KR101332538B1

KR101332538B1 - 바이오미네랄 함유물의 제조방법 및 유기 양액재배법

Info

Publication number: KR101332538B1
Application number: KR1020097011225A
Authority: KR
Inventors: 마코토 시노하라; 요이치 우에하라; 마사토 고우노; 히로후미 이와키리
Original assignee: 도꾸리쯔 교세이호징 노우교 · 쇼쿠힝 산교 기쥬쯔 소고 겡뀨 기꼬우
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2013-11-22
Also published as: KR20130091789A; US20100000152A1; AU2006351536A1; CA2670721A1; KR20090107486A; US8327581B2; KR101332516B1; WO2008068829A1; AU2006351536B2

Abstract

본 발명의 목적은 유기물을 사용한 식물재배용 양액의 제조방법을 제공하는 것, 및 양액에 직접 유기물을 첨가하면서 식물을 재배할 수 있는 양액재배방법을 제공하는 것이다. 본 발명은, 물에 유기물을 서서히 첨가, 또는 일괄 첨가하여 발효시킴으로써, 유기물을 안정적으로 무기화하기 위해 필요한 미생물 생태계를 구축시키는 것으로 되는 바이오미네랄 함유물의 제조방법, 및 양액의 적어도 일부로서 상기 방법에 의해 얻어진 바이오미네랄 함유물을 사용하여, 당해 양액에 유기물을 직접 첨가하면서 식물을 재배하는 것을 특징으로 하는 양액재배법을 제공한다.

Description

바이오미네랄 함유물의 제조방법 및 유기 양액재배법{Method for producing biomineral-containing substance and organic hydroponics method}

본 발명은 바이오미네랄 함유물의 제조방법 및 유기 양액재배법(養液栽培法)에 관한 것으로, 상세하게는 유기물을 신속하게 무기화하여, 식물이 흡수 가능한 바이오미네랄을 얻는 바이오미네랄 발효법을 이용한 식물재배용 양액의 제조기술, 및 당해 기술에 의해 얻어진 양액을 사용한 양액재배법에 관한 것이다. 또한, 바이오미네랄이란 생물 기원의 무기성분을 말한다.

최근, 순환형 사회를 구축해야 한다는 관점에서, 화학 비료의 사용을 삼가고 유기질 비료의 사용을 추진하는 움직임이 세계적으로 활발해지고 있다.

그러나, 토마토 등의 야채나 화훼 등의 생산에서 확산을 보이고 있는 양액재배의 경우는, 양액에 유기물을 직접 첨가하면 유해한 중간분해산물이 발생하여, 식물의 뿌리가 손상되어버리기 때문에, 지금까지는 양액에 유기물을 첨가하는 것은 생각할 수 없었다. 이 때문에, 현재, 양액에는 화학 비료만이 사용되고 있다.

한편, 양액재배에 있어서도 유기물을 사용할 수 있는 기술을 제공하고자, 종래 다양한 시도가 이루어지고 있다.

예를 들면, 유기물을 사전에 무기화하여 양액으로 이용하는 접근이 행해져 왔다(특허문헌 1-3, 비특허문헌 1 참조). 그러나, 이 방법으로는, 질소성분의 분해는 암모니아까지밖에 진행되지 않았다. 이것은, 효율을 높이고자 대량의 유기물을 한번에 분해하기 때문에, 오히려 저분자 유기물이나 암모니아 등의 중간분해산물이 대량으로 발생하여, 암모니아를 질산으로 분해하는 질화균(nitrifying bacteria)을 사멸시켜버렸기 때문이라고 생각된다. 이 때문에, 암모니아를 양액으로 이용하는 시도가 행해져 왔지만, 작물에 암모니아 과잉 장애가 나타나기 때문에, 비료의 일부로서 이용하는 데 그치고 있었다.

이에, 보다 비료에 적합한 질산을 암모니아로부터 생성하기 위해, 질화반응조를 이용하는 방법이 개발되었다(특허문헌 4~7, 비특허문헌 1 참조). 그러나, 이 방법으로는, 유기태질소(organic nitrogen)를 암모니아태질소(ammonium nitrogen)로 분해하는 암모니아화성용(ammonification)과, 암모니아태질소를 산화하여 질산태질소(nitrate nitrogen)를 생성하는 질산화성용(nitrification) 2개의 반응조를 준비해야만 한다. 또한, 질화반응이 불안정하여, 질산을 안정적으로 얻기 어려웠다. 또한, 분해가 잘 진행되지 않는 경우가 많아, 악취가 발생하기 쉽다는 문제가 있었다.

유기물을 직접 양액에 투입하는 것을 가능하게 하기 위해, 질화균이 서식 가능한 다공질의 고형배지를 이용하는 방법이 있지만(특허문헌 8 참조), 이것은 특정 고형배지의 사용이 부득이해져, 현재 널리 보급되어 있는 암면(rock wool)재배나 수경재배 등, 다른 재배기술에 적용할 수 없는 한정적인 기술이었다.

