KR101683842B1 - 조류를 이용한 생태복원용 블록의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 모래, 황토 및 톱밥을 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합하여 담체를 제조하는 단계; (b) 조류의 액체배양 배지에 상기 (a) 단계에서 제조한 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.1 내지 1mg의 토양 고정제, 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 5 내지 15mg의 조류, 및 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.01 내지 0.1mg의 고흡수제를 혼합하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 토양 고정제, 조류 및 고흡수제가 혼합된 액체배양 배지를 상기 (a) 단계에서 제조된 담체에 접종하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 토양고정제, 조류 및 고흡수제가 접종된 담체를 배양하여 생물토양피막을 형성시키는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서 생물토양피막이 형성된 담체를 건조하는 단계;를 포함하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조된 생태복원용 블록 및 이를 이용한 불모지의 생태복원방법에 관한 것이다. 상기 생태복원용 블록은 사막, 폐광지, 유류 오염지 등의 식물이 생장할 수 없는 불모지에 간단하게 설치할 수 있고, 종래의 무기질, 유기질 또는 인공토양 등을 담체로 하여 제조된 블록에 비하여 생물토양피막을 형성할 수 있는 조류가 짧은 시간 내에 효과적으로 정착하여 식물이 생장할 수 있는 토양으로 생태 복원하는 것이 가능하다.

Description

조류를 이용한 생태복원용 블록의 제조방법{Manufacturing method of blocks for ecological restoration by using algae}
본 발명은 조류를 이용한 생태복원용 블록의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조류를 담체와 함께 혼합하여 생물토양피막이 형성된 블록을 제조하는 방법, 상기 제조방법으로 제조된 블록을 사막, 석탄 폐광지, 유류지 등의 불모지에 간단히 설치하여 식물이 생장할 수 있는 상태로 복원할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사막지역은 강수량이 적은데 반하여 증발량이 많아 초목이 거의 자랄 수 없는 불모의 토지이다. 현재 전 세계적으로 전 육지의 1/10의 면적을 차지하고 있으며, 이러한 사막지역은 가뭄이나 건조화 현상과 같은 기후적인 요인과 관개, 산림벌채, 환경오염 등의 인위적인 요인이 복합적으로 작용하여 기존의 사막지역 이외에도 해마다 전 세계적으로 약 6만 km2의 속도로 확대되고 있는 실정이다.
기존의 사막 또는 사막화를 방지하기 위한 방법으로는 사막 또는 사막화가 진행되는 지역에 물을 공급하고 여기에 나무를 심거나, 사막에 나무에 풀을 심어 방풍림을 구축하는 등의 방법이 사용되고 있다.
상기 물을 공급하기 위해서는 바닷물을 담수로 바꾸어 사용하거나 지하수를 개발하여 사용하는 방법들이 이용되었다. 그런데, 이들 방법은 바다에서 멀리 떨어진 지역의 경우 물 송급장치를 별도로 구비하여야 하고, 지하수 개발을 위해 상당히 깊게 굴착해야 하기 때문에 물을 얻는데 막대한 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있다. 즉, 기존에 사막의 녹화를 위한 관개시설은 매일 혹은 3~5일 마다 급수시설을 통하여 식목에 물을 공급해야 하는 번거로움이 있고, 물 공급량의 65％ 이상이 급수 공급 중에 증발되거나 식물의 뿌리가 닿지 않는 곳으로 유실되고 있으며, 그로 인한 막대한 물 낭비가 반복되고 있다. 그나마도 상기와 같은 수로관개시설이 없거나 관개시설을 설치할 수 없는 곳에는 식목을 할 수 없어 가뭄에 잘 견딜 수 있는 나무만을 심어야만 하는데, 이 또한 생존율이 매우 낮아 실질적인 사막화 방지 효과는 거두기 어려운 실정이다. 또한, 사막은 낮과 밤의 현격한 온도 차이로 인하여 모래 바람이 매우 심하다. 그 모래 바람에 의하여 사막에 식목을 하더라도 제대로 성장하기 전에 모래에 파묻혀 고사하는 문제점이 있다.
한편, 대규모 저유 시설, 송유관, 주유소 등의 저장시설에서 수년 내지 수십년 간에 걸친 유류유출이 의해 오염된 토양, 또는 석탄광산에서 발생한 석탄 분진 및 석탄을 캐고 난 후 방치된 폐광지의 토양은 수분이 매우 부족하여 토양작물과 같은 식물의 생장이 멈추고, 지하수 오염 등의 2차 오염을 유발시키고 있다.
