KR101311416B1

KR101311416B1 - 염해지용 토양개량제

Info

Publication number: KR101311416B1
Application number: KR1020130039050A
Authority: KR
Inventors: 문민정
Original assignee: 주식회사 네오환경; 신림산업 주식회사
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-09-25

Abstract

본 발명은 규산칼슘 90~97.5중량%; 미생물 배양액 1~5중량%; 미강 1~5중량%; 및 유기산 0.5~3중량%를 포함하는 염해지용 토양 개량제에 관한 것으로, 규산칼슘 입자 내부에는 토버모라이트와 섬유분말에 의해 공극을 가지게 되어, 미생물 활착율을 향상시킬 수 있다.

Description

염해지용 토양개량제{A soil conditioner for salt damaged area}

본 발명은 식물 생육이 어려운 염류 토양을 개량할 수 있는 토양개량제에 대한 것이다.

대규모 간척사업 혹은 기타 토공사에 있어서, 부족한 흙은 주변의 산을 깎아 복토하여 식재 기반을 조성하는 것이 대부분이다. 그런데, 복토된 토양을 식물생육이 가능한 토양으로 빠르게 변화시키는 것은 사실상 어려운 일이며, 특히 식물 생육을 위해 요구되는 토양의 화학성은 각종 비료의 공급을 통해 비교적 쉽게 보완할 수 있지만, 토양의 통기성, 배수성 등의 물리성과 미생물성은 보완하는 것이 어려우며, 이를 재조성하기 위해서는 장기간에 걸친 노력과 많은 경비가 소요된다.

이에 본 발명은 토양의 미생물을 활성화시킬 수 있는 염해지용 토양 개량제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 초기 미생물의 활력을 높일 수 있는 토양 환경을 조성할 수 있는 염해지용 토양 개량제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 염해지에서도 식물 생육이 가능한 식물 재배용 토양 개량제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 규산칼슘 90~97.5중량%; 미생물 배양액 1~5중량%; 미강 1~5중량%; 및 유기산 0.5~3중량%를 포함하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 적절한 구현예에 따르면, 상기 규산칼슘은 경량골재 3~5중량%; 규산질 점토광물 50~70중량%; 결합재 20~40중량%; 황산알루미늄 0.01~0.05중량%; 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 0.01~0.03중량%; 및 섬유분말 1~5중량%을 포함하는 혼합물에 0.1% 황산수용액을 첨가한 후 고압 증기 양생한 것인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 복합 미생물 배양액은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 플루오레슨스(Pseudomonas fluorescence), 클로스트리디움속균(Clostridium), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces Cerevisiae), 락토바실러스 불가리스(Lactobacillus bulgaris), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실러스 애시도필러스(Lactobacillus acidopilus), 바실러스 투린지엔시스(Bacillus thuringiensis), 광합성 세균(Photosynthetic bacteria), 사상균(Mold fungi), 방선균(Actinomyces) 및 남조류(Cyanobacteria)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 미생물을 포함하는 배양액인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 유기산은 구연산(citric acid), 아세트산(acetic acid), 젖산(lactic acid) 또는 부식산(humic acid)인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 경량골재는 비중 0.1~ 0.4 이하의 골재인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 경량골재는 퍼라이트 또는 석탄회인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 규산질 점토 광물은 실리카, 규조토 및 카올린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 결합재는 소석회, 시멘트류, 탄산칼슘 및 석고류로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 고압 증기 양생은 160 ~ 200℃의 온도, 압력 8 ~ 12atm, 6 ~ 10시간 동안 실시하는 것인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 상기 미생물 배양액의 농도는 1.0×10⁶ cfu/g 이상 1.0×10¹¹cfu/g 이하인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 토양 개량제와 피트모스, 이탄 및 부숙수피로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 1:1 ~ 1:4의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 식물재배용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 토양 개량제와 가축분퇴비를 1:1 ~ 2:1의 비율로 혼합한 식물재배용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명에 의한 토양 개량제는 무기질로 구성되어 있어, 초기 배수성과 통기성을 향상시키는 효과가 있다. 또한 미생물 배양액을 함유하고 있어 토양 염분을 생체적으로 흡착함으로써 과다한 염분에 의한 식물 피해를 줄일 수 있다. 또한 토양 개량제의 규산칼슘에 함유된 섬유분말과 규산칼슘 제조시 생성되는 토버모라이트에 의한 공극의 형성으로 인해 미생물의 활착율을 높일 수 있어, 미생물에 의한 염분의 생체 흡착능을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 토양 개량제를 사용하게 되면, 토양 입단화를 촉진할 수 있을 뿐만 아니라 규산 및 칼슘 공급용 비료로도 활용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 염해지와 같은 염류 토양을 개량할 수 있는 토양 개량제에 관한 것으로, 규산칼슘 90~97.5중량%; 미생물 배양액 1~5중량%; 미강 1~5중량%; 및 유기산 0.5~3중량%를 포함하는 토양 개량제이다.

