KR102254919B1 - Soil conditioner in pellet form containing bamboo biochar and condensed molasses soluble, and manufacturing method thereof - Google Patents

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조주식
강세원
윤진주
박재혁
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a pellet-shaped soil improving agent including bamboo biochar and molasses concentrate, and a method for manufacturing the same. The soil improving agent according to the present invention is added to the soil to reduce methane emission from the soil, and accordingly it reduces the generation of methane, which is a greenhouse gas, thereby contributing to the prevention of global warming. In addition, in addition to the effect of reducing methane in the soil, the soil improving agent can also effectively improve soil quality by stabilizing the soil as a soil organic material, thereby contributing to an increase in agricultural productivity.

Description

대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 및 이의 제조방법{Soil conditioner in pellet form containing bamboo biochar and condensed molasses soluble, and manufacturing method thereof}Soil conditioner in pellet form containing bamboo biochar and condensed molasses soluble, and manufacturing method thereof

본 발명은 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a soil conditioner in the form of a pellet comprising bamboo bio-tea and molasses concentrate, and a method for producing the same.

쌀은 세계 경작지의 약 11%에서 재배되는 가장 중요한 식량 공급원 중 하나이다(de Miranda et. al., American Journal of Plant Sciences, 6:2009-2018, 2015). 벼 생산 시스템은 보통 논에서 재배되므로, 이는 일반적으로 다른 작물보다 더 많은 물을 필요로 한다. 그러나, 이러한 재배 시스템은 기후 변화를 일으키는 주요 온실 가스인 메탄(CH4)을 대기로 방출하여 기후에 영향을 주며(Wu et. al., Environmental Pollution, 253:1038-1046, 2019), 메탄은 이산화탄소(CO2)에 비해 온실 효과가 25배 더 높은 것으로 알려져 있다. 논에서 메탄(CH4)은 혐기성 조건하에서 메탄을 생성하는 박테리아에 의한 유기물 분해에 의해 생성되며, 토양 온도, 산화 환원 전위(redox potential) 및 토양 특성의 영향을 받는다. FAO(2009)에 따르면, 쌀은 세계 인구의 절반 이상이 소비하므로 인구 증가에 대한 수요를 충족하기 위해 2030년까지 벼 생산량을 40% 늘릴 필요가 있는 것으로 보고된 바 있다. 특히, 아시아에서 벼농사는 사회 경제적으로 매우 중요하다. 이에 따라서, 생산량을 안정적으로 늘리면서 메탄을 줄이기 위한 재배 관리가 시급하다.Rice is one of the most important food sources grown on about 11% of the world's arable lands (de Miranda et. al. , American Journal of Plant Sciences , 6:2009-2018, 2015). Since rice production systems are usually grown in paddy fields, they generally require more water than other crops. However, these cultivation systems affect climate by releasing methane (CH 4 ), a major greenhouse gas that causes climate change, into the atmosphere (Wu et. al. , Environmental Pollution , 253:1038-1046, 2019), and methane is It is known that the greenhouse effect is 25 times higher than that of carbon dioxide (CO 2 ). Methane (CH 4 ) in rice fields is produced by decomposition of organic matter by methane-producing bacteria under anaerobic conditions, and is affected by soil temperature, redox potential, and soil properties. According to FAO (2009), rice is consumed by more than half of the world's population, so it has been reported that rice production needs to be increased by 40% by 2030 to meet the demand for population growth. In particular, rice farming in Asia is very important socioeconomically. Accordingly, cultivation management to reduce methane while stably increasing production is urgent.

이와 같이, 농업은 온실가스 배출의 주요 원천이며, 특히 논은 메탄 주요 발생지로 알려져 있다. 이에 따라 벼 생산성을 유지하면서 메탄을 줄일 수 있는 기술이 요구된다.As such, agriculture is a major source of greenhouse gas emissions, and rice paddies in particular are known as a major source of methane. Accordingly, there is a need for a technology capable of reducing methane while maintaining rice productivity.

한편, 비료는 식물에 영양을 공급하고 식물 성장을 돕기 위해 토양에 적용되는 물질이다. 특히, 무기질 비료는 편리성과 효과가 높기 때문에 벼 수량 증가와 안정적인 벼 생산성 확보를 위해 많이 사용된다. 그러나, 농지에서 무기질 비료를 과도하게 사용하면 토양의 영양분 불균형이 발생하고, 토양 유기물 함량이 낮아져 토양 비옥도를 감소시킨다.On the other hand, fertilizers are substances applied to the soil to nourish plants and aid plant growth. In particular, inorganic fertilizers are widely used to increase rice yield and to secure stable rice productivity because of their high convenience and effectiveness. However, excessive use of inorganic fertilizers in farmland results in an imbalance of nutrients in the soil and lowers the content of organic matter in the soil, thereby reducing soil fertility.

바이오차(Biochar)는 산소가 제한된 환경에서 다양한 바이오매스(biomass)를 열분해하여 생성되는 탄소가 풍부한 고체 물질이다(Kim et. al., Geoderma, 232-234:341-351, 2014). 바이오차는 대기 중 온실 가스를 줄이는 훌륭한 도구이며, 토양 비옥도를 높일 수 있는 토양개량제 역할을 하는 것으로 보고된 바 있다(Jindo et. al., Bioresource Technology, 110:396-404, 2012). 사용되는 바이오매스의 유형에 따라 다양한 바이오차가 있다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 일반적으로 비료 함량이 낮기 때문에 지속적으로 작물을 생산하는데 사용하기에 한계가 있다(Shin et. al., Journal of Environmental Management, 244:92-98, 2019).Biochar is a carbon-rich solid material produced by pyrolysis of various biomass in an oxygen-limited environment (Kim et. al. , Geoderma , 232-234:341-351, 2014). Biotea is an excellent tool to reduce greenhouse gases in the atmosphere and has been reported to act as a soil conditioner that can increase soil fertility (Jindo et. al. , Bioresource Technology , 110:396-404, 2012). There are a variety of biochas depending on the type of biomass used. However, despite these advantages, since the fertilizer content is generally low, there is a limit to use for continuous crop production (Shin et. al. , Journal of Environmental Management , 244:92-98, 2019).

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 벼의 안정적인 생산과 메탄 발생량을 효율적으로 감축시키기 위한 토양개량제를 개발하고자 예의 연구한 결과, 대나무 유래 바이오차(biochar)를 당밀농축액과 혼합하여 생산한 펠렛 형태의 토양개량제가 토양에서의 메탄 저감 효과 이외에도 토양유기물로서 토양을 안정화시켜 토양질 개선에도 효과적으로 작용함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.Under this background, the present inventors have conducted intensive research to develop a soil conditioner to efficiently reduce methane production and stable production of rice.As a result, a soil conditioner in the form of pellets produced by mixing bamboo-derived biochar with molasses concentrate. In addition to the effect of reducing methane in the soil, the present invention was completed by stabilizing the soil as soil organic matter to effectively improve soil quality.

de Miranda et. al., American Journal of Plant Sciences, 6:2009-2018, 2015 de Miranda et. al., American Journal of Plant Sciences, 6: 2009-2018, 2015 Wu et. al., Environmental Pollution, 253:1038-1046, 2019 Wu et. al., Environmental Pollution, 253:1038-1046, 2019 Kim et. al., Geoderma, 232-234:341-351, 2014 Kim et. al., Geoderma, 232-234:341-351, 2014 Jindo et. al., Bioresource Technology, 110:396-404, 2012 Jindo et. al., Bioresource Technology, 110:396-404, 2012 Shin et. al., Journal of Environmental Management, 244:92-98, 2019 Shin et. al., Journal of Environmental Management, 244:92-98, 2019

본 발명의 하나의 목적은 벼의 안정적인 생산과 메탄 발생량을 효율적으로 감축시키기 위한 토양개량제 개발을 위한 것으로, 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 제조방법을 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to develop a soil conditioner for stable production of rice and efficiently reduce the amount of methane generated, and to provide a method for producing a soil conditioner in the form of pellets including bamboo biotea and molasses concentrate.

