KR100385907B1

KR100385907B1 - 해양생물 생육환경 개선용 시비제

Info

Publication number: KR100385907B1
Application number: KR10-2000-0064906A
Authority: KR
Inventors: 스즈키데쓰오; 김영돈
Original assignee: 동성해양개발 주식회사
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2003-06-02
Also published as: KR20010069258A

Abstract

본 발명은 해양생물의 생육환경을 개선하기 위하여 사용하는 화학 시비제(施肥劑)에 관한 것으로, 적어도 황산철의 함량이 20∼60중량%인 황산철 결정체와 천연 염화나트륨을 주성분으로 하는 천연소금의 미분체를 서로 교반 배합한 다음, 타원구 모양으로 압력 성형함을 특징으로 하는 입상의 화학 시비제로서, 본 발명에 의하면, 저질환경의 해양을 더 이상 악화시키지 않고, 광합성을 얻을수 있는 유광층에 이르는 수심간에서 충분한 영양원의 용출이 가능하여 해양생물의 활발한 먹이 연쇄기능을 확립할수 있는 유용한 해양생물 생육환경 개선용 시비제를 제공하게 된다.

Description

해양생물 생육환경 개선용 시비제{The fertilizing agent to improve growing environment of living things which live in the ocean}

본 발명은 해양생물의 생육환경을 개선하기 위하여 사용되어지는 시비제(fertilizing agent)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양생물의 재생장소로 주로 이용되어지고 있는 해안의 천해(淺海)영역에서 사용되어지는 해양생물 생육환경 개선용 화학 시비제(施肥劑)로써, 예를 들면 선박사고로 인하여 유출된 유류가 연안일대에 표류하여 바닷물을 오염시키거나, 하천으로부터 변질된 수질이 유입되어 바닷물을 오염시키는 등 각종 인위적 방법에 의한 오염된 해안의 자연환경을 복원시키기 위해 사용하는 해양생물의 생육환경 개선용 화학시비의 입제(粒劑)에 관한 것이다.

종래에 우리가 바다로부터 어획할수 있는 어개류는 어획장비의 현대화에 따라꾸준히 그 어획량이 증가되어 왔으나, 1970년대에 와서 약 7000만톤 수준에서 정체되고, 이제는 새로운 어장을 개척하지 않고는 더 이상의 대량어획은 사실상 어렵게 되었다. 그러나, 새로운 어장을 개척하기에 앞서 가장 시급한 것은 오염된 연안의 자연환경을 복원함으로써 각종 어개류가 많이 서식할수 있도록 하는 해양생물의 생육 환경개선 방안이 적극적으로 시도되고 있다.

따라서, 대상 어개류와 관련하여 국제연합 식량농업기구(FAO)에서는 전통어획 대상 어종이 고갈되지 않도록 하는 적정한 관리가 필요하다고 보고, 이들의 자원 관리에 착수하고 있다.

그러나, 현재까지 자원관리를 하지 않았던 부문까지 모두 합친다면 전세계의 어획량은 현수준 보다 약 5000만톤 정도는 증산할수 있으나, 이 경우 남극 바다의 크릴새우 및 그 이외의 미 이용 어종까지를 모두 감안한 어업의 생산확대가 기대되어지고 있다. 그러나, 이와같은 실현은 세계 인구의 증가 및 공업생산 증가에 따르는 해양의 오염, 환경파괴등 수산자원 생육환경에 미치는 나쁜 영향에 대해서 충분한 배려와 주의를 하지 않으면 안된다.

그 결과, 1980년대에는 2000만톤의 생산확대가 가능하게 되어 오늘에 이르고 있으나, 이들 대부분은 미 이용자원의 생산확대에 의한 것으로, 오늘날 남극 바다의 크릴새우와 현재까지 활용하지 않았던 미 이용자원에 이르기까지 모두가 고갈되어 세계의 어업은 앞으로 더욱 심각한 어려움에 부딪치게 될것이다. .

