GPE 기본 원칙: 식물 균형 지원과 데이터 기반 모니터링

Growing by Plant Empowerment(GPE)는 보호된 환경(온실 등)에서의 식물 재배 방식을 재정의하는 근본적인 개념을 제시합니다. 이러한 기본 원칙의 핵심은 식물을 단순히 생화학적 유기체로만 보는 것이 아니라 물리 법칙(에너지 보존, 질량 보존 등)에 종속되는 **'물리적 대상(physical object)'**으로도 간주하는 통합적인 접근 방식에 있습니다. GPE는 전통적인 재배 방식이 가진 한계, 즉 청사진, 경험, 직관, 단일 요인 연구 등에 의존하는 것에서 벗어나, 물리 및 식물 생리적 지식에 기반한 통합된 프레임워크 안에서 객관적인 **'사실 정보(hard facts)'**를 활용하는 것을 강조합니다. 이러한 기본 원칙의 핵심을 실현하고 적용하는 과정에서 **'식물 균형 지원(Supporting Plant Balances)'**은 가장 중요한 목표이자 실행 방안이 됩니다.

1. GPE 기본 원칙의 핵심: 통합적 시스템 접근과 균형 관리

GPE는 식물과 온실 시스템을 복잡하게 상호 연결된 하나의 통합체로 바라봅니다. 이러한 시스템의 최적화된 운영과 식물의 건강하고 회복력 있는 성장을 위해서는 다양한 요인들이 **'균형(balances)'**을 이루어야 한다는 것이 GPE의 근본적인 주장입니다. GPE는 이를 설명하기 위해 **'여섯 가지 일차 균형'**을 제시합니다: 식물의 에너지 균형, 식물의 수분 균형, 식물의 동화산물 균형, 온실의 에너지 균형, 온실의 수분 균형, 온실의 CO₂ 균형. 더 나아가 세 가지 **'이차 식물 균형'**으로 영양분 균형, 근권 미생물 균형, 호르몬 균형을 추가하여 식물 내부 프로세스에 대한 이해를 심화합니다.

이러한 균형들은 서로 상호 연결되어 있습니다. 평균적으로 모든 균형이 평형을 이룰 때, 이들은 서로를 강화하여 식물의 상태를 긍정적인 방향으로 이끌고 건강과 회복력을 증진시킵니다. 반면, 하나의 균형이라도 구조적으로 흐트러지면 다른 균형에도 부정적인 영향을 미쳐 식물의 상태를 부정적인 방향으로 밀어 넣을 수 있습니다. 따라서 GPE 기본 원칙에 따른 재배의 핵심은 이러한 균형 상태를 파악하고 이를 **'지원(support)'**함으로써 식물이 스스로의 균형을 유지할 수 있도록 돕는 것입니다.

2. 기본 원칙 실행으로서의 식물 균형 지원

GPE는 전통적인 재배 방식이 종종 식물을 '조종(steer)'하거나 '교정(correct)'하려 하지만, 이는 식물의 자연적인 균형 유지 노력을 방해할 수 있다고 지적합니다. 대신 GPE는 식물이 외부 환경 변화에도 불구하고 에너지, 수분, 동화산물 등의 균형을 규칙적으로 유지하며 성장할 수 있도록 **'지원'**하는 데 중점을 둡니다. 이는 식물의 타고난 성장 능력과 회복력을 최대한 발휘할 수 있게 하는 것입니다.

식물 균형을 지원하는 것은 단순히 원하는 공중 환경 설정값(예: 온도, 습도)을 달성하는 것을 넘어섭니다. GPE에 따르면, 좋은 재배의 진정한 기술은 식물이 모든 성장 요소를 동시에 최적으로 유지할 수 있도록 균형 유지를 지원하는 것입니다. 이는 마치 통나무 통에서 가장 짧은 통나무가 통에 담을 수 있는 물의 양을 결정하듯, 가장 제한적인 성장 요소를 파악하고 개선하는 과정과 같습니다.

식물 균형을 지원하기 위한 주요 전략은 다음과 같습니다:

• 기후 제어 전략 조정: 온실의 기후 제어를 식물 균형 지원에 맞춰 조정합니다. 이는 단순히 공중 환경 조건을 제어하는 것이 아니라, 환기, 난방, 스크린 사용 등을 통해 온실 에너지, 수분, CO₂ 균형을 관리함으로써 궁극적으로 식물의 에너지, 수분, 동화산물 균형을 지원하는 것을 의미합니다. 예를 들어, 수분 스트레스를 피하기 위해 낮은 상대 습도(RH)가 식물에 미치는 영향(기공 닫힘)을 이해하고, 고방사 환경에서 RH를 높게 유지하는 전략을 사용할 수 있습니다.

• 작물 관리 전략 통합: 식물 균형 지원은 기후 제어뿐만 아니라 작물 관리 전략(예: 식물 부하 조절, 작물 건축 관리)과도 통합되어야 합니다. 특히 동화산물 균형 지원에 있어서 식물 부하 관리는 매우 중요합니다.

• 제한 요인 식별 및 개선: GPE의 시스템 접근 방식에 따라, 어떤 균형이 깨져 있는지, 그리고 성장을 제한하는 요인이 무엇인지를 파악하고 이를 개선하는 데 집중합니다.