또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제를 제공하기 위한 것이다.In addition, it is to provide a soil conditioner in the form of a pellet comprising the bamboo bio-tea and molasses concentrate prepared by the above manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 a) 건조된 대나무를 열분해하여 얻은 바이오차(biochar)를 분쇄하는 단계; b) 상기 바이오차에 당밀농축액을 혼합하여 바이오차 및 당밀농축액 혼합물을 제조하는 단계; 및 c) 상기 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 제조하는 단계;를 포함하는, 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: a) pulverizing biochar obtained by pyrolyzing dried bamboo; b) preparing a mixture of bio-tea and molasses concentrate by mixing the bio-tea with molasses concentrate; And c) preparing the mixture in the form of pellets; containing, a method for preparing a soil conditioner in the form of pellets including bamboo bio-tea and molasses concentrate.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제를 제공한다.In addition, the present invention provides a soil conditioner in the form of a pellet comprising the bamboo bio-tea and molasses concentrate prepared by the above manufacturing method.

본 발명은 대나무를 500℃ 내지 700℃에서 1시간 내지 7시간 동안 열분해 시켜 제조한 대나무 유래 바이오차(biochar)를 당밀농축액과 혼합하여 생산한 펠렛 형태의 토양개량제를 토양에 첨가하여 토양에서의 메탄 배출량을 저감시킴으로써 결과적으로 온실가스인 메탄의 발생을 저감시켜 지구 온난화 방지에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상기 토양개량제가 토양에서의 메탄 저감 효과 이외에도 토양유기물로서 토양을 안정화시켜 토양질 개선에도 효과적으로 작용하여 농업생산성 증대에 기여할 수 있다.In the present invention, a soil conditioner in the form of pellets produced by mixing bamboo-derived biochar produced by pyrolysis of bamboo at 500°C to 700°C for 1 to 7 hours with molasses concentrate is added to the soil to produce methane in the soil. By reducing the amount of emissions, it can contribute to the prevention of global warming by reducing the generation of methane, which is a greenhouse gas. In addition, in addition to the effect of reducing methane in the soil, the soil modifier according to the present invention stabilizes the soil as soil organic matter, thereby effectively improving soil quality, thereby contributing to the increase of agricultural productivity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용한 바이오차(biochar) 제조 장치 및 펠렛(pellet) 제조 장치를 나타낸 도이다.
도 2는 벼 재배 중 평균 일일 강수량(precipitation) 및 기온을 측정하여 나타낸 도이다. 여기에서, Max.는 최대 온도를, Min.는 최소 온도를, Ave.는 평균 온도를 표시하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 대나무 바이오차 펠렛 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도이다. 여기에서, Grinding은 대나무 바이오차를 분쇄하는 단계를, Supplement는 분쇄한 바이오차에 결합제로 사용한 당밀농축액을 추가하여 블렌딩하는 단계를, Extrusion은 대나무 바이오차와 당밀농축액을 혼합한 후 압출 장치를 사용하여 압출하는 단계를, Production은 대나무 바이오차 펠렛을 제조하는 단계를 나타낸 것이다.
도 4는 벼 재배 기간(cropping season) 및 휴경 기간(fallow season) 동안 메탄(CH4) 배출량 변화를 나타낸 도이다. 여기에서, Control은 대조군(무처리군)이고, IF는 무기질 비료 처리군이며, BC_PT는 대나무 바이오차 펠렛 처리군이다. 오차 막대는 표준 편차를 나타낸 것이다(n=3).
1 is a diagram showing a biochar manufacturing apparatus and a pellet manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an average daily precipitation and temperature during rice cultivation. Here, Max. is the maximum temperature, Min. is the minimum temperature, and Ave. is the average temperature.
3 is a diagram schematically showing a process of manufacturing bamboo bio-tea pellets according to the present invention. Here, Grinding refers to the step of crushing bamboo bio tea, Supplement refers to the step of blending by adding molasses concentrate used as a binder to the pulverized bio tea, and Extrusion refers to mixing bamboo bio tea and molasses concentrate and then using an extrusion device. And the extruding step, and Production refers to the step of producing bamboo bio-tea pellets.
4 is a diagram showing the change in methane (CH 4 ) emission during the rice cultivation period (cropping season) and the fallow season (fallow season). Here, Control is a control group (no treatment group), IF is an inorganic fertilizer treatment group, and BC_PT is a bamboo biotea pellet treatment group. Error bars represent standard deviation (n=3).

본 발명은 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a soil conditioner in the form of a pellet comprising bamboo bio-tea and molasses concentrate, and a method for producing the same.

하나의 양태로서, 본 발명은 a) 건조된 대나무를 열분해하여 얻은 바이오차(biochar)를 분쇄하는 단계; b) 상기 바이오차에 당밀농축액을 혼합하여 바이오차 및 당밀농축액 혼합물을 제조하는 단계; 및 c) 상기 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 제조하는 단계;를 포함하는, 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 제조방법을 제공한다.In one aspect, the present invention comprises the steps of: a) pulverizing biochar obtained by pyrolyzing dried bamboo; b) preparing a mixture of bio-tea and molasses concentrate by mixing the bio-tea with molasses concentrate; And c) preparing the mixture in the form of pellets; containing, a method for preparing a soil conditioner in the form of pellets including bamboo bio-tea and molasses concentrate.

본 명세서에서 사용된 용어, "바이오차(biochar)"란 바이오매스(biomass)와 숯(char)의 합성어로 유기물과 숯의 중간 성질을 갖도록 만든 물질로, 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 열분해(pyrolysis)하여 얻을 수 있는 탄소 함량이 높은 고체 물질이다.As used herein, the term "biochar" is a compound word of biomass and char, which is a material made to have an intermediate property between organic matter and charcoal. It is a solid material with high carbon content that can be obtained through pyrolysis.

본 명세서에서 사용된 용어, "바이오매스(biomass)"란 산업 생산에 사용될 수 있는 살아있거나 죽은 생물학적 재료(biological material)를 의미하는 것으로, 특히 본 발명에서는 바이오매스로서 대나무를 사용한다.As used herein, the term "biomass" refers to a living or dead biological material that can be used in industrial production, and in particular, bamboo is used as biomass in the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어, "토양개량제(soil conditioner)"란 토양의 물리적, 화학적, 생물적 조건을 개선하여 작물의 생육을 개선하고 생산력을 높이기 위해 사용하는 약제로, 본 발명에서는 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 유효성분으로 포함한다.As used herein, the term "soil conditioner" is a drug used to improve the growth of crops and increase productivity by improving physical, chemical, and biological conditions of the soil. In the present invention, bamboo biotea and It contains molasses concentrate as an active ingredient.

