KR101542163B1 - 기능성 수지를 함유하는 인공토양 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 인공토양은 발효 유기물, 광물질, 탄화물질, 자연 토양, 칼슘-마그네슘 함유 비료 및 흡수성 고분자를 포함하는 조성물의 형태를 가진다. 본 발명에 따른 인공토양은 보수력 및 보비력이 우수하고, 식물에 필요한 영양분을 지속적으로 공급할 수 있고, 식물 생장에 적합한 배수성 및 통기성을 가지며, 토양 내지 수질의 오염을 최소화할 수 있다. 따라서, 베란다나 테라스와 같은 건물 실내, 건물 옥상, 미니공원 등에 화단 또는 인공 정원을 조성할 때 식물 식재층을 형성하기 위해 본 발명에 따른 인공토양을 사용하는 경우 식물의 초기 발아를 크게 증대시킬 수 있고 식물의 정상적 생장은 물론 생장량 내지 수확량을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 인공토양 키트는 다양한 색상 및 입도 크기의 구현이 가능하므로 인테리어용 토양, 교육용 토양 등으로 활용될 수 있다.

Description

기능성 수지를 함유하는 인공토양 및 이의 제조방법{Artificial soil comprising functional resin and manufacturing method of the same}
본 발명은 인공토양, 이의 제조방법 등에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수분 보유능이 우수한 기능성 수지를 포함하여 베란다나 테라스와 같은 건물 실내, 건물 옥상, 미니공원 등에 화단 또는 인공 정원을 조성할 때 식물 식재층 형성 용도로 사용가능한 인공토양 및 이의 제조방법 등에 관한 것이다.
산업이 발달하고 도시화가 진전되면서 도시의 환경개선을 위해 도심지 녹화에 대한 관심이 증폭되고 있다. 그러나, 산업 및 업무시설이 집중되고 인구밀도가 높은 도심지 환경에서 대규모의 공원이나 숲과 같은 녹지를 조성하는 것은 정책적 또는 비용적 측면에서 볼 때 쉽지 않은 일이다.
이를 해결하기 위해 도심지의 콘크리트 바닥에 식물을 식재할 수 있는 인공지반을 형성하여 녹지를 형성하거나, 건물의 옥상 또는 실내에 식물을 식재할 수 있도록 인공토양을 포설하여 건물녹화를 수행함으로써 환경을 개선하고자 하는 노력이 기울여지고 있다. 그러나, 인공토양으로 조성된 식재층은 자연지반과는 달리 물, 양분 등이 단절되어있는 시스템(Closed system)이기 때문에 식재된 식물의 생육이 불량해지기 쉽다. 따라서, 베란다나 테라스와 같은 건물 실내, 건물 옥상, 미니공원 등에 인공 정원을 조성할 때 식물 식재층을 형성하기 위해 사용되는 인공토양은 우수한 보수력과 보비력을 가져야 하고, 나아가 식물에 필요한 영양분을 지속적으로 공급할 수 있어야 하고 식물의 정상적인 생장을 위해 적정 수준의 배수성과 통기성을 가져야 하며, 토양 오염을 최소화하여야 한다.
또한, 최근에는 일반 가정이나 학교에서 인테리어 목적 또는 교육 목적으로 투명한 유리 또는 플라스틱 재질의 화분에 인공토양을 넣고 식물을 가꾸는 수요가 증가하고 있기 때문에, 이러한 용도로 사용되는 인공토양은 다양한 색상 등을 구현할 수 있어야 한다.
옥상 녹화, 건물 입체 녹화 또는 화분 등에 사용되는 인공토양과 관련하여 선행기술들이 다수 개시되어 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-1415949호에는 부직포 100 중량부, 우레탄폼 90 내지 110 중량부, 저융점 본딩사 90 내지 110 중량부, 흡수성 고분자 5 내지 10 중량부, 숯가루 0.3 내지 1 중량부 및 제오라이트 분말 0.3 내지 1 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공토양 조성물이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0315525호에는 150㎛ 이하의 입도를 갖는 유리분말 100중량부에 대하여 탄산칼슘, 탄소분말 또는 탄산나트륨으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 발포제를 0.5 ∼ 2중량부 혼합하고, 산화철, 산화니켈, 산화크롬 또는 산화코발트로 구성되는 군으로 부터 선택된 적어도 1종의 착색제 0.2 ∼ 2중량부를 혼합하여 열처리로에 투입한 다음, 6 ∼ 8℃/분으로 승온하여 700 ∼ 1,000℃의 온도에서 발포하고 냉각분쇄하여 제조된 입상의 다포유리와 난분해성 또는 기숙성된 유기물로 인공토양을 구성하되, 상기 유기물을 상기 입상의 다포유리에 대하여 부피비로 1 ∼ 50% 혼합한 것을 특징으로 하는 인공토양이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1117116호에는 지렁이분변토 5 내지 10중량%, 버섯폐배지 2 내지 10중량%, 동애등에 부산물 5 내지 10중량%, 고흡수성 폴리아크릴산 3 내지 8중량%, 목분 5 내지 15중량%, 부엽토 5 내지 10중량%, 토탄 5 내지 15 중량%, 제오라이트 3 내지 8중량%, 토양미생물 0.1 내지 5중량% 및 잔량으로서 유기질비료를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 벽체의 녹화를 위한 인공토양조성물이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1090949호에는 왕겨숯 60~70 중량%, 코코피트 10~20 중량%, 퍼라이트 5~10 중량%, 및 왕겨 5~10 중량%으로 혼합된 혼합물; 및 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 30~40 중량부의 물을 첨가하여 구성되고, 상기 물에는 900~1100배로 희석된 유효미생물이 첨가된 것을 특징으로 하는 왕겨숯을 이용한 녹화용 경량 인공토양 조성물이 개시되어 있다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 보수력 및 보비력이 우수하고, 식물에 필요한 영양분을 지속적으로 공급할 수 있고, 식물 생장에 적합한 배수성 및 통기성을 가지며, 토양 내지 수질의 오염을 최소화할 수 있는 인공토양 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 다양한 용도로 사용될 수 있는 인공토양 키트를 제공하는데에 있다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 발효 유기물 100 중량부 당 광물질 50~200 중량부, 탄화물질 50~150 중량부, 자연 토양 100~300 중량부, 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부 및 흡수성 고분자 1~20 중량부를 포함하는 조성물 형태의 인공토양을 제공한다. 이때, 상기 발효 유기물은 식물성 유기물 및 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 형성한 것이다. 또한, 상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 탄화물질은 활성탄, 바텀애쉬, 왕겨훈탄, 코코넛탄 및 이탄(peat)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체를 포함한다.
