KR101479142B1 - 친환경 토양 개량제 및 그 제조 방법 - Google Patents

친환경 토양 개량제 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

친환경 토양 개량제 및 그 제조 방법에 관한 것으로 물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부를 혼합하여 교반하고 교반된 혼합물은 20~30℃에서 5~10주간 발효하고 발효가 완료된 액체 상태의 결과물만을 친환경 토양 개량제로서 토출한다.

Description

친환경 토양 개량제 및 그 제조 방법 {Soil improvement material and its manufacturing method}
친환경 토양 개량제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 웰빙 산업에 대한 관심이 높아지면서 먹거리에 대한 국민들의 관심도 더불어 높아지고 있다. 웰빙 산업은 정부의 친환경 정책의 장려로 농가에도 확산되어 유기농 작물을 재배하는 농가도 늘어나고, 소비자들의 구매 추세에 따라 유기농 농작물을 선호하는 경향이 증가하고 있다. 이에 유기농 작물과 같은 친환경 농산물이 재배되고 있지만 친환경 농법 및 유기농으로 재배된 농작물은 기존 화학적 비료 및 첨가제를 살포하여 재배한 농작물보다 수확량이 적어 높은 가격에 팔리고 있다.
친환경 농법 및 유기 농법은 환경 친화형 순환 농법의 궁극적인 형태로 인위적인 화학 처리 등의 공정을 거치지 않고 분쇄, 용해 등의 물질의 물리적인 상태 변화만으로 생물학적인 부숙화, 퇴비화 등을 유도하여 얻어진 자재를 사용하는 농법으로서, 기존의 화학적 비료 및 첨가제에는 이와 같은 친환경 농법 및 유기 농법으로 제조되어 농업에 적용 가능한 것을 찾아보기 어렵다. 또한 기존의 화학적 비료 및 첨가제 등의 사용을 일절 배제할 수도 없는 실정이고 친환경 농법 및 유기 농법만으로 새로운 작물을 재배한다고 하더라도 이전에 사용되어온 화학적 비료 및 첨가제에 의해 토양에 염류가 집적되어 있어 새로운 작물 재배 시 염해의 피해를 간과할 수 없으며 수확량 또한 기대할 만한 수준이 되지 못한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 대한민국등록특허 제10-0869349호에서는 미강 100중량부에 대하여 대두박 35 내지 45중량부, 동물성 아미노산 15 내지 25중량부와, 마늘, 쑥, 녹차 잎, 칡, 허브, 양파 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로부터 추출된 식물성 천연 추출물 5 내지 15중량부와 광물 담체 7 내지 11중량부를 포함하여 제조하되 광물 담체는 다공성 광물의 표면에 바실러스 서브틸러스 미생물이 흡착된 것을 특징으로 하는 친환경 토양 활성제를 개시하고 있으나 이는 미강 가루에 광물질 가루를 섞고 타 비료성분을 혼합하여 구성된 고체 가루 형태의 토양 활성제로 토양 및 작물에 시비한 경우 액체 상태로 살포되는 것보다 흡수 및 분해가 느리다. 또한 광물 담체로 사용되는 광물질 가루 및 미강 가루는 시비 후 토양 내에서 분해되기 전까지 서로 엉겨붙어 덩어질 수도 있어 작물의 뿌리 발근을 방해할 수도 있다.
따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 기존의 화학적 비료 및 첨가제와 다르며 토양에 신속하게 흡수되어 작물의 생육 속도 및 발달을 증가시키기 위한 토양 개량제의 개발이 요구된다.
염류 집적 장해를 해소하여 토양을 개량하고 농작물의 생육을 촉진하여 생산량을 증대시키는 친환경 토양 개량제 및 그것의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일측에 따른 친환경 토양 개량제의 제조 방법은, 쑥, 삽주 및 콩을 물을 용매로 사용하여 추출하는 추출단계, 맥반석, 불석 및 규석을 분쇄 및 열처리를 통해 가공하는 광물질 가공 단계, 상기 추출된 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 상기 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 혼합하여 교반하는 교반 단계, 상기 교반된 혼합물을 발효시키는 발효 단계 및 상기 발효된 액체 상태의 결과물만을 친환경 토양 개량제로서 토출하는 토출 단계를 포함한다.
상기 추출단계는 쑥, 삽주, 콩 및 물을 가열 탱크에 투입하여 97~100℃로 1~1.5시간 가열하는 가열 단계, 상기 가열된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 20~30℃로 냉각시키는 냉각 단계, 상기 냉각된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 여과포 또는 여과망이 장착된 용기에 의해 여과시키는 여과 단계 및 상기 여과된 액체 상태의 결과물만을 쑥, 삽주 및 콩의 추출물로서 토출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 쑥, 삽주, 콩 및 물의 가열 단계는 물 100중량부에 대해 쑥 0.04~0.05중량부, 삽주 0.03~0.04중량부 및 콩 0.04~0.05중량부를 가열할 수 있다.
상기 광물질 가공 단계는 맥반석, 불석 및 규석을 200~240 메시로 분쇄하는 분쇄단계, 상기 분쇄된 맥반석, 불석 및 규석을 5:5:3으로 교반하여 혼합하는 혼합단계, 상기 혼합된 혼합물을 열처리하는 광물질 열처리 단계, 상기 열처리된 혼합물을 상온에서 냉각시키는 냉각 단계 및 상기 냉각된 혼합물을 토출하는 가공된 광물질 토출단계를 포함할 수 있다. 상기 광물질 열처리 단계는 상기 분쇄된 맥반석, 불석 및 규석을 150~200℃로 3~5분간 가열할 수 있다.
상기 교반단계는 물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 상기 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부를 혼합하여 교반할 수 있으며 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물의 혼합물을 20~30℃에서 교반할 수 있다. 상기 발효 단계는 교반된 상기 혼합물을 20~30℃에서 5~10주간 발효시킬 수 있다.
상기 제조 방법에 의해 제조된 친환경 토양 개량제는 물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부를 포함한다.
염류 집적 장해를 해소하고 토양을 개량하여 농작물의 생육을 촉진하고 생산량을 증대시킨다.
도 1은 도 2, 3을 포함한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계 중 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계 세부공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계 중 광물질 가공단계의 세부공정도이다.
본 발명은 친환경적으로 제조되어 염류 집적 장해를 해소하여 토양을 개량하고 뿌리 발근 및 생육을 촉진하여 생산량을 증대시키는 친환경 토양 개량제 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 토양 개량제는 쑥, 삽주 및 콩을 물을 용매로 사용하여 추출(주로 액체 상태의 용매를 사용하여 고체 또는 액체 상태의 혼합물 속에서 어떤 특정한 성분만을 용해하여 분리하는 조작)한 추출물, 맥반석, 불석 및 규석을 분쇄 및 열처리를 통해 가공(원자재나 반제품을 인공적으로 처리하여 새로운 제품을 만들거나 제품의 질을 높임)한 맥반석, 불석 및 규석을 포함하는 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 포함하는 혼합물을 교반하고 발효시켜 생성된 친환경 토양 개량제이다. 각각의 조성물에 대한 성질과 용도에 대한 설명은 후술하도록 하겠다.
