KR102031000B1 - 펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법 - Google Patents

펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제오라이트(zeolite) 15∼45 중량%와, 벤토나이트(bentonite) 3∼20 중량%와, 카올린(kaolin) 35∼65 중량% 및 유기질 비료 3∼20 중량%를 성분으로 포함하고, 펠렛 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있고, 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배가 가능할 수 있다.

Description

펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법{Pellet type plant growth activator and the method for cultivating plant using the same}
본 발명은 인공토양에 첨가되어 영양분을 공급할 수 있는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배를 가능하게 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법에 관한 것이다.
토양재배는 아주 오래전부터 이어져 내려온 전통적인 농업방식으로 흙에 식물을 심어 재배하는 방식을 일컫는다. 토양에는 다양한 미생물과 영양분이 많다는 장점이 있지만 예기치 못한 주변환경(자연재해나 병충해)에 즉각적인 대응이 어렵다는 단점이 있다.
유리온실 또는 플라스틱하우스와 같은 구조물 내에서 다양한 부대장치를 이용하여 온도, 광, 수분, 영양분 등을 조절하여 농작물을 재배하는 것을 시설재배라고 한다.
시설재배에 있어서 흙 대신에 다양한 배지(물, 상토)를 사용하여 배양액에 의하여 재배하는 기법을 수경재배라고 한다. 멸균된 배지는 식물을 지지하는 역할만을 하고, 양액을 이용하여 식물에게 필요한 영양성분을 제공하여 기르는 방식이다. 수경재배의 경우 물의 부력으로 인해 무, 당근, 인삼과 같이 뿌리를 먹는 식물은 재배할 수 없다는 제약이 있다. 수경재배의 경우, 초기 투자비용이 높고 계속적으로 양액을 공급해줘야 한다는 단점이 있으며 실질적으로 작물의 성장에만 집중하는 재배방식으로 작물의 맛을 결정하는 당도, 산도, 염도 등이 떨어진다.
인공토양을 이용한 closed system에서의 재배는 시설재배라는 측면에서 수경재배와 유사하나, 영양성분이 없는 배지 위에 양액을 공급해 주는 수경재배와는 달리 인공토양을 이용한다는데 가장 큰 차이점이 있다. 한쪽 면만이 개방되어 있는 육면체 형태의 베드(Bed) 안에 인공토양을 채워넣고 작물을 심어 재배하는 방식이다. 수경재배와 달리 뿌리식물의 재배도 가능하며, 토양재배와 수경재배의 장점만을 취한 재배기법이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0996498호
Kinetics of Ammonium Adsorption and Desorption by the Natural Zeolite Clinoptilolite, Soil Sci. Soc. Am. J. 62:622-629 (1998)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있고, 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배를 가능하게 할 수 있는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제 및 이를 이용한 작물의 재배방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 제오라이트(zeolite) 15∼45 중량%와, 벤토나이트(bentonite) 3∼20 중량%와, 카올린(kaolin) 35∼65 중량% 및 유기질 비료 3∼20 중량%를 성분으로 포함하고, 펠렛 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 제공한다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 TiO2 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 ZnO 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 B2O3 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 PEG(polyethylene glycol) 및 검(Gum)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.5∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 황산암모늄, 요소, 염화암모늄 및 질산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 과인산석회, 중과인산석회 및 용성인비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 유기질 비료는 가축분, 쌀겨, 깻묵, 어분, 육골분, 혈분 및 아미노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 염화칼륨 및 황산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 다공성 세라믹 코팅층으로 표면이 코팅되어 있을 수 있다.
상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카(silica)로 이루어질 수 있다.