또한, 상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 발효 유기물을 수득하는 단계; 및 상기 발효 유기물 100 중량부 당 광물질 50~200 중량부, 탄화물질 50~150 중량부, 자연 토양 100~300 중량부, 흡수성 고분자 1~20 중량부 및 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하는 인공토양의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 탄화물질은 활성탄, 바텀애쉬, 왕겨훈탄, 코코넛탄 및 이탄(peat)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체를 포함한다.
또한, 본 발명의 목적을 해결하기 위하여 전술한 인공토양 또는 전술한 방법으로 제조된 인공토양 및 상기 인공토양과 별도로 제공되고 색상을 갖는 흡수성 고분자를 포함하는 인공토양 키트를 제공한다. 이때, 상기 색상을 갖는 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체이다.
본 발명에 따른 인공토양은 보수력 및 보비력이 우수하고, 식물에 필요한 영양분을 지속적으로 공급할 수 있고, 식물 생장에 적합한 배수성 및 통기성을 가지며, 토양 내지 수질의 오염을 최소화할 수 있다. 따라서, 베란다나 테라스와 같은 건물 실내, 건물 옥상, 미니공원 등에 화단 또는 인공 정원을 조성할 때 식물 식재층을 형성하기 위해 본 발명에 따른 인공토양을 사용하는 경우 식물의 초기 발아를 크게 증대시킬 수 있고 식물의 정상적 생장은 물론 생장량 내지 수확량을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 인공토양 키트는 다양한 색상 및 입도 크기의 구현이 가능하므로 인테리어용 토양, 교육용 토양 등으로 활용될 수 있다.
도 1은 시험군별 보리 종자 및 유채 종자의 생장 시험 결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면은 별도의 첨가물 없이 식물 생장에 적합한 자연 토양을 대체하여 식물 식재 용도로 사용될 수 있는 인공토양 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인공토양은 발효 유기물, 광물질, 탄화물질, 자연 토양, 칼슘-마그네슘 함유 비료 및 흡수성 고분자를 포함하는 조성물의 형태를 가진다. 이하, 본 발명에 따른 인공토양을 구성성분별로 나누어 설명한다.
발효 유기물
본 발명에서 발효 유기물은 유기물로부터 유래되고 식물이 이용할 수 있는 화학적 형태의 양분으로 존재하는 퇴비를 말하며, 질소, 인산, 칼륨을 식물이 쉽게 이용할 수 있는 가급태 형태로 포함한다. 구체적으로 본 발명에서 발효 유기물은 식물성 유기물 및 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 형성한 것으로서, 함수율이 10~40%이고 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 20~40인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물은 바람직하게는 수피와 톱밥을 포함한다. 또한, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 동물성 유기물은 바람직하게는 계분과 도축 부산물을 포함한다. 상기 수피는 나무의 껍질에 해당하는 것으로서, 토양에 양분을 공급할 뿐만 아니라 물리적 통기성을 개선하는 역할을 한다. 상기 톱밥은 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 높은 원료로서 수분 흡수율이 좋아 토양의 보수성을 향상시킨다. 상기 계분은 닭똥이라고 하는 것으로서, 질소, 인산 및 칼륨 성분이 상대적으로 높고 분해속도가 빨라 발효를 촉진하고 발효에 의해 가급태 양분을 공급한다. 또한, 도축 부산물은 소, 돼지, 닭 등과 같은 가축을 도축할 때 발생하는 폐기물로서, 돈모, 우모, 계모를 포함하는 각종 동물털은 물론 동물들의 발톱, 미처리 불가식 부분 등을 포함한다. 도축 부산물은 유기물 함량이 매우 높고 발효 후 토양의 지력을 상승시키는 작용을 하므로 작물의 생장에 도움을 준다. 상기 유기물 혼합 원료는 혼합 미생물에 의해 함수율이 10~40%이고 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 20~40이며 약 알칼리성인 가급태 유기물 퇴비로 변환된다. 이때, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:2인 것이 바람직하고, 1:1 내지 1:1.5인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:0.5 내지 1:10인 것이 바람직하고, 1:0.5 내지 1:4인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2인 것이 바람직하고 1:0.5 내지 1:1.5인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~1 중량부인 것이 바람직하고, 0.1~0.5 중량부인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상기 발효 유기물은 바람직하게는 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~300일 동안 2차 발효하여 형성한 것이다. 상기 혼합 미생물 중 바실러스속 미생물은 유기물 혼합 원료의 발효를 촉진하고 동시에 악취를 제거하는 역할을 한다. 또한, 상기 혼합 미생물 중 로도박터속 미생물은 발효 대사산물로 아미노산, 비타민, 핵산, 미네랄, 호르몬, 지방산 등의 물질을 합성하고 항균 작용에 의해 유기물 혼합 원료의 발효에 악 영향을 끼치는 미생물인 바실러스 세레우스 등을 저감시키는 역할을 한다.
