KR101272577B1 - 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재 - Google Patents

Abstract

토생 식물 병원균을 방제하기 위한 포착 고정재 및 이의 이용 방법이 제공된다. 본 발명의 포착 고정재는 가교재로서 양이온 공급원 성분과 응집재로서 폴리아크릴아마이드를 포함하여 이루어지며, 토생 식물 병원균, 특히 뿌리혹 병원균의 생활환 과정 중의 한 단계에서 생성되는 유주자에 의한 작물의 병 발생을 방제하므로 종래 뿌리혹 방제를 위하여 사용되어 농약 사용이 배제되므로 친환경 농업 추세에 부합한다.

Description

토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재{A CONTROLLING AGENT FOR ENSNARING AND IMMOBILIZING ZOOSPORES OF SOIL-BORNE PHYTOPATHOGENS}

본 발명은 토생 식물 병원균을 방제하기 위한 포착 고정재 및 이의 이용 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 밭 토양의 토생 식물 병원균(soil-borne phytopathogens)의 생활환 과정 중의 한 단계에서 생성되는 유주자(zoospore)에 의한 작물의 병 발생 방제를 목적으로 하는 포착 고정재와 그 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명의 대상 작물은 주로 배추, 양배추, 카놀라(canola, 캐나다 유채의 일종), 아보카도, 무우, 케일, 등의 십자화과(Cruciferous) 작물이다.

뿌리혹병(Clubroot disease)을 일으키는 병원균은 플라스모디오포라 브라시카(Plasmodiophora brasicae Woronin)로서 주로 십자화과(Crusiferous) 채소에 가장 큰 병해를 일으킨다. 이 병원균은 거의 모든 십자화과작물을 침해하여 해를 입히며, 뿌리에 혹을 발생시켜서 이들 작물의 뿌리를 통한 작물 지상 부위에의 양분, 수분 공급을 차단시켜서 작물이 시들게 되고 나아가서 고사되기 때문에 작물 재배 농가에게 커다란 경제적 손실을 초래한다. 이 병은 배추, 양배추, 카놀라(canola, Canada 유채 일종), 아보카도(avocado) 등 십자화과 작물의 뿌리에 감염하여 혹을 만드는 병균으로 전형적인 연작 장해(連作 障害)의 일종이다. 우리나라에서는 오래 전부터 병해를 일으키는 병원균으로, 특히 고랭지(高冷地), 경기 북부와 강원도, 예를 들면 영월군, 태백시, 강릉, 홍천군, 양구와, 전남 해남 등지의 겨울배추 재배지에서도 발생하며, 포장 발병율이 80% 이상으로 수확을 하지 못하는 경우도 많다. 병든 포기는 생육이 부진하고 푸른 상태로 시드는데 뿌리에 혹이 생기므로 일부 농가에서는 뿌리혹 선충으로 오인하기도 한다. 과습하고 배수가 잘되지 않는 포장과 토양산도가 6.0 이하인 산성토양에서 발생이 많다.

현재 뿌리혹병을 방제하는 방법으로는 주로 윤작하거나, 농약을 사용하는 방법이 주로 이용되고 있다. 윤작을 위한 대체작물로는 무, 대파, 감자 양파를 들 수 있으며, 이들 대체작물로 윤작할 경우, 배추 연작 포장에 비해 평균 50% 이상이 방제되는 것으로 나타났다. 그러나, 이 병원균은 토양내 휴면포자 상태로 7~10년간 생존할 수 있기 때문에 완전히 방제하기가 어려우며, 10여 가지가 넘는 변종이 있는 것으로 알려져 있어, 병원균의 변이 문제도 뒤따르는 난방제 병해이다. 이 병을 방제하기 위하여 합성농약이 주로 사용되나 방제효과가 만족스럽지 못할 뿐만 아니라, 농약의 잔류 토양 축적, 강우에 의한 유출 등 환경오염과, 태양광에 의한 분해, 대기 중 휘산 등에 의한 환경에의 부하가 문제이다.

그 밖에 생물 농약의 출현으로 농약 피해는 다소 완화되고 있으나, 생물을 이용하는 경우, 제품으로서의 유효기간이 짧은 점 등 어느 면에서 보더라도 문제가 없는 농약은 알려져 있지 않다.

또한 이 병은 사상균에 기인하는 병해이기 때문에 산성 토양에서는 뿌리혹 병원균의 활성이 높아, 발병을 촉진하지만 중성 내지 알카리성 토양에서는 뿌리혹병의 활성이 약화되어 발병이 억제되는 것으로 알려져 있다. 이 때문에, 뿌리혹병의 발병 대책으로서 석회 자재를 시용하여 토양의 pH를 높이는 조치가 취해졌지만 아직 억제효과는 충분하지 않으며 석회과다 시용으로 인한 붕소 결핍 등 생리장애 등의 문제점이 지적되고 있다. 본 병에 대한 살균제의 유효성이 인정되어 뿌리혹병의 다발 지역에 다량의 살균제가 산포되어 병 발생은 억지된 것 같지만 배추 재배 산지의 증가에 따라서 뿌리혹병은 다발하게 되었다. 이들 지역에서는 뿌리혹병 대책으로서 살균제에 의존하는 경향이 강하고, 살균제의 대기 중에의 휘산 또는 토양 중에의 잔류함에 따라서 환경에의 나쁜 영향이 주목을 받고 있다.

