GPE 기본 원칙과 모니터링: 데이터로 식물의 균형을 읽다

Growing by Plant Empowerment(GPE)는 식물 재배를 전통적인 방식에서 벗어나 물리 및 식물 생리적 원리에 기반한 통합적인 시스템 접근 방식으로 전환하는 데 중점을 둡니다. 이러한 기본 원칙의 핵심을 이해하고 적용하기 위해 **'모니터링(Monitoring)'**은 필수적인 요소로 작용합니다. GPE는 재배자의 경험이나 주관적인 판단 대신 객관적인 **'사실 정보(hard facts)'**를 활용하며, 이러한 사실 정보는 모니터링을 통해 얻어집니다.

1. GPE 기본 원칙의 핵심: 통합적 시스템 접근과 균형 유지

GPE의 기본 원칙은 식물을 단순히 생화학적 유기체뿐만 아니라 물리 법칙(에너지 보존, 질량 보존 등)에 따르는 물리적 대상으로 간주하는 시각에서 출발합니다. 이러한 통합적 이해는 식물 및 온실 시스템의 복잡성을 시스템 접근 방식으로 다루는 데 기반이 됩니다. 전통적인 재배 방식은 청사진, 관행, 단일 요인 연구 또는 재배자의 직관과 감각에 의존했지만, GPE는 이러한 접근 방식의 한계를 인식하고 경험과 지식의 조각들을 통합된 프레임워크로 결합합니다.

이러한 시스템 접근 방식의 핵심은 식물과 온실 환경에 관련된 다양한 요인들이 서로 상호 연결되어 있으며, 최적의 성장을 위해서는 이러한 요인들이 **'균형'**을 이루어야 한다는 것입니다. GPE는 식물과 온실 시스템을 설명하기 위해 세 가지 일차 식물 균형(에너지, 수분, 동화산물), 세 가지 일차 온실 균형(에너지, 수분, CO₂), 그리고 세 가지 이차 식물 균형(영양분, 미생물, 호르몬)을 포함한 '여섯 가지 균형' 개념을 기본 원칙으로 제시합니다. 이러한 균형들은 모두 상호 연결되어 있으며, 평균적으로 모든 균형이 평형을 이룰 때 서로를 강화하여 식물의 건강과 회복력을 증진시킵니다. 반대로 하나의 균형이 깨지면 다른 균형에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

2. 기본 원칙 실현을 위한 모니터링의 역할

GPE의 기본 원칙을 효과적으로 적용하기 위해서는 이러한 여섯 가지 균형 상태를 지속적으로 파악하고 지원해야 합니다. 여기서 **'모니터링'**이 핵심적인 역할을 합니다.

• 객관적인 사실 정보 확보: GPE는 재배자의 주관적인 느낌이나 육안 관찰 대신 센서와 측정을 통해 객관적인 데이터를 수집하는 **'데이터 기반 접근 방식(Data-Driven Growing)'**을 강조합니다. 이러한 데이터는 식물 및 온실 시스템의 현재 상태에 대한 '사실 정보'를 제공하며, 이는 균형 상태를 진단하고 필요한 조치를 결정하는 기반이 됩니다.

• 식물의 언어 이해: 모니터링은 식물이 '말하는 것'을 이해하는 데 도움을 줍니다. 식물은 균형을 유지하려는 자연적인 행동을 통해 자신의 상태를 나타내며, 센서 데이터는 이러한 '식물의 언어'를 객관적으로 해석할 수 있게 합니다. 예를 들어, 잎 온도나 VPD(수증기압 부족분) 모니터링은 기공의 행동과 식물의 에너지/수분 균형 상태에 대한 중요한 지표가 됩니다.

• 균형 상태 진단 및 제한 요인 식별: 다양한 센서를 통해 각 균형과 관련된 매개변수를 모니터링함으로써, 어떤 균형이 깨져 있는지, 그리고 성장을 제한하는 요인이 무엇인지 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 기상 센서는 온실의 에너지 및 수분 균형과 관련된 외부 조건을 모니터링하고, 식물 센서는 식물의 에너지, 수분, 동화산물 균형의 즉각적인 반응이나 장기적인 발달을 모니터링합니다.

• 지속적인 개선 및 최적화: 모니터링을 통해 얻은 데이터를 분석하여 재배 전략(환경 제어, 작물 관리)을 지속적으로 개선하고 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, RTR(온도/광량비) 모니터링은 식물의 동화산물 균형 및 식물 부하 관리에 필수적이며, 이를 통해 안정적인 식물 발달과 건강을 유지할 수 있습니다. 온실의 에너지 및 수분 균형 모니터링은 환기, 난방, 스크린 사용 등의 기후 제어 전략을 식물 균형 지원에 맞게 조정하는 데 활용됩니다.

3. 다양한 균형을 위한 구체적인 모니터링 방법

GPE는 여섯 가지 균형을 지원하기 위해 다양한 모니터링 방법을 제시합니다.