광물질
본 발명에서 광물질은 인공토양의 양이온교환용량(cation exchange capacity, CEC)를 증대시키고 중금속 및 유해물질을 불용화 내지 치환에 의해 제거하는 역할을 한다. 상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과 내지 경제성을 고려할 때 제오라이트인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 인공토양에서 광물질의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 50~200 중량부이고, 75~150 중량부인 것이 바람직하고, 75~125 중량부인 것이 더 바람직하다.
탄화물질
본 발명에서 탄화물질은 자체의 미세기공을 통해 인공토양의 통기성 및 배수성을 적정 수준으로 유지하고 보수력 및 보비력을 증대시키는 역할을 한다. 상기 탄화물질은 활성탄, 바텀애쉬, 왕겨훈탄, 코코넛탄 및 이탄(peat)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과 및 경제성을 고려할 때 바텀애쉬인 것이 바람직하다. 상기 활성탄은 석탄계 활성탄 및 식물계 활성탄을 모두 포함하는 개념이다. 본 발명에 따른 인공토양에서 탄화물질의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 50~150 중량부이고, 75~150 중량부인 것이 바람직하고, 75~125 중량부인 것이 더 바람직하다.
자연 토양
본 발명에서 자연 토양은 밭, 논, 산, 강, 임해매립지, 척박지 등과 같은 자연적인 환경에서 채취할 수 있는 흙이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 인공토양에서 부족한 천연성분을 보충하고 인공토양의 경제성을 담보하는 역할을 한다. 또한, 본 발명에서 자연 토양은 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과를 고려할 때 황토인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 인공토양에서 자연 토양의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 100~300 중량부이고, 100~250 중량부인 것이 바람직하고, 100~200 중량부인 것이 더 바람직하다.
칼슘-마그네슘 함유 비료
본 발명에서 칼슘-마그네슘 함유 비료는 토양의 입단화를 촉진하는 등의 토양의 물리적 성질을 개선하는 역할을 한다. 상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과를 고려할 때 소석회, 탄산석회, 규산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토 및 석회고토로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 인공토양에서 칼슘-마그네슘 함유 비료의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 10~100 중량부이고, 25~100 중량부인 것이 바람직하고, 25~75 중량부인 것이 더 바람직하다.
흡수성 고분자
본 발명에서 흡수성 고분자는 수분을 매개로 한 수축과 팽창의 반복을 통해 인공토양 내에 빈 공간을 형성하고 인공토양의 보수력, 보비력을 증가시키고 식물의 생장에 필요한 미량 원소를 지속적으로 공급하는 역할을 한다. 상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체(이하, '기능성 수지 A'라 칭함) 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체(이하, '기능성 수지 B'라 칭함)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기능성 수지 A를 형성하는 제1단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산, 말레익산 및 푸마릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제2단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또한, 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과를 고려할 때 상기 제1단량체는 아크릴산, 메타크릴산 및 말레익산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제2단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 말레익산나트륨 및 말레익산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하다. 상기 기능성 수지 A의 구체적인 예로는 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x], 아크릴산/아크릴산칼륨 공중합체[Acrylic acid/potassim acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 25608-12-2; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x], 폴리아크릴산 부분 나트륨염[Poly(acrylic acid) partial sodium salt; CAS 등록번호 : 76774-25-9] 등이 있다. 상기 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체는 폴리아크릴산 부분 나트륨염 용액[Poly(acrylic acid) partial sodium salt solution]이라고도 불리우며 형태 안정성 내지 수축과 팽창의 지속성을 고려할 때 가교화된 형태인 것이 바람직하다. 또한, 상기 아크릴산/아크릴산칼륨 공중합체는 폴리아크릴산 부분 나트륨염 부분 칼륨염[Poly(acrylic acid) partial potassium salt]으로도 불리우며, 형태 안정성 내지 수축과 팽창의 지속성을 고려할 때 가교화된 형태인 것이 바람직하다.
상기 기능성 수지 B를 형성하는 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또한, 인공토양을 구성하는 다른 성분들과의 유기적 결합에 의한 상승 효과를 고려할 때 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드 및 말레익산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 말레익산나트륨 및 말레익산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하다. 상기 기능성 수지 B의 구체적인 예로는 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2), 아크릴아마이드/아크릴산나트륨 공중합체(Acrylamide/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 25987-30-8), 폴리(아크릴아마이드-아크릴산) 부분 나트륨염[Poly(acrylamide-co-acrylic acid) partial sodium salt; CAS 등록번호 : 62649-23-4] 등이 있다. 상기 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2)는 폴리(아크릴아마이드-아크릴산) 칼륨염[Poly(acrylamide-co-acrylic acid) potassium salt]으로도 불리우며, 형태 안정성 내지 수축과 팽창의 지속성을 고려할 때 가교화된 형태인 것이 바람직하다. 또한, 상기 아크릴아마이드/아크릴산나트륨 공중합체(Acrylamide/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 25987-30-8), 폴리(아크릴아마이드-아크릴산) 부분 나트륨염[Poly(acrylamide-co-acrylic acid) partial sodium salt; CAS 등록번호 : 62649-23-4] 등도 형태 안정성 내지 수축과 팽창의 지속성을 고려할 때 가교화된 형태인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 흡수성 고분자는 기능성 수지 A 및 기능성 수지 B의 조합으로 이루어지는 것이 더 바람직하다. 기능성 수지 B는 기능성 수지 A의 보수력 또는 보비력을 더욱 개선시키는 역할을 한다. 이때, 흡수성 고분자 내에서 기능성 수지 A 대 기능성 수지 B의 중량비는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 1:9 내지 9:1의 범위에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 인공토양에서 흡수성 고분자의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 1~20 중량부이고, 1~15 중량부인 것이 바람직하고, 2~12 중량부인 것이 더 바람직하다.