따라서, 본 발명은 농약과는 무관한 방법으로 안정적인 토양 병해 발병 억지효과가 있고, 환경에 대한 오염 부하가 적으며, 최근의 친환경 농업 추세에 알맞은 새로운 뿌리혹 병원균 방제제 및 이의 사용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명자는 십자화과 식물, 특히 배추의 뿌리혹 병원균을 친환경적으로 방제하기 위하여 집중적으로 연구한 결과, 뿌리혹병의 발생 메카니즘에 주목하여, 뿌리혹 병원균의 생활환 과정에서 생성되는 유주자가 이 질병을 일으키는데 핵심적인 역할을 한다는 사실에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 따라서, 본 발명의 대상 병원균으로는, 전술한 뿌리혹 병원균인 플라스모디오포라 브라시카(Plasmodiophora brassicae Woronin) 이외에도 유주자를 생활환에 포함하는 다른 유주자 병원균(zoosporic pathogens), 이를 테면 피토프토라(phytophthora)속, 피티움(pythium)속, 아파노마이세스(afanomyces)속의 균을 들 수 있으며, 이들 균들은 모두 본원발명의 방제제에 의한 사멸 대상이 된다.

본 발명에서는 토양 시용 자재, 특히 십자화과 작물에서 발생하는 뿌리혹병, 역병 등의 여러가지 유주자 병원균 활동을 억제하여 병해 발생을 방지하는 뿌리혹병 포착 고정재를 제공한다.

십자화과 작물에 발생하는 뿌리혹병원균의 발병을 억지하기 위하여 토양 구조, 배수 증진, 단립 형성 등 토양 물리적 성질을 개변하여 소기의 목적을 달성할 수 있는 뿌리혹병원균 등 포착, 고정 자재를 개발하였다.

즉 본 발명에서는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 미생물의 토양 흡착 성질, 특히 양이온을 토양 현탁액에서 방출하는 칼슘, 알루미늄, 철, 마그네슘 등 1가 내지 3가의 양이온을 가교재로 하여 음전하를 가지고 있는 식질토의 점토, 뿌리혹 병원균 등을 결합 부착시키고 포고재에 함유된 응집재의 단립(團粒) 형성 작용을 이용하여 그 균을 응집물에 포착고정시켜서 균의 활동을 방지시키는 접근 방법을 개발하였다. 본 발명에서 식질토(claye soil)라 함은 사토(砂土)와 대비되는 개념으로 일반적으로 점토, 황토 등을 함유하는 점질토를 가리킨다.

전술한 바와 같이, 작물에 병해를 발생시키는 병원균을 방제하는 기존의 일반적 방법은 합성 농약을 사용하는 것이며, 뿌리혹병 방제의 경우, 윤작 등의 방안도 시행되고 있다. 그러나 본 발명에서는 뿌리혹 병원균이 생식(生息)하고 있는 토양에서 병균을 산 채로 포착해서 이를 움직이지 못하게 고정시켜 버림으로써, 균의 생활 환경을 변화시켜 호흡곤란을 일으켜 종국적으로 병균을 사멸시키는 방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여, 본 발명에서는 유주자 뿌리 감염 병원균(ZRIP: zoosporic root infection pathogen)의 십자화과 작물에 대한 병 발생을 억제하는 방법으로서, 이 병균이 생식하고 있는 밭 토양과 유거(流去, runoff) 탁수에 유입되는 점에 주목하여 유주자 뿌리 감염 병원균(ZRIP)를 토양 점토 콜로이드와 결합시켜 단립(團粒) 형성체 안에 포착고정시켜서 병균을 불활성화시키고, 나중에 스스로 사멸되게 하는 신개념의 방제제를 제공한다.

이에 따라 본 발명자는 뿌리혹병을 억제하기 위하여 새로운 기술을 개발할 목적으로 토양 중에서의 뿌리혹 병원균의 행동에 대해서 연구하였다. 뿌리혹 병원균은 토양 중에서는 직경이 대체로 2 ㎛의 구형으로 된 휴면포자(休眠胞子)로서 생식(生息)하고 있다. 십자화과 작물 뿌리가 이 휴면포자에 접근하면 어떤 자극에 의하여 휴면포자는 발아하여 제1차 유주자(遊走子, zoospore)가 생성된다. 이것이 뿌리털에 감염하면 근모(根毛)의 세포 중에 유주자낭(遊走子囊)을 형성하여 그 안에서 제2차 유주자가 생성 된다. 이 제2차 유주자가 근모 중에서 방출되어 주근(主根) 또는 측근(側根)의 피층(皮層) 세포에 감염하면 거기서 증식하여 뿌리의 세포를 이상 증식시킨다. 그 결과 유관속은 압박되어 토양 중에서 지상부에의 수분 과 양분의 공급은 정지되기 때문에 배추 지상부의 생육은 극심하게 억제된다. 즉 휴면포자의 제1차 감염이 뿌리혹병 발병의 발단이 된다.