이와같은 연안 어업의 환경조건은 최근에 와서 빈번한 각종 해난사고로 인한 기름 유출과 연안어업의 자원환경은 도처에서 환경파괴 현상이 자주 일어날뿐만 아니라, 도시 하천의 오염으로 변질된 수질이 해안으로 계속하여 유입되거나, 인위적인 하천개수, 해안 공사등에 의한 자원환경의 변질적 영향으로 오늘날 연안지역의 자연환경은 극도로 피폐하여 이를 해결하기 위한 심각한 문제가 대두되고 있다.

종래에 어획을 목적으로 하는 시비기술의 개발은 예를 들면, 어개류를 양식할 때에 사용하는 뿌려주는 먹이에 관한 연구가 주를 이루고 있으나, 이와 같은 시비제는 일시적으로 대량 어획할 수 있는 회유어나 바다의 저부에 서식하고 있는 동식물을 채집하여 이를 종묘유생의 사료로써 가공한 다음, 산포에 의한 뿌려주는 먹이와 밀접한 관계를 가지고 있다.

한편, 본 발명자들은 해양생물의 생육환경을 개선하기 위해 사용하는 화학시비제로 황상제1철, 황산제2철을 사용하고, 이를 천연소금의 결정 미분체와 교반 혼합 하여 해조류나 미생물등이 좋아하는 산화철분이 항상 그 표면에 존재하도록 한 콘크리트 구조체에 의해 조장증식(藻場增殖)이 가능하도록 한 것이다.

해양생물의 생육환경을 개선하기 위한 화학시비의 필요성은 수산자원 고갈에 따르는 문제해결에 기여할 뿐만 아니라, 지구온난화 제어대책의 수단으로도 크게 기여하게 된다.

기후변동에 관한 국제연합조약 제2차 보고서 제10장 「환경변화에 대한 해양 생물의 응답과 기후와의 피드백」중「鐵(철)에 의한 식물 프랑크톤(plankton) 생산성의 증대」에서 1993년 10월 황산철의 산성용액을 태평양의 적도역 64㎢ 해역에 산포한(Kolber et al, 1994, Martin et al, 1994 Waston et al, 1994) 결과, 철의 산포에 의해서 해양 생태계는 뚜렷하게 좋은 결과를 나타내고, 생산성과 클로로필농도 모두 거의 3배가량 증가되었다고 보고하고 있다.

우리나라에 있어서도 지구환경 산업기술연구기구에서는 세균 및 해조류등을 이용하여 이산화탄소를 고정화시키는 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 그 결과 철이온 농도의 증가에 따라 시비의 효과가 월등 좋아진다고 보고되고 있다.

여기에 따르면, 지구상에서 자연 발생하는 연간 약 50억톤의 이산화탄소중 그 일부를 해조류의 광합성에 의한 고정화에 사용한다면, 해조류의 생육조건인 광선, 온도, 무기염류 및 이산화탄소의 농도조건등을 인위적으로 유효하게 조절할수 있어, 이산화탄소를 고정화시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

한편, 이산화탄소의 고정능 평가 및 최적 배양조건에 대한 연구결과에 의하면, 초산염, 인산염등의 영양염의 함량을 감소시키고, 철이온의 농도를 증가시킴으로써 이산화탄소의 고정능을 개선할수 있음을 알게되었다..

그러나, 뿌려주는 먹이는 일반적으로 조류가 완만한 해역이나 폐쇄성 해역인 경우, 바다의 밑에는 많은 량의 잔사가 축적되어 부폐하기 때문에 이로 인하여 저질환경을 유발하게 되고, 부근 일대의 수질환경을 현저하게 악화시키는 결과를 초래하게된다.

