KR101133442B1 - 제올라이트를 이용한 멀칭재배 작물용 지효성 비료 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제올라이트를 이용한 멀칭재배 작물용 지효성 비료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연 제올라이트의 미세 공극에 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 각각 흡착시켜 제조하는 멀칭재배 작물용 지효성 비료로서, 상기 멀칭재배작물용 지효성 비료는 비료성분과 노동력의 투입을 최소화하여 작물생산 에너지를 크게 절약할 수 있고 작물의 수확량을 증가시켜 농가의 실질적 소득증대에 크게 기여할 것이다.
Description
본 발명은 제올라이트를 이용한 멀칭재배 작물용 지효성 비료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연 제올라이트의 미세 공극에 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 각각 흡착시켜 제조되는 멀칭재배 작물용 지효성 비료에 관한 것이다.
급속한 산업화, 도시화로 농촌이농현상이 가속화되고 있어, 이에 따라 농촌 노동력은 고령화 및 부녀화로 농작업의 어려움이 발생되고 있다. 따라서 노동력 절감을 위해 많은 연구가 개발 보급되고 있으며, 또한 농산물의 안정적 생산을 위하여 친환경 농업개발연구도 지속적으로 추진되어 오고 있다.
최근 화학비료 감비 정책에 의해 많은 농가에서 이에 대해 적극 동참하고 있으나 아직도 대부분의 농가에서 속효성 비료를 이용하여 기존의 시비수준을 유지하고 있는 것이 현실이다. 그러나 상기 속효성 비료는 쉽게 유실되기 때문에 비료의 효율성 저하와 시비 노동력의 증가는 물론 각종 환경오염을 유발시키고 있어서 시비에 소요되는 노동력을 절감하고자 여려 종류의 지효성 비료 제품들이 연구, 개발 및 생산 보급되어 왔다.
그러나 상기 지효성 비료는 석유화학제품에서 유래한 다양한 재료를 활용하고 있으며, 그 제조방법 역시 많은 단계와 과정을 거치므로 효율성 대비 생산단가가 높을 뿐만 아니라 2차적인 토양환경 오염문제가 대두되어 왔다. 그러므로 경작지의 토양물리성 유지, 토양수분의 경제적 이용, 잡초발생 억제효과 및 작물 근권환경 개선유지 등의 혜택을 고려한 멀칭재배 작물에 적합하고, 작물의 전 생육기간동안에 필요한 무기양분 농도가 일정 수준으로 높게 유지될 수 있으며, 노동력 투입량을 감안한 이상적인 청정 지효성 비료의 개발이 더욱 급박한 실정에 있다.
따라서, 환경 친화성 및 환경 오염지 개선의 효과를 가지고 있는 천연 제올라이트를 지효성 비료의 성능을 갖는 기능성 소재로서 개발하려는 노력이 활발하게 진행되어 왔다. 그러나 지금까지 농업부분에서 제올라이트의 활용의 예는 사용대상 경지 토양의 양이온 교환용량(CEC)을 높여 주는데 국한되어 있어서 지효성 비료로서의 개발보다는 저부가성의 단순 토양개량제나 토양환경개선제로서 일부 이용되는 실정이다.
이에 본 발명자들은 천연 제올라이트의 미세 공극을 지효성 비료성분들의 새로운 담체로 기능화하고, 이를 비료성분의 고효율화 및 복합비료의 대체품으로서 사용하여 놀라운 기능성의 천연 제올라이트 비료를 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 제올라이트의 미세 공극을 지효성 비료성분의 새로운 담체로 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 각각 흡착시켜 멀칭재배 작물용 고기능성 지효성 비료를 제공하고자 한다.