뿌리혹병 휴면포자의 밀도는 뿌리혹병의 발병에 크게 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 즉 보통 토양 중의 휴면포자 밀도는 토양 1g 당 10의 네 제곱 정도 이상에서 발병하기 쉽고, 토양 1g당 10의 6 제곱 이상에서 격발(激發)한다. 따라서 휴면포자 밀도를 토양 1g당 10의 네 제곱 이하로 감소시키면 발병을 억제할 수 있을 것이다. 직경 2 ㎛ 정도의 구형으로 된 휴면포자는 콜로이드 입자로서 행동을 한다. 이 구형 표면상은 음전하(negative charge)로 대전되어 있다. 또 한편으로는 토양 중의 구성 성분인 점토와 부식 또한 콜로이드 입자이며 일반적으로는 음전하를 가지고 있다. 이 때문에 토양 중에서는 휴면포자의 음전하와 점토나 부식의 음전하는 반발하여 휴면포자는 토양 중에 균일하게 분포하여 있게 되고 토양 수중을 유영할 수 있게 된다. 이 상태에서 토양 중에 양전하를 가지는 자재를 시용하면 휴면포자는 그 자재에 흡착되므로 토양 수중의 활동은 제한받게 된다. 그 결과 토양 중의 휴면포자 밀도는 저하 될 것이다. 즉 토양 중의 휴면포자를 전기적 흡인력에 의하여 포착하여 그 행동을 제한하면 뿌리혹병의 발병은 억제되리라는 데 착안하였다.

또한 뿌리혹병 병원균의 유주자는 토양 중의 물을 따라 이동하므로, 본 발명에서는 유주자의 유영을 방지하여 뿌리혹병의 발병을 억제하는 것이다.

토양이 단립(單粒)구조로부터 단립(團粒)구조로 바꿔지면, 즉 토양 알갱이가 집괴되어 뭉쳐지면 공극이 커져 토양의 투수 속도가 빨라져서 배수가 잘 된다. 이렇게 되면 뿌리혹병원균의 감염원인 유주자(遊走子)는 유영 활동을 못하게 되어 활성을 잃게 되는 것이다.

이와 같이 유주자 뿌리혹병 감염균을 토양 중에서 포착 및 고정시키기 위한 본 발명의 포착(捕捉)·고정(固定) 자재를 이하에서는 간단히 포고재(捕固材)(영문으로는 EIM: ensnaring and immobilizing material)라 칭하기로 한다.

전술한 바와 같이, 토생 식물 병원균, 특히 뿌리혹 병원균의 유주자의 유영 방지 및 토양 구조의 개선에 주목하여 개발된 본 발명의 유주자 방제용 포고재는:

- 가교재로서 1가 내지 3가의 양이온 공급원; 및

- 응집재로서 음이온성 폴리아크릴아마이드(PAM)를 포함하여 이루어진다.

양이온으로서는 K⁺, Ca^{2 +}, Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +} Mg^{2 +}, Cu^{2 +} 등의 금속 양이온을 사용할 수 있고, 이들의 구체적인 공급원으로서 석고, 인산석고 비료, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드(Al(OH)₃Cl₃), 황산동(CuSO₄·5H₂O)을 들 수 있다. 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철 등의 염화물과 구리 공급원으로서 사용되는 황산동은 살균효과가 있어 본 발명의 목적에 더욱 적합하게 사용될 수 있다. 황산동의 경우 1-10 ppm Cu를 제공하는 농도, 즉 3.93 내지 39.3 mg CuSO₄·5H₂O/liter의 농도로 사용하는 것이 좋다.(황산동 분자량: 249.68; % Cu = 63.546/249.68= 0.2545(25.45% Cu)-->1-10 ppm Cu = 3.93 - 39.3 mg CuSO₄·5H₂O/liter).

한편, 본 발명의 유주자 방제용 포고재는 과립상으로 제공될 수 있으며, 과립상 포고재는:

- 양이온 공급원으로서 석고 또는 인산 석고 비료;

- 응집재로서 음이온성 폴리아크릴아마이드를 함유하고,

- 부가적으로 점토 함량이 50 내지 85 중량%인 식질토

를 포함하여 이루어진다.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 과립상 포고재는

- 점토 50 내지 85 중량%의 양으로 함유하는 식질토 3 내지 25 중량%;

- 석고 또는 인산 석고 70 내지 95 중량%; 및

- 음이온성 폴리아크릴아마이드 1 내지 10 중량%

를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 유주자 방제용 포고재는 액상으로서도 제공될 수 있으며, 액상 포고재는:

K⁺, Ca^{2 +}, Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +} Mg^{2 +}, Cu^{2 +} 등의 금속 양이온을 사용할 수 있고, 이들의 구체적인 공급원으로서 석고, 인산석고 비료, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드(Al(OH)₃Cl₃), 황산동(CuSO₄·5H₂O)을 들 수 있다. 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철 등의 염화물과 구리 공급원으로서 사용되는 황산동은 살균효과가 있어 본 발명의 목적에 더욱 적합하게 사용될 수 있다.

- 양이온 공급원으로서 석고, 인산석고 비료, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드(Al(OH)₃Cl₃), 황산동(CuSO₄·5H₂O)중에서 선택된 1종 이상의 성분의 수용액 10 내지 150 ppm;

- 가교재로서 음이온성 폴리아크릴아마이드 에멀젼 또는 수용액 5 내지 100 ppm

를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 포고재에 사용되는 성분들에 관하여 설명한다.