상기와 같이 토양 오염에 의한 토양생태계 및 인체에 미치는 환경적 피해가 부각되면서 미국 등 선진국에서 생물학적 복원방법 및 물리, 화학적 복원방법이 개발되고 적용되어 왔다. 그러나 이들 방법은 토양오염을 유발한 원인에 따라 그 적용이 제한되어 왔고, 일정 규모 이상의 오염된 토양을 대상으로 복원을 수행할 경우 비용부담을 가질 수 밖에 없는 실정이다.
따라서, 본 발명자들은 상기와 같은 사막지역 또는 오염된 토양 지역 등의 지역적 특성에 따라 각각 적용될 수 밖에 없는 기술적 한계를 극복하면서, 고비용의 관개시설 없이 사막화를 방지하고, 오염 원인에 관계없이 범용적으로 적용하여 불모지의 토양을 복원할 수 있는 블록을 개발하고자 노력한 결과, 본 발명의 완성하게 되었다.
본 발명의 하나의 목적은 조류를 이용하여 불모지의 생태를 복원하기 위한 생태복원용 블록의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 제조방법으로 제조된 생태복원용 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 생태복원용 블록을 사막, 석탄 폐광지, 유류 오염지, 화산재지, 유해 광물이나 산업폐기물이 폐기된 장소, 암석지, 대머리산 등의 불모지에 간단히 설치하여 토양을 복원 또는 재녹화를 단기간에 형성시키는 방법을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 모래, 황토 및 톱밥을 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합하여 담체를 제조하는 단계; (b) 조류의 액체배양 배지에 상기 (a) 단계에서 제조한 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.1 내지 1mg의 토양 고정제, 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 5 내지 15mg의 조류, 및 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.01 내지 0.1mg의 고흡수제를 혼합하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 토양 고정제, 조류 및 고흡수제가 혼합된 액체배양 배지를 상기 (a) 단계에서 제조된 담체에 접종하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 토양고정제, 조류 및 고흡수제가 접종된 담체를 배양하여 생물토양피막을 형성시키는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서 생물토양피막이 형성된 담체를 건조하는 단계;를 포함하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법에 관한 것이다.
생물토양피막(biological soil crusts, BSCs)은 건조한 지역의 토양 표면에서 흔히 발견되는 서식지 유형으로, 생태적으로 중요한 기능을 한다고 알려져 있다. 상기 생물토양피막은 방선균(actinomyces), 시안세균(anabaena cylindrica), 조류(algae), 곰팡이(filamentous fungi) 등의 미생물과 이들이 분비하는 물질들이 토양 내 유기물질과 토양입자에 결합하여 형성된다. 이렇게 미생물에 의해 형성된 피막(crust)은 바람이나 물에 의한 토양의 침식을 막고, 탄소와 질소를 토양에 고정시키며, 토양내의 안정성, 수분, 식물의 생장 주기 등을 유지하는데 도움을 주어 생태계 회복에 많은 영향을 미친다(St. Clair et al., 1986; Greene et al., 1990; Johansen et al., 1993; Eldridge and Bradstock., 1994; Eldridge and Greene, 1994). 이에 생물토양피막을 형성할 수 있는 미생물이 사멸되지 않고 성장 및 번식할 수 있는 각종 고분자 재질의 유기물, 화인세라믹과 광물, 모래, 유리, 자갈 또는 활성탄소 등과 같은 무기물로 형성된 담체 또는 인공토양에 담지하고, 사막화 또는 사막화가 진행된 건조한 지역에 적용하여 생태계를 회복하려는 시도가 이루어지고 있다(대한민국 등록특허 제10-0965734호; 대한민국 등록특허 제10-1106951호; 대한민국 공개특허 제2003-0025442호). 그러나 생물토양피막을 형성할 수 있는 미생물을 담지하고 있는 담체 중 유기물 재질 또는 무기질의 담체는 미생물의 영양원이 없어 미생물의 생장이 어렵고, 부착된 미생물의 이탈이 빈번하게 발생하여 미생물 배양에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 폐기슬러지 또는 오·폐수 처리 효율도 떨어지는 등의 여러 가지 문제가 있다. 또한, 담체 중 인공토양은 바람 또는 비에 의하여 침식되거나 표면이 너무 경화되어 담체 내 수분과 공극 유지가 어려워 생물토양피막의 형성이 어렵고, 담체로부터 미생물이 토양 내로 유출되어 생물토양피막을 형성할 수 있는 상태로 생장되는 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 수분 흡수, 보습력 및 통기성이 우수하여 이후 접종될 조류와 생물학적 결합이 향상되어 생물토양피막을 형성할 수 있는 담체를 제조한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 담체는 모래, 황토 및 톱밥이 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비, 바람직하게는 0.8 내지 1.5 : 0.8 내지 1.3 : 0.1 내지 0.2의 중량비, 보다 바람직하게는 1 : 1 : 0.18의 중량비로 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다. 상기 이외의 중량비로 혼합되어 제조된 담체는 균열이 발생하거나 토양 내 공극이 너무 느슨해져 최종 제조된 블록을 불모지에 처리시 바람, 강우 등에 의한 침식이 일어날 수 있다. 또한, 자연광 같은 성장을 저해하는 강한 조도의 광원 등으로부터 조류를 보호하지 못하여 조류가 사멸되는 문제가 있다.