본 발명은 천연 제올라이트의 양이온 교환반응에 의한 제올라이트 보비력을 활용함은 물론 제올라이트의 미세공극에 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 각각 흡착시켜 비료성분의 용출이 조절되는 환경 친화적인 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 천연 제올라이트 입자내 미세공극에 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 각각 흡착시켜 비료성분의 용출성이 조절되는 것이 특징이며, 천연 제올라이트 입자에 1.5 내지 2.5% 농도의 암모늄(NH4+) 이온 및 2.5 내지 3.5% 농도의 칼륨(K+) 이온이 흡착되어 각각 제조되는 것이 특징이다.
상기 천연 제올라이트는 모르데나이트(Mordenite) 25 내지 35 중량% 및 클리놉틸로나이트(Clinoptilonite) 25 내지 35%를 주성분으로 구성되어지며, 무스코바이트(Muscovite)를 더 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 천연 제올라이트 입자를 1M 황산암모늄(Ammonium sulfate) 용액 또는 1M 염화칼륨(Potassium chloride) 용액에 2 내지 10일 동안 20 내지 25시간 간격으로 교반침적하여 제조된다.
상기 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 제조방법은 입자의 크기가 0.5 내지 3 ㎜인 천연 제올라이트로, 모르데나이트(Mordenite) 25 내지 35 중량% 및 클리놉틸로나이트(Clinoptilonite) 25 내지 35%를 주성분으로 하며, 무스코바이트(Muscovite)를 더 포함하는 천연 제올라이트를 이용한다.
보다 바람직하게는 모르데나이트(Mordenite) 30 내지 35%, 무스코바이트(Muscovite) 35 내지 40%, 클리놉틸로나이트(Clinoptilonite) 28 내지 32%를 함유하고 있는 직경 0.5 내지 3 ㎜ 입자를 가지는 천연 제올라이트를 이용하는 것으로, 상기의 구성 조건은 흡착되어지는 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온과 천연 제올라이트의 관련성으로 구성되어진 것으로 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료에 중요한 의미를 가진다.
만약 본 발명의 천연 제올라이트가 상기 조건의 구성을 포함하지 않을 경우, 기존의 제올라이트가 가지는 양이온 교환 용량에 의존하는 비료 보유능력에 국한되어, 지효성 비료로서의 이용보다는 단순 토양개량제 또는 토양환경개선제로의 기능만을 가지게 되는 문제가 있으며, 또한 비료로서 이용한다고 하더라도 비료의 효율성 저하 및 시비노동력의 증가로 제올라이트를 지효성 비료로서 기능화 될 수 없는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 천연 제올라이트 입자에 1.5 내지 2.5% 농도의 암모늄(NH4+) 이온 및 2.5 내지 3.5% 농도의 칼륨(K+) 이온이 흡착되도록 각각 제조된 것이 특징이다.
상기 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온의 농도는 천연 제올라이트를 이용한 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 기준으로 비료성분의 용출성이 충분히 조절되는 농도이고, 암모늄(NH4 +) 이온과 칼륨(K+) 이온 각각의 최고 흡착율 2%와 3%는 양이온치환능력(CEC)에 대한 최대 흡착량에 일치하는 수준으로 보증할 수 있어 지효성비료의 높은 효율성을 최적화한 농도이다.
보다 상세하게는 시간 경과에 따른 천연 제올라이트 내 흡착된 암모늄(NH4 +) 이온의 농도 및 칼륨(K+) 이온의 농도를 확인한 결과, 경제성 및 효율을 감안할 때 용액 교환주기를 2일 주기로 용액을 10일 동안 처리시 2% 농도의 암모늄(NH4 +) 이온 및 3% 농도의 칼륨(K+) 이온으로 흡착이 유지되는 것을 확인하였다. 도 2 및 3을 참조한다.
본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 천연 제올라이트의 미세 공극을 지효성 비료성분들의 새로운 담체로 기능화하고, 이를 비료성분의 고효율화 및 복합비료의 대체품으로서 천연 제올라이트의 재활용을 극대화한 것이 특징이다.
본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 시판품인 원예용복합비료와 비교 처리를 통하여 공시작물의 생육반응을 조사한 결과, 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 추비 처리구 및 기추비 처리구 모두에서 증가하였을 뿐 아니라 작물의 후반기 생육에 있어서 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 구 모두에서 수량이 증가되는 것을 확인하였다. 도 5 및 8을 참조한다.