기타 물질
본 발명에 따른 인공토양은 바람직하게는 질소 함유 비료, 인 함유 비료, 칼륨 함유 비료 또는 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 질소 함유 비료는 식물에 질소를 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 질소 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 질산나트륨 및 석회질소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 인공토양에서 질소 함유 비료의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 2~20 중량부인 것이 바람직하고 5~10 중량부인 것이 바람직하다.
상기 인 함유 비료는 식물에 인을 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 인산 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 인산칼륨, 인산암모늄, 인산칼슘, 인산나트륨 및 과인산석회로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 인산칼륨은 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4) 또는 제3인산칼륨(K3PO4)에서 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 인공토양에서 인 함유 비료의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 2~20 중량부인 것이 바람직하고 5~10 중량부인 것이 바람직하다.
상기 칼륨 함유 비료는 식물에 칼륨을 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 칼륨 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 수산화칼륨, 황산칼륨, 질산칼륨, 염화칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 인공토양에서 칼륨 함유 비료의 함량은 발효 유기물 100 중량부 당 2~20 중량부인 것이 바람직하고 5~10 중량부인 것이 바람직하다.
상기 미량 원소 물질은 식물의 생장에 필요한 미량 원소를 제공하는 물질로서, 예를 들어 붕소 함유 물질, 아연 함유 물질, 철 함유 물질, 망간 함유 물질, 구리 함유 물질 및 몰리브덴 함유 물질로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 3종 이상으로 구성될 수 있다. 특히, 식물의 생장에 미치는 영향을 고려할 때, 상기 미량 원소 함유 물질은 붕소 함유 물질, 아연 함유 물질 및 몰리브덴 함유 물질을 포함하는 것이 더 바람직하다. 상기 붕소 함유 물질로는 붕사, 붕산 등이 있고, 아연 함유 물질로는 Zn(OH)2, ZnSO4 , ZnCl2 등이 있고, 철 함유 물질로는 Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeCl2 , FeCl3 , FeSO4 등이 있고, 망간 함유 물질로는 Mn(OH)2, MnCl2, MnSO4 등이 있고, 구리 함유 물질로는 Cu(OH)2, CuCl2 , CuSO4 등이 있고, 몰리브덴 함유 물질로는 (NH4)6Mo7O24 등이 있다.
하기 표 1 내지 및 표 2는 본 발명의 인공토양을 구성하는 성분 및 이의 특징을 정리한 것이다.
구성성분 특징
발효 유기물 - 동물성 유기물과 식물성 유기물을 호기성 미생물에 의하여 발효시킨 유기물
- 발효된 유기물은 점토광물과 결합하여 입단을 형성 통기, 배수 촉진 작용을 함
- 질소, 인산, 칼륨 등 양분이온의 함유량이 높음
- 토양 내 유기물은 자기 무게의 4~6배의 물을 흡수하여 보수력 증대 효과 작용
- 양이온치환용량이 20배 이상 높아 보비력 증대 작용
- 유기물 내 질소 고정균이 유기물 함량의 1%에 해당하는 질소비료를 만들어 냄
- 생장 부적합 토양 산도에 대한 완충능이 커서 토양 반응 조절
- 토양 유기물은 중금속에 대한 피해 경감
- 유효인산의 고정을 억제하여 인산시용 효과 높임
- 유기물 내에는 호르몬 및 비타민이 존재하여 식물과 미생물의 생육을 도와줌
광물질 - 제오라이트, 일라이트, 펄라이트, 벤토나이트 등
- 흡수능 이상의 수분은 배수를 촉진시켜 식물의 뿌리가 썩지 않도록 유도함
- 토양의 이온교환용량을 증가시켜 보비력 증대
- 정글짐 구조로 미세기공의 부피만큼의 약 20배 이상의 수분 및 양분이온을 흡수
- 미세기공에 농약을 흡수하여 농약 성분의 극심한 유출을 막아주고 비료를 시비하였을 경우, 비료성분을 흡수하여 과잉 시비를 예방, 방지함
- 표면이 넓은 벌집 구조로 많은 공간이 복층구조를 이루고 있으며 이러한 스펀지 같은 구멍 안에는 원적외선이 다량 흡수, 저장되어 있어 열을 받으면 발산하여 다른 물체의 분자 활동을 자극
황토 카탈라아제, 디페놀 옥시다아제, 시카라제, 프로테아제의 4가지가 포함되어 독소 제거, 분해력, 비료 요소, 정화작용 등을 함
미량 원소 물질 - B, Zn, Fe, Mn, Cu, Mo 등
- 식물의 생장에 필요한 미량 원소 공급
구성성분 특징