이와 같이, 양액에 유기물을 직접 첨가하는 방법을, 어떤 양액재배기술에도 적용할 수 있는 기술은 아직 실용화되어 있지 않다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2002-137979호 공보

특허문헌 2: 일본국 특허공개 제2001-010885호 공보

특허문헌 3: 일본국 특허공개 제2000-264765호 공보

특허문헌 4: 일본국 특허공개 제2005-074253호 공보

특허문헌 5: 일본국 특허공개 제2004-099366호 공보

특허문헌 6: 일본국 특허공개 제2003-094021호 공보

특허문헌 7: 일본국 특허공개 평06-178995호 공보

특허문헌 8: 일본국 특허공개 평06-125668호 공보

비특허문헌 1: 「양액토경과 액비·배지관리」하쿠유샤, 119~155 페이지(2005년)

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 과제는, 물에 직접 첨가한 유기물을 순조롭게 무기화할 수 있는 바이오미네랄 발효법, 및 이 발효법을 이용한 식물재배용 양액의 제조방법을 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은, 유기물의 무기화에 필요한 미생물 생태계를 양액 내에 구축함으로써, 식물의 생육에 유해한 중간분해산물의 발생을 억제하고, 양액으로의 유기물의 직접 첨가를 가능하게 하는 동시에, 단일 분해조에서 유기물의 무기화를 안정적으로 행하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 상기 과제를 극복하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 종래법의 경우는, 효율을 높이고자 대량의 유기물을 한번에 분해하기 때문에, 오히려 대량의 중간분해산물이 발생하여, 질화균을 사멸시켜버려, 암모니아까지밖에 분해를 진행시킬 수 없는 것을 밝혀내었다. 그리고, 양액 내에, 유기물을 무기양분으로까지 분해하는데 필요한 미생물 생태계가 완성될 때까지, 약 2주간의 발효기간을 둠으로써, 질화균의 활성을 유지하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 또한, 발효기간 중에는, 양액 내의 미생물 생태계를 파괴하지 않을 정도의 소량의 유기물을 매일 첨가(서첨가(徐添加))하거나, 또는 마찬가지로 미생물 생태계를 파괴하지 않을 정도의 양의 유기물을 발효개시 시점에 일괄 첨가함으로써, 유기물을 무기양분으로까지 순조롭게 분해하는 미생물 생태계를 유지할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 발효기간 종료 후에는, 식물의 재배에 필요한 양의 유기물을 상당량 투입해도, 신속하게 분해되는 것을 발견하였다.

발효기간이 종료되면, 미생물 생태계나 식물에 유해한 분해중간산물의 발생을 억제하여, 대량의 유기물을 순조롭게 무기화할 수 있게 된다. 이 뿐만 아니라, 유기태질소를, 단일 분해조에서 질산으로까지 분해하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 양액재배·양액토경용의 양액에 유기물을 직접 첨가해도, 식물에 장애를 주지 않고 양호한 생육을 가능하게 하는, 지금까지 없던 획기적인 재배법을 확립할 수 있었던 것이다.

본 발명자들은, 이들의 지견(知見)을 토대로 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 청구항 1의 본 발명은, 물에 유기물을 서서히 첨가하여 발효시킴으로써, 유기물을 안정적으로 무기화하기 위해 필요한 미생물 생태계를 구축시키는 것으로 되는 바이오미네랄 함유물의 제조방법이다.

청구항 2의 본 발명은, 물에 유기물을 일괄 첨가하여 발효시킴으로써, 유기물을 안정적으로 무기화하기 위해 필요한 미생물 생태계를 구축시키는 것으로 되는 바이오미네랄 함유물의 제조방법이다.

청구항 3의 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 방법에 의해 얻어진 바이오미네랄 함유물이다.

청구항 4의 본 발명은, 식물재배 양액용인 청구항 3에 기재된 바이오미네랄 함유물이다.

청구항 5의 본 발명은, 식물의 양액재배법으로서, 양액의 적어도 일부로서 청구항 3 또는 4에 기재된 바이오미네랄 함유물을 사용하여, 당해 양액에 유기물을 직접 첨가하면서 식물을 재배하는 것을 특징으로 하는 식물의 양액재배법이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 유기물을 서첨가, 또는 일괄 첨가하고, 양액 내의 미생물 생태계가 완성될 때까지의 발효기간을 둠으로써, 유해한 중간분해산물의 발생이 억제되어, 식물의 양호한 생육이 가능해진다. 또한, 단일 분해조에서 유기태질소부터 질산까지 안정하게 분해할 수 있는 복식 병행 발효를 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 양액을 사용한 식물재배기술에 있어서, 양액에 직접 유기물을 첨가할 수 있는 방법이 제공되어, 유기물만으로 양액재배·양액토경용의 양액, 또는 추비용(追肥用)의 액체 비료를 제조하는 것도 가능해진다.

또한, 본 발명으로는, 유기물을 고체·액체의 구별 없이 사용하여 양액화할 수 있기 때문에, 다양한 원료를 사용하여 양액을 제조할 수 있을 뿐 아니라, 유기성 폐기물의 유효 이용법으로서도 유망하다.

