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사는 이야기
   
  빛과 식물 - LED 조명에 대한 오해
  글쓴이 : 유항재     날짜 : 10-08-20 18:11     조회 : 13897     좋아요 : 0    

조명은 조명일 뿐, 식물이 필요로하는 파장을 공급해 주는 것이 중요합니다.
 
일반적으로, 적색과 청색을 90:10 으로 하면 광합성에 가장 효율적이라고 합니다. -> 전기에너지 효율이 아님.
 
그런데, 이것만가지고 되는 것은 아니구요, 식물은 , 녹색, 청록색, UVA [Near UV] 등도 필요하다고 합니다.
 
아래는 참고 문헌입니다.
 
 
EFFECT OF SHORT-WAVELENGTH LIGHT ON PLANT PHYSIOLOGY
 
Light  is one of  the most  important  environmental  factors,  acting  on plants not only  as  the
sole  source  of  energy,  but  also  as  the  source  of  external  information,  affecting  their  growth  and
development. Plants are empowered with an array of photoreceptors controlling diverse responses to
light parameters,  such as  spectrum,  intensity, direction, duration etc. These photoreceptors  include
the  red  and  far-red-absorbing  phytochromes,  the  blue  and UV-A  light  absorbing  cryptochromes,
phototropins,  and  other  implied  photoreceptors,  absorbing  in  UV-A  and  green  regions.  Spectral
changes  of  illumination  evoke  different morphogenetic  and  photosynthetic  responses,  which  can
vary among different plant species. 
 
What is the good of it?
The  photoresponse  is  of  importance  in  agrotechnology,  since  feasibility  of  tailoring
illumination  spectra  enables  one  to  control  plant  growth,  development,  and  nutritional  quality.
optimization of  lighting  system  is of  especial  importance  for plant  cultivation  in greenhouses  and
phytotrons. First of all, suitably selected lighting spectrum  ensures normal plant growth. Moreover,
using purposefully designed  lighting  spectrum enables one  to  regulate  flowering  time,  the balance
between growth and development processes, biomass accumulation, stem elongation, and to impact
plant primary and secondary metabolism, directly associated with the food quality of vegetables. 
 
How to employ the light?
It is generally accepted, that optimal plant illumination spectrum should contain 90% of red
light  component  and  10%  of  blue  component.  Meanwhile,  plants  representing  different  life
strategies  and  different  life  forms  require  different  lighting  conditions.  The  conventional  high
pressure sodium lamps have the highest intensity in red/orange spectral region. Such light, affecting
phytochrome  reversibility,  is  the  most  important  for  photosynthesis,  flowering  and  fruiting
regulation.  Nevertheless,  the  other  spectral  components  can  also  be  employed  when  seeking  for
desired  effect. The  recent  progress  in  solid-state  lighting,  based  on  light-emitting  diodes  (LEDs),
facilitated and expanded  the  research  in  this  field and created  an outset  for new progressive plant
cultivation  technologies.  Thus,  what  about  other  light  colors?  What  is  the  influence  of  shortwavelength
  light? Therefore, our  joint  research  supported by EU-Asia Link project ENLIGHTEN
was  aimed  at  study  of  the  effect  of  supplemental  short-wavelength  light  on  plant  growth  and
development.  
 
 
The blue light
  Blue light  is favorable for growth of many plants, including  lettuce, spinach, wheat, radish
and  other.  It  affects  the  chlorophyll  formation;  photosynthesis  processes,  stomata  opening,  and
through  cryptochrome  and  phytochrome  system  raises  the  photomorphogenetic  response.  In  our
study, we  observed  that  the blue  light  (450 nm)  promotes dry matter production  and  inhibits  cell
elongation in stems and leaves. The optimal flux of blue light for leafy plants is about 10-15% of the
total photosyntheticaly active radiation. Moreover, the higher flux of blue light is essential for radish 
(for  normal  carbohydrate metabolism  and  photosynthetic  assimilate  transport  from  leaves  to  the
storage organs, thus assuring tuber formation). Also it has a slight effect on primary and secondary
metabolite synthesis, indicating light-dependent metabolism. 
 
 
The green light
Plants  are  green  because  they  reflect  light  in  this  spectral  region;  the  green  light  is more
efficiently transmitted through the plant body and acts as a signal to tissues not directly exposed to
the  light  environment. Therefore,  the  supplemental  green  light  enhances  biomass  accumulation  in
the  above-ground  part  of  the  plants,  and  also  affects  chlorophyll  and  carotenoid  synthesis,  thus
improving  the  color  of  leaves.  Phytochromes,  principally  thought  of  as  red/far-red  reversible
pigments, are extremely  sensitive  to  the entire  illumination  spectrum  and even  small variations  in
the spectrum initiates responses in the phytochrome system. 
 