또한, 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리의 암모니아태 질소의 질산태 및 칼륨농도 변화를 통한 토양 화학적 특성을 조사한 결과 역시, 본 발명의 제올라이트를 포함하는 멀칭재배 작물용 지효성 비료가 토양 중 암모니아태 질소, 질산태 질소 및 칼륨의 보비력을 높여줌으로써, 작물생산 에너지의 효율성이 향상되고 멀칭재배 작물의 재배에 긍정적인 효과를 미칠 수 있음을 확인한 결과이다.
본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 비료성분 용출성이 조절되는 차세대 청정 제올라이트 비료로서 비료성분 효율을 극대화하여 기존 시판중인 화학비료의 높은 유실률을 보완할 수 있어서 비료성분 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 비료성분 유실과 추비작업에 소요되는 노동력의 투입이 필요가 없기 때문에 작물생산 에너지 투입을 크게 절약할 뿐만 아니라 작물의 수확량을 증가시켜 농가의 실질적 소득증대에 크게 기여할 수 있고 자연환경 오염부하를 줄일 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 보여주는 도면이고,
도 2는 시간 경과에 따른 천연 제올라이트 내 흡착된 암모늄(NH4 +) 이온의 농도를 확인한 결과이며,
도 3은 시간 경과에 따른 천연 제올라이트 내 흡착된 칼륨(K+) 이온의 농도를 확인한 결과이고,
도 4는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 18주 후의 고추 생육을 비교한 결과이며,
도 5는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 시간 경과에 따른 고추 초장의 변화를 조사한 결과이고,
도 6은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 고추 수확량의 누적치를 도시화한 것이며,
도 7은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 고추의 생체중 누적치를 도시화한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 6주 후의 케일 생육을 비교한 결과이며,
도 9는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일의 생체중 누적치를 도시화한 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일 잎의 평균 무게를 도시화한 것이며,
도 11은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일 잎의 평균 크기(엽장 및 엽폭)를 도시화한 것이고,
도 12는 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 암모니아태 질소(NH4-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 13은 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 질산태 질소(NO3-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이고,
도 14는 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 암모니아태 질소(NH4-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 15는 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 질산태 질소(NO3-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이고,
도 16은 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 칼륨(K)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 17은 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 칼륨(K)의 경시적 변화를 조사한 결과이다.
도 2는 시간 경과에 따른 천연 제올라이트 내 흡착된 암모늄(NH4 +) 이온의 농도를 확인한 결과이며,
도 3은 시간 경과에 따른 천연 제올라이트 내 흡착된 칼륨(K+) 이온의 농도를 확인한 결과이고,
도 4는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 18주 후의 고추 생육을 비교한 결과이며,
도 5는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 시간 경과에 따른 고추 초장의 변화를 조사한 결과이고,
도 6은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 고추 수확량의 누적치를 도시화한 것이며,
도 7은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 고추의 생체중 누적치를 도시화한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 6주 후의 케일 생육을 비교한 결과이며,
도 9는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일의 생체중 누적치를 도시화한 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일 잎의 평균 무게를 도시화한 것이며,
도 11은 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 수확한 케일 잎의 평균 크기(엽장 및 엽폭)를 도시화한 것이고,
도 12는 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 암모니아태 질소(NH4-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 13은 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 질산태 질소(NO3-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이고,
도 14는 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 암모니아태 질소(NH4-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 15는 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 질산태 질소(NO3-N)의 경시적 변화를 조사한 결과이고,
도 16은 고추 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 칼륨(K)의 경시적 변화를 조사한 결과이며,
도 17은 케일 재배토양에 있어서, 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리에 따른 토양 내 칼륨(K)의 경시적 변화를 조사한 결과이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시 예에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 아이디어와 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에 종사하는 업자에게는 명백한 것이다.