또한, 식물 프랑크톤, 크릴새우, 세균, 해조류등의 배양에 따르는 이산화탄소의 고정화에 대하여는 언제나 황산철 수용액을 사용하므로 해면 또는 해면으로부터 얕은 수심위치에서 황산철 수용액이 해수와 혼합하게 되어, 심해의 해수와의 혼합이 이루어지지 않게 됨으로 시비대상 해역이 조류에 의하여 유효하게 혼합되는 경우를 제외하고는 이산화탄소의 고정화가 적절하게 이루어지지 않게된다.

따라서 본 발명은 뿌려주는 먹이의 문제점을 해소시키고, 해양생물의 1차 생산자인 미소한 식물 또는 미소한 동물을 주로 하는 집단 생육환경에 가장 필요한 풍부한 용존산소와 광합성에 의해 생육하는 천해지역의 식물이 해양생물 전체의 생육을 결정한다는 사실을 감안하여, 자원 재생산의 기초 생산력인 식물 프랑크톤, 동물 프랑크톤 및 규조류 식생의 생육환경에 가장 알맞는 환경을 구축하고, 자연계에서 해양생물의 활발한 연쇄기능을 확립할 수 있도록하여, 해양생물의 생산성 확대를 도모할 수 있는 시비제를 제공함을 그 목적으로 하고있다.

또한, 본 발명의 두번쩨 목적은 수용액 산포에 의한 시비의 문제점을 해결하고, 해면뿐만 아니라 수심 유광층에 이르기까지 태양광에 의한 시비효과를 거둘수 있게 함으로써, 전 해안지역에 걸쳐 생물의 생육 환경을 개선함에 있는 것이다.

따라서 본발명은 해면으로 부터 바다밑 수직수심에 이르는 모든 수역에 대하여 해양 생물의 생육환경을 개선시키는 효과를 가지는 시비제를 제공하게 되는 것이다.

따라서 본 발명자들은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 적어도 황산철과 천연소금을 함유하는 입상물의 해양생물 생육환경 개선용 시비제를 새로히 개발함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 시비제는 바다에 존재하는 영양염을 함유하는 천연소금과 모든 생물의 생육에 필수적으로 소요되는 미량의 철 원소를 동시에 함유하도록 하고, 바다의 저질환경을 더 이상 악화시키지 않으면서 해양생물의 활발한 연쇄기능을 확립할수 있도록 함으로써, 해면에서 광합성이 이루어지는 유광층에 이르기까지 언제나 해양생물이 필요로하는 영양원을 용출할수 있도록 하는 시비제를 개발함으로써 본발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로 바다의 경우, 표1, 표2에 기재되어 있는바와 같이 해수 1 Kg에는 32∼38g의 각종 염류가 용해되어 있고, 그중 약 80중량%는 식염의 라디칼인 나트륨 이온과 염소이온이 차지하고 있다.

그 이외에 해수에는 황산이온, 마그네슘이온, 칼슘이온, 칼륨이온, 탄소이온, 취소이온 등이 함유되어 있으며, 이들 염류의 총량은 해수에 녹아 있는 전체 염류의 약 99.7중량%에 해당한다. 또한 해수에 녹아있는 각종 영양원소의 구조는 지리 및 기상조건에 따라 약간씩 다르지만 주된 원소의 순위와 비율은 항상 일정하다.

해수 1 Kg 에 함유되어 있는 주요 염류의 함량

원소	해수중 이온	함유량(gkg^-1)
염소	C1^-	19.354
나트륨	Na⁺	10.77
황산	SO₄ ^2-	2.712
마그네슘	Mg²⁺	1.290
칼슘	Ca²⁺	0.412
칼륨	K⁺	0.399
탄소	HCO₃ ^-	0.142
취소	Br^-	0.0673
		35.1463

해수 1 Kg 중의 이온의 질량

이온	g	밀리몰
C1^-	18.98	548.30
Na⁺	10.56	470.15
SO₄ ^2-	2.65	8.24
Mg²⁺	1.27	53.57
Ca²⁺	0.40	10.24
K⁺	0.38	9.96
HCO₃ ^-	0.13	2.34
Br^-	0.065	0.83
Sr²⁺	0.013	0.15
BO₂ ^2-	0.026	0.43

본 발명의 해양생물 생육환경 구축개선 촉진용 화학 시비제는 적응성, 안정성 및 경제성을 고려하여 천연소금을 주원료로 사용한다.

