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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.24 No.2 pp.128-133
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2015.24.2.128

Technology for Improving the Uniformity of the Environment in the Oyster Mushroom Cultivation House by using Multi-layered Shelves

Sunghyoun Lee1, Byeongkee Yu1, Hyuckjoo Kim1, Namkyu Yun1, Jongcheon Jung2
1Dept. of Agrcultural Engineering, National Academy of Agricultural Science, Jeonju 560-500, Korea
2National Institute of Horticultural & Herbal Science, Eumseong 440-706, Korea
Corresponding author:
May 27, 2015 June 10, 2015 June 18, 2015

Abstract

Mushrooms can grow in nature when adequate temperature and humidity are maintained, but such condition can be satisfied for only a short period of time on an annual continuum. Therefore, it can be deemed that a majority of the distributed mushrooms in the current market are produced in an artificially manipulated environment. This study was conducted to resolve the problem of the Oyster mushroom cultivation house’s internal temperature and humidity imbalance, where the Oyster mushrooms are cultivated in a multi-layered shelves. The air circulation fans were installed to improve the air uniformity of the Oyster mushroom cultivation house by using multi-layered shelves. During the experiment, the ambient temperature and the ambient relative humidity ranged from 5.2°C to 20.4°C and 40% to 100% respectively. Due to the change of the outdoor temperature, the internal temperature of the Oyster mushroom cultivation house also changed, ranging from 13.3°C to 18.4°C, but the temperature gap between the different internal location of the facility during the conforming recorded time only ranged from 0.2°C to 1.3°C, being significantly stable. The internal relative humidity, ranging from 82% to 96%, also changed due to the change of the outdoor temperature. Nevertheless, the relative humidity gap between the different internal location during the conforming recorded time only ranged from 2% to 7%. Furthermore, the research staff were able to maintain the concentration of CO2 from 575ppm to 731ppm(below 1,000ppm was the goal) indicating the possibility of an even management of the internal environment by installing the air circulation fan.


느타리버섯 균상재배사의 환경균일성 향상을 위한 기술 개발

이 성현1, 유 병기1, 김 혁주1, 윤 남규1, 정 종천2
11농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부
22농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부

초록

버섯은 생육에 적합한 온도 및 수분이 유지되면 자연 상태에서도 원활하게 발생할 수 있지만 이러한 기간은 1년중 극히 일부에 지나지 않는다. 따라서 오늘날 시장 에 유통되는 버섯은 대부분 인공적으로 조절된 환경에서 생산된 것으로 볼 수 있다. 기존 연구자들의 보고에 의 하면 버섯재배사 내부의 온도 및 습도에 대한 불균일성 이 큰 것으로 알려져 있고, 이를 극복하기 위한 다양한 기술 들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 느타리버섯 균 상재배사 내부에 공기를 위로 토출 할 수 있는 대류팬 을 설치하고, 이에 따른 느타리버섯 균상재배사 내부의 위치에 따른 온도 및 습도 균일성을 향상하기 위하여 수행하였다.

시험기간 동안의 외기온도는 5.2~20.4°C까지 변화하였 고, 외기 상대습도는 40~100%까지 변화하였다. 외기온 도의 변화에 영향을 받아 버섯재배사 내부의 온도도 13.3~18.4°C 변화하였지만 동일한 기록 시간의 균상 위 치에 따른 온도 차이는 0.2~1.3°C로 매우 균일하게 유지 되는 것으로 나타났다. 버섯재배사 내부의 상대습도도 외기 상대습도 변화에 영향을 받아 82~96%로 변화하였 지만 동일한 기록시간의 균상 위치에 따른 상대습도 변 화의 차이는 2~7%로 나타났고, CO2 농도 변화는 약 575~731ppm으로 목표로 하는 1,000ppm 이하로 유지되 는 것으로 나타나 내부 대류팬의 설치로 버섯재배사 내 부의 균일한 환경관리가 가능한 것으로 나타났다.