본 명세서에서 사용된 용어, "당밀농축액(condensed molasses soluble, CMS)"이란 원당 또는 당밀을 원료로 하여 미생물 발효를 거친 다음 부산물로 생산되는 잔류 배지를 농축 정제하여 가공한 것으로, 당밀발효농축액으로도 칭해진다. 당밀 발효를 통한 라이신 생산의 부산물인 당밀농축액은 다량의 유기물과 질소를 포함하고 있다. 본 발명에서 당밀농축액은 토양개량제의 유효성분으로 포함되며, 당, 아미노산 등 작물에 유익한 성분을 많이 포함하고 있어, 토양과 식물의 영양 공급원으로 사용할 수 있다.As used herein, the term "condensed molasses soluble (CMS)" is processed by condensing and refining the residual medium produced as a by-product after microbial fermentation using raw sugar or molasses as a raw material. It is called. Molasses concentrate, a by-product of lysine production through molasses fermentation, contains a large amount of organic matter and nitrogen. In the present invention, molasses concentrate is included as an active ingredient of a soil conditioner, and contains a lot of beneficial ingredients for crops such as sugars and amino acids, so it can be used as a nutrient source for soil and plants.

본 발명의 일구체예에 사용된 바이오차는 이에 제한되지는 않으나, 상기 단계 a)에서 대나무를 500℃ 내지 700℃, 550℃ 내지 650℃, 또는 600℃에서 열분해시켜 발생한 부산물일 수 있다.The bio-tea used in one embodiment of the present invention is not limited thereto, but may be a by-product generated by pyrolysis of bamboo at 500°C to 700°C, 550°C to 650°C, or 600°C in step a).

상기 단계 a)에서 열분해는 이에 제한되지는 않으나, 1시간 내지 7시간, 2시간 내지 6시간, 3시간 내지 5시간 또는 4시간 동안 수행될 수 있다.The pyrolysis in step a) is not limited thereto, but may be performed for 1 hour to 7 hours, 2 hours to 6 hours, 3 hours to 5 hours, or 4 hours.

본 발명의 일실시예에서, 상기 열분해하여 얻은 대나무 바이오차는 그라인더와 롤러를 사용하여 분쇄하고, 200 ㎛ 기공 크기의 체를 통과시켜 수득하였다. 상기 열분해를 통해 제조된 대나무 바이오차의 C, H, O, N 및 S의 함량은 각각 87.2%, 2.79%, 9.63%, 0.54% 및 0.01%인 것으로 확인되었다.In one embodiment of the present invention, the bamboo biotea obtained by pyrolysis was pulverized using a grinder and a roller, and obtained by passing through a sieve having a pore size of 200 μm. The contents of C, H, O, N, and S in the bamboo biotea prepared through the pyrolysis were found to be 87.2%, 2.79%, 9.63%, 0.54% and 0.01%, respectively.

상기 단계 b)에서 바이오차 : 당밀농축액은 9 내지 1 : 1 내지 9의 중량비로 혼합될 수 있으며, 예컨대, 9:1, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8의 중량비로 혼합될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In step b), the bio-tea: molasses concentrate may be mixed in a weight ratio of 9 to 1: 1 to 9, for example, in a weight ratio of 9:1, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8. It may be mixed, but is not limited thereto.

상기 단계 b)에서 바이오차와 혼합하는 당밀농축액은 이에 제한되지는 않으나, 증류수로 중량 대비 5배 내지 15배, 7배 내지 13배, 9배 내지 11배, 또는 10배로 희석하여 사용할 수 있다.The molasses concentrate mixed with the bio-tea in step b) is not limited thereto, but may be used by diluting 5 times to 15 times, 7 to 13 times, 9 to 11 times, or 10 times by weight with distilled water.

상기 단계 c)에서는 상기 단계 b)에서 소정의 중량비로 혼합한 바이오차 및 당밀농축액을 시판되는 펠렛 제조기를 이용하여 펠렛(pellet) 형태의 토양개량제를 제조할 수 있다.In step c), a soil conditioner in the form of pellets may be prepared using a commercially available pellet maker using the bio-tea and molasses concentrate mixed in a predetermined weight ratio in step b).

상기 단계 c)의 펠렛은 이에 제한되지는 않으나, 직경

Figure 112020130585154-pat00001
0.05 cm 내지 0.5 cm,
Figure 112020130585154-pat00002
0.08 cm 내지 0.4 cm,
Figure 112020130585154-pat00003
0.1 cm 내지 0.3 cm, 또는
Figure 112020130585154-pat00004
0.2 cm 크기일 수 있다. 상기 펠렛은 토양개량제로 사용하기에 적절한 크기로 제조될 수 있다. The pellet of step c) is not limited thereto, but the diameter
Figure 112020130585154-pat00001
0.05 cm to 0.5 cm,
Figure 112020130585154-pat00002
0.08 cm to 0.4 cm,
Figure 112020130585154-pat00003
0.1 cm to 0.3 cm, or
Figure 112020130585154-pat00004
It can be 0.2 cm in size. The pellets may be prepared in a size suitable for use as a soil conditioner.

또한, 이에 제한되지는 않으나 단계 c)에서 제조된 펠렛은 상기 단계 c) 이후에 드라이 오븐을 이용하여 추가로 건조될 수도 있다.In addition, although not limited thereto, the pellet prepared in step c) may be further dried using a dry oven after step c).

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제를 제공한다.As another aspect, the present invention provides a soil conditioner in the form of a pellet comprising a bamboo bio-tea and molasses concentrate prepared by the above manufacturing method.

본 발명에 있어서, 상기 "바이오차", "당밀농축액" 및 "토양개량제" 각각은 전술한 바와 같다.In the present invention, each of the "bio tea", "molasses concentrate" and "soil conditioner" is as described above.

본 구체예에 따른 토양개량제는 C, H, O, N 및 S로 구성된 대나무 바이오차 펠렛을 함유하며, 비료 요소를 천천히 지속적으로 용출하는 완효성 비료의 효과를 가진다. The soil conditioner according to this embodiment contains bamboo biotea pellets composed of C, H, O, N and S, and has the effect of a slow-acting fertilizer that slowly and continuously elutes fertilizer urea.

본 발명의 일실시예에서, 상기 토양개량제를 토양에 처리시 토양 pH는 5.48 내지 5.51이었으며, 토양 유기 탄소(soil organic carbon, SOC) 함량은 5.95 내지 5.97 g kg-1이었다. 또한, 총 질소(total nitrogen, TN) 함량은 0.72 내지 0.77 g kg-1이었으며, 유효 P2O5 함량은 32.2 내지 33.3 mg kg-1이었다. 한편, 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC)은 5.90 내지 5.95 cmolc kg-1이었다. 또한, 상기 토양개량제를 토양에 처리시 메탄(CH4) 배출량을 감소시킴을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, when the soil modifier is treated on the soil, the soil pH was 5.48 to 5.51, and the soil organic carbon (SOC) content was 5.95 to 5.97 g kg -1 . In addition, the total nitrogen (TN) content was 0.72 to 0.77 g kg -1 , and the effective P 2 O 5 content was 32.2 to 33.3 mg kg -1 . Meanwhile, the cation exchange capacity (CEC) was 5.90 to 5.95 cmol c kg -1 . In addition, it was confirmed that methane (CH 4 ) emissions were reduced when the soil modifier was treated on the soil.