이 때, 사용되는 기술용어 및 과학용어에 있어 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미를 지닌다.
또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
[제조예] 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 제조
모르데나이트(Mordenite) 33%, 무스코바이트(Muscovite) 37%, 클리놉틸로나이트(Clinoptilonite) 30%를 함유하고 있는 천연 제올라이트 0.5 내지 2 ㎜ 입자를 1M 황산암모늄(Ammonium sulfate) 용액과 1M 염화칼륨(Potassium chloride) 용액을 각각의 주기 간격으로(주기적 즉, 2일 주기, 5일 주기 및 10일 주기) 교환하면서, 하루간격으로 교반하여 암모늄(NH4 +) 이온 및 칼륨(K+) 이온을 의도적으로 각각 흡착시켜 건조하여 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 혼합제조하였다.
[실시예 1]
(1) 시간 경과에 따른 제올라이트 입자 내 암모늄(NH
4
+
) 이온의 농도 측정
상기 제조예에서 제조된 멀칭재배 작물용 지효성 비료 내 제올라이트 입자에 흡착되어 있는 암모늄(NH4 +) 이온의 농도를 조사하였다. 1일을 주기로 하여 제올라이트 시료를 채취하여 증류수로 희석 및 세척을 수회 반복하여 용액의 잔사를 완전히 제거시키고 건조기에서 105℃로 24시간 건조 후 과량의 반대이온용액, 즉 3M 염화칼륨(KCl) 용액으로 제올라이트에 흡착된 암모늄 이온을 교반 침출한 후, 암모늄(NH4 +) 이온을 Kjeldahl법으로 분석하였다.
1M 황산암모늄(Ammonium sulfate) 용액을 주기적으로 교환 및 교반하며 천연 제올라이트 입자에 암모늄(NH4 +) 이온을 흡착시켜 천연 제올라이트 내 흡착된 암모늄(NH4 +) 이온의 농도를 확인한 결과, 도 2에서도 확인할 수 있듯이 2일 주기로 용액을 교환하였을 때 비교적 빠르게 흡착됨을 확인하였고, 10일이 경과하였을 때는 용액 교환주기와는 관계없이 오차범위 이내에서 2% 전후로 이론치에 근접하게 흡착되어 유지됨을 확인할 수 있었다.
상기의 결과는 용액을 교환하는 주기가 짧을수록 흡착속도는 빨라지고, 10일을 초과하여 흡착을 시킬 시 흡착되는 암모늄(NH4 +) 이온의 농도에는 차이가 없는 것을 확인한 것으로, 이는 황산암모늄(Ammonium sulfate)의 가격 및 소요되는 시간 등의 경제성을 감안할 때 용액 교환주기를 5일 또는 10일주기로 용액을 10일 동안 처리가 최적의 2% 농도의 암모늄(NH4 +) 이온이 흡착된 최적의 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 제조할 수 있음을 확인한 결과이기도 하다.
(2) 시간 경과에 따른 제올라이트 입자 내 칼륨(K
+
) 이온의 농도 조사
상기 제조예에서 제조된 멀칭재배 작물용 지효성 비료 내 제올라이트 입자에 흡착되어 있는 칼륨(K+) 이온의 농도를 조사하였다. 1일을 주기로 하여 제올라이트 시료를 채취하여 증류수(D.W)로 희석 및 세척을 수회 반복하여 용액의 잔사를 완전히 제거시키고 건조기에서 105℃로 24시간 건조 후 과량의 반대이온용액, 즉 3M 암모늄아세테이트(Ammonium acetate) 용액으로 제올라이트에 흡착된 칼륨(K+) 이온을 교반 침출한 후, 칼륨(K+) 이온을 유도결합플라즈마분광광도계(ICP, ICPE-9000, SHIMADZU, Japan)를 이용하여 측정하였다.