상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카(silica) 및 TiO2로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 작물이 재배될 수 있는 공간을 제공하는 베드를 준비하는 단계와, 인공토양과 함께 상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 상기 베드 내에 담는 단계와, 상기 베드 내에 파종하거나 식물을 심는 단계 및 양액이나 추가적인 비료의 공급없이 물을 간헐적으로 공급하면서 작물을 재배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물의 재배방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배가 가능하다. 본 발명의 식물 생육 활성제을 이용하여 작물을 재배하는 경우, 3개월 이상의 재배기간 동안 물 이외의 영양성분을 추가적으로 공급하지 않아도 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 양이온의 흡착과 탈착이 원활하게 이루어질 수 있는데, 양이온이 흡착되고 작물이 영양성분을 소비하게 되면 순차적으로 양이온들이 탈착되어 작물에 공급될 수 있으며, 이러한 영양성분의 순환공급은 영양성분이 손실되지 않고 작물의 뿌리 근처에 항상 위치하여 필요에 따라 공급할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 작물에 치명적인 해를 끼칠 수 있는 갑작스런 pH나 전기전도도 변화에 버퍼(buffer) 역할을 할 수 있다는 장점이 있다. pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있다.
또한, 펠렛 표면에 다공성 세라믹 코팅층을 형성함으로써 영양성분의 용출 속도를 제어하여 좀 더 오랜 기간(최대 12개월) 동안 영양분을 용출할 수가 있는 장점이 있다. 상기 다공성 세라믹 코팅층을 형성하면, 물이 다공성 세라믹 코팅층의 기공을 통해 흡수되고, 이 물로 인해 용해된 펠렛 안의 영양성분들이 다시 기공들을 통해 배출되어 펠렛 자체로 존재할 때 보다 오랜 기간 동안 낭비없이 영양성분을 공급할 수 있다.
도 1은 제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite) 등을 45 microns 이하로 미분화하여 유기질 비료와 함께 펠렛 형태로 제조한 사진이다.
도 2는 세라믹 코팅에 사용되는 열풍 당의기를 보여주는 사진이다.
도 3은 세라믹 코팅을 한 펠렛 사진이다.
도 4는 세라믹 코팅을 한 펠렛 타입 식물 생육 활성제의 작동기구 모식도이다.
도 5는 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 95:5의 중량비로 배합하여 담은 베드에서 7일간 생육한 새싹채소를 보여주는 사진이다.
도 6은 베드를 보여주는 사진이다.
도 7은 토마토의 재배를 위해 비닐하우스에 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제과 91:9의 중량비로 배합하여 담은 베드를 설치한 모습을 보여주는 사진이다.
도 8 내지 도 11은 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 91:9의 중량비로 배합하여 담은 베드가 설치된 비닐하우스에서 토마토의 재배가 이루어지는 모습을 보여주는 사진이다.
도 12 내지 도 14는 생육한 토마토의 당도를 측정한 모습을 보여주는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는, 제오라이트(zeolite) 15∼45 중량%와, 벤토나이트(bentonite) 3∼20 중량%와, 카올린(kaolin) 35∼65 중량% 및 유기질 비료 3∼20 중량%를 성분으로 포함하고, 펠렛 형태를 갖는다.
상기 식물 생육 활성제는 TiO2 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 ZnO 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 B2O3 0.1∼5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 PEG(polyethylene glycol) 및 검(Gum)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.5∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 황산암모늄, 요소, 염화암모늄 및 질산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 과인산석회, 중과인산석회 및 용성인비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 식물 생육 활성제는 염화칼륨 및 황산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 유기질 비료는 가축분, 쌀겨, 깻묵, 어분, 육골분, 혈분 및 아미노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 다공성 세라믹 코팅층으로 표면이 코팅되어 있을 수 있다.
상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카(silica)로 이루어질 수 있다.
상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카(silica) 및 TiO2로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작물의 재배방법은, 작물이 재배될 수 있는 공간을 제공하는 베드를 준비하는 단계와, 인공토양과 함께 상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 상기 베드 내에 담는 단계와, 상기 베드 내에 파종하거나 식물을 심는 단계 및 양액이나 추가적인 비료의 공급없이 물을 간헐적으로 공급하면서 작물을 재배하는 단계를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 더욱 구체적으로 설명한다.