따라서, 본 발명에 따른 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제는 토양에서의 메탄 저감 효과 이외에도 토양유기물로서 토양을 안정화시켜 토양질 개선에도 효과적으로 작용하여 농업생산성 증대에 기여할 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, the soil conditioner in the form of pellets containing bamboo bio-tea and molasses concentrate according to the present invention, in addition to the effect of reducing methane in the soil, stabilizes the soil as soil organic matter, effectively acting on improving the soil quality and contributing to the increase of agricultural productivity. Could know.

본 발명의 토양개량제는 농업적으로 허용 가능한 담체를 포함할 수 있으며, 충전제(fillers), 용매, 부형제, 계면활성제(surfactants), 현탁제(suspending agents), 스프래더(spreaders), 부착제(adhesives), 소포제, 분산제, 습윤제, 드리프트 감소제(drift reducitng agents), 보조제(suxiliaries), 보강제(adjuvants) 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다.The soil modifier of the present invention may contain an agriculturally acceptable carrier, and fillers, solvents, excipients, surfactants, suspending agents, spreaders, adhesives ), antifoaming agents, dispersing agents, wetting agents, drift reducitng agents, auxiliary agents, adjuvants, or mixtures thereof.

본 발명의 토양개량제는 상기 토양개량제 단독 또는 다른 농업용 제제, 예를 들어, 농약(pesticides), 살충제(insecticides), 살응애제(acaracides), 살진균제, 살박테리아제, 제초제, 항생제, 항균제, 살선충제(nematocides), 쥐약(rodenticides), 곤충병원체(entomopathogens), 페로몬(pheromones), 유인제(attractants), 식물성장조절제(plant growth regulators), 식물 호르몬(plant hormones), 곤충성장 조절제(insect growth regulators), 화학불임제(chemosterilants), 미생물 작물보호제(microbial pest control agents), 방충제(repellents), 바이러스, 식자극제(phagostimulents), 식물 영양제, 식물비료 및 생물학적 방제제와 함께 배합하거나, 순차적으로 사용될 수 있다. 상기 살충제로는 카르바메이트, 유기 포스페이트, 유기 염소 살충제, 페닐피라졸, 피레트로이드, 네오니코티노이드, 스피노신(spinosin), 아버멕틴(avermectin), 밀베마이신, 유충 호르몬 유사체, 알킬할라이드, 유기 주석 화합물, 네레이스톡신(nereistoxin) 유사체, 벤조일우레아, 디아실히드라진, METI 살비제(acaricide)류의 살곤충제, 클로로피크린, 피메트로진, 플로니카미드, 클로펜테진, 헥시티아족스, 에톡사졸, 디아펜티우론, 프로파르지트, 테트라디폰, 클로르페나피르, DNOC, 부프로페진, 시로마진, 아미트라즈, 히드라메틸논, 아세퀴노실, 플루아크리피림, 로테논 또는 이들의 유도체와 같은 살충제가 사용될 수 있다. 상기 식물 영양제로는 통상적으로 사용되는 식물 영양공급용 비료를 사용할 수 있다. 또한 상기 비료로서, 유기질비료, 복합비료, 질소비료, 인산비료, 칼슘비료, 석회비료, 유산질비료, 황산비료, 마그네슘 비료, 미량원소비료, 유기질비료, 분뇨비료 등이 이용될 수 있다. 이때, 상기 농업적 제제의 특정 예는 당업계의 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명한 것으로, 용이하게 입수할 수 있다.The soil conditioner of the present invention is the soil conditioner alone or other agricultural preparations, for example, pesticides, insecticides, acaracides, fungicides, bactericides, herbicides, antibiotics, antibacterial agents, sterilization agents. Nematocides, rodenticides, insect pathogens, pheromones, attractants, plant growth regulators, plant hormones, insect growth regulators, chemosterilants, microbial pest control agents, repellents, viruses, phagostimulents, plant nutrients, plant fertilizers and biological control agents, or used sequentially. I can. Examples of the insecticide include carbamate, organic phosphate, organic chlorine insecticide, phenylpyrazole, pyrethroid, neonicotinoid, spinosin, avermectin, milbemycin, larval hormone analogue, alkyl halide, organic Tin compounds, nereistoxin analogues, benzoylurea, diacylhydrazine, METI insecticides of acaricides, chloropicrin, pymetrozine, flonicamid, clopentezine, hexythiazox, ethoxazole , Diafenthiuron, proparzit, tetradifon, chlorfenapyr, DNOC, buprofezin, cyromazine, amitraz, hydramethylnon, acequinosyl, fluacrypyrim, rotenone, or derivatives thereof Pesticides can be used. As the plant nutrient, a commonly used plant nutrient fertilizer may be used. In addition, as the fertilizer, organic fertilizers, complex fertilizers, nitrogen fertilizers, phosphoric acid fertilizers, calcium fertilizers, lime fertilizers, lactic acid fertilizers, sulfuric acid fertilizers, magnesium fertilizers, trace element fertilizers, organic fertilizers, manure fertilizers, and the like may be used. At this time, a specific example of the agricultural formulation is obvious to those of ordinary skill in the art, and can be easily obtained.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

준비예 1. 대나무 바이오차 제조Preparation Example 1. Manufacture of Bamboo Bio Tea

가공되지 않은 공급 원료(feedstock)로서 건조된 대나무를 바이오차(biochar)를 생산하는 데 사용하였다. N2 가스를 연속 흐름으로 주입하여 혐기성 조건을 사용한 열분해를 통해 바이오차를 생산하였다. 이때, 열분해는 600℃ 온도 조건에서 4시간 동안 수행하였다. 대나무 바이오차(Bamboo biochar, BB)의 수율은 28.8% 이었고, pH는 10.1이었다. 또한, BB의 C, H, O, N 및 S는 각각 87.2%, 2.79%, 9.63%, 0.54% 및 0.01%이었다. 하기 표 1에 상기와 같이 생산한 바이오차의 특성을 나타내었다.Dried bamboo as raw feedstock was used to produce biochar. Biotea was produced through pyrolysis using anaerobic conditions by injecting N 2 gas in a continuous flow. At this time, the pyrolysis was performed for 4 hours at 600°C temperature condition. The yield of bamboo biochar (BB) was 28.8%, and the pH was 10.1. In addition, C, H, O, N, and S of BB were 87.2%, 2.79%, 9.63%, 0.54% and 0.01%, respectively. Table 1 below shows the characteristics of the bio-tea produced as described above.