1M 염화칼륨(Potassium chloride) 용액을 주기적으로 교환 및 교반하며 천연 제올라이트 입자에 칼륨(K+) 이온을 흡착시켜 천연 제올라이트 내 흡착된 칼륨(K+) 이온의 농도를 확인한 결과, 도 3에서도 확인할 수 있듯이 2일 주기로 용액을 교환하였을 때 비교적 빠르게 흡착됨을 확인하였고, 10일이 경과하였을 때까지 용액 교환주기 및 시간경가에 비교적 적게 관여하며, 약 3% 전후로 이론값에 근접하게 흡착되어 유지됨을 확인할 수 있었다.
이는 상기의 황산암모늄(Ammonium sulfate)이 흡착된 천연 제올라이트의 제조시와 마찬가지로 경제성 및 효율을 감안할 때 1 M KCl용액을 일정주기로 교환해줄 필요없이 2일마다 교반침적만 하면 5일 이후 3% 농도의 칼륨(K+) 이온이 흡착된 최적의 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 제조할 수 있음을 확인한 결과이기도 하다.
[
실시예
2] 지효성 비료 처리를 통한 작물의 생육반응 조사
상기 제조예 1에서 제조된 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리를 통한 작물의 생육반응을 조사하였다.
공시작물로는 고추와 엽채류 케일 종자를 구입하여 실온에서 12시간 동안 침지 후 28℃의 배양기를 통해 강제발아 된 종자를 50공 트레이에 파종하였으며, 유리온실 조건하에서 30일간 육묘 치상하여 가시적으로 유사하게 선별하여 균일하게 이식하였다. 이식한 유묘의 소질은 하기 표 1 및 2와 같고, 이식 전의 경종방법은 농촌진흥청의 표준재배법에 준하여 재배하였다.
상기 재배된 공시작물들은 순천대학교 부속농장 밭 포장에 정식하였고, 암모늄(NH4 +) 이온과 칼륨(K+) 이온이 흡착되어 있는 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 작물별 시비처방기준(농촌진흥청 농업과학기술원, 1999)에 의거한 고추와 케일의 비료사용 적정량은, 일반 화학비료와 대비하여(Control=전량 원예용 복합비료, Zeolite 추비=원예용 복합비료 기비 및 멀칭재배 작물용 지효성 비료 추비, Zeolite 기추비=전량 멀칭재배 작물용 지효성 비료 비료) 처리하였고 퇴비와 석회는 각각 1,500 kg/10a 와 200 kg/10a를 시험 전 전량 처리하고 혼합하였다. 시험구는 완전임의배치법 3반복으로 배치하였고, 비료처리 후 검은색 폴리에칠렌 필름으로 멀칭한 다음 유묘를 이식하였다. 고추의 주간거리를 40 ㎝로 20주씩 1휴를 1구로 하였고, 케일은 주간 30 ㎝, 휴간 30 ㎝로 10주씩 2휴를 1구로 하여 유묘를 식재한 후 생육관리 하였다.
(1) 고추의 생육 조사
고추의 생육반응을 조사하기 위하여 농업과학기술 연구조사분석기준(농촌진흥청 농업과학기술원, 2003)에 준하여, 고추 이식 후 초장, 엽수, 생체중, 엽면적, 엽록소함량 등을 조사하였다. 엽면적은 WinRhizo(Regent Instruments Inc. Canada)system을 사용하여 측정하였으며, 엽록소함량(Y)은 엽록소 측정기기(SPAD-502, Minoita, Japan)로 측정한 엽록계수(X)를 하기 식에 의하여 계산하였다(日本土壤肥料學會, 1988).
또한 수량반응을 검토하기 위하여 약 2주에 1회 고추의 적과를 수확하여 적과수, 생체중 및 건체중을 조사하고 누적치를 계산하였다.