본 발명의 토양 개량제는 미생물을 함유하고 있어, 토양 개량제를 염해지에 적용하게 되면, 미생물이 토양 근권부의 유기물질과 반응하여 개체수가 증가 하게 되고, 미생물의 생물량이 증가하게 되면 생체 흡착에 의하여 토양 염분 농도가 감소하게 된다.

이는 각종 미생물의 유기물 분해산물 및 유기산, 아미노산과 같은 미생물 분비물과 염해지 토양의 나트륨 이온(Na⁺)의 결합을 통해, 이온의 생리 독성이 감소하여 염류 토양을 개량할 수 있는 것으로 생각된다. 대표적인 토양 내의 염분과 미생물 분비산물의 하나인 L-글루타민이 반응하여 글루탐산나트륨으로 되면서 염분을 생체 흡착하여 신속하게 염해지 토양의 염분농도를 저감시켜 개량할 수 있게 된다.

[반응식 1]

상기 식에서, R 그룹은 카르복실기(COOH)를 2개 이상 가지고 있으며, H⁺이 붙거나 떨어지게 되어 음전하를 띠고 극성을 가지는 산성 아미노산이다.

유기산 또는 아미노산이 Na⁺와 결합되는 결합력은 pH가 증가할수록 증가되고, pH가 낮을수록 약화되는 특성이 있어, 본 발명의 토양 개량제는 유기산을 함유하여 적정 pH로 조절을 하도록 하였다. 바람직한 pH 범위는 4.5 내지 6.5이다. 한편, 미생물에 의하여 분해되어 영양원이 될 수 있는 여러 가지 유기물 또는 교질물은 염분과 결합하거나 Na⁺ 같은 양이온과 이온 교환을 통해 실질적인 염분 농도 감소 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

또한 본 발명의 토양 개량제는 토양 입단화 과정을 촉진시킨다. 토양 입단화 과정에서는 덩어리화된 점토와 유기물의 점착력이 영향을 주게 되는데, 유기물 자체의 점착력보다는 미생물에 의하여 유기물이 분해되는 과정에서 발생하는 산물과 미생물체의 분비물에 의하여 영향을 받는 것이 크다. 토양에 서식하고 있는 미생물의 생육과 더불어 형성되는 균사체가 이들 토양 입자를 입단화시키는 중요한 결합체로 작용하고 있다. 분해되고 있는 유기물 잔사와 입자 표면에 부착되어 있는 다양한 미생물의 균사체가 발달하며, 이들의 결합 작용에 의해 토양의 미립자는 일정한 입단을 형성하게 된다. 또한 생물학적 토양의 입단 형성에는 사상균 등의 균사체 외에 각종 미생물이 분비하는 다당류 등의 물질이 토양 광물질을 결합시켜 입단화하게 한다. 이와 같이 형성된 토양은 미생물 생육에 필요한 환경을 제공하는 기본적인 배양 장치의 역할을 수행하게 된다. 즉 토양 내의 공극은 극단적인 환경 변화에 대처할 수 있는 미생물의 중요한 서식처가 될 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 토양 개량제의 구성 성분에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서, 상기 규산칼슘은 경량골재 3~5중량%; 규산질 점토광물 50~70중량%; 결합재 20~40중량%; 황산알루미늄 0.01~0.05중량%; 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 0.01~0.03중량%; 및 섬유분말 1~5중량%을 포함하는 혼합물에 0.1% 황산수용액을 첨가한 것으로, 위의 혼합물에 0.1% 황산수용액을 첨가하게 되면 슬러리 상태로 제조되며, 이를 입상화하고 고압 증기 양생하여 제조할 수 있다.