Figure 112020130585154-pat00005
Figure 112020130585154-pat00005

* BET SA: Brunauer, Emmett 및 Teller 방정식 적용 표면적(surface area)* BET SA: Brunauer, Emmett and Teller equation applied surface area

준비예 2. 토양 준비Preparation Example 2. Soil preparation

밭 재배에 사용된 토양은 대한민국 선천시 논에서 채취하였다. 채취한 토양의 입자 크기 분포는 모래 34.6%, 토사 50.5%, 점토 14.9%이었다. 토양의 pH 및 EC(전기전도도)는 각각 5.64 및 0.24 dS m-1이었으며, 5.64 g kg-1 토양 유기 탄소(soil organic carbon, SOC), 0.74 g kg-1 총 질소(total nitrogen, TN), 38.0 mg kg-1 유효 인산염(유효 P2O5), 0.09 cmolc kg-1 K, 4.24 cmolc kg-1 Ca, 0.44 cmolc kg-1 Mg, 및 5.71 cmolc kg-1 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC)으로 구성되었다. 실험 시작 전 당밀농축액(condensed molasses soluble, CMS)의 특성은 pH 4.43, 유기물(organic matter, OM) 56.6%, 총 질소(TN) 6.54%, 총 인(total phosphorus, TP) 0.18%, 및 칼륨(K) 0.31%이었다.The soil used for field cultivation was collected from rice paddies in Seoncheon, Korea. The particle size distribution of the collected soil was sand 34.6%, soil 50.5%, and clay 14.9%. Soil pH and EC (electrical conductivity) were 5.64 and 0.24 dS m -1 , respectively, 5.64 g kg -1 soil organic carbon (SOC), 0.74 g kg -1 total nitrogen (TN), 38.0 mg kg -1 effective phosphate (effective P 2 O 5 ), 0.09 cmol c kg -1 K, 4.24 cmol c kg -1 Ca, 0.44 cmol c kg -1 Mg, and 5.71 cmol c kg -1 cation exchange capacity ( cation exchange capacity, CEC). The properties of the condensed molasses soluble (CMS) before the start of the experiment were pH 4.43, organic matter (OM) 56.6%, total nitrogen (TN) 6.54%, total phosphorus (TP) 0.18%, and potassium ( K) 0.31%.

준비예 3: 대나무 바이오차 펠렛 준비Preparation Example 3: Preparation of Bamboo Bio Tea Pellets

상기 준비예 1에서 600℃에서 4시간 동안 열분해를 통해 제조한 대나무 바이오차(biochar)를 그라인더와 롤러로 분쇄하고, 실험 시작 전에 200 ㎛ 기공 크기의 체를 통과시켰다. 체를 통과시킨 분쇄한 바이오차를 토양개량제(soil amendment)로 선정하고, 당밀농축액(condensed molasses soluble, CMS)과 블렌딩(blending)하여 추가로 처리하여 바이오차 펠렛(biochar pellet; BC_PT)을 제조하였다. 이때, 상기 당밀농축액은 결합제(binder)로서 사용하였으며, 증류수로 10배 희석시켜 사용하였다.In Preparation Example 1, bamboo biochar prepared through pyrolysis at 600° C. for 4 hours was pulverized with a grinder and roller, and passed through a sieve having a pore size of 200 μm before the start of the experiment. The pulverized bio-tea passed through a sieve was selected as a soil amendment, blended with condensed molasses soluble (CMS) and further processed to prepare a biochar pellet (BC_PT). . At this time, the molasses concentrate was used as a binder, and was diluted 10 times with distilled water.

대나무 바이오차와 결합제로 사용한 10배 희석한 당밀농축액의 조합 비율을 9:1(w/w)로 하여 혼합하였으며, 압출 장치에 넣고 제조한 대나무 바이오차 펠렛(BC_PT)의 크기는

Figure 112020130585154-pat00006
0.2 cm이었다. 상기 혼합한 원료는 교반기를 사용하여 10분 동안 완전히 혼합하였다. 대나무 바이오차와 결합제를 혼합한 후 압출 장치를 통해 대나무 바이오차 펠렛을 생산하는 과정은 도 3에 나타낸 바와 같다. 상기와 같이 제조한 펠렛은 최종적으로 드라이 오븐에 넣고 건조한 후 사용하였다. The bamboo bio-tea and the 10-fold diluted molasses concentrate used as a binder were mixed at a combination ratio of 9:1 (w/w), and the size of the bamboo bio-tea pellets (BC_PT) prepared by putting in an extrusion device was
Figure 112020130585154-pat00006
It was 0.2 cm. The mixed raw materials were thoroughly mixed for 10 minutes using a stirrer. The process of producing bamboo bio-tea pellets through an extrusion device after mixing the bamboo bio-tea and the binder is as shown in FIG. 3. The pellets prepared as described above were finally put in a dry oven and dried before use.

실험예 1: 대나무 바이오차 펠렛 처리 및 벼 작물 샘플링(sampling)Experimental Example 1: Bamboo bio-tea pellet treatment and rice crop sampling (sampling)

상기 준비예 3에서 제조한 대나무 바이오차 펠렛이 벼의 안정적인 생산과 메탄 배출량 감축에 미치는 영향을 확인하고자, 무기질 비료(inorganic fertilizer; IF)와 바이오차 펠렛(biochar pellet; BC_PT)을 시험구(experimental plot; 길이(L) 1 m × 너비(W) 1 m × 높이(H) 0.5 m)에 적용하여 본 발명을 2016년~2017년에 걸쳐 순천 대학교에서 수행하였다. 이 지역은 해상 기후의 영향을 많이 받으나, 연간 기온 편차는 크지 않다. 이 지역의 연평균 강수량은 1249 mm이고, 2년 동안 평균 기온은 13.4℃이었다(도 2). 각각의 실험군은 대조군, 무기질 비료 처리군(IF, N-P-K = 90-45-57 kg ha-1) 및 대나무 바이오차 펠렛 처리군(BC_PT, 1000 kg ha-1)으로 나누어 처리하였다. 이때, 대나무 바이오차 펠렛 처리군은 모내기 14일 전에 토양에 손으로 적용하고 경작하였다.In order to confirm the effect of the bamboo bio-tea pellet prepared in Preparation Example 3 on stable production of rice and reduction of methane emissions, an inorganic fertilizer (IF) and a biochar pellet (BC_PT) were tested as experimental. plot; length (L) 1 m × width (W) 1 m × height (H) 0.5 m), the present invention was carried out at Suncheon National University from 2016 to 2017. This region is greatly affected by the sea climate, but the annual temperature fluctuation is not large. The average annual precipitation in this area was 1249 mm, and the average temperature for two years was 13.4°C (Fig. 2). Each experimental group was divided into a control group, an inorganic fertilizer treatment group (IF, NPK = 90-45-57 kg ha -1 ) and a bamboo bio tea pellet treatment group (BC_PT, 1000 kg ha -1 ). At this time, the bamboo biotea pellet treatment group was applied to the soil by hand and cultivated 14 days before planting.