본 발명에 따른 친환경 토양 개량제는 물을 용매로 사용하여 쑥, 삽주 및 콩에서 추출된 추출물을 포함한다. 물 100중량부에 대해, 쑥 0.03~0.09중량부, 삽주 0.01~0.05중량부 및 콩 0.02~0.08중량부를 혼합하고 가열하여 쑥, 삽주 및 콩에서 추출된 액체 성분만을 쑥, 삽주 및 콩의 추출물로서 토출하여 사용한다. 본 발명에 사용되는 쑥, 삽주 및 콩의 추출물은 본 발명의 타 조성물들, 즉 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물과 혼합되어 발효할 때 불필요한 미생물의 번식을 억제시키기 위해 사용된다.
쑥은 국화과의 다년초로 식용으로 널리 알려져 있으나 한약재로는 "애엽"이라 불리며 피를 맑게 하고 혈액 순환을 좋게 하며 면역 기능을 좋게하기 위해 사용되어 왔다. 본 발명에서 쑥은 발효 과정에서 불필요한 유해 미생물의 번식을 억제하기 위해 사용되어진다. 쑥은 시네올(cineol)이라는 독특한 향기를 내는 성분을 가지고 있다. 시네올(cineol)은 대장균, 디프테리아균 등의 유해 미생물을 죽이거나 발육을 억제하는 효능이 있을 뿐 아니라 강력한 해독작용을 하는 성분으로 쑥, 삽주 및 콩의 추출 단계에서 추출된 쑥의 성분은 후술하게 될 발효 과정에서 유해 미생물의 번식을 억제하여 효소에 의한 발효가 유해 미생물 번식에 의해 방해받지 않도록 한다.
본 발명에 사용되는 쑥은 물 100중량부에 대해 0.03~0.09중량부로 0.03중량부 미만일 경우 미생물 번식을 억제하기 위한 쑥의 추출 성분이 적어 대장균, 디프테리아균 등의 유해 미생물 번식을 효과적으로 억제하지 못해 본 발명에서 얻고자 하는 발효에 의한 토양 개량제가 생성되지 않고, 0.09중량부를 초과할 경우 대장균, 디프테리아균 등의 유해 미생물 뿐만 아니라 본 발명에서 발효 시 활동하는 미생물의 활동까지도 저해할 수 있어 발효가 제대로 일어나지 않아 본 발명에서 얻고자 하는 토양 개량제가 생성되지 않으므로 전술한 범위에 유의하여야 한다.
삽주는 국화과의 여러해살이 풀로 굵은 뿌리를 가지고 있다. 식용 및 약용으로 쓰이며 약용으로는 창출, 선출, 산계, 천정으로도 불리며 생약으로 많이 쓰인다. 삽주에는 방향성 정유(政油) 성분인 아트락틸롤(atractylol), 아트락틸론(atractylonen) , 히네솔(Hinesol) 및 베타유데스몰(β-Eudesmol) 등이 함유되어 있는데 이들은 자극적인 향을 가졌으며 과량 사용될 때 자극성도 강해져 독성을 띨 수도 있다. 이들을 포함한 삽주의 추출물은 병원균에 대한 억제효과가 있어 쑥, 삽주 및 콩의 추출 단계에서 추출된 삽주의 성분은 후술하게 될 발효 과정에서 병원균을 포함하는 유해 미생물의 번식을 억제하여 효소에 의한 발효가 병원균을 포함하는 유해 미생물 번식에 의해 방해받지 않도록 한다. 또한, 쑥, 삽주 및 콩의 추출 단계에서 추출된 삽주의 성분은 항균 및 탈취 작용을 하여 발효 시 습기로 인해 생길 수 있는 곰팡이를 제거한다.
본 발명에 사용되는 삽주는 물 100중량부에 대해 0.01~0.05중량부로, 0.01중량부 미만일 경우 전술한 병원균을 포함하는 유해 미생물을 억제하기 위한 삽주의 추출 성분이 적어 병원균을 포함하는 유해 미생물의 번식을 효과적으로 억제하지 못해 본 발명에서 얻고자 하는 발효에 의한 토양 개량제가 생성되지 않고, 0.05중량부를 초과할 경우 전술한 삽주의 방향성 정유 성분들은 병원균을 포함하는 유해 미생물뿐만 아니라 본 발명에서 발효 시 활동하는 미생물의 활동까지도 저해할 수 있어 발효가 제대로 일어나지 않아 본 발명에서 얻고자 하는 토양 개량제가 생성되지 않으므로 전술한 범위에 유의하여야 한다.
콩은 쌍떡잎식물 장미목 콩과의 한해살이풀로 대두(大豆)라고도 하며 식용 및 약용으로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 콩은 전술한 쑥, 삽주 및 물과 혼합되고 추출되어 사용된다. 콩은 추출되면 사포닌이라는 성분을 내어놓게 되는데, 사포닌은 물과 만나면 거품을 내는 천연계면활성 물질이다. 이러한 사포닌의 거품을 내는 성질은 후술하게 될 발효 과정에서 유해 미생물 및 유해 물질을 흡착하거나 차단하여 효소에 의한 발효가 유해 미생물 번식 및 유해 물질에 방해받지 않도록 한다.
본 발명에 사용되는 콩은 물 100중량부에 대해 0.02~0.08중량부로, 0.02중량부 미만일 경우 추출되는 사포닌의 함량이 적어 유해 미생물 및 유해 물질 격리 및 차단에 효과적이지 않아 본 발명에서 얻고자 하는 발효에 의한 토양 개량제가 생성되지 않고, 0.08중량부를 초과할 경우 추출되는 사포닌의 함량이 많아 발효 시 거품이 많이 일어나게 되고, 본 발명에서 발효 시 활동하는 미생물의 활동까지도 차단 또는 저해할 수 있어 발효가 제대로 일어나지 않아 본 발명에서 얻고자 하는 토양 개량제가 생성되지 않으므로 전술한 범위에 유의하여야 한다.
본 발명에 따른 친환경 토양 개량제에 포함되는 광물질은 맥반석, 불석 및 규석을 포함한 혼합물로 분쇄 및 열처리를 통해 200~240메시 크기의 고체 분말로 가공된다. 고체 분말로 가공된 광물질은 전술한 본 발명의 타 조성물들, 즉 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 효소, 흑설탕 및 물과 혼합되어 발효할 때 미생물이 활동할 수 있는 공극을 제공하여 미생물의 활동을 활발하게 한다. 가공된 광물질은 미생물이 활동할 수 있는 공극을 제공함과 동시에 식물이 자라는 데 꼭 필요한 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소도 제공한다. 가공된 광물질이 제공하는 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 최종 생성되는 본 발명의 토양 개량제에 포함되어 토양 및 작물에 일정한 주기를 두고 반복적으로 살포하였을 때 염류 장해를 해소하여 토양을 개량하고 농작물의 생육을 촉진하여 생산량을 증대시킬 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 하겠다.
맥반석(麥飯石)은 반암에 속하는 암석으로 석영과 장석이 고루 섞여있으며 주성분은 무수규산 및 산화알루미늄이고 산화 제2철이 소량 함유되어 있다. 1㎤당 3~15만 개의 공극이 있어 흡착성이 강하고 약 25,000종의 무기염류를 함유하고 있다. 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하기 때문에 유해 금속 제거제로도 사용하며 열을 가하면 원적외선을 방출하기도 한다. 본 발명에 사용되는 맥반석은 후술할 가공 단계를 거쳐 암석 내 공극에 수분이 제거되어 공극이 넓어진 상태로 발효 단계에 투입된다. 맥반석은 미생물이 활동할 수 있는 다수의 공극을 제공하며 미생물은 맥반석의 공극에서 활발히 활동하며 발효를 진행시킨다.
