KR101639655B1

KR101639655B1 - 미네랄과 키토산을 포함하는 원적외선 작물 생육용 비료 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101639655B1
Application number: KR1020140008173A
Authority: KR
Inventors: 이기용; 이보라
Original assignee: 이기용; 이보라
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2016-07-14
Also published as: KR20150087950A

Abstract

본 발명은 미네랄 성분 및 키토산을 포함하는 비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연 친화적이면서 원적외선 생육을 위한 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명을 통해 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨, 탄산칼륨 및 키토산을 고형분으로 포함하는 비료를 제조함으로써, 토양의 지력 증진은 물론, 식물의 생리활성을 높여 주고, 토양과 식물에 영양과 에너지를 공급해주는 효과를 얻을 수 있는 비료를 제조할 수 있다.

Description

미네랄과 키토산을 포함하는 원적외선 작물 생육용 비료 및 그의 제조방법{Fertilizer comprising mineral materials and chitosan for far-infrared radiation crop growth and preparation method thereof}

본 발명은 미네랄 성분 및 키토산을 포함하는 비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연 친화적이면서 원적외선 생육을 위한 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

토양의 지력증진 및 식물의 생리활성을 위해서는 토양에 유기물 및 결핍된 영양소를 공급하여야 하고 그렇게 함으로써 토양에 에너지를 전달할 뿐만 아니라 식물의 생육에 직간접적으로 영향을 미치는 토양 중의 동물 및 미생물의 활동을 촉진하면서 토양의 공극률 및 유효산소량을 증가시켜주게 되고 또한 토양을 과립화에서 입단화로 구조개선을 하여 활성이 있는 비옥한 토질로 전환시켜 주게 되는 것이다. 그러나, 현재의 식물재배농지는 연작, 농약과다, 환경오염 등으로 염류농도가 극도로 증가되어 있고 토양이 산성화되어 토양 중 동물 및 미생물의 활동이 둔화되고 비료의 유효성분이 용탈 고정화되어 작물의 생육에 지장을 줌은 물론 생산량을 감소시키게 되고 결국 토양으로서 기능을 저하시키게 되었다. 상기와 같은 식물재배농지의 토양의 결점을 해소하기 위해서는 일반적으로 객토, 심경, 담수처리, 피복제거 및 흡비작물 이용 등의 방법이 있었으나 그와 같은 방법을 취하기 위해서는 노동력이나 경제력 손실이 너무 크고 작업 기간이 너무 긴 단점이 있었다. 또한 상기와 같은 결점을 해소하기 위해 시판중인 액체비료를 이용할 수 있으나, 시판중인 일반액체비료는 초산화작용이 빠르고, 속효성이어서 유효성분의 유실 및 탈질 현상이 심하게 일어나게 되며 또한 잉여유효성분의 축적으로 유효성이 편중화되거나 불필요한 염류축적의 결점이 있게 되었다.

대한민국 등록특허공보 0459292. 대한민국 등록특허공보 0008657.

본 발명에서는 상기 비료 사용에 따른 염류농도가 극도로 증가되고 토양이 산성화되어 토양 중 동물 및 미생물의 활동이 둔화되고 비료의 유효성분이 용탈 고정화되어 작물의 생육에 지장을 줌은 물론 생산량을 감소시켜 결국 토양으로서 기능을 저하시키는 문제점과 유효성분의 유실 및 탈질 현상이 심하게 일어나게 되며 또한 잉여유효성분의 축적으로 유효성이 편중화되거나 불필요한 염류가 축적되는 결점을 해소하기 위하여, 키토산과 식물이 필요로 하는 다양한 미네랄 성분을 유효성분으로 포함하는 비료와 그 제조방법을 제공한다.

