KR102343842B1 - 토양 개량제를 이용한 토양 개량 방법. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토양 개량 방법에 관한 것으로, 토양의 시료를 채취하여 오염 여부를 측정하는 단계, 토양 복원 방안을 수립하는 단계, 오염 토양을 굴착하는 단계, 염류 저감제, 발열 촉진제, pH 조절제를 포함하는 토양 개량제를 상기 오염 토양과 혼합하는 단계, 상기 오염 토양을 안정화하는 단계, 상기 오염 토양을 재검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토양 개량제를 이용한 토양 개량 방법.{SOIL CONDITIONING METHOD USING SOIL CONDITIONER}
본 발명은 토양 개량제를 이용한 토양 개량 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 토양 연작 장애의 원인을 제거하여 토양을 개량함으로써 작물 생장을 촉진시킬 수 있는 토양 개량제를 이용한 토양 개량 방법에 관한 것이다.
비닐하우스에서 작물을 재배할 때 연작을 하기 때문에 뿌리혹선충을 비롯한 각종 토양 전염성 병해충에 의한 피해가 발생하며, 염류 성분이 축적되는 등의 어려움이 발생하여 이를 해결하기 위한 다양한 시도를 하고 있다. 예를 들어, 뿌리혹선충에 의한 연작 장애가 발생하면 산흙으로 적토(積土)하는 방법, 심층토를 표층으로 반전시키는 방법, 살선충제의 살포 등의 수단을 통해 이를 개선하고자 하고 있다. 그러나 산흙을 적토하는 방법은 자연환경을 훼손시키는 원인이 되며 인위적인 토양 조성에 따라 토양 수분 이동의 불균형을 가져오는 등의 문제가 있고, 살선충제를 살포하더라도 단기적이며 임시 방편의 해결책에 불과하므로 이를 개선할 필요가 있다.
무가온 시설재배에서 참외를 주작목으로 한 작부체계의 경우, 생육적온을 감안하여 2월 중순에 정식, 6월 중순까지 재배한 다음 벼나, 밭벼, 참깨 등을 재배하고 저온기인 10월에서 1월까지는 저온성채소인 파, 쪽파 등을 재배하고 있다.
이러한 작부체계에 대하여 1년 6개월 동안 뿌리혹선충 밀도(2기 유충)의 경시적인 변화를 조사한 결과는 표 1과 같다(표 1에서 단위는 마리/g임).
작부체계 1년차 2년차 3년차
2월 5월 11월 2월 5월 8월 11월 2월 4월
참외장기재배 0 6 1,481 800 3,147 1,433 3,840 1,260 2,913
참외+배추 0 4 559 987 3,207 2,166 3,240 467 1,587
참외+벼+쪽파 0 168 43 49 600 53 104 27 293
참외+참깨+쪽파 0 0 20 5 873 333 550 220 2,100
즉, 참외 장기 재배구와 참외+배추 재배구에 대한 1년차의 11월 조사에서 뿌리혹선충 밀도가 급격히 높아져 2년차의 정식시기인 2월에는 피해수준 이상의 밀도를 유지했다. 2년차에 참외를 재배함에 따라 참외 재포 기간인 5월에는 전체적으로 높아졌다. 윤작작물의 재배시기인 8월에는 벼, 참깨 재배구가 많이 낮아졌으며, 참외 장기재배구와 참외+배추 재배구에서는 5월에 비해서는 낮았지만 비교적 높은 밀도를 유지했다. 또한, 11월에는 전체적으로 증가하는 경향이었는데 특히 장기재배구와 참외+배추 재배구에서 높았다. 3년차 2월(정식기)의 밀도는 참외+벼+쪽파재배구가 경제적인 피해수준 이하로 낮았고, 그 다음으로 참외+참깨+쪽파, 참외+배추, 참외 장기재배 순이었다.
그러나 벼나 밭벼 재배 후에 뿌리혹선충 밀도가 현저히 떨어졌다 할지라도 기주식물인 참외를 재배함에 따라 그 밀도가 급격히 증가하였다. 따라서 일부주산지에서 선충방제대책으로 이용하는 참외+벼재배후 2년간 참외 장기재배 작부체계는 뿌리혹선충의 밀도와 토성에 따라 다소 차이가 있지만 화학적방제와 병행하지 않으면 완전한 대책이 될 수 없을 것으로 사료된다.
