식물이 필요한 빛의 양 계산하기

튤립과 후리지아를 키우는데, 집이 북향이라 식물이 꽃도 안피고 시들시들하다.

식물에 필요한 아래의 항목을 정리하려고 한다.

1. 식물에 필요한 빛의 특성
2. 식물이 요구하는 광량 계산하기
3. 광원에서 나오는 광량 계측하기
4. 용어 정리

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1. 식물에 필요한 빛의 특성

빛의 파장 별로 미치는 작용은 다음[4]과 같다고 한다.

파장이 식물에 미치는 작용효과 [4]

 

위 표에 따르면, 655nm의 적색광과 430nm의 청색광이 엽록소의 작용과 광합성 작용을 극대화 하는 것을 볼 수 있다.

이를 겨냥하여 적색광과 청색광을 조합한 식물용 조명들을 다양하게 판매하고 있다.

 

2. 식물이 요구하는 광량 계산하기

자신이 키우는 식물의 광보상점과 광포화점, 혹은 필요 광량을 나타내는 테이블에서 찾아보도록 한다.

아래 테이블[5]에서 토마토와 [7] 에서 토마토와 튤립을 찾아보도록 하자.

 

식물 별 광보상점과 광포화점 [5]

 

식물 별 추천 광량 범위 [10]

 

테이블 [5] 으로부터, 토마토는 광보상점 35 umol/m2/s, 광포화점 810 umol/m2/s 임을 알 수 있다.

테이블 [7] 으로부터 아래의 일일 광량이 좋다고 한다.

- 화분에 빽빽히 심은 튤립 (Forced Tulip)은 4 - 8 moles/day (92 - 184 umol/m2/s, 10K - 20K lux, 적청 LED 기준)

- 토마토는 10 - 20 moles/day (232 - 463 umol/m2/s, 26K-52K lux, 적청 LED 기준)

 

 

DLI (moles/day) <-> PPFD (umol/m2/s) 변환

서로 단위가 다르므로, 하루 중 12시간 동안 단위 면적에 1 moles 의 일일 광량이 가해진다고 가정하여 환산하는 방법은 다음과 같다.

1 mole/day x (1,000,000 umol/mole) / (12 hrs x 60 min x 60 sec / 1 day) = 23.15 umol/m2/s

100 umol/m2/s = 4.320 moles/day

 

Lux <-> PPFD 변환 [8, 9]

광원에 따라 다르나, 대략 다음과 같다고 한다.

광원 종류	1 lux 당 umol/m2/s	1 umol/m2/s 당 1 lux
햇볕 (6500K) [8]	0.0185	54
형광등	0.0135	74
적색+청색 LED (450/650nm)	0.00887	112.27
적색 LED (650nm)	0.007685	130.12
청색 LED (450nm)	0.011555	86.543

 

 

3. 광원에서 나오는 광량 계측하기

 

4. 용어 정리 [1,2]

글을 읽기에 앞서, 많이 사용하는 단어를 정리하고자 한다.

Lux

- 빛의 조도를 나타내는 단위이다.

- 한 낮은 대략 10,000 lux 까지 올라간다.

DLI (Day Light Integral, 일일 광자 누적량)

- 하루동안 받는 빛의 양을 누적한 값이다.

- 단위는 moles/day 단위이다.

- DLI = 평균 PPFD [umol/m2/s] x (일조 시간 [hr] x (3600 [sec/hr])) / 10^6 [umol/mol]

DLA (Day Light Amount, 일일 광자 총량)

- 인공 조명에 의해 생성한 일일 광자 총량이다.
- DLA = PPFD [umol/m2/s] x (일조 시간 [hr] x (3600 [sec/hr])) / 10^6 [umol/mol]

PAR (Photo-synthetic Active Radiation / 광합성 활성 방사선)

- PAR는 광합성에 사용할 수 있는 400nm - 700nm 파장의 전자기파이다. 

PPF (Photo-synthetic Photon Flux / 광합성 광자 흐)

- 어떤 광원에 의해 생성되는 단위 시간당 PAR 양이다.
- 단위는 umol/s

PPFD (Photo-synthetic Photon Flux Density / 광합성 광자 밀도)

- 어떤 광원에 의해 생성되는 단위 면적 및 단위 시간 당 PAR 양이다.

- 단순히 밝다고 해서 광합성 효율이 높은 것은 아니며, PAR에 한정한 광량 밀도이다.
- 단위는 umol/m2/s

PPE (Photo-synthetic Photon Efficiency, 광합성 광자 효율)

- 조명기구의 효율을 나타내는 지표이며, 단위 에너지 에 대해 방출되는 PAR 를 나타낸다.

- 단위는 umol/J

- 효율은 조명기구의 소모전력과 PPF 값을 안다면, PPE = PPF/W 으로 구할 수 있다.

광보상점, Light Compensation Point

- 식물의 호흡속도와 광합성 속도가 일치할 때의 빛의 세기(광도) 이다.

- 호흡에 의한 이산화탄소 방출과 광합성에 의한 이산화탄소 흡수량이 같은 광도이다.

광포화점, Light Saturation Point

- 식물의 광합성량이 더이상 증가하지 않을 때의 빛의 세기이다.

조도에 따른 양지/음지 식물의 탄산가스 흡수/배출량

 

[1] PAR, PPF, PPFD, PFD의 차이점 이해하기, https://www.uprtek.com/ko/blogs/untangling-par-ppf-ppfd-pfd

[2] Grow Light의 PAR, PPF, PPFD 및 PPE 이해, https://vantenled.com/ko/understanding-the-par-ppf-ppfd-and-ppe-in-grow-light/

[3] http://www.cyberschool.co.kr/html/text/bio/bio511.htm

[4] https://wonkwang.dcollection.net/public_resource/pdf/000001993318_20260219222329.pdf

[5] https://gall.dcinside.com/board/view/?id=tree&no=540599

[6] https://gall.dcinside.com/board/view/?id=tree&no=384929

[7] Typical PPFD and DLI values per crop, https://www.horti-growlight.com/en/typical-ppfd-and-dli-values-per-crop

[8] https://www.waveformlighting.com/horticulture/convert-lux-to-ppfd-online-calculator

[9] https://www.apogeeinstruments.com/conversion-ppfd-to-lux/

[10] https://gall.dcinside.com/board/view/?id=tree&no=384929

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