KR100767054B1

KR100767054B1 - 무기성 폐기물을 주재료로 하는 토양개량제, 식생기반재 및이를 이용하는 토양개량방법 및 녹화방법

Info

Publication number: KR100767054B1
Application number: KR1020060099880A
Authority: KR
Inventors: 정영상; 양수찬; 심규섭; 김동욱
Original assignee: 강원대학교산학협력단; 에코앤바이오 주식회사
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2007-10-17

Abstract

본 발명은 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트(또는/및 피트모스), 퇴비 및 마사토를 포함하는 토양개량제 및 식생기반재를 제공하며, 상기 구성에 의한 본 발명은 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제되어 척박한 토양환경으로 식물생육이 어려운 토지를 개량하거나, 직접적으로 식재기반의 기능을 수행하는 것이 가능하다.

토양개량제, 식생기반재, 골재부산물 슬러지

Description

무기성 폐기물을 주재료로 하는 토양개량제, 식생기반재 및 이를 이용하는 토양개량방법 및 녹화방법{Soil Conditioner, Vegetation base material comprising inorganic waste materials as a main ingredient and Soil conditioning method and Greening method using them}

도 1은 본 발명에 따른 경사지 식생복원 용토재로의 적용성 실험결과로서 생체중량의 측정결과; KG(경기 광주), CC(강원 춘천), KS(전북 군산), Nok(기존 식생토), sand(마사토)

도 2는 본 발명에 따른 경사지 식생복원 용토재로의 적용성 실험결과로서 토양경도의 측정결과; KG(경기 광주), CC(강원 춘천), KS(전북 군산), Nok(기존 식생토), sand(마사토).

도 3은 본 발명에 따른 토양개량제를 이용한 국화 재배 실험 결과도(이식 3개월 후 신초부분의 초장을 측정한 결과; (a) 경기 광주(KG), (b) 강원 춘천(CC), (c) 전북 군산(KS)).

본 발명은 무기성 폐기물을 주재료로 하는 토양개량 및 녹화지 조성에 관한 기술로서, 보다 상세하게는 무기성 폐기물인 골재부산물 슬러지를 주재료로 하는 토양개량제, 식생기반재 및 이를 이용하는 토양개량방법 및 녹화방법에 관한 것이다.

2005년 현재 우리나라의 골재생산업체는 총 1,564개로 골재 채취원에 따라 수중, 바다, 산림, 육상, 파쇄, 세척으로 구분 등록되어있다(한국골재협회, 2005 골재채취업등록명부). 일반적으로 원암 1㎥로부터 부순자갈 1.2㎥와 석분 0.5㎥가 생산되며, 석분을 다시 분쇄하게 되면 부순모래 0.4㎥와 슬러지 0.1㎥가 생산된다(자료출처, 삼표산업). 따라서 석산을 개발하여 골재를 생산할 경우 원암의 10%는 슬러지로 배출되게 된다. 이 때 배출되는 슬러지는 폐기물관리법 상 무기성 폐기물로 지정되어 있으며, 그 처리 방법을 일반토사류 또는 건설폐재류를 재활용한 토사를 50％이상 혼합하여 사용하거나 단독으로 활용 가능하다고 규정하고 있다(폐기물관리법 시행규칙 제46조 제3항). 하지만 석산 개발 후 발생된 슬러지가 사업장의 복구에 활용되는 양은 한정되어 있어 실제로 연일 배출되는 슬러지의 처리는 큰 부담으로 작용하고 있는 실정이다. 또한 골재업체의 입장에서는 폐기물 지정업체의 차량을 통해서만 사업장 밖으로 반출할 수 있기 때문에 경제적 부담도 무시할 수 없는 상황이다.

한편 부산물 석고는 최근(2003년 8월 5일)에야 개정된 비료공정규격(농촌진흥청 고시 제2003-18호)에 I. 보통비료, 12. 기타비료 중 부산석고비료" 항목이 신설되어 인산을 생산할 때의 부산물에 한해 낮은 pH 조절을 위한 중화제로 간척지, 밭 및 과수원에 제한적으로 사용될 수 있는 길이 열린 상태이다. 하지만 그 소비량이 미비하여 용도의 다변화가 시급한 실정이다. 일례로 전남 여천공단 소재 남해화학에는 부산물 석고가 16만평 부지에 약 1,400만톤이 적치되어 있어 그 높이가 35m에 근접하고 있다. 인산비료의 생산 추세대로라면 산적한 인산석고 재고에 연간 52만톤이 추가되게 되므로 인산석고를 적기에 대량으로 소모하지 않을 경우 매우 큰 문제가 야기될 수 있다.

한편 인간의 토지 개발 및 자연적으로 발생된 절개지, 훼손지, 매립지 등은 대부분 식물이 생육하기에 적합하지 않거나 경우에 따라 매우 열악한 토질 및 환경조건을 갖게 된다. 상기한 지역은 양분이 많은 표토와 표토 부근의 심토가 제거된 채 토양으로의 이행 과정을 겪지 않은 모질물, 그리고 모암이 노출되어 있어 식물이 요구하는 양분 함량이 극히 부족한데다 양분 및 수분보유 능력이 현저히 저하되어 있고, 또한 경사를 가지고 있어 침식과 붕괴의 위험을 내재하고 있다.

따라서 상기와 같이 식물이 피복되기 어려운 지역을 빠르게 녹화하기 위해 인공토양조성물에 대한 다각적인 연구가 진행되고 있으며, 특히 기존의 폐기물을 이용하여 자원의 재활용에 입각한 인공토양조성물에 대한 시도가 활발히 이루어지고 있다.