인공토양을 이용한 closed system에서의 작물재배는 크게 3가지의 구성요소로 이루어져 있다. 3가지 구성요소는 (1) 인공토양, (2) closed system을 위한 베드(Bed), (3) 유리온실 또는 플라스틱(비닐)하우스와 같은 시설물이다.
closed system에서의 작물재배는 유리온실 또는 플라스틱(비닐)하우스와 같은 시설물에서 인공토양과 베드를 이용하여 작물의 재배가 이루어지게 구성된다.
Closed system을 구현하기 위한 베드로는 한쪽 면만이 개방되어 있는 직육면체 등의 형태를 갖는 용기가 필요하다. 베드(Bed) 소재로는 금속, 세라믹, 플라스틱, 비닐 모두 사용 가능하나 제조 단가를 고려할 때 플라스틱이 선호된다. 기성제품으로는 딸기 재배에 사용되는 스티로폼으로 제작한 베드(Bed)를 사용할 수 있다. 베드(Bed)의 측면에 구멍을 내어 인공토양의 수분 증발속도를 조절할 수도 있다.
인공토양은 식물을 지탱하는 지지체 역할을 하는 동시에 식물이 성장하여 열매를 맺어 재배하는 시기까지 충분한 영양성분을 공급해 주는 역할을 한다.
Closed system 상에서 식물을 지지하기 위해서는 2가지에 주안점을 주고 성분을 구성하여야 하는데, (1) 지상에서 2m 이상 성장하는 식물의 뿌리가 충분히 활착하고 지탱하기 위한 중량감을 갖추어야 하며, (2) 개방된 위쪽 면만을 통해 물의 증발이 일어나는 관계로 구성 성분 간의 공극이 충분하지 않으면 뿌리가 썩을 수 있어 인공토양의 기공률을 충분히 확보하여야 한다.
인공토양은 3개월 이상의 재배기간 동안 물 이외의 영양성분을 추가적으로 공급하지 않아도 된다. 이를 위해서는 지지체 역할을 하는 구성성분 또한 용출을 통해 식물에 필요한 영양분을 공급하여야 하며, 그 외 필요한 영양분을 공급하기 위한 목적으로 인공토양 제조 단계에서 식물의 성장단계별 필요 영양성분을 고려하여 영양성분을 배합하여야 한다. 또한, 이러한 영양성분들은 인공토양 성분 중 흡착과 용출의 기능을 띠는 물질에 의해 작물에 공급된다.
인공토양의 조성은 크게 2그룹의 나누어진다. 하나는 인공토양의 뼈대이자 지지체 역할을 하는 성분들로 구성된다. 다른 하나는 인공토양의 영양성분을 공급하는 성분들로 구성된다.
지지체 역할을 하는 구성성분들은 뿌리의 원활한 활착과 고정을 위해 코코피트(cocoa peat), 피트모스(peat moss), 제오라이트(zeolite) 및 벤토나이트(bentonite) 등으로 구성될 수 있다. 예컨대, 인공토양은 코코피트(cocoa peat) 20∼60 중량%, 피트모스(peat moss) 10∼50 중량%, 제오라이트(zeolite) 10∼50 중량% 및 벤토나이트(bentonite) 5∼50 중량%를 포함할 수 있다. 코코피트(Cocoa peat)는 섬유(fiber) 형태의 물질로서 뿌리의 활착에 도움을 준다. 피트모스(peat moss)는 인공토양의 보습력에 주요한 역할을 한다. 코코피트(Cocoa peat)와 피트모스(peat moss) 모두 밀도가 낮아 인공토양의 공극을 형성하는데 도움을 준다.
이러한 인공토양은 아래의 표 1에서 나타내는 물성 및 특성을 가진다.
