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ISSN : 1225-5009(Print)
ISSN : 2287-772X(Online)
Flower Research Journal Vol.27 No.2 pp.129-134
DOI : https://doi.org/10.11623/frj.2019.27.2.07

Comparison on Quality of Cut Rose and Environment in Smart Farm and Greenhouse

So Young Choi, Ja Hee Lee, Ae Kyung Lee*
Department of Environmental Horticulture, college of Bio-resource Science, Dankook University, Cheonan 31116, Korea
Corresponding author: Ae Kyung Lee Tel: +82-41-550-3646 E-mail: akleekr@dankook.ac.kr
27/03/2019 04/06/2019 14/06/2019

Abstract


In the present study, the facilities and qualities of cut roses in a smart farm and greenhouse were compared from November 2018 to January 2019. Both facilities comprised multi-span plastic films; however, the smart farm was equipped with additional automatic control systems for monitoring temperature and humidity, CO2, and nutriculture solution. After analyzing the environment of the farms, the temperature in the smart farm was maintained constant regardless of the season; however, light intensity and humidity were below the optimum value in both farms. The ‘Soprano’ cultivar from the smart farm exhibited similar longevity from November 2018 to January 2019, ranging from 8.6 to 9.8 days. In addition, the longevity of the ‘Victoria’ cultivar from the smart farm was similar, ranging from approximately 8.2 to 8.6 days; however, the longevity in January significantly decreased. The longevity of cultivars ‘3D’ and ‘Kensington Garden’ from the greenhouse were not consistent. Therefore, there were no significant differences in the longevity of cultivars and quality of roses; however, monthly longevity significantly varied because of the different environments of both farms. The automatic control systems in the smart farm could have facilitated the constant maintenance of good quality cut roses. The smart farm could monitor and deliver real-time information on crops, soil, etc. using cameras or cell phone applications. Further studies on the numerous aspects of smart technologies could improve the production of high quality cut roses. Future studies will attempt to apply information and communication technologies using completely automated control systems. The present study demonstrated variations in the quality of cut roses between a smart farm and greenhouse.



장미 스마트팜과 관행농가의 재배환경 및 절화 품질 비교

최 소영, 이 자희, 이 애경*
단국대학교 생명자원과학대학 환경원예학과

초록


    Korea Institute of Planning and Evaluation for Technology in Food, Agriculture, Forestry and Fisheries
    IPET 318063-03-2-HD030

    서 언

    장미는 세계적으로 인기 있는 3대 절화 중 하나로 전세계 거래량이 연간 1조원에 달한다(Lee et al. 2018;Roberts et al. 2003). 2016년 기준 국내의 장미 재배면적은 291.8ha, 생산액 은 528억원으로 전체 절화류 생산액의 29.4%를 차지하고 있 으나 2007년부터 최근까지 절화 장미의 재배면적과 생산액이 감소하고 있는 실정이며(MAFRA 2017), 이는 국내의 농업이 기후변화로 인한 환경변화, 농촌생산인구 감소 등이 그 이유 로 보고되었다(Lee et al. 2018). 농업 선진국인 네덜란드의 경우 농업 노동력이 부족하고 토양이 척박함을 극복하기 위해 ICT(Information and Communications Technologies) 기술을 적용하여 자동화 온실을 개발하였고, 일본은 작물의 생육환경 제어 및 품질 향상을 위해 농업의 공업화를 추진하고 있다 (Yeo et al. 2016). 우리나라에서도 ICT 기술의 발달로 IOT (Internet of Things)을 통해 온・습도나 CO2 등 작물의 생육 환경을 컴퓨터나 스마트폰을 이용하여 자동 조절하는 스마트 팜(Smart farm)을 도입하고 있다(Yoon et al. 2018). 최근 정 부에서 ‘4차 산업혁명 위원회’를 설립하고 농업부분에서 원격 제어 중심의 1세대 스마트팜을 자동제어 기반이 되는 2세대 스마트팜으로 확산시키고, 스마트팜 관련 소프트웨어 및 농가 의 실증 기술교육을 실시할 예정이라고 밝혔다(Kim 2018). 현 재 국내 스마트팜은 총 927호 보급되어 있고, 그 중 시설원예 스마트팜은 760호, 면적 692ha로 전체 농가의 82%를 차지하 고 있을 정도로 집중되어 있으나 화훼 농가는 27호(4%), 면적 은 26ha 밖에 스마트팜 활용이 안되고 있는 실정이며(Kim et al. 2016), 이에 대한 직접적인 연구도 이루어지지 않고 있다. 따라서 절화 장미 스마트팜과 관행농가의 시설을 비교하고, 재배 환경 및 절화의 품질 상태를 분석하여 화훼 농가의 스마 트팜 보급 확대를 위한 기초 자료로 제공하고자 본 연구를 수 행하였다.

