KR102426217B1 - 수용성 규산염 비료 - Google Patents

수용성 규산염 비료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수용성 규산염 비료에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 수용성 규산염 비료는 수용성 알칼리 규산염 100 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 6~16 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 6~16 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6) 4~10 중량부, 산화마그네슘(MgO) 6~16 중량부, 인화합물 6~16 중량부, 부식질(humic substance) 6~25 중량부 및 유기산 0.5~7 중량부를 포함하며, 상기 수용성 알칼리 규산염은 규산칼슘(CaSiO3), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 규산칼륨(K2SiO3) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 부식질은 휴믹산(humic acid) 및 풀빅산(pulvic acid)을 포함한다.

Description

수용성 규산염 비료 {WATER-SOLUBLE SILICATE FERTILIZER}
본 발명은 수용성 규산염 비료에 관한 것이다.
규소(Si)는 지표면에 많이 존재하며, 식물에서 일반적으로 필수원소에는 포함되지 않지만 식물체의 구성성분으로 중요한 의미를 가지고 있다. 식물체의 뿌리로부터 흡수된 규소는 증산류와 함께 이동되며, 세포내 세포벽, 세포사이의 간극 및 외층에 축적되는 것으로 알려져 있다(Marschner 등, 1990). 이러한 규소는 식물체의 뿌리, 줄기, 잎 등에 축적되며(Vorm, 1980; Parry and Kelso, 1975), 식물의 세포벽을 물리적으로 튼튼하게 하거나 잎의 광에 대한 이용성을 높여 광합성 작용을 상승시켜 주는 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Adatia and Besford, 1986; Ma, J. and E. Takahashi. 1993).
규산(Silicic acid)은 이러한 규소와 산소 및 수소가 혼합된 화합물의 일반적인 명칭이며, 이산화규소와 물이 화합한 것을 의미한다. 상기 규산은 잎이나 줄기의 표피세포중에 침적되어 규질화시킴으로써 작물의 생산량 및 품질을 향상시키고 스트레스 저항성을 높여주는 역할을 하며, 독성이 없고 각종 유해성분을 중화하는 기능을 식물체가 가지게 된다. 토양 중에 존재하는 규산은 수용성 규산(염) 형태로 작물의 뿌리에 흡수되어 병충해 등에 대한 저항성이 커지며, 규산은 벼과 식물뿐만 아니라, 사탕수수, 옥수수, 오이 및 딸기 등의 식물 재배에도 중요한 것으로 알려져 있다.
한편, 수용성 규산염은 토양, 식물, 가축 및 인체에 무해함이 입증되어 친환경농업육성법 제7조의 친환농자재의 사용기준에 포함되어 유기농자재로 사용되고 있다. 그러나 이러한 수용성 규산염은, 제조과정 특성상, 음이온을 띤 규산이온에 양이온인 칼륨, 칼슘, 마그네슘과 결합하여 강염기를 가지어 농가에서 사용하기에 불편함을 가지고 있었다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0756185호(2007.09.05. 공고, 발명의 명칭: 폐유리를 이용한 농업용 식물생육성장제의 제조제법)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 작물 생산성 향상 효과 및 토양 개량 효과가 우수한 수용성 규산염 비료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비료의 시비 효율을 높이며, 작물로의 흡수성이 우수한 수용성 규산염 비료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 작업성 및 경제성이 우수한 수용성 규산염 비료를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 수용성 규산염 비료에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 수용성 규산염 비료는 수용성 알칼리 규산염 100 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 6~16 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 6~16 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6) 4~10 중량부, 산화마그네슘(MgO) 6~16 중량부, 인화합물 6~16 중량부, 부식질(humic substance) 6~25 중량부 및 유기산 0.5~7 중량부를 포함하며, 상기 수용성 알칼리 규산염은 규산칼슘(CaSiO3), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 규산칼륨(K2SiO3) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 부식질은 휴믹산(humic acid) 및 풀빅산(pulvic acid)을 포함한다.