물성
pH
Organic matter
(g/kg)
유효인산
P2O5(mg/kg)
치환성양이온
(cmol(+)/kg)
CEC
(cmol(+)/kg)
EC
(dS/m)
K Ca Mg
인공토양 6.0∼6.5 100∼200 100∼450 0.5∼7.0 6.0∼30 2.0∼5.0 >30 0.1∼1.0
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 작물을 재배하는데 인공토양과 함께 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 인공토양과 함께 사용하게 되면, 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배가 가능할 수 있으며, pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는, 제오라이트(zeolite), 벤토나이트(bentonite), 카올린(kaolin) 및 유기질 비료를 성분으로 포함하며, 펠렛 형태를 갖는다. 상기 펠렛 타입의 식물 생육 활성제는 제오라이트(zeolite) 15∼45 중량%와, 벤토나이트(bentonite) 3∼20 중량%와, 카올린(kaolin) 35∼65 중량% 및 유기질 비료 3∼20 중량%를 성분으로 포함하는 것이 바람직하다.
카올린(kaolin)은 펠렛 타입 식물 생육 활성제의 뼈대이자 지지체 역할을 한다. 상기 카올린은 식물 생육 활성제에 35∼65 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite)는 모두 밀도가 2.6 g/cm3 으로 식물의 지지체 역할을 수행함과 동시에 입도를 1mm 이상으로 조절할 경우 입자 간의 공극을 형성할 수 있다. 제오라이트(zeolite)는 나노기공 구조로 인해 양이온의 흡착 및 탈착이 가능하다. 벤토나이트(bentonite)는 2:1 layer 구조의 실리케이트(silicate) 광물로서 층(layer) 사이에 양이온 등을 포함하고 있고, 용출하는 특성을 가지고 있다. 상기 제오라이트는 식물 생육 활성제에 15∼45 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 벤토나이트는 식물 생육 활성제에 3∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
제오라이트(zeolite)는 고유의 나노기공 구조로 인해 평형반응(equilibrium reaction)을 통하여 양이온의 흡착과 탈착이 일어난다. 인공토양에 NH4+, Na+, K+ , Ca2+, Mg2 + 등의 양이온이 존재하면, 제오라이트(zeolite)에 우선적으로 흡착되고 작물이 영양성분을 소비하게 되면 순차적으로 양이온들이 탈착되어 작물에 공급되게 된다. 이러한 영양성분의 순환공급은 영양성분이 손실되지 않고 작물의 뿌리 근처에 항상 위치하여 필요에 따라 공급할 수 있다는 장점이 있다. 이와 비교하여 토양재배의 경우 비료 형태로 주어지는 영양성분이 비가 오면 용해될 뿐만 아니라 비와 함께 지하수로 이동하여 실제로 작물에 영양성분을 제공할 수 있는 비료는 투입량의 10% 이하라는 문제점이 있다(Ref: Kinetics of Ammonium Adsorption and Desorption by the Natural Zeolite Clinoptilolite, Soil Sci. Soc. Am. J. 62:622-629 (1998)).
제오라이트(zeolite)를 사용할 경우, 작물에 치명적인 해를 끼칠 수 있는 갑작스런 pH나 전기전도도 변화에 버퍼(buffer) 역할을 할 수 있다는 장점이 있다. 갑작스런 pH나 전기전도도 변화는 충분히 후숙되지 못한 화학비료를 사용할 때 발생하는 현상으로 이로 인해 작물은 고사하게 된다. 제오라이트(zeolite)는 pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있다. 그러므로, 다양한 비료를 사용할 경우에도 안전망 역할을 할 수 있다.
제오라이트(zeolite)와 같이 양이온의 흡착 및 탈착 기능은 일라이트(Illite), 벤토나이트(bentonite), 스멕타이트(Smectite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite)와 같은 2:1 layer silicate를 이용해서도 구현 가능하다. 실리케이트 층(Silicate layer) 사이에 존재하는 간극에 양이온을 흡착 및 탈착시켜 제오라이트(zeolite)와 같은 기능을 구현할 수 있다.