• 일차 식물 균형:

  • 에너지 균형: 식물 잎 온도, VPD, 순복사량(Net radiation), 열화상 카메라를 이용한 작물 온도 분포 모니터링 등을 통해 식물의 에너지 균형 상태를 파악할 수 있습니다.

  • 수분 균형: 배지 무게 측정(양액 재배), 수분 공급량/배수량 모니터링, 증산량 측정 또는 추정, 기공 행동 모니터링(VPD, 기공 전도도 등)이 중요합니다. 또한, 뿌리 온도 모니터링은 수분 및 양분 흡수와 밀접하게 관련됩니다.

  • 동화산물 균형: 작물 발달/상태 관찰 및 등록(식물 부하, 성장 속도, 착과, 개화, 뿌리 발달 등), RTR(온도/광량비) 모니터링, 수직 온도 프로파일 모니터링, CO₂-광량비 모니터링 등을 통해 동화산물 생산 및 소비 균형을 관리할 수 있습니다.

• 일차 온실 균형:

  • 에너지 균형: 일사량(Pyranometer), 열 방출량(Pyrgeometer), 온실 내부/외부 온도 모니터링을 통해 온실의 에너지 수지 상태를 파악합니다.

  • 수분 균형: 온실 내부의 절대 습도(AH) 변화 추이 모니터링, 스크린 위/아래/외부 습도 차이 모니터링, 응결 위험 모니터링이 중요합니다. 습도 조절은 단순히 상대 습도(RH)에만 의존하는 것이 아니라 AH를 함께 고려해야 합니다.

  • CO₂ 균형: 온실 내부 CO₂ 농도 모니터링은 광합성 지원을 위해 필수적입니다. 환기는 CO₂ 공급 및 습도 조절과 관련됩니다.

• 이차 식물 균형:

  • 영양분 균형: 주로 관개수 및 배액 샘플을 채취하여 영양분 농도를 분석하고 그 결과를 모니터링하는 방식을 사용합니다. 뿌리 온도와 pH 또한 영양분 흡수에 영향을 미치므로 모니터링이 필요합니다. 하지만 영양분 균형은 일차 균형, 특히 동화산물 균형과 근권 환경 관리를 통해 지원하는 것이 더 효과적이라고 설명됩니다.

  • 근권 미생물 균형: 직접적인 모니터링 방법(DNA, 가스 크로마토그래피 등)은 아직 실용적이지 않습니다. 대신 동화산물 균형 지원(식물의 삼출물 공급)과 근권 환경(온도, pH, 습도, 산소 농도) 조절을 통해 간접적으로 지원하고 모니터링합니다. 근권 미생물 균형은 식물 전체의 일관된 균형과 함께 달성됩니다.

  • 호르몬 균형: 직접적인 모니터링은 연구 목적 외에는 실용적이지 않으며, 일차 식물 균형을 안정화하는 것이 호르몬 균형을 안정화하는 가장 효과적인 방법으로 간주됩니다.

4. 데이터 기반 도구를 활용한 모니터링 및 분석

GPE는 이러한 모니터링을 지원하기 위해 센서 기술과 데이터 분석 도구의 중요성을 강조합니다. LetsGrow.com과 같은 온라인 플랫폼은 다양한 센서 데이터를 수집, 저장 및 분석하고 GPE 기본 원칙을 적용하는 데 도움이 되는 다양한 도구(예: Psychrometric chart, 시뮬레이션 도구, 기공 센서 모듈, RTR 모듈, 작물 등록 모듈 등)를 제공합니다. 이러한 도구들은 데이터 기반 재배(Data-Driven Growing) 및 자율 온실(Autonomous Greenhouse) 개념을 가능하게 합니다.

결론

GPE의 기본 원칙은 식물과 온실 시스템을 물리학과 식물 생리학에 기반하여 통합적으로 이해하고, 여섯 가지 핵심 균형을 지속적으로 관리하는 데 있습니다. 이러한 기본 원칙을 실현하는 데 있어서 **'모니터링'**은 절대적으로 필수적인 과정입니다. 모니터링을 통해 객관적인 '사실 정보'를 확보하고, 식물의 언어를 이해하며, 균형 상태와 제한 요인을 진단하고, 데이터 기반 의사 결정을 통해 재배 전략을 지속적으로 개선할 수 있습니다. 정밀한 센서와 데이터 분석 도구를 활용한 모니터링은 GPE가 목표로 하는 건강하고 회복력 있는 작물, 높은 수확량과 품질, 그리고 자원 절약과 같은 지속 가능한 원예를 달성하는 데 있어 근본적인 기반을 제공합니다.

요약자료 출처 : Plant Empowerment The basic principles
                      (원저자 ir. P.A.M. Geelen / ir. J.O. Voogt / ing. P.A. van Weel)