    재료 및 방법

    농가 분석 및 공시재료

    전라남도 강진군 소재의 절화 장미 스마트팜 및 관행 농가 를 선정하였으며, 각 농가의 시설 종류, 면적, 난방 시스템, 스 크린 및 창 개방성 등 내부 시설 정보 센서와 자동제어 시스 템 등을 조사하였다. 본 연구의 공시재료는 스마트팜에서 재 배된 스탠다드 절화 장미 ‘Soprano’, ‘Victoria’와 관행농가에서 재배된 ‘3D’, ‘Kensington Garden’을 사용하였다.

    재배환경 분석

    전라남도 강진군에 위치한 스마트팜 및 관행 농가의 2018년 11월, 2018년 12월, 2019년 1월의 시설 내 기온, 상대습도, 광량, VPD, EC 등을 30분 간격으로 조사하였다(Watchdog 1450, Spectrum Technologies Inc, USA). 스마트팜의 시설은 국내산 ㈜우성하이텍(WOOSUNG HITEC Co., Ltd, Korea)의 제품을 사용하여 2014년 조성한 곳이며, 관행농가는 2008년 조성된 곳을 선정하여 조사하였다. 매달 절화 장미 수확 후 임의로 각 10본씩 선정하여 농가별 절화의 생육 특성을 조사하였다. 절화의 생육 특성은 절화장, 화폭 및 화경, 생체중, 엽록소, 줄기 직경(하단부) 을 측정하여 농가별로 분석하였다. 엽록소 함량 조사는 절화 장미 잎을 Chlorophyll meter(SPAD-502, Minolta, Japan)를 이용 하여 분석하였다. 절화수명은 색변화(Color change), 위조 (Wilting), 꽃목굽음(Bentneck), 잎 위조(Leaf wilting) 현상 중 한 가지 이상의 노화현상이 발견되어 관상 가치가 없는 시점으로 절화수명을 판정하여 일수를 계산하였다(Choi et al. 2018).

    통계처리

    수집된 데이터와 실험결과의 유의성 분석은 SPSS 25.0(IBM Inc, NY, USA) 통계 프로그램을 사용하였으며, 농가 환경 분 석은 T검정을 사용하였다. 절화 품질 특성과 절화수명의 분석 은 Duncun 다중검정 법으로 통계처리 하였고, p ≤ 0.05 수 준에서 분석하였다.