가교재 성분

본 발명의 포고재에서 가교재로서 사용되는 양이온 공급원은 본 발명의 방제 대상인 뿌리혹 병원균 등의 미생물과 응집재 성분인 음이온성 폴리아크릴아마이드를 전기화학적으로 중화시키기 위하여 사용한다(도 2 참조). 양이온으로서는 K⁺, Ca²⁺, Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +}, Mg^{2 +}, Cu^{2 +}을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 공급원으로는 석고, 또는 인산석고 비료, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드, 황산동 등을 들 수 있다.

양이온 공급원 중 칼슘 공급원인 석고와 인산석고 비료는 과립상 포고재에 사용되며, 사용량은 포고재 전체 중량에 대하여 70 내지 95 중량%의 양으로 함유되는 것이 좋다. 특히 인산석고 비료를 양이온 공급원으로서 사용할 경우 시비 효과를 함께 거둘 수 있고, 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철 등의 염화물과 황산동은 살균효과가 있어 바람직하다.

또한, 액상 포고재에 사용되는 염화칼슘, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드 수용액 등은 10 내지 150 ppm의 양으로 사용하는 것이 좋다.

전술한 바와 같이, 토양 중의 휴면포자 밀도는 토양 중에 양전하를 갖는 자재를 사용할 경우 그 자재에 흡착되므로 토양 수중의 활동이 제한받게 된다. 이에 따라 토양 중에 양전기 자재로서 칼슘 성분을 함유하는 석고 또는 인산 석고 비료를 첨가하여 가교 작용에 의하여 콜로이드 입자 간 결합을 발생시킴으로써 뿌리혹병원균의 응집 침전을 일으킬 수 있다.

특히, 양이온 공급원으로서 석고 또는 인산석고 비료를 사용할 경우 토양 현탁액에 용해된 칼슘 이온의 가교작용에 의해서 뿌리혹 병원균의 세포 표면의 음전하를 결합시키는 역할을 한다.

이 밖에도 석고 시용의 효과로 토양 구조를 개선을 들 수 있다. 석고는 토양 중 점토 콜로이드를 응집하는데 필요한 칼슘을 제공한다. 응집은 개개의 작은 토양 점토입자를 큰 입자로 상호 결합시킨다. 이 같이 만들어진 단립(團粒)은 뿌리 생육과 공기, 물 이동을 증진 시킨다. 또 석고는 토양의 물 빠짐 속도, 즉, 투수 속도를 증진시킨다. 폭우에 수반되는 지표 상의 과잉 유거(流去)를 보호하여 침식을 방어하는데 도움을 준다.

석고는 과다한 나트륨, 팽윤 점토를 함유한 토양의 담수 상태에서 토양의 배수 능력을 개선한다. 따라서 담수 상태에서 유주자의 유영에 의한 기주 작물 뿌리 접근을 억지하는 작용도 행한다.

또한, 토양에 석고를 첨가하는 것은 응집재인 수용성 폴리머, 즉 음이온성 폴리아크릴아마이드(PAM)에게 유익한 이익을 가져다준다. 즉, 토양 구조를 개변하기 위하여 사용하는 음이온성 폴리아크릴아마이드에 대하여 석고 중 칼슘은 토양 조성 성분인 점토 콜로이드와 결합하는 기작을 하게 하는 것이다.

포고재에 가교재로서 함유되는 석고는 양이온의 가교 작용 이외에 포고재에 함유된 수용성 폴리머인 음이온성 폴리아크릴아마이드(PAM)와 결합되어 토양의 수식(water erosion)과 풍식(wind erosion)을 감소시켜서 밭 토양 지표면의 미세 입자의 분산 방지와 비산 방지 역할을 행한다. Holloway, Inc; http://www. hmhgypsum.com/about.htm) 참조.

응집재

본 발명에서 응집재로 사용하는 음이온성 폴리아크릴아마이드(PAM)는 12-15 Mg/mol, 하전 밀도 18-30%의 합성 음이온성 폴리아크릴아마이드인 것이 좋다. PAM은 토양 입자를 코팅하여 뿌리혹 병원균 유주자를 포착하는 효과를 제공한다. 과립상 포고재에 사용될 경우 그 함량은 1 내지 10 중량%인 것이 좋고, 액상 포고재에 함유될 경우 5-100 ppm의 양으로 사용하는 것이 좋다.

식질토( 埴質土 : clayey soil )

본 발명의 과립상 포고재에 사용되는 식질토는 점토 함량이 50 내지 85 중량%인 것을 사용하고 점토의 주광물은 카올리나이트와 기타 광물의 1:1형 점토광물인 것이 좋다. 본 발명에 사용된 식질토는 경기도 파주군, 연천군, 전곡, 철원군 동송면 내, 전남 광산군의 광산토 등을 채취하여 사용하였다. 이들 파주, 전곡, 철원 동송면 토양의 모재(parent material)는 모두 현무암을 모암으로 하느 토양이며, 토양 분류학적으로는파주토와 전곡토는 Aquic Hapludalfs; 동송토는 Typic Epiaqualfs이다. 광산토는 Typic Hapludults 토양이며, 화강암 풍화 토양이다. 이들 토양은 대체로 식질계의 적황색토(Red-yellow soil)라고도 부르고 있고, 점토 중의 점토광물은 1:1형이며, 카올리나이트를 주 광물로 하여 구성되어 있다.