또한, 본 발명에 있어서 바이오미네랄 함유물은, 양액재배 이외에도 즉효성의 추비용 비료로서의 이용도 가능하다. 종래, 양액토경재배에서 이용할 수 있는 유기물은 액체로 한정되어 있었지만, 본 발명에 의해 고형의 유기물을 원료로 양액을 제조하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 양액재배방법으로는, 토마토 등 가지과 식물에서 심각한 피해를 초래하는 청고병균(靑枯病菌)의 증식을 억제하여, 청고병의 발생을 방지할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1A는 시험예 1에 있어서 각종 유기물로부터의 암모니아 및 질산의 발생량(㎎/ℓ)을 경시적으로 나타내는 그래프이다.

도 1B는 시험예 1에서 비지 및 바크 퇴비를 첨가한 경우의 질산의 발생량(㎎/ℓ)을 경시적으로 나타내는 그래프이다.

도 2는 시험예 2A에 있어서 토양 첨가의 암모니아 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 3은 시험예 2A에 있어서 토양 첨가의 질산 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 4는 시험예 2B에 있어서 토양 첨가량의 변화에 따른 암모니아 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 5는 시험예 2B에 있어서 토양 첨가량의 변화에 따른 질산 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 6은 시험예 2C에 있어서 토양 첨가방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 시험예 2C에 있어서 토양 첨가의 질산 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 8은 시험예 2D에 있어서 토양 첨가량의 변화에 따른 질산 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 9는 시험예 2E에 있어서 콘 스팁 리커(cornsteep liquor) 첨가량의 변화에 따른 질산 발생량(㎎/ℓ)으로의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 10A는 실시예 1에 있어서 암모니아의 발생량(㎎/ℓ)을 경시적으로 나타내는 그래프이다.

도 10B는 실시예 1에 있어서 질산의 발생량(㎎/ℓ)을 경시적으로 나타내는 그래프이다.

도 11은 실시예 1에서 토마토의 묘목을 정식(定植)한 모습을 나타내는 도면이다.

도 12는 실시예 1에 있어서 생육한 토마토의 모습을 나타내는 도면이다.

도 13은 실시예 2에 있어서 생육한 잎상추의 모습을 나타내는 도면이다.

도 14는 시험예 3에 있어서 청고병균을 접종한 토마토의 모습을 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

이미 기술한 바와 같이, 종래법의 경우는 물에 다량의 유기물을 한번에 첨가하기 때문에, 유기물의 분해과정에서 대량으로 발생하는 중간분해산물에 의해 질화균을 포함하는 많은 미생물이 사멸되어버려, 유기물, 특히 유기태질소의 무기화가 충분히 행해지지 않았다.

한편, 본 발명의 바이오미네랄 함유물의 제조방법의 경우는, 물에 유기물을 서서히 첨가, 또는 일괄 첨가하여 발효시킴으로써, 수중에 안정된 미생물 생태계가 구축되어, 유기물의 안정적이고 순조로운 무기화(바이오미네랄화)가 가능해진다. 발효기간이 종료되어, 안정된 미생물 생태계에 있어서는, 수중 또는 공기중에 원래 존재하는 질화균을 포함한 다양한 미생물종이 균형을 유지하면서 공생하고 있기 때문에, 상당량의 유기물을 직접 첨가해도 순조롭게 무기화할 수 있어, 미생물 생태계도 무너지지 않는다.

유기물 중의 유기태질소의 무기화에 필요한 미생물로서는, 예를 들면 원생동물이나, 세균, 사상균 등의 암모니아화성균, 니트로소모나스(Nitrosomonas) 속, 니트로박터(Nitrobacter) 속 등의 질화균을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용하는 유기물로서는, 단백질 및 그의 분해물이나 아미노산, 암모니아 등, 유기태질소를 포함하는 것이면 되고, 고체, 액체를 불문하고 사용할 수 있다. 구체예로서는, 콘 스팁 리커, 퇴비, 녹비(綠肥), 발효비료, 낙엽 등의 유기질 비료, 어분(fish flour), 유박(oil meal), 비지, 음식물 쓰레기, 쌀겨 등의 식품 잔사, 가축분뇨나 볏짚 등의 유기성 농업폐기물, 각종 오니(汚泥) 등의 유기성 폐기물, 및 유기성분을 포함한 각종 폐수 등을 들 수 있고, 특히 질소 함량이 높은 콘 스팁 리커, 유박, 어분 및 비지가 바람직하다. 또한, 그 형상으로서는, 미생물을 분해할 수 있는 것이면 되고, 큰 것은 세단, 분쇄 등을 행해 사용하면 된다.