천연소금으로는 예를 들면, 천연암염, 해수의 농축에 의해 천연적으로 결정된 염등 염화나트륨을 주성분으로 하는 천연 결정의 것을 사용하고, 적어도 염소(Cl), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 칼륨(K)을 함유하는 것이 좋으며, 바람직하게는 탄소(C), 취소(Br), 스트론튬(Sr), 붕소(B), 불소(F)등을 미량 함유하는 것이 더욱 좋고.

특히, 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 바나듐(V), 규소(Si)등을 미량 함유하는 것이 가장 좋으며, 될수 있는데로 자연계의 해수에 함유된 성분에 가까울수록 더욱 바람직하다. 또한, 이들 미량의 원소함량은 천연소금중 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 해양생물 생육환경 개선용 화학 시비제는 천연소금을 주원료로 하지만, 여기에 세균류, 해조류 또는 미생물 생육에 필수적으로 소요되는 미량의 황산철 원소를 배합하여야 한다.

여기서 황산철은 황산제1철, 황산제2철을 사용하나, 황산철 총량의 80중량% 이상이 7수화의 황산제1철인 것이 바람직하다. 또 황산철의 함량은 특별히 한정하지는 않으나, 시비제를 구성하는 원료중 20∼60중량%인 것이 바람직하다.

본 발명 시비제는 입상이라면 그 형상을 특별히 한정하지는 않으나, 천연소금과 황산철은 어느 것이나 금속염을 주된 구성요소로 하기 때문에 단위 비중은 해수 비중보다 약간 크게 하여 해면으로부터 시비를 행함에 있어 신속히 자연침하가 이루어지도록 한다.

그러나, 본 발명의 시비제는 해면으로 부터 유광층에 이르는 수직 수심간에서 적당량의 영양원을 서서히 용출시킬 필요가 있기 때문에 이를 위하여 수중에서 신속한 자연침강 속도보다 시비제가 영양원을 용출시키면서 서서히 침강하도록 하는 침강 제어기능을 부여하는 것이 오히려 바람직하다.

이 때문에 입상의 형상은 타원 구상으로 하는 것이 바람직하고, 타원 구상체의

입제(粒劑)는 진구체(眞球??)나 정방체(正方??)의 입제에 비해 중심위치와 수중에서의 부력관계로 인하여 침강속도를 약 50%정도 제어할 수 있게 된다. 특히, 질량이 같은 둥근모양의 입제에 비해 표면적이 크기 때문에 해수에 접하는 면적이 커지므로 해수와의 접촉에 의한 영양원과 미량원소의 용해, 용출을 해결할 수 있다.

따라서, 이때까지 해결되지 않았던 입제의 수중 체류기능과 수직 수심 해역에서의 영양원과 미량원소의 정량적 용출을 실현할 수 있게 되었다. 또한 이러한 관점에서 본 발명 시비제의 입제 무게는 0.5∼5g 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 시비제는 해수의 pH치 7.8∼8.4의 범위에 준한 pH를 나타내는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 화학시비 입제의 제조방법은 특별히 한정하지는 않으나, 황산철의 결정과 미분화된 천연소금의 결정 미분체를 교반 배합한 다음, 다이야롤 압력조립방식등 연속 성형기로 압력성형하여 입상의 본 발명 시비제를 얻게된다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

(1) 천연소금의 분석

형광 X선분석에 의한 함유원소의 정성분석 및 정량분석을 한 결과, 시료로서 염화나트륨, 염화마그네슘을 주성분으로 하고, 기타는 칼슘, 칼륨, 알루미늄, 황산이온, 규산을 함유하도록 하였다. 분석결과는 표3에 나타내었으며, 표3은 원소주기율표에서 불소(F)다음에 검출된 원소의 중량배분율(%)을 나타낸다.