식질토의 사용량은 포고재 전체 중량에 대하여 3 내지 25 중량%인 것이 바람직하다. 식질토는 그 자체로 미생물을 흡착시키는 능력이 있으므로, 본 발명의 포고재에 따른 단립화 효과 및 유주자의 유영 방지 효과를 증대시키기 위하여 사용한다.

석고(또는 인산 석고)에 의한 응집 조건의 설정

식질토의 점토 콜로이드와 뿌리혹 병원균(구형) 콜로이드의 크기는 비슷하다. 즉, 점토의 크기는 0.002 mm 이하이고, 구형의 형태를 가진 뿌리혹 병원균의 크기는 약 0.002 mm로 알려져 있다. 따라서 두 콜로이드 입자는 현탁액에서 같은 거동을 취한다고 본다. 입자의 부유, 분산, 응집 모두 똑같이 행동한다고 본다. 토양-토양수분의 현탁액에서 콜로이드 상태에서 부유하고 있는 현탁 고체(suspended solid, SS) 들이다. 병원균을 응집 침전시켜서 병원균의 활동을 불활성화 하기 위해서 응집 조건을 설정해야 한다. 콜로이드 입자 간의 결합 발생은 똑같은 음전하(negative charge)의 정전기적 반발력과 van der Waals 인력 간의 힘은 van der Waals 인력이 우세하므로 콜로이드 입자의 상호 접근 응집은 가능하게 된다. 이때 응집은 석고에서 유래된 칼슘 농도에 의존한다. 실험 결과, 석고 1 리터 당 칼슘 0.001 mol 정도까지 농도를 증가시키는 방법이 안전하고 실용적인 응집 처리가 된다.

본 발명의 포고재는 과립형과 액체형으로 제공될 수 있으며 각각의 제조 방법은 다음과 같다.

과립상 포고재의 제조

본 발명의 포고재는 카올리나이트 등과 같은 점토 광물을 함유하고 있는 식질토(점토 함량 50-85%),(2) 양이온 공급원인 가교재,(3) 응집재로 구성되어 있다. 먼저 가교재로서 농토에 사용하는 석고 또는 인산석고 비료와 음이온성 폴리아크릴아마이드(anionic PAM, 12-15Mg/mol, 하전 밀도 18-30%)를 섞은 다음에 식질토를 첨가한다. 이 세 가지를 다시 잘 혼합한 다음 가루로 만든 다음, 과립 크기가 직경 0.5 mm 이하가 되도록 과립화하여 사용한다.

액상 포고재의 제조

액상 포고재에 사용되는 PAM은 에멀젼 형태로 된 것을 구입하여 사용하거나, 분말상 또는 입상인 PAM을 용액 형태로 만들어서 사용한다. 에멀젼형 PAM 또는 분말 또는 입상의 음이온성 PAM(12-15 Mg/mol, 하전 밀도 18-30%)의 5 - 100 ppm, 좋기로는 10-50 ppm PAM 수용액에 양이온 공급원, 예컨대 20-60ppm의 염화칼슘액을 혼합한다. 이 PAM + 염화칼슘(Ca 공급원) 혼합액을 토양에 산포할 때는 1 평방 m 당 10-12 리터를 산포한다.

또한 부가적인 양이온 공급원으로서 알루미늄 공급원, 예컨대 황산알루미늄이나 폴리알루미늄 클로라이드를 5 - 50 ppm, 좋기로는 10-20 ppm의 양으로 혼합하여 제조한다. 이 밖에 Fe, K, Mg 등의 기타 양이온을 혼합할 때도 5 - 50 ppm, 좋기로는 10-20 ppm 용액 농도로 조제하여 5-100 ppm, 좋기로는 10-50 ppm PAM 용액 과 혼합하여 사용한다. 부가적인 양이온 공급원으로서 황산동을 사용할 경우, Cu 1-10 ppm의 농도가 되도록 사용한다. 액체 포고재의 시용량은 대상 토지 1 평방 미터 당 10-12 리터의 양인 것이 좋다.

상술한 바와 같이 본 발명의 포고재는 기존의 살균제나 농약과는 달리 환경에 미치는 영향은 적으면서 토양 중에 다량 시용이 가능한 자재를 사용하므로 친환경적으로 배추 뿌리혹병을 방제할 수 있다. 본 발명의 포고재 중에는 양이온 전해질 가교재와 콜로이드 응집제가 함유되어 있어서 토양-수분계 현탁액 중의 부유 현탁 콜로이드(토양 과 뿌리혹병원균)를 응집 시켜서 침전은 침강 된다. 침강된 침전물에는 뿌리혹병원균이 포착 고정되어 있다. 따라서 뿌리 혹에 의해서 차단되어 있던 토양(土壤), 수분(水分)은 지상 부위로 재공급이 되면서 작물은 정상적인 생육이 가능해 진다. 뿌리혹병원균 뿐만 아니라 같은 기작으로 발병되는 유사 병원균, 즉, 유주자를 감염원으로 하는 병균과 그 기주 작물, 묘목(苗木)도 포고재를 사용하면 발병 억지는 가능 하다.