    Rural Development Administration
    PJ009996

    서 언

    우리나라에서 느타리버섯의 인공재배는 1973년 농촌 진흥청에서 볏짚, 퇴비, 발효볏짚이용 재배방법이 개발되 어 농가에 보급되면서 시작되었고, 최근에 일반적으로 재배되는 폐면배지 이용 기술은 1989년부터 시작되었다 (KMGA 2013, 2015). 버섯 생산 분야는 지난 10여 년 동안 급격한 구조조정이 진행되었으며 2013년 기준 전 체 농가수 4,160호에서 173,580톤을 생산하고 있다. 그 중 느타리버섯은 2,200농가에서 45,000천 톤을 생산한다 (MAFRA, 2013). 오늘날의 버섯재배사는 버섯의 생육환 경을 인공적으로 제어하여 계절 및 자연재해에 무관하게 연중 계획생산이 가능하다. 버섯을 생산하는 기본 시설 인 버섯재배사의 구조는 하우스파이프 골조와 보온덮개 등을 이용해 시설한 간이버섯재배사와 샌드위치 단열 패 널을 이용해 시설한 양지붕형 재배사가 있으며, 최근에 는 주로 샌드위치 단열 패널을 이용한 양지붕형 재배사 가 널리 활용되고 있다(RDA, 1992). 이와 같이 단열 패 널을 이용한 재배사가 증가하는 이유는 보온덮개를 이용 한 간이버섯재배사에 비해 외부의 기상조건으로부터 내 부의 환경관리가 용이하기 때문이다. 버섯의 적합 생육관 리를 위해서는 온도, 습도, 이산화탄소 농도 관리가 중요 하다. 성공적인 버섯재배를 위해서는 생산비의 절감뿐만 아니라 재배사내 특성을 고려하여 각각의 재배균상 위의 환경을 정밀하게 관리하는 것이 중요하다(Moon 등, 2015). 따라서 재래적인 방법인 자연환기만으로는 내부 의 적합 환경관리가 곤란하다. 이러한 문제점을 개선하 기 위하여 버섯재배사 구조, 환경관리 등에 대한 많은 연구가 수행되었다(Lee 등, 2007; Suh 등, 2002a, 2002b; Yoon 등, 2003). 일반적으로 느타리버섯은 3~4 단으로 이루어진 베드위에서 기르기 때문에 베드와 베드 사이의 환경이 큰 것으로 보고되었다. 따라서 버섯의 생 육단계에 따른 내부 환경의 균일성 있는 관리는 버섯재배 농가의 가장 큰 어려움인 것으로 나타났다. 버섯의 품종 은 다르지만 다단형 큰느타리버섯 재배사의 환경을 조사 한 결과 재사균상 간의 환경차이로 인해 버섯의 생육이 고르지 못하여 재배기간 동안 상하층간 배지병을 인위적 으로 이동시켜야 한다는 보고도 있었다(Yoon 등, 2006).

    느타리버섯 표준재배사 내부의 균상은 일반적으로 폭 1.4m, 길이 20m이며 균상과 균상 사이의 간격은 0.6m 이다(RDA, 1992). 균상위에 버섯배지를 입상하고 버섯 의 생육이 왕성해 지면 균상과 균상 사이의 간격은 약 0.3m 정도로 줄어들어 균상과 균상 사이가 꽉 차 있는 상태가 된다. 표준느타리버섯재배사의 경우 버섯 재배 균상은 4단 2열로 설치가 된다. 이렇게 균상과 균상 사 이가 좁고 여러 단으로 균상이 설치되기 때문에 내부의 공기 흐름이 원활치 않아 아래쪽 균상과 위쪽 균상간의 환경차이로 인해 버섯의 생육 및 품질 불균일성이 나타 난다(KMCA, 2013, 2015; MushWorld, 2004). 따라서 일부 농가의 경우 내부 환경 균일성 개선을 위하여 맨 위 4단 균상을 제거하여 운영하고 있다. 하지만 여전히 내부 환경 불균일성은 극복하지 못하고 오히려 실질적인 재배면적만 25%가 줄어들어 경영 개선이 되지 못하고 있다. 따라서 본 연구는 4단 2열로 재배되는 느타리버섯 재배사 내부의 환경 균일성 향상을 위하여 내부에 대류 팬을 설치하여 공기에 인위적인 유동을 발생시켜 내부 공 기의 혼합을 촉진함으로써 버섯의 생육과 관련된 온도, 습도의 균일성을 향상하고자 하였다.