척박지 식생복원 기술은 파종공과 식재공으로 구분되나, 기계시공을 전제로 할 때는 건식과 습식으로 대별될 수 있다. 건식공법은 주로 무기질 계통의 식생기반재를 뿜어붙이는 공법으로 일반적으로 암반이 많고 경사가 급한 지역의 녹화에 많이 적용된다. 뿜어붙이는 토양의 두께가 10cm ~ 20cm 범위가 되기 때문에 비용이 많이 드는 자생식물 보다는 값싸고 발아율이 뛰어난 양잔디를 사용한다. 반면에 습식공법은 유기질 계통의 식생기반재를 물이 담긴 탱크에서 교반하여 걸쭉한 상태로 뿜어붙이는 공법으로 토양층의 두께가 5cm를 넘지 못한다. 주로 토양층이 일정정도 남아 있는 지역의 녹화에 적합한 공법으로 자생식물의 적용이 건식에 비해 용이하다.

기존의 인공토양조성물로는 녹생토, 식생토, 점녹토 그리고 인공식생토 등이 있으며, 그 조성은 녹생토의 경우 하수슬러지, 제지오니, 제지플라이애쉬, 일반토양, 톱밥, 왕겨 및 토탄으로 구성되고[대한민국특허 제96-14291호], 식생토의 경우 연탄재, 밭흙, 활성탄, 갈탄, 질석, 고토, 토탄, 야자열매껍질가루, 부숙톱밥, 피트모스 및 계분으로 구성되고[대한민국특허 제106895호], 점녹토의 경우 토탄, 오니케익, 펄프오니, 톱밥, 마사토, 지렁이분 및 점질균으로 구성되고[대한민국특허 제100446호], 그리고 인공식생토의 경우 맥주오니, 톱밥, 부엽토, 수피, 비석, 백운석 및 석탄재로 구성[대한민국특허 제91881호]되어 있다.

상기의 인공토양조성물은 주로 사면 부착력과 내침식성에 초점이 맞춰져 있고, 적용가능한 식물 또한 목초, 코스모스, 싸리 등으로 한정되는 단점이 있다. 이는 건조 후의 토양경도가 웬만한 식물이 생육하기 불가능할 정도로 증가하게 되고, 주요 구성성분이 유기성 슬러지류가 많아 혼합시 식재층의 조직이 치밀해질 뿐만 아니라, 습윤 건조가 반복됨에 따라 수축 팽창하게 되어 갈라짐 현상이 심화될 수 있다.

또한 상기 인공토양조성물은 건식방식으로 취부되며, 흙 자체를 원료로 사용하기 때문에 자생식물의 영양체를 직접 사용하기 불가능한 조건을 가지고 있다. 반면 일반적인 습식방식의 종자뿜어붙이기는 제지오니와 비료 및 착색제 등을 목초류 위주의 종자와 함께 물에 섞어 기계로 뿌려주는 수준이어서 식물이 생장할 수 있는 기반이 거의 없게 되므로 이 또한 자생식물이 발아하고 자리매김하기에 부적합하다. 또한 녹화용 인공토양조성물[공개번호10-2002-0002116]의 경우 기본 토양이 질석과 부숙퇴비를 기본 토양조성으로 하고 있어 자생식물의 생육에는 효과가 있으나, 내침식성이 약해 강우에 의한 토양층 유실을 막기에 충분하지 않은 상태이다. 이러한 현실과 기술적 한계로 현재 자생식물을 이용한 녹화 시공의 요구가 급속도로 커지는 상황임에도 불구하고 그 요구를 충족시킬만한 실용화 기술은 미비한 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제되어 척박한 토양환경으로 식물생육이 어려운 토지를 개량하기 위한 토양개량제를 제공 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제되어 척박한 토양환경에서 직접적으로 식재기반의 기능을 수행하는 것이 가능한 식생기반재를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제된 토양개량제를 척박한 토양환경으로 식물생육이 어려운 토지에 처리하여 토양을 개량하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제된 식생기반재를 비탈면과 같은 척박한 지역을 녹화하는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트(또는/및 피트모스), 퇴비 및 마사토를 포함하는 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트(또는/및 피트모스), 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재를 제공한다.

상기 본 발명에 따른 식생기반재는 건식공법에 적용되어지는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 식생기반재는 척박지 녹화에 적용되어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트(또는/및 피트모 스), 퇴비 및 마사토를 토양에 처리하여 토양을 개량하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 골재부산물 슬러리, 부산물 석고, 코코피트(또는/및 피트모스), 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재와 식물종자를 척박지에 부착시켜 녹화지를 조성하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용될 수 있는 골재부산물 슬러지는 앞서 언급된 바와 같이 통상적으로 폐기물 관리법상 무기성 폐기물로 분류되며 골재 생산시 배출되어지는 슬러지인 경우라면 특별히 한정되지는 않는다. 이와 같은 골재부산물 슬러지는 필터프레스를 거쳐 케이크 형태로 배출되거나 단순한 체거름으로 수거된 것이며, 최종제품의 특성을 감안하여 토양개량제 또는 식생기반재의 전체 부피를 기준으로 하여 40∼60% 적용하는 것이 바람직하다. 골재부산물 슬러지는 본 발명에서 이루고자 하는 최종제품의 주요 구성분이고 식물의 물리적 기반으로 기능하게 된다.