본 발명에서 사용하는 물은, 환경 중에 존재하는 각종 미생물이 생존할 수 있는 것이면 되고, 지하수 등의 자연수나 수돗물, 해수 등을 사용할 수 있으며, 특히 지하수가 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 유기물 이외에도, 미생물원을 물에 접종하는 것이 바람직하다. 미생물 생태계의 구축이 촉진되기 때문이다. 미생물원으로서는, 원예배토 등의 토양이나, 바크 퇴비 등의 퇴비, 돌, 모래 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

미생물원의 첨가량은 10⁸~10¹³개/L, 바람직하게는 10¹⁰~10¹¹개/L가 되도록 하면 된다. 또한, 미생물원으로서 토양이나 바크 퇴비를 사용하는 경우는 5~50 g/L, 바람직하게는 10~20 g/L 첨가한다. 미생물원의 첨가 시기는 발효개시 후 10일 이내가 바람직하고, 특히 발효개시 시점에서의 첨가가 바람직하다.

청구항 1 기재의 본 발명에서는, 물에 유기물을 소량씩 서서히 첨가하여 발효시킨다.

본 발명에 있어서, 유기물을 「서서히 첨가한다」(서첨가)란, 일괄하여 대량으로 첨가하는 것이 아니라, 수중의 미생물 생태계가 무너지지 않을 정도로 소량씩 분할하여 첨가하는 것을 말한다.

한번에 첨가할 수 있는 유기물의 양은, 당해 유기물의 분해성이나 온도조건 등에 따라 적절하게 설정하면 되지만, 구체적으로는, 물 1 L에 대해 질소 함량으로서 1~30 ㎎/회, 바람직하게는 3~12 ㎎/회 첨가한다. 또한, 유기물 전체로서의 첨가량은, 물 1 L에 대해 0.05~1 g/회, 바람직하게는 0.1~0.4 g/회이고, 유기물로서 콘 스팁 리커를 사용하는 경우는, 물 1 L에 대해 0.05~1 g/회, 바람직하게는 0.1~0.2 g/회로 한다. 유기물의 첨가 빈도는 1회/1~7일, 바람직하게는 1회/일로 한다.

또한, 물에 토양 또는 바크 퇴비 등의 미생물원을 5 g/L 이상 첨가하는 경우는, 유기물의 첨가량을 약 2~5배로 늘리는 것이 가능하다. 이것은, 토양입자 등이 유해한 중간분해산물을 흡착하는, 완충효과에 의한 것으로 생각된다. 예를 들면, 토양 등의 미생물원을 첨가하지 않는 경우는, 유기물의 첨가량은 1 L에 대해 0.05~1 g/회이지만, 토양을 5 g/L 첨가하면, 1 L에 대해 2~5 g/회까지 첨가하는 것이 가능해진다.

청구항 2 기재의 본 발명에서는, 발효개시 시점에 있어서, 물에 유기물을 일괄 첨가한다.

본 발명에 있어서, 유기물의 첨가량은, 수중의 미생물 생태계의 구축을 저해하지 않을 정도의 양으로 한다. 따라서, 유기물의 분해성이나 온도 등의 각종 조건에 따라 첨가량을 적절히 설정하면 되지만, 구체적으로는, 물 1 L에 대해 질소 함량으로서 1.5~30 ㎎, 바람직하게는 3~12 ㎎ 첨가한다. 또한, 유기물 전체로서의 첨가량은, 물 1 L에 대해 0.05~1 g, 바람직하게는 0.1~0.4 g이고, 유기물로서 콘 스팁 리커를 사용하는 경우는, 물 1 L에 대해 0.05~1 g, 바람직하게는 0.1~0.2 g으로 한다.

또한, 물에 토양 또는 바크 퇴비 등의 미생물원을 5 g/L 이상 첨가하는 경우는, 유기물의 첨가량을 약 2~5배로 늘리는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서 발효는, 적어도 유기물을 안정적으로 무기화하기 위해 필요한 미생물 생태계가 수중에 구축될 때까지 필요한 기간 행한다. 따라서, 이 발효기간은 사용하는 물이나 유기물의 종류, 유기물의 첨가량, 온도조건 등에 따라 상이하지만, 발효기간 종료의 기준으로서는, 수중의 질산 발생량이 최대화된 시점까지로, 대략 7~21일간, 바람직하게는 2주간이다.

당해 발효기간에 있어서 발효조건으로서는, 상온, 바람직하게는 20~32℃이고, 폭기(aeration)나 진탕(shaking) 등에 의한 호기적 조건하이면 된다.

또한, 상기의 발효기간 및 발효조건은, 청구항 1, 2 기재의 발명에 있어서 공통된다.

발효기간 종료 후에 얻어진 발효액(바이오미네랄 함유물)은, 식물이 흡수 가능한 질산태질소 등의 바이오미네랄을 풍부하게 함유하고 있다. 또한, 당해 바이오미네랄 함유물 중에는, 유기물을 안정적으로 무기화하기 위해 필요한 미생물 생태계가 구축되어 있기 때문에, 첨가된 유기물을 신속하게 무기화할 수 있다.