동진벼(Oryza sativa, Joponica 유형)를 원(raw) 작물로 선정하고, 이를 각 구획에 20 cm 간격으로 2016년 5월 25일과 2017년 5월 24일에 이식하여 2016년 9월 28일과 2017년 9월 27일에 각각 수확하였다. 각 처리군의 토양 샘플을 벼 수확 후 채취하였다. 또한, 수확한 식물 샘플의 식물 신장(height), 분얼지(tiller) 수, 원추꽃차례(panicle) 당 종자, 종자 1000개의 무게 및 곡물 수확량을 포함한 성장 특성에 대해 조사하였다.Dongjin rice ( Oryza sativa , Joponica type) was selected as a raw crop, and it was transplanted on May 25, 2016 and May 24, 2017 at 20 cm intervals in each compartment, and on September 28, 2016 and September 2017. Each was harvested on the 27th of month. Soil samples of each treatment group were collected after rice harvesting. In addition, growth characteristics including plant height, number of tillers, seeds per panicle, weight of 1000 seeds, and grain yield of harvested plant samples were investigated.

실험예 2: 메탄(CHExperimental Example 2: Methane (CH 44 ) 모니터링) monitoring

CH4 플럭스(flux) 모니터링은 정적 챔버(static chamber)를 사용하여 수행하였다. 가스 샘플링은 포트(pot) 규모로 7일마다 오전 10시 내지 11시 사이에 수행하였다. CH4 측정을 위한 가스는 챔버 폐쇄 후 0, 15 및 30분에 주사기를 사용하여 수집하였다. CH4 측정은 GC 매뉴얼에 기술된 바와 같이 불꽃 이온화 검출기(flame ionization detector, FID)를 사용하여 가스 크로마토그래프(GC-2014, Shimadzu)로 동시에 분석되었다. 가스 분석용 장비의 온도는 컬럼의 경우 55℃, 인젝터(injector)의 경우 100℃, 및 FID의 검출기의 경우 230℃로 제어하였다. 아르곤과 메탄의 가스 혼합물은 CH4의 운반 가스로 사용되었다. CH4 플럭스는 하기 방정식을 사용하여 계산하였다:CH 4 flux monitoring was performed using a static chamber. Gas sampling was performed on a pot scale between 10 am and 11 am every 7 days. The gas for CH 4 measurement was collected using a syringe at 0, 15 and 30 minutes after chamber closure. CH 4 measurements were simultaneously analyzed by gas chromatograph (GC-2014, Shimadzu) using a flame ionization detector (FID) as described in the GC manual. The temperature of the gas analysis equipment was controlled to 55°C for the column, 100°C for the injector, and 230°C for the FID detector. A gas mixture of argon and methane was used as the carrier gas for CH 4. The CH 4 flux was calculated using the following equation:

F = ρ×(V/A)×(Δc/Δt)×(273/T)F = ρ×(V/A)×(Δc/Δt)×(273/T)

여기서, F는 CH4 플럭스, ρ는 CH4 밀도, V는 챔버의 부피(m3), A는 챔버의 면적(m2), Δc/Δt는 가스 농도의 평균 증가, 및 T는 273+ 챔버의 평균 온도(℃)이다.Where F is the CH 4 flux, ρ is the density of CH 4 , V is the volume of the chamber (m 3 ), A is the area of the chamber (m 2 ), Δc/Δt is the average increase in gas concentration, and T is the 273+ chamber. Is the average temperature (°C).

전체 벼 재배에 대한 총 CH4 플럭스는 Kang et. al.(2016)에 기술된 바와 같이 계산하였다: The total CH 4 flux for all rice cultivation was determined by Kang et. al. Calculated as described in (2016):

총 CH4 플럭스 =

Figure 112020130585154-pat00007
Total CH 4 flux =
Figure 112020130585154-pat00007

여기서, Ri는 샘플링 간격의 CH4 방출 비율, Di는 샘플링 간격의 일수, n은 샘플링 간격의 수이다.Here, Ri is the CH 4 emission rate of the sampling interval, Di is the number of days of the sampling interval, and n is the number of sampling intervals.

실험예 3: 토양 분석Experimental Example 3: Soil Analysis

토양 분석은 NIAST(2000)에 기술된 바와 같이 수행하였다. 간략하게, 벼 수확 후 각 처리군에서의 표층(15 cm 깊이)으로부터 토양 샘플을 수집하고, 기건(air-dried)하여 2 mm 메쉬(mesh)를 통과시켰다. 체로 거른 토양의 화학적 특성은 다양한 표준 방법으로 분석하였다. 구체적으로, 토양 pH는 혼합물을 30분 동안 쉐이킹(shaking) 한 후 1:5의 토양-물 비율로 측정하였다. 또한, 유기물(organic matter, OM) 및 총 질소(total nitrogen, TN) 분석은 각각 Tyurin 방법과 Kjeldahl 방법을 사용하여 수행하였다. 유효인(available phosphorus) (유효 P2O5)은 Lancaster 방법으로 수행하였고, 토양의 교환가능한 양이온은 1N-NH4OAc로 추출하였다.Soil analysis was performed as described in NIAST (2000). Briefly, after harvesting rice, soil samples were collected from the surface layer (15 cm depth) in each treatment group, air-dried, and passed through a 2 mm mesh. The chemical properties of the sieved soil were analyzed by various standard methods. Specifically, the soil pH was measured in a soil-water ratio of 1:5 after shaking the mixture for 30 minutes. In addition, organic matter (OM) and total nitrogen (TN) analysis were performed using the Tyurin method and the Kjeldahl method, respectively. The available phosphorus (effective P 2 O 5 ) was performed by the Lancaster method, and the exchangeable cations in the soil were extracted with 1N-NH 4 OAc.

실시예 1: 벼 생산성 분석Example 1: Rice productivity analysis

비료 및 바이오차 적용 후 벼 수확량 성분과 관련된 조사 결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다. 벼 수확량 성분의 전체적인 변화는 대조군을 제외하고, 2016년과 비교하여 2017년에 유사하거나 더 나은 것으로 확인되었다. 벼 수확량 성분은 바이오차 펠렛 적용에 의해 영향을 받음을 확인하였다. 구체적으로, 벼 수확량 성분 중 모든 처리군에서 유의미한 것은 아니나, 2016년에 식물 신장(height)과 분얼지(tiller) 수의 평균 값이 더 높음을 확인하였다. 또한, 무기질 비료(IF) 처리군의 벼 수확량 성분은 2016년에 대나무 바이오차 펠렛(BC_PT) 처리군보다 약간 더 우수하였으나, 2017년에는 비료와 바이오차의 적용에 있어 유의미한 차이가 관찰되지 않았다. 더욱이, 2017년 BC_PT 처리군의 벼 수확량 성분은 2016년에 BC_PT 처리군에 비해 성장 상태가 개선된 것으로 나타났다. 벼 수확량 성분을 고려하여, 종자 무게 1000개 증가율과 곡물 수확량도 증가하였다.The results of the investigation related to the components of the rice yield after application of fertilizers and biotea are shown in Table 2 below. The overall change in the composition of the rice yield was found to be similar or better in 2017 compared to 2016, excluding the control group. It was confirmed that the rice yield component was affected by the application of biotea pellets. Specifically, it was confirmed that the average value of the plant height and the number of tiller was higher in 2016, although it was not significant in all treatment groups among the components of rice yield. In addition, the rice yield component of the inorganic fertilizer (IF) treatment group was slightly better than that of the bamboo bio tea pellet (BC_PT) treatment group in 2016, but no significant difference was observed in the application of fertilizer and bio tea in 2017. Moreover, the rice yield component of the BC_PT treatment group in 2017 showed improved growth compared to the BC_PT treatment group in 2016. Considering the ingredients of rice yield, the rate of increase of 1000 seeds and grain yield also increased.