불석(沸石, zeolite)은 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하며 그 종류가 많으나 결정의 성질, 산상(産狀, 산출된 상태) 및 높은 함수량(含水量, 물체 중에 함유된 수분량) 등의 공통된 성질을 다수 가지고 있다. 일반적으로 무색 투명하거나 백색으로 반투명하다. 구조적으로 각 원자 사이의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 가열해 방출시켜도 골격은 그대로 유지되고 이러한 이유로 미립물질을 흡착할 수 있다. 이 성질을 이용하여 흡착제로 사용하며 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩, 일정한 크기를 갖는 분자만을 통과시키는 것이 가능한 물질)로도 사용된다. 본 발명에 사용되는 불석은 후술할 가공 단계를 거쳐 암석 내 공극에 수분이 제거되어 공극이 넓어진 상태로 발효 단계에 투입된다. 불석은 미생물이 활동할 수 있는 다수의 공극을 제공하며 미생물은 불석의 공극에서 활발히 활동하며 발효를 진행시킨다.
규석(硅石, silica stone)은 주로 석영으로 이루어진 광물로 화학식이 SiO2의 무수규산으로 나타낼 수 있다. 석영의 순도에 따라 백규석, 장규석, 연규석, 노재규석 및 내장석으로 나뉘어진다. SiO2의 결정으로 이루어진 규석은 가열하면 체적팽창이 일어난다. 팽창된 체적은 냉각되어도 본래 구조로 되돌아가지 않아 석영 구조 내 팽창된 공극의 크기는 유지된다. 본 발명에 사용되는 규석은 후술할 가공 단계를 거쳐 암석 내 공극에 수분이 제거되어 공극이 넓어진 상태로 발효 단계에 투입된다. 규석은 미생물이 활동할 수 있는 다수의 공극을 제공하며 미생물은 규석의 공극에서 활발히 활동하며 발효를 진행시킨다.
본 발명에서 사용되는 맥반석, 불석 및 규석은 후술할 가공 처리를 통해 분말 상태가 되고 맥반석:불석:규석=5:5:3의 비율로 혼합한다. 맥반석 및 불석은 다수의 공극이 조밀하게 형성되어 흡착성이 강하고 공극 내에 다수의 미량원소를 포함하고 있다. 또한 맥반석과 불석은 서로 상이한 성분들로 구성된 광물들이므로 맥반석:불석을 1:1의 비율로 혼합하여 다양한 미량원소를 추출할 수 있다. 규석은 맥반석 및 불석에 비해 소량 섞어주는데, 규석을 맥반석 및 불석에 비해 소량 섞어주는 것은 맥반석 및 불석에 비해 규석의 결정이 크고, 입자 사이의 공극이 조밀하지 못하기 때문이다. 또한 규석의 주 성분인 석영은 맥반석에도 포함되어 있어 규석의 비율을 맥반석에 비해 소량으로 제시하였다.
효소(enzyme)는 생명체 내 화학 반응의 촉매가 되는 여러 가지 미생물로부터 생기는 유기 화합물로 무색 투명하며 전자현미경으로나 볼 수 있는 미세한 물질이다. 동물, 식물 등 모든 생물의 세포 속에는 여러 종류의 효소가 있으며 세포 안에 널리 분포되어 생명체의 화학적 반응에 관여한다. 효소 제품은 원료의 종류가 많을수록 여러 종류의 다양한 효소가 함유되어 있다. 본 발명에서는 일본 Yu-A Enzyme사(社) 소속의 이시가와 박사가 속한 연구팀이 만든 효소를 사용하여 발효를 진행하는데, Yu-A Enzyme사(社)의 효소는 식물성 재료를 사용한 채소 효소로서 수백 종의 효소가 복합되어 있어 미생물 활동에 의해 생성된 다양한 유기물과 반응할 수 있으므로 활성도가 높아 후술할 발효 시 효과적으로 사용되고 있다.
효소는 발효 및 숙성 과정에 오랜 시간과 기술이 요구된다. 같은 방법, 같은 공정에서도 온도, 습도, 광선, 공기 중의 미생물 등에 의해 부패하거나 알코올이 되기도 하며 특수 조건에서만 효소가 된다. 제품의 우수성은 원료의 선택, 발효 미생물의 선택, 발효 기술에 의하여 결정된다. 본 발명에서 사용되는 효소는 물 100중량부에 대해 0.06~0.09중량부로 효소의 양이 0.06중량부 미만일 경우 발효 시 미생물의 활동에 의한 유기물과 반응하는 효소의 양이 적어 발효가 정상적으로 이루어지지 않아 미생물의 활동에 의한 부패 및 변질이 일어날 수 있고 효소의 양이 0.09중량부를 초과할 경우 미생물의 활동에 의해 생성된 유기물과 효소가 반응하는 발효 및 숙성의 과정이 충분히 이루어지지 않아 본 발명에서 얻고자 하는 토양 개량제의 제조에 적합하지 않으므로 전술한 범위에 유의하여야 한다.
흑설탕은 발효 시 C/N비(Carbon/Nitrogen ratio) 맞추기 위해 넣어준다. C/N비란 생물체 또는 현탁 유기물에 포함되어 있는 질소(N) 중량에 대한 탄소(C)중량의 비율을 말한다. 본 발명에서는 미생물이 활발히 활동할 수 있도록 탄소 성분인 흑설탕을 넣어 C/N비를 20:1~40:1 로 맞춰준다. 미생물은 탄소 성분을 에너지로 사용하며 활성화되고 활성화된 미생물의 활동에 의해 생성된 유기물은 전술한 효소와 반응하여 분해된다. 발효는 이러한 미생물의 활동과 미생물의 활동에 의해 생성된 유기물 및 효소의 반복적인 반응에 의해 진행된다.
본 발명에서 사용되는 흑설탕은 물 100중량부에 대해 0.06~0.08중량부로, 흑설탕의 조성 범위는 발효가 가장 잘 일어날 수 있는 범위의 C/N비를 고려하여 제시된 것으로 0.06중량부 미만일 경우 미생물을 활성화시키기 위한 탄소 성분이 적어 미생물이 활성화되지 않아 발효가 일어나지 않거나 느리게 진행될 수 있고, 0.08중량부를 초과할 경우에는 과량의 탄소 성분이 제공되어 본 발명에서 제시하는 5~10주간의 발효 기간동안 탄소 성분인 흑설탕이 100% 분해되지 않고 남아있을 수 있어 본 발명에서 얻고자 하는 토양 개량제의 제조에 적합하지 않으므로 전술한 범위에 유의하여야 한다.
본 발명에 포함된 조성물에서 전술한 성분들을 제외한 나머지 성분은 물로 이루어져 있고 물은 전술한 성분들의 용매로 사용되고 있다. 물은 항온동물의 체온조절에 관여할만큼 큰 비열을 지니고 있어 온도 등의 상태 변화에 민감하지 않고 전술한 조성물들과 화학반응을 일으키지 않아 용매로 사용하기 적합하다.
전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 포함하는 혼합물은 발효를 통해 액체 상태의 토양 개량제로 제조된다. 가공된 광물질은 맥반석, 불석 및 규석이 분쇄 및 열처리에 의해 가공된 것으로 타 조성물과 혼합되어 발효되면서 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들을 제공한다. 가공된 광물질이 제공하는 미량 원소는 발효 단계에서 발효되면서 사라지거나 하지 않으며 본 발명의 토양 개량제에 포함되어 토양 및 작물에 일정한 주기를 두고 반복적으로 살포하였을 때 염류 장해를 해소하여 토양을 개량하고 농작물의 생육을 촉진하여 생산량을 증대시킬 수 있다.
