KR100805641B1 - 비료조성물 및 고형화된 비료제품 - Google Patents

비료조성물 및 고형화된 비료제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비료조성물 및 고형화된 비료제품에 관한 것으로, 구체적 으로는 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 혼합한 후, 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 압출성형 또는 사출성형시켜, 비료성분의 수중 용출속도를 현저히 저하시키고, 땅을 굴착하지 않고 뿌리 가까이 시비하는, 경제성 높은 새로운 형태의 비료조성물 및 고형화된 비료제품에 관한 것이다. 본 발명의 비료조성물 및 고형화된 비료제품은, 땅을 굴착하거나 경운하지 않고 말뚝을 땅에 박는 방법으로, 수목 및 초목에 생분해성 수지에서 용출된 무기물 비료와 유기물 비료를, 생육기간 동안 일정하게 공급할 수 있으므로, 노동력이 절감되고, 비료물질의 최적 농도를 구현할 수 있어 경제적이다.
비료조성물, 다각말뚝형 비료제품, 다각뿔형 비료제품, 생분해성 수지, 무기물 비료, 유기물 비료

Description

비료조성물 및 고형화된 비료제품{Fertilizer composition and solidified fertilizer product}
도 1은 본 발명에 따른 다각말뚝형 및 다각뿔형 비료제품을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 다각말뚝형 비료제품이 시비된 사진이며,
도 3은 본 발명에 따른 다각말뚝형 비료제품의 시비 120일 후 실시예별 신초의 길이를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 다각말뚝형 비료제품의 시비 120일 후 실시예별 엽면적을 나타낸 도면이다.
본 발명은 비료조성물 및 고형화된 비료제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 혼합한 후, 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 압출성형 또는 사출성형시켜, 비료성분의 수중 용출속도를 현저히 저하 시키고, 땅을 굴착하지 않고 뿌리 가까이 시비될 수 있는, 경제성 높은 새로운 형태의 비료조성물 및 고형화된 비료제품에 관한 것이다.
우리나라는 급속한 경제 발전에 따른 심각한 환경문제 유발과 소득향상에 따른 삶의 질 향상으로 주거환경과 환경보전에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 정부 및 지방자치단체 차원에서 공원녹지의 확보에 최대한 지원하고 푸르름이 중심이 되는 주거환경을 구축하기 위하여 노력하고 있다. 뿐만 아니라 일정규모 이상의 주택단지 개발 시에는 반드시 근린공원을 만들고 나무를 많이 심고 가꾸며 한번 만들어 놓은 녹지는 선진국처럼 자주 훼손을 하지 않도록 하여 장기적으로 살아있는 도시생태계가 조성되고 후손에게 이어질 수 있도록 하고 있다.
이러한 녹지를 확대, 보전하기 위해서는 공원 조경수 및 가로수의 식재와 관리가 무엇보다도 중요하다. 조경수의 경우 한번 식재 후에는 관수를 통한 비료 공급만 이루어질 뿐 토양 내 꾸준한 유기물과 비료공급이 이루어지지 못하고 가로수는 주변의 토양은 다져져서 수분공급과 통기성이 불량하고, 낙엽을 통한 양분공급이 원활하지 못하므로, 주변의 토양을 경운 또는 객토 하거나 시비할 필요가 있다. 그러나 현실적으로 조경수나 가로수 주위의 토양 경운이나 객토는 불가능하고 시비 또한 쉬운 일이 아니다.
이에 토양 경운이나 객토 없이 토양에 유기물과 비료성분을 공급하여 통기성 과 양분공급을 할 수 있는 방안이 절실하다.
현재 사용되고 있는 화학비료는 대부분 물에 녹기 때문에 시비 직후 비료가 과다 용출되고, 시비된 비료의 유실량이 많아 비료의 이용율이 떨어지며, 비료의 유실에 따른 과다한 시비로 토양중의 염의 축적에 의한 환경오염 및 빈번한 시비에 의한 노동력 낭비 등의 문제점이 있다.
따라서 시비된 비료의 유실량을 줄이고, 빈번한 시비에 따른 노동력을 절감하고 조경수나 가로수의 일정생육기간에 걸쳐 비료성분을 지속적으로 공급해줄 수 있는 완효성 비료의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
종래의 완효성 비료의 제조방법에는, 비료성분을 다른 물질과 화학적으로 반응시켜 물에 난용성인 염이나 토양미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는 난분해성 물질로 변화시켜 비료성분의 용해도 자체를 감소시키는 화학적 방법과, 속효성 비료의 입자표면에 물의 접촉을 차단할 수 있는 난용성 물질로 피복하여 비료성분의 용출속도를 늦추는 물리적 방법이 있다.
화학적 방법으로 만든 제품에는 요소와 알데히드를 축합시켠 우레아-포름알데히드, 이소부틸리덴디우레아(IBDU, Isobutylidene Diureas)등의 제품이 나와 있으나(미국특허 제3,227,543호), 이 제품은 그 제조공정이 화학적 합성에 의하여 제 조되므로 공정이 복잡하고 생산원가가 비싸다는 단점이 있다.
