KR101645407B1 - 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 숯과 석회조류를 이용하여 토양의 물리적, 화학적 성질을 개선하고 작물의 성장에 유리한 환경을 조성할 수 있는 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토에 관한 것이다.
본 발명의 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제는 숯 100부피부에 대하여 석회조류(calcareous algae) 분말을 포함하는 침투액 0.1 내지 10부피부를 함유하고, 침투액은 숯에 흡수된다.

Description

숯과 석회조류를 이용한 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토{soil conditioner using charcoal and calcareous algae, manufacturing method thereof, bed soil and growing media for horticulture}

본 발명은 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 숯과 석회조류를 이용하여 토양의 물리적, 화학적 성질을 개선하고 작물의 성장에 유리한 환경을 조성할 수 있는 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토에 관한 것이다.

오늘날 농작물은 비닐하우스 등 시설에 의한 촉성재배와 지역의 특화농업이 날로 증가하고 있다. 이와 같은 지역의 특화농업과 촉성재배는 연작재배로 이어져 연작으로 인한 토양의 염류집적으로 연작에 많은 문제가 발생하고 있다.

즉 동일 농작물의 반복재배로 인하여 토양에 염류집적이 발생되고 염류집적을 해소하기 위하여 옮겨가면서 재배하는 윤작을 하게 되나 농경지가 제한된 지역에는 윤작이 불가능하여 연작시 염류를 해소하는 수단으로 유기물(퇴비, 유기질 비료 등)을 다량 시비하여 염류의 집적을 줄이고 있으나 노동력의 부족으로 퇴비생산에 한계성이 있고 유기질 비료 등의 경우에도 반복되는 연작에서의 염류해소에는 한계성을 가지게 되는 실정이다.

또한, 윤작하더라도 농작물의 생산성을 높이기 위하여 화학비료의 과다사용으로 토양이 산성화 및 부영양화가 심해지고 이로 인한 작물의 생육이 원활하지 못하고 면역력이 떨어져 병해에 약하게 된다.

이로 인하여 농작물의 병충해에 대한 내성 및 저항력 저하 때문에 더욱더 많은 양의 농약 및 화학비료가 살포되고 이러한 토양에서 생산된 농산물에는 농약이 잔류하면서 국민건강을 저해하게 되고 또 수확량이 절감되는 문제점으로 이어지고 있다.

또한, 이와 더불어 기계화, 산업화의 가속화로 인한 토양의 오염과 환경의 파괴로 인하 토양 유기물과 자정력의 기초가 되는 미생물의 개체수가 급격하게 감소되고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하여 지속가능한 토양의 생산 능력을 이용하기 위하여 기존의 토양을 활성화 또는 개량하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다.

숯은 토양 개량 효과가 우수한 것으로 알려져 있다. 특히, 토양 속에 잔류하여 토양을 산성화시키는 농약성분이나 화학비료성분들을 흡착하여 산성화된 토양을 중화시킴은 물론 토양 내에 존재하는 중금속을 흡착하고 불용화하여 작물을 통해 인체 내에 축적될 수 있는 중금속의 위험성을 감소시킬 있으며, 숯 자체에서 발생하는 음이온이나 원적외선은 토양 내의 미생물을 활성화하여 토양 생태계를 복원하는 역할을 한다.

이러한 숯을 토양개량제로 이용한 특허로서 대한민국 공개특허 제 10-2014-0099765호에는 바이오 숯을 이용한 산성화된 토양의 회복방법이 개시되어 있다.

하지만, 상기 기술은 단순히 숯만을 이용하고 있어서 토양개량제로서 한계가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0099765호: 바이오 숯을 이용한 산성화된 토양의 회복방법

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 석회조류가 함유된 침투액을 숯에 흡수시킴으로써 토양개량 효과를 오랫동안 지속시킬 수 있어서 토양개량 효과가 우수한 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제는 숯 100부피부에 대하여 석회조류(calcareous algae) 분말을 포함하는 침투액 0.1 내지 10부피부를 함유하고, 상기 침투액은 상기 숯에 흡수된 것을 특징으로 한다.

상기 석회조류는 산호말(Corallina officinalis)인 것을 특징으로 한다.