그 결과, 도 5 내지 도 6의 도면에서도 확인할 수 있듯이, 이식 후 3 내지 6주가 경과한 초기 고추의 생육반응은 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 추비 처리구 〉기추비 처리구 〉무처리구 순으로 생육이 모두 좋았으며, 12 내지 18주 후에서는 기추비 처리구 〉추비 처리구 〉무처리구 순으로 생육의 향상을 확인하였다. 이는 작물의 후반기 생육에 있어서 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 효과 발현을 확인한 것이며, 또한 비료성분의 효율적인 담체로 비료성분의 치환해리가 조절되는 차세대 청정 제올라이트 비료로서 비료성분 효율성을 극대화한 것을 확인한 결과이기도 하다.
(2) 케일의 생육 조사
케일의 생육반응을 확인하기 위하여 농업과학기술 연구조사분석기준(농촌진흥청 농업과학기술원, 2003)에 준하여, 케일 이식 후 경시적 주기로 케일을 수확하여 엽수, 생체중, 엽장, 엽폭 등을 조사하였고, 조사값을 바탕으로 하여 주당 엽수와 누적치 및 1개 엽당 생체중 등을 계산하여 수량을 검토하였다.
그 결과, 도 7 내지 11의 도면에서도 확인할 수 있듯이, 이식 후 6주 후부터 2주 간격으로 6회 수확한 엽수와 무게의 누적치를 조사한 결과 케일의 생체중이 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 추비 처리구 및 기추비 처리구 모두에서 증가하였으며, 작물의 후반기 생육에 있어서는 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 구 모두에서 엽면적 크기 뿐 아니라 각 주당 잎의 개수가 증가하여 수량이 많아지는 것을 확인하였다. 이는 상기 고추의 생육조사에서 확인한 결과와 유사한 결과로서 본 발명에 따른 멀칭재배 작물용 지효성 비료가 비료성분의 최대흡착 보유와 치환해리성이 조절되는 차세대 청정 제올라이트 비료로서 비료성분 이용효율을 극대화한 것을 확인한 결과인 것을 다시 확인한 것이다.
[
실시예
3]
멀칭재배
작물용 지효성 비료 처리 후 토양 화학적 특성 조사
(1) 암모늄의 경시적 농도변화
멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 토양 화학적 특성을 조사하기 위하여, 시험 중 경시적으로 재배 포장의 토양시료는 채취 직후 암모니아태 질소를 분석하였으며, 치환성질소는 1M 염화칼륨(Potassium chloride) 용액으로 교반침출 하였고, 수용성 질소는 증류수로 교반침출 하여 Kjeldahl법으로 암모니아태 질소(NH4-N)와 질산태 질소(NO3-N)를 분석하였다.
(가) 고추 재배토양 중 질소변동 조사
멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 염화칼륨(Potassium chloride) 용액으로 침출하여 암모니아태 질소(NH4-N)의 농도를 경시적으로 조사한 결과, 도 12에서도 확인할 수 있듯이 초기에는 298ppm, 3주 경과 후에는 174ppm 및 6주 경과 후에는 134ppm 수준을 나타낸 무처리구(control)에 비하여 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 807ppm, 296ppm 및 203ppm을 나타내었고, 기추비 처리구는 각각 1007ppm, 354ppm 및 218ppm으로 조사되어 암모니아태 질소(NH4-N)의 농도가 월등히 높은 수준으로 유지됨을 알 수 있었고, 시간경과에 따라 점차적으로 감소되는 것을 확인하였다. 그리고 증류수로 침출하여 암모니아태 질소(NH4-N)의 농도를 경시적으로 조사한 결과, 3주 경과 후 100ppm, 6주 경과 후에는 955ppm 수준을 나타낸 무처리구에 비하여 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 110ppm과 100ppm을 나타내었고, 기추비 처리구는 각각 142ppm과 112ppm으로 조사되었다.
또한, 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 암모니아태 질소(NH4-N)와 동일한 방법으로 질산태 질소(NO3-N)의 농도를 조사한 결과, 초기에는 무처리구와 추비 및 기추비 처리구가 1277ppm과 2269ppm 및 2950ppm으로 조사되었고, 3주 경과 후에는 각각 880ppm과 988ppm 및 1037ppm을 나타났고, 6주 경과 후 각각 542ppm, 641ppm 및 735ppm으로 나타나서 암모니아태 질소(NH4-N)의 농도의 패턴과 유사한 경향을 확인할 수 있었다.