기능성 수지 A - 수분 보유능 40배 이상 및 입도 300㎛ 이하의 폴리머(Polymer)
- 수분을 흡수하면 부피가 확대되고 다시 식물이 수분을 흡수하면 다시 작아지며 수축과 팽창을 반복하여 토양 내에서 빈 공간이 생기게 되어 물리성 개량을 촉진시킴
- 수분 보유능에서 40배 이상(약 4,000% 이상)의 수분을 흡수, 저장하고 식물이 필요로 할 때 방출
- 미량 원소 및 미네랄을 함유하고 있으며 수분 함유에 따른 팽창시 방출되어 미량 영양소 및 미네랄 제공
- 관수비용이 30%이상 절감되고 이에 관수에 의한 식물이 이용하는 비료의 유실량이 적어져 사용량이 15% 이상 절감되어 유지관리 비용 절감
- 이러한 수분 보유능, 비료성분 유실량 감소 등으로 식재 초기 생존율이 증대되고 성장촉진이 되며 식물의 수확량 증대
- 이러한 수분 보유능, 비료성분 유실량 감소 등으로 주변 수질 및 토양 오염 방지
기능성 수지 B - 수분 보유능 5배 이상 및 입도 0.1~10㎜의 폴리머(Polymer)
- 컬러를 가지는 물질로 구성하여 시각적 인테리어 효과 극대화
- 물 흡수 후에도 입도를 그대로 가지고 있음
- 레드, 블루, 옐로우, 그린 등의 색과 입자 크기로 투명한 화분, 유리병, 어항 등에 인공토양을 포설하여 식물을 식재함으로 시각적 효과 및 교육자재로의 활용 가능
탄화물질 - 석탄계 활성탄, 식물계 활성탄, 바텀애쉬, 왕겨훈탄, 코코넛탄, 이탄 등
- 자체에 미세기공이 많아(공극률 45~55%) 통기, 배수, 보수력 및 보비력 우수
- 강한 강도와 수명이 반영구적인 재질 특성을 가지고 있으며 식물 생장에 도움이 되는 다량의 미네랄 함유
- 양이온치환용량이 높으며, 악취 제거, 중금속 흡착 등의 작용
칼슘-마그네슘 함유 비료 - 고토, 부산석고, 탄산마그네슘, 소석회 등
- 토양의 물리성 개선
- 칼슘이 서서히 용출되어 토양 내 나트륨 이온과 교환이 되며 입단화 촉진됨
- 산도 교정
- 도심지 오염 물질 및 임해매립지 토양은 산도(pH)가 알칼리성을 띄는 경우가 많아 알칼리성 토양을 개량하는 석고혼합물 이용
- 산림지역, 농사지역의 경우 석회혼합물 이용
질소 함유 비료, 인 함유 비료, 칼륨 함유 비료
- 식물 생육에 필요한 3대 영양소인 질소, 인산, 칼륨 등 공급
- 다량 원소 공급
하기 표 3은 본 발명의 인공토양이 가지는 전체적인 특징 및 용도를 정리한 것이다.
전체 특징 1) 양질의 유기물과 유익 미생물 배양 공급 - 식물 생장에 적정한 토양
- 물리성, 화학성 개량, 동계 지온 상승, 토양 고결화 방지, 관수시 표토 부유, 침식, 강수시 표토 유실, 건조시 표토 비산 방지 개량 작용
- 용토 내의 유기물 작용에 의한 토양 물리성, 화학성의 개량, 유기물과 미생물의 교질 작용으로 지표 온도가 식물 생장에 맞도록 유지되어져 예상되는 동결피해 방지, 토양 입단의 떼알 조직화의 지속적 작용으로 토양의 고결화와 관수시 표토 부유, 침식, 강우시 표토 유실, 건조시 표토 비산 방지 개량 작용
2) 양이온치환용량(CEC)값을 높이는 광물질을 각각의 적정량으로 구성
- 생장에 필요한 양분의 공급과 보관할 수 있는 양이온치환용량(CEC)값을 높이는 비중 0.8~1.0의 광물질 구성으로 식재층 높이로 부족한 CEC값을 높임
3) 보수력 증대 물질의 적정량 공급 - 정상적 생장, 경제적 관리 개량 작용
- 적정의 수분 공급, 지속적 공급이 되는 물질의 공급으로 생장에 필요한 수분 공급이 되어져 정상적 생장과 관수측면의 경제성을 높임
4) 경제적 생장, 환경친화적 개량 작용 물질 공급
- 경제적 생장 촉진 물질의 작용과 시용된 무기양분, 농약의 흡수 이용율, 식물이 이용할 수 있는 형태의 수용성율, 이용할 수 있는 형태로 토양에 잔존되어있는 토양 잔존율을 높여 동 시비량 비 2배 이상의 생장량 증대
- 시용 공급된 무기양분 등의 흡수 이용율, 수용성율, 토양잔존율 증대로 관행 시비에서 이용되지 못하고 유실되는 무기양분의 유실, 용탈로 수질, 토양 환경이 오염되는 것을 예방, 방지
5) 생장에 필요한 요구도별 양분 공급 - 정상적 생장, 경제적 생장
- 질소, 인산, 칼륨 등의 생장에 필요한 삼대 필수 영양소와 다량원소, 미량원소 등을 요구도별 해당 적정량 공급으로 정상적 생장, 재배목적에 맞는 생장이 되는 개량
6) 보수력 증대, 환경친화적 개량 작용물질 공급 - 경제적 관리 개량 작용
- 보수력 증대 물질 공급과 환경친화적 개량 물질의 작용으로 관행 관수 횟수를 1/5 이하, 생장에 필요한 양분의 시용량을 1/3 이하로 절감하는 경제적 관리 개량 작용
7) 각종 컬러 및 입도크기 구현
- 인테리어 토양, 교육용 토양으로 활용 가능
용도 - 가정용 화분, 화단, 정원, 베란다 및 테라스 인테리어
- 수벽, 미니 공원, 실내 및 실외 조경 사업
- 화분갈이용 토양, 컬러 토양
- 전원주택, 아파트 단지, 옥상정원, 테라스 시공
- 농사용 상토, 인공용토, 경량토
- 식물 친화적, 환경 친화적 농업 생장용
- 임해매립지, 척박지, 중금속오염지, 쓰레기매립지 등 특수 토양 개량용
- 보비력, 보수력 증대용 기능성 토양
- 교육용 토양
본 발명에 따른 인공토양의 제조방법은 인공토양 부분에서 전술한 구성성분의 종류, 구성성분의 기능, 구성성분의 함량 관계 등을 모두 참조하며, 이하, 본 발명에 따른 인공토양의 제조방법 중 특징적인 부분을 설명한다.