물리적 방법은 화학적 방법과는 달리 속효성 비료의 입자표면을 피복하여 비료의 용출률을 조절하는 것으로, 피복물질의 종류에 따라 적은 양의 피복물질로 충분한 지속성 효과를 얻을 수 있고, 용출속도의 조절이 용이하여, 화학적 방법보다는 제조공정이간단하다는 잇점이 있어 이 방면에서 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 비료입자의 표면에 피복된 피복막의 종류에는 확산에 의해 생긴 내부삼투압으로 막이 파괴되어 비료성분이 용출되는 열가소성 합성수지의 반투수성막, 물이 막을 통과하여 내부로 들어가서 비료성분을 녹이고 구멍을 크게하여 비료성분을 용출시키는 미세구멍이 있는 열경화성 합성수지의 불투수성막 , 물리화학적 또는 미생물의 활동에 의하여 피복물질을 분해시켜 비료성분이 용출되는 생분해수지의 불투수성막 등이 있다.
즉, 피복물질로 이용될 수 있는 물질에는 합성수지물질 및 생분해물질이 있으며, 합성수지 물질에는 다시 열경화성수지와 열가소성수지가 있다.
지금까지의 피복형 비료는 비료입자 개개를 피복물질로 피복시킨 것으로서 대표적인 것을 살펴보면 아래와 같다.
미국의 아처-다니엘스-미들랜드 컴퍼니(Archer Daniels Midland Company)에 서 개발한 오스모코트(Osmocote)는 디시클로펜타디엔과 글리세롤 에스테르의 공중합체를 피복물질로 하여 다층 피복한 것으로 품질은 우수하나 제품의 가격이 비싸고 사용한 유기용매의 회수가 어려워 환경오염의 우려가 높다.
미국의 T.V.A사에서 개발한 유황피복비료(미국 특허 제3,295,950호)는 제품가격은 저렴하나 비료의 용출속도 조절이 어렵고 축적된 유황으로 토양이 산성화되는 문제가 있다.
그 외에 금속산화물인 규산염을 사용한 경우(일본특허공개공보 제59-137,386호)가 있으나 피복물질인 규산염이 물에 용해되어 피복막의 성능이 오래가지 않는 단점이 있어서, 그후 보완되어 규산염을 피복후 고분자 라텍스로 이중 피복하여 수중에서 비료성분의 용출을 지연시킨(대한민국등록특허 제25425호) 방법이 있으나, 이 역시 제조비용이 높은 단점과 라텍스 성분이 토양에 잔류축적되는 문제가 있다.
상기와 같이 합성고분자 물질을 사용하여 비료성분을 피복시키는 방법에서는 합성고분자물질에 의한 토양오염 등의 문제가 있어서, 합성고분자물질 이외에 생분해 물질을 사용하는 것이 제안되었다. 생분해물질로 물에 녹지 않는 왁스를 사용하였으나 왁스를 사용하는 경우 비료의 용출속도를 만족할 만큼 억제시키기 위해서는 피복재료인 왁스 함량이 너무 높아지게 되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 왁스와 로진을 혼합용융하여 피복재료로 이용하는 방법이 제안되었다. 그러나 로진을 피복재로 사용하는 경우 피복재료를 용매에 용해시킨 후 비료입자에 분무하여 피막을 형성시키는 과정에서 고열에 의한 로진의 분해로 피복막에 극심한 핀홀이 생긴다는 문제점이 대두되었다.
생분해물질을 이용하여 피막을 형성하는 과정에서 발생하는 핀홀현상을 제거하기 위해 로진을 유기용매에 용해시킨 후 특정 첨가제를 가해 입상비료의 피복물질로 사용(대한민국등록특허 제85544호)하는 방법이 제안되었다.
이 방법은 낮은 온도에서 피막공정을 수행할 수 있게 함으로써 로진피막의 핀홀 발생을 억제하여 로진피막의 물성을 개선하여 완효성을 좋게 한 것이다.
그러나, 이 경우에는 입자표면의 점성으로 인하여 저장 및 취급시에 입자끼리 엉겨붙거나 서로 부딪쳐 마모되는 경향이 있으므로, 이를 보완하여 로진 및 로진 유도체 혼합물에 고분자물질을 첨가한 후 유기용매에 용해하여 입상비료에 분무 피복후 유기 고분자 물질을 유기용액 또는 에멀젼용액 형태로 보호피복시키는(대한민국등록특허 제88974호) 완효성 비료의 제조방법이 제안되었다. 이 방법으로 피복된 입자는 기계적 강도가 증가되어 취급 및 저장시 발생하는 문제는 해결되었으나, 제조공정이 복잡하고 유기용매 사용으로 인한 문제가 발생하였다.