염(鹽)이란 산과 염기가 결합된 것을 말한다. 예를 들어 칼륨(K)과 황산(H2SO4)이 결합한 황산칼륨(K2SO4)을 염이라 부르는데 이와 같은 메커니즘으로 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 등의 산과 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 나트륨(Na) 등의 염기가 결합된 것을 통틀어 염류라 부른다. 염은 농작물의 생육에 꼭 필요한 성분들이나 이 염이 농작물 생육에 필요한 양보다 많이 공급되어 농작물에 흡수되어 사용되지 못하고 토양 내에 남아있으면 농작물 뿌리의 양분 흡수를 저해하고 심한 경우 농작물을 괴사시킨다. 이렇게 토양 내에 잔류하는 염의 함량이 높은 경우를 염류집적(염류가 한 곳에 누적되어 토양이 검으스레한 모습으로 표현됨)이라 하는데 이러한 염류의 집적이 반복되면 농작물의 생육이 불량해져 품질이 낮아지고 더불어 생산량도 줄어드는 결과를 초래한다.
염류집적의 가장 큰 원인으로는 화학적 비료 및 첨가제를 들 수 있다. 농작물을 재배하는 농가라면 대부분 화학적 비료 및 첨가제를 사용하고 화학적 비료 및 첨가제를 사용하지 않는 유기농가라도 농작물 재배에 사용하는 유기물 비료 역시 화학적 비료 및 첨가제와 화학적 성분이 동일하며 농작물 생육에 꼭 필요하나 토양에 결핍되기 쉬운 대표적인 성분인 질소, 인, 칼륨으로 구성된 유기물을 사용하므로 이들의 반복적 살포에 의해 발생된 염류집적을 해소하기 위해서는 화학적 비료 및 첨가제와 인위적인 합성 과정을 거치지 않은 비료 및 첨가제의 구성 성분들을 자세히 알아볼 필요가 있다. 이하 후술하는 비료 및 첨가제는 화학적 비료 및 첨가제와 인위적인 합성 과정을 거치지 않은 비료 및 첨가제를 모두 포함한 것임을 명시한다.
대부분의 비료 및 첨가제는 질소, 인 및 칼륨으로 구성되어 있다. 질소, 인 및 칼륨은 토양 내 부족하기 쉬운 원소들로 비료의 3요소라고도 불리는 대표적인 비료 및 첨가제의 구성 성분이다. 예를 들어 질소, 인 및 칼륨을 포함하는 화학적 비료 및 첨가제는 질산칼슘(CaNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산마그네슘(Mg(NO3)2) 등의 형태로 질소를 포함하고 인산은 과인산석회 및 중과인산석회에서 인산수소칼슘(CaH4(PO4)2)의 형태로 포함된다. 칼륨은 황산칼륨(K2SO4), 인산칼륨(K2PO4) 등의 형태로 포함되는데 이러한 질소, 인 및 칼륨은 토양에 흡수되어 토양 내에서 Ca+, K+, Mg+ 등의 양이온과 NO3-, PO4-, 등의 음이온으로 존재하고 이들 성분들은 농작물에 흡수되어 농작물의 생육을 돕는다.
질소, 인 및 칼륨을 포함하는 화학적 비료 및 첨가제는 상술한 바와 같이 타 성분들과 결합한 형태로 공급된다. 이들은 토양 내에서 양이온, 음이온으로 분리되며 농작물의 생육에 필요한 성분들만이 선택되어 농작물의 뿌리를 통해 흡수된다. 농작물에 흡수되지 못한 성분들은 토양 내에 남게 되고 잔류하는 양이 과다하면 토양 내에 염의 농도가 높아지고 결국 토양의 물성을 해치고 작물의 생육을 방해하는 염류 장해(토양 중에 염류가 많을 경우 재배하는 작물에 피해를 주어 생육이 위축되고 심하면 고사하게 되는 현상)가 일어난다.
토양 내 염류의 농도가 높아지면 작물의 뿌리는 삼투압 현상에 의해 뿌리의 세포액이 세포 밖으로 흘러나와 뿌리의 기능이 약화되고 심하면 말라죽기까지한다. 염류에 의한 장해는 작물의 뿌리 뿐만 아니라 작물의 잎에서도 나타나 역시 삼투압 현상에 의해 말라간다. 즉, 토양 내 Ca+, K+, Mg+ 등의 양이온들과 NO3-, PO4- 등의 음이온들이 과량 존재하는 경우 같은 전하를 띠는 이온들간의 길항작용에 의해 농작물 뿌리에서의 이온치환을 방해하여 농작물의 양분 흡수를 방해한다. 원예·농업 분야에서의 길항작용이란 같은 전하를 띠는 서로 다른 성분이 경쟁하여 뿌리의 양분 흡수를 방해하는 작용으로 화학, 생물학 전반에 쓰이는 길항작용과 다소 차이가 있음을 유의한다. 결국 토양 내 염류의 농도가 높아지면 농작물의 양분 흡수가 원활하게 이루어지지 않아 농작물의 생육에 방해가 되고 이는 작물의 생산량감소와도 직결된다.
이러한 염류 장해는 본 발명에 포함된 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들을 통해 해소될 수 있는데 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 화학적 비료 및 첨가제에 포함된 Ca+, K+, Mg+, NO3-, PO4- 등과 결합하여 염류간의 길항 작용을 감쇄시켜 농작물 뿌리의 양분 흡수를 돕는다. 즉, 토양 내에 집적되어 뿌리의 이온 치환을 방해하던 Ca+, K+, Mg+, NO3-, PO4-등의 염류와 결합해 농작물의 뿌리가 토양 내 염류에 의해 이온치환하여 양분을 흡수하는 것을 방해받지 않도록 해준다. 또한 토양 내 염류와 반응하는 일부 미량 원소들 외에 농작물에 흡수된 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 농작물 내의 물질대사에 관여하여 농작물의 생육 발달에 도움을 준다. Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들이 농작물의 물질대사와 관련하여 생육 발달에 미치는 효과에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
Fe(철)은 Fe2+, Fe3+, Fe-의 킬레이트(1개의 분자 또는 이온에 2개 이상의 배위원자를 갖고, 그것이 금속원자(이온)를 둘러쌓듯이 배위한 고리구조(킬레이트 구조)가 있는 화합물. 킬레이트 화합물이라고도 한다) 형태로 제공되어 뿌리가 Fe3+을 Fe3+로 환원시키는 능력에 따라 흡수가 진행된다. Fe 대부분은 농작물 내에서 엽록체 내에 저장되어 광합성에 관여하고 엽록소의 생합성에 필수 원소이다. Fe 결핍 시 농작물은 새로운 어린잎에 엽맥(식물의 잎에 있는 관다발. 잎 속의 물과 양분의 이동통로)만 남기고 황백화되어 심할 경우 괴사한다.
Mn(망간)은 IAA(indole acetic acid. 식물의 생장호르몬) 산화효소를 활성화시켜 농작물의 생육을 촉진하고 광합성에서 물의 광분해에 관여하여 탄소동화작용 및 질소대사에 사용되고 식물체 내에서 발생하는 유해 활성산소를 없애는 SOD(superoxide dismutase. 과산화물 제거 효소)의 보조인자로서 작용하여 농작물 생육에 도움을 준다. Mn 결핍 시 줄기는 잘 자라지 않고 새로운 잎은 크지 않으며 기존의 잎은 색이 변색되고 말라간다.