따라서, 청구항 1, 2 기재의 본 발명에 의해 얻어진 바이오미네랄 함유물은 식물의 재배에 사용할 수 있다. 구체적인 용도로서는, 양액재배나 양액토경에 있어서 양액, 또는 추비용의 액체 비료 등을 들 수 있다. 또한, 건조 고화하여 고형 비료로 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서 바이오미네랄 함유물이란, 상기의 방법으로 발효하여 얻어진 발효액 그 자체 외에, 발효액에 여과나 원심분리처리 등을 실시한 것이나, 흡착 수지나 투석 등에 의한 이들의 농축물, 및 그의 건조물 등도 포함하는 것으로 한다.

다음으로, 본 발명의 양액재배법에 대해 설명한다.

본 발명은 양액의 적어도 일부로서 상기의 방법에 의해 얻어진 바이오미네랄 함유물을 사용하여, 당해 양액에 유기물을 직접 첨가하면서 식물을 재배하는 것을 특징으로 하는 양액재배법이다. 양액재배란, 식물의 성장에 필요한 양수분을 액체 비료(液肥)로서 부여하는 재배방법으로서, 배지를 사용하지 않는 수경재배, 분무경(噴霧耕), 및 배지를 사용한 고형배지경이 있지만, 본 발명은 수경재배에 적합하게 사용된다.

본 발명에 있어서 재배하는 식물로서는, 통상 양액재배되고 있는 식물이면 특별히 한정되지 않는다. 구체예로서는, 토마토, 가지 등의 가지과 식물, 잎상추, 양상추 등의 연약 야채, 및 장미 등의 화훼를 들 수 있지만, 특히 토마토, 잎상추가 바람직하다.

상기의 바이오미네랄 함유물을 사용하여 양액을 제조하는 방법으로서는, 발효액을 그대로, 또는 다른 비료성분을 첨가하거나, 희석하여 성분 조성을 조정한 후에, 양액으로서 식물재배에 제공하는 방법을 들 수 있다. 또한, 얻어진 발효액을 농축하여 액체 비료를 제조하고, 사전에 조제한 식물재배용 양액 또는 물에, 당해 액체 비료를 첨가하는 것도 가능하다. 또한, 상기와 같이 하여 제조된 식물재배용 양액에는, 필요에 따라 방부제 등의 첨가물을 혼합하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서 상기 식물의 재배는, 상기의 양액에 유기물을 직접 첨가하면서 행하는 것 이외에는, 일반적인 양액재배와 동일한 방법으로 행할 수 있다. 여기서 말하는 유기물은, 소비된 양분을 보충하기 위해 첨가하는 것으로, 전술한 바이오미네랄 함유물의 제조방법에 있어서 사용 가능한 것이면 되고, 특히 질소 함량이 높은 콘 스팁 리커, 유박, 어분 및 비지 등이 바람직하다.

본 발명에 있어서 사용하는 양액은, 상당량의 유기물을 한번에 직접 첨가해도 매우 순조롭게 무기화할 수 있기 때문에, 유기물의 첨가량에 관하여 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 양액 1 L당, 질소 함량으로서 30~150 ㎎/회, 유기물 전체로서 1~5 g/회 첨가한다. 유기물로서 콘 스팁 리커를 사용하는 경우는, 1~5 g/회 첨가한다. 첨가 빈도는 1회/1~14일, 바람직하게는 1회/일로 한다.

재배조건은 재배하는 식물에 적합한 조건을 적절하게 선택하면 되지만, 양액 중에서의 유기물의 무기화를 신속하게 행하기 위해서는, 상온, 바람직하게는 20~32℃이고, 또한, 호기적 조건하에서 재배하는 것이 바람직하다.

상기의 방법으로 식물을 재배함으로써, 종래의 양액재배법과 비교하여 동등 또는 그 이상의 수량이 얻어지고, 품질에 있어서도 손색이 없다. 또한, 본 발명의 양액재배법의 경우는, 토마토 등의 가지과 식물에서 심각한 피해를 초래하는 청고병의 발생이 억제된다는 것이 명백해졌다.

이하에 실시예 등을 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.

시험예 1 각종 유기물의 바이오미네랄화

500 ㎖ 삼각 플라스크에 100 ㎖의 증류수, 토양 1 g, 각종 유기물 1 g을 첨가하고, 25℃에서 분해를 행하였다. 폭기의 목적으로, 120 rpm으로 진탕하면서 행하였다. 유기물로서는, 평지씨유박((주)미키), 콘유박(오타 유지(주)), 어분((주)도쇼), 콘 스팁 리커((주)사카타 종자, 이하, CSL로 생략)를 사용하였다. 또한, 토양은 원예배토(상품명: 나에이치방, 젠노)를 사용하였다(이하 동일). 대조로서 토양을 첨가하지 않고 상기와 동일하게 시험하였다.

각종 유기물로부터 발생하는 암모니아 및 질산의 양을 매일 측정하였다. 측정에는 암모니아, 질산 모두 RQflex(MERCK사제)를 사용하였다. 결과를 도 1A에 나타내었다.