본 발명에 따른 인공토양의 제조방법은 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 발효 유기물을 수득하는 단계; 및 상기 발효 유기물 100 중량부 당 광물질 50~200 중량부, 탄화물질 50~150 중량부, 자연 토양 100~300 중량부, 흡수성 고분자 1~20 중량부 및 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 탄화물질은 활성탄, 바텀애쉬, 왕겨훈탄, 코코넛탄 및 이탄(peat)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체를 포함한다.
본 발명에 따른 인공토양의 제조방법 중 상기 발효 유기물을 수득하는 단계는 바람직하게는 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효시키고 노지에서 60~300일 동안 2차 발효시키는 것으로 구성된다.
상기 발효 유기물을 수득하는 단계에서 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:0.5 내지 1:10이고, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2이고, 상기 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~1 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인공토양의 제조방법 중 상기 최종 조성물을 수득하는 단계는 바람직하게는 (a) 상기 발효 유기물을 1차 기초물질로 하여, 여기에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 광물질 50~200 중량부, 탄화물질 50~150 중량부 및 자연 토양 100~300 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계; (b) 상기 2차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 흡수성 고분자 1~20 중량부를 고르게 분사하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 3차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성된다. 본 발명에 따른 인공토양의 구성성분 중 흡수성 고분자는 소정의 입도를 가지고 있으며, 수분을 흡수하기 때문에 분사하는 방식으로 2차 기초물질에 균일하게 흡착시킨 후 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 2차 기초물질은 약 50~60%의 함수율을 가지기 때문에 만약 흡수성 고분자를 2차 기초물질에 분사시키지 않고 한번에 첨가하는 경우 덩어리째로 팽윤되어 균일한 혼합이 원활하지 않게 된다. 또한, 본 발명에서 2차 기초물질은 컨베이어 벨트를 통해 이동되는데, 이때 컨베이어 벨트의 온도는 원활한 혼합을 위해 약 40~60℃로 가열되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (c) 단계는 바람직하게는 3차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합한 후, 여기에 질소 함유 비료, 인 함유 비료, 칼륨 함유 비료 또는 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성된다.
또한, 상기 자연 토양은 황토인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산, 말레익산 및 푸마릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제2단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은 인공토양의 용도에 관한 것으로서, 특히 인테리어용 또는 교육용으로 사용할 수 있는 인공토양 키트를 제공한다. 본 발명에 따른 인공토양 키트는 전술한 인공토양 또는 전술한 방법으로 제조된 인공토양 및 상기 인공토양과 별도로 제공되고 색상을 갖는 흡수성 고분자를 포함한다. 이때, 상기 색상을 갖는 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 인공토양 키트를 구성하는 흡수성 고분자는 인공토양 부분에서 전술한 기능성 수지 B와 동일한 것으로서, 입도가 기능성 수지 A보다 크고, 빨강, 파랑, 노랑, 초록, 연두 등과 같은 색상을 띄기 때문에 매우 뛰어난 시각적 효과를 가진다. 또한, 기능성 수지 B를 인공토양과 함께 포장하여 제품화하는 경우 사용자는 인공토양으로 식재층을 형성할 때 식재층 내의 기능성 수지 B의 함량을 다양한 범위에서 조절할 수 있고, 그로 인해 기능성 수지 A와의 상승 효과 및 기능성 수지 B의 시각적 효과를 모두 도모할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 인공토양의 제조
(1) A 타입의 인공토양 제조
제조예 1.
도축 부산물 20 중량부, 계분 30 중량부, 수피 10 중량부 및 톱밥 40 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 및 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata)를 포함하는 혼합 미생물 0.1 중량부를 접종한 후 약 15일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 80℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 50%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 300일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 10일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 30%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 27이었다.
이후, 상기 2차 발효 유기물 100 중량부, 제오라이트 100 중량부 및 바텀애쉬 100 중량부를 균일하게 혼합하여 1차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 1차 혼합물을 컨베이어 벨트로 이동시키면서 1차 혼합물 위에 흡습성 고분자인 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 1.75 중량부를 고르게 분사하고 약 40~60℃에서 흡착시켜 2차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 2차 혼합물에 칼슘-마그네슘 함유 비료(소석회 비료와 수산화고토 비료를 동량으로 혼합한 것) 50 중량부를 첨가하고 균일하게 혼합하여 3차 혼합물 형태의 인공토양을 제조하였다.
제조예 2.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 3.5 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 3.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 7.0 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 4.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 0.875 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 0.875 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 5.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 1.75 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 1.75 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 6.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 3.5 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 3.5 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
비교제조예 1.
도축 부산물 20 중량부, 계분 30 중량부, 수피 10 중량부 및 톱밥 40 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 및 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata)를 포함하는 혼합 미생물 0.1 중량부를 접종한 후 약 15일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 80℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 50%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 300일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 10일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 30%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 27이었다.
이후, 상기 2차 발효 유기물 100 중량부, 제오라이트 100 중량부 및 바텀애쉬 100 중량부를 균일하게 혼합하여 1차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 1차 혼합물에 칼슘-마그네슘 함유 비료(소석회 비료와 수산화고토 비료를 동량으로 혼합한 것) 50 중량부를 첨가하고 균일하게 혼합하여 2차 혼합물 형태의 인공토양을 제조하였다.
(2) B 타입의 인공토양 제조
제조예 7.
도축 부산물 40 중량부, 계분 20 중량부, 수피 20 중량부 및 톱밥 20 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)를 포함하는 혼합 미생물 0.5 중량부를 접종한 후 약 40일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 75℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 58%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 100일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 5일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 34%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 32이었다.