Cu(구리)는 엽록체 내의 단백질인 플라스토시아닌(plastocyanin. 엽록체 속에 들어있으며 Cu를 함유하고 전자 운반체의 구실을 하는 청색단백질)을 구성하는 성분의 하나로 광합성에 관여하는 산화환원효소들의 주 성분으로 Cu 결핍 시 광합성이 일어나지 않아 농작물의 양분 합성이 원활하게 이루어지지 않는다.
Zn(아연)은 농작물의 질소대사에 관여하는데 Zn이 결핍되면 농작물의 RNA(리보핵산. DNA와 함께 유전정보의 전달에 관여하는 핵산의 일종) 및 세포질 내 리보솜(ribosome. RNA와 단백질로 이루어진 복합체로서 세포질 속에서 단백질을 합성하는 역할을 한다) 함량이 감소되어 단백질 합성이 억제되고 농작물 생육이 저해된다. 또한 Zn은 농작물의 대사 결과 발생되는 유해한 활성 산소를 제거하는 효소인 SOD의 구성성분으로 쓰인다. SOD에 대한 설명은 전술한 내용을 참조한다.
B(붕소)는 농작물의 세포벽 형성, IAA대사, 리그닌(lignin. 식물의 목질부를 형성하는 주요 물질) 생합성, 발아와 화분(종자 식물 수술의 꽃밥 안에서 만들어지는 생식세포) 생장 등의 조직 발달에 필수 성분으로 B가 결핍되면 세포막의 형성이 불량하여 생장점의 활동이 정지된다.
Mo(몰리브덴)은 질소고정효소와 질소환원효소의 조효소로 쓰이는 질소동화에 필수성분으로 NO3-를 환원시킨다. Mo 결핍되면 NO3-가 환원되지 못해 농작물 내에 질산이 축적되어 잎이 황색 또는 황록색으로 색이 바래면서 말라죽는다.
상술한 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 토양 내 염류집적을 해소하여 뿌리의 양분 흡수를 도와 농작물의 생육을 촉진할 뿐만 아니라 토양에 흡수되어 토양 미생물을 활성화시키고 활성화된 미생물에 의해 떼알구조를 형성한다. 떼알구조란 입단구조라고도하며 토양 입자가 모여 만들어진 입단으로 형성된 토양의 물리적 구조로 홑알로 부서지는 토양보다 생산성이 높다. Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 토양 미생물의 대사활동에 의해 생분해가 가능한 것들로 미생물이 물질대사에 사용한 후 내어놓는 유기물에 의해 토양입자들이 결합하여 떼알구조가 형성된다. 이렇게 형성된 떼알구조는 토양의 보수력(토양 수분 함량), 보비력(토양이 비료 성분을 오래 지니는 정도), 통기성을 향상시켜 떼알구조로 개량된 토양에서 재배되는 농작물의 생산성 향상과도 직결된다.
이처럼 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 염류 집적을 해소하고 미생물을 활성화시켜 토양을 떼알구조로 유도하는 등 토양을 개량하고 염류 집적이 해소된 토양의 농작물은 토양 내 뿌리 발근(뿌리 내림, 뿌리 분화)이 촉진되어 양분 흡수가 원활해 농작물의 생육 발달이 촉진된다. 또한 Fe, Mn, Cu, Zn, B 및 Mo 등의 미량 원소들은 농작물에 흡수되거나 미생물에 의해 생분해되어 토양 오염을 일으키지 않는다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 친환경 토양 개량제와 그 제조 방법에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
도 1은 후술할 도 2 및 도 3을 포함한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계를 나타낸 흐름도이다. 도 1은 후술한 도 2의 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계와 도 3의 광물질 가공단계를 포함하고 도 2, 3에서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물과 가공된 광물질을 얻은 후 시행되어야 하므로 도 2, 3을 먼저 설명하도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계 중 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계의 세부공정도로 친환경 토양 개량제의 원료로 사용되는 쑥, 삽주 및 콩을 물을 용매로 하여 추출하는 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계의 세부공정도를 도시하였다. 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계(10)는 모두 상온에서 진행된다.
도 2의 11, 12, 13, 14의 투입 단계에서는 물 100중량부에 대해, 쑥 0.04~0.05중량부, 삽주 0.03~0.04중량부 및 콩 0.04~0.05중량부를 가열탱크에 투입한다. 11, 12, 13, 14의 투입 단계에서 각 조성물들의 투입은 작업자에 의해 수행될 수도 있고 조성물이 담긴 용기를 이동시켜 기울임으로서 용기에 담긴 각각의 조성물들이 가열탱크에 투입되도록 하는 장치에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어 전술한 각각의 조성물들은 가열탱크에 부착된 복수개의 공급관들 각각을 통하여 교반기에 투입될 수 있다. 조성물들의 투입 시 공급관은 공유될 수 있으며 조성물 투입 시 조성물 각각에 대해 공급관을 구분하여 사용할 필요는 없다. 또한 조성물들의 투입 순서는 쑥, 삽주, 콩 및 물에 대해 따로 정하지 않으며 쑥, 삽주, 콩 및 물 중 어느 것을 먼저 투입하여도 이후 진행되는 단계에 영향을 주지 않는다.
15단계의 가열 단계에서는 투입된 쑥, 삽주, 콩 및 물을 97~100℃로 1~1.5시간 가열한다. 전술한 쑥, 삽주, 콩 및 물을 포함하는 혼합물은 가열에 의해 혼합물의 온도가 상승하고 가열된 물에 의해 쑥, 삽주 및 콩의 조직은 느슨해지거나 파괴되어 조직 내의 성분들은 물로 흘러나오게 된다. 물은 쑥, 삽주 및 콩 내부의 성분들이 흘러나와 섞일 수 있는 용매로 사용되고 있다. 물은 쑥, 삽주 및 콩을 추출하기 위한 용매로 사용되고 있으므로 가열 온도는 최대 100℃로 하되 물이 끓어 수증기로 기화하는 것을 방지하기 위해 100℃를 초과하여 온도를 높이지 않도록 주의한다. 또한 온도 범위의 최소값을 97℃로 물의 끓는점 100℃ 부근으로 하여 혼합물에 가해지는 열이 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물에서 물을 끓는점까지 도달시키기 위한 열 손실 없이 쑥, 삽주 및 콩에 충분히 열이 전달되어 쑥, 삽주 및 콩의 내부 조직이 느슨해지거나 파괴되어 추출이 용이해지도록 한다.
가열 시간은 1~1.5 시간으로 제한한다. 가열 시간이 1시간 미만이면 투입된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물이 가열되어 97~100℃의 온도 범위에 도달하기까지 소요되는 시간을 제외하고 쑥, 삽주 및 콩이 추출되는 시간이 적어 쑥, 삽주 및 콩의 성분이 충분히 추출되지 않을 수 있고, 1.5시간을 초과하여 가열하면 쑥, 삽주 및 콩은 이미 물과 함께 충분히 가열되어 추출이 완료된 상태로 1.5 시간을 초과하여 가열한다고 해도 쑥, 삽주 및 콩에서 더 이상 추출되어 나오는 추출물의 양은 미비하므로 가열 시간은 1~1.5 시간에 유의하도록 한다.