본 발명은 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨, 탄산칼륨 및 키토산을 포함하는 고형분과 물을 포함하는 복합 비료 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 조성물은 물 1 ℓ당 고형분 50 내지 500 g을 포함할 수 있다. 상기 고형분 함량 범위에서 상온 또는 가열 상태에서 고형분 구성 성분이 침전을 형성하지 않고 용매인 물에 완전히 용해될 수 있으며, 액상 비료의 효과를 잘 나타낼 수 있다. 상기 고형분 함량은 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 100 내지 150 중량부, 몰리브덴은 25 내지 40 중량부, 메타규산소다는 80 내지 95 중량부, 구연산칼륨은 30 내지 45 중량부, 탄산칼륨은 110 내지 125 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 115 내지 130 중량부, 몰리브덴은 30 내지 35 중량부, 메타규산소다는 85 내지 90 중량부, 구연산칼륨은 35 내지 40 중량부, 탄산칼륨은 115 내지 120 중량부일 수 있다.

이하 상기 고형분을 구성하는 성분의 특성과 비료 조성물에 포함될 때 수행할 수 있는 역할에 대해 상세히 설명한다.

붕사는 일반적으로 사붕산나트륨 10수화염을 지칭하는 것으로 천연산을 정제하거나, 커나이트를 물에 넣어 끓인 후 재결정시키거나, 코르만석, 울렉사이트, 브라이세아이트 등에 탄산나트륨을 직접 작용시키거나 일단 붕산을 만든 다음 중화 결정시켜서 얻을 수 있다. 천연으로는 온천의 침전물, 화산지대의 호수 침전물 등으로 산출되며, 틴카르라는 이름으로 티베트에서 산출되고, 미국 캘리포니아의 염호 등에서 붕산염의 중요 자원으로 산출된다. 붕사의 화학식은 Na₂B₄O₇·10H₂O로, 단사정계에 속하는 무색의 판상 또는 단주상 결정이다. 용해도는 20 ℃에서 물 100 g당 4.7 g이다. 공기 중에 방치하면 서서히 풍화되어 백색 분말이 된다. 알코올에는 녹지 않지만, 글리세롤에는 녹는다. 붕사는 붕산이나 붕규산유리·특수유리, 도자기의 유약 원료, 의약품·화장품·세제 등에도 사용될 수 있다. 본 발명에서는 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 100 내지 150 중량부, 바람직하게는 115 내지 130 중량부를 첨가할 수 있으며, 이를 통해 토양의 산성화와 염류집적시 결핍되기 쉬운 붕소를 보충해 줄 수 있다.

몰리브덴(molybdenum)은 주기율표 6족에 속하는 은회색 금속으로 천연에서 유리된 상태로 산출되지 않으며, 비교적 희귀한 원소로 이 금속과 성질이 유사한 텅스텐의 양과 비슷한 정도로 산출된다. 상업적으로 생산되는 대부분의 몰리브덴은 휘수연광에서 산출된다. 선광된 광물에 과량의 공기를 불어넣어 배소하면 삼산화몰리브덴(MoO₃)이 되며, 이 화합물을 계속 처리하면 최종적으로 몰리브덴이 얻어진다. 몰리브덴은 식물의 필수 미량원소로서, 특히 콩과 식물에서는 촉매로 작용해 박테리아가 질소를 고정시키는 것을 돕는다. 본 발명에서는 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 25 내지 40 중량부, 바람직하게는 30 내지 35 중량부를 첨가할 수 있으며, 이를 통해 토양의 산성화와 염류집적시 결핍되기 쉬운 몰리브덴을 보충해 줄 수 있다.