한 구체예에서 상기 부식질은 휴믹산 및 풀빅산을 1:0.001~0.5 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 수용성 규산염 비료를 적용시 작물 생산성 향상 효과 및 토양 개량 효과가 우수하고, 비료 시비 효율과 작물로의 흡수성이 우수하며, 작업성 및 경제성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
수용성 규산염 비료
본 발명의 하나의 관점은 수용성 규산염 비료에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 수용성 규산염 비료는, 수용성 알칼리 규산염, 인산칼륨, 탄산칼슘, 헥사메타인산나트륨, 산화마그네슘, 인화합물, 부식질 및 유기산을 포함한다. 예를 들면, 수용성 알칼리 규산염 100 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 6~16 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 6~16 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6) 4~10 중량부, 산화마그네슘(MgO) 6~16 중량부, 인화합물 6~16 중량부, 부식질(humic substance) 6~25 중량부 및 유기산 0.5~7 중량부를 포함한다.
상기 수용성 알칼리 규산염은 규산칼슘(CaSiO3), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 규산칼륨(K2SiO3) 중 하나 이상을 포함한다. 한 구체예에서 상기 수용성 알칼리 규산염은 규석 또는 규사를, 탄산칼륨이나 탄산나트륨을 혼합하여 용광로에서 1500℃이상의 온도에서 가열하여, 여과 및 정제, 성분 조정 등을 통하여 제조될 수 있다. 상기 수용성 알칼리 규산염을 포함하는 본 발명의 수용성 규산염 비료는, 물에 쉽게 용해되어 시비시 작업성이 우수하며, 친환경성이 우수하고, 산성화된 토양 중화 및 개량 효과와, 식물 병충해 예방 및 생장 촉진 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 수용성 알칼리 규산염은, 50~500 메쉬(mesh) 크기의 분말 형태로 사용할 수 있다. 상기 “크기”는, 상기 분말의 “최대 길이”인 것으로 정의한다.
상기 인산칼륨(KH2PO4)은 식물의 광합성, 및 아미노산으부터의 단백질 합성 등을 촉진하여, 식물 생육을 촉진한다. 한 구체예에서 상기 인산칼륨은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 6~16 중량부 포함된다. 상기 인산칼슘을 6 중량부 미만으로 포함시 16 중량부 초과하여 포함시 식물의 흡수 장애 현상이 발생할 수 있다.
상기 탄산칼슘(CaCO3)은 식물 세포막 구성 역할을 하고, 산성토양을 중화시켜 토양반응을 교정시켜 줌으로서 토양미생물의 활동을 촉진시키고 식물성장에 알맞은 토양환경 개량 효과를 가진다. 한 구체예에서 상기 탄산칼슘은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 6~16 중량부 포함된다. 상기 탄산칼슘을 6 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하고, 16 중량부 초과하여 포함시 오히려 식물 생장 촉진 효과가 저하될 수 있다.
상기 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6)은 토양과 식물의 중금속을 제거하고, 식물 생장을 촉진하는 효과를 가진다. 한 구체예에서 상기 헥사메타인산나트륨은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 4~10 중량부 포함된다. 상기 헥사메타인산나트륨을 4 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하고, 10 중량부 초과하여 포함시 오히려 식물 생장 촉진 효과가 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 인산칼륨, 탄산칼슘 및 헥사메타인산나트륨은 1:1~1.5:0.5~1 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 성분들 사이에 예측할 수 없는 상승효과가 발생하여, 토양 시비시 물에 쉽게 용해되어 작업성이 우수하면서, 토양 개선 효과 및 식물 생장 효과가 우수할 수 있다.
상기 산화마그네슘(MgO)은 산성 토양의 알칼리화와 함께 본 발명에 포함되는 인화합물의 식물 흡수율을 높이고, 식물 생장 촉진을 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 산화마그네슘은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 6~16 중량부 포함된다. 상기 산화마그네슘을 6 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 16 중량부 초과하여 포함시 오히려 식물 생장 촉진 효과가 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 인화합물은 인산(H3PO4), 아인산(H3PO3), 삼산화인(P2O3) 및 오산화인(P2O5) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 인화합물을 포함시 식물의 세포증식, 광합성 및 호흡 작용을 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 인화합물은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 6~16 중량부 포함된다. 상기 인화합물을 6 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 16 중량부를 초과하여 포함시 토양 pH 조절 등의 효과가 오히려 저하될 수 있다.