    재료 및 방법

    느타리버섯의 재배는 Fig. 1과 같이 품종 선택과 버섯 배지의 조성에서부터 살균, 발이, 생육, 수확까지 여러 단계로 구분되며, 각각의 단계마다 환경관리 방법이 다 르다(MushWorld, 2004). 모든 단계의 관리가 중요하지 만 그 중에서도 버섯이 발이 되어 수확에 이르는 기간 동안의 환경관리가 버섯의 품질 및 생산성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 버섯재배사의 환경관리 를 위한 기계장치는 온도관리를 위한 냉난방기, 수분관 리를 위한 가습기, CO2 관리를 위한 환기장치가 있다. 이들 환경관리 장치를 어떻게 이용하는가는 재배사의 구 조, 품종, 재배시기, 에너지 이용 효율화 등에 따라 많은 차이가 있다(MushWorld, 2004; Yoon 등, 2006). 버섯재 배사 내부 버섯이 생육되는 균상 배치의 경우 표준규격 은 4단 2열로 제시하고 있지만 농가에 따라 3단 2열, 5 단 2열, 4단 3열 등 다양하게 변형하여 사용하고 있다. 버섯재배사의 균상과 균상 사이의 높이는 60~70cm가 대부분이며, 균상위 작업 편이성을 높이기 위하여 대부 분의 재배사에는 3단 균상 높이에 밀고 다닐 수 있는 작업대차를 설치해 이용한다.

    본 연구를 수행하기 위해 충남 부여에서 느타리버섯을 전업으로 재배하는 농가의 시설을 활용하였다. 버섯재배 사는 벽체 100mm, 지붕 120mm 두께의 샌드위치 단열 패널을 이용해 양지붕형 형태로 시설되었으며 재배사 내 부 벽면에는 기밀과 보온을 높이기 위하여 발포우레탄을 20~30mm 도포하였다. Fig. 2는 시험에 사용된 버섯재배 사의 구조를 나타낸 것이고, Fig. 3은 재배사의 외관 및 내부를 나타낸 것이다. 버섯재배사 내부 균상은 4단 2열 로 시설되었고 각 균상 사이의 간격은 600mm이다. 버 섯재배사 바닥면적은 132m2이고, 높이는 측고높이 3,500mm, 동고 높이 5,000mm이다. 버섯이 재배되는 균 상면적은 약 200m2 이다.

    버섯재배사 내부에서 버섯이 재배되는 각각의 균상위 환경 균일성을 높이기 위해서 택한 기본 원리는 버섯이 생육되지 않는 공간의 공기유동을 빠르게 하여 그 영향으 로 각각의 균상위 공기 유동을 유도하는 방법이다. 예를 들어 선풍기와 같이 팬으로 공기를 밀어내면 공기가 토출 되는 앞쪽에는 강한 공기유동이 발생하는데 뒤쪽에 공기 가 빨려 유입되는 공간에는 미세한 공기 유동이 발생하는 원리이다(Moon 등, 2015). 따라서 본 연구에서는 버섯재 배사의 중앙 통로 상단에 날개직경 400mm, 용량 80CMM인 대류팬을 설치하였으며, 대류팬의 공기 토출 방향을 천장으로 향하게 하였다. 이렇게 되면 강한 기류가 천장으로 토출되고 팬 아래쪽의 공기는 팬에 의한 부압으 로 인해 낮은 유속의 공기유동이 발생한다. 또한 팬이 가 동하면서 아래쪽의 공기를 위쪽으로 밀어 내면서 아래쪽 에는 균상과 균상 사이의 공기가 벽쪽에서 중앙부분으로 이동하며, 팬의 위쪽에 있는 균상사이의 공기는 팬으로 토 출되는 공기의 유속에 의해 벽쪽에서 중앙부분으로 공기 이동이 발생한다. 천장에서 뒤섞인 공기는 지붕면과 벽면 을 따라 아래쪽으로 이동하는 현상이 발생하여 결과적으 로는 재배사 내부 전체 공기가 고르게 섞이게 된다.