대한민국등록특허 제136400호는, 생분해성 수지(로진, 왁스, 폴리카프로락톤 또는 각각의 혼합물) 등을 매트릭스수지로 사용하여 압출기내에서 용융 혼합한 후 압출시켜서 비료성분을 피복시킴으로써 비료성분의 수중용출속도를 저하시킨 경제성 있는 매트릭스형 완효성 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 그러나, 깊게 식재되어 있어 뿌리까지 시비하기에는 어려운 정원수 및 가로수에게는 적용하기 어렵다.
한편, 한국특허공개공보 제2004-22966호는, 생분해성 수지와 식품 첨가물을 이용한 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폴리비닐알콜에 식품 첨가물을 추가 혼합하여 고정형 비료로 형성함으로써, 토양의 미생물을 증식시킬 뿐만 아니라, 그로 인하여 토양에 함유된 중금속 및 인쇄회로기판 등을 분해하여 무해화하고, 농약 및 공업 폐기물 등의 오염도 저하시켜 토양을 개량시킬 수 있는 고정형 토양개량비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
그러므로, 본 발명의 발명자들은 종래기술의 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 혼합한 후, 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 압출성형 또는 사출성형시켜, 비료성분의 수중 용출속도를 현저히 저하시키고, 땅을 굴착하지 않고 뿌리 가까이 시비될 수 있는, 경제성 높은 새로운 형태의 비료조성물 및 고형화된 비료제품을 발명하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 혼합한 후, 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 압출성형 또는 사출성형시켜, 비료성분의 수중 용출속도를 현저히 저하시키고, 땅을 굴착하지 않고 뿌리 가까이 시비하는, 경제성 높은 새로운 형태의 비료조성물 및 고형화된 비료제품을 제공함에 있다.
본 발명은 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 포함하는 비료조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 고형화된 고형화된 비료제품을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 비료조성물은 수용성 비료성분, 식물이 자라는 데 필요한 유기성분 및 상기 수용성 비료성분과 상기 유기성분에 성형성을 부여하는 생분해성 수지의 혼합 형태이다.
생분해성 수지란 자연에 존재하는 미생물(박테리아, 곰팡이, 조류)에 의하여 물과 이산화탄소 또는 메탄으로 분해되는 플라스틱을 말하므로, 상기 비료조성물에서 상기 생분해성 수지는 나무의 전생육기간 동안 서서히 분해되므로 성형된 무기물 비료와 유기물 비료가 용출되어 나무의 뿌리가 그 비료 성분들을 흡수한다.
본 발명의 비료조성물은 상기 생분해성 수지 40 ~ 90 중량%, 상기 무기물 비료 5 ~ 50 중량% 및 상기 유기물 비료 5 ~ 50 중량%를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 생분해성 수지의 함량이 90 중량%를 초과하면 생분해가 느리게 진행되므로 용출되는 무기물 비료의 농도가 적어 수목의 생육을 저해하고, 상기 생분해성 수지의 함량이 40 중량% 미만이면 생분해가 빠르게 발생하므로 용출되는 무기물 비료의 농도가 커 불균형에 의해 수목의 생육을 저해하므로, 상기 생분해성 수지의 바람직한 함량은 40 ~ 90 중량%이다.
상기 무기물 비료의 함량이 50 중량%를 초과하면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 농도가 커 수목의 생육을 저해하고, 상기 무기물 비료의 함량이 5 중량% 미만이면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 농도가 작아 무기물 비료로 사용될 수 없다. 그러므로, 상기 무기물 비료의 바람직한 함량은 5 ~ 50 중량%이다.
상기 유기물 비료의 함량이 50 중량%를 초과하면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 농도가 크나 수목의 생육에는 별 차이가 없고, 상기 유기물 비료의 함량이 5 중량% 미만이면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 농도가 작아 유기물 비료로 사용될 수 없다. 그러므로, 상기 유기물 비료의 바람직한 함량은 5 ~ 50 중량%이다.
상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester), 폴리카프로락톤(PCL, polycaprolactone), 폴리락틱산(PLA, polylactic acid) 및 폴리히드록시 부티레이트(PHB, polyhydroxy butyrate) 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
상기 생분해성 수지는 혐기성 미생물 또는 호기성 미생물에 의해 분해된다.
상기 무기물 비료는 요소[(NH2)2CO], 질산암모늄[NH4NO3], 중과인산석회[CaH4(PO4)2], 제1인산칼륨[KH2PO4], 제1인산암모늄[(NH4)H2PO4], 제2인산칼륨[K2HPO4], 제2인산암모늄[(NH4)2HPO4], 염화칼륨[KCl], 질산칼륨[KNO3] 및 황산칼륨[K2SO4] 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
상기 무기물 비료를 선택할 때 구성 성분이 균형을 이루어 수목 또는 초목에 필수 영양분을 공급하도록 한다.