상기 부식질은 착물형성 등의 반응에 의해 토양 및 식물에 포함된 중금속 및 악취 제거와 함께, 식물 병충해 예방 및 생장 촉진 목적으로 포함될 수 있다. 또한, 양이온 치환능력이 우수하여, 토양에 과량 흡착된 인산 등의 양이온을 식물에 공급하는 효과가 우수하다.
한 구체예에서 상기 부식질은 휴믹산(humic acid) 및 풀빅산(fulvic acid)을 포함한다. 상기 휴믹산 및 풀빅산은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 천연 휴믹물질로부터 대한민국 공개특허공보 제2012-0108816호에 기재된 방법으로 상기 휴믹산 및 풀빅산을 추출할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한 구체예에서 상기 부식질은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 6~25 중량부 포함된다. 상기 부식질을 6 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 25 중량부를 초과하여 포함시 더 이상의 식물 생장 및 토양 개선 효과가 없으며, 비용 상승으로 인하여 경제성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 부식질은 휴믹산 및 풀빅산을 1:0.001~0.5 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 토양의 중금속 제거 및 악취제거 효과가 우수하고, 식물의 발근과 생장 촉진 효과가 우수하며, 비용적 측면에서 유리할 수 있다. 예를 들면 1:0.01~0.15의 중량비로 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 1:0.05~0.1의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 유기산은 식물의 생장을 보조하며, 논, 밭 등의 토양에 과량 축적된 인산 화합물을 작물에 공급한다. 한 구체예에서 상기 유기산으로는 시트르산(citric acid, C6H8O7), 말산(malic acid, C4H6O5), 말레산(maleic acid, C4H4O4), 옥살산(oxalic acid, C2H2O4), 아세트산(acetic acid, CH3COOH), 포름산(formic acid, HCOOH), 락트산(lactic acid, CH3CHOHCOOH), 푸마르산(fumaric acid, C4H4O4), 주석산(tartaric acid, C4H5O6), 아스코르브산(ascorbic acid, C6H8O6), 및 술팜산(sulfamic acid, H2NSO3H) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 유기산은 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 0.5~7 중량부 포함된다. 상기 유기산을 0.5 중량부 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 7 중량부 초과하여 포함시 산성 토양의 pH 조절 효과가 저하될 수 있다.
수용성 규산염 비료의 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 수용성 규산염 비료의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 수용성 규산염 비료의 제조방법은 (S10) 제1 분쇄물 제조단계; (S20) 제2 분쇄물 제조단계; (S30) 혼합물 제조단계; 및 (S40) 건조단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 수용성 규산염 비료의 제조방법은 (S10) 수용성 알칼리 규산염, 인산칼륨, 탄산칼슘, 헥사메타인산나트륨 및 산화마그네슘을 1차 분쇄하여 제1 분쇄물을 제조하는 단계; (S20) 상기 제1 분쇄물을 2차 분쇄하여, 제2 분쇄물을 제조하는 단계; (S30) 상기 제2 분쇄물에 인화합물, 부식질 및 유기산을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (S40) 상기 혼합물을 건조하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 수용성 규산염 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 제1 분쇄물 제조단계
상기 단계는 수용성 알칼리 규산염, 인산칼륨, 탄산칼슘, 헥사메타인산나트륨, 및 산화마그네슘을 1차 분쇄하여 제1 분쇄물을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부, 인산칼륨 6~16 중량부, 탄산칼슘 6~16 중량부, 헥사메타인산나트륨 4~10 중량부, 및 산화마그네슘 6~16 중량부를 1차 분쇄하여 제1 분쇄물을 제조할 수 있다.