부산물 석고의 함량은 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 단지 덩어리진 것이 있으면 균일한 혼합을 위해 파쇄하여 사용하며, 최종 제품의 특성을 감안하여 토양개량제 또는 식생기반재의 전체부피를 기준으로 하여 5∼15% 적용할 수 있다. 부산물 인산석고는 칼슘성분이 풍부하고, 석회에 비해 용해도가 크기 때문에 본 발명에서 이루고자 하는 제품은 물론 이 제품이 적용된 토지의 심층부까지 개량하는 효과가 탁월하다. 그리고 기본적으로 입자 크기가 작아 치밀해질 수 있는 골재부산물 슬러지의 분산을 막아주고 입단형성을 촉진시켜 주는 기능과 함께, 인산의 공급원으로 기능한다.

코코피트의 함량은 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 최종 제품의 특성을 감안하여 토양개량제 또는 식생기반재의 전체부피를 기준으로 하여 10∼20% 적용할 수 있다. 코코피트는 난분해성 유기성 폐자원으로 본 발명의 제품에서 토양유기물로 장기간 기능하며 물리성과 화학성을 개선해 주는 기능을 한다.

퇴비의 함량은 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 최종제품의 특성을 감안하여 토양개량제 또는 식생기반재의 전체부피를 기준으로 하여 10∼20% 적용할 수 있다. 퇴비는 예를 들어, 축분에 톱밥이나 수피를 혼합해 부숙시킨 것을 들 수 있으며 질소, 인산, 칼륨 등 식물이 요구하는 다양한 양분을 제공함과 동시에 코코피트와 마찬가지로 토양유기물로서 기능한다.

마사토의 함량은 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 최종제품의 특성을 감안하여 토양개량제 또는 식생기반재의 전체부피를 기준으로 하여 10∼20% 적용할 수 있다. 마사토는 주로 굵은 모래로 구성되어 있어, 본 발명의 주재료인 골재부산물 슬러지의 물리성 개량을 위해 투입된다.

본 발명에 의하면 상기 성분의 최적의 배합비는 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 퇴비, 및 마사토가 부피비로 각각 약 50%, 10%, 15%, 15%, 10% 정도인 것으로 나타났다.

또한 본 발명은 코코피트 대신에 피트모스를 사용할 수 있으며, 코코피트와 피트모스를 함께 사용할 수도 있다. 어느 경우든 상기 코코피트 함량에 준해 혼합 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 피트모스를 첨가한 상기 성분의 최적의 배합비 는 골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 피트모스, 퇴비, 및 마사토가 부피비로 각각 약 50%, 10%, 10%, 10%, 10%, 10% 정도인 것으로 나타났다. 각 성분의 배합과정은 식생기반재 또는 토양개량제에 대하여 종래부터 공지된 예에 준하여 수행되어질 수 있다.

본 발명에 따른 상기 혼합물은 식물의 생육이 적합하지 않은 절개지, 매립지, 훼손지 등의 척박한 토지에 토양개량제로 사용하거나 건식취부기에 녹화용 종자와 함께 투입되어 토양이 부족한 비탈면 등 척박지에 취부하여 식생복원을 수행할 수 있다.

상기 본 발명에 따른 혼합물을 토양개량제로 사용하는 경우, 하우스, 신규 개간 농지, 임해매립지, 간척지 등의 토양 개량을 위해 사용하며, 적용방법은 대상지에 본 발명 제품을 펼쳐 붓고 트랙터 등을 이용해 원래 토양과 혼합하는 것이 적합하다. 투입량은 20 ~ 100L/㎡로 대상지 특성에 따라 적합한 양을 산정하는 것이 바람직하다.

상기 각 성분을 배합한 것을 식생기반재로 사용하고자 하는 경우 상기 각 성분을 혼합하고, 얻어진 혼합물을 톤백에 넣고 현장으로 운반한 뒤 건식취부장치에 투입할 수 있다. 그리고 식물종자를 적정비율로 배합한 것을 5∼15㎝ 정도의 두께로 경사면, 암절개지 등에 객토분사하여 녹화지를 조성하는 것이 가능하다. 또는 본 발명의 식생기반재를 취부한 후에 일반적인 씨딩 방법으로 종자뿜어붙이기를 하는 것도 가능하다.

사용가능한 식물종자로는 벌노랑이, 산국, 술패랭이, 층꽃나무, 큰금계국, 물레나물, 구절초, 개미취, 돌마타리, 쑥부쟁이 등 자생초화류와 붉나무, 소나무, 자귀나무 등 목본 종자를 사용할 수 있으며, 선구식물로서 낭아초, 비수리, 왕김의털, 왕포아풀, 우산잔디, 참싸리, 호밀풀을 사용할 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 내용을 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 아니한다.

<실험예 1> 골재 부산물의 이화학적 특성분석

본 발명에 사용되는 골재 부산물은 경기도 2곳, 강원도 4곳, 전라도 7곳, 경상도 3곳, 충청도 5곳의 골재 채취 사업장에서 얻은 것으로서, 이들의 이화학적 특성을 분석한 결과는 하기 표 1 내지 3과 같다. 각각의 분석은 농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법에 준하여 실시하였다.