메타규산소다는 Na₂O·SiO₂·5H₂O 및 Na₂O·SiO₂·9H₂O의 분자식을 갖는 백색결정이다. 5수화물은 212.14의 분자량을 가지며, 9수화물은 284.2의 분자량을 갖는다. 메타규산소다는 실리카(silica)의 중합 이온을 보유하므로 탈지력이 우수하다. 수용액의 pH가 일반 알칼리 용액보다 강하며 농도에 따라 pH 변화가 적다. 친수성 규산의 작용으로 분산성 및 흡착성이 우수하여, 알칼리도를 조정하는 완충작용을 갖고 있으므로 탈지의 손상이 없는 특징이 있다. 본 발명에서는 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 80 내지 95 중량부, 바람직하게는 85 내지 90 중량부를 첨가할 수 있으며, 상기 pH를 조정하는 완충작용과 함께 토양의 산성화와 염류집적시 결핍되기 쉬운 규소를 보충해 줄 수 있다.

구연산칼륨(시트르산칼륨)은 C₆H₅K₃O₇·H₂O, 324.41의 분자량을 갖는 무색 또는 백색의 결정 또는 분말 형태를 갖는 물질이다. 구연산칼륨은 물에는 잘 용해되나 글리세린에는 서서히 용해되고 에틸알코올에는 거의 용해되지 않으며, 수용액은 미세한 알칼리성을 가진다. 100 mL의 물에 대해서 15 ℃에서 167 g, 30 ℃에서 199 g이 용해될 수 있으며 산도조절제, 각종 도금용 첨가제 또는 보온제 등으로 사용될 수 있다. 본 발명에서는 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 30 내지 45 중량부, 바람직하게는 35 내지 40 중량부를 첨가할 수 있으며, 이를 통해 상기 pH를 조정하는 완충작용과 함께 토양의 산성화와 염류집적시 결핍되기 쉬운 칼륨을 보충해 줄 수 있다.

탄산칼륨은 탄산칼리 또는 칼리라고도 하며 K₂CO₃의 화학식을 갖는 백색 분말로, 식물을 태운 재 속에 함유되어 있다. 탄산칼륨은 100 g의 물에 대해서 0 ℃에서 105.5 g, 100 ℃에서 156 g이 용해될 수 있으며, 수용액은 가수분해에 의해서 pH 11.6의 염기성을 보인다. 수용액에서 탄산칼륨을 결정화시킬 때는 2수화물인 K₂CO₃·2H₂O가 생성된다. 탄산칼륨은 산과 반응시키면 이산화탄소를 발생시키며, 이산화탄소를 흡수하면 중탄산칼륨으로 변한다. 45~50%의 수산화칼륨 용액을 반응조에 넣고 교반하면서 이산화탄소를 불어넣어 탄산칼륨 수용액을 만들고, 거른 후 증발·건조시키거나, 탄산칼륨 수용액에 다시 이산화탄소를 불어넣어 중탄산칼륨으로 결정을 만들고 회전로를 사용해서 가열분해하여 얻는다. 탄산칼륨은 비누, 유리등의 제조원료, 의약품의 제제원료 및 화학조작 등에 사용될 수 있다. 본 발명에서는 제한되지는 않지만, 키토산 100 중량부에 대하여 110 내지 125 중량부, 바람직하게는 115 내지 120 중량부를 첨가할 수 있으며, 상기 pH를 조정하는 완충작용과 함께 토양의 산성화와 염류집적시 결핍되기 쉬운 칼륨을 보충해 줄 수 있다.

또한 상기 고형분에 포함된 규소, 몰리브덴, 붕소, 칼륨에서 발생하는 원적외선은 토양의 이로운 미생물의 활동을 돕고 작물에 살포시에는 광합성의 촉진과 수확량의 증진, 내병성 증진 및 고품질농산물 수확 등의 효과를 가져올 수 있다.