상기의 결과로부터 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 기존 제올라이트의 보비력을 획기적으로 증가시킨 것으로, 식물체가 이용할 수 있는 비료성분들을 보유하고 이를 토양용액 중으로 서서히 용출시켜 비료의 이용성을 향상시킨 것을 확인한 결과이기도 하다.
(나) 케일 재배토양 중 질소변동 조사
멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 염화칼륨(Potassium chloride) 용액으로 침출하여 암모니아태 질소(NH4-N)의 농도를 조사한 결과, 도 14에서도 확인할 수 있듯이, 대조구는 초기와 3주, 6주에 208ppm, 160ppm 및 124ppm으로 조사된 것에 비해 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 각각 708ppm, 205ppm 및 173ppm으로 조사되었고, 기추비 처리구는 각각 812ppm, 246ppm 및 181ppm으로 대조구보다 크게 증가되었으며, 증류수로 침출한 암모니아태 질소의 경우에서도 3주와 6주 경과 후 대조구는 103ppm과 92ppm으로 조사되었고, 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 108ppm과 95ppm을 나타냈고, 기추비 처리구는 117ppm과 98ppm으로 조사됨으로서, 즉 상기 고추 재배토양과 유사한 경향을 확인하였다.
또한 멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 동일한 방법으로 질산태 질소(NO3-N)의 농도를 조사한 결과, 치환성 질산태 질소(NO3-N)는 초기와 3주 후 및 6주 후에 대조구가 1608ppm, 719ppm 및 429ppm으로 조사되었고 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 각각 2097ppm, 801ppm 및 442ppm을 나타냈고 기추비 처리구는 2687ppm, 814ppm 및 514ppm으로 조사되었으며, 수용성 질산태 질소(NO3-N)는 3주 후와 6주 후에 대조구가 923ppm과 388ppm으로 조사되었고 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 각각 955ppm, 393ppm을 나타냈고 기추비 처리구는 1203ppm, 493ppm으로 조사되어 암모니아태 질소 농도의 변화와 유사한 경향을 확인할 수 있었다.
케일 재배토양 중 질소이동을 조사한 결과는 상기의 고추 재배토양 중 질소이동의 결과에서와 마찬가지로 기존 제올라이트의 보비력을 획기적으로 증가시킨 것으로, 작물생산 에너지를 크게 절약시킬 수 있는 것을 확인한 결과이기도 하다.
(2) 칼륨의 경시적 농도변화
멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리 후 토양 화학적 특성을 조사하기 위하여, 시험 중 경시적으로 재배 포장의 토양시료는 채취 후 칼륨을 분석하였으며, 치환성칼륨 1M 암모늄 아세테이트(Ammonium acetate) 용액으로 교반침출 하였고, 수용성 칼륨은 증류수로 교반침출 하여 유도결합플라즈마분광광도계(ICP, ICPE-9000, SHIMADZU, Japan)를 이용하여 측정하였다.
(가) 고추 재배토양 중 칼륨변동 조사
멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 암모늄 아세테이트(Ammonium acetate) 용액으로 침출하여 칼륨(K)의 농도를 경시적으로 조사한 결과, 도 16에서와 같이, 초기에는 약 3.45 cmol/kg을 나타낸 무처리구(control)에 비해 멀칭재배 작물용 지효성 비료 추비 및 기추비 처리구는 각각 4.28 cmol/kg과 5.04 cmol/kg 수준으로 칼륨(K)의 농도가 조사되었으며, 이후 3주가 경과하여 각각 0.98 cmol/kg, 1.10 cmol/kg 및 1.37 cmol/kg으로 조사되었고, 6주 후 각각 0.71 cmol/kg, 0.80 cmol/kg 및 0.97 cmol/kg으로 조사되어 시간경과에 따라 점차적으로 감소하였으나 그 경향은 유지되는 경향을 보였다.