상기 담체는 성형틀에 담아 일정한 형태로 성형될 수 있다. 상기 형태는 이후 조류가 접종되어 생장하는 공간을 제공하는 형태라면 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 원형, 사각형, 삼각형, 마름모형 또는 다각형 등의 다양한 모양일 수 있다. 상기 성형물의 크기는 지름 또는 대향하는 변 간의 길이 기준 1 내지 20mm가 적당하다. 이는 불모지의 환경을 고려한 것으로, 예를 들어 불모지가 사막인 경우 사막의 모래 바람에 유실되지 않을 정도의 크기이여야 한다.
다음 단계로, 상기 담체에 토양 고정제, 조류 및 고흡수제가 혼합된 액체배양 배지를 접종한 후 배양하여 생물토양피막을 형성시키는 단계이다.
본 발명에 있어서, 상기 토양 고정제는 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.1 내지 1.0mg, 바람직하게는 0.3 내지 0.8mg의 함량으로 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기 토양 고정제의 함량이 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.1 mg 미만인 경우 최종 제조되는 블록의 운송, 보관 및 볼모지에 적용시 부스러지거나 자연 환경에 노출 시 바람 또는 비로부터 침식이 일어날 수 있으며, 토양 고정제의 함량이 담체의 단위 면적(cm2) 당 1.0mg를 초과하는 경우 그 이하의 함량을 첨가하여 제조한 담체에 비하여 압축강도 및 자연환경으로부터의 저항성의 증가가 미비하여 비효율적이다.
상기 토양 고정제는 담체의 유실을 방지하기 위한 것이라면 어느 것이나 사용 가능하며, 예를 들어, 해초 유래 다당류, 식물 및 식물 종자 유래 다당류, 미생물 유래 다당류, 섬유서 점질물 및 전분 가수분해물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 여기서 해초 유래 다당류로서는, 알긴산 및 그 유도체, 한천, 카라기난(carrageenana) 등을, 식물 및 식물 종자 다당류로서는, 펙틴, 글루코만난, 아라비아 검, 트라간트 검, 카라야 검, 구아 검, 로커스트빈 검, 타라 검, 프실륨 시드 검 등을, 미생물 유래 다당류로서는, 크산탄 검, 플루란, 젤란 검 등을, 섬유소 점질물로서는, 메틸셀룰로스, 카복시메틸 셀룰롯, 결정 셀룰로스 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따라 제조된 담체는 최종 제조되는 블록의 건조시 발생하는 균열을 최소화 시키고, 건조 이후 성형틀에서 분리 및 취급시 부서지지 않을 만큼 강한 내구성을 가지며, 바람 또는 비에 의한 저항성을 나타낸다.