골재 부산물의 pH(1:5)는 8.4∼10.9 정도의 염기성을 가지는 것으로 나타났다. EC(1:5)와 유기물 함량(Walkley-Black법)의 경우, 마사토의 분석 결과와 유사한 값을 나타냈다. 총질소함량(Kjeldahl 증류법)인 T-N의 경우, 전체 평균은 0.069 %로 마사토의 50 % 수준이었으며, 암모니아태 질소(Kjeldahl 증류법)인 NH₄ ⁺-N의 경우, 대체적으로 마사토에 비해 높은 수준이었으며, 질산태 질소(Kjeldahl 증류법)인 NO₃ ^--N의 경우, 모든 시료가 마사토에 비해 낮은 수치를 보였다. 인 산(P₂O₅)(Olsen and Sommers법)의 경우, 전체 평균은 13.03 mg kg^-1 으로 마사토의 약 1.5 배 높은 수준이며, 양이온치환용량인 CEC(Ammonium acetate법)의 경우, 평균 7.7 cmol_c kg^-1로 마사토 보다 작은 것으로 나타났다. 교환성 양이온 함량(원자흡광도법)은 대체로 시료의 평균 양이온 값과 마사토의 양이온 값이 유사하였다. 골재 부산물의 중금속 함량(원자흡광도법)은 모든 항목에서 환경부 토양오염우려 기준 및 대책 기준을 초과하지 않는 것으로 확인되었다.

<표 1>

구분	pH	EC	유기물	T-N	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N
구분		μS cm^-1	g kg^-1	%	mg kg^-1
평 균	8.62	156.6	4.31	0.069	31.3	18.6
마사토	7.71	122.1	3.20	0.162	16.8	58.8

<표 2>

지역	P₂O₅	CEC	유효 규산	교환성 양이온(cmol_c kg^-1)
지역	mg kg^-1	cmol_c kg^-1	mg kg^-1	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺
평 균	13.03	7.7	124.94	2.23	0.53	0.02	0.05
마사토	8.93	10.0	42.14	2.32	1.15	0.03	0.05

<표 3>

구분	중금속 (mg kg^-1)
구분	Cd	Cr	Cu	Ni	Zn	Pb	Fe	Mn
평 균	0.011	0.068	0.419	3.513	0.588	0.467	33.81	18.43
우려 기준^* (대책 기준)	1.5 (4.0)	4.0 (12.0)	50.0 (200.0)	-	-	100.0 (400.0)	-	-
^*토양오염우려기준 및 대책기준, 환경부

골재 부산물의 토성 분석(Hydrometer법) 결과, 대부분이 미사의 함량이 50 % 이상인 미사질양토로 표 4에 나타낸 바와 같이 대부분 입도가 작음을 알 수 있으며, 이러한 특성은 다른 물리성에 많은 영향을 미치는 요인이다.

또한 골재 부산물의 보수력을 나타내는 유효수분 함량은 0.09 % ~ 7.41 % 로 측정되었으며, 위조계수는 포장용수량과 비교하였을 때 상당히 높은 수치가 나왔음을 알 수 있다.

<표 4>

입도분석(%)			토 성	포장용수량	위조계수	유효수분
모래	미사	점토	토 성	%
26.40	55.75	17.85	SiL	11.99	9.28	2.71

몇몇의 사업장 시료를 제외하고 대부분 가소성과 점착성이 없거나 약한 것으로 조사 되었다.

<실험예 2> 골재부산물 슬러지의 광물 조성 분석

시료의 광물 조성 분석은 고분해능 X선 회절기(PANalytical, X'pert-pro MPD, Netherlands; HRXRD)를 이용하여 분석하였으며, 각각의 시료에 대한 History를 알 수 없으므로 Hanawalt. et al., Anal. Ch(1938)을 기준으로 하였다.

분석 결과 골재부산물 슬러지의 주된 광물은 70% 가량 차지한 석영(SiO₂)이었으며, 석회암지대의 경우 방해석(CaSO₄)이 다른 곳에 보다 많이 검출되었다.

<실시예 1> 골재부산물 슬러지를 주재료로 하는 배합물

가. 배합비

위의 21개의 골재 부산물 시료 중 경기도 용인(KG), 강원도 춘천(C), 전라북도 군산(KS) 사업장 등의 3개의 시료에 코코피트, 피트모스, 퇴비, 인산석회, 마사토를 첨가하여 물성을 개량하는 실험을 수행했다. 각 처리구 및 배합비는 하기 표 5와 같다.

<표 5>

시료구분	코코피트	피트모스	퇴비	부산물 석고	마사토	대조구
KG	KG50cp	KG50pm			KG50cs	KGref
	KG25cp	KG25pm	KG25com	KG05pg		KGori
	KG10cp	KG10pm	KG10com	KG10pg		KGmix
CC	CC50cp	CC50pm			CC50cs	CCref
	CC25cp	CC25pm	CC25com	CC05pg		CCori
	CC10cp	CC10pm	CC10com	CC10pg		CCmix
KS	KS50cp	KS50pm			KS50cs	KSref
	KS25cp	KS25pm	KS25com	KS05pg		KSori
	KS10cp	KS10pm	KS10com	KS10pg		CCmix
* 부피 기준 * 처리구의 숫자는 부피 기준의 혼합비로서 잔부는 골재부산물로 구성. * ref : 일반 재배토양 * ori : 100% 골재부산물 슬러지로만 구성 * mix : 코코피트(cp), 피트모스(pm), 퇴비(com). 부산물 석고(pg), 마사토(cs) 모두를 각각 10% 혼합

나. 이화학성 및 물리성 분석

1) 분석 항목 및 방법

물성 개량 시료에 대한 이화학성 및 물리성 분석 항목과 방법은 앞의 시료 분석과 같다.