이후, 상기 2차 발효 유기물 100 중량부, 제오라이트 100 중량부, 바텀애쉬 100 중량부 및 황토 150 중량부를 균일하게 혼합하여 1차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 1차 혼합물을 컨베이어 벨트로 이동시키면서 1차 혼합물 위에 흡습성 고분자인 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 2.5 중량부를 고르게 분사하고 약 40~60℃에서 흡착시켜 2차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 2차 혼합물에 칼슘-마그네슘 함유 비료(부산석고 비료와 탄산고토 비료를 동량으로 혼합한 것) 50 중량부를 첨가하고 균일하게 혼합하여 3차 혼합물 형태의 인공토양을 제조하였다.
제조예 8.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 5.0 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 9.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 10.0 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 10.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 1.25 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 1.25 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 11.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 2.5 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 2.5 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
제조예 12.
흡습성 고분자로 백색의 아크릴산/아크릴산나트륨 공중합체[Acrylic acid/sodium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 9033-79-8; 분자식 : (C3H4O2.C3H3O2.Na)x] 5.0 중량부 및 청색의 아크릴아마이드/아크릴산칼륨 공중합체(Acrylamide/potassium acrylate copolymer; CAS 등록번호 : 31212-13-2) 5.0 중량부를 사용한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 인공토양을 제조하였다.
비교제조예 2.
도축 부산물 40 중량부, 계분 20 중량부, 수피 20 중량부 및 톱밥 20 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)를 포함하는 혼합 미생물 0.5 중량부를 접종한 후 약 40일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 75℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 58%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 100일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 5일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 34%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 32이었다.
이후, 상기 2차 발효 유기물 100 중량부, 제오라이트 100 중량부, 바텀애쉬 100 중량부 및 황토 150 중량부를 균일하게 혼합하여 1차 혼합물을 제조하였다. 이후, 상기 1차 혼합물에 칼슘-마그네슘 함유 비료(부산석고 비료와 탄산고토 비료를 동량으로 혼합한 것) 50 중량부를 첨가하고 균일하게 혼합하여 2차 혼합물 형태의 인공토양을 제조하였다.
2. 인공토양의 물성 시험
(1) A 타입 인공토양의 물성 시험
제조예 1 내지 제조예 6 및 비교제조예 1에서 제조한 인공토양의 보수력, 보비력 및 수질에 대한 영향을 아래와 같은 방법으로 시험하였다.
하부에 미세한 개구를 가진 시험관을 준비한 후 여기에 자갈을 충전하여 4㎝ 높이의 배수층을 형성하였다. 이후, 시험관 내부의 배수층 위에 인공토양을 200g씩 충전하여 12㎝ 높이의 인공토양층을 형성하였다. 이후, 시험관 상부에 수돗물 100㎖를 공급하고 24시간이 지났을 때 시험관을 투과한 물의 양을 측정하였다(1차 투과 시험). 이후, 시험관 상부에 수돗물 50㎖를 공급하고 24시간이 지났을 때 시험관을 투과한 물의 양 및 인공토양층의 높이를 측정하였다(2차 투과 시험). 또한, 1차 투과수와 2차 투과수를 합한 총 투과수의 생물학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 총 인 함량 및 총 질소 함량을 측정하여 인공토양의 수질에 대한 영향을 평가하였다.
하기 표 4는 인공토양층 별로 1차 투과 시험시 투과수의 양, 2차 투과 시험시 투과수의 양 및 총 투과수의 양을 나타낸 것이다. 또한, 하기 표 5는 인공토양층 별로 2차 투과 시험 종료 후 인공토양층의 높이를 나타낸 것이다. 또한, 하기 표 6은 인공토양층 별로 총 투과수의 생물학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 총 인 함량 및 총 질소 함량을 나타낸 것이다.
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 1차 투과수 양(㎖) 2차 투과수 양(㎖) 총 투과수 양(㎖)
제조예 1 33 41 74
제조예 2 29 34 63
제조예 3 22 25 47
제조예 4 30 41 71
제조예 5 22 41 63
제조예 6 16 30 46
비교제조예 1 43 41 84
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 2차 투과 시험 후 인공토양층 높이(㎝)
제조예 1 12.4
제조예 2 13.1
제조예 3 14.0
제조예 4 12.8
제조예 5 13.4
제조예 6 14.5
비교제조예 1 10.9
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 BOD
(㎎/ℓ)		 COD
(㎎/ℓ)		 총 인 함량
(㎎/ℓ)		 총 질소 함량
(㎎/ℓ)
제조예 1 1.1 5.2 2.98 3.51
제조예 2 0.6 4.9 2.62 3.07
제조예 3 0.4 5.0 2.10 3.05
제조예 4 1.3 5.0 2.93 3.67
제조예 5 0.5 4.3 2.75 3.37
제조예 6 0.4 4.0 2.21 2.93
비교제조예 1 2.0 8.7 2.97 3.71
(2) B 타입 인공토양의 물성 시험
제조예 7 내지 제조예 12 및 비교제조예 2에서 제조한 인공토양에 대해 A 타입 인공토양의 물성 시험과 동일한 방법으로 인공토양의 보수력, 보비력 및 수질에 대한 영향을 측정하였다.
하기 표 7은 인공토양층 별로 1차 투과 시험시 투과수의 양, 2차 투과 시험시 투과수의 양 및 총 투과수의 양을 나타낸 것이다. 또한, 하기 표 8은 인공토양층 별로 2차 투과 시험 종료 후 인공토양층의 높이를 나타낸 것이다. 또한, 하기 표 9는 인공토양층 별로 총 투과수의 생물학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 총 인 함량 및 총 질소 함량을 나타낸 것이다.