본 발명의 규산칼슘의 구성 성분인 경량골재는 비중 0.1~ 0.4 이하의 골재가 바람직하게 사용될 수 있으며, 구체적으로 퍼라이트 또는 석탄회가 바람직하게 사용될 수 있다. 사용하는 경량골재의 비중이 너무 낮으면, 규산칼슘 제조시 슬러리의 혼합이 고르게 되기 어렵고 또 양생 시 수분 조절이 어려워 바람직하지 않으며, 비중이 너무 높으면, 용적 비중이 증가하고 공극이 감소하여 미생물의 활착율이 저하되어 바람직하지 않다.

본 발명의 규산칼슘의 다른 구성 성분인 규산질 점토 광물은 염해지의 산도 교정과 규산광물의 공극 형성을 위해 사용되고, 규산(SiO₂) 성분을 공급할 수 있는 성분이면 그 종류에 특별히 제한되지 않으며, 실리카, 규조토 및 카올린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 광물이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 규산칼슘의 또 다른 구성 성분인 결합재는 염해지 토양의 염분을 치환시켜 염분을 제거하고 염해지의 입단화를 촉진하기 위해 사용되고, 산화칼슘(CaO) 성분을 공급할 수 있는 성분이면 그 종류에 특별히 제한되지 않으며, 소석회, 시멘트류, 탄산칼슘 및 석고류로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 규산칼슘의 또 다른 구성 성분인 황산알루미늄과 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)는 규산칼슘 슬러리의 입상화를 촉진하기 위해 사용되며, 섬유분말은 펄프를 의미하는 것으로, 미생물의 활착율을 높이기 위해 사용된다.

본 발명의 규산칼슘을 제조하기 위한 고압 증기 양생은 160 ~ 200℃의 온도, 압력 8 ~ 12atm, 6~ 10시간 동안 실시하는 것이 바람직하며, 170 ~ 190℃의 온도, 압력 9 ~ 11atm, 7~ 9시간 동안 실시하는 것이 보다 더 바람직하며, 가장 바람직하게는 180℃, 10atm에서 8시간 동안 실시하는 것이다.

이렇게 고압 증기 양생하여 얻어진 본 발명의 규산칼슘 입자 내부에는 석회질 성분과 규산질 성분의 화학반응을 거쳐 형성되는 섬유상 구조인 토버모라이트(Tobermorite)가 생성되어 공극을 가지게 되며, 또한 섬유분말을 함유하고 있어 섬유분말 입자에 의한 공극을 가지게 되어, 미생물 활착율을 최대화할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 적정한 규산칼슘 입자의 크기는 0.15~4mm인 것이 토양 입단화 및 식물 식재 지반으로서 바람직하다.