상기 유기물 비료는 휴믹산(Humic Acid), 미강(쌀겨) 및 밀기울 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
또한, 상기 비료조성물은 보다 바람직하게 상기 생분해성 수지 40 ~ 60 중량%, 상기 무기물 비료 30 ~ 50 중량% 및 상기 유기물 비료 10 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다.
상기 생분해성 수지의 함량이 60 중량%를 초과하면 90 중량%를 초과할 때 보다는 빠르나 생분해가 조금 느리게 진행하므로, 용출되는 무기물 비료 및 유기물 비료의 농도가 적어 수목의 생육을 저해하고, 상기 생분해성 수지의 함량이 40 중량% 미만이면 생분해가 빠르게 발생하므로 용출되는 상기 비료의 농도가 커 역시 수목의 생육을 저해하므로, 상기 생분해성 수지의 보다 바람직한 함량은 40 ~ 60 중량%이다.
상기 무기물 비료인 해리도가 큰 화합물은 함량이 50 중량%를 초과하면 해리되는 이온의 농도가 많아, 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 이온의 농도가 커 수목의 생육을 저해하고, 상기 무기물 비료의 함량이 30 중량% 미만이면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 이온의 농도가 적어, 무기물 비료의 함량으로 적합하지 않다. 그러므로, 상기 무기물 비료의 보다 바람직한 함량은 30 ~ 50 중량%이다.
또한, 상기 무기물 비료는 물에서의 해리도가 큰 화합물들이므로, 이온으로서 수목 또는 초목에 흡수되므로 상기 무기물 비료의 함량으로 수목 또는 초목의 성장과 영양 균형에 기여하게 된다.
상기 유기물 비료인 휴믹산의 함량이 20 중량%를 초과하면 상기 휴믹산이 상기 비료조성물 내에서 수분을 만났을 때 발열하며 탄소성분을 방출하고, 이 탄소성분이 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 것으로, 탄소성분의 양이 많으나 수목의 생육에는 별차이가 없고, 상기 휴믹산의 함량이 10 중량% 미만이면 상기 생분해성 수지를 통해 용출되는 탄소성분의 양이 작아 유기물 비료로 사용될 수 없다. 그러므로, 상기 유기물 비료의 보다 바람직한 함량은 10 ~ 20 중량%이다.
또한, 상기 유기물 비료로 휴믹산 단독을 사용하여도 천연물질인 미강 및 밀기울 보다 유기물 비료의 역할, 즉 탄소성분을 공급하는 역할을 다할 수 있다. 그러므로, 상기 유기물 비료의 함량으로 수목 또는 초목의 성장과 영양 균형에 기여하게 된다.
또한 상기 무기물 비료는 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 20 ~ 50 중량%일 수 있다.
상기 무기물 비료 함량 30 ~ 50 중량% 중 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 20 ~ 50 중량%이다. 여기서 상기 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 50 중량%를 초과하면 수목의 영양 불균형이 발생할 수 있어, 내실있는 생육을 가져올 수 없다. 상기 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 20 중량% 미만이면 영양소가 결핍되어 성장에 장애를 가져온다. 그러므로, 상기 무기물 비료 함량중 바람직한 상기 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계는 20 ~ 50 중량%이다.
또한, 어느 조성을 선택하는가는 나무의 품종, 나무의 식재 장소, 토양의 성질, 기후의 변화 등에 따른다.
본 발명에 따른 상기 비료제품은 상기 비료조성물을 사출성형 및 압출성형 하여 다각말뚝형 또는 다각뿔형으로 제조된다.
본 발명의 고형화된 비료제품은 생분해성 수지, 무기물 비료 및 유기물 비료를 포함하는 비료조성물로 형성될 수 있다.
상기 고형화된 비료제품은 상기 생분해성 수지 40 ~ 90 중량%, 상기 무기물 비료 5 ~ 50 중량% 및 상기 유기물 비료 5 ~ 50 중량%를 포함하는 비료조성물로 형성될 수 있다.
상기 고형화된 비료제품은 보다 바람직하게는 상기 생분해성 수지 40 ~ 60 중량%, 상기 무기물 비료 30 ~ 50 중량% 및 상기 유기물 비료 10 ~ 20 중량%를 포함하는 비료조성물로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester), 폴리카프로락톤(PCL, polycaprolactone), 폴리락틱산(PLA, polylactic acid) 및 폴리히드록시 부티레이트(PHB, polyhydroxy butyrate) 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
상기 무기물 비료는 요소[(NH2)2CO], 질산암모늄[NH4NO3], 중과인산석회[CaH4(PO4)2], 제1인산칼륨[KH2PO4], 제1인산암모늄[(NH4)H2PO4], 제2인산칼륨[K2HPO4], 제2인산암모늄[(NH4)2HPO4], 염화칼륨[KCl], 질산칼륨[KNO3] 및 황산칼륨[K2SO4] 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
상기 무기물 비료는 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 20 ~ 50 중량%인 비료조성물로 형성될 수 있다.