그 결과, 평지씨유박, 콘유박, 콘 스팁 리커 등의 식물성의 것은 약 1주간에 암모니아의 발생이 최대가 되어, 계산 상, 모든 함유 질소가 무기화되었다(도 1A). 또한 약 1주간 경과하여, 질산의 발생이 최대화되었다. 어분은 암모니아화성이 약 10일 후, 질산화성이 약 3주간 후로, 조금 지연되는 경향이 있었다. 또한, 토양을 첨가하지 않는 대조구에서는, 암모니아까지의 분해가 일어났지만, 질산화성은 보이지 않았다(결과는 나타내지 않음).

토양 대신에 바크 퇴비(시미즈항 목재산업협동조합)를, 유기물로서 시판의 비지(콩비지)를 사용하여 상기와 동일하게 시험한 바, 질화가 일어났다(도 1B).

시험예 2 미생물과 유기물의 첨가조건

A. 토양 첨가 유무의 영향

500 ㎖ 삼각 플라스크에 100 ㎖의 증류수, CSL 1 g 및/또는 토양 1 g을 첨가하여 25℃에서 진탕(120 rpm)하고, 시험예 1과 동일하게 하여 암모니아 및 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 도 2에 암모니아, 도 3에 질산의 발생량을 각각 나타낸다.

그 결과, 토양과 CSL의 양쪽을 첨가한 것만, 질산의 발생이 보였다(도 3). 토양만, CSL만의 경우는, 질산의 발생은 보이지 않았다. CSL만을 첨가한 것은, 암모니아화성까지 진행되었다(도 2).

B. 토양 첨가량의 영향

다음으로, 토양의 첨가량을 변경하여, 암모니아 및 질산의 발생량으로의 영향을 조사하였다.

즉, 물(지하수) 2 L에 CSL을 5 g 첨가하고, 토양을 0 g, 0.1 g, 1 g, 10 g 첨가하여, 25℃에서 에어펌프에 의해 폭기를 행하였다. 시험예 1과 동일하게 하여 암모니아 및 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 도 4에 암모니아, 도 5에 질산의 발생량을 각각 나타낸다. 그 결과, 토양을 10 g 첨가한 경우에만 질산화성이 인정되고(도 5), 그 이하의 첨가량에서는 암모니아화성까지밖에 진행하지 않았다(도 4).

C. 서첨가, 토양 무첨가에서의 질산화성

반응 초기에 유기물을 대량으로 넣는 것이 아니라, 매일 소량씩 첨가하는 서첨가의 방법으로 검토를 행하였다.

즉, 15 L의 물(지하수)에 매일 CSL을 1 g씩 첨가하고, 「도키와의 티팩」((주)도키와 산업)에 토양 150 g을 넣어 티백과 같이 매달아(도 6), 25℃에서 에어펌프에 의해 폭기하였다. 대조로서 토양의 봉지를 매달지 않고 동일하게 시험하였다. 시험예 1과 동일하게 하여 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 결과를 도 7에 나타낸다. 그 결과, 의외로 토양을 첨가하지 않았던 대조구에서도 질화가 진행되었다(도 7).

이 사실로부터, B의 실험과 같이, 초기에 대량의 유기물(＞2.5 g/ℓ)을 첨가하면, 토양의 첨가 없이는 질화가 진행되지 않지만, C의 실험과 같이 매일 소량씩 유기물을 첨가하는 서첨가의 방법을 취하면, 지하수와 같은 자연수에 서식하는 미생물로 충분히 질화를 진행시킬 수 있는 것으로 생각되었다.

D. 서첨가에서의 토양 첨가물의 영향

이에 다음으로, 2 L의 물(지하수)에 토양을 0 g, 0.1 g, 1 g, 10 g 첨가하고, 매일 CSL을 1 g씩 첨가하여, 25℃에서 에어펌프에 의해 폭기를 행하였다. 시험예 1과 동일하게 하여 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 결과를 도 8에 나타낸다. 서첨가를 행하면, B의 결과와는 달리, 토양 첨가의 유무에 관계없이 질화가 진행되었다(도 8).

E. 서첨가에서의 유기물 첨가량의 영향

2 L의 물(지하수)에 25℃에서 에어펌프에 의해 폭기를 행하면서 매일 CSL을 0.1g, 0.2 g, 0.4 g씩 첨가하였다. 어떤 방법도, 토양의 첨가는 행하지 않았다. 시험예 1과 동일하게 하여 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 결과를 도 9에 나타낸다. 그 결과, 모든 시험구에서 질산의 발생이 보였다(도 9). 따라서, CSL의 1일당 첨가량을 1 g/L 이하로 하는 서첨가의 방법이라면, 질화가 진행되는 것을 알 수 있었다.