하나의 구체적 실시에서, 황토, 모래 및 톱밥의 혼합비율을 달리하여 인공토양을 제조하고 건조시킨 후 토양의 균열 및 파단 내구성을 측정한 결과, 황토의 혼합비율이 증가할수록 파단 내구성은 증가하였으나 건조 중 균열이 나타났으며, 상기 균열은 톱밥이 1.5g 첨가되었을 때 현저히 감소되었다. 또한, 황토, 모래 및 톱밥을 혼합하여 건조 중 균열을 나타내지 않는 혼합비율인 8g:12g:1.5g, 10g:10g:1.8g 또는 12g:8g:1.8g의 중량비로 혼합하여 제조된 인공토양에 토양 고정제를 인공토양 단위 면적(cm2) 당 0.1 내지 0.5mg이 포함되도록 첨가하고 건조시킨 후 토양의 균열, 파단 내구성 및 수분에 대한 입단 안정성을 측정하였다. 그 결과 토양 고정제를 첨가한 인공토양은 토양 고정제를 첨가하지 않은 인공토양에 비하여 파단 내구성이 증가하였으며, 토양 고정제의 양이 증가할수록 수분에 대한 안정성이 증가되었다(실시예 1 참조).
본 발명에 있어서, 상기 "조류"는 담체와 결합하여 생물토양피막을 형성하기 위한 것으로서, 지의류 공생 조류 및 시아노박테리아(cyanobacteria)를 의미한다.
본 발명의 상기 "지의류 공생 조류"는 지의류 및 이의 지의체(thallus)의 일부분을 구성하며, 엽록소에 의하여 광합성을 할 수 있는 녹조류 또는 남조류를 말한다.
상기 "지의류"는 지의류 형성 곰팡이(fungi)와 조류(algae) 및/또는 시아노박테리아(cyanobacteria)의 공생 복합체를 말한다.
상기 "지의체(thallus)"는 지의류 공생 조류 또는 시아노박테리아의 세포, 및 지의류 형성 곰팡이의 균사로 이루어지고, 분아, 열아 또는 영양번식을 위한 지의류의 영양체를 말한다.
본 발명의 지의류 공생 조류는 이들로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 트레보우시아 아심메트리카(Trebouxia asymmetrica), 트레보우시아 임프레스사(Trebouxia impressa), 트레보우시아 자메시이(Trebouxia jamesii), 트레보우시아 우스네아에(Trebouxia usneae), 트레보우시아 마그나(Trebouxia magna), 트레보우시아 에리치(Trebouxia erici), 트레보우시아 코르티코라(Trebouxia corticola) 등의 트레보우시아(Trebouxia) 속, 슈도트레보우시아(Pseudotrebouxia) 속, 스티코코커스 디프로스파에라(Stichococcus diplosphaera) 등의 스티코코커스(Stichococcus) 속, 트렌테포리아 아비에티나(Trentepohlia abietina), 트렌테포리아 아에루기노사(Trentepohlia aeruginosa), 트렌테포리아 아우레아(Trentepohlia aurea), 트렌테포리아 아르보륨(Trentepohlia arborum) 등의 트렌테포리아(Trentepohlia) 속 등이 있다.
본 발명의 상기 "시아노박테리아"는 지의류 및 이의 지의체의 일부분을 구성하며 수생의 광합성을 하는 세균을 말한다. 이의 예로는 노스톡 콤무네(Nostoc commune), 노스톡 카르네움(Nostoc carneum), 노스톡 프라겔리포르메(Nostoc flagelliforme Born et Flsh) 등의 노스톡(Nostoc) 속, 린그비아 크리토바기나투스(Lyngbya crytovainatus Schk) 등의 린그비아(Lyngbya) 속, 미크로코레우스 바기나투스(Microcoleus Vaginatus(Vauch) Gom) 등의 미크로코레우스(Microcoleus) 속, 아나베나(Anabaena) 속, 크로코커스 에피피티구스(Chrococcus epiphyticus) 등의 크로코커스(Chrococcus) 속, 그로에카프사(Gloecapsa) 속, 포르미디움 테누에(Phormidium tenue) 등의 포르미디움(Phormidium) 속, 스키토네마 자포니쿰(Scytonema japonicum) 등의 스키토네마(Scytonema) 속, 시네코시스티스 페바레키(Synechocystis pevalekii) 등의 시네코시스티스(Synechocystis) 속, 카로스릭스(Calothrix)속, 토리포스릭스(Tolypothrix) 속 등이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 조류는 담체의 단위 면적(cm2) 당 5 내지 15mg, 바람직하게는 8 내지 12mg이 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 조류는 지의류 공생 조류 또는 시아노박테리아 자체균주, 또는 지의류 공생 조류 또는 시아노박테리아의 종류에 따라 당해 분야에서 통상적으로 알려진 배양방법에 의해 배양된 것일 수 있다. 예를 들면, 녹조류의 경우 BBM 배양액을, 시아노박테리아의 경우 BG-11 배양액을 이용하여 12시간 광조건(광세기 5,000 lux)에서 15 내지 25℃ 조건에서 진탕 배양기나 교반 배양기 또는 저면공기 부양기의 장치를 이용하여 인위적인 공기를 공급하면서 배양된 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고흡수제는 조류의 생장을 촉진하면서 최종 제조되는 블록 내의 수분 보유력을 향상시키는 것을 목적으로 하는 물질로, 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.01 내지 0.1mg, 바람직하게는 0.05 내지 0.08mg의 함량을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고흡수제의 함량이 0.01mg 미만인 경우 최종 제조된 블록의 보습율이 감소하거나 조류가 생장하는 시간이 오래 소요되며, 고흡수제의 함량이 0.1mg을 초과하는 경우 그 이하의 함량을 사용하여 제조한 블록에 비하여 수분 보유력의 증가가 미비하여 비효율적이다.