2) 분석 결과 및 고찰

표 6 및 7은 상기 배합물 시료 중 KG 배합시료의 화학성을 측정한 결과이다. pH의 경우 대부분 7.0 ∼ 8.0 사이에 분포하고 있고, EC는 배합전의 골재부산물 슬러지에 비해 많이 올라갔다. KG50cs에서 최저 값인 189 μS cm^- ¹로 나타났으며, 본 발명의 실시예인 KGmix에서 최고 값인 3140 μS cm^-1 가 나타났다. 유기물과 인산의 경우, KG25cp와 KGmix가 각각 9.46, 9.37 % 와 0.173, 0.172 % 로 다른 시료들보다 높았다. 교환성 양이온 측정 결과로 Na⁺, K⁺은 Mg²⁺, Ca²⁺보다 상대적으로 매우 적은 양을 함유하고 있다. CEC는 KGmix에서 176.18 로 가장 높은 값으로 측정되었고, NH₄ ⁺-N와 NO₃ ^--N 그리고 T-N은 KG25com이 전반적으로 가장 높은 값을 나타냈다.

<표 6>

배합 시료	pH	EC	유기물	P₂O₅	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺
배합 시료		μS cm^-1	--- % ---		---- cmol_c kg^-1 ----
KG 10 com	8.36	474	5.03	0.092	27.38	19.89	1.13	1.18
KG 10 cp	7.87	544	6.12	0.112	28.21	24.40	0.69	5.10
KG 10 pg	7.16	1633	4.00	0.073	81.68	0.30	11.86	0.67
KG 25 com	7.81	906	7.78	0.143	20.96	31.62	2.78	1.73
KG 25 cp	7.63	977	9.46	0.173	30.12	19.54	1.68	2.69
KG 25 pm	8.07	289	6.59	0.121	28.44	22.97	0.35	0.59
KG 50 cp	7.49	1582	7.60	0.139	28.59	24.13	3.23	5.06
KG 50 cs	8.21	189	2.14	0.039	16.74	7.88	0.11	0.37
KG 50 pm	7.82	334	7.41	0.136	29.03	28.08	0.34	0.58
KG mix	6.77	3140	9.37	0.172	131.04	27.29	1.65	2.34

<표 7>

배합 시료	CEC	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	T-N
배합 시료	cmol_c kg^-1	-- mg kg^-1 --		%
KG 10 com	58.60	8.68	3.14	0.141
KG 10 cp	67.43	3.64	2.30	0.069
KG 10 pg	106.17	2.80	1.29	0.066
KG 25 com	65.22	23.80	2.91	0.322
KG 25 cp	60.84	3.19	1.74	0.090
KG 25 pm	54.55	3.75	3.75	0.102
KG 50 cp	68.28	2.02	2.13	0.116
KG 50 cs	35.87	2.91	1.46	0.042
KG 50 pm	65.30	2.52	3.47	0.188
KG mix	176.18	11.82	3.19	0.262

표 8 및 표 9는 KS 배합시료의 pH, EC, 유기물, 인산, Ca² ⁺, Mg² ⁺, K⁺, Na⁺ , CEC, NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, T-N을 측정한 결과이다. pH는 최저값이 6.35, 최고값이 7.89 로 나타났으며, EC 에서는 KS10pg와 KS50cs 값이 다른 시료들에 비해 높게 측정되었다. 유기물과 인산은 KS50cs가 각각 8.18, 0.150 % 로 가장 높은 값을 갖는 것으로 측정되었다. Na⁺은 KS50cs 가 5.07로 가장 높은 값으로 측정되었고, Ca² ⁺, Mg² ⁺, K⁺은 KS25cp 와 KSmix, KS10pg에서 가장 높은 값을 나타냈다. CEC의 경우 KS10pg가 105.64 cmol_c kg^-1로 가장 높은 값을 나타냈다. NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, T-N은 KS25cp가 전반적으로 높은 값을 가지며 많은 질소의 함량을 나타냈다.

<표 8>

배합 시료	pH	EC	유기물	P₂O₅	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺
배합 시료		μS cm^-1	--- % ---		---- cmol_c kg^-1----
KS 10 com	7.68	371	4.60	0.084	26.30	11.97	0.20	0.89
KS 10 cp	7.89	395	3.94	0.072	21.40	5.29	0.10	0.66
KS 10 pg	7.43	2420	2.36	0.043	90.04	6.70	0.11	0.66
KS 25 com	7.77	820	3.51	0.064	29.06	17.91	0.10	0.51
KS 25 cp	7.72	383	6.25	0.115	26.20	25.91	1.50	1.40
KS 25 pm	7.88	285	4.11	0.075	25.50	10.18	0.12	0.82
KS 50 cp	7.48	1871	5.70	0.104	27.33	16.34	0.10	0.57
KS 50 cs	6.86	170	8.18	0.150	20.95	21.75	1.43	5.07
KS 50 pm	7.62	638	2.72	0.050	7.35	2.80	0.06	0.47
KS mix	6.35	4530	7.76	0.142	32.99	32.43	0.11	0.61

<표 9>

배합 시료	CEC	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	T-N
배합 시료	cmol_c kg^-1	--- mg kg^-1 ---		%
KS 10 com	49.26	4.42	4.20	0.148
KS 10 cp	38.23	2.63	2.07	0.056
KS 10 pg	105.64	3.47	3.86	0.062
KS 25 com	57.71	3.58	3.42	0.062
KS 25 cp	69.75	5.38	2.35	0.270
KS 25 pm	46.08	3.58	2.13	0.090
KS 50 cp	55.79	2.91	2.46	0.078
KS 50 cs	62.18	3.70	1.90	0.122
KS 50 pm	24.10	3.70	2.41	0.059
KS mix	78.89	4.37	2.35	0.160

표 10 및 11은 CC 배합시료의 pH, EC, 유기물, 인산, Ca² ⁺, Mg² ⁺, K⁺, Na⁺, CEC, NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, T-N을 측정한 결과이다. pH 의 경우, 6.11 ∼ 8.56이었고, EC 는 크게 증가하였다. 모든 항목에서 본 발명 실시예의 mix된 시료에서 수치가 가장 높았고, Na⁺를 제외한 항목에서 기초시료에 비하여 함량이 많아졌다. CEC의 경우 KS mix가 190.44 cmol_c kg^-1로 가장 높은 값을 나타냈으며, NH₄ ⁺-N, NO₃ ^--N, T-N 함량은 CC 25 com 에서 전반적으로 높은 값을 나타냈다.

