KR101064898B1 - 담수작물 재배용 발포성 엔케이 비료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작물의 생육에 필요한 질소원과 칼륨원, 탄산염과 유기산, PGA(polyglutamic acid)을 포함하는 담수작물 재배용 발포성 NK 비료 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 발포성 정제형 비료 조성물는 수도작에서 추비를 시용하기 위해 논 안으로 들어가지 않고 논둑을 돌면서 논 안으로 적정량을 투척하면, 발포성분에 의해 비료성분이 수중으로 빠르고 균일하게 확산되어 단시간내에 효율적으로 비료를 살포할 수 있다.
본 발명은 질소와 칼륨 성분의 우수한 수중확산과 작물로의 흡수를 제공할 수 있는 최적의 벼 재배용 발포성 정제형 비료 조성물을 제공함으로써, 비료의 시용을 편리하게 하고 노동력 및 소요시간을 절감시키는 농작업의 생력화, 작물이 생육기간 동안 충분히 흡수할 수 있도록 질소와 칼륨비료에 완효성을 부여, 비료 성분이 일시적인 유출에 의한 환경오염의 부담을 줄이는 효과가 있다.

Description

담수작물 재배용 발포성 엔케이 비료 조성물{Effervescent NK fertilizer composition culturing of fresh water crops}

본 발명은 작물의 생육에 필요한 질소원과 칼륨원, 탄산염과 유기산, PGA(polyglutamic acid)을 포함하는 벼 재배용 발포성 비료 조성물에 관한 것이다. 자세하게는 질소원과 칼륨원, 탄산염과 유기산으로 이루어진 발포제, PGA의 적절한 구성비를 제공함으로써, 노동력 및 시간을 절감하는 것과 동시에 NK(질소,칼륨)비료를 균일하게 포장에 시비할 수 있는 비료의 조성물에 관한 것이다.

질소는 식물을 구성하는 단백질, 엽록소의 구성성분으로, 기능성 물질의 합성에 필요한 필수원소이다. 작물의 생장에는 질소가 많이 필요하기 때문에 가장 결핍되기 쉬운 양분이며, 토양 중의 질소는 절대적으로 부족하므로 시비가 필요하다. 작물의 질소 흡수에는 다른 원소와 균형이 유지되어야 하고, 대표적으로 탄질비(C/N ratio)를 들 수 있다.

질소가 결핍시에는 전체적으로 작물의 생육이 부실해지고, 하위엽부터 황화현상이 생기며, 결국에는 고사하게 된다. 과다 시에는 작물이 비정상적으로 비대성장하고 조직이 연화되어, 병충해 및 환경 스트레스에 연약해져서 쉽게 죽을 수 있다. 또한, 영양생장에서 생식생장으로의 전환에 차질을 빚음으로써, 작물의 생산량 및 품질에 좋지 않은 영향을 주게 된다. 또한, 조직이 연약해져 쉽게 죽을 수 있으므로 과시비에 주의해야한다.

칼륨은 식물의 생리작용에 필요한 3대 필수원소로, 1가의 금속이온 중 유일하게 고등식물에 필요한 금속이다. 칼륨은 원형질의 구조 안에서 단백질에 강하게 흡착되어 원형질의 구조를 유지하고, pH와 삼투압을 유지하도록 하여 세포 안의 물질대사가 정상적으로 이루어지도록 하는데 역할을 하고 있다. 또한, 유기물의 대사 및 효소계의 활성화에도 관여하는 것으로도 알려져 있다.

칼륨이 부족하면, 줄기나 잎 등의 기관이 충실하지 못하며, 수분이 부족시 쉽게 시들고 연약해져서 가뭄, 서리, 균 또는 염류의 장애를 받기가 쉬워진다. 벼의 경우, 칼륨이 부족시 이삭이 나온 뒤에 갑자기 시드는 청고현상이 발생하기도 한다.

현재 수도작에서 추비로 공급되고 있는 NK비료는 주로 입상 비료가 사용되고 있다. 그러나 입상비료의 경우는 단위면적당 시비량이 많아 노령화 되어가는 농촌의 현실에서, 그 처리가 어려운 실정이다. 또한, 추비의 처리시기도 일반적으로 가장 무더운 철이어서, 무거운 살포기를 들고 논 안으로 걸어다니며 처리해야 하는 어려움이 있고, 처리밀도를 균일하게 하는 것도 쉬운 일이 아니다.