    결과 및 고찰

    스마트팜 및 관행 농가 시설 분석

    스마트팜과 관행 농가의 시설을 분석한 결과(Table 1), 스 마트팜은 연동 플라스틱 온실로 면적이 1,150m2이고, 관행 농 가에 비해 약간 작은 편이었으나 전기와 보광장치, 히트펌프 로 난방이 이루어지고 있었다. 관행 농가 또한 연동 플라스틱 온실로 면적이 1,700m2로, 전기와 보광장치만으로 난방 시스 템이 이루어지고 있으며, 스마트팜의 경우에만 센서를 이용한 난방제어가 되는 형태로, 두 곳 모두 보온용 스크린과 측창 및 천창의 개방이 가능하였다. 기타 시설로는 양액조절장치, 탄 산시비장치, 보광장치, 방제기 등이 있었다. 관행농가에서는 제습기가 설치되어 있었으나 장마철 위주로 사용을 하고 있으 며, 70%로 습도를 제어하였다. 또한, 스마트팜에는 CCTV와 휴대전화 어플리케이션을 이용하여 실시간으로 온실을 관리 하고 있었으며, 9월말부터 6월 초까지 23℃ 이하로 온도가 떨 어지면 난방이 이루어질 수 있도록 자동제어를 실시하였다. 그러나, 센서부의 이상으로 난방시설 작동에 문제가 발생하였 을 때는 수동으로 확인 후 난방시설을 ON/OFF하였다. 스마트 팜은 자동제어시스템을 설치하여 농가의 난방시설뿐 아니라 양액조절, 보광제어 등 시설 내 자동제어가 가능하였으나 2015년 태풍으로 인해 고장이 난 이후로 업그레이드 비용 발 생 문제로 활용도가 다소 낮아진 것으로 조사되었다. 그에 따 라 농가에서는 CCTV와 휴대전화 어플리케이션을 이용하여 센서부를 확인한 후, 농가 관리자가 직접 입력하여 기기를 작 동 하고 있었다. 이는 다른 스마트팜에서와 마찬가지로 제어 부의 부품에 문제가 발생하였을 시 스마트팜 설치 업체가 타 지역에 있어 시간이 지연되거나 고비용 등의 이유로 수리하지 못하고 불편을 겪고 있는 것과 비슷하였다(Choi and Lim 2018). 또한, 국내 화훼 농가는 대부분 유리온실이 아닌 내구 성이 낮은 플라스틱온실로 이루어져 있어 ICT 기술의 보급과 확대가 어렵다는 한계점이 있는데(Yeo et al. 2016) 조사된 스 마트팜의 경우에도 1세대 보다는 발전되었으나 완전 제어단계 로는 이루어지지 않고 있었다.

    농가 환경 분석

    스마트팜과 관행 농가의 온실 환경을 분석한 결과(Table 2), 일적산광량은 11월부터 1월까지 관행농가에 비해 스마트 팜에서 낮게 나타났고, 11월부터 12월까지 관행농가와 스마트 팜의 일적산광량이 2mol・m2 ・d-1 이상 유의적으로 차이가 났 다. 장미를 재배할 때 일적산광량은 최소 13mol・m2 ・d-1 이상 이 되어야 하는데(RDA 2017) 두 곳 모두 최소 값에 미치지 못하는 낮은 수치로 조사되었다. 농가의 수확량과 품질을 위 해서는 관행농가뿐 아니라 스마트팜 모두 장미 재배에 맞는 일사량 관리가 확실히 되어야 한다고 판단된다.

    스마트팜의 평균 기온은 관행농가와 유의적 차이를 보이며 가을에서 겨울철로 계절의 변화가 있었음에도 불구하고 20℃ 이하로 떨어지지 않게 유지가 되었다. 관행농가의 평균 기온 은 20℃ 이상을 유지하지 못하고 17.6 ± 0.3℃까지 떨어지면 서 다소 온도가 낮고, 차이도 큰 것으로 조사되었다. 습도는 스마트팜과 관행농가 모두 낮은 것으로 조사되었고, 11월은 습도, VPD, 최저온도 등 통계적 유의차가 없었지만, 12월, 1 월로 갈수록 온・습도와 관련한 환경 변화에서는 통계적 차이 가 나타났다. 또한 두 농가의 VPD는 12월, 1월에 통계적으로 유의차가 나타나면서 스마트팜에서 겨울철 야간에 보광등인 고압나트륨등(high pressure sodium lamp)을 사용하면서 CO2 가스 시비가 이루어지는 등 온실 내 환경 변화가 나타나 VPD 가 다소 높아진 것으로 판단된다(Chon et al. 2018;RDA 2001;Yeon and Kim 2017).