상기 토양개량제는 혼합 미네랄을 더 함유하고, 상기 혼합 미네랄은 칼륨(K) 25중량%, 칼슘(Ca) 20중량%, 질소(N) 10중량%, 철(Fe) 15중량%, 마그네슘(Mg) 10중량%, 인(P) 5중량%, 아연(Zn) 5중량%, 망간(Mn) 4중량%, 몰리브덴(Mo) 1중량%, 황(S) 1중량%, 붕소 1중량%, 구리 1중량%, 셀렌(Se) 1중량%, 게르마늄(Ge) 1중량%로 조성된다.

상기 침투액은 개미자리(Sagina japonica) 추출물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제의 제조방법은 석회조류(calcareous algae)에 100 내지 300℃의 열풍을 가해 건조시킨 다음 0.1 내지 50㎛ 크기로 분쇄하는 단계와; 물 100중량부에 대하여 상기 석회조류 분말 0.1 내지 10중량부를 혼합하여 침투액을 수득하는 단계와; 숯 100부피부에 대하여 상기 침투액 0.1 내지 10부피부를 교반기에 투입하여 혼합하는 단계;를 포함하고, 상기 교반기는 유입구와 배출구가 마련된 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 유입구에 결합되어 상기 하우징의 내부로 상기 숯이 투입되는 투입호퍼와, 상기 하우징의 내부에 회전가능하게 설치되며 내부로 상기 침투액이 공급될 수 있도록 중공구조로 형성된 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 나선형으로 형성된 교반날개와, 상기 회전축의 외주면에 일정간격으로 형성되며 상기 회전축의 내부공간과 연통되며 다수의 분출홀이 형성된 분사노즐과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 전동모터를 구비하며, 상기 투입호퍼를 통해 상기 하우징의 내부로 투입된 상기 숯이 상기 출구 방향으로 이동하면서 상기 분사노즐을 통해 분출되는 상기 침투액과 혼합되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원예용 상토는 상기 토양개량제와 토양이 혼합된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원예용 용토는 상기 토양개량제와 펄라이트가 혼합된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 석회조류가 함유된 침투액을 숯에 흡수시킴으로써 토양개량 효과를 오랫동안 지속시킬 수 있어서 토양개량 효과가 우수한 토양개량제 및 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토를 제공할 수 있다.

따라서 본 발명은 숯과 석회조류를 이용하여 토양의 물리적, 화학적 성질을 개선하고 작물의 성장에 유리한 환경을 조성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 토양개량제를 제조하기 위한 교반기를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 대조군의 육묘실험결과이고,
도 3은 실험군A의 육묘실험결과이고,
도 4는 실험군B의 육묘실험결과이고,
도 5는 실험군C의 육묘실험결과이고,
도 6은 대조군과 실험군의 육묘실험결과를 전체적으로 보여주는 모습이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제와 이의 제조방법 그리고 이를 혼합한 원예용 상토와 원예용 용토에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양개량제는 숯과 침투액을 혼합하여 제조한다. 가령, 숯 100부피부에 대하여 침투액 0.1 내지 10부피부를 혼합할 수 있다.

본 발명은 침투액이 숯에 흡수되어 숯의 내부에 형성된 무수한 기공에 침투된다. 따라서 침투액은 토양 중에서 서서히 오랜 시간 동안 서서히 방출되는 서방성을 가지므로 토양개량효과를 장시간 동안 지속시킬 수 있다.

숯은 토양 속에 잔류하여 토양을 산성화시키는 농약성분이나 화학비료성분들을 흡착하여 산성화된 토양을 중화시킴은 물론 토양 내에 존재하는 중금속을 흡착하고 불용화하여 작물을 통해 인체 내에 축적될 수 있는 중금속의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 숯 자체에서 발생하는 음이온이나 원적외선은 토양 내의 미생물을 활성화하여 토양 생태계를 복원하는 역할을 한다. 특히, 숯은 무수한 기공이 형성된 다공성 구조이므로 미생물 흡착력이 우수하고, 토양 속 혐기부패균의 발효를 억제하고 작물의 뿌리에 산소공급을 가능하게 한다. 또한, 다공성 물질 자체가 수분을 흡수하여 토양 내의 수분함량을 조절한다.