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 1차 투과수 양(㎖) 2차 투과수 양(㎖) 총 투과수 양(㎖)
제조예 7 32 40 72
제조예 8 28 33 61
제조예 9 21 24 45
제조예 10 29 40 69
제조예 11 21 40 61
제조예 12 16 30 46
비교제조예 2 42 40 82
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 2차 투과 시험 후 인공토양층 높이(㎝)
제조예 7 12.8
제조예 8 13.5
제조예 9 14.4
제조예 10 13.2
제조예 11 13.8
제조예 12 14.9
비교제조예 2 11.2
인공토양층 형성시 사용한 인공토양 구분 BOD
(㎎/ℓ)		 COD
(㎎/ℓ)		 총 인 함량
(㎎/ℓ)		 총 질소 함량
(㎎/ℓ)
제조예 7 1.1 5.0 2.89 3.41
제조예 8 0.6 4.8 2.54 2.98
제조예 9 0.4 4.9 2.04 2.96
제조예 10 1.3 4.9 2.84 3.56
제조예 11 0.5 4.2 2.67 3.27
제조예 12 0.4 3.9 2.15 2.84
비교제조예 2 1.9 8.4 2.88 3.60
3. 인공토양을 이용한 식물 생장 시험
식재용 포트(pot)에 염분에 의해 오염된 토양(대조 시험군, 총 2개 포트), 제조예 2에서 제조한 인공토양과 염분에 의해 오염된 토양을 동량으로 혼합한 토양(A 타입 시험군, 총 8개 포트), 제조예 8에서 제조한 인공토양(B 타입 시험군, 총 8개 포트)을 충전하여 식재층을 형성하고, 여기에 보리 종자를 파종한 후 15일이 경과하였을 때 발아율과 생장율을 측정하였다.
또한, 유채 종자에 대해서도 동일한 생장 시험을 진행하였다.
도 1은 시험군별 보리 종자 및 유채 종자의 생장 시험 결과를 나타낸 사진이고, 표 10은 이를 정량적인 데이터로 표시한 것이다.
시험군 구분 평균 발아율(%) 평균 생장율(%)
보리 유채 보리 유채
대조 시험군 0 25.00 0 6.68
A 타입 시험군 77.88 79.37 73.94 56.07
B 타입 시험군 83.65 83.12 88.34 80.53
* 상기 표 10에서 각 식물 종자의 평균 생장율은 A 타입 시험군 및 B 타입 시험군에 존재하는 총 16개의 식재용 포트 중에서 최대 생장량을 보인 식재용 포트의 값을 100으로 하여 상대적으로 나타낸 것이다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 발효 유기물 100 중량부 당 광물질 50~200 중량부, 바텀애쉬 50~150 중량부, 자연 토양 100~300 중량부, 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부 및 흡수성 고분자 1~20 중량부를 포함하는 조성물 형태의 인공토양으로서,
    상기 발효 유기물은 식물성 유기물 및 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 형성한 것이고,
    상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공토양.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 발효 유기물은 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~300일 동안 2차 발효하여 형성한 것을 특징으로 하는 인공토양.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물은 수피와 톱밥을 포함하고 동물성 유기물은 계분과 도축 부산물을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공토양.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:0.5 내지 1:10이고, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2이고, 상기 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~1 중량부인 것을 특징으로 하는 인공토양.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 자연 토양은 황토인 것을 특징으로 하는 인공토양.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제1단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산, 말레익산 및 푸마릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제2단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공토양.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공토양.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 질소 함유 비료, 인 함유 비료, 칼륨 함유 비료 또는 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공토양.
  9. 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 발효시켜 발효 유기물을 수득하는 단계; 및
    상기 발효 유기물 100 중량부 당 광물질 50~200 중량부, 바텀애쉬 50~150 중량부, 자연 토양 100~300 중량부, 흡수성 고분자 1~20 중량부 및 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하고,
    상기 광물질은 제오라이트, 일라이트(illite), 펄라이트(perlite), 버미큐라이트 및 벤토나이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 칼슘-마그네슘 함유 비료는 생석회, 소석회, 탄산석회, 규산석회, 과인산석회, 중과인산석회, 석고, 부산소석회 및 부산석고로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 수산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 수산화고토, 탄산고토, 탄산석회고토, 황산고토, 석회고토, 용성인산 및 고토과인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산에서 선택되는 제1단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제2단량체의 공중합체 또는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 발효 유기물을 수득하는 단계는 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효시키고 노지에서 60~300일 동안 2차 발효시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:0.5 내지 1:10이고, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2이고, 상기 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~1 중량부인 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 최종 조성물을 수득하는 단계는
    (a) 상기 발효 유기물을 1차 기초물질로 하여, 여기에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 광물질 50~200 중량부, 바텀애쉬 50~150 중량부 및 자연 토양 100~300 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계;
    (b) 상기 2차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 흡수성 고분자 1~20 중량부를 고르게 분사하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 3차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 (c) 단계는 3차 기초물질에 발효 유기물 100 중량부를 기준으로 칼슘-마그네슘 함유 비료 10~100 중량부를 첨가하고 혼합한 후, 여기에 질소 함유 비료, 인 함유 비료, 칼륨 함유 비료 또는 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 자연 토양은 황토인 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 제1단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산, 말레익산 및 푸마릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제2단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공토양의 제조방법.
  17. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 인공토양 또는 제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 인공토양 및 상기 인공토양과 별도로 제공되고 색상을 갖는 흡수성 고분자를 포함하고,
    상기 색상을 갖는 흡수성 고분자는 에틸렌성 불포화 결합을 가진 아마이드에서 선택되는 제3단량체와 에틸렌성 불포화 결합을 가진 카르복실산의 알칼리금속염에서 선택되는 제4단량체의 공중합체인 것을 특징으로 하는 인공토양 키트.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제3단량체는 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 말레익산 아마이드 및 푸마릭산 아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, 제4단량체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨, 메타크릴산나트륨, 메타크릴산칼륨, 이타코닉산나트륨, 이타코닉산칼륨, 말레익산나트륨, 말레익산칼륨, 푸마릭산칼륨 및 푸마릭산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인공토양 키트.
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