도 1은 뿌리혹 병원균에 감염된 배추의 뿌리를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 포고재가 토양 중에서 유주자를 전기화학적으로 중화시켜 포착, 고정하는 메카니즘을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 유산균을 대상으로 한 본 발명의 제조예 1에 따른 과립상 포고재 처리군과 무처리 대조군의 균사체 콜로니 생성여부를 비교한 사진이다. 본 발명의 포고재 처리군에서는 유산균 생육이 억제되어 균사체가 생성되지 않았으나, 대조군에서는 균사체 콜로니가 생성된 것을 확인할 수 있다.
도 4는 음이온성 PAM을 각각 100 ppm과 50 ppm으로 처리한 토양 입자의 응집 정도를 비교한 사진이다. 토양에 PAM을 시용하면 토양 입자는 응집되기 때문에, 토양 입자가 잘 분산되지 못한다. PAM을 100 ppm 함유한 경우가 50 ppm 함유한 경우에 비해 토양 입자의 응집 효과가 더 우수하였다.이는 토양의 단립(團粒) 형성이 더 잘 되기 때문이다.

실시예

제조예 1: 과립상 포고재의 제조

인산석고 비료(남해화학 제품) 880 g(88 중량%)과 음이온성 폴리아크릴아마이드(Cytec Industries, Inc., 미국 뉴저지 소재) 20 g(2 중량%)를 혼합한 후 여기에 철원군 동송면 지역에서 채취한 식질토 100 g(10 중량%)를 첨가한 후 잘 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 철제 절구를 이용하여 분말화한 후, 체로 분리하였다. 잘 걸러진 분말을 반죽기에 시료를 넣고 수분을 첨가, 회전시켜 직경 분포가 0.2 내지 0.5 mm인 과립으로 만든 다음 건조시켰다.

제조예 2: 과립상 포고재의 제조

인산석고 대신 석고 900 g(90 중량%)와 음이온성 폴리아크릴아마이드 30 g(3 중량%) 및 식질토 70 g(7 중량%)를 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방식으로 과립상 포고재를 제조하였다.

제조예 3: 과립상 포고재의 제조

인산석고 880 g(88 중량%) 대신 인산석고 500 g(50 중량%)와 석고 380 g(38 중량%)을 혼합 사용하는 한편, 황산동 5 ppm 용액 10 ml 를 첨가하여 혼합 후 건조시킨 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방식으로 과립상 포고재를 제조하였다.

제조예 4: 액상 포고재의 제조

물 1 리터에 이온성 액상 PAM 에멀젼(무림 엔비테크사 제품) 40 mg을 함유하여 얻은 40 ppm 용액에, 물 1 리터 중 염화칼슘 50 mg을 함유한 염화칼슘 용액 50 ppm 용액을 혼합하여 액상 포고제를 제조하였다.

제조예 5: 액상 포고재의 제조

에멀젼형 음이온성 PAM 대신, 물 1리터에 음이온성 PAM 분말(Cytec Industries, Inc., 미국 뉴저지)을 40 mg 첨가하여 40 ppm 수용액으로 만들어서 사용한 것을 제외하고, 제조예 4와 동일한 방법으로 포고재를 제조하였다.

제조예 6: 액상 포고재의 제조

염화칼슘 용액 대신 물 1 리터에 황산동 10 mg을 첨가하여 만든 황산동 10 ppm 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 포고재를 제조하였다.

제조예 7: 액상 포고재의 제조

양이온 공급원으로서 염화칼슘 용액에 더하여 물 1 리터에 황산동 5 mg을 첨가하여 만든 황산동 5 ppm 용액을 부가적으로 더 포함시킨 것을 제외하고 제조예 4와 동일한 방법으로 포고재를 제조하였다.

실험예 1: 포고재 혼합 육묘( 育苗 ) 상토 ( 床土 ) 만들기 및 토양수분 관리

상토 한 평 당 본 발명의 제조예 1에 따른 과립상 포고재 100 g을 골고루 균일하게 혼합하여 상토를 만들었다. 씨앗을 상토에 심은 다음 물을 뿌린다. 첨가되는 물의 양은 포장 용수량 내지 포장 용수량의 70-80%에 상당하는 수분 상태가 얻어지는 양이 되도록 사용한다. 뿌리혹 병원균의 포착과 고정은 토양 입자 고상(固相, soil solid phase)과 토양수와의 계면에서 일어나는 콜로이드 응집, 침강에 기인하므로, 포고재가 최선의 기능을 발휘하기 위해서는 토양의 수분 상태는 중력수가 자연적으로 배수된 상태 내지 그 보다 20-30%의 수분이 적은 상태, 즉 포장 용수량의 70-80% 수준에서 포고재의 응집 작용이 잘 일어날 것으로 여겨진다. 이때 병균과 점토 콜로이드는 부유 상태에 있게 되는데 본 발명의 포고재를 첨가하면 균 + 점토 + PAM의 복합 단립체가 형성되어 수중에서 침강 된다. 이로써 뿌리혹 병원균의 유주자는 단립 안에 고정되어 불활성화 되기 때문에 다시 수중으로 분산 방출되지 못한다.

실험예 2: 유묘 ( 幼苗 ) 뿌리의 포고재 침지 (浸漬)

상토에 들어 있는 뿌리혹 병원균의 방제를 위하여 유묘를 본 밭에 이식하기 전야에 묘 뿌리 부분을 제조예 5에 따른 액상 포고재에 침지(浸漬, root dipping)하였다가 이식하였다.