    양액의 EC를 분석한 결과, 11월에는 두 곳 모두 비슷하게 값이 나타났으나 12월과 1월에는 차이가 났다. 특히, 겨울철인 12월과 1월에는 광량이 적기 때문에 과도한 영양생장을 막기 위해 배양액의 농도를 높일 필요가 있어(Schwarz 1995) EC 수치가 다른 계절에 비해 높아져야 하는데 스마트팜의 경우 12월은 1.9 ± 0.2dS・m-1(p=.000***), 1월에는 2.2 ± 0.2dS・m-1(p=.000***)으 로 관행농가와 유의적 차이를 보였다. 이는 겨울철 양액의 EC 1.5~2.0dS・m-1로 표준 매뉴얼(Korea Agro-Fisgeries and Food Trade Corporation 2005)에 맞게 재배 환경을 제어한 것으로 판단된다.

    절화 품질 특성 및 절화수명

    스마트팜과 관행 농가의 절화 품질 특성을 분석한 결과 (Table 3), 스마트팜의 ‘Soprano’와 ‘Victoria’ 절화장, 화경 및 화폭, 줄기직경, 생체중이 계절의 영향을 적게 받으며 품질이 유지되는 것으로 조사되었다. 이는 스마트팜의 경우 온실 환 경을 실시간으로 관찰하여 최적화된 온・습도 및 환경을 제어 할 수 있으므로 품질이 좋고 균일하게 생산이 가능한 것으로 판단된다(Suh and Kim 2016). 관행 농가의 ‘3D’와 ‘Kensington Garden’ 품종은 스마트팜에 비해 계절의 영향을 많이 받아 온 실의 환경 변화로 인해 품질에도 영향을 끼치는 것으로 나타 났다.

    스마트팜의 절화수명을 분석한 결과(Table 4), ‘Soprano’ 품 종의 절화수명은 유의적인 차이가 없이 일정하였다. ‘Victoria’ 품종의 경우 1월만 절화수명이 6.2일로 11월, 12월에 비해 짧 게 나타났다. 스마트팜의 품종과 월별에 따른 절화수명 분석 결과, 월별에 따라서는 절화수명에 영향을 끼치지 않는 것으 로 나타났고, 품종에 따라 유의한 차이를 보이며 절화수명에 영향을 끼친 것으로 나타났다. 관행 농가의 ‘3D’, ‘Kensington Garden’ 두 품종 모두 절화수명이 일정하지 않게 유의적 차이 가 있었고(Table 5), 품종과 월별에 따른 절화수명 분석 결과, 품종별로는 유의차가 없었으나 월별 유의차가 나타나서 품종 에 따른 품질 차이가 아닌 환경 조건에 따라 수명과 같은 품 질이 차이가 나는 것으로 판단된다. 완전 제어형은 아니지만 휴대전화의 어플리케이션으로 난방시설을 관리한 스마트팜에 서 절화 장미의 재배 최적조건에 맞게 온실 환경 제어를 하여 (Yeon and Kim 2017), 균일한 품질이 나온 것이라고 볼 수 있다.

    따라서 본 연구 결과 스마트팜이 절화의 생산성을 높이는 데 효과적이며, 재배환경 제어가 다소 이루어져 품질 유지에 영향을 줄 수 있는 것으로 판단된다. 그러나, 현재 절화 장미 스마트팜에서는 완벽하게 환경 제어가 이루어지지 않고 있는 한계점이 있기 때문에 화훼 농가에 맞는 스마트팜 보급과 기 술의 활용도를 높일 필요가 있다고 생각된다.

    초 록

    절화 장미 스마트팜과 관행농가의 시설현황과 2018년 11월 부터 2019년 1월까지의 재배환경 및 절화 품질을 비교하였다. 두 농가 모두 연동 플라스틱 온실이었고, 스마트팜은 자동제 어시스템이 설치되어 있었으나, 일부만 제어가 되고 있었다. 농가의 재배환경을 분석한 결과, 스마트팜의 시설 내 온도는 계절에 관계없이 일정하게 유지되고 있었으나 광량과 습도는 두 농가 모두 적정 값에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 재 배 품종의 절화 특성을 조사하여 품질을 분석한 결과, 스마트 팜의 ‘Soprano’ 품종은 11월부터 1월까지 절화수명이 약 8.6~ 9.8일로 유사하게 나타났으며 ‘Victoria’ 품종은 1월에 통계적 으로 유의차 있게 다소 수명이 단축되었으나 1월을 제외하고 는 약 8.2~8.6일로 수명이 비슷한 것으로 조사되었다. 관행농 v

    추가 주요어: 시설원예, 일적산광량, 절화수명, Rosa hybrid L, 스마트 농업

    사 사

    본 연구는 농림수산식품기술기획평가원 “호남지역 수출형 장 미의 스마트팜 영농기법 모델화 연구”(과제번호 IPET 318063- 03-2-HD030)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    Table

    Analysis management of smart farm and greenhouse.