<표 10>

배합 시료	pH	EC	유기물	P₂O₅	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺
배합 시료		μS cm^-1	--- % ---		---- cmol_c kg^-1----
CC 10 com	8.28	268	0.059	3.22	25.47	9.97	0.19	0.68
CC 10 cp	8.09	328	0.064	3.48	23.56	8.11	0.10	0.88
CC 10 pg	6.94	3980	0.049	2.66	78.06	5.77	0.11	0.67
CC 25 com	8.17	516	0.116	6.32	22.64	22.13	1.49	1.39
CC 25 cp	7.93	386	0.080	4.36	24.17	8.41	0.15	1.09
CC 25 pm	8.13	197	0.081	4.40	21.05	10.53	0.08	0.51
CC 50 cp	7.33	756	0.107	5.84	22.27	10.07	0.39	1.64
CC 50 cs	8.56	111	0.046	2.50	12.26	4.18	0.06	0.37
CC 50 pm	7.67	302	0.153	8.34	21.28	19.23	0.09	0.55
CC mix	6.11	5850	0.139	7.56	152.71	22.82	1.61	2.52

<표 11>

배합 시료	CEC	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	T-N
배합 시료	cmol_c kg^-1	--- mg kg^-1 ---		%
CC 10 com	36.31	3.64	2.18	0.070
CC 10 cp	35.95	2.86	2.24	0.057
CC 10 pg	93.63	3.14	1.79	0.085
CC 25 com	47.88	14.73	2.41	0.309
CC 25 cp	34.25	4.65	2.30	0.071
CC 25 pm	34.81	2.97	1.79	0.085
CC 50 cp	39.43	4.03	2.80	0.078
CC 50 cs	23.25	3.19	1.90	0.049
CC 50 pm	48.41	3.47	1.96	0.122
CC mix	190.44	10.92	1.74	0.197

각 시료를 대상으로 한 점착성 및 가소성 급을 확인한 결과 골재부산물 슬러지와 비교하였을 때 세 곳의 사업장의 본 발명 실시예의 mix시료에 대해서 점착성 및 가소성이 개량된 것으로 나타났으며, 코코피트와 피트모스 등의 유기물이 배합 된 시료에서는 점착성 개량에 크게 영향을 주지 않았다. 반면에 가소성의 경우 대부분의 시료에서 좋은 성적을 보였다. 하지만 배합시료의 안정화가 이루어지지 않은 상태에서의 분석으로 조금 더 시간이 경과 한 후 모니터링을 해야 할 것으로 사료 된다.

각 시료를 대상으로 투수성을 측정하였으며, 10 cm를 통과하는데 걸린 시간동안의 물의 속도로서 측정하였다. KG, KS, CC 등 세 사업장의 기초 시료에 비하여 투수속도는 월등히 좋아졌다. 또한 본 발명 실시예 mix시료에서 성적이 좋았다.

<표 12>

시료명	t(s)	투수계수k (cm sec^-1)	포장용수량	위조계수	유효수분
KG 10com	24	0.149	22.86	14.12	8.74
KG 10cp	132	0.027	17.67	13.63	4.04
KG 10pg	71	0.050	26.68	16.60	10.08
KG 25com	26	0.137	21.72	13.85	7.87
KG 25cp	34	0.105	25.44	13.12	12.32
KG 25pm	90	0.040	22.68	14.30	8.38
KG 50cp	83	0.034	25.44	18.27	7.17
KG 50cs	133	0.021	16.56	8.99	7.57
KG 50pm	52	0.054	19.05	17.65	1.40
KG 10 mix	40	0.089	24.74	20.81	3.92
KS 10com	532	0.005	7.57	3.57	3.99
KS 10cp	84	0.033	7.72	3.84	3.88
KS 10pg	42	0.085	8.75	4.82	3.93
KS 25com	37	0.097	8.36	4.37	4.00
KS 25cp	163	0.022	7.70	4.11	3.59
KS 25pm	112	0.032	8.21	4.36	3.85
KS 50cp	73	0.038	9.73	5.20	4.53
KS 50cs	28	0.100	5.08	1.79	3.29
KS 50pm	165	0.017	11.73	8.12	3.61
KS 10 mix	67	0.053	12.86	10.51	2.35
CC 10 com	125	0.029	14.34	11.21	3.13
CC 10 cp	490	0.006	14.08	9.28	4.79
CC 10 pg	34	0.083	12.51	8.85	3.66
CC 25 com	60	0.060	16.15	11.16	4.99
CC 25 cp	217	0.016	25.57	13.01	12.56
CC 25 pm	157	0.023	20.35	11.02	9.33
CC 50 cp	141	0.020	22.24	19.64	2.60
CC 50 cs	72	0.039	5.10	4.69	0.42
CC 50 pm	1020	0.003	17.28	16.15	1.13
CC 10 mix	44	0.081	19.17	16.25	2.92
KG Ori	3622	0.00078
KS Ori	9184	0.00009
CC Ori	43200	0.00037

표 12는 각 배합 시료의 보수력을 측정한 결과로서, 기초 시료 분석에 비하여 유효수분이 증가된 것으로 조사되었다. 따라서 식물 생육에 있어 배합된 시료로 사용함에 있어 유효 수분을 참조하여 실험을 병행하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 특히 코코피트가 배합된 시료에서 유효 수분이 많이 증가된 것으로 조사되었다.