영양성분을 공급하는 성분들은 유기질 비료나 화학비료를 이용하여 키우고자 하는 작물에 따라 배합 비율을 달리하여 공급할 수 있다. 여기서 중요한 것은 위에서 설명한 제오라이트(zeolite) 및 2:1 layer silicate의 순환공급 기능으로 인해 기존의 토양재배에서 사용하는 비료량의 10분지 1 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 이로 인해 비료 사용절감으로 인한 경제적 효과와 과다한 화학비료 사용으로 인한 환경피해를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
인공토양에서는 기본적으로 유기질 비료를 이용하여 영양성분을 공급하는 것을 원칙으로 한다. 그러나, 수요자의 요구에 따라 아래와 같은 화학비료를 첨가하여 인공토양을 제조할 수 있다.
(1) 질소질 비료 : 황산암모늄, 요소, 염화암모늄, 질산암모늄
(2) 인산질 비료 : 과인산석회, 중과인산석회, 용성인비
(3) 칼륨질 비료 : 염화칼륨, 황산칼륨
상기 황산암모늄, 요소, 염화암모늄 및 질산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질은 식물 생육 활성제에 0.1∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 과인산석회, 중과인산석회 및 용성인비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질은 식물 생육 활성제에 0.1∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 염화칼륨 및 황산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질은 식물 생육 활성제에 0.1∼10 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
상기 유기질 비료는 가축분(가축분뇨), 쌀겨, 깻묵, 어분, 육골분, 혈분 및 아미노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 유기질 비료는 식물 생육 활성제에 3∼20 중량% 함유되는 것이 바람직하다.
추가물질로는 항균 특성을 가지는 TiO2, ZnO, B2O3(Borax) 등을 이용하여 인공토양에서 발생할 수 있는 곰팡이 등을 억제할 수 있다. 상기 TiO2는 식물 생육 활성제에 0.1∼5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 ZnO는 식물 생육 활성제에 0.1∼5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 B2O3는 식물 생육 활성제에 0.1∼5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 아래의 표 2에 TiO2, ZnO, B2O3(Borax)의 함량 등을 나타내었다.
조성 (wt.%) 비고
TiO2 0.1∼5 Anatase
ZnO 0.1∼5
B2O3 0.1∼5 Na-Borate 또는 boric acid
도 1은 제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite) 등을 45 microns 이하로 미분화하여 유기질 비료와 함께 펠렛 형태로 제조한 사진이다.
도 1을 참조하면, 제오라이트(zeolite), 벤토나이트(bentonite) 및 카올린(kaolin) 등을 100 microns 이하로 미분화하여 유기질 비료 등의 영양성분과 같이 도 1에서 보이는 펠렛 형태로 제조할 경우 양이온의 흡탈착을 좀 더 효율적으로 조절할 수 있다. 1mm 이상의 제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite) 등은 영양성분과 분리되어 존재하는데, 미분(<100 microns)의 제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite)가 영양성분을 둘러싸고 있게 되면 물과 접촉하여 영양성분이 용해되더라도 미분들 사이의 모세관압에 의해 입자들 공극 사이에 존재하면서 우선적으로 제오라이트(zeolite)와 벤토나이트(bentonite)에 흡착되고 작물의 필요에 의해서만 탈착이 일어나게 된다. 그러므로, 3개월 이상의 오랜 시간 동안 영양성분의 효과를 유지할 수 있다.
펠렛으로 제조하는 방법은 팬 그래뉼레이터(pan granulator), 드럼 그래뉼레이터(drum granulator), 핀 믹서(pin mixer), 스프레이 드라이어(spray drier) 등을 이용할 수 있다. 일 예로서, 팬 그래뉼레이터(pan granulator)를 사용할 경우, 미분화한 제오라이트(zeolite), 벤토나이트(bentonite) 및 카올린(kaolin)을 영양성분들과 건식 혼합한 후 그 위에 물을 분무하여 펠렛으로 제조할 수 있다. 펠렛의 강도를 높이고자 하는 경우에는 분무하는 물에 PEG(polyethylene glycol) 및 검(Gum)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 0.5∼10 중량% 범위에서 용해하여 사용할 수 있다.