    Environmental characteristics of the farm for cut rose production in Gangjin, Korea from November in 2018 to January in 2019. DLI: monthly mean of daily light integral; ATmean: monthly mean of air temperature (AT); ATmax: monthly mean of the highest air temperature per day; ATmin: monthly mean of the lowest air temperature per day; RHmean: monthly mean of relative humidity (RH); VPDmean: monthly mean of vapor pressure deficit (VPD); EC: monthly mean of electrical conductivity in nutrient solution.

    Effects of cultivation environment on morphological characteristics of cut rose flowers.

    Vase life on cut roses in smart farm from November in 2018 to January in 2019.

    Vase life on cut roses in greenhouse from November in 2018 to January in 2019.

    Reference

    1. Choi DW , Lim CR (2018) Statistical analysis of production efficiency on the strawberry farms using smart farming. J Korean Soc Qual Manag 46:707-716
    2. Choi SY , Lee JH , Lee AK (2018) Comparison of pretreatments and shipping solutions for Lilium OT hybrid ‘Zambesi’ export. Hort Sci Technol 36:876-884
    3. Chon YS , Jeong KJ , Hong JK , Shin HS , Yun JG (2018) Effect of supplementary lighting and heat lamps on greenhouse environment and flowering of cut roses. Flower Res J 26:19-27
    4. Kim YJ (2018) Convergence Research Review. Convergence Res Policy Center 4:4-37
    5. Kim YJ , Park JY , Park YG (2016) An analysis of the current status and success factors of smart farms. Korea Rural Econ Inst, pp 1-74
    6. Korea Agro-Fisheries & Food Trade corporation (aT) (2005) Whimori quality control manual: Rose. Gwangju, Korea, pp 1-86
    7. Le e JG, J eong YK, Yun SW, Choi MK, K im HT, Y oon YC (2018) Field survey on smart greenhouse. Protected Hort Plant Factory 27:166-172
    8. Lee YB , Yeon JY , Kim WS (2018) Postharvest management condition and contaminant degree in handling of cut rose flowers for export. Flower Res J 26:28-35
    9. Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (2017) ISAAA. Flower cultivation status. Accessed 19 February 2018 http://library.mafra.go.kr/skyblueimage/9875.pdf
    10. Roberts AV , Debener T , Gudis S (2003) Encyclopedia of Rose Science. Elsevier Academic Press, Oxford, UK and San Diego, USA, pp 564-573
    11. Rural Development Administration (2001) Rose cultivation. Jeonju, Korea, pp 103-106
    12. Rural Development Administration (2017) Smart greenhouse environment management guide-line. Jeonju, Korea
    13. Schwarz M (1995) Soiless culture management. Springer- Verlag, Berlin, pp 31-32, 43-56
    14. Suh DS , Kim YJ (2016) A study on priority of policy for smart farming system using AHP approach. J Korea Academia- Industrial cooperation Soc 17:348-354
    15. Yeo UH , Lee IB , Kwon KS , Ha T , Park SJ , Kim RW , Lee SY (2016) Analysis of research trend and core technologies based on ICT to materialize smart-farm. Protected Hort Plant Factory 25:30-41
    16. Yeon JY , Kim WS (2017) Effect of the greenhouse environment on cut flower quality and vase life of cut roses during the winter season. Flower Res J 25:142-148
    17. Yoon H , Kwak YH , Bae SY , Ji CW , Jo JR , Yu YM , Youn YN (2018) Pest distribution comparison smart farming with conve ntional gre e nhouse of tomato a nd t he e ffect o f eco-friendly agent for Tobacco Whitefly (Bemisia tabaci). Korean J Pestic Sci 22:327-336