상기 수용성 알칼리 규산염은 규산칼슘(CaSiO3), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 규산칼륨(K2SiO3) 중 하나 이상을 포함한다. 여기서 상기 제1 분쇄물에 사용되는 성분은, 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 1차 분쇄는 상기 수용성 알칼리 규산염, 인산칼륨, 탄산칼슘, 헥사메타인산나트륨 및 산화마그네슘을 50~200 메쉬 크기로 분쇄하여 제1 분쇄물을 제조할 수 있다. 상기 크기로 분쇄시, 혼합성이 우수할 수 있다.
(S20) 제2 분쇄물 제조단계
상기 단계는 상기 제1 분쇄물을 2차 분쇄하여 제2 분쇄물을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 2차 분쇄는 상기 제1 분쇄물을 200~500 메쉬 크기로 분쇄할 수 있다. 상기 크기로 분쇄시, 혼합성이 우수하며, 토양에 식물에 용이하게 흡수될 수 있다.
(S30) 혼합물 제조단계
상기 단계는 상기 제2 분쇄물에 인화합물, 부식질 및 유기산을 투입하여 혼합물을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부에 대하여 상기 인화합물 6~16 중량부, 부식질 6~25 중량부 및 유기산 0.5~7 중량부를 투입하여 혼합할 수 있다. 상기 부식질은 휴믹산(humic acid) 및 풀빅산(pulvic acid)을 포함한다. 한 구체예에서 상기 부식질은 휴믹산 및 풀빅산을 1:0.001~0.5 중량비로 포함할 수 있다. 상기 인화합물, 부식질 및 유기산 성분은, 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
(S40) 건조단계
상기 단계는 상기 혼합물을 건조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 건조는 80℃~90℃에서 10분~25분 동안 건조하여 이루어질 수 있다. 상기 조건에서 건조가 용이하게 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 건조된 혼합물을, 다시 200~500 메시 크기로 3차 분쇄한 다음, 소정의 형태로 성형하여 제조될 수 있다.
본 발명의 수용성 규산염 비료를 적용시 작물 생산성 향상 효과 및 토양 개량 효과가 우수하고, 비료 시비 효율과 작물로의 흡수성이 우수하며, 작업성 및 경제성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
수용성 알칼리 규산염(규산나트륨(Na2SiO3)) 100 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 10 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 10 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6) 10 중량부 및 산화마그네슘(MgO) 12 중량부를 교반기에 투입하고, 100 메시 크기로 1차 분쇄하여 제1 분쇄물을 제조하고, 상기 제1 분쇄물을 200 메시 크기로 2차 분쇄하여 제2 분쇄물을 제조하였다. 상기 제2 분쇄물에 상기 수용성 알칼리 규산염 100 중량부 기준으로 인화합물(인산(H3PO4), 아인산(H3PO3), 삼산화인(P2O3) 및 오산화인(P2O5)) 10 중량부, 부식질(휴믹산 및 풀빅산 1:0.05 중량부 포함) 20 중량부 및 유기산(시트르산) 3 중량부를 투입하고 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 그 다음에, 상기 혼합물을 85℃에서 20분 동안 건조한 다음, 다시 200 메시 크기로 3차 분쇄하고 소정의 형상으로 성형하여 수용성 규산염 비료를 제조하였다.

Claims (3)

  1. 수용성 알칼리 규산염 100 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 10~16 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 10~16 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO3)6) 4~10 중량부, 산화마그네슘(MgO) 6~16 중량부, 인화합물 6~16 중량부, 부식질(humic substance) 6~25 중량부 및 유기산 3~7 중량부를 포함하며,
    상기 수용성 알칼리 규산염은 규산칼슘(CaSiO3), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 규산칼륨(K2SiO3) 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 인화합물은 인산(H3PO4), 아인산(H3PO3), 삼산화인(P2O3) 및 오산화인(P2O5)을 포함하고,
    상기 부식질은 휴믹산(humic acid) 및 풀빅산(pulvic acid)을 포함하며,
    상기 유기산은 시트르산(citric acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 규산염 비료.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 부식질은 휴믹산 및 풀빅산을 1:0.001~0.5 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 수용성 규산염 비료.
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