일본에서는 비료의 처리가 편리한 발포성 정제형 비료의 개발이 이루어져 보급되었으나 실제 비료의 효과를 보기에는 그 성분함량이 낮아 사용이 부진한 실정이다. 따라서 비료의 처리가 편리하고 노동력을 절감시킬 수 있는 생력적이면서 비료의 효과가 우수한 새로운 제형의 비료의 개발 및 보급이 필요한 실정이다.

상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 발포성 비료가 일본특허(특개2007-238386)에 개시되어 있고, 생산도 이루어지고 있다. 즉, 비료 시용자가 질소원(窒素源), 인원(燐源), 칼륨원, 계면활성제, 탄산염, 유기산을 함유하고 있는 발포성 비료 제제를 논둑을 걸어다니며 담수상태의 논으로 투척하면, 발포에 의해 목표 지점까지 비료성분 등이 확산된다. 따라서, 논에 들어가는 일 없이 비료의 시용이 간편해지게 되는 것이다.

그러나 이 발포성 비료는 그 성분함량이 질소원 25중량%, 인원 0중량%, 칼륨원 12중량%이며 사용량이 10a당 2kg으로 실제로 벼의 재배에 있어서, 생장에 필요한 비료를 충분히 공급하기에는 미흡하다. 따라서 벼의 생육에 필요한 만큼 충분한 량을 정제형 비료에 포함시키고, 비료에 포함된 양분이 벼의 생육시기에 맞추어 충분히 흡수되어 이용될 수 있도록 속효성 및 완효성을 갖추게 함과 동시에, 적절한 조성비를 통해 충분한 발포성을 발휘할 수 있게 함으로써, 작물 수확량의 증대를 기대할 수 있는 비료의 개발이 필요하였다.

또, 한국등록특허 10-0972663호에는 5-아미노레불린산을 폴리글루탐산(PGA)과 혼합한 조성물을 이용하여 작물의 생장을 촉진하거나 억제하는 내용이 개시되어 있다. 그러나, 이는 조성물을 작물의 경엽에 직접 처리하여 작물의 수확량, 당도, 식감, 병충해 저항성 등을 증가시키는 것으로, PGA를 첨가한 정제형 비료 조성물을 담수상태의 포장에 처리하고자 하는 본 발명의 기술과는 거리가 있다. 또한, 본 발명의 목적인, 농작업의 생력화나 제형개선, 완효성에 관한 언급은 전혀 되어있지 않다.

PGA는 글루탐산의 γ-카르복실기와 α-아미노기가 아마이드 결합에 의해 연결된 γ-폴리펩타이드로 콩 발효식품 미생물인 Bacillus sbutilis가 보유하고 있는 폴리감마글루탐산 합성계(γ-PGA synthetase complex, pgsBCA system)에 의해서 생성되는 식용의 아미노산 고분자소재로 고부가가치의 의약품, 화장품, 기능성 식품, 환경용, 공업용 등으로 적용범위가 매우 다양하다.

PGA는 음이온성의 고분자로, 질소원 및 칼륨원의 양이온을 끌어당겨 유지하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 이러한 PGA의 성질을 이용하여 비료에 적정량을 첨가하고, 시비후 수중에 이온상태로 존재하는 작물의 양분을 PGA가 흡착시키도록 함으로써, 비료에 완효성을 부여할 수 있는 가능성에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.

시비 후에 양분을 흡착한 PGA는 경시적으로 자신이 분해되면서 흡착된 양분을 서서히 수중에 용출하게 된다. 즉, 본 발명에서는 PGA 라는 생분해성 친환경소재를 이용함으로써 작물에 의한 비료 흡수의 효율성을 높일 수 있게 되는 것이다. 또한, 작물에 이용되는 질소와 칼륨성분, 발포제로 이용되는 탄산염과 유기산, PGA의 적절한 조성비를 도출해 냄으로써, 발포성이 충분히 발휘됨으로써, 비료성분의 국지적인 과도한 농도에 의한 비해의 가능성을 줄이고, 적정량의 PGA를 첨가하여 비효를 극대화할 수 있도록 하고자 하였다.

본 발명에서는 전술한 기존 비료의 문제점을 해결하고자 연구를 거듭하여, 비료성분, 발포성분, 여기에 질소와 칼륨의 작물흡수를 향상시키기 위해 polyglutamic acid(이하 PGA)를 혼합함으로써, 벼에 대한 비해를 최소화하면서 생육을 촉진할 수 있는 최적의 구성비를 갖춘 비료 조성물을 완성하게 되었다.