본 발명의 토양 개량제를 구성하는 미생물 배양액은 토양의 미생물성을 보완하기 위한 것으로, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis); 슈도모나스 플루오레슨스(Pseudomonas fluorescence); 클로스트리디움속균(Clostridium); 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces Cerevisiae); 락토바실러스 불가리스(Lactobacillus bulgaris); 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum); 락토바실러스 애시도필러스(Lactobacillus acidopilus); 바실러스 투린지엔시스(Bacillus thuringiensis); 로도슈도모나스 캡슐라투스(Rhodopseudomonas capsulatus), 로도박터 스패로이더스(Rhodobacter sphaeroides), 로도스피리움 루브룸(Rhodospirillum rubrum)과 같은 광합성 세균(Photosynthetic bacteria)류; 및 남조류(Cyanobacteria)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 미생물을 포함하는 것이다. 바람직한 미생물 배양액의 농도는 1.0×10⁶cfu/g 이상이며, 1.0×10⁷ ~ 1.0×10¹¹cfu/g이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 1.0×10⁸ ~ 1.0×10¹¹cfu/g이고, 가장 바람직하게는 1.0×10⁹ cfu/g 이상 1.0×10¹¹cfu/g 이하인 것이다. 일반적으로 양호한 토양의 미생물수는 1.0×10⁵cfu/g 정도의 미생물수를 나타내므로 토양개량제의 농도는 이보다 동등 또는 높은 농도로 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 토양 개량제를 구성하는 유기산은 염해지의 pH 조절을 위해 사용되는 것으로, 구연산(citric acid), 아세트산(acetic acid), 젖산(lactic acid) 또는 부식산(humic acid)인 것이 바람직하다.

본 발명의 토양 개량제는 토양의 물리성이나 영양 상태를 보완 또는 개선하기 위하여, 피트모스, 이탄, 부숙수피 등을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 혼합하여 사용할 경우에는 본 발명의 토양 개량제에 대하여 1:1 ~ 1:4의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 토양 개량제의 효과 발현을 위해 바람직하다.

한편, 본 발명의 토양 개량제는 가축분퇴비와 혼합하여 사용할 경우 식물재배용 토양 개량제로서 유용하게 사용될 수 있으며, 혼합 비율은 1:1 ~ 2:1의 비율로 혼합한 식물재배용 토양 개량제를 제공한다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더 구체적으로 상세하게 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 이에 한정하는 것은 아니다.

실시예

제조예 1: 규산칼슘 및 규산칼슘 함유 토양 개량제의 제조

규조토(렉셈, 325# 분말) 0.6kg, 퍼라이트(경동세라텍, 30# 이하) 0.05kg, 포틀랜드시멘트(한일시멘트, 한국) 0.14kg, 소석회 0.2kg(삼전화학, 한국), 석고(라파즈, 한국) 0.03kg을 혼합하여 슬러리를 제조한 후 CMC 0.02g(삼전화학, 한국), 황산알루미늄 0.01g, 섬유 분말 15g을 혼합하고, 여기에 0.1% 황산수용액을 10ml 첨가하여 제형기로 성형하여 제형화한 후 180℃, 10atm에서 8시간 동안 고압 증기 양생하여 입상 골재를 제조하였다.

복합 미생물 배양액은 고초균(Bacillus subtilis): 1.4×10⁸cfu/ml, 유산균(Lactobacillus acidopilus): 1.2×10⁸ cfu/ml, 맥주효모균(Saccharomyces cerevisiae): 1.2×10⁸ cfu/ml(모두 KB바이오, 한국, 배양)의 농도로 배양된 미생물을 혼합하여 제조한 후, 제조된 배양액 50ml를 위에서 제조한 규산칼슘 입상 골재에 살포하고 나서, 미강 30g, 구연산 30g을 혼합하여 토양 개량제를 제조하였다.

제조예 2: 유기질 혼합 토양 개량제의 제조

제조예 1에서 제조된 규산칼슘 토양 개량제와 가축분퇴비(금강바이오텍, 한국)를 1:1 비율로 혼합하여 식물재배용 토양 개량제를 제조하였다.