상기 고흡수제는 상기 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어느 것이나 사용 가능한데, 예를 들면, 아스팔트 유제, 석고분말, 폴리아크릴산 등이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리아크릴산나트륨, 휴민산(humic acid), 미네랄 등이 혼합된 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 배양은 당해 분야에서 통상적으로 알려진 배양방법에 의해 이루어질 수 있다. 하나의 구체적 예로, 조류의 성장에 필요한 산소 및 이산화탄소 등이 함유된 공기가 용존된 물을 공급하면서, 23 내지 26℃, 바람직하게는 25℃의 온도 및 3,000 내지 10,000 lux, 바람직하게는 3,000 내지 8,000 lux의 광도에서 2 내지 4개월 동안 이루어질 수 있다.
상기 배양에 의하여 조류는 담체와 생물학적으로 결합하고, 일정 시간이 경과함에 따라 조류의 번식에 의하여 생물토양피막을 형성하게 된다.
그 다음, 조류에 의해 생물토양피막이 형성된 담체를 건조하는 단계이다.
상기 건조는 생물토양피막이 형성된 인공토양을 운송, 보관 및 볼모지에 적용시 부스러지지 않을 만큼의 강도로 경화되는 것을 말한다.
하나의 구체적 실시에서, 모래 290g, 황토 290g 및 톱밥 52g을 균일하게 혼합한 후 면적이 625 cm2(25×25cm)인 성형틀에 높이 1cm로 담아 준비하고, BG-11 액체배지에 토양고정제(TKS7, tacki spray) 0.3g(0.5mg/cm2) 및 고흡수제(sperabsorbent polymer, WCS-0907) 0.045mg(0.05mg/cm2)을 넣고 용해시킨 후 시아노박테리아(cyanobacteria) 6.3g(10mg/cm2)을 넣고 균일하게 혼합한 다음 상기 시아노박테리아, 토양고정제 및 고흡수제가 용해된 액체배지를 상기 모래, 황토 및 톱밥이 담긴 성형틀에 붓고, 25℃의 온도, 5,000 lux의 광조건에서 3개월 동안 수분을 공급하면서 배양하였다. 배양 3개월 후 수분공급을 중단하고 천천히 건조시켜 생물학적 토양층이 형성된 블록을 제조한 결과, 블록에는 생물학적 토양 클로스터가 형성되었으며, 보습력이 높아 표면의 갈라짐이 없고, 토양입자의 배수성 및 통기성이 향상되어 바람 등에 날리지 않는 블록이 형성되었다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생태복원용 블록은 생물토양피막(biological soil crust, BSC)이 형성되어 있는 일정한 형태를 나타내고, 5,500 내지 6,000g의 파단 및 13 내지 18%의 입단 안정성을 가지므로 생태복원을 목적으로 하는 불모지에 간단히 설치 가능하고, 이는 단기간 내에 생물토양피막을 형성하여 볼모지에서 식물이 생장할 수 있는 토양을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 불모지(waste land 또는 wild land)는 사막, 석탄 폐광지, 유류 오염지, 화산재지, 유해 광물이나 산업 폐기물이 폐기된 장소, 암석지, 대머리산 등의 선태류, 포자식물, 나자식물, 현화식물, 단지엽류 식물, 쌍자엽류 식물이 생장 및 번식할 수 없는 장소를 말한다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 모래, 황토 및 톱밥이 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합된 생태복원용 블록을 불모지에 도입하여 식물이 생장할 수 있도록 불모지의 생태를 복원하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 생태복원용 블록은 조류에 의해 생물토양피막(biological soil crust, BSC)이 형성된 블록으로, 식물이 생장 및 번식할 수 없는 불모지의 토양을 복원하기 위한 것을 말한다.
