일본의 혁신적인 ‘빛 레시피’: 식물공장 상추의 수확량과 영양을 모두 잡는 원적외광 제어 기술

일본 도쿄대학교 대학원 농학생명과학연구과 연구팀은 식물공장에서 원적외광(Far-Red light)의 조사 타이밍을 제어함으로써 서니레타스의 수확량과 품질을 동시에 높이는 실용적인 ‘빛 레시피’를 개발했습니다. 고도화된 식물공장 도입을 검토하는 한국 농가와 기업들에게 이번 일본의 연구 결과는 운영 비용 절감과 상품 가치 극대화를 위한 중요한 시사점을 제공합니다.

식물공장의 과제와 원적외광의 트레이드오프

식물공장은 날씨에 좌우되지 않고 안정적인 작물 생산을 가능하게 하지만, 인공광 의존에 따른 전력 비용과 채산성 확보가 큰 과제로 남아 있습니다. 이에 따라 제한된 광 에너지를 ‘언제, 어떤 파장으로, 어떤 목적으로 사용할 것인가’에 대한 광 환경 설계의 최적화가 핵심 연구 주제로 주목받고 있습니다.

최근 원적외광은 잎의 확장과 캐노피(식물의 천개) 형성을 촉진하여 식물 전체의 수광량을 높이고 수확량을 향상시키는 광원으로 관심을 끌고 있습니다. 하지만 서니레타스와 같은 적자색 리프레타스의 경우, 원적외광을 계속해서 조사하면 안토시아닌 등 기능성 성분의 농도가 낮아져 겉모양과 품질 평가가 떨어지는 트레이드오프 문제가 발생해 왔습니다.

수확량과 품질을 모두 잡는 ‘빛 레시피’ 실험

연구팀은 상업적 식물공장의 실제 운영 조건과 유사한 환경에서 백색 LED를 일정하게 조사하면서 원적외광 LED(700~750nm)를 보광하는 시기를 네 가지 조건으로 설정하여 검증을 진행했습니다.

실험 결과, 생육 전반기인 첫 4주 동안에만 원적외광을 조사하고 수확 전 마지막 2주 동안은 조사를 중단하는 방식이 가장 뛰어난 성과를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 이 방식은 생육 초기에 원적외광을 통해 잎의 전개를 촉진함으로써 빛을 더욱 효율적으로 받아들일 수 있는 큰 캐노피 구조를 형성하는 원리를 이용한 것입니다.

형태적 변화를 통한 수확량 증대 효과

생육 초기에 형성된 큰 잎과 효율적인 캐노피 구조는 후반기에 원적외광 조사를 중단한 이후에도 그 효과가 지속되었습니다. 결과적으로 이 방식을 적용한 상추는 최종 신선 중량과 엽면적에서 유의미한 증가를 기록했습니다.

원적외광은 그 자체가 광합성을 직접적으로 강하게 구동하기보다는 백색광과 조합되었을 때 잎 내부의 광 에너지 이용과 광합성 반응 과정을 조절하는 역할을 합니다. 즉, 성장을 뒷받침하는 ‘보조적인 빛’으로서 기능하며 작물의 형태적 발달을 이끄는 것으로 분석되었습니다.

기능성 성분 유지 및 선명한 색조 확보

기존의 연속 조사 방식에서 문제되었던 영양 성분 저하 문제도 이번 제어 기술을 통해 해결되었습니다. 수확 전 원적외광을 끄고 백색광만 조사함으로써 안토시아닌과 아스코르브산(비타민 C) 함량의 저하를 막을 수 있었습니다.

이를 통해 리프레타스 특유의 선명한 적자색 색조를 유지하면서도 높은 기능성 성분을 포함한 고품질 상추 생산이 가능해졌습니다. 수확량 증대라는 양적 성장과 기능성 강화라는 질적 성장을 동시에 달성한 것입니다.

간편한 운용을 통한 식물공장 채산성 향상

이번 연구 성과는 복잡한 조명 제어 시스템이나 대규모 설비 교체 없이, 단지 광 환경의 전환이라는 단순한 운용 방식만으로도 에너지 효율적이고 고부가가치인 작물 생산이 가능하다는 점을 시사합니다.

도쿄대 연구팀은 향후 작물 종이나 품종, 재배 밀도에 따른 최적의 제어법 확립을 추진할 계획입니다. 이를 통해 식물공장의 채산성을 높이고 고품질 식량을 안정적으로 공급하는 체계를 구축하는 것이 목표입니다.

조명 조사 타이밍만으로 수확량과 영양을 극대화한 이번 연구 결과는 저비용·고효율 농업 경영을 지향하는 귀농인들에게 매우 실질적인 기술적 해법이 될 것입니다.