위와 같이 제조한 펠렛 표면에 다공성 세라믹 코팅층을 형성하면 영양성분의 용출 속도를 제어하여 좀 더 오랜 기간(최대 12개월) 동안 영양분을 용출하게 된다. 세라믹 코팅은 시중에 판매되는 실리카 졸(silica sol)을 이용하여 구현할 수 있다. 도 2는 세라믹 코팅에 사용되는 열풍 당의기를 보여주는 사진이다.
도 2를 참조하면, 앞에서 제조한 펠렛을 도 2에서 보이는 열풍 당의기에서 회전교반 시키면서 150℃의 열풍을 10분 이상 불어 넣어 펠렛 자체의 온도를 높여준다. 여기에 20∼30% 농도의 실리카 졸(silica sol)을 분무하고 계속적으로 150℃ 이상의 열풍을 10분 이상 불어 넣어 펠렛의 표면을 건조시킨다. 이후에 건조기에서 코팅된 펠렛을 완전 건조 시킨 후 1000℃에서 1시간 동안 열처리하여 다공성 코팅층을 형성한다. 도 3은 세라믹 코팅을 한 펠렛 사진이다.
또한, 상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카 졸(silica sol)과 TiO2 졸(sol)을 혼합 사용하여 제조할 수도 있다. 예를 들면, 실리카 졸과 TiO2 졸을 3:1 비율로 혼합한 후 위와 같은 열풍 당의기에서 펠렛에 분무 건조하여 상기 다공성 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 다공성 세라믹 코팅층의 두께는 졸(sol)의 농도와 분무 횟수를 달리하여 조절할 수 있으며, 다공성 세라믹 코팅층의 기공 크기는 사용하는 졸(sol)의 입자크기와 농도, 유기물 첨가제, 열처리 온도 등을 달리하여 조절할 수 있다.
도 4는 세라믹 코팅을 한 펠렛 타입 식물 생육 활성제의 작동기구 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 다공성 세라믹 코팅층을 형성하면, 물이 다공성 세라믹 코팅층의 기공을 통해 흡수되고, 이 물로 인해 용해된 펠렛 안의 영양성분들이 다시 기공들을 통해 배출되어 펠렛 자체로 존재할 때 보다 오랜 기간 동안 낭비없이 영양성분을 공급할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작물의 재배방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
작물이 재배될 수 있는 공간을 제공하는 베드를 준비한다. closed system에서의 작물재배는 유리온실 또는 플라스틱(비닐)하우스와 같은 시설물에서 인공토양과 베드를 이용하여 작물의 재배가 이루어지게 구성된다. 베드로는 한쪽 면만이 개방되어 있는 직육면체 등의 형태를 갖는 용기가 필요하다. 베드(Bed) 소재로는 금속, 세라믹, 플라스틱, 비닐 모두 사용 가능하나 제조 단가를 고려할 때 플라스틱이 선호된다. 기성제품으로는 딸기 재배에 사용되는 스티로폼으로 제작한 베드(Bed)를 사용할 수 있다. 베드(Bed)의 측면에 구멍을 내어 인공토양의 수분 증발속도를 조절할 수도 있다.
인공토양과 함께 앞서 설명한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 상기 베드 내에 담는다. 상기 인공토양은 그 제한이 있는 것은 아니며, 상업적으로 판매되고 있는 것을 사용할 수도 있다. 바람직하게는 인공토양으로 코코피트(cocoa peat), 피트모스(peat moss), 제오라이트(zeolite) 및 벤토나이트(bentonite)를 포함하는 것을 사용한다. 예컨대, 코코피트(cocoa peat) 20∼60 중량%, 피트모스(peat moss) 10∼50 중량%, 제오라이트(zeolite) 10∼50 중량% 및 벤토나이트(bentonite) 5∼50 중량%를 포함하는 인공토양을 사용한다. 상기 인공토양은 이외에도 규조토 0.1∼15 중량%, 질석 0.1∼15 중량%, TiO2 0.1∼5 중량%, Na-borate 0.1∼5 중량% 등을 더 포함할 수도 있다.