본 발명에 있어서, 상기 생태복원용 블록은 상술한 방법에 따라 제조될 수 있으며, 5,500 내지 6,000g의 파단 및 13 내지 18%의 입단 안정성을 가진다.
본 발명에 있어서, 상기 도입은 불모지의 표면 또는 표면으로부터 1cm 이하의 깊이로 생물토양피막이 형성된 블록을 배치하는 것을 말한다. 상기 블록은 1 내지 20mm의 크기로 이루어져 있어서 바람 또는 비에 의하여 유실될 염려가 없으므로, 불모지의 표면에 배치하는 것만으로도 그 생태복원을 위한 토양개량 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 상기 블록을 불모지의 표면으로부터 1cm 이하의 깊이에 배치하더라도 토양간의 공극에 의하여 자연 환경으로부터 조류의 생장에 필요한 공기 및 빛을 얻을 수 있으므로, 이러한 배치도 가능하다. 다만, 1cm를 초과하는 깊이로 상기 블록을 배치하는 경우 충분한 공기 및 빛을 조류가 이용할 수 없어 조류의 생장이 느려지는 단점이 있으므로 바람직하지 않다. 여기서 상기 배치는 불모지 전체 면적(예: 1m2)에 대하여 생태복원용 블록의 비율이 20% 이상, 바람직하게는 30%, 보다 바람직하게는 40%, 보다 더 바람직하게는 50% 이상이 되도록 하는 것이며, 배치하는 방법은 식재 등의 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생태복원용 블록은 사막, 폐광지, 유류 오염지 등의 식물이 생장할 수 없는 불모지에 간단하게 설치할 수 있고, 종래의 무기질, 유기질 또는 인공토양 등을 담체로 하여 제조된 블록에 비하여 생물토양피막을 형성할 수 있는 조류가 짧은 시간 내에 효과적으로 정착하여 식물이 생장할 수 있는 토양으로 생태 복원하는 것이 가능하다.
도 1은 황토와 모래의 중량비에 따라 제조된 인공토양의 균열을 관찰한 결과이다.
도 2는 황토와 모래의 중량비에 따라 제조된 인공토양의 파단 내구성을 측정한 결과이다.
도 3은 황토와 모래를 8g:12g, 10g:10g 또는 12g:8g의 중량비로 혼합한 후 톱밥을 첨가한 양에 따라 제조된 인공토양의 균열을 관찰한 결과이다.
도 4는 황토와 모래를 8g:12g, 10g:10g 또는 12g:8g의 중량비로 혼합한 후 톱밥을 첨가한 양에 따라 제조된 인공토양의 파단 내구성을 측정한 결과이다.
도 5는 황토, 모래 및 톱밥을 8g:12g:1.5g, 10g:10g:1.8g 또는 12g:8g:1.8g의 중량비로 혼합한 후 토양 고정제를 첨가한 양에 따라 제조된 인공토양의 균열을 관찰한 결과이다.
도 6은 황토, 모래 및 톱밥을 8g:12g:1.5g, 10g:10g:1.8g 또는 12g:8g:1.8g의 중량비로 혼합한 후 토양 고정제를 첨가한 양에 따라 제조된 인공토양의 파단 내구성을 측정한 결과이다.