또한, 작부체계에 따른 참외의 생육과 수량을 조사하면, 작부체계에 따른 3년차의 참외 생체중과 잎수, 잎면적은 참외+벼+쪽파, 참외+참깨+쪽파구에서는 비슷하였지만 참외장기재배, 참외+배추재배에서는 지상부의 생장이 극히 부진한 결과를 얻고 있다. 이는 표 2의 참외의 생체중 및 잎면적을 조사한 결과(정식 후 45일)로부터 알 수 있다.
작부체계 생체중(g/주당) 잎수(개) 잎면적
(㎠/주당)
줄기 잎 계
참외장기재배 121.8 135.2 257.0 303 3318
참외+배추 146.9 159.0 305.9 39.7 4184
참외+벼+쪽파 318.5 301.2 619.6 48 7179
참외+참깨+쪽파 291.5 268.2 559.7 47.7 6940
작부체계에 따른 연차간 착과수는 연작년수가 경과할수록 정식전에 토양내 뿌리혹선충 밀도가 높았던 참외연장재배, 참외후작배추재배를 한 곳에서는 적었다. 또한, 연차간의 참외수량은 1년차에 비해 2년차에서 참외+벼+쪽파, 참외+밭벼+쪽파, 참외+참깨+쪽파 재배시에는 완만하게 감수되었지만 참외 장기재배, 참외+배추, 참외+파+시금치를 재배했던 작부체계에서는 급격한 수량감소를 초래하였고, 3년차에서는 참외+벼+쪽파, 참외+밭벼+쪽파구를 제외한 모든 구에서 현저히 떨어졌다.
또한, 윤작 시의 효과를 평가한 결과, 시설재배지에서의 윤작은 다비조건에서의 토양양분 조절, 비기주작물과의 결합에 의한 토양병과 선충의 발생억제, 시설내 미기상을 고려한 작물선택으로 시설 이용율 증진 등의 효과가 있는 것으로 나타났다.
그러나 참외 주산지에서 벼나 타작물을 윤작 작물로 도입은 소극적이다. 이는 경제성과 여름철에 참외 등을 철거하고 벼나 다른 작물을 심는데 힘이 든다는 것 때문이다.
그러나 뿌리혹선충과 염류 집적 장해가 나타나는 참외 연작지에는 참외+참깨+쪽파, 참외+벼+쪽파, 참외+밭벼+쪽파의 재배체계를 돌려 가면서 재배하는 것이 바람직하다. 아울러 연작 피해를 줄이기 위해서 윤작이라는 대안을 선택하면 장기적으로는 도움이 될 수 있다.
또한, 시설재배에서 염류가 집적되는 현상이 문제가 되고 있는데, 특히, 다비, 강우차단, 시설이라는 특수 환경에서 작토층에 염류가 집적되게 되어 있다.
다비 재배는 비료를 과다 사용하는 재배를 가리키는 것으로서, 시설재배는 집약적인 재배관리가 되기 때문에 수량을 증가시키고자 다비 재배를 하는 경우가 많다. 일반적으로 원예작물의 농가 시비량을 보면 시비 기준량보다 질소는 40%, 인산은 150%, 칼리는 60%정도 과비가 되고 있는 것으로 조사되었다. 토양 중 질산태질소는 특히 가축분퇴비를 과도하게 사용하는 농가에서 문제가 제기되고 있다. 토양 중 질산태질소 함량이 200㎎/㎏ 수준 이상에서는 작물의 종류에 따라서 질소비료를 전혀 주지 않아도 작물재배가 가능하다.
또한, 가축분뇨의 과다 시용이 문제가 된다. 농가들의 가축분뇨 시용은 비료로서가 아니라 유기물로서 시용한다는 개념이 강하기 때문에 시용량도 많고 이들의 비료 성분량을 계산한다면 화학비료 시비량을 초과하는 경우가 발생하게 된다. 특히, 가축분 퇴비를 종래의 볏짚퇴비로 인식하고 다량 투여하는 것은 극히 위험한 농법이다. 채소재배지에서 가축분퇴비를 다량 시용한 경우 유기물, 유효인산 및 치환성 칼리 함량이 매우 증가하는 경향을 나타내었다.
또한, 강우 차단도 문제가 된다. 우리나라의 평균강우량은 1,000 내지 1,300㎜ 정도인데, 강우량은 6~7월에 집중적으로 내리기 때문에 20 내지 30%는 토양 밖으로 유출되고 20 내지 30%는 토양에 흡수되며 나머지는 토양 속으로 흘러 들어간다고 할 수 있다. 이때 토양에 함유된 여러 가지 양분이 용탈되게 되는데 시설재배에서는 이러한 작용이 불가능하여 양분이 축적되는 것이다.