    버섯재배사의 온도관리를 위한 냉난방기는 재배사 중 앙 위쪽에 설치되었으며, 공기의 토출은 재배사 길이방 향으로 이루어지게 하였다. 수분 관리를 위하여 외부공 기가 유입되는 토출구에 분사 노즐을 설치하여 외부공기 가 공급될 때만 가동되도록 하였다. 외부공기는 재배사 끝벽 하단부에서 덕트를 통해 유입되도록 하였으며, 덕 트에서 토출되는 빠른 공기 유속에 의한 균상위 유동을 최소화하기 위하여 토출구를 1단 재배균상 아래쪽에 위 치하도록 하였다. 외부공기 유입을 위한 팬은 날개직경 300mm, 용량 45CMM이며, 길이방향에서 볼 때 토출구 는 재배사 길이의 1/3 지점에 위치토록 하였다.

    재배사 내부의 환경 균일성 판단은 각 재배균상위에 3 개씩의 온습도 센서를 설치하여 각 센서의 측정값 차이 를 분석하였다. 센서의 설치 위치는 재배사 앞쪽을 기준 으로 3m, 10m, 17m 지점에 높이는 버섯의 생육 부위를 고려하여 균상위 30cm 높이에 설치하였다. 재배사 내부 환경 균일성 분석을 위해 설치한 온습도 센서는 총 27 개 이었다. 재배사 내부의 환기 적정성 여부를 판단하기 위하여 재배사 3단 높이의 중앙에 CO2 센서를 설치하였 다. 데이터의 측정 간격은 1분 단위로 기록 되도록 하였 다. 센서는 균사배양 완료 후 버섯의 발이가 시작되는 시점에 설치하여 버섯의 수확이 끝나는 시점에 회수하여 데이터를 분석하였다.