도 7은 황토, 모래 및 톱밥을 8g:12g:1.5g, 10g:10g:1.8g 또는 12g:8g:1.8g의 중량비로 혼합한 후 토양 고정제를 첨가한 양에 따라 제조된 인공토양의 수분에 따른 입단 안정성을 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 생물토양피막이 형성된 블록을 관찰한 결과이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1 : 생물학적 토양층(biological soil crust, BSC)이 형성된 블록을 제조하기 위한 인공토양의 재료별 최적 혼합 비율 확립
1-1. 황토와 모래의 최적 혼합 비율 확립
황토와 모래를 6g:14g, 8g:12g, 10g:10g, 12g:8g 또는 14g:6g으로 혼합하고 페트리 디쉬(petri dish)에 담고 건조시켜 인공토양을 제조하였다. 그 다음 상기 건조된 인공토양의 균열되는 정도를 육안으로 관찰한 후 압력을 가하여 파단(break) 내구성을 측정하였다. 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실험결과, 황토의 첨가비율이 증가할수록 재료의 균열 및 절단되는 강도가 증가하는 것으로 확인되었다.
1-2. 황토, 모래 및 톱밥의 최적 혼합 비율 확립
상기 실시예 1-1에서 8g:12g, 10g:10g 또는 12g:8g으로 혼합한 황토와 모래에 톱밥을 0.9g, 1.2g, 1.5g, 1.8g 또는 2.1g을 첨가하여 혼합하고 페트리 디쉬(petri dish)에 담아 건조하여 인공토양을 제조하였다. 그 다음 상기 건조된 인공토양의 균열되는 정도를 육안으로 관찰한 후 압력을 가하여 파단(break) 내구성을 측정하였다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
실험결과, 톱밥을 1.5g 이상 첨가하였을 때 건조 중 균열이 현저히 감소하였고, 토양의 파단 내구성은 톱밥 첨가량보다 황토의 첨가량이 증가할수록 증가하는 것으로 확인되었다.
1-3. 황토, 모래, 톱밥 및 토양고정제의 최적 혼합 비율 확립
상기 실시예 1-2에서 건조 중 균열이 없었던 혼합 비율인 8g:12g:1.5g, 10g:10g:1.8g 또는 12g:8g:1.8g으로 혼합하여 제조한 인공토양에 토양 고정제인 TKS7(tacki spray, 칠보생물산업)을 토양 면적당(cm2) 0.1mg, 0.2mg, 0.3mg, 0.4mg 또는 0.5mg을 첨가하여 혼합하고 페트리 디쉬(petri dish)에 담아 건조하여 인공토양을 제조하였다. 그 다음 상기 건조된 인공토양의 균열되는 정도를 육안으로 관찰한 후 파단(break) 내구성을 측정하였다.
또한, 상기 비율로 혼합하여 제조한 인공토양을 fast wetting법을 이용하여 입자크기가 2mm 이상인 암석(coarse fragment)의 비율을 계산하여 물에 대한 입단 안정성(aggregate stability)을 측정하였다. 그 결과를 도 5, 도 6 및 도 7에 나타내었다.
실험결과, 황토, 모래 및 톱밥을 12g:8g:1.8g으로 혼합한 토양에 토양 고정제를 첨가하여 제조한 토양의 파단 내구성이 가장 좋았으나, 이외의 비율로 혼합하여 제조한 토양에 비하여 균열이 많이 확인되었다.
한편, 토양의 입단 안정성은 토양 고정제의 첨가량이 증가할수록 높게 나타났으며, 그 중 황토, 모래 및 톱밥을 10g:10g:1.8g:으로 혼합한 토양 및 12g:8g:1.8g으로 혼합한 토양에 토양 단위면적(cm2) 당 0.5mg의 토양 고정제를 혼합하여 제조한 토양이 가장 높게 나타났다.
따라서, 블록의 건조시 균열이 최소화되고, 내구성이 강하며, 비 또는 바람에 의한 침식으로부터 저항성이 강한 블록의 안정된 제조 및 완성을 위해서는 황토, 모래 및 톱밥을 10g:10g:1.8g로 혼합하고, 토양 고정제를 면적(cm2)당 0.5mg 혼합하여 제조하였을 때 가장 안정된 블록이 형성됨을 확인하였다.