16의 냉각 단계에서는 15단계의 가열된 혼합물을 4~6시간, 20~30℃에서 냉각시킨다. 예를 들어 15단계에서 가열된 혼합물을 20℃미만의 온도로 떨어지는 계절을 제외한 상온에서 4~6시간 방치함으로써 냉각시킬 수 있다. 16단계에서 15단계의 가열된 혼합물을 충분히 식히지 않고 후술할 조성물들과 함께 혼합하는 경우 후술하게 될 성분들에 열이 전달되어 타 성분들의 조직 및 성분을 변형 또는 파괴할 수 있고 특히 열에 민감한 도 3의 발효 단계에 영향을 줄 수 있으므로 전술한 4~6시간의 냉각 시간에 유의하도록 한다.
17단계의 여과단계에서는 20~30℃로 냉각된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물에서 고체 상태의 물질들을 제거하기 위해 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 여과한다. 전술한 쑥, 삽주 및 콩은 가열되어 조직 내의 성분들이 물에 흘러나와 용해된 상태로 전술한 혼합물의 액체만을 얻기 위해 여과를 시행한다. 예를 들어 고체 및 액체가 혼합된 혼합물을 여과하기 위해서는 여과포 또는 여과망을 사용할 수 있으며 여과포 또는 여과망이 장착된 용기를 사용할 수 있다. 여과 단계에서는 고체 및 액체가 혼합된 혼합물을 여과포 또는 여과망이 장착된 용기에 여과포 또는 여과망을 통과하도록 흘려주고 일정 시간이 지난 후 여과포 또는 여과망을 제거한 후 여과포 또는 여과망을 통과한 액체 상태의 결과물만을 쑥, 삽주 및 콩의 추출물로서 토출할 수 있다.
상술한 바와 같은 공정에 의해 물 100중량부에 대해 쑥 0.04~0.05중량부, 삽주 0.03~0.04중량부 및 콩 0.04~0.05중량부를 포함하는 액체 상태의 친환경 토양 개량제가 토출된다. 18단계의 쑥, 삽주 및 콩의 추출물의 토출은 여과 장치에 의해 수행된다. 예를 들어 여과포 또는 여과망이 장착된 용기에 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 흘려주어 여과포 및 여과망을 통과한 액체만이 흘러나갈 수 있도록 연결된 토출관으로 흘러나와 자동으로 토출할 수 있다. 아니면 여과포 또는 여과망이 장착된 용기에 여과표 또는 여과망을 통과한 액체 상태의 결과물의 양을 인지한 작업자에 의해 토출될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계 중 광물질 추출단계의 세부공정도(20)로 친환경 토양 개량제의 원료로 사용되는 맥반석, 불석 및 규석이 열처리되어 가공되어지는 세부공정을 도시하였다.
21, 22, 23의 파쇄단계에서는 맥반석, 불석 및 규석 각각의 성분들은 분쇄기에 투입되어 파쇄된다. 각각의 조성물들은 분쇄기의 공급관을 통해 작업자에 의해 투입될 수도 있고 각각의 광물질들이 담긴 용기를 분쇄기의 공급관에 기울임으로써 투입될 수 있도록 하는 장치에 의해 수행될 수도 있다. 각각의 광물질들은 각각 투입되고 파쇄되어지며 파쇄된 광물질들의 크기는 200~240 메시로 파쇄되었을 때 분쇄를 멈춘다.
24단계에서는 분쇄된 광물질들을 분체(고체 미립자의 집합체)의 입도 측정에 쓰이는 채(sieve)를 사용하여 200~240 메시의 범위를 벗어나는 광물질들을 분리해낸다. 전술한 200~240 메시의 범위를 벗어나는 광물질들은 다시 파쇄 단계로 돌아가 파쇄 단계부터 재수행된다. 파쇄된 분말 상태의 광물질들은 각각 다른 용기에 담아 섞이지 않도록 유의한다.
25단계에서는 분쇄기에서 파쇄된 맥반석, 불석 및 규석이 5:5:3의 비율로 가열 탱크에 투입된다. 도 3의 가열탱크와 전술한 도 2의 가열탱크는 용어만 동일할 뿐 서로 형태가 다르며 교반을 함께 시행하여야 하는 25단계에서 사용되는 가열탱크는 도 2의 가열탱크와 형태 뿐만 아니라 구조도 다를 수 있다. 예를 들어 고체 분말 상태의 파쇄된 광물질들을 열처리 하기 위한 가열 탱크는 고체 분말 상태의 파쇄된 광물질들을 골고루 열처리 하기 위한 것으로 가열탱크 내에 교반장치가 장착될 수 있고 가열과 교반이 함께 이루어진다. 이에 비해 도 2의 가열탱크는 물을 용매로 하여 쑥, 삽주 및 콩을 추출하기 위한 것으로 가열 탱크 내에 교반장치가 존재하지 않는다.
26단계에서는 25단계에서 투입된 맥반석, 불석 및 규석의 혼합물이 150~200℃에서 3~5분간 열처리를 통해 가공된다. 온도 범위 150~200℃은 맥반석, 불석 및 규석 내의 수분을 기화시키기 위한 온도 범위로 물의 끓는점 이상의 150~200℃로 설정하여 전술한 광물질들 내의 수분이 수증기로 기화하여 광물질들이 건조될 수 있도록 하였다. 전술한 광물질들의 혼합물을 열처리할 때 교반도 함께 진행되는데 교반은 가열 탱크 내부에 장착된 나선 형상으로 이루어진 나선 날개가 회전하면서 이루어지게 된다. 나선 형상의 날개는 열처리가 이루어지는 3~5분간 계속 진행되며 이는 맥반석, 불석 및 규석의 혼합물이 골고루 열처리되어 광물질 입자 사이의 공극에 수분이 제거되어 공극이 건조되고 넓어질 수 있도록 하였다. 열처리를 통해 가공된 광물질들의 공극은 후술할 발효 단계에서 미생물이 활동할 수 있도록 광물 내 공극을 제공하고 Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo 및 Cl의 미량 원소를 제공하기 위한 것으로 자세한 설명은 전술한 내용을 참조하도록 한다.
27단계에서는 열처리된 혼합물을 0.5~1시간 상온에서 냉각시킨다. 전술한 맥반석, 불석 및 규석의 혼합물은 고체 분말 상태의 광물질들로서 냉각 속도가 전술한 액체 상태의 쑥, 삽주 및 콩의 추출물보다 빠르다. 따라서 0.5~1시간 가량 상온에서 냉각시켜주고 냉각된 맥반석, 불석 및 규석의 혼합물을 가공된 광물질로서 토출한다.
상술한 바와 같은 공정에 의해 맥반석, 불석 및 규석을 5:5:3의 비율로 포함하는 고체 분말 상태의 가공된 광물질이 토출된다. 28단계의 가공된 광물질의 토출은 가열 탱크에 의해 수행된다. 예를 들어 열처리를 통해 가공된 광물질은 가공된 광물질이 담긴 가열 탱크의 온도가 상온으로 하강했을 때 자동으로 가공된 광물질을 토출할 수도 있고 가공된 광물질의 온도가 상온임을 인지한 작업자에 의해 가열 탱크로부터 수동으로 토출될 수도 있다.
도 1은 도 2, 3을 포함한 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 토양 개량제의 제조단계를 나타낸 흐름도이다. 도 1은 전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계(10)와 광물질 가공단계(20)를 포함하며 전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계(10)와 광물질 가공단계(20) 후에 시행된다. 도 1은 전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계(10)의 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 및 광물질 가공단계(20)의 가공된 광물질과 함께 효소, 흑설탕 및 물을 혼합하고 교반하여 발효시키는 발효 단계이다.