The cyan light
There are no solid scientific evidences on the effect of the cyan light on plants. However, it
is possible, that cyan light, being close to the green region, has the same positive biological effect.
According  to  our  results,  supplemental  lighting  with  cyan  light  emitting  diodes  (505  nm)
significantly  affected  carbohydrate  and nitrate metabolism  in  lettuce  and  slightly  improved  radish
growth. 
 
The near UV light
Though overexposure to UV light is dangerous for the flora, small amounts of near-UV light
can have beneficial effects. In many cases, UV-light is a very important contributor for plant colors,
tastes and aromas. This is an indication of near-UV light effect on metabolic processes. According
to our results, the UV light (385 nm) promotes the accumulation of phenolic compounds, enhances
antioxidant activity of plant extracts, but do not have any significant effect on growth processes. 
 
References: 
 
·  Devlin P.F., Christie J.M., Terry M.J. Many hands make light work // Journal of Experimental Botany. 2007.
Vol. 58. P. 3071-3077.
·  Drozdova   I .   S. ,   Bondar   V.   V. ,   Bukhov N.   G. ,  Kotov A.   A. ,  Kotova  L.  M. ,  Maevskaya   S. 
N. ,   Mokronosov  A.   T.   Effects  of  light  spectral  quality  on morphogenesis  and  source-sink  relations  in
radish plants // Russian journal of plant physiology. 2001. Vol. 48. P. 415-420. 
·  Fol ta K.  M. ,  Maruhnich S.  A.  Green light: a signal to slow down or stop // Journal of Experimental
Botany. 2007. Vol. 58. P.3099-3111.
·  Frankl in K.  A. ,  Whi telam G.  C.  Light signals, phytochromes and cross-talk with other environmental
cues // Journal of experimental botany. 2004. Vol. 55. P. 271-276. 
·  Kim H.H. ,  Goins  G.D. ,  Wheeler  R.M. ,   Sager   J .C.  Green-light supplementation for enhances lettuce
growth under red- and blue- light-emitting diodes // HortScience. 2004. Vol.39. P.1617-1622.
·  Mat suda R. ,  Ohashi -Kaneko K. ,  Fuj iwar a K. ,  Goto E. ,  Kurata K.  Photosynthetic Characteristics
of Rice Leaves Grown under Red Light with or without Supplemental Blue Light // Plant Cell Physiol. 2004.
Vol. 45. P. 1870-1874.
·  Spalding,  E.P. ,  Fol ta,  K.M.  Illuminating topics in plant photobiology // Plant Cell Environ. 2005. Vol.28.
P. 39-53.
·  Yor io  N.C. ,   Goins   G.D. ,   Kagie  H.R. ,  Wheeler   R.M. ,   Sager   J .C.  Improving spinach, radish and
letuuce growth under  red  light emitting diodes  (LEDs) with blue light supplementation // HortScience. 2001.
Vol.36. P.380-383.
 
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파장의 특정 식물에 영향을 간단히 정리한 다른 자료입니다. 사전을 찾아보니 작물이 대마네요...제가 키우거나 실험한 것 아닙니다. ㅎㅎㅎ
 
200 - 280 nm UVC ultraviolet range which is extremely harmful to cannabis plants because it is highly toxic.
280 - 315 nm Includes harmful UVB ultraviolet light which causes cannabis plants colors to fade.
315 - 380 nm Range of UVA ultraviolet light which is neither harmful nor beneficial to cannabis plant growth.
380 - 400 nm Start of visible light spectrum. Process of chlorophyll absorption begins. UV protected plastics ideally block out any light below this range.
400 - 520 nm This range includes violet, blue, and green bands. Peak absorption by chlorophyll occurs, and a strong influence on photosynthesis. (promotes vegetative growth)
520 - 610 nm This range includes the green, yellow, and orange bands and has less absorption by pigments.
610 - 720 nm This is the red band. Large amount of absorption by chlorophyll occurs, and most significant influence on photosynthesis. (promotes flowering and budding)
720 - 1000 nm There is little absorption by chlorophyll here. Flowering and germination is influenced. At the high end of the band is infrared, which is heat.