시험예

시험예 1: 제조예 1에 따른 토양 개량제의 물성 측정

제조예 1에서 제조된 토양 개량제의 물성을 통상의 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

항목	투수계수 (cm/sec)	유기물 함량 (%)	SiO₂ (%)	CaO (%)	미생물 수 (cfu/g)
측정결과	2.4	5.81	46.4	28.4	5.6×10⁶

시험예 2: 제조예 2에서 제조된 토양 개량제의 처리 효과

제조예 2에서 제조한 토양 개량제를 토양과 1:4의 부피 비율로 혼합하여 느티나무 묘목을 2개월 간 생육시킨 후 근권부의 토양시료를 채취한 후 투수계수, 염분함량, pH, 미생물수 등을 각각 측정하고 결과를 표 2에 나타내었다.

비교구는 하기 표 3에 나타낸 조성을 가지는 일반적인 토양 개량제를 이용하여 시험구를 조성하였다.

항목	투수계수 (cm/sec)	염분함량(%)	pH	미생물 수 (cfu/g)
일반토양개량제 처리구	4.76×10^-5	0.42	7.3	9.5×10⁵
제조예 2 처리구	2.08×10^-3	0.26	6.7	1.1×10⁷

성분	유기물(%)	질소(%)	인산(%)	가리(%)	pH
함량	30.94	0.88	0.66	0.54	7.6

시험예 3: 제조예 2에서 제조된 토양 개량제의 생육 효과 측정

제조예 2에서 제조한 토양개량제를 처리하여 느티나무, 이팝나무 단근 묘목을 식재하였고, 묘목을 2개월간 생육시킨 후 식물의 자람 정도를 측정하고, 결과를 표 4에 나타내었다.

비교구는 상기 표 3에 나타낸 조성을 가지는 일반 토양 개량제를 이용하여 시험구를 조성하였다.

식재종	느티나무			이팝나무
식재종	뿌리중량 (g)	엽중량 (g)	고사율 (%)	뿌리중량 (g)	엽중량 (g)	고사율 (%)
일반토양개량제 처리구	11.9	12.0	35	37.5	3.8	5
제조예 2 처리구	15.2	17.7	15	68.2	12.5	0

Claims

규산칼슘 90~97.5중량%; 미생물 배양액 1~5중량%; 미강 1~5중량%; 및 유기산 0.5~3중량%를 포함하며,
상기 규산칼슘은 경량골재 3~5중량%; 규산질 점토광물 50~70중량%; 결합재 20~40중량%; 황산알루미늄0.01~0.05중량%; 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 0.01~0.03중량%; 및 섬유분말 1~5중량%을 포함하는 혼합물에 0.1중량% 황산수용액을 첨가한 후 고압 증기 양생한 것인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 미생물 배양액은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 플루오레슨스(Pseudomonas fluorescence), 클로스트리디움속균(Clostridium), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces Cerevisiae), 락토바실러스 불가리스(Lactobacillus bulgaris), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실러스 애시도필러스(Lactobacillus acidopilus), 바실러스 투린지엔시스(Bacillus thuringiensis), 광합성 세균(Photosynthetic bacteria) 및 남조류(Cyanobacteria)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 미생물을 포함하는 배양액인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 유기산은 구연산(citric acid), 아세트산(acetic acid), 젖산(lactic acid) 또는 부식산(humic acid)인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 경량골재는 비중 0.1~ 0.4 이하의 골재인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 경량골재는 퍼라이트 또는 석탄회인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 규산질 점토 광물은 실리카, 규조토 및 카올린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 결합재는 소석회, 시멘트류, 탄산칼슘 및 석고류로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 고압 증기 양생은 160 ~ 200℃의 온도, 압력 8 ~ 12atm, 6 ~ 10시간 동안 실시하는 것인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제 1항에 있어서,
상기 미생물 배양액의 농도는 1.0×10⁶ cfu/g 이상 1.0×10¹¹cfu/g 이하인 것을 특징으로 하는 염해지용 토양 개량제.
제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 토양 개량제와 피트모스, 이탄 및 부숙수피로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 1:1 ~ 1:4의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 식물재배용 토양 개량제.
제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 토양 개량제와 가축분퇴비를 1:1 ~ 2:1의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 식물재배용 토양 개량제.