상기 유기물 비료는 휴믹산(Humic Acid), 미강(쌀겨) 및 밀기울 중에서 단독 또는 조합으로 선택될 수 있다.
상기 비료제품의 굵기는 1 ~ 5cm이고, 길이는 3 ~ 40cm일 수 있다.
상기 비료제품의 굵기가 5cm를 초과하면, 생분해수지가 분해되어 용출되는 비료의 농도가 너무 많아 수목의 생육에 저해되고, 상기 비료제품의 굵기가 1cm 미만일 때는, 생분해수지가 분해되어 용출되는 비료의 농도가 너무 적어 역시 수목의 생육에 저해된다. 그러므로, 상기 비료제품의 바람직한 굵기는 1 ~ 5cm이다.
상기 비료제품의 길이가 40cm를 초과하면, 수목의 뿌리와 너무 떨어지는 결과를 가져오고, 상기 비료제품의 길이가 3cm 미만이면, 역시 수목의 뿌리와 너무 떨어지는 결과를 가져온다. 즉, 상기 비료제품의 길이는 수목의 뿌리 깊이와 연관되도록 한다. 그러므로, 상기 비료제품의 바람직한 길이는 3 ~ 40cm이다.
상기 비료제품은 압출성형 또는 사출성형으로 형성될 수 있다.
상기 다각말뚝형 또는 다각뿔형의 비료제품은 도 1과 같이 단면적이 원형, 사각형, 오각형 등의 모양을 갖는다. 그 중 무기물 비료와 유기물 비료의 용출 농도가 큰 것은 표면적이 크도록 한 단면적이 원형에 가까운 것이고, 용출 농도가 작은 것은 표면적이 작도록 한 내부로 함몰된 형태이다.
또한, 다각말뚝형의 비료제품은 다각뿔형의 비료제품보다 적재한 무기물 비료와 유기물 비료의 양이 많다. 그러므로, 무기물 비료와 유기물 비료의 용출 농도는 다각말뚝형의 비료제품이 다각뿔형의 비료제품보다 많다.
그러므로, 어떤 비료제품을 선택하는가는 나무의 품종, 나무의 식재 장소, 토양의 성질, 기후의 변화 등에 따른다.
또한, 상기 비료제품은 조경수 및 가로수뿐만 아니라 과수를 포함하여 수목 또는 농산물을 포함한 초목의 생장에 적용 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1> 생분해성 수지의 분해속도 측정
토양내 투입되어 물과 미생물에 의하여 완전히 분해될 수 있는 생분해성 수지를 선발하기 위하여 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester), 폴리카프로락톤(PCL, polycaprolactone), 폴리락틱산(PLA, polylactic acid) 및 폴리히드록시 부티레이트(PHB, polyhydroxy butyrate)를 소재로 하여 분해속도를 시험하였다. 위 4종의 생분해성 수지를 1.5cm x 1.5cm x 10cm 크기의 아래가 뾰족한 사각말뚝형으로 사출성형하여 물 및 토양에서 분해정도를 측정하였다. 분해정도는 초기 사각말뚝형의 중량과 3개월 후 사각말뚝형의 중량을 조사하여 줄어든 사각말뚝형의 중량을 바탕으로 분해정도를 판단하였다.
3개월 후 사각말뚝형의 중량을 조사해 본 결과 4종의 생분해성 수지의 분해정도는 70~75% 정도로 서로간에 유의성은 나타나지 않았다.
<실시예 1 ~ 6> 비료조성물의 제조
실험예 1에서 4종의 생분해성 수지간에 유의성이 없었으므로 그 중 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester)를 생분해성 수지로 선정하고, 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을 중량비 1:1:1로 혼합한 무기물 비료군과 휴믹산을 유기물 비료군으로 선정하여 표 1과 같은 실시예 1 ~ 6의 조성으로 말뚝형 비료조성물을 제조하였다.
<비교예 1 ~ 3> 비료조성물의 제조
실험예 1에서 4종의 생분해성 수지간에 유의성이 없었으므로 그 중 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester)를 생분해성 수지로 선정하고, 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을 중량대비 1:1:1로 혼합한 무기물 비료군과 휴믹산을 유기물 비료군으로 선정하여 표 1과 같은 비교예 1 ~ 3의 조성으로 말뚝형 비료조성물을 제조하였다.