10, 20, 30, 40, 50의 투입단계에서는 전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출단계(10)의 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 광물질 가공단계(20)의 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 교반기에 투입한다. 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 및 가공된 광물질의 조성비는 전술한 도 1, 2를 참조하며 물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부가 되도록 한다. 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 및 가공된 광물질의 중량부의 범위는 전술한 도 2, 3에서 생성된 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 및 가공된 광물질 전량을 물 1,000리터에 넣었을 때의 비율을 계산한 것으로 도 2 및 도 3에서 생성된 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 및 가공된 광물질을 도 3의 투입 단계에서 투입 시 발생하는 오차 범위를 고려하여 제시한 것이다.
60단계에서는 투입된 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 포함하는 혼합물을 하루에 1시간씩 2회 교반한다. 교반은 교반기 내부에 장착된 나선형상으로 이루어진 나선 날개가 회전하면서 이루어지게 된다. 교반은 1회에 1시간씩, 20~30℃에서 하루에 2회 반복하여 시행하고 7~8일간 지속적으로 시행한다. 당일 이루어지는 총 2회의 교반 사이의 시간 간격은 일정하지 않아도 되지만 교반기의 나선 날개가 정지하고 혼합물의 움직임이 없을 때 두 번째 교반을 시행하도록 한다.
7~8일 간의 교반이 끝나고 전술한 혼합물들이 충분히 교반되면 혼합물에서 침전물을 제외한 부분만을 발효 탱크로 이동시킨다. 60단계에서는 7~8일간의 교반을 통해 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 효소, 흑설탕 및 물로 이루어진 용액과 맥반석, 불석 및 규석의 광물질 혼합물을 교반을 통해 강제적으로 혼합하여 균일화 시켰고 이에 의해 고체 분말 상태의 광물질들은 전술한 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 효소, 흑설탕 및 물로 이루어진 용액과 균일하게 섞여 광물질 내의 미량 원소가 용액 내로 용해되었고 미생물에 공극을 제공해 미생물을 활성화시켰다. 따라서 7~8일간의 교반이 끝난 후 침전된 광물질들은 더 이상 필요하지 않으므로 제외시킨다.
70단계에서는 교반 단계에서 얻은 광물질 침전물을 제외한 액체만을 발효 탱크에 옮겨 20~30℃에서 5~10주간 발효시킨다. 교반 단계에서 얻은 액체만을 발효 탱크로 옮길 때 발효 탱크의 투입구에 여과포 또는 여과망을 장착하여 교반 단계의 용액이 여과포 또는 여과망을 통과하여 고체 물질을 제외한 액체만을 발효 탱크로 투입될 수 있도록 한다. 교반된 용액은 교반기를 발효 탱크로 이동시켜 기울임으로써 교반기에 담긴 용액이 발효 탱크로 흘러들어가도록 하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어 교반된 용액은 발효 탱크에 부착된 투입관을 통하여 발효 탱크에 투입될 수 있다.
투입된 후에는 여과포 또는 여과망을 제거하고 발효 탱크의 투입구를 거즈면으로 막아 발효 시 생성되는 가스가 배출될 수 있도록 한다.
80단계에서는 발효가 진행될수록 발효 탱크에 담긴 액체의 수면에 녹색의 고형막이 형성되는 것을 볼 수 있다. 이는 미생물 덩어리가 유해 세균을 차단하기 위해 뭉친 것으로 이 덩어리가 두텁고 크게 형성되어 액체 수면이 보이지 않고 빛을 비추었을 때 빛이 투과되지 않으면 발효가 완료된 것으로 간주하고 용액의 수면에 형성된 고형막을 제거하고 액체만을 토양 개량제로 토출한다. 발효 탱크에 담긴 액체의 수면에 형성된 고형막이 수면 전체를 덮고 있지 않거나 빛을 비추었을 때 빛이 투과되면 발효가 완료되지 않은 것으로 발효 기간을 3~5일 간격을 두고 연장하여 발효가 완료될 때까지 발효를 진행한다.
90단계에서는 발효가 완료된 후 발효 탱크에서 액체만을 친환경 토양 개량제로 토출하는 단계로 이러한 친환경 토양 개량제의 토출은 발효 탱크에 의해 수행된다. 예를 들어 발효 탱크 둘레의 일부면에 여과망 또는 여과포가 장착된 수도꼭지 모양의 토출관을 설치하여 발효가 완료된 것을 인지한 작업자에 의해 토출될 수 있다.
이하 비교예, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명의 친환경 토양 개량제를 구체적으로 설명하기로 한다.
아래 개시한 표 1 내지 표 5의 결과는 대한민국 충청남도 공주시 에 위치한 공주대학교에서 시험한 결과로 본 발명의 실시예에 따른 상추의 생육 효과를 확인하여 작물 생육에 적합한 토양 개량제인지를 확인하기 위한 것이다. 시험 방법은 상추(청치마, 중앙종묘)를 사용하였고 처리내용은 표 1과 같다. 실시예 1, 2는 본 발명의 실시예를 500배, 1000배로 물에 희석하여 상추에 엽면살포(비료, 미량 원소, 농약을 물에 알맞게 타서 식물의 잎에 뿌려 잎으로부터 양문, 양액을 흡수하게 하는 일)한 것이고 비교예 1은 상추에 무(無)처리 한 것이다.
시험에 사용된 상추는 28일 육묘(재배하고 있는 농작물로서 번식용으로 이용되는 어린 모를 묘상(苗床) 또는 못자리에서 기르는 일)한 상추를 정식(定植, 온상이나 묘상에서 기른 모를 밭에 정식으로 옮겨 심는 일)하였고 엽면 살포는 정식한 날로부터 3일 후 처리하였다. 엽면 살포는 총 3회 처리하였으며 처리 간격은 8일 간격으로 하였고 그 외의 재배관리는 농총진흥청 표준영농교본을 준수하였다.
이하 결과에서는 3회의 엽면 살포에 의한 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예 1에서의 상추의 초장(초본 식물의 지표에서 선단까지의 길이), 엽수 및 엽색도(SPAD, 영양진단을 목적으로 엽중의 엽록소 함량을 엽을 파괴하지 않고 측정한 것)의 변화를 일주일 간격으로 관찰하였다. 각각의 엽면 살포 후의 결과 표시는 0-5로 표시하였고, 0은 비해 전혀 없음, 3은 중간, 5는 완전 고사를 의미한다. 시험구는 1.2㎡/구의 크기에 완전임의배치법(完全任意配置法, 시험구 전체의 처리가 완전히 임의로 배열되는 시험구 처리법)으로 처리되었다.
시험재료 및 처리 방법
처리 방법 처리방법 및 시기
실시예1 1,000 희석 엽면 살포
실시예2 500희석 엽면 살포
비교예1 무처리 엽면 살포
이하 표 2에서는 표 1의 실시예 1, 2 및 비교예 1을 바탕으로 시행된 결과를 나타내었다. 표 2에서는 상추를 정식한 날로부터 3일 후의 상추의 생육 상태를 나타낸 결과로 상추의 엽수, 초장, 엽색도를 나타냈었다.
1차 조사(정식 후 3일, 1차 엽면 살포 전)
엽수(장) 초장(cm) 엽색도(SPAD) 비고(0-5)
실시예1 10.8 8.95 36.9 -
실시예2 10.5 8.71 35.8 -
비교예1 10.5 9.85 35.7 -
표 2에서는 상추가 정식된 날로부터 3일 후 상추의 생육 상태를 나타낸 결과로 1차 엽면 살포를 시행하기 전 상태이다. 1차 엽면 살포 전에 실시예 1, 2 및 비교예 1의 상추의 생육 상태는 엽수, 초장, 엽색도 모두 비슷한 수치를 보이고 있다. 1차 엽면 살포는 표 2의 1차 조사가 끝난 후 시행되었으며 그 결과는 이하 표 3에 나타내였다. 표 3은 1차 엽면 살포 후 8일(정식 후 11일)이 지난 후 실시예 1, 2 및 비교예 1의 상추의 생육 상태를 나타낸 결과이다.