구체적으로, 하기 표 2에 다양한 바이오차 처리 조건별 및 시기별 벼의 생육 특성을 정리하여 나타내었다. 결론적으로, 대나무 바이오차 펠렛은 완효성 비료의 효과를 가지고 있기 때문에 벼의 생육과 생산량이 안정적인 것으로 확인되었다.Specifically, in Table 2 below, the growth characteristics of rice according to various conditions and periods of bio-tea treatment are summarized and shown. In conclusion, it was confirmed that the growth and production of rice are stable because bamboo biotea pellets have the effect of slow-release fertilizer.

Figure 112020130585154-pat00008
Figure 112020130585154-pat00008

a) Control: 대조군(무처리군) a) Control: Control (no treatment group)

b) IF: 무기질 비료 처리군 b) IF: mineral fertilizer treatment group

c) BC_PT: 대나무 바이오차 펠렛 처리군 c) BC_PT: Bamboo bio tea pellet treatment group

1 동일한 열 내의 다른 문자는 p < 0.05인 Tukey의 검정에 의해 결정된 바와 같이, 처리군 간의 유의미한 차이를 나타낸다. 1 Other letters in the same column indicate significant differences between treatment groups, as determined by Tukey's test with p <0.05.

2 ns는 유의미하지 않은 차이를 나타내며, *, ** 및 ***는 각각 5, 1 및 0.1% 수준으로 유의미한 차이를 나타낸다. 2 ns represents an insignificant difference, and *, ** and *** represent a significant difference at the levels of 5, 1 and 0.1%, respectively.

실시예 2: 토양의 화학적 특성 분석Example 2: Analysis of chemical properties of soil

비료 및 바이오차 적용 후 벼 재배 동안 토양의 화학적 성질의 전체적인 변화가 현저하게 상이함을 확인하였다(표 3). 특히, 2016년에 비해 2017년에 바이오차 적용에 따른 토양 화학적 특성이 대조군 및 IF 처리군보다 더 효과적임을 확인하였다. 이러한 결과를 고려하면, 토양의 화학적 특성과 바이오차를 적용한 벼 수확량 성분은 유사한 경향을 보였다. 샘플링 연도에 관계없이, 벼 수확 후 토양의 화학적 특성 범위는 바이오차 미처리 및 처리시에 각각 하기 표 3에 나타낸 바와 같았다. 구체적으로, 바이오차 미처리 및 처리시에 토양 pH는 각각 5.14-5.24 및 5.48-5.51이었으며, 토양 유기 탄소(soil organic carbon, SOC) 함량은 5.22-5.56 및 5.95-5.97 g kg-1이었다. 또한, 총 질소(total nitrogen, TN) 함량은 0.67-0.79 및 0.72-0.77 g kg-1이었으며, 유효 P2O5 함량은 28.7-32.8 및 32.2-33.3 mg kg-1이었다. 한편, 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC)은 5.48-5.64 및 5.90-5.95 cmolc kg-1이었다.It was confirmed that the overall change in the chemical properties of the soil during rice cultivation after application of fertilizer and biotea was remarkably different (Table 3). In particular, compared to 2016, it was confirmed that the soil chemical properties of the bio-tea application in 2017 were more effective than the control and IF treatment groups. Considering these results, the chemical properties of the soil and the rice yield components applied with bio-tea showed similar trends. Regardless of the sampling year, the range of chemical properties of the soil after rice harvesting was as shown in Table 3 below, respectively, when the bio-tea was untreated and treated. Specifically, when biocar was not treated and treated, the soil pH was 5.14-5.24 and 5.48-5.51, respectively, and the soil organic carbon (SOC) content was 5.22-5.56 and 5.95-5.97 g kg -1 . In addition, the total nitrogen (TN) content was 0.67-0.79 and 0.72-0.77 g kg -1 , and the effective P 2 O 5 content was 28.7-32.8 and 32.2-33.3 mg kg -1 . Meanwhile, the cation exchange capacity (CEC) was 5.48-5.64 and 5.90-5.95 cmol c kg -1 .

Figure 112020130585154-pat00009
Figure 112020130585154-pat00009

a) Control: 대조군(무처리군) a) Control: Control (no treatment group)

b) IF: 무기질 비료 처리군 b) IF: mineral fertilizer treatment group

c) BC_PT: 대나무 바이오차 펠렛 처리군 c) BC_PT: Bamboo bio tea pellet treatment group

1 동일한 열 내의 다른 문자는 p < 0.05인 Tukey의 검정에 의해 결정된 바와 같이, 처리군 간의 유의미한 차이를 나타낸다. 1 Other letters in the same column indicate significant differences between treatment groups, as determined by Tukey's test with p <0.05.

2 ns는 유의미하지 않은 차이를 나타내며, *, ** 및 ***는 각각 5, 1 및 0.1% 수준으로 유의미한 차이를 나타낸다. 2 ns represents an insignificant difference, and *, ** and *** represent a significant difference at the levels of 5, 1 and 0.1%, respectively.

실시예 3: 메탄(CHExample 3: Methane (CH 44 ) 배출량의 변화) Change in emissions

CH4 배출량의 변화는 바이오차 적용 및 샘플링 기간에 따라 현저하게 다름을 확인하였다(도 4). CH4 배출량은 홍수로 인해 급격히 증가하였으며, 2016년과 2017년 사이에 모내기 후 약 2개월째에 최고조에 달함을 확인하였다. 처리 조건에 관계없이, CH4 배출 양상은 벼 재배 기간과 휴경 기간 동안 유사하게 변화하였다. 또한, 처리 조건에 관계없이 연간 CH4 플럭스 규모는 대부분 벼 재배 기간에 관찰되었으며, 휴경 기간 동안에는 영향이 적은 것으로 확인되었다(표 4). 모든 처리군에서 CH4 배출량은 벼 재배 기간 동안 0.65-26.8 mg m-2 hr-1 범위로 유지되었으며, 휴경 기간 동안에는 -0.61-3.47 mg m-2 hr-1 범위로 유지되었다. 대나무 바이오차 펠렛(BC_PT) 처리군은 무기질 비료(IF) 처리군과 비교하여 벼 재배 기간 동안 평균 6.4-6.6 mg m-2 hr-1로 비교적 낮은 CH4 배출률을 나타내었다. 무기질 비료(IF) 처리군에서, CH4 플럭스는 2016년 벼 재배 기간 동안 24.4 g m-2로 방출되었으며, 휴경 기간 동안 3.48 g m-2로 방출되었다. 또한, CH4 플럭스는 2017년 벼 재배 기간 동안 23.3 g m-2로 방출되었다. 특히, 무기질 비료(IF) 처리군과 비교하여, 대나무 바이오차 펠렛을 적용한 경우 CH4 플럭스는 2016년과 2017년 벼 재배 기간 동안 각각 5.0 g m-2 및 3.2 g m-2로 현저하게 감소하였다.It was confirmed that the change in CH 4 emission was significantly different depending on the application of the bio-tea and the sampling period (FIG. 4). CH 4 emissions increased rapidly due to flooding, and it was confirmed that it peaked in about 2 months after planting between 2016 and 2017. Regardless of the treatment conditions, the CH 4 emission pattern changed similarly during the rice cultivation period and the fallow period. In addition, regardless of the treatment conditions, the annual CH 4 flux scale was mostly observed during the rice cultivation period, and it was confirmed that there was little effect during the fallow period (Table 4). In all treatment groups CH 4 emissions were maintained at 0.65-26.8 mg m -2 hr -1 range for rice cultivation period, and was maintained at -0.61-3.47 mg m -2 hr -1 range during fallow period. The bamboo biotea pellet (BC_PT) treatment group showed a relatively low CH 4 emission rate of 6.4-6.6 mg m -2 hr -1 on average during the rice cultivation period compared to the inorganic fertilizer (IF) treatment group. In the mineral fertilizer (IF) treatment group, CH 4 flux was released at 24.4 gm -2 during the rice cultivation period in 2016 and 3.48 gm -2 during the fallow period. In addition, the CH 4 flux was released at 23.3 gm -2 during the 2017 rice cultivation period. In particular, compared with the inorganic fertilizer (IF) treatment group, when bamboo biotea pellets were applied, the CH 4 flux was significantly reduced to 5.0 gm -2 and 3.2 gm -2 during the rice cultivation period in 2016 and 2017, respectively.