생분해성 수지, 비료성분군 및 유기물군 간의 혼합비율
조성 생분해성 수지 (지방족 폴리에스테르) (중량%) 무기물 비료군 (중량%) 유기물 비료군 (중량%)
실시예1 90 5 5
실시예2 80 10 10
실시예3 70 20 10
실시예4 60 20 20
실시예5 50 30 20
실시예6 40 30 30
비교예1 30 40 30
비교예2 20 40 40
비교예3 10 50 40
*무기물 비료군 : 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을 중량비 1:1:1로 혼합군
*유기물 비료군 : 휴믹산 단일군
<실험예 2> 말뚝형 비료제품의 경도 측정
실시예 1 ~ 6, 비교예 1 ~ 3의 비료조성물로 실험예 1에서와 같은 방법으로 말뚝형 비료제품을 제조하였다. 토양내 투입하기 위해서는 어느 정도의 힘을 가하여도 부러지지 않는 경도를 가지고 있어야 하므로 생분해성 수지와 무기물 비료군 및 유기물 비료군의 혼합비율에 따른 말뚝형 비료제품의 경도를 조사하였다.
말뚝형 비료제품은 가로 3cm, 세로 3cm, 길이 25cm로 사출성형하여 토양에 망치로 박아 넣었을 경우 견디는 정도로 양호, 불량으로 구별하였다.
말뚝형 비료제품의 경도 실험 결과는 표 2와 같다.
말뚝형 비료제품의 경도 실험 결과
조성 생분해성 수지 (지방족 폴리에스테르) (중량%) 무기물 비료군 (중량%) 유기물 비료군 (중량%) 경도
실시예1 90 5 5 매우 양호
실시예2 80 10 10 매우 양호
실시예3 70 20 10 양호
실시예4 60 20 20 양호
실시예5 50 30 20 양호
실시예6 40 30 30 양호
비교예1 30 40 30 다소 양호
비교예2 20 40 40 불량
비교예3 10 50 40 불량
*무기물 비료군 : 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을 중량비 1:1:1로 혼합군
*유기물 비료군 : 휴믹산 단일군
위와 같이 실험한 결과 비교예 2 ~ 3은 성형성에서도 문제가 되었으며 성형 후에도 약한 압력에도 쉽게 부러져 버렸다. 비교예 1은 성형은 이루어지나 망치로 토양에 박을 경우 일부가 부러지는 현상을 보였다. 나머지 실시예 1 ~ 6은 성형이 이루어지고, 망치로 두드리는 압력에도 견딜 만큼 단단하였다. 따라서 생분해성 수지의 함량이 30 중량% 이상이면 성형이 가능하며, 40 중량% 이상이면 말뚝형 비료제품으로 제조 가능하였다.
또한 무기물 비료군과 유기물 비료군 간의 경도의 차이를 조사하기 위하여 ‘생분해성 수지:무기물 비료군 = 50:50’, ‘생분해성 수지:유기물 성분군 = 50:50’으로 성형하였을 경우 서로 간에 경도의 차이는 없었다.
<실시예 7 ~ 13> 은행나무 생육용 말뚝형 비료제품
말뚝형 비료의 재료로는 ‘가) 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester) 생분해성 수지’, ‘나) 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을 중량비 46.5 : 41.9 : 11.6으로 혼합하여 전질소(T/N), 인산(P2O5), 칼륨(K2O) 함량이 각각 20 중량% 이상으로 하는 무기물 비료군', '다) 휴믹산, 쌀겨, 전분을 중량비 50 : 20 : 30으로 혼합한 유기물 비료군'을 사용하였으며, 하기 표 3의 성분 비율별로 혼합 후 사출성형을 통하여 가로 3cm, 세로 3cm, 길이 25cm의 말뚝형 비료제품을 제조하였다.
각 성분의 혼합 비율
조성 생분해성 수지 (지방족 폴리에스테르) (중량%) 무기물 비료군 (중량%) 유기물 비료군 (중량%)
실시예 7 90 10 0
실시예 8 80 10 10
실시예 9 70 20 10
실시예 10 60 20 20
실시예 11 50 40 10
실시예 12 40 50 10
실시예 13 40 40 20
*무기물 비료군 : 요소[(NH2)2CO], 제1인산칼륨[KH2PO4], 염화칼륨[KCl]을
중량비 46.5 : 41.9 : 11.6으로 혼합하여 전질소(T/N), 인산(P2O5), 칼륨(K2O) 함량이 각각 20 중량% 이상으로 하는 군
*유기물 비료군 : 휴믹산, 쌀겨, 전분을 중량비 50 : 20 : 30으로 혼합한 군
<실험예 3> 말뚝형 비료제품의 은행나무 생육에 미치는 효과
실시예 7 ~ 13에서 성형이 가능한 생분해성 수지의 함량 범위 내에서 무기 비료군과 유기 비료군을 다양한 비율로 혼합하여 은행나무의 생육에 미치는 효과를 조사하였다.
재배시험은 2004년 4월 초 경남 양산시 상북면 외석리 포장에 식재된 3년생 실생묘를 대상으로 하였으며 포기당 말뚝형 비료제품 하나씩을 시비하였다. 처리구당 묘목의 본수는 10본으로 하였으며, 묘본으로부터 15cm 거리에 말뚝형 비료제품을 박아서 처리하였다.