검출원소	검출중량비(%)
나트륨(Na)	27
마스네슘(Mg)	5.5
알루미늄(Al)	0.1미만
규소(Si)	0.1미만
유황(S)	1.0
염소(Cl)	65
칼륨(K)	0.6
칼슘(Ca)	0.9

또한 시료를 10배의 순수에 용해시키고 pH를 측정하였더니 약알카리성(pH8.4)을 나타내었다.

(2) 시비제(施肥劑)의 제조

상기 천연소금을 미분화시킨 결정 미분체와 황상제1철의 결정을 서로 교반배합하되, 황산제1철의 결정 33∼48중량% 범위의 비율로 미분화된 천연소금의 결정 미분체와 교반 배합시킨 다음, 다이야롤 압력조립방식의 연속 성형기에 의하여 압력성형하여 타원구상체의 입제를 만들었다. 입제의 무게는 1입제당 2gr로 하고 단위비중은 1.375로 하였다.

실시예 1

바닥면이 소사와 뻘로 된 서해 연안의 어장구역에 25-40㎜ 크기의 산쇄석(山碎石) 30㎥과 타원구상의 시비 300㎏를 배합 교반하여 만든 시비쇄석과 보통의 산쇄석(25-40㎜) 30㎥으로 된 대비쇄석을 수심 6m의 해저에 약 30㎝ 높이로 하여 10m 사방의 마운드를 50미터씩 간격을 두고 2개소에 조성했다.

이 마운드의 조성은 오전 7시에 작업 개시하여 오전 10시에 종료하였다. 마운드 조성을 한 다음날 오후 3시경(29시간 후)에 잠수전문가에 의해 조사한 결과, 시비쇄석의 마운드 표면부 100㎡의 면 전체에는 길이 약 10㎝의 가자미새끼가 빈틈이 없을정도로 밀집하여 있었다. 또 그 다음날 오후 3시경(53시간 후)에 같은 방법으로 조사한 결과, 그전날 시비쇄석의 마운드에 밀집되어 있던 카레이의 무리들은 흐트러지고, 그 밀도는 전날의 30% 정도가 감소하였다. 그뿐만 아니라 다른 한쪽의 마운드에는 몸길이가 약 15㎝되는 놀래기 2마리가 있었다.

이와같이, 본 발명 시비는 수심이 비교적 얕은 바다에서는 태양광선을 충분히 받아들여 시비에 의한 해조류의 생육을 왕성케 하고, 풍부한 영양원을 공급함으로써 광합성을 활성화시키는 동시에 해조류를 먹이로 하는 소동물이 풍부한 먹이를 먹기 위해 많이 모이게 되어 이 일대의 해역은 가자미등 소동물이 서식하기에 아주 적합한 환경조건을 갖추게 된다.

이상의 실험결과로부터 천연소금과 모든 생물의 생육에 필수불가결한 미량의 황산철 원소를 배합한 화학시비제는 해양생물의 생육환경에 아주 유효한 효과를 가지게 됨을 확인할 수 있게 되었다.

실시예 2

어항 구역내 소사와 사리로 형성된 해안영역에 화학시비 입제를 산포하고 그 영향을 관찰하였다. 실험의 결과를 확실히 하기 위하여 어항으로 유입되는 적은 하천(하천의 폭 30m)에 의하여, 하천의 물 흐름 영향을 비교적 받지 않는 2개소를 서로 대비하여 양자의 수질이 거의 같음을 사전에 조사한 다음, 그중 한쪽을 택하여 실험하였다.