키토산(chitosan)은 키틴에서 아세틸기를 제거한 천연고분자이다. 키틴은 게, 새우, 곤충의 갑각류와 균류 등의 외벽에 단백질과의 복합체로 존재하며 식물의 셀룰로즈와 같이 생명체의 골격을 형성하고 외부로부터 생물을 방어하는 역할을 한다. 키틴은 생물이 생산하는 천연고분자이며 그 구조가 견고하여 용해 또는 분산이 어려우나 현재는 그 활용방법이 속속 개발되고 있다. 키틴은 화학적으로는 N-아세틸 글루코사민이 직쇄상으로 β-1,4 결합한 것인데 인접한 수신기들이 수소결합하여 견고한 결정구조를 형성하고 있다. 키토산 또한 일부 진균류의 세포벽을 구성하는 천연 고분자 화합물이며 키틴의 아세트 아미드기에서 아세틸기가 떨어진 2-아미노-2 디옥시-D-글루코스의 β-1,4 결합 다당이다. 키토산은 유해균을 억제하고 유익균을 증식시키는 항균력, 염류장해억제, 흡비력의 향상, 토양의 물성 개량, 면역 기능 강화, 세포 합성 촉진 등의 능력이 탁월한 것으로 알려져 있다. 키토산의 항균력은 차별적인 특징을 가져 병원균에 대해서는 저농도에서도 효과를 나타내는 반면 유용균에 대해서는 매우 높은 농도에서만 나타나는 특징이 있다. 뿐만 아니라, 고농도의 키토산에서도 공기와 접한 표면에서는 유용균의 증식이 가능하다. 이는 키토산을 배지로 하여 증식이 가능한 방선균 등의 존재 때문이다. 따라서, 적절히 희석된 키토산은 병원균의 증식을 억제하고 유용균의 증식은 촉진하는 효과가 있다. 작물은 병원 미생물과 바이러스가 그 체내에 침입하거나 혹은 저온과 물리적 시달림에 민감하게 반응하여 미생물의 증식을 저지하는 작용을 하는 피토알 렉신 등의 생성을 유도한다. 또한, 미생물의 세포벽 성분을 용해하는 작용을 갖는 효소, 예를 들어 키티나제, β-1,3 그루카나제 등을 생성하거나 분비하고, 식물 세포벽의 주성분인 셀룰로스와 결합하여 조직의 강도를 높이는 리그닌 등의 생합성을 촉진한다. 이들 일련의 현상을 통하여 농작물의 생존에 불리한 조건을 극복하려는 것을 식물의 자기방어현상이라 한다. 최근 키틴, 키토산이 이 식물방어기구 활동의 개시제가 된다는 것이 확인되었다. 식물의 세포에는 어느 곳에도 키틴, 키토산이 없다. 그러나, 일부 식물 중에 키틴을 분해하는 효소인 키티나제가 함유되어 있다. 또한 식물에 병원균의 침입 등 스트레스가 가해지면 균류의 생육저지 작용을 하는 피토알렉신이라 통칭되는 물질이 형성된다. 이는 병원균의 종류에 특이적이 아닌 숙주에 특이적인 물질이다. 이와 같이 식물은 키티나제, β-1,3 그루카나제 등 효소의 작용으로 병원성 균류세포를 파괴하고 각종 피토알렉신의 작용으로 균류의 증식을 저지하여 병에 걸린 부위를 좁은 범위의 병반으로 한정하고 그 피해를 최소화하도록 하고 있다. 키토산에 자극을 받은 작물은 키토산을 병원균으로 인식하여, 이에 대한 방어작용으로 조직을 단단하게 만든다. 이는 리그닌의 합성을 통하여 이루어지며 세포 내의 칼슘 함량을 높임으로도 이루어진다. 따라서, 키토산을 시비하여 수확한 농작물은 싱싱함을 오래 유지할 수 있다. 키토산에는 염에 대한 완충력으로 농도를 낮추는 효과가 있고 작물이 키토산에 자극을 받아 대사활성을 왕성하게 함으로써 흡비력을 향상시켜 염류를 흡수함으로써 염의 농도를 떨어뜨리게 된다. 키토산이 가지고 있는 응집력과 보습력을 통해 토양의 물리성 개량 또한 가능하다.