숯으로 참나무 숯, 대나무 숯 등 나무를 태워 만든 것을 이용할 수 있다. 숯은 0.1 내지 2mm 크기의 가루를 이용하는 것이 바람직하다. 너무 미세한 크기의 가루를 사용할 경우 침투액의 흡수량이 저하되므로 0.1 내지 2mm 크기가 적절하다.

침투액은 일 예로 석회조류 분말을 물에 혼합하여 형성할 수 있다.

석회조류(calcareous algae)는 몸에 석회를 침착하는 조류이다. 이러한 석회조류로 녹조식물, 홍조식물, 남조식물을 포함한다. 특히, 석회조류로 홍조식물로 산호말과의 산호말을 이용할 수 있다. 홍조류의 산호말(Corallina officinalis)은 바다의 미네랄과 영양물질들을 흡수하여 몸의 표면에 두꺼운 탄산칼슘의 외벽이 형성된다.

석회조류는 100 내지 300℃의 열풍을 가해 건조시킨 다음 미세하게 분쇄하여 분말화시킨 것을 이용한다. 가령, 0.1 내지 50㎛ 크기로 분쇄될 수 있다. 분쇄한 석회조류는 물에 혼합하여 침투액을 만든다. 물 100중량부에 대하여 석회조류 분말 0.1 내지 10중량부를 혼합할 수 있다.

석회조류의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)은 세포막의 구성요소이고 식물체를 강화하는 효능이 있고, 뿌리와 잎의 발육을 증진시킨다. 또한, 산성토양을 중화시켜 토양반응을 교정시켜 줌으로서 토양미생물의 활동을 촉진시키고 식물성장에 알맞은 토양환경개량에 우수한 역할을 한다. 또한, 질소 동화, 마그네슘, 가리, 나트륨의 과잉흡수를 억제하는 길항작용 역할을 하며 토양 중의 공기와 수분의 유통을 좋게 한다. 또한, 석회조류 분말은 침투액의 미네랄 성분을 강화시킨다.

한편, 본 발명은 침투액의 기능성을 높이기 위해 침투액의 다른 예로 물 100중량부에 대하여 석회조류 분말 0.1 내지 5중량부, 개미자리 추출물 1 내지 10중량부를 혼합할 수 있다.

개미자리(Sagina japonica)는 밭이나 길가, 개울가에 자라는 한해 또는 두해살이풀로서, 침투액의 항균성을 증대시킨다.

개미자리 추출물은 개미자리에 추출용매를 가해 추출할 수 있다. 추출용매로 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 다가 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올로 메탄올, 에탄올 등을 이용할 수 있고, 다가 알코올로 부틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜, 펜틸렌글리콜 등을 이용할 수 있다. 그리고 혼합물로는 물 및 저급 알코올의 혼합물, 물 및 다가 알코올의 혼합물, 저급 알코올 및 다가 알코올의 혼합물, 또는 물 및 저급알코올 및 다가 알코올의 혼합물을 이용할 수 있다.

추출의 일 예로 개미자리에 대하여 추출용매를 중량비로 5 내지 20배를 가한 후 20 내지 150℃에서 4 내지 30시간 동안 열수추출 또는 냉침추출, 온침 추출 등을 이용할 수 있다. 추출 후 여과하여 고형잔사를 제거한 액상의 추출물을 얻을 수 있다.

침투액이 숯에 흡수될 수 있도록 침투액과 숯을 혼합하여 본 발명의 토양개량제를 얻을 수 있다.

숯 100부피부에 대하여 침투액 0.1 내지 10부피부를 첨가하여 교반기를 이용하여 혼합할 수 있다. 혼합시 침투액은 숯의 표면를 통해 흡수되어 기공 내부로 침투된다.

이와 같이 다공성 구조의 숯의 표면과 기공 내부에 침투액이 흡수된 형태로 존재하기 때문에 유실의 염려가 없고 토양환경의 변화에도 저항력을 가지며 작물의 뿌리주변의 근권환경을 개선한다.

본 발명의 토양개량제를 제조하기 위한 방법을 살펴본다.

먼저, 석회조류에 100 내지 300℃의 열풍을 가해 건조시킨 다음 0.1 내지 50㎛ 크기로 분쇄한다. 그리고 물 100중량부에 대하여 석회조류 분말 0.1 내지 10중량부를 혼합하여 침투액을 수득한다.