실험예 3. 과립상 포고재의 시용

제조예 1에서 얻은 0.2-0.5 mm 크기의 과립 포고재를 밭 토양에 산포하는 방법은 비료를 주는 방법과 같은 방법으로 배추밭에 산포하였다. 이 때 포고재를 산포하고 나서 관수함으로써 현탁액으로 만들거나, 포고재를 시용한 후 그대로 방치해 두어 강수 작용에 의해 과립이 부서져서 자연스럽게 현탁액이 만들어질 수도 있다. 비가 오지 않는 경우라도, 일단 밭에 시용된 포고재는 토양 입자와 접촉해서 토양 수분과 반응하여 토양 응집이 일어나게 된다.

실험예 4. 액상 포고재의 시용

제조예 4에서 만든 액상 포고재를 배추밭 토양에 한 평 당 20-60 리터의 양으로 산포하였다. 이 때, 제조예 4에서 사전 제조한 PAM과 염화칼슘의 혼합 저장 용액(stock solution)을 현장에 가서 실제 사용 농도로 희석하여 사용할 수 있다. 액상 포고재 사용시에도, 배추밭의 함수량은 포장 용수량 상당 내지 포장 용수량의 70-80% 범위가 되도록 한다. 이 상태에서 포고재에 의하여 포획된 유주자는 다시 방출되지 못한다.

실험예 5. 밭 토양 10a(300 평) 당 포고재 시용량의 계산

포고재의 밭 토양에의 시용량은 대상 토양의 토성(土性)에 따라서 달라질 수 있으나, 대략 300평 당 30-60 Kg, 또는 1 정보 당 300-600 Kg/ha인 것이 좋다. 이 시용량의 근거는 예를 들면 양이온 공급원으로서 석고를 사용할 경우, 석고에서 유래된 Ca이 점토와 병원균을 응집시키는데 필요한 농도에 근거를 두고 있다. 농도는 실험 결과 0.001 mol/리터 이다. 이 농도와 응집이 되는 안정 범위를 잡아서 산포 량을 계산하였다. 즉,

Ca 1 mol은 40.08 g/리터. 따라서 0.001 mol/리터 x 40.08 = 0.04008 g Ca/리터

석고(CaSO₄ ·2H₂O)의 Ca % = 26.0%;

석고의 물에 대한 용해도 = 2-2.5 g/리터, 섭씨 25 도 에서

예 석고 2.0 g는 2 x 26% Ca = 0.52 g Ca/리터

토양 면적 단위 10a = 300평의 깊이 10cm일 때 수량(水量) 계산

300평 x 3.3 평방 m = 990 평방m x 0.1m = 99 입방m --- 약 100 톤으로 봄.

1 톤 = 1000kg = 1000 리터; 석고 용해도 2 g/리터 = 0.52 g Ca/리터

0.52 x 1000 리터 = 520 g/ton, 300평 물 깊이 10cm 일때 무게는

100톤이므로 520 g/ton x 100 ton = 52000 g = 52 Kg/10a를 얻는다.

현탁액 중 부유 현탁 콜로이드를 응집시키는데 필요한 석고량을 결정하기 위하여 Ca 농도가 0.1, 0.5, 1, 2, 5mM/L용액을 각각 조제한 용액들을 현탁액에 첨가하여 생성되는 현탁 고체의 침전량을 측정하여 최적값을 구하고, 이를 근거로 해서 단위 면적 당(300 평) 포고재의 소요량을 계산하였다.

본 발명의 포고재는 일정한 사용시기가 있는 것은 아니며, 기주 작물의 생육 상태를 관찰하면서 작물이 시들 때 사용해도 생육 회생이 가능하다. 대개는 밭에 포고재를 처리한 후에 작물을 이식한다. 이식된 작물의 생육 상태를 관찰하면서 필요할 때 사용한다. 보통 이식 전에 시용하며, 재차 시용할 때는 최초 시용량보다 시용량을 줄인다.

실험예 6. 유산균을 대상으로 한 균사체 형성 실험

수원시 인근 야산에서 채취한 미사질의 식양토(silty clay loamy soil)를 이용하여 균사체 형성 실험을 행하였다. 채취한 토양 시료 10 g 씩을 자재 두 개의 증발접시에 담고 유산균이 풍부하게 함유되어 있는 김치국물 10 ml를 첨가한 다음 상온의 인큐베이터에 넣고 방치하였다. 한쪽 접시에는 김치국물에 본 발명 제조예 1에 따른 과립상 포고재 1 g을 혼합하여 뿌리고 (포고재 처리군) 다른쪽 접시에는 김치국물만을 첨가하였다 (대조군). 김치국물 첨가 후 방치 2~3일 후에 두 개의 접시 모두에서 균사 콜로니가 발생한 것으로 관찰되었으며 처리 5일 경과 후, 균사발생 정도를 비교하자, 본 발명의 제조예 1에 따른 포고재가 첨가된 접시에서는 균사 발생이 현저히 억제된 반면, 김치국물만이 첨가된 대조군 접시에서는 유산균 콜로니 발생이 현저하였다. 이로부터 본 발명에 따른 포고재 처리에 의해 유산균의 균사 생성이 억제됨을 알 수 있었다. (도 3 참조)

실험예 7. 음이온성 PAM 에 의한 토양 입자의 응집 실험

실험예 6에서 사용된 것과 동일한 토양을 이용하였다. 음이온 PAM A-130 ( Cytec Industries, Inc., 미국 뉴저지)을 각각 50 ppm과 100 ppm의 양으로 처리하고, 토양 입자의 분산, 응집 정도를 무처리 대조군 토양과 비교하였다. 대조군 토양에서는 토양 입자가 분산된 것을 확인할 수 있고, 음이온 PAM 50 ppm과 100 ppm으로 처리된 토양은 100 ppm 농도에서 토양 입자가 더 잘 응집된 것으로 관찰되었다 (도 4 참조).