생육조사는 2004년 10월 중순에 실시하였다. 신초생장량은 정단부의 당년지의 길이를 측정하였으며, 엽록소 함량은 휴대용 엽록소계(SPDA-502, Minolta)를 사용하여 정단부의 당년지에 붙어있는 잎 5장을 무작위로 선발하여 측정하였다. 또한 근원경은 시비전인 2004년 4월 초에 1차 조사하였으며, 시비후인 2004년 10월 중순에 2차 조사하여 근원경 생장량을 산출하였다. 근원경이 동일한 부위에 측정될 수 있도록 지표면으로부터 1cm 부위에 흰색 페인트를 칠하고 버니어 켈리퍼스로 조사하였다.
생육조사 결과는 하기 표 4와 같다.
생육조사 결과
조성 신초생장량 (cm) 엽록소함량 (SPDA-502 Value) 근원경 생장량 (cm)
실시예 7 15.3±1.1 40.95±0.55 0.41±0.12
실시예 8 15.8±1.5 41.01±0.60 0.43±0.10
실시예 9 17.1±1.3 42.77±0.71 0.50±0.15
실시예 10 17.7±1.0 43.28±0.57 0.55±0.12
실시예 11 18.9±1.8 45.21±0.62 0.59±0.18
실시예 12 20.7±1.5 47.07±0.57 0.69±0.12
실시예 13 19.1±1.2 45.87±0.63 0.63±0.11
신초생장량, 엽록소함량 및 근원경 생장량 모든 조사항목에서 무기물 비료군 함량이 가장 높은 실시예 12에서 높은 수치를 나타내었다. 유기물 비료군 함량의 차이에 따른 조사항목간에 차이는 보이지 않았으며, 단지 무기물 비료군 함량에 따른 조사항목간에 차이가 발생하였다.
<실시예 14 ~ 17> 배나무 생육용 말뚝형 비료제품
말뚝형 비료의 재료는 ‘가) 지방족 폴리에스테르(AP, aliphatic polyester) 생분해성 수지’, ‘나) 요소[(NH2)2CO], 중과인산석회[CaH4(PO4)2], 염화칼륨[KCl], 제1인산칼륨[KH2PO4]을 이용하여 전질소(T/N), 인산(P2O5), 칼륨(K2O)의 중량비가 18.8 : 18.8 : 18.8 의 혼합군인 무기물 비료군', '다) 휴믹산 단일군인 유기물 비료군'을 사용하였으며, 하기 표 5의 성분 비율별로 혼합 후 사출성형을 통하여 가로 3cm, 세로 3cm, 길이 30cm의 말뚝형 비료제품을 제조하였다.
각 성분의 혼합 비율
조성 생분해성 수지 (지방족 폴리에스테르) (중량%) 무기물 비료군 (중량%) 유기물 비료군 (중량%)
실시예 14 40 50 10
실시예 15 40 40 20
실시예 16 40 20 40
실시예 17 40 0 60
*무기물 비료군 : 요소[(NH2)2CO], 중과인산석회[CaH4(PO4)2], 염화칼륨[KCl], 제1인산칼륨[KH2PO4]을 이용하여 전질소(T/N), 인산(P2O5), 칼륨(K2O)의 중량비가 18.8 : 18.8 : 18.8 인 혼합군.
*유기물 비료군 : 휴믹산 단일군인 유기물 비료군.
<실험예 4> 말뚝형 비료제품의 배나무 생육에 미치는 효과
실시예 14 ~ 17에서 생분해성 수지의 40중량% 함량 범위 내에서 무기 비료군과 유기 비료군을 다양한 비율로 혼합하여 배나무의 생육에 미치는 효과를 조사하였다.
본 시험은 ‘신고’ 3년생 접목묘를 공시하여 2004년 3월 29일 경남 양산시 삼남면 방기리 실험포장에 2m x 2m 간격으로 식재한 다음 지하수로 4주 동안 매일 관수하였다. 식재 4주 후인 2004년 4월 27일 묘로부터 15cm 거리에 30cm의 말뚝형 비료제품을 도 2와 같이 토양에 박아 시비하였다.
수체 생육 조사는 말뚝형 비료제품을 시비한 후 120일이 되는 2004년 8월 25일에 실시하였다. 신초의 길이는 반복 당 5cm 이상의 전체 신초를 조사하였고, 엽면적은 신초 중간 부위의 완전히 전개된 잎을 신초 당 1~2매, 반복 당 10매를 채취하여 엽면적 측정기(Delta-T Device Ltd.)를 이용하여 측정한 후 평균값을 구하여 나타내었다.
토양 환경 분석은 말뚝형 비료제품을 시비한 지점으로부터 반경 10cm내, 토양표면에서 10 ~ 30cm 깊이의 토양을 채취하여 시료로 사용하였다. 본 시험에 사용한 토양화학성 분석방법은 농업과학기술원 토양화학분석법에 준하였다. pH는 토양 : 증류수 비율을 1 : 5 로 희석하여 초자전극법으로 분석하였고, 유기물은 티우린법(Tyurin법)으로 분석하였다.