<실험예 3> 경사지 식생복원 용토재로의 적용성

가. 실험구 설치

경사실험을 위한 파일럿 실험구를 제작하였다. 실험구의 재질은 철이며, 가로 1m, 세로 2m, 깊이 0.25m인 사각틀과 지지대로 구성되었다. 사각틀은 토양층을 통해 수직 배수되는 물과 수평 배수되는 물을 구분해서 수집할 수 있도록 분리시킨 이중 집수조에 천공 철판과 철망으로 연결되어 있다. 또한 사각틀의 중심에 축을 달아 손쉽게 기울기를 조정할 수 있도록 하였으며, 조정된 기울기를 유지할 수 있도록 버팀봉을 달았다. 버팀봉은 렌치를 이용해 쉽게 풀고 조일 수 있어 언제든지 경사 조정을 할 수 있다.

시료를 채취한 사업장 중 경기 광주(KG), 강원 춘천(CC), 전북 군산(KS) 등 3곳으로부터 협조를 받아 골재부산물 슬러지를 대량 분양받았다. 분양받은 시료에 마사토, 피트모스, 코코피트, 부산물 석고, 퇴비를 혼합하여 식생기반재를 만들었다. 대조구로 일반 마사토(Sand)와 대표적인 녹화용 식생기반재만 사용한 처리구(Nok)를 두었다.

<표 13> 경사 시험처리구의 재료 구성비(%부피기준)

처리구	골재부산물 슬러지	코코피트	피트모스	퇴비	부산물 석고	마사토
Sand	-	-	-	-	-	100
Nok	-	-	-	-	-	-
KG	50	10	10	10	10	10
CC	50	10	10	10	10	10
KS	50	10	10	10	10	10

파일럿 시험구는 골재부산물 슬러지가 50%이상 혼합된 공시토양이 척박한 비탈면 복원에 적용될 수 있는지를 검토하는 것을 목적으로 한다. 따라서 본 실험에서는 일반적으로 권장되고 있는 녹화용 자생 초화류와 목본 종자를 적용하였다. 사용한 공시식물 특징과 파종량은 표 14와 같다. 종자 파종은 일반적인 작물 파종에서처럼 땅을 파서 뿌려주는 방법이 아닌 습식녹화공법의 방법을 사용하여 시험구 토양의 표면에 붙여주는 방법으로 하였다. 종자와 함께 혼합된 조성물은 제지화이버, 피트모스, 버미큘라이트, 부엽퇴비로 구성되며, 접착력 증진을 위해 카르복실메틸셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose)가 소량 첨가되었으며, 수분보유력을 높이기 위해 Na-폴리아크릴레이트계 고흡습성폴리머가 첨가되었다. 이들 조성물과 종자를 물을 타서 골고루 혼합하였다. 준비된 조성물을 각각의 경사시험구에 붙여주었다.

<표 14> 실험에 사용된 식물과 파종량

식물명	학명	과명	성상	발아율 (%)	파종량 (g/㎡)
벌노랑이	Lotus corniculatus var. japonicus	콩과	다년초	88	0.70
산국	Chrysanthemum boreale	국화과	다년초	66	0.11
술패랭이	Dianthus superbus var. longicalycinus	석죽과	다년초	88	0.66
층꽃	Caryopteris incana	마편초과	다년초	80	1.04
큰금계국	Coreopsis lanceolata	국화과	다년초	80	0.79
붉나무	Rhus chinensis	옻나무과	관목	50	4.51
비수리	Lespedeza cuneata	콩과	초본성	63	0.56
소나무	Pinus densiflora	소나무과	교목	54	3.25
자귀나무	Albizzia julibrissin	콩과	소교목	90	3.95
참싸리	Lespedeza cyrtobotrya	콩과	관목	73	4.33

조성물 부착이 완료된 후 경사시험구의 기울기를 클리노미터(clinometer)를 이용해 20도로 맞춘 후 고정하였다.

나. 결과 및 고찰

1) 식생 및 생육조사 결과

식생조사는 1m x 1m 크기의 방형구를 16등분되도록 줄을 친 것으로 각각의 실험구에 올려놓고 4개의 셀에서 파악한 식물의 종류와 그 수를 기록하는 방식으로 진행했다. 방형구 조사일시는 6월 27일(1차)과 8월 28일(2차)이었으며, 2차 조사 후 식물의 지상부와 지하부를 분리하여 수거해서 생체중량을 측정하였다. 식생조사결과는 표 15에, 생체중량은 도 1에 나타냈다.

<표 15>

식물명	KG		CC		KS		기존식생토 (Nok)		마사토(sand)
식물명	1차	2차	1차	2차	1차	2차	1차	2차	1차	2차
벌노랑이	156.0	128.0	112.0	60.0	56.0	36.0	80.0	8.0	-	1.0
산국	24.0	12.0	60.0	28.0	52.0	32.0	28.0	84.0	-	2.0
술패랭이	20.0	48.0	124.0	84.0	64.0	92.0	4.0	-	-	8.0
층꽃나무	40.0	4.0	156.0	8.0	112.0	92.0	48.0	48.0	-	6.0
큰금계국	36.0	-	112.0	56.0	68.0	72.0	24.0	-	-	-
붉나무	8.0	-	24.0	-	-	-	-	-	-	-
비수리	20.0	-	28.0	-	16.0	-	8.0	-	-	-
소나무	20.0	-	24.0	24.0	44.0	16.0	4.0	-	-	-
자귀나무	28.0	-	28.0	16.0	8.0	4.0	-	-	-	-
참싸리	140.0	8.0	40.0	4.0	16.0	4.0	16.0	-	-	2.0
피복율 (가시적)	50%	100%	43%	100%	65%	100%	48%	100%	0%	10%