구체적으로, 하기 표 4에 다양한 바이오차 처리 조건별에 따른 메탄 발생량, 즉 총 CH4 플럭스를 벼 재배 기간, 휴경 기간 및 연간 동안 측정하여 나타내었다. 벼 재배 기간 동안의 메탄 발생 양상과 발생량을 확인한 결과이며, 결론적으로 대나무 바이오차 펠렛 처리군이 다른 처리군에 비해 메탄 발생량을 감소시킴을 확인하였다(도 4).Specifically, in Table 4 below, the amount of methane generation, that is, the total CH 4 flux, according to various bio-tea treatment conditions, was measured and shown during the rice cultivation period, the fallow period, and the year. This is the result of confirming the methane generation pattern and the amount of methane produced during the rice cultivation period, and in conclusion, it was confirmed that the bamboo biotea pellet treatment group reduced the amount of methane generation compared to other treatment groups (FIG. 4).

Figure 112020130585154-pat00010
Figure 112020130585154-pat00010

a) Control: 대조군(무처리군) a) Control: Control (no treatment group)

b) IF: 무기질 비료 처리군 b) IF: mineral fertilizer treatment group

c) BC_PT: 대나무 바이오차 펠렛 처리군 c) BC_PT: Bamboo bio tea pellet treatment group

* 동일한 열 내의 다른 문자는 p < 0.05인 Tukey의 검정에 의해 결정된 바와 같이, 처리군 간의 유의미한 차이를 나타낸다. * Other letters in the same column indicate significant differences between treatment groups, as determined by Tukey's test with p <0.05.

상기 일련의 결과들을 종합하면, 혐기 조건에서 바이오매스인 대나무를 열분해하여 제조한 본 발명의 대나무 바이오차는 양분 보유력이 높고 토양의 비옥도를 향상시켜 논 환경을 건강하게 유지하나, 양분이 부족하고 그 효과가 지속되지 못하였다. 한편, 당밀농축액은 다량의 유기물과 질소가 포함되어 있어 토양과 식물의 영양 공급원으로 사용 가능하고, 자원의 효율적인 재활용 및 환경 보전 측면에서 바이오차의 펠렛 결합제(binder)로 사용 가능하였다. 이에, 양분이 부족한 대나무 바이오차에 당밀농축액을 혼합하여 펠렛을 제조하면, 벼 재배에서 벼의 지속적인 양분 공급원이 될 뿐만 아니라 메탄 발생도 저감하여 벼 재배 환경에 유리함을 확인하였다.Summarizing the above series of results, the bamboo biotea of the present invention manufactured by pyrolyzing bamboo, which is biomass under anaerobic conditions, has high nutrient retention and improves soil fertility to maintain a healthy paddy environment, but lacks nutrients and has its effect. Did not last. On the other hand, molasses concentrate contains a large amount of organic matter and nitrogen, so it can be used as a nutrient source for soil and plants, and can be used as a pellet binder for bio-tea in terms of efficient recycling of resources and environmental preservation. Accordingly, it was confirmed that when pellets were prepared by mixing molasses concentrate with bamboo bio-tea lacking nutrients, it was not only a continuous source of nutrients for rice in rice cultivation, but also reduced methane generation, which was advantageous for the rice cultivation environment.

따라서, 상기 일련의 결과를 통해, 대나무 바이오차 및 당밀농축액 혼합물을 펠렛으로 제조하여 벼 재배 기간 동안 벼의 안정적인 생산과 메탄 발생량을 감축시킬 수 있음을 확인한 바, 이를 유용한 토양개량제로 활용할 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, through the above series of results, it was confirmed that a mixture of bamboo bio-tea and molasses concentrate can be made into pellets to reduce methane production and stable production of rice during the rice cultivation period, and this can be used as a useful soil conditioner. Could know.

Claims (8)

a) 건조된 대나무를 열분해하여 얻은 바이오차(biochar)를 분쇄하는 단계;
b) 상기 바이오차에 당밀농축액을 9 내지 8: 1 내지 2의 중량비로 혼합하여 바이오차 및 당밀농축액 혼합물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 혼합물을 펠렛(pellet) 형태로 제조하는 단계;를 포함하는, 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제 제조방법으로,
상기 b) 단계의 당밀농축액은 증류수로 중량 대비 5배 내지 15배로 희석한 것임을 특징으로 하는 펠렛 형태의 토양개량제 제조방법.
a) pulverizing biochar obtained by pyrolyzing the dried bamboo;
b) preparing a mixture of bio-tea and molasses concentrate by mixing the bio-tea with molasses concentrate in a weight ratio of 9 to 8: 1 to 2; And
c) preparing the mixture in the form of pellets; comprising, a method for producing a soil conditioner in the form of pellets containing bamboo bio-tea and molasses concentrate,
The molasses concentrate in step b) is a method for preparing a soil conditioner in pellet form, characterized in that the molasses concentrate is diluted 5 to 15 times by weight with distilled water.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 열분해는 500℃ 내지 700℃에서 수행되는 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the pyrolysis in step a) is performed at 500°C to 700°C.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)에서 열분해는 1시간 내지 7시간 동안 수행되는 것인, 방법.
The method according to claim 1, wherein the pyrolysis in step a) is carried out for 1 to 7 hours.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 단계 c)의 펠렛은 직경
Figure 112020130585154-pat00011
0.05 cm 내지 0.5 cm인 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein the pellet of step c) has a diameter
Figure 112020130585154-pat00011
0.05 cm to 0.5 cm.
제1항 내지 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 대나무 바이오차 및 당밀농축액을 포함하는 펠렛 형태의 토양개량제로서, 상기 토양개량제는 작물 생산성을 증가시키고 메탄 발생량을 감소시키는 것인 토양개량제.A soil improver in the form of pellets comprising bamboo biotea and molasses concentrate prepared by the method of any one of claims 1 to 3 or 6, wherein the soil improver increases crop productivity and reduces methane generation. It is a soil conditioner. 삭제delete
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