    결과 및 고찰

    느타리버섯의 경우 품종과 버섯배지의 조성에서부터 발이, 생육, 수확까지 여러 단계로 나눠지고 각각의 단 계마다 환경관리 방법이 서로 다르지만, 이 가운데에서 도 버섯의 발이에서 수확에 이르는 기간 동안의 환경관 리가 버섯의 품질 및 생산성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구에서 내부 대류팬의 가동에 따른 균일성시험은 버섯의 발이가 시작되어 균상 위에 버섯의 생육이 가장 왕성한 수확기시기가 다다랐을 때 수행하였다. 버섯의 전체 생육 기간 중 특별히 이 시 기를 택한 것은 이 시기가 버섯재배 균상위에 버섯이 꽉 차 있는 상태가 되어 균상과 균상사이의 간격이 좁 아지고, 균상위에 자란 버섯이 공기유동의 장애물로 작 용을 할 수 있기 때문이다. 균상재배 느타리버섯보다 환 경관리가 용이한 큰느타리버섯 재배사의 환경요인을 분 석한 한 연구에서는 위쪽과 아래쪽 균상간의 온도 차이 가 2.0~6.0°C 까지도 나타난다고 하였다(Kim, 2008). Fig. 4는 외기온도, 버섯재배사 내부 온도 및 CO2 변화 를 나타낸 것이고, Fig. 5는 외기 상대습도 및 버섯재배 사 내부 상대습도 변화를 나타낸 것이다. 분석은 ‘14년 10.14.~10.15°C. 2일간의 연속적인 데이터를 사용하였고 데이터는 매 1분마다 기록되었다. 분석한 내부 환경 요 인은 온도, 상대습도, CO2 농도이다. 분석기간 동안의 외기온도는 5.2~20.4°C까지 변화하였고, 외기 상대습도 는 40~100%까지 변화하였다. 외기온도의 변화에 영향을 받아 버섯재배사 내부의 온도도 13.3~18.4°C 변화하였지 만 동일한 기록 시간의 균상 위치에 따른 온도 차이는 0.2~1.3°C로 매우 균일하게 유지되는 것으로 나타났다. 버섯재배사 내부의 상대습도도 외기 상대습도 변화에 영 향을 받아 82~96%로 변화하였지만 동일한 기록시간의 균상 위치에 따른 상대습도 변화의 차이는 2~7%로 나 타났고, CO2 농도 변화는 약 575~731ppm으로 목표로 하는 1,000ppm 이하로 유지되는 것으로 나타났다. 측정 분석한 전체 온도 데이터의 평균은 16.20°C 이었으며, 데이터 간의 표준오차는 1.00°C로 나타났다. 상대습도의 경우는 평균 89.95%, 데이터 간의 표준오차는 1.86%로 나타나 내부 대류팬의 설치로 균일한 환경관리가 가능한 것으로 판단되었다.

    Fig. 6은 내부의 온도차가 가장 작은 특정한 시간에 기록된 온도 및 습도를 나타낸 것이다. Fig. 6에서 (1)~(24)는 Fig. 2에서 각 균상위에 설치된 센서의 위치 를 나타낸 것이다. 이때 버섯재배사 내부의 최소온도, 최고온도, 평균온도는 각각 15.24°C, 15.50°C, 15.39°C로 나타났으며, 최고온도와 최저온도의 차이는 0.26°C로 균 상의 높이에 따른 온도편차가 거의 발생하지 않는 것으 로 나타났다. 또한 내부의 상대습도의 경우도 최소, 최 대, 평균 상대습도가 각각 92.10%, 94.05%, 93.05%로 균상의 위치에 따른 차이가 거의 발생하지 않았으며, 최 고 상대습도와 최저 상대습도 차이는 불과 1.95% 밖에 나지 않는 것으로 나타났다. 이때의 외기온도와 외기 상 대습도는 각각 17.25°C, 54.63% 이었다. 물론 Fig. 4와 5에서와 같이 외기온도 및 상대습도의 일중 변화에 영향 을 받아 내부의 온도 및 상대습도의 변화가 발생하지만 같은 시간에 측정한 데이터에서 버섯재배사 내부의 온도 및 상대습도의 변화가 균상 위치에 따라 거의 발생하지 않는다는 것은 내부에 설치한 대류팬에 의해 내부의 공 기가 균일하게 혼합되었다는 것을 의미한다. 따라서 여 러 단으로 쌓아 올려 재배하는 버섯재배사의 경우 내부 에 기류를 혼합하여 줄 수 있는 대류팬을 설치하여 활 용하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

    Figure

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    The process of cultivation of the oyster mushroom.

    KSBEC-24-128_F2.gif

    Schematic diagram of the experimental oyster mushroom house(unit: mm).

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    The Photographs of the experimental oyster mushroom house.

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    Daily changes of the temperature and CO2 of the oyster mushroom cultivation house.

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    Daily changes of the relative humidity of the oyster mushroom cultivation house.

    KSBEC-24-128_F6.gif

    6. Inner temperature and relative humidity above the shelf at the specific time of the oyster mushroom cultivation house at outer temperature 17.25°C and relative humidity 54.63%.

    Table

    Reference

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