<고찰>

이상, A의 결과로부터, 미생물원으로서 토양을 이용하면, 초기의 유기물 첨가량을 높여도(10 g/L 이상) 순조롭게 질화를 진행시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

C, D, E의 결과로부터, 토양과 같은 미생물이 풍부한 것을 미생물원으로서 이용하지 않아도, 유기물의 첨가를 1 L당 1 g 이하(1일당)로 하는 서첨가의 방법을 취하면, 질화를 진행시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

B의 결과로부터, 1 L당 2.5 g 이상의 유기물을 초기에 첨가하면, 토양을 5 g/L 이상 첨가하지 않으면, 질화균이 사멸되는 등 질화가 진행되지 않게 되는 것을 알 수 있었다. 그러나, E와 같이 1 L당 1일에 0.5 g 정도의 서첨가의 방법을 채택하면, 토양의 첨가가 없어도 질화를 진행시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 종래의 무기화 기술로 질산 발효가 어려웠던 것은, 초기에 대량의 유기물을 첨가해버림으로써, 질화균이 사멸되어버리기 때문이라고 생각되어졌다.

실시예 1 바이오미네랄에 의한 토마토의 양액재배

먼저, 대조 실험으로서, 발효기간을 두지 않고, 수경액(水耕液)에 유기물을 첨가하여 양액재배한 경우의 식물의 상태를 조사하였다.

즉, 3 L의 물(지하수)이 든 와그너포트(Wagner pot)에, 토마토(품종명 '폰데로사')의 2주간 묘목을 정식하고, CSL을 15 g 첨가하여 에어펌프로 폭기하고, 상온에서 경과를 관찰하였다. 재배 개시 후 3일 정도에 식물은 황화(黃化)되고, 고사(枯死)하였다. 이것은, CSL이 분해되어 생긴 중간분해산물이 토마토의 뿌리에 장애를 준 것으로 생각된다.

다음으로, 본 발명의 방법에 의해 양액 내의 유기물을 무기화하는 발효기간을 두고, 그 후 정식하여 양액재배를 행하였다.

즉, 각 3 L의 물(지하수)이 든 4개의 와그너포트에, 토양을 30 g 첨가하여, 상온에서 에어펌프에 의해 폭기하였다. CSL을 매일 5 g씩 각 포트에 첨가하였다. 시험예 1과 동일하게 하여 암모니아 및 질산의 발생량을 매일 측정하였다. 도 10A에 암모니아, 도 10B에 질산의 발생량을 각각 나타낸다. 도 10A, B에 있어서, 「1 암모니아(질산)」란, No.1의 포트에 있어서 암모니아(질산)의 발생량을 말한다. 또한, 2~4에 대해서도 마찬가지이다. 그 결과, 약 2주간에 4개의 포트의 질화가 피크에 도달하였다(도 10B).

CSL 첨가 개시로부터 2주간 후, 토마토(품종명 '폰데로사')의 2주간 묘목을 1주(株)/포트씩 정식하고(도 11), 상온에서 폭기를 계속하면서 양액재배를 행하였다(바이오미네랄구). 정식시에, 칼슘, 마그네슘 등의 무기성분의 부족을 보충하기 위해, 굴껍질 석회(상품명「세루카」, 젠노)를 각 포트에 30 g 첨가하였다. 정식 후, CSL의 첨가량은 각 포트 1일에 1~5 g으로 하였다.

한편, 대조로서 화학 비료(오츠카화학, 오츠카 A처방)를 물에 혼합한 양액을 사용한 것 이외에는, 바이오미네랄구와 동일하게 양액재배를 행하였다(화학 비료구). 시비량(施肥量)은 질소의 시비량이 바이오미네랄구와 같아지도록 하고, 매일 추비를 행하였다.

그 결과, 정식 후 4주째의 시점에서, 바이오미네랄구(도 12의 왼줄)와 화학 비료구(도 12의 오른줄)에서 순조로운 생육이 확인되고, 토마토의 생육에 차이는 보이지 않았다. 따라서, 양액에 유기물을 직접 첨가하는 본 발명의 방법에 의해, 종래법과 동등한 생육 결과가 얻어지는 것이 명확해졌다.

실시예 2 바이오미네랄에 의한 잎상추의 양액재배

잎상추로도 재배 시험을 행하였다.

즉, 15 L의 물(지하수)이 든 플랜터(63×23×18 cm)에 CSL을 매일 1 g 첨가하고, 상온에서 폭기를 계속하는 발효기간을 두었다. 2주간 후, 도 7에 나타낸 바와 같이 질화가 진행된 것을 확인한 후, 잎상추('오카야마 잎상추' 다키이종묘)의 약 1주간 묘목을 16주/플랜터 정식하고, 상온에서 양액재배를 개시하였다(바이오미네랄구). 정식 후의 CSL 첨가량은 1일에 1~3 g으로 하고, 양액 내에 직접 첨가하였다.

화학 비료구(대조)로서, 화학 비료(오츠카화학, 오츠카 A처방)를 물에 혼합한 양액을 사용한 것 이외에는, 바이오미네랄구와 동일하게 양액재배를 행하였다. 또한, 시비량은, 질소성분의 첨가량을 바이오미네랄구와 맞추고, 매일 추비를 행하 였다.