또한 본 발명은 a) 물을 150 ℃ 이상으로 가열하는 단계; b) 상기 a)단계에 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨 및 탄산칼륨을 첨가하고 교반하는 단계; 및 c) 상기 b)단계의 물의 온도를 50 내지 20 ℃로 낮춘 후, 키토산을 첨가하고 교반하는 단계; 를 포함하는 복합 비료 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 조성물은 물 1 ℓ당 고형분 50 내지 500 g을 포함하여 제조될 수 있다. 상기 고형분 함량은 제한되지는 않지만 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 100 내지 150 중량부, 몰리브덴은 25 내지 40 중량부, 메타규산소다는 80 내지 95 중량부, 구연산칼륨은 30 내지 45 중량부, 탄산칼륨은 110 내지 125 중량부를 포함하여 제조될 수 있으며, 바람직하게는 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 115 내지 130 중량부, 몰리브덴은 30 내지 35 중량부, 메타규산소다는 85 내지 90 중량부, 구연산칼륨은 35 내지 40 중량부, 탄산칼륨은 115 내지 120 중량부를 포함하여 제조될 수 있다. 또한 본 발명에서 상기 키토산을 초산에 32 내지 60 시간 침지시켜 용해시킨 후, 상기 초산 용액을 제거한 파우더 형태로 복합 비료 조성물 제조에 사용할 수 있다.

본 발명은 미네랄 성분 및 키토산을 포함하는 비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연 친화적이면서 원적외선 생육을 위한 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명을 통해 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨, 탄산칼륨 및 키토산을 고형분으로 포함하는 비료를 제조함으로써, 토양의 지력 증진은 물론, 원적외선을 방출하는 고형분 내 유효성분의 작용 등을 통해 식물의 생리활성을 높여 주고, 토양과 식물에 영양과 에너지를 공급해주는 효과를 얻을 수 있었다.

이하 본 발명을 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1) 미네랄 및 키토산 함유 비료의 제조

물 1 ℓ를 멤브레인 필터가 장착된 정수기로 정제한 후 150 ℃로 가열한다. 가열한 물에 붕사(일반 약국, 대한민국), 몰리브덴(Junsei Chemical Co., Ltd., Japan), 메타규산소다((영남화공약품, 대한민국), 구연산칼륨(신원산업, 대한민국), 탄산칼륨(은진캐미컬, 대한민국) 및 키토산(서해건강마을, 대한민국)을 하기와 같이 순차적으로 혼합하여 교반한다. 키토산은 사과산에 48시간 침지시켜 완전 용해시킨 후 저온동결건조 방법으로 산성액을 완전히 제거한 후 파우더 형태로 만들어 사용한다.

a) 상기 가열한 물에 붕사 50 g을 투입하고 30분간 혼합 교반한다.

b) 상기 용액에 몰리브덴 13 g을 투입하고 30분간 혼합 교반한다.

c) 상기 용액에 메타규산소다를 35 g을 투입하고 15분간 혼합 교반한다.

d) 상기 용액에 구연산칼륨을 15 g을 투입하고 15분간 혼합 교반한다.

e) 상기 용액에 탄산칼륨을 47 g을 투입하고 30분간 혼합 교반한다. 탄산칼륨 투입시에는 화상에 주의한다.

f) 상기 용액의 온도를 50 ℃로 낮춘 후 상기 파우더 형태의 키토산 40 g을 투입하고 15분간 혼합 교반한다.

(실시예 2) 미네랄 및 키토산 함유 비료의 제조

상기 실시예 1과 같은 방법과 절차로 붕사 40 g, 몰리브덴 10 g, 메타규산소다 32 g, 구연산칼륨 12, 탄산칼륨 44 g 및 키토산 40 g을 투입하여 비료를 제조하였다.

(실시예 3) 미네랄 및 키토산 함유 비료의 제조

상기 실시예 1과 같은 방법과 절차로 붕사 60 g, 몰리브덴 16 g, 메타규산소다 38 g, 구연산칼륨 18, 탄산칼륨 50 g 및 키토산 40 g을 투입하여 비료를 제조하였다.