실험예 8. 포고재 시용이 배추 뿌리혹 병원균의 이병율에 미치는 영향

본 발명의 포고재(제조예 1, 3, 4, 7의 포고재) 처리구와 무처리 대조구, 및 참고용으로 살균효과가 있는 것으로 알려진 목초액 처리구의 총 6가지 처리구를 이용하여 배추 뿌리혹 병원균의 이병율을 구하였다. 시험은 강원도 영월군 상동읍 덕구리의 소재의, 전년도에 배추 뿌리혹병이 발병하였던 밭에 본 발명의 포고재를 상기 실험예에서 설명한 바와 같이 각각 시용한 후에 배추를 50 포기씩 이식하고, 아무런 처리도 하지 않은 밭과 목초액을 시용한 밭에도 각각 배추를 50 포기씩 이식하는 방식으로 수행하였다 (6 처리 5 반복). 시험 방법은 완전 임의배치법(completely randomized design)에 따랐다. 포고재 처리에 의한 배추 뿌리혹 병원균의 이병율을 알아내기 위하여 포장 시험을 실시하였다. 시험 면적은 약 100평이었다. 한 두둑(ridge) 당 과립 포고재는 두둑 위에 배추 묘를 심을 구덩이 하나에 3 g을 넣었다. 50 포기 한 두둑에는 135 g이 소요되었다. 액상 포고재와 목초액 처리구에는 액이 흠뻑 젖을 정도로 산포하였다. 한 두둑당 30 ~ 80 리터의 액량으로 산포하였다. 2010년 4월에 배추 묘를 심어서 8월에 수확하여 이병율을 구하였다. 각각의 배추밭에서 뿌리혹병의 감염 여부를 육안으로 관찰하여 이병율을 구하고 이를 표 1에 나타내었다. 이병율은 다음과 같이 구하였다:

이병율(%) = 배추 뿌리혹병이 발병된 배추의 포기수/총 배추 포기수(50포기)

	정상 생육 포기수	뿌리혹병에 걸린 포기수	뿌리혹병 이병율(%)
제조예 1 처리구	33 포기	17 포기	34%
제조예 3 처리구	35 포기	15 포기	30%
제조예 4 처리구	31 포기	19 포기	38%
제조예 7 처리구	35 포기	15 포기	30%
무처리 대조구	12 포기	38 포기	76%
목초액 처리구	21 포기	29 포기	58%

표 1의 실험 결과로부터 확인가능한 바와 같이, 본 발명의 제조예에 따라 제조된 과립상 또는 액상 포고재로 처리된 밭에서 생육시킨 배추의 경우 뿌리혹병 이병율이 무처리 대조구나 목초액 처리구에 비해 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 본 발명의 포고재가 뿌리혹병 병원균의 유주자를 효과적으로 포착, 고정하였음을 나타내는 것이다.

Claims (7)

1. 가교재로서 K⁺, Ca^{2 +}, Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Al^{3 +}, Mg^{2 +}, 및 Cu^{2 +}로부터 선택된 양이온 공급원 및 응집재로서 음이온성 폴리아크릴아마이드(PAM)를 포함하여 이루어지는, 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
2. 제1항에 있어서, 양이온 공급원으로서 석고 또는 인산 석고 비료를 함유하고, 부가적으로 점토 함량이 50 내지 85 중량%인 식질토를 포함하여 이루어지며, 제형은 과립상인, 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
3. 제2항에 있어서, 식질토 3 내지 25 중량%; 석고 또는 인산 석고 비료 70 내지 95 중량% 및 음이온성 폴리아크릴아마이드 1 내지 10 중량%를 포함하여 이루어지는 것인 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
4. 제1항에 있어서, 응집재로서 음이온성 폴리아크릴아마이드의 에멀젼 또는 수용액 5 내지 100 ppm 및 양이온 공급원으로서 염화칼슘, 염화칼륨, 염화철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄 클로라이드(Al(OH)₃Cl₃), 황산동(CuSO₄·5H₂O) 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하여 이루어지며, 제형은 액상인 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
5. 제4항에 있어서, 양이온 공급원을 10 내지 150 ppm의 양으로 함유하는 것인 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 기주 식물은 배추, 무우, 양배추, 브로콜리, 콜리 플라워, 케일, 유채(canola), 및 아보카도(avocado)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 십자화과 식물이고, 토생 식물 병원균은 뿌리혹 병원균 플라스모디오포라 브라시카(Plasmodiophora brassicae Woronin), 피티움(phythium)속, 피토프토라(phytophthora)속, 아파노마이세스(afanomyces)속에 속하는 병원균인 것인 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.
7. 제6항에 있어서, 기주 식물은 배추이고 토생 식물 병원균은 뿌리혹 병원균 플라스모디오포라 브라시카(Plasmodiophora brassicae Woronin)인 것인 토생 식물 병원균의 유주자 방제용 포착 고정재.

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