비료성분으로는 질소원ㆍ칼륨원이 포함되고, 발포성분으로 탄산염과 유기산을 조합하여 발포성을 가지도록 하였다. 여기에 적정량의 PGA(Polyglutamic acid)를 첨가함으로써 작물의 질소와 칼륨에 대한 흡수율을 높이도록 하였다. 또한, 작물의 비해를 최소화하면서, 비료성분이 포장에 균일하게 확산될 수 있도록 비료조성물의 발포성을 최대화할 수 있는 적절한 조성비를 도출하도록 하였다.

본 발명은 노령화로 노동력의 수급이 어려운 농촌 지역에서 비료의 시용이 편리하고 노동력 및 시간을 절감시키며 그 성분이 우수하게 확산되고 벼에 흡수를 높여 벼의 수량을 향상시키는 비료의 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 벼 재배용 발포성 정제형 비료는 수도작에서 추비를 시용하기 위해 논 안으로 들어가지 않고 논둑을 돌면서 논 안으로 적정량을 투척하면, 발포성분에 의해 비료성분이 수중으로 빠르고 균일하게 확산되어 단시간내에 효율적으로 비료를 살포할 수 있다.

본 발명의 비료는 높은 비료성분이 한곳에 집중되어 들어가므로 발포성을 이용하여 비료성분이 빠르고 균일하게 퍼져나가야 비해의 우려가 없다. 발포성은 탄산염과 유기산을 혼합하여 사용하면 얻게 되는데 탄산염과 유기산의 조합에 의해 발포성의 차이가 발생한다. 본 발명에서는 질소원의 함량을 높일 수 있도록 탄산염으로 탄산칼륨을 사용하여 칼륨원으로도 사용하고 발포성 제제로도 사용하였고, 탄산칼륨과 유기산 7종을 조합함으로써 최적의 발포성을 부여하도록 하였다.

또한, 본 발명은 발포성 비료조성물에 PGA를 첨가하여 비료성분이 일시에 용출되어 유출되는 것을 방지함으로써, 적은 시용량으로도 작물의 생육에 필요한 비료성분을 충분히 목표로하는 생육기간에 걸쳐 공급하는 것이 가능토록 하였으며, 비료성분의 일시적인 유출에 의한 환경오염의 부담도 줄일 수 있도록 하였다.

즉, 본 발명은 질소와 칼륨 성분의 우수한 수중확산과 작물로의 흡수를 제공할 수 있는 최적의 벼 재배용 발포성 정제형 비료 조성물을 제공함으로써, 비료의 시용을 편리하게 하고 노동력 및 소요시간을 절감시키는 농작업의 생력화, 작물이 생육기간 동안 충분히 흡수할 수 있도록 질소와 칼륨비료에 완효성을 부여, 비료 성분이 일시적인 유출에 의한 환경오염의 부담을 줄이는 효과가 있다.

도면 1은 실시예 4의 발포 확산성 테스트에 있어, 시험구의 형태, 비료의 투입지점 및 시료의 채취지점을 도식화한 것이다.

본 발명에 따른 벼 재배용 발포성 정제형 비료 조성물는 질소원 40 내지 70 중량부, 탄산염 20 내지 42.8 중량부, 유기산 8.6 내지 20 중량부, PGA 0.3 내지 0.4 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 비료 조성물의 질소원으로는 요소, 황산암모늄, 질산칼륨으로 이루어진 그룹에서 1종 이상을 선택하여 이루어지며, 칼륨원으로는 탄산칼륨을 사용 할 수 있다.

본 발명의 벼 재배용 발포성 정제형 비료 조성물은, 상기한 질소원 및 칼륨원 외에 발포성 제제로서 탄산염과 유기산을 2 내지 2.5 : 1 의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

탄산염으로는 탄산칼륨을 유기산으로는 구연산, 사과산, 주석산, 말레산, 프탈산, 아디프산, 숙신산으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

PGA는 직접적으로 작물에 작용하여 비료흡수를 촉진하는 것이 아니라, 비료성분이 한꺼번에 용출되어 유출되지 않도록 비료성분을 흡착한 후에 서서히 용출되도록 함으로써 결국 작물에 이용될 수 있는 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 비료의 제조방법은 상기한 구성성분들을 일정한 입경으로 분쇄한 후 동시에 혼합하거나 미리 혼합한 임의의 성분으로 다른 잔여 성분을 혼합화함으로써 전체 성분을 균일하게 혼합하여 압축성형 및 건조하여 적절한 크기로 정제화한다.