(실시예 4) 미네랄 및 키토산 함유 비료의 제조

상기 실시예 1과 같은 방법과 절차로 붕사 80 g, 몰리브덴 20 g, 메타규산소다 64 g, 구연산칼륨 24, 탄산칼륨 88 g 및 키토산 80 g을 투입하여 비료를 제조하였다.

(실시예 5) 미네랄 및 키토산 함유 비료의 제조

상기 실시예 1과 같은 방법과 절차로 붕사 120 g, 몰리브덴 32 g, 메타규산소다 76 g, 구연산칼륨 36, 탄산칼륨 100 g 및 키토산 80 g을 투입하여 비료를 제조하였다.

(비교예 1~8) 비료의 효능 평가를 위한 대조군

상기 실시예 1에서 키토산 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 1)와 상기 실시예 1에서 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨 및 탄산칼륨 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 2), 상기 실시예 1에서 붕사, 몰리브덴, 메타규산소다, 구연산칼륨, 탄산칼륨 및 키토산 혼합 단계를 모두 제외한 비료(비교예 3), 상기 실시예 1에서 붕사 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 4), 상기 실시예 1에서 몰리브덴 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 5), 상기 실시예 1에서 메타규산소다 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 6), 상기 실시예 1에서 구연산칼륨 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 7), 상기 실시예 1에서 탄산칼륨 혼합 단계를 제외한 비료(비교예 8)를 제조하였다.

(시험예 1) 비료의 유해성 유무 평가

(주)판코리아 농업환경과학연구소에 2013년 8월 19일부터 2013년 11월 18일까지 본 발명의 비료에 대한 토양 적합성과 유해성분 함량 측정을 의뢰하였다. 이 결과 수용성 보증성분인 붕소와 몰리브덴 함유량은 적합 판정을 받았으며, 유해성분인 비소, 니켈, 크롬, 아질산, 티탄, 카드뮴 또는 아황산은 정량한계 이하를 함유한 것으로 조사되어 유해성이 없음을 확인함으로써, 본 발명의 비료가 농업용으로 적합성을 가짐을 확인하였다.

(시험예 2) 비료의 효능 평가

충청남도 논산시 은진면 성덕리 630-1번지에 위치한 작물재배장에서 일정한 재배용기 4개에 동일한 토양의 무게를 달아 넣은 다음 각각의 재배용기 중앙에 3 cm 깊이로 상추(권농종묘, 대한민국)를 파종한 후, 햇빛이 직접 닿지 않는 실내에 보관하고 물이 약간 누수될 정도의 동일량을 3일 간격으로 주었다. 그 결과 파종 후 10일경으로부터 싹이 트기 시작하였고 실시예 1~5, 비교예 1~8에서 제조한 비료를 각각 살포하여 자력증진 및 식물의 생리활성 상태를 살펴본 결과 각 군별 값은 표 1과 같다.

[표 1]

상기 결과로부터 미네랄과 키토산을 포함한 비료를 살포한 경우 상추의 자력증진 및 생리활성 효과가 가장 극대화됨을 알 수 있으며, 이 중 일부 성분이 제외된 경우 그 효과가 감소함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

Claims

물 1 L당 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 100 내지 150 중량부, 몰리브덴은 25 내지 40 중량부, 메타규산소다는 80 내지 95 중량부, 구연산칼륨은 30 내지 45 중량부, 탄산칼륨은 110 내지 125 중량부를 포함하는 고형분 50 내지 500 g을 포함하는 복합 비료 조성물.
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제 1항에 있어서,
상기 고형분 함량은 키토산 100 중량부에 대하여 붕사는 115 내지 130 중량부, 몰리브덴은 30 내지 35 중량부, 메타규산소다는 85 내지 90 중량부, 구연산칼륨은 35 내지 40 중량부, 탄산칼륨은 115 내지 120 중량부인 복합 비료 조성물.
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