실시예 2 : 시아노박테리아를 이용하여 생물학적 토양층(biological soil crust, BSC)이 형성된 블록 제조
먼저, 모래 290g, 황토 290g 및 톱밥 52g을 균일하게 혼합한 후 면적이 625 cm2(25×25cm)인 성형틀에 높이 1cm로 담아 준비하였다. 그 다음 BG-11 액체배지에 토양고정제(TKS7, tacki spray) 0.3g(0.5mg/cm2) 및 고흡수제(sperabsorbent polymer, WCS-0907) 0.045mg(0.05mg/cm2)을 넣고 용해시킨 후 시아노박테리아(cyanobacteria) 6.3g(10mg/cm2)을 넣고 균일하게 혼합하였다. 그 다음 시아노박테리아, 토양고정제 및 고흡수제가 용해된 액체배지를 상기 모래, 황토 및 톱밥이 담긴 성형틀에 붓고, 25℃의 온도, 5,000 lux의 광조건에서 3개월 동안 배양하였다. 배양기간 동안 수분을 공급하여 습한 조건이 지속되도록 하였다. 배양 3개월 후 수분공급을 중단하고 천천히 건조시켜 생물학적 토양층이 형성된 블록을 제조하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.
실험결과, 모래, 황토 및 톱밥으로 형성시킨 인공토양에 생물학적 토양 클로스터가 형성되었으며, 보습력이 높아 표면의 갈라짐이 없고, 토양입자의 배수성 및 통기성이 향상되어 바람 등에 날리지 않는 블록이 형성되었다.

Claims (9)

  1. (a) 모래, 황토 및 톱밥을 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합하여 담체를 제조하는 단계; (b) 조류의 액체배양 배지에 상기 (a) 단계에서 제조한 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.1 내지 1mg의 토양 고정제, 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 5 내지 15mg의 조류, 및 상기 담체의 단위 면적(cm2) 당 0.01 내지 0.1mg의 고흡수제를 혼합하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 토양 고정제, 조류 및 고흡수제가 혼합된 액체배양 배지를 상기 (a) 단계에서 제조된 담체에 접종하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 토양고정제, 조류 및 고흡수제가 접종된 담체를 배양하여 생물토양피막을 형성시키는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서 생물토양피막이 형성된 담체를 건조하는 단계;를 포함하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조류는 지의류 공생 조류 및 시아노박테리아 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지의류 공생 조류는 트레보우시아(Trebouxia) 속, 슈도트레보우시아(Pseudotrebouxia) 속, 스티코코커스(Stichococcus) 속, 및 트렌테포리아(Trentepohlia) 속에 속하는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 시아노박테리아는 노스톡(Nostoc) 속, 린그비아(Lyngbya) 속, 미크로코레우스(Microcoleus) 속, 아나베나 (Anabaena) 속, 크로코커스(Chrococcus) 속, 그로에카프사(Gloecapsa) 속, 포르미디움(Phormidium) 속, 스키토네마(Scytonema) 속, 시네코시스티스(Synechocystis) 속, 카로스릭스(Calothrix)속, 및 토리포스릭스(Tolypothrix) 속에 속하는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불모지는 사막, 석탄 폐광지, 유류 오염지, 화산재지, 유해 광물이나 산업 폐기물이 폐기된 장소, 암석지 및 대머리산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불모지의 생태복원용 블록의 제조방법.
  6. 모래, 황토 및 톱밥이 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합되어 있는 담체에 조류와 토양 고정제와 고흡수제가 혼합된 조류의 액체배양배지를 접종하고 이를 배양하여 담체에 생물토양피막을 형성시킨 생태복원용 블록으로, 상기 생태복원용 블록은 5,500 내지 6,000g의 파단 및 13 내지 18%의 입단 안정성을 나타내는 것을 특징으로 하는 볼모지의 생태를 복원하는 생태복원용 블록.
  7. 제6항에 있어서, 상기 생태복원용 블록은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 불모지의 생태를 복원하는 생태복원용 블록.
  8. 모래, 황토 및 톱밥이 0.5 내지 2 : 0.5 내지 1.5 : 0.05 내지 0.3의 중량비로 혼합되어 있는 담체에 조류와 토양 고정제와 고흡수제가 혼합된 조류의 액체배양배지를 접종하고 이를 배양하여 담체에 생물토양피막을 형성시킨 생태복원용 블록을 불모지에 도입하여 불모지의 생태를 복원하는 방법으로, 상기 생태복원용 블록은 5,500 내지 6,000g의 파단 및 13 내지 18%의 입단 안정성을 나타내는 것을 특징으로 하는 볼모지의 생태를 복원하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 볼모지는 사막, 석탄 폐광지, 유류 오염지, 화산재지, 유해 광물이나 산업 폐기물이 폐기된 장소, 암석지 및 대머리산으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 볼모지의 생태를 복원하는 방법.
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