2차 조사(정식 후 11일, 1차 엽면 살포 후 8일)
엽수(장) 초장(cm) 엽색도(SPAD) 비고(0-5)
실시예1 11.4 14.4 37.6 0
실시예2 11.0 14.6 36.7 0
비교예1 10.5 13.0 36.5 -
1차 엽면 살포 후 실시예 1, 2와 비교예 1은 엽수 및 초장에서 미세한 차이를 보였다. 엽수에서는 실시예 1, 2가 비교예 1보다 1장 정도 많았고 초장도 1~1.5cm정도 더 길었다.
2차 엽면 살포는 표 3의 2차 조사가 끝난 후 시행되었으며 그 결과는 이하 표 4에 나타내었다. 표 4는 2차 엽면 살포 후 8일(정식 후 19일)이 지난 후 실시예 1, 2 및 비교예 1의 상추의 생육 상태를 나타낸 결과이다.
3차 조사(정식 후 19일, 2차 엽면 살포 후 8일)
엽수(장) 초장(cm) 엽색도(SPAD) 비고(0-5)
실시예1 18.2a 17.8 38.5 0
실시예2 19.3a 18.5 39.0 0
비교예1 13.2b 15.8 37.5 -
2차 엽면 살포 후 실시예 1, 2 와 비교예 1은 엽수 및 초장에서 확연한 차이를 보였다. 실시예1, 2의 엽수는 무처리된 비교예 1보다 월등히 많았고 초장 역시 더 길게 자라있어 실시예 1, 2의 생육 발달이 더 잘 이루어진 것으로 나타났다. 엽색도는 큰 차이는 없었지만 비교예 1보다 실시예 1, 2가 더 많이 측정되었다. 2차 엽면 살포 후의 결과만 살펴보아도 실시예 1, 2 와 비교예 1의 차이는 확연히 드러났다. 따라서 본 발명에 따른 실시예의 반복적인 처리에 따라 생육이 촉진되고 있음을 알 수 있다.
3차 엽면 살포는 표 4의 3차 조사가 끝난 후 시행되었으며 그 결과는 이하 표 5에 나타내었다. 표 5는 3차 엽면 살포 후 8일(정식 후 27일)이 지난 후 실시예 1, 2 및 비교예 1의 상추의 생육 상태를 나타낸 결과이다. 표 5에서는 3차 엽면 살포 후 8일(정식 후 27일)이 지난 후 실시예 1, 2 및 비교예 1의 엽수, 초장, 엽색도 및 생체중(살아있는 생물의 무게)을 측정하여 본 발명의 실시예 1, 2와 비교예 1을 비교하였다. 생체중은 3차의 엽면 살포 후 작물의 생육 정도를 측정하기 위한 항목 중 하나로 엽수, 초장 및 엽색도의 외관상 지표만을 비교하여 외관만 뛰어난 경우를 배제하기 위해 실시하였으며 생체중의 수치가 높을수록 상추의 내조직이 치밀하게 형성되어 생육 발달이 잘 이루어졌음을 뒷받침해준다.
4차 조사(정식 후 27일, 3차 엽면 살포 후 8일)
엽수(장) 초장(cm) 엽색도(SPAD) 생체중(g/개) 비고(0-5)
실시예1 21.5a 20.9 40.8 32.6a 0
실시예2 22.5a 21.2 42.5 34.4a 0
비교예1 15.1b 18.8 39.1 18.4b -
3차 엽면 살포 후 실시예 1, 2 및 비교예 1은 외관상 큰 차이를 보였다. 엽수의 개수 뿐만 아니라 초장의 길이에서도 실시예 1 및 2가 더 많은 엽수를 가지고 더 길게 자랐다. 엽색도 역시 실시예 1, 2 및 비교예 1의 차이가 확연히 드러났으며 실시예 1, 2의 엽중 엽록소 함량이 더 많이 함유되어있음을 알 수 있다. 실시예 1, 2 와 비교예 1의 생체중을 측정한 결과에서도 실시예 1, 2가 비교예 1에 비해 더 높은 수치를 보이고 있으므로 모든 결과를 종합해보았을 때 총 3회의 엽면 살포 후 조사된 실시예 1, 2가 비교예 1보다 외관상 발달뿐만 아니라 내조직도 치밀하게 발달되어 전체적인 생육이 더 발달된 것으로 평가된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예 및 비교예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명은 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명하였으나 이는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며 단지 본 발명을 예증하여 설명하기 위한 것이다. 따라서 본 발명은 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 사진 자에게 있어서 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내애 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 친환경 토양 개량제의 제조 방법에 있어서,
    쑥, 삽주 및 콩을 물을 용매로 사용하여 추출하는 추출단계;
    맥반석, 불석 및 규석을 분쇄 및 열처리를 통해 가공하는 광물질 가공 단계;
    상기 추출된 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 상기 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물을 혼합하여 교반하는 교반 단계;
    상기 교반된 혼합물을 발효시키는 발효 단계; 및
    상기 발효된 액체 상태의 결과물만을 친환경 토양 개량제로서 토출하는 토출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 추출단계는 쑥, 삽주, 콩 및 물을 가열 탱크에 투입하여 97~100℃로 1~1.5시간 가열하는 가열 단계;
    상기 가열된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 20~30℃로 냉각시키는 냉각 단계;
    상기 냉각된 쑥, 삽주, 콩 및 물의 혼합물을 여과포 또는 여과망이 장착된 용기에 의해 여과시키는 여과 단계; 및
    상기 여과된 액체 상태의 결과물만을 쑥, 삽주 및 콩의 추출물로서 토출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 물 100중량부에 대해 쑥 0.04~0.05중량부, 삽주 0.03~0.04중량부 및 콩 0.04~0.05중량부를 가열하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광물질 가공 단계는
    맥반석, 불석 및 규석을 200~240 메시로 분쇄하는 분쇄단계;
    상기 분쇄된 맥반석, 불석 및 규석을 5:5:3으로 교반하여 혼합하는 혼합단계;
    상기 혼합된 혼합물을 열처리하는 광물질 열처리 단계;
    상기 열처리된 혼합물을 상온에서 냉각시키는 냉각 단계; 및
    상기 냉각된 혼합물을 토출하는 가공된 광물질 토출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광물질 열처리 단계는 상기 분쇄된 맥반석, 불석 및 규석을 150~200℃로 3~5분간 가열하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 교반단계는 물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 상기 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부를 혼합하여 교반하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 교반 단계는 쑥, 삽주 및 콩의 추출물, 가공된 광물질, 효소, 흑설탕 및 물의 혼합물을 20~30℃에서 교반하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발효 단계는 교반된 상기 혼합물을 20~30℃에서 5~10주간 발효시키는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제의 제조 방법.
  9. 제1 항의 제조 방법에 의해 제조된 친환경 토양 개량제에 있어서,
    물 100중량부에 대해서 쑥, 삽주 및 콩의 추출물 0.15~0.16중량부, 가공된 광물질 0.07~0.09중량부, 효소 0.06~0.09중량부, 흑설탕 0.06~0.08중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 토양 개량제.







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