상기 베드 내에 파종하거나 식물을 심는다. 씨앗의 종류나 식물의 종류에 그 제한이 있는 것은 아니며, 작물을 재배하고자 하는 씨앗이니 식물이면 상관이 없다.
양액이나 추가적인 비료의 공급없이 물을 간헐적으로(주기적 또는 비주기적으로) 공급하면서 작물을 재배한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 인공토양과 함께 사용하게 되면, 영양성분의 순환공급을 통해 추비없이 3개월 이상의 작물 재배가 가능할 수 있으며, pH와 전기전도도 변화에 직접적인 영향을 미치는 양이온들을 우선적으로 흡착하여 급작스러운 변화를 막을 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
아래의 표 3에 나타낸 원료 성분 비율로 혼합된 인공토양을 준비하였다.
원료명 조성 (wt.%) 비고
Cocoa Peat 40 길이 <10mm
Peat Moss 20 입도>1mm
Zeolite 20 입도>1mm
Bentonite 6 입도>1mm
규조토 5 입도>1mm
질석 5 입도>1mm
TiO2 2 입도 ~1㎛
Na-borate 2 입도>1mm
아래의 표 4에 나타낸 원료 성분 비율로 혼합되어 펠렛 타입으로 제조된 식물 생육 활성제를 준비하였다.
원료명 조성 (wt.%) 비고
Zeolite 30 입도 <100 ㎛
Bentonite 10 입도 <100 ㎛
Kaolin 50 입도 <100 ㎛
유기질 비료 10 -
도 5는 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 95:5의 중량비로 배합하여 담은 베드에서 7일간 생육한 새싹채소를 보여주는 사진이다.
도 6은 베드를 보여주는 사진이고, 도 7은 토마토의 재배를 위해 비닐하우스에 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제과 91:9의 중량비로 배합하여 담은 베드를 설치한 모습을 보여주는 사진이며, 도 8 내지 도 11은 실험예에서 사용한 인공토양과 실험예에서 사용한 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 91:9의 중량비로 배합하여 담은 베드가 설치된 비닐하우스에서 토마토의 재배가 이루어지는 모습을 보여주는 사진이다. 도 12 내지 도 14는 생육한 토마토의 당도를 측정한 모습을 보여주는 사진이다.
도 6 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실험예에서 사용한 인공토양과 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 이용하여 생육한 토마토는 7 Brix 이상의 당도를 나타내었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (13)

  1. 식물 생육 활성제로서,
    제오라이트(zeolite) 15∼45 중량%;
    벤토나이트(bentonite) 3∼20 중량%;
    카올린(kaolin) 35∼65 중량%; 및
    PEG(polyethylene glycol) 및 검(Gum)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.5∼10 중량%; 및
    유기질 비료 3∼20 중량%를 성분으로 포함하고,
    상기 식물 생육 활성제는 다공성 세라믹 코팅층으로 표면이 코팅되어 있으며,
    상기 다공성 세라믹 코팅층은 실리카(silica) 및 TiO2로 이루어지고,
    상기 식물 생육 활성제는 펠렛 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  2. 제1항에 있어서, TiO2 0.1∼5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  3. 제1항에 있어서, ZnO 0.1∼5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  4. 제1항에 있어서, B2O3 0.1∼5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 황산암모늄, 요소, 염화암모늄 및 질산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  7. 제1항에 있어서, 과인산석회, 중과인산석회 및 용성인비로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  8. 제1항에 있어서, 염화칼륨 및 황산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 0.1∼10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기질 비료는 가축분, 쌀겨, 깻묵, 어분, 육골분, 혈분 및 아미노산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 펠렛 타입의 식물 생육 활성제.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 작물이 재배될 수 있는 공간을 제공하는 베드를 준비하는 단계;
    인공토양과 함께 제1항에 기재된 펠렛 타입의 식물 생육 활성제를 상기 베드 내에 담는 단계;
    상기 베드 내에 파종하거나 식물을 심는 단계; 및
    양액이나 추가적인 비료의 공급없이 물을 간헐적으로 공급하면서 작물을 재배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물의 재배방법.
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