비가 내린 후, 하천의 물도 평상시 보다 많아지고 또 파도의 높이가 2∼2.5m정도이고, 청명한 날씨와 해안의 파도 길이 약 50m, 폭 약 5m범위에서 화학시비의 입제 200㎏를 오후 1시부터 2시 사이에 산포하였다. 계속하여 오후 2시 부터 오후 6시까지 4시간동안 먼저 산포한 시비입제가 파도의 영향을 어떻게 받아서 해양에 효과적인 시비가 되는지를 알아보기 위하여 입제의 용해시간을 측정하여 그 효과를 확인하였다.

당일에 한 조사결과로는 해안선에 접한 폭 4m정도의 넓이에 산포한 입제는 파도의 영향을 직접 받아서 입제형상 그대로 바다에 유입되었고, 나머지 폭 1m정도의 장소에 있던 입제는 그대로의 형상으로 남아 있었다.

다음날 오전 10시경 해안 수역과 그 부근을 답사한 결과, 그 근처에 남아 있던 입제는 모두 파도와 해안의 습기에 의해 용해되어 해안의 소사나 사리의 표면은모두 검붉은 색으로 산화되었다. 한편, 해안수역을 조사하기 위하여 소형 선편을 이용하여 조사한 결과, 수심 1m 전후의 얕은 수역에는 몸길이가 3∼5 ㎝정도되는 놀래기, 도미새끼등 여러 종류의 어류가 모여들었다. 또한, 해변으로 부터 바다 안쪽으로 약 50미터 떨어진 위치의 수심 약 2 m 정도되는 수역에서는 프랑크톤이 무수히 웅집하고 있음을 관찰하였다.

이상 실험결과로 부터 천연소금과 황산철을 배합한 해양생물 생육환경 개선을 위한화학시비의 입제는 자연계에서 동물유생에 가장 필요한 해조류의 왕성한 성장을 촉구하고, 아울러 동물 프랑크톤의 생육이나 어개류의 생육에 가장 알맞는 환경을 제공하는 기능효과를 가지고 있음을 확인할수 있다.

비교예 1

바닷물 20리터에 황산제1철의 결정체 5 Kg를 투입하고 충분히 교반 혼합한 다음, 이 수용액에 수용성 적색 착색제 100g를 첨가하고 교반한 후, 수심 6미터의 바다에 투입하였다. 이때에 사전에 바닷속에 잠수하여 있던 조사원에 의해 수용액의 침강속도와 바닷물과의 융합상태를 조사한 결과, 수용액의 침강수심은 투입된 위치에서 최대 약 1.5미터이고, 투입 위치의 중심으로 부터 약 5미터 떨어진 곳에서는 해면으로부터 약 1미터 되는 수심에서 표류하고, 다른쪽은 약 30분 동안 30미터 정도 떨어져서 그대로 흘러가 버렸다.

이상의 실험결과로 부터 수용액에 의한 시비방법은 프랑크톤의 생육환경 개선에는 효과를 발휘할수는 있으나, 적조발생의 원인이 될수도 있고, 목적하는 해역의 해양생물 전체에 대한 생육환경 개선에는 소기의 효과를 거둘수 없음을 확인할 수 있다.

이상 설명한바와 같이 본 발명에 의하면, 저질환경을 악화시키지 않고, 해면으로부터 광합성을 이룰 수 있는 유광층에 이르기까지 골고루 영양원을 용출할수있도록 함으로써 해양생물의 활발한 식물 연쇄기능을 확립할 수 있게 된다.

Claims

황산철의 결정체와 염화나트륨을 주성분으로 하는 천연소금의 미분체를 서로 교반 배합하여 개당 무게가 0.5∼5g인 타원구모양의 입상으로 압축성형함을 특징으로 하는 해양생물 생육환경 개선용 시비제.
제1항에 있어서, 황산철의 함유량이 20∼60중량%임을 특징으로 하는 해양생물 생육환경 개선용 시비제.
제1항 또는 제2항에 있어서, 황산철 총량의 80중량% 이상이 7수화의 황산제1철인 것을 특징으로 하는 해양생물 생육환경 개선용 시비제.