본 발명에 따라 제조된 정제는 압축성형기의 형태에 따라 원형판상, 장원형판상, 각형판상, 봉상, 구상, 타원구상 등 다양한 형상과 크기를 가질 수 있는데, 직경 1~6cm, 두께 0.1~2.0cm 및 중량 1~50g의 범위에서 제조하는 것이 제제 및 비료 시용의 측면에서 유리하다.

본 발명에 따라 제조된 발명의 정제를 담수한 논에 투하하면 물과의 접촉에 의해 정제로부터 가스가 발생하면서 구성성분이 논의 수중으로 빠르고 균일하게 분산된다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 : 발포성 제제의 선택

하기 표 1에서 발포성 제제를 선발하기 위해 탄산칼륨과 유기산 7종을 각각 혼합하여 2:1의 비율로 발포 반응성 및 발포 시간을 측정한 결과 순간적인 발포 반응성이 높은 조합이 본 발명의 비료에 우수한 확산성을 부여할 수 있으므로 발포 반응성이 4~5로 나타난 조합 중에서 발포성 제제를 1차 선발하였고 최종적으로는 원제의 단가를 고려하여 다른 유기산들보다 단가가 저렴한 구연산을 발포성 제제로 선발하였다.

탄산칼륨과 유기산의 조합별 발포 반응성 측정 결과

유기산 탄산염	주석산	아디프산	구연산	말레산	사과산	프탈산	숙식산
탄산칼륨	5	2	4.5	5	4	1	3

※ 반응성은 그 정도를 5~0까지로 나누어 표시하였으며 반응이 강한 것이 5, 반응이 약할수록 낮은 숫자이며, 0은 거의 반응이 나타나지 않은 것임.

실시예 2 : 발포성 제제 비율의 선택

하기 표 2에서 알 수 있듯이 발포성 제제를 선발하기 위하여 탄산칼륨과 구연산을 비율별로 혼합하여 발포 반응성을 측정한 결과 탄산염 2.5, 구연산 1의 비율로 혼합한 처리구에서 발포 반응성이 가장 높게 나타났다.

탄산칼륨과 유기산의 비율별 발포 반응성 측정 결과

혼합 비율		발포 반응성
탄산칼륨	구연산
3	1	4
2.5	1	5
2	1	4.5
1.5	1	4
1	1	3
1	2	1

※반응성은 그 정도를 5~0까지로 나누어 표시하였으며 반응이 강한 것이 5, 반응이 약할수록 낮은 숫자이며, 0은 거의 반응이 나타나지 않은 것임.

실시예 3 : 최적 발포제 함량의 선발

하기 표3에서 알 수 있듯이 발포성 제제의 최적 함량을 선발하기 위하여 질소원으로는 요소, 황산암모늄, 질산칼륨 등을 사용하였다. 발포성 제제로는 탄산칼륨과 구연산을 2.5 : 1의 비율로 첨가량을 달리하여 발포 반응성을 측정하였다. 그 결과 발포성 제제의 첨가량이 30중량% 이상일 경우 발포성에 대해 큰 영향이 없는 것으로 나타났고, 20중량% 이하로 첨가시에는 발포성이 약해지는 것으로 나타났다. 따라서 발포성 제제의 첨가량은 총 중량에 대해 최소 30중량% 이상으로 첨가량을 선발하였다.

질소원과 발포성 제제의 비율별 발포 반응성 측정 결과

질소원 함량(중량%)	발포성 제제 함량(중량%)	발포 반응성
40	60	5
50	50	5
60	40	5
70	30	4.5
80	20	3
90	10	1

※ 반응성은 그 정도를 5~0까지로 나누어 표시하였으며 반응이 강한 것이 5, 반응이 약할수록 낮은 숫자이며, 0은 거의 반응이 나타나지 않은 것임.

실시예 4 : 발포 확산성 test

상기 표 1~3에서의 나온 결과를 가지고 요소 66중량%, 탄산칼륨 24중량%, 구연산을 10중량%로 혼합하여 성분함량이 질소 30중량%, 인산 0중량%, 칼륨 15중량%가 되도록 하였다. 1개당 50g의 발포성 정제를 타정해 본 결과 특별한 결합제 및 활택제, 부형제의 필요없이 타정이 가능하였다.