조사 결과 골재부산물 슬러지로 개량한 식생기반재에서의 식생이 기존의 식생토에 비해 다양했으며, 의도된 경관연출이 가능함을 보여주고 있다. 마사토 보다 월등한 식물 생육을 보이고 있으며, 식물 종도 훨씬 다양했다. 기존 식생토의 경 우, 피복율은 100%였지만 초기에 투입된 종자에 의한 것이 아니고 바랭이, 쇠비름, 강아지풀, 여뀌 등의 잡초에 의해 피복되었으며, 이로 인해 의도된 식생은 피압되어 사멸했음을 알 수 있다. 또한 잡초의 생장량이 경관 조성을 위한 자생초화류 보다 2배 이상 크기 때문에 생체량 측정 결과도 높게 나왔다. 이는 기존 식생토류가 양잔디류와 같은 벼과 식물 위주로 녹화할 수밖에 없는 것을 반증하는 것으로 판단된다.

따라서 의도된 식생 경관 창출이 가능하고 피복율 또한 뛰어난 골재부산물 슬러지를 기반으로 한 식생기반재는 친생태적인 척박지 녹화복원을 위한 훌륭한 소재가 될 수 있다.

2) 토양경도

식물 뿌리의 생육과 토양경도와는 밀접한 상관관계가 있다. 일반적으로 토양경도는 관입저항계를 이용해 측정하며, 산중(Yamanaka)식 경도계로 25mm 이상이면 투수불량, 뿌리신장 저해 현상이 심화되어 식물의 생장이 어렵다고 알려져 있다(토양사전, 서울대학교출판부). 하지만 산중식 경도계는 표토의 경도만 측정할 수 있어 깊이에 따른 토양경도는 콘 형식의 관입저항계를 이용하게 된다. 콘 형식의 관입저항계는 단위가 MPa로 표시되는데, 산중식 경도계에서 25mm는 15kg/cm²로 환산되며 이는 약 1.47MPa에 해당한다. 따라서 1.47MPa부터는 식물의 뿌리생장이 크게 영향을 받기 시작한다고 볼 수 있다. 위에 설치된 실험구는 토양 깊이가 20cm로 조성 되어 있는 것으로 식물의 지상부를 제거한 후 깊이별로 콘 형식의 관입저항계로 토양경도를 측정한 결과, 골재부산물 슬러지를 기본으로 조성된 식생기반재의 토양경도가 기존의 식생토와 마사토 보다 2배가량 완화되어 있음을 확인할 수 있었다(도 2).

<실험예 4> 하우스 용토재로서의 기능 평가

골재부산물 슬러지의 하우스 용토재로의 활용 가능성을 알아보기 위한 공시식물은 국화로 하였다.

국화 재배 실험에 있어 이식 3개월 후 신초부분의 초장을 측정하여 원래 토양에서 자란 것을 대조구로 하여 상대 비교하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.

경기 용인의 골재부산물 슬러지(KG)의 경우, 대체적으로 피트모스와 퇴비 처리구 및 본 발명에 따른 토양개량제 처리구의 생육이 대조구보다 좋게 나타났다.

강원 춘천의 골재부산물 슬러지(CC)의 경우, 대체적으로 피트모스와 퇴비, 마사토 처리구 및 본 발명에 따른 토양개량제 처리구의 생육이 대조구보다 좋게 나타났다.

전북 군산의 골재부산물 슬러지(KS)의 경우, 대체적으로 피트모스와 퇴비, 마사토 처리구 및 본 발명에 따른 토양개량제 처리구의 생육이 대조구보다 좋게 나타났다.

전체적으로 유기물 중에서는 피트모스와 퇴비 처리구에서 국화의 생육이 좋았으며, 무기물 개량제로는 마사토가 적당하였고, 본 발명에 따른 토양개량제 처리구에서도 양호한 생육을 보였다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 토양개량제 내지는 식생기반재는 식물 생장에 적합한 물리성과 화학성을 갖도록 조제되어 척박한 토양환경으로 식물생육이 어려운 토지를 개량하거나 직접적으로 식재기반의 기능을 수행하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다

Claims

골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 퇴비 및 마사토를 포함하는 토양개량제.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 피트모스, 퇴비 및 마사토를 포함하는 토양개량제.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 피트모스, 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재.
제 1항에 있어서, 피트모스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양개량제.
제 2항에 있어서, 피트모스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식생기반재.
제 2항, 제 4항 및 제 6항에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 건식공법에 적용되어지는 것을 특징으로 하는 식생기반재.
제 2항, 제 4항 및 제 6항에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 척박지 녹화에 적용되어지는 것을 특징으로 하는 식생기반재.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 퇴비 및 마사토를 토양에 처리하여 토양을 개량하는 방법.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 피트모스, 퇴비 및 마사토를 토양에 처리하여 토양을 개량하는 방법.
제 9항에 있어서, 피트모스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양의 개량방법.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 코코피트, 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재와 식물종자를 척박지에 부착시켜 녹화지를 조성하는 방법.
골재부산물 슬러지, 부산물 석고, 피트모스, 퇴비 및 마사토를 포함하는 식생기반재와 식물종자를 척박지에 부착시켜 녹화지를 조성하는 방법.
제 12항에 있어서, 피트모스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹화지의 조성방법.