다음으로, 준비된 숯 100부피부에 대하여 침투액 0.1 내지 10부피부를 교반기에 투입하여 혼합한다. 숯과 침투액을 혼합하기 위한 교반기의 일 예를 도 1에 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 교반기는 원통형의 하우징(10)과, 하우징(10)의 유입구에 결합되어 하우징의 내부로 숯이 투입되는 투입호퍼(15)와, 하우징(10)의 내부에 회전가능하게 설치되는 중공구조의 회전축(20)과, 회전축(20)의 외주면에 나선형으로 형성된 교반날개(50)와, 회전축의 외주면에 일정간격으로 형성되는 분사노즐(40)과, 회전축(20)을 회전시키기 위한 전동모터를 구비한다.

하우징(10)의 일측 상부에는 유입구가 형성되고, 타측 하부에는 배출구(17)가 형성된다. 유입구에는 투입호퍼(15)가 결합된다. 투입호퍼(15)를 통해 숯은 하우징(10)의 내부로 유입된다.

도시되지 않았지만 전동모터는 회전축(20)에 설치된 풀리(35)와 결합되는 벨트를 회전시킨다. 회전축(20)은 침투액이 공급되는 침투액공급관(35)과 통상적인 로터리조인트에 의해 연결된다. 침투액공급관(35)은 침투액이 저정된 침투액저장조(30)와 연결된다.

침투액저장조(30)에 저장된 침투액은 침투액공급관(35)을 통해 내부가 빈 중공구조인 회전축(20)의 내부로 침투액이 공급될 수 있다.

회전축(20)의 외주면에는 일정 간격으로 침투액이 분사되는 분사노즐(40)이 설치된다. 분사노즐(40)은 회전축(20)의 내부 공간과 연통된다. 따라서 회전축(20)의 내부로 유입된 침투액은 분사노즐(40)에 형성된 분출홀(45)을 통해 하우징(10)의 내부로 분출된다.

전동모터의 작동에 의해 회전축이 회전되면 하우징(10)의 내부로 유입된 숯은 교반날개에 의해 하우징의 배출구(17) 방향으로 이동한다. 이때 분사노즐(40)을 통해 분출되는 침투액이 숯과 혼합된다. 침투액이 혼합된 숯은 배출구(17)를 통해 배출된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예로 토양개량제는 혼합 미네랄을 더 함유할 수 있다. 가령, 숯 100부피부에 대하여 침투액 0.1 내지 10부피부, 혼합 미네랄 0.01 내지 2중량부를 혼합하여 토양개량제를 얻을 수 있다.

미네랄은 식물의 생장에 필요한 광물 화합물이나 광물 원소로서, 식물의 생장에 필수적인 영양소들이다. 미네랄은 식물의 줄기와 잎을 강건하게 하여 내병성을 높인다. 본 발명은 토양개량제의 미네랄을 강화시키기 위해 여러 종류의 미네랄을 혼합한 혼합 미네랄을 이용한다.

혼합 미네랄의 일 예로 칼륨(K) 25중량%, 칼슘(Ca) 20중량%, 질소(N) 10중량%, 철(Fe) 15중량%, 마그네슘(Mg) 10중량%, 인(P) 5중량%, 아연(Zn) 5중량%, 망간(Mn) 4중량%, 몰리브덴(Mo) 1중량%, 황(S) 1중량%, 붕소 1중량%, 구리 1중량%, 셀렌(Se) 1중량%, 게르마늄(Ge) 1중량%로 조성될 수 있다.

상술한 본 발명의 토양개량제는 인공토양의 재료로 활용될 수 있다. 예를 들어 원예용 상토나 원예용 용토의 재료로 활용될 수 있다.

가령, 본 발명의 토양개량제는 토양과 혼합하여 원예용 상토로 제공될 수 있다. 원예용 상토는 토양 80 내지 99중량%, 토양개량제 1 내지 20중량%로 조성될 수 있다. 토양은 황토와 퇴비를 동일 중량비로 혼합한 것이다. 이외에도 토양으로 인공토양을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 토양개량제는 펄라이트와 혼합하여 원예용 용토로 제공될 수 있다. 가령, 원예용 용토는 펄라이트 50 내지 80중량%, 토양개량제 20 내지 50중량%로 조성될 수 있다. 펄라이트는 분말 상태로 이용한다.