3. 모니터링을 통한 식물 균형 지원

식물 균형 지원은 GPE의 데이터 기반 재배(Data-Driven Growing) 및 자율 온실(Autonomous Greenhouse) 개념과 밀접하게 연결됩니다. 식물 균형을 효과적으로 지원하기 위해서는 식물 및 온실 시스템의 현재 상태에 대한 정확하고 객관적인 정보가 필수적이며, 이러한 정보는 **'모니터링(Monitoring)'**을 통해 얻어집니다. GPE는 재배자의 '녹색 손가락'이나 '감정적인 인식' 대신 센서와 측정을 통한 '사실 정보'에 기반한 모니터링을 강조합니다.

모니터링은 다음과 같은 방식으로 식물 균형 지원에 기여합니다.

• 식물의 언어 이해: 모니터링은 식물이 '말하는 것'을 이해하는 데 도움을 줍니다. 식물은 자신의 균형을 유지하기 위해 다양한 반응을 보이는데, 센서 데이터는 이러한 '식물의 언어'를 객관적인 지표로 제공합니다. 예를 들어, 잎 온도 및 VPD 모니터링은 식물의 에너지 및 수분 균형 상태와 기공 행동에 대한 중요한 정보를 제공하며, 이를 통해 물 스트레스 위험 등을 조기에 파악하고 지원 조치를 취할 수 있습니다. 기공 센서 모듈과 같은 도구는 기공 전도도를 계산하여 식물 상태를 모니터링할 수 있게 합니다.

• 균형 상태 진단: 다양한 센서와 측정값을 통해 여섯 가지(또는 아홉 가지) 균형과 관련된 매개변수를 모니터링합니다.

  • 일차 식물 균형:

    • 에너지 균형: 잎 온도, VPD, 순복사량, 열화상 카메라 이미지 등을 모니터링하여 식물의 에너지 수지 상태를 파악합니다.

    • 수분 균형: 배지 무게(수분 함량), 급수량/배수량, 증산량(측정 또는 추정), 기공 행동(VPD, 기공 전도도), 뿌리 온도 등을 모니터링합니다. 모니터링 결과를 바탕으로 관개를 실제 증발량에 맞게 조정하여 수분 균형을 지원합니다.

    • 동화산물 균형: 작물 발달/상태 기록(식물 부하, 성장 속도, 착과, 개화, 뿌리 발달), RTR(온도/광량비) 모니터링, 수직 온도 프로파일, CO₂-광량비 등을 활용합니다. RTR 모니터링은 동화산물 생산(광량)과 소비(온도)의 균형을 나타내며, 이는 식물 균형을 유지하는 핵심 요소 중 하나입니다.

  • 일차 온실 균형: 온실의 에너지, 수분, CO₂ 균형은 식물 균형 지원에 필수적인 환경 조건을 제공합니다. 일사량, 온실 내부/외부 온도, 절대 습도(AH) 변화 추이, CO₂ 농도 등을 모니터링합니다. 이는 환기, 스크린 사용, 난방 등의 기후 제어 전략을 통해 온실 환경을 식물 균형에 유리하게 조정하는 데 사용됩니다.

  • 이차 식물 균형:

    • 영양분 균형: 주로 양액 및 배액 샘플 분석을 통해 영양분 농도를 모니터링하지만, 영양분 균형은 일차 균형, 특히 동화산물 균형과 근권 환경 관리(온도, pH)를 지원함으로써 가장 효과적으로 안정화될 수 있다고 설명됩니다.

    • 근권 미생물 균형: 직접적인 모니터링은 아직 실용적이지 않으며, 동화산물 균형 지원(식물 삼출물 공급)과 근권 환경(온도, pH, 수분, 산소) 조절을 통해 간접적으로 지원하고 관리합니다.

    • 호르몬 균형: 직접 모니터링은 비실용적이며, 일차 식물 균형을 안정화하는 것이 호르몬 균형을 안정화하는 가장 효과적인 방법입니다.

• 데이터 기반 의사 결정 및 개선: 모니터링 데이터를 분석하여 현재 균형 상태를 파악하고, 어떤 요인이 제한적이며 어떤 지원이 필요한지 객관적으로 판단합니다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 기후 및 작물 관리 전략을 조정하여 식물 균형을 지원하고 지속적으로 재배 프로세스를 개선합니다. 온라인 플랫폼(LetsGrow.com 등)은 이러한 데이터 수집, 분석 및 GPE 원칙 적용을 돕는 다양한 도구를 제공합니다.

결론

GPE의 기본 원칙은 식물과 온실을 물리 및 생리적 관점에서 이해하고, 여섯 가지 핵심 균형(일차) 및 세 가지 이차 균형의 관점에서 재배 시스템을 관리하는 통합적인 접근 방식을 제공합니다. **'식물 균형 지원'**은 이러한 기본 원칙을 실제로 적용하는 핵심 전략입니다. 이는 재배자의 주관적 판단이 아닌, **'모니터링'**을 통해 얻은 객관적인 '사실 정보'를 기반으로 식물 및 온실의 균형 상태를 진단하고, 필요한 환경 제어 및 작물 관리 조치를 통해 식물이 스스로 건강하고 회복력 있는 균형 상태를 유지하도록 돕는 과정입니다. GPE는 모니터링 데이터를 활용하여 제한 요인을 식별하고 이를 개선함으로써, 식물 균형을 지속적으로 지원하고 안정화하는 것이 최적의 성장, 높은 수확량과 품질, 자원 효율성 증대라는 GPE의 목표를 달성하는 가장 효과적인 방법이라고 강조합니다. 

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