그 결과, 바이오미네랄구(도 13의 바로 앞쪽)와 화학 비료구(도 13의 안쪽)에서, 정식 후 4주째의 시점에서 플랜터 전체의 수량을 비교한 바, 바이오미네랄구 350 g, 화학 비료구 312 g으로, 바이오미네랄구 쪽이 조금 생육이 좋았다. 잎 색이나 식미 등에 대해서는, 양쪽 시험구에서 특별히 차이는 확인되지 않았다.

따라서, 잎상추에 대해서는, 양액에 유기물을 직접 첨가하는 본 발명의 방법에 의해, 종래법과 동등 이상의 생육결과가 얻어지는 것이 명확해졌다. 따라서, 다른 식물에 대해서도, 본 발명의 방법에 의해 재배 가능하다고 추측된다.

시험예 3 바이오미네랄 재배에 의한 청고병 저항성 시험

본 발명의 방법에 의해 재배한 식물의 청고병 저항성에 대해, 이하와 같이 시험하였다.

먼저, CPG 한천배지(조성: 1 L당 카사미노산(casamino acid) 1 g, 펩톤 10 g, 글루코스 5 g, 한천 16 g) 상에서 청고병균(Ralstonia solanacearum 03-01487주)을 32℃ 3일간 정치 배양하였다. 증식한 균체를 멸균수에 현탁하고, 청고병균 접종원으로 하였다.

다음으로, 15 L의 물(지하수)이 든 플랜터(63×23×18 cm)에 CSL을 매일 1 g 첨가하고, 상온에서 폭기를 계속하는 발효기간을 두었다. 2주간 후, 토마토(품종명 '폰데로사')의 2주간 묘목을 16주/플랜터씩 정식하고, 32℃에서 양액재배를 개시하였다(바이오미네랄구). 정식 후의 CSL 첨가량은 1 g/일로 하였다. 정식 2일 후, 9 일 후, 및 11일 후에, 상기에서 얻어진 청고병균(10⁸~10¹⁰ cells)을 양액 내에 접종하였다.

한편, 화학 비료구(대조)로서 화학 비료(오츠카화학, 오츠카 A처방)를 물에 혼합한 양액을 사용한 것 이외에는, 바이오미네랄구와 동일하게 양액재배 및 접종을 행하였다. 또한, 시비량은 질소성분의 첨가량을 바이오미네랄구와 맞추고, 매일 추비를 행하였다.

그 결과, 정식 후 13일째의 시점에서, 화학 비료구에서는 11주가 청고병에 의해 위조(萎凋)되었지만(도 14 위쪽), 바이오미네랄구에서는 병주의 발생이 전혀 없었다(도 14 아래쪽).

따라서, 본 발명의 방법으로 재배함으로써, 청고병의 발생을 억제할 수 있는 것이 명확해졌다.

본 발명에 의하면, 양액에 직접 유기물을 첨가할 수 있는 양액재배법이 제공되고, 유기물만으로 양액재배·양액토경용의 양액, 또는 추비용의 액체 비료를 제조하는 것도 가능해진다. 종래, 양액토경에서 이용할 수 있는 유기물은 액체에 한정되어 있었지만, 본 발명에 의해, 고형의 유기물을 원료로 양액을 제조하는 것이 가능해졌다.

또한, 본 발명으로는, 유기물을 고체·액체의 구별없이 사용하여 양액화할 수 있기 때문에, 다양한 원료를 사용하여 양액을 제조할 수 있을 뿐 아니라, 유기 성 폐기물의 유효 이용법으로서도 유망하다.

또한, 본 발명의 양액재배방법으로는, 토마토 등 가지과 식물에서 심각한 피해를 초래하는 청고병의 발생을 방지할 수 있다.

Claims

이하 (A)에 기재된 물에, 이하 (B)에 기재된 조건을 만족하도록 이하 (C)에 기재된 질소 함유 유기물을 첨가하여, 폭기를 행하면서 배양함으로써, 이하 (D-1)~(D-3)에 기재된 모든 성질을 갖는 미생물 생태계를 구축하는 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 질산태질소를 함유하는 식물재배용 양액의 제조방법:

(A) 1 L에 대해 5~50 g의 토양, 바크 퇴비, 또는 토양 및 바크 퇴비를 미생물원으로서 첨가한 물.

(B) 물 1 L에 대해 이하 (C)에 기재된 질소 함유 유기물을 한번 첨가량이 0.05~1 g이 되도록 1회/1일 ~ 1회/7일 첨가하는 조건.

(C) 콘 스팁 리커, 퇴비, 녹비, 발효비료, 낙엽, 어분, 유박, 비지, 음식물 쓰레기, 쌀겨, 가축분뇨 및 볏짚으로부터 선택되는 하나 이상의 것.

(D-1) 1 L에 대해 1.67 g의 콘 스팁 리커를 한번에 첨가했을 때에, 중간분해산물인 암모니아의 발생을 억제하여 질산태질소로까지 1일에 분해 가능한 미생물 생태계.

(D-2) 1일에 70 ㎎/L 이상의 암모니아를 분해 가능한 미생물 생태계.

(D-3) 질화균을 포함하는 미생물 생태계.
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