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백송   10-08-20 18:43
몇몇 회원님들께도 말씀드렸던 단일혼합파장(적청이 광합성을 잘 한다해도 )그 단일 혼합파장의 광합성만으로 식물이 건강하게 크지는 못한다고 말씀을 드렸었습니다.
테스트를 의뢰하셨던 그 박사님과도 같은 이야기가 오갔었는데 적외선 자외선 파장의 led도 생산이 되어 접목이 가능하다 하셨었습니다.
하여간 혼합이 되어 어느정도 비율을 맞추게되면 형광등에서 나오는 여러광량의 물질들도 충분히 가능성이 있다고 봅니다,

그리고 뭔 뜻인지는 모르겠으나 하여간 좋은글 같습니다...^^;;
유항재   10-08-20 21:51
연구원 생활 근 30년 가까이 됩니다.
지금은 조명을 연구하고 있습니다. 대기업 연구소장으로 재직하면서 연구하였고, 사업을 추진하고 있습니다.
연구 주제는 고효율이면서, 사람에게 건강한 조명을 만드는 것입니다. 작년에는 종합병원[국내 5위이내]에서 임상 실험을 마쳤고, 올해에는 개선된 것을 만들어 안과관련학회에서 2차 임상실험 예정입니다.
조명도 어렵고, 임상 실험도 어렵고, 관련 전자회로 전부 다 어렵습니다. 연구비로 년간 수십억 들어갑니다. 이런 과정에서 기존 LED를 포함한  조명들이 얼마나 품질이 불안정한지를 알게 되었습니다. 아직까지는 T5형광등이 가장 경제적이고 고효율이며, 여기에 RED LED만 보완을 하면 가장 경제적이면서도 미관상 좋은  식물 재배 등이 될것으로 보고 있습니다. 좀더 얇게 만들려면 CCFL과 RED LED를 사용하시는 방법도 있습니다.
사용자 입장에서는 새로운 제품들은 어느정도 검증이 된 다음에 구매하시는 것이 좋겠다는 생각입니다. 그렇지만, 개발자 입장에서는 잘만 연구하면 좋은 개발도 가능하고 특허도 가능할 것입니다. 그리고, 광합성하는 플랑크톤에서 양치식물, 수초류 등등 식물마다 성질이 다르고, 비료나, 기타 생리적 상태도 따져봐야하므로 조명만의 결과라고 하기에도 어려움이 있습니다.
그리고, 자외선 LED는 사용시에 시력에 치명적 영향을 줄 수 있으므로 주의 하셔야 합니다. 자외선 형광등도 마찬가지이지만...
백송   10-08-21 09:24
T-5 고효율 레드등이 작년초 들어와 매장에서 진행을 해보고 있습니다.
제품의 사향을 보고 의구심이 들어 수입한분에게 문의를 해보았지만 왜 그런사향인지를 알지못해 천상 사용해보면서 느낄수밖에는 없는 현실입니다.
4년전 독일쪽에서 들어왔던 T-5 등은 식물쪽에 잘 맞지가 않더군요.
스펙트럼은 그럴싸 한데...^^
유항재님 말씀은 비행장 사장님으로부터 몇번 들어 그 사장님도 기대를 많이 하시고있고 저또한 마찬가지입니다.
부디 좋은 성과이루시길 바랍니다...^^
연안부두   10-08-23 09:02
전기세 아끼는 차원에서 하루빨리  좋은 led등이 각분야에 필요한 만큼 나왔으면 좋겠습니다.
특히 농가나 우리 애란인들에게 꼭 필요 합니다.
박사님 열심히 해 주세요^^..
유항재   10-08-23 15:36
백송님. T5 형광등은 국내에 많이 있습니다. 구지 비싼 외국산 사용안해도되구요, 실제 외국산은 대체로 브랜드만 그렇고 다 중국산이나 기타 국가에서 제조합니다.
그리고, 각국의 LED에 대하여 정보 제공이 가능합니다. 업체에 공식 데이터를 요청하고, 제가직접 연구원들 시켜서 검증을합니다. 공인기관에 테스트 의뢰하여 재차 검증합니다.
아마도 1년내에, 형강등보다 고효율이고, 가격도 많이 착해지는 제품들이 나올 것입니다. 다만, 국가시험연구기관의  공인인증된 제품을 구입하시는 것이 안전합니다.
백송   10-08-23 17:05
^^
국내산 t-5등이 된다면 뭣하러 몇배에서 열배이상 더 비싼등으로 테스트를 진행하겠습니까...^^