시비 120일 후 생분해성 수지, 무기물 비료군, 유기물 비료군의 비율에 따른 신초의 길이를 조사한 결과 도 3과 같이 무기물 비료군이 가장 많이 함유된 실시예 14에서 신초의 길이가 가장 길게 나타났으며, 무기물 비료군이 함유되지 않은 실시예 17에서 가장 짧게 나타났다.
시비 120일 후 신초 당 완전히 전개된 잎을 1 ~ 2매, 반복적으로 10매씩 채취하여 엽면적을 측정한 결과, 도 4와 같이 무기물 비료군이 가장 많이 함유된 실시예 14에서 가장 넓게 나타났고, 무기물 비료군이 함유된 실시예 15와 실시예 16 간에는 유의성이 없었다.
또한 무기물 비료군이 함유된 실시예에서 신초의 발생수가 많았는데 하기 표 6과 같이 생분해성 수지 : 무기물 비료군 : 유기물 비료군의 비율을 실시예 14와 실시예 15로 처리한 경우에 시비 120일 후 나무 당 각각 6.5개와 6.1개의 신초가 발생하였다.
신초 발생수
실시예 신초 발생수
실시예 14 6.5 ± 0.74
실시예 15 6.1 ± 0.98
실시예 16 4.7 ± 1.04
실시예 17 3.0 ± 1.33
또한, 생분해성 수지 : 무기물 비료군 : 유기물 비료군의 비율에 따른 토양 pH와 유기물 함량은 하기 표 7과 같다. 처리별 토양 pH 차이는 없었으며 토양 유기물 함량은 유기물 비료군 비율이 증가할수록 급격히 증가하는 경향을 보였다. 이는 토양 시료채취가 말뚝비료가 시비된 지점을 기준으로 이루어졌기 때문으로 판단되며, 토양내 유기물 공급은 시비 지점을 기준으로 국한되어 이루어졌다.
토양 pH와 유기물 함량
실시예 pH (1 : 5) 유기물 함량 (g·kg-1)
실시예 14 6.16 16.7
실시예 15 6.11 23.3
실시예 16 6.36 28.3
실시예 17 6.50 35.5
위의 실험예 1 ~ 4을 토대로 하였을 때 말뚝형 비료의 경도, 은행나무 생육 및 배나무 생육에 미치는 영향은 생분해성 수지 성분을 최종 혼합 조성물에 대하여 40 ~ 60 중량%를 함유하고, 무기물 비료 성분을 30 ~ 50 중량%를 함유하며, 유기물 비료 성분을 10 ~ 20 중량%를 함유할 경우 가장 양호하게 나타났다. 유기물 비료는 은행나무 생육 및 배나무 생육에 직접적인 영향은 보이지 않았으나 가로수나 조경수의 불량한 토양물리성을 개선하는 차원에서 10 ~ 20 중량%로 함유시켰다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
본 발명의 비료조성물 및 고형화된 비료제품은, 땅을 굴착하거나 경운하지 않고 다각말뚝형 비료제품 또는 다각뿔형 비료제품을 땅에 박는 방법으로, 조경수 및 가로수를 포함하는 수목과 농산물을 포함하는 초목에 생분해성 수지에서 용출된 무기물 비료와 유기물 비료를, 생육기간 동안 일정하게 공급할 수 있으므로, 노동력이 절감되고, 비료물질의 최적 농도를 구현할 수 있고, 경제적이다.

Claims (17)

  1. 생분해성 수지 40~90 중량%, 무기물 비료 5~50 중량% 및 유기물 비료 5~50 중 량%를 굵기 1~5cm 및 길이 3~40cm로 끝이 뾰족하고 윗면은 다각형기둥 혹은 원기둥형으로 구성된 다각 말뚝형 또는 다각뿔형 형태로 고형화한 것을 특징으로 하는 비료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 수지 40 ~ 60 중량%, 상기 무기물 비료 30 ~ 50 중량% 및 상기 유기물 비료 10 ~ 20 중량%인 것을 특징으로 하는 비료.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생분해성 수지는 지방족 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리락틱산, 폴리히드록시 부티레이트 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비료.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기물 비료는 요소[(NH2)2CO], 질산암모늄[NH4NO3], 중과인산석회[CaH4(PO4)2], 제1인산칼륨[KH2PO4], 제1인산암모늄[(NH4)H2PO4], 제2인산칼륨[K2HPO4], 제2인산암모늄[(NH4)2HPO4], 염화칼륨[KCl], 질산칼륨[KNO3], 황산칼륨[K2SO4] 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비료.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기물 비료는 전질소, 인산 및 칼륨 함량의 합계가 20 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 하는 비료.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기물 비료는 휴믹산, 미강(쌀겨), 밀기울 및 그 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비료.
  16. 삭제
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비료는 압출성형 또는 사출성형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 비료.
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