수단으로 사용이 시작되었다. 그 후 일본에서 식물생육에 적합한 온도관리를 위해 태양으로 인한 열에너지를 냉각하는 비용보다 식물재배에 적합한 광에너지를 만드는 비용이 훨씬 더 적다고 생각하기 시작했고, 식물에 적합한 최적의 빛을 찾기 위한 연구가 진행되어 오늘날에 이르게 되었다. 일본에서의 광연구의 핵심은 얼마만큼 적은 에너지로 태양광을 대체할 만큼의 효율을 발휘할 수 있는지가 목표였다.

그 핵심은 바로 광합성이다. 광합성은 빛, 이산화탄소, 물 그리고 영양소를 이용하여 탄수화물을 생산하여 식물의 생장을 돕는 것이다. 식물의 잎을 통해 광에너지를 받아 이산화탄소와 물, 그리고 영양소로 화학반응을 일으켜 식물의 성장을 돕는 일련의 과정이 바로 광합성이다. 광합성에서 빛은 필수적 요소이며 식물의 요구하는 빛의 수준까지 및의 세기가 강할수록 광합성의 양도 함께 증가한다.

 

빛의 강도 관리

실내농장 안에서 광원의 환경관리 중 제일 중요한 요소는 빛의 강도 관리이다.

빛의 광도관리에서는 광보상점과 광포화점이 있다. 광보상점은 식물이 생장하기 위해 필요한 물질대사인 광합성을 시작하기 위한 가장 낮은 수준의 광량을 말한다. 광포화점은 광보상점을 기준으로 광강도가 높아질수록 광합성 속도가 높아지지만 일정 광도 이상에서는 큰 증가각 없는 포화 곡선을 그리게 되는데 이 지점을 광포화점이라고 한다. 광포화점은 이 이상의 광량을 주더라도 더 이상 광합성의 양이 늘어나지 않은 지점이다. 실내농장에서의 광관리는 이 광보상점과 광포화점 간의 다양한 변수와 조건을 고려하여 제어하는 것이 최대 생산을 위한 요소이다. 그러므로 실내농장의 인공조명 도입을 위해 가장 먼저 확인해야 할 사항은 LED의 기능적 검토보다는 LED가 제공하는 광량이 재배하고자 하는 작물의 광보상점을 넘어 광포화점에 얼마만큼 도달한 수준인가부터 체크할 필요가 있다.

 

광질, 파장

실내농장에서 광환경관리 중 두 번째로 중요한 요소가 바로 광질, 파장의 관리이다. 광질은 광합성과 형태 형성에 관여하여 재배작물의 양적 생장뿐만 아니라 질적 생장과 관련된 식물의 반응을 유도하는 요소이다. 태양광이 보유하고 있는 광질은 다양하다. 태양광은 자외선, 가시광선, 적외선이 있다. 식물의 광합성에 필요한 빛의 파장대역은 400~800nm이다. 즉, 태양광만큼의 거대한 에너지를 쓰지 않더라도 식물생장에 필요한 400~800mn의 적절한 파장대의 빛만 주어진다면 식물을 충분히 잘 재배해 나갈 수 있다는 것이다. 

LED는 그 파장의 종류에 따라 Red, Green, Blue의 종류가 있으며 이 3가지 빛의 조합에 따라 식물의 생장에 큰 영향을 끼친다.