이렇게 제조된 정제를 가지고 확산성 test를 실시하였다.

3.3m X 3.3m 수조에 물을 5cm로 담수시킨 후 정치된 수조의 중앙에 위와 같이 조제한 정제를 1개 투여하였다. 투여한지 3시간, 6시간, 12시간 경과후, 도면1에 도시된 A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, 시료투입지점에서 각각 시료를 채취하였으며, 질소와 칼륨성분의 농도를 구하고, 하기 표 4에 나타내었다.

확산성 test 측정 결과

성분	채취지점	채취성분의 농도(ppm)
		3시간 경과후	6시간 경과후	12시간 경과 후
질소	A1	27.3	27.4	27.5
	A2	27.4	27.5	27.5
	A3	27.3	27.5	27.5
	A4	27.3	27.5	27.5
	B1	27.5	27.5	27.5
	B2	27.5	27.5	27.5
	B3	27.5	27.5	27.5
	B4	27.5	27.5	27.5
	투입지점	27.6	27.5	27.5
칼륨	A1	13.6	13.7	13.7
	A2	13.6	13.7	13.7
	A3	13.7	13.7	13.7
	A4	13.6	13.7	13.7
	B1	13.7	13.7	13.7
	B2	13.8	13.7	13.7
	B3	13.7	13.7	13.7
	B4	13.7	13.7	13.7
	투입지점	13.8	13.7	13.7

상기 표 4의 결과로 알 수 있듯이 본 발명의 정제중의 질소, 칼륨의 수중농도는 6시간 경과후 수중 농도의 차이가 없어 균일하게 확전된 것을 알 수 있었다.

실시예 5 : PGA 첨가시 벼의 생육 및 수량 증대 효과 시험

실시예 3에서와 같이 성분함량이 질소원 30중량%, 인원 0중량% 칼륨원 15%가 되도록 혼합한 조성물에 PGA의 첨가량을 달리하여 정제를 조제하여, 수도작에서 추비로 시용시 벼의 생육 및 수량에 미치는 효과를 조사하였다. 대조구로는 성분함량이 질소원 13중량%, 인원 0중량%, 칼륨원 10중량%인 일반 입상 NK를 사용하였다.

PGA 첨가시 벼의 생육 및 수량 측정 결과

본 발명의 비료 첨가량 (중량%)	PGA 첨가량 (중량%)	사용량 (kg/10a)	조사 결과
			초장 (cm)	분얼수 (개/주)	수장 (cm)	수확량 (kg/10a)
100	0	3	80.1	18.8	17.3	658.2
99.9	0.1	3	80.4	18.9	17.3	660.1
99.8	0.2	3	80.6	19.1	17.8	668.9
99.7	0.3	3	83.4	20.7	18.9	723.8
99.6	0.4	3	83.0	20.2	18.7	705.5
99.5	0.5	3	82.6	19.3	18.1	675.9
대조구 (일반 입상 NK 비료)	0	10	80.9	19.0	17.6	663.2

상기 표 5에서 알 수 있듯이 PGA를 0.1중량% 첨가시 첨가하지 않은 처리구와 대비하여 차이를 보이지 않았고, 일반 입상 NK 비료와 비교하였을 때에는 수확량이 오히려 낮게 나타났다. 또 0.2중량% 첨가한 처리구에서는 일반 입상 NK 비료와 비교하여 큰 차이를 보이지 않았고, 0.3중량% 첨가한 처리구에서 가장 높은 차이를 보였다. 0.5중량%첨가시에는 효과가 약간 낮아지는 것으로 보아, 벼에 있어서 PGA의 적정 첨가량은 0.3~0.4중량%로 판단되었다. 그리고 본 발명의 비료를 사용한 모든 처리구에서 비해는 발생하지 않았다.

Claims (6)

1. 질소원 40 내지 70 중량부;
   탄산염 20 내지 42.8 중량부;
   유기산 8.6 내지 20 중량부;
   PGA(Polyglutamic acid) 0.3 내지 0.4 중량부를 포함하되,
   상기 질소원은 요소, 황산암모늄, 질산칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이며, 상기 탄산염은 탄산칼륨이며, 상기 유기산은 구연산, 사과산, 주석산, 말레산, 프탈산, 아디프산, 숙신산으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발포성 정제형 비료 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄산염과 유기산의 배합비는 2 내지 2.5 중량부 : 1 중량부인 것을 특징으로 하는 발포성 정제형 비료 조성물.
6. 삭제

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