또한 증류수로 침출하여 칼륨(K)의 농도를 경식적으로 조사한 결과, 초기에 무처리구와 멀칭재배 작물용 지효성 비료 추비 및 기추비 처리구가 0.56 cmol/kg, 0.69 cmol/kg 및 0.87 cmol/kg으로 조사되었고, 3주 후 각각 0.13 cmol/kg, 0.15 cmol/kg 및 0.17 cmol/kg으로 나타났으며, 6주 후는 0.08 cmol/kg, 0.11 cmol/kg 및 0.13 cmol/kg으로 조사됨으로서 치환성 칼륨의 패턴과 유사한 형태로 멀칭재배 작물용 지효성 비료 처리구의 고함량의 칼륨 상태를 유지함을 확인할 수 있었다.
상기의 결과로부터 본 발명의 멀칭재배 작물용 지효성 비료는 작물 근권토양 중 질소뿐만 아니라 칼륨의 보비력을 증가시킴으로서 비료의 이용성을 향상시킴을 확인하였다.
(나) 케일 재배토양 중 칼륨변동 조사
멀칭재배 작물용 지효성 비료를 처리한 토양을 암모늄 아세테이트(Ammonium acetate) 용액과 증류수로 침출하여 칼륨(K)의 농도를 조사한 결과, 도 17에서도 확인할 수 있듯이, 치환성 칼륨(K)은 초기와 3주 후 및 6주 후에 대조구가 3.21 cmol/kg, 0.84 cmol/kg 및 0.69 cmol/kg으로 조사되었고 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 각각 4.02 cmol/kg, 0.92 cmol/kg 및 0.77 cmol/kg을 나타냈고 기추비 처리구는 4.72 cmol/kg, 1.06cmol/kg 및 0.92 cmol/kg으로 조사되었으며, 수용성 칼륨(K)은 초기, 3주 후와 6주 후에 대조구가 0.54 cmol/kg, 0.13 cmol/kg 및 0.08 cmol/kg으로 조사되었고 멀칭재배 작물용 지효성 비료의 추비 처리구는 각각 0.67 cmol/kg, 0.15 cmol/kg 및 0.11 cmol/kg을 나타냈고 기추비 처리구는 0.78 cmol/kg, 0.17 cmol/kg 및 0.13 cmol/kg으로 조사되어 수용성 칼륨 농도의 변화와 유사한 경향을 확인할 수 있었다.
케일 재배토양 중 칼륨농도를 경시적으로 조사한 결과에서도 또한 상기의 고추 재배토양 중 칼륨이동의 결과에서처럼 본 발명의 제올라이트를 활용하여 작물 근권토양 중 칼륨의 보비력을 증가시킴으로서, 작물생산 에너지의 효율성이 향상되어 멀칭재배 작물의 재배에 긍정적인 효과를 미칠 수 있음을 확인할 수 있었다.
Claims (6)
- 삭제
- 천연 제올라이트 입자를 1M 황산암모늄(Ammonium sulfate) 용액 및 1M 염화칼륨(Potassium chloride) 용액에 2 내지 10일 동안 20 내지 25시간 마다 교반하여 침적시켜 제조하는 멀칭재배 작물용 지효성 비료.
- 삭제
- 제 2항에 있어서,
상기 천연 제올라이트는 모르데나이트(Mordenite) 25 내지 35 중량% 및 클리놉틸로나이트(Clinoptilonite) 25 내지 35%를 포함하는 멀칭재배 작물용지효성 비료. - 제 4항에 있어서,
상기 천연 제올라이트는 무스코바이트(Muscovite)를 더 포함하는 멀칭재배 작물용 지효성 비료. - 제 4항에 있어서,
상기 천연 제올라이트는 입자의 직경이 0.5 내지 3 ㎜범위인 멀칭재배 작물용 지효성 비료.
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