이하, 본 발명을 하기 실시 예에 의해 설명한다. 단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

200℃의 열풍을 가해 건조시킨 다음 분쇄하여 평균 입도 크기가 10㎛인 산호말 분말을 물 100중량부에 대하여 5중량부를 혼합하여 침투액을 준비하였다. 준비한 침투액을 평균 입도 크기 1mm인 숯 분말 100부피부에 대하여 침투액 5부피부를 교반기에서 혼합하여 토양개량제를 제조하였다.

<작물재배실험>

작물을 일반 상토에 파종해서 육묘했을 때와 본 발명의 토양개량제를 첨가한 상토에 파종해서 육묘했을 때 작물의 뿌리 발근 정도의 차이를 살펴보기 위해 육묘실험을 하였다.

육묘실험은 나주산포농협육묘장에서 2015년 10월 15일부터 11월 21까지 38일 동안 진행하였다. 육묘용 포트에 상토를 채운 다음 메론(품종: 얼스글래머) 씨앗을 파종한 후 실험기간 동안 하루에 두번(오전 9시, 오수 4시) 급수를 하였다.

대조군은 시중에서 상업적으로 판매되고 있는 상토(하나로 상토, 주식회사 상림)를 이용하였고, 실험군은 대조군의 상토에 실시예의 토양개량제를 5중량%, 10중량%, 20중량%를 혼합하여 이용하였다. 실험군A는 토양개량제 5중량%, 실험군B는 토양개량제 10중량%, 실험군C는 토양개량제 20중량%를 혼합한 실험군이다.

실험결과를 도 2 내지 도 6에 나타내었다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 실험군은 대조군과 비교하여 뿌리의 생육이 더 우수한 것으로 나타났다. 뿌리의 전체적인 형태, 굵기, 잔뿌리의 수 등에서 실험군이 대조군보다 더 양호하였다.

이상에서 본 발명은 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 하우징 15: 투입호퍼
20: 회전축 35:침투액공급관
40: 분사노즐 50: 교반날개

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 석회조류(calcareous algae)에 100 내지 300℃의 열풍을 가해 건조시킨 다음 0.1 내지 50㎛ 크기로 분쇄하는 단계와;
   물 100중량부에 대하여 상기 석회조류 분말 0.1 내지 10중량부와, 액상의 개미자리(Sagina japonica) 추출물 1 내지 10중량부를 혼합하여 침투액을 수득하는 단계와;
   0.1 내지 2mm 크기의 숯 100부피부에 대하여 상기 침투액 0.1 내지 10부피부를 교반기에 투입하여 혼합하는 단계;를 포함하고,
   상기 교반기는 유입구와 배출구가 마련된 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 유입구에 결합되어 상기 하우징의 내부로 상기 숯이 투입되는 투입호퍼와, 상기 하우징의 내부에 회전가능하게 설치되며 내부로 상기 침투액이 공급될 수 있도록 중공구조로 형성된 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 나선형으로 형성된 교반날개와, 상기 회전축의 외주면에 일정간격으로 형성되며 상기 회전축의 내부공간과 연통되며 다수의 분출홀이 형성된 분사노즐과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 전동모터와, 상기 회전축과 로터리조인트에 의해 연결되어 상기 회전축 내부로 상기 침투액을 공급하기 위한 침투액공급관과, 상기 침투액이 저장되어 상기 침투액공급관과 연결되는 침투액저장조를 구비하며,
   상기 투입호퍼를 통해 상기 하우징의 내부로 투입된 상기 숯이 상기 출구 방향으로 이동하면서 상기 분사노즐을 통해 분출되는 상기 침투액과 혼합되는 것을 특징으로 하는 숯과 석회조류를 이용한 토양개량제의 제조방법.
6. 제 5항의 방법으로 제조된 토양개량제와 토양이 혼합된 것을 특징으로 하는 원예용 상토.
7. 제 5항의 방법으로 제조된 토양개량제와 펄라이트가 혼합된 것을 특징으로 하는 원예용 용토.

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