공식적인 용어는 모르나 수족관쪽의 불리우는 용어로 t-5등은 저효율, 고효율, 고출력,등 으로 불리우는데 국내에서 생산되는 t-5등은 대부분 저출력으로 같은 길이의 등인데 와트수가 거의 배 차이가 납니다.
일반형광등 40w급인 국내산 t-5등은 저효률 28w ,외국산 고효율 54w  외국산 고출력 약70w 급으로 각기 기능성 파장들도 그렇고 국내산과는 비교대상이 되지않을만큼 차이가 마이 납니다.
국내산은 보통 가정용의 일반등대신으로 나온것이다보니 고효율안정기마저 따로 많은양을 주문해야만 생산이 가능하고 그것도 겨우 한군데인 이지라이팅이라는 곳에서 주문제작을 하고 그나마 고출력등 안정기는 생산하는데 조차 없습니다.
언제 한번 매장에 들리셔요..^^
눈으로 직접 보시면 수족관쪽에서 사용하는 몇십가지의 각기 다른등을 보실수 있습니다...^^;;
한국에서는 아직 기능성등쪽으로 시장이 작다보니 가정용외는 잘 만들지 않아서 일겁니다..
유항재   10-08-23 18:47
T5도 길이에 따라 효율이 틀립니다. 그리고 안정기 효율도 다릅니다.  외산중에 등의효율이나, 안정기 효율이 좋은 것이 있고, 이런것 들은 꽤 비쌉니다. 수족관에는 어느정도의 광량이 필요한지 모르겠습니다. 아마도 필요한 광량이 제일 중요할테고, 사이즈가 맞아야되고, 열이나 기타 문제도 없어야하고... 협력업체 실험실에 2m 규격의 적분구가 있으니, 여기서 실험하면, 파장,전력 소비 등등 한꺼번에 측정할 수 있습니다. 다음달 쯤에,,시간 보아서-- 측정 비교해드릴 수 있습니다. 한번 구경하셔도 되구요.
백송   10-08-23 19:14
^^
매장에 말씀하신 등종류들 모두 보유하고 있습니다.
국내산 t-5등은 물고기 관상면에서도 색이 6000k정도로 나오는 등밖에는 없어 관상쪽에서도 떨어지고 수초는 택도 없습니다..
소위 이야기하는 음성수초정도는 웃자람이 있을지언정 버티는 정도이고
같은 갯수로 하면 수초도 힘든데 풍란에는 좀더 무리겠죠..^^;;
이미 저출력등은 7~8년전에 수초어항에 접목이 되었다가 오래전에 거의 수초쪽에서는 사라져버린등입니다.
근근히 물고기수조에 켈빈수만 높여 사용하는 정도입니다.
수초보다는 풍란이 광량 훨씬 더 많이 필요하던걸요..^^;;
유항재   10-08-24 12:20
수초나라 자료를 참조해보니, 아쿠아용 T5 등은, 일반 삼파장 형광등하고는 색온도가 높고 파장이 상당히 다르네요. 근자외선과 불루파장이 주로나오고, 추가로 적색 파장이 았는 것도 있고, 국산과 차이점은 용도가 달라서 파장이 다른 듯합니다.  일반 삼파장이 수족관에는 안맞고, 수족관용 T5는 주거용이나 육상식물 재배용으로도 적합하지 않은 듯합니다.
현재 출시되는 LED로 조명을 만들어도 아쿠아용 T5등과 비슷하게 만들기는 어려울 것 같습니다.
일반적으로 조명의 밝기라는 것이 555nm를 기준으로 가중치를 두어 계산하기 때문에, 이런 특수용도의 조명은 일반 조명의 효율 계산 방식이 의미가 없습니다.
백송   10-08-24 15:55
전에도 글을 썼었는데 유럽쪽에서는 이미 수족관용 led가 제품이 생산되어 일반 매니아들이 해수(산호어항)과 수초어항에 사용을 하고 있습니다.
가격이 워낙 고가이다보니 국내에는 자작비스므리한것만 만들어 사용을 하다보니 쉽게 이것이다 저것이다 못할뿐이고 중국이나 대만에서는 흉내만 내어
만들어진 저가품으로만 수입이 이루어지다보니 부정적인 요소만 있는것 같습니다.
t-5등도 예전 조명에 대한 글에 적은것이 있었는데 뭔 말이 필요하겠습니까...^^
매장에 말씀하신 t-5등으로만 각기 파장을 섞어 바꾸어가며 거의 2년째 하고 있으니 언제 비행장근처에 오시면 한번 들려주세요.
글로 아무리 이야기 해봐야 소용은 없을것 같네요,,
저는 제품사향 써보지 않고는 잘 믿지를 않습니다...^^;;
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