이와 같은 염류 집적으로 인한 피해는 다음과 같다.
먼저 칼리가 많이 쌓이게 되면 고토의 흡수가 저해를 받는 것과 같이 특정한 양분이 너무 많이 쌓이게 되면 다른 양분의 흡수가 적어져서 결핍증상을 가져오거나 생육이 나빠지게 되는데 채소류는 다른 작물에 비해 칼슘, 붕소, 마그네슘 요구도가 높은 특성을 가지며 열매채소는 칼슘과 마그네슘, 잎채소는 칼슘과 붕소가 부족하기 쉽게 되므로 양분의 결핍으로 인한 피해가 발생할 수 있다.
또한, 질소질 비료시용시 비료분해 미생물 활동 저조로 암모니아(NH3), 아질산(NO2)가스가 발생하여 가스피해를 받을 수 있으므로 비료분해가 촉진되도록 적정 토양수분 및 온도유지를 하고 충분한 기간을 두고 시용하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 염류가 쌓인 토양에서 수분이 부족하면 바로 토양 수분속에 각종 염류의 농도가 진하게 되어 수분의 흡수가 저해되고 가뭄을 타게 된다. 즉, 물이 있어도 흡수하지 못해 가뭄을 타는 생리적 한해를 받을 수 있다. 따라서 물을 자주 주어 토양수분의 염류농도를 낮추어 주어야 작물이 물을 잘 흡수할 수 있게 된다. 그러나 물을 자주 주면 과습하게 되어 습해를 받기 쉬워진다.
또한, 특정양분의 결핍이나 가스피해 생리적 한해를 받게 되면 자연히 생산성은 낮아지고 품질도 떨어진다. 물론 작물에 따라서 염류축적도(EC)에 따른 감수정도는 다르게 나타난다.
따라서 토양 개량제를 이용하여 토양 개량을 함으로써 이러한 문제없이 연작 장애를 해소할 수 있는 다양한 기술이 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1436611호에서는 다공성 소결 광물, 펄라이트, 분상코코피트, 황산석고, 액상 아미노산 및 옥살산을 유효성분으로 하는 토양 개량제를 통해 염류집적 토양의 토양 개량에 이용하고 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 10-1064368호에서는 토양담수 세척 시 산화마그네슘(MgO) 및 염화철(FeCl3)을 첨가하여 담수 상황에서 연작 장애를 제거하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1787547호에서는 석회질, 규산질 원료에 미생물을 접목시킨 입상형 토양개량제가 개시되어 있다.
다만, 이러한 선행기술에 개시된 토양 개량제로는 연작장애의 요인인 염류저감, 토양 전염성 병해충 방제, 농축부산물의 급속고형화, 안전화 등의 요인을 동시에 해결하기에는 무리가 있어 이를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 토양 연작 장애 요인을 제거하여 토양 개량 및 작물 생장을 촉진할 수 있는 토양 개량제를 이용한 토양 개량 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 뿌리혹선충 등의 해충을 방제하여 작물 생장을 촉진할 수 있는 토양 개량 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 토량 개량 방법은 토양의 시료를 채취하여 오염 여부를 측정하는 단계, 토양 복원 방안을 수립하는 단계, 오염 토양을 굴착하는 단계, 염류 저감제, 발열 촉진제, pH 조절제를 포함하는 토양 개량제를 상기 오염 토양과 혼합하는 단계, 상기 오염 토양을 안정화하는 단계, 상기 오염 토양을 재검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 토양 개량제는 상기 오염 토양 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 범위에서 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 토양 개량제는 염류저감제 35 내지 45 중량부, 발열촉진제 30 내지 46 중량부, pH 조절제 3 내지 7 중량부를 포함하는 것으로서, 상기 염류 저감제는 철염, 생석회, 시멘트, 벤토나이트 또는 제올라이트에서 선택되는 활성제로 이루어지며, 상기 발열 촉진제는 알루미늄 드로스, 황산 및 산화칼슘으로 이루어지며, 상기 pH 조절제는 생석회, 소석회, 슬래그 분말, 경소 돌로마이트, 하소 돌로마이트, 시멘트 또는 황산염에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 오염 여부를 측정하는 단계에서는 토양의 pH 및 전기전도도를 측정함으로써 오염 여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 토양 개량 방법을 적용하면 토양 연작 장애 요인을 제거할 수 있어 토양 개량 및 작물 생장을 촉진할 수 있는 효과를 달성하게 된다.
또한, 뿌리혹선충 등의 해충을 방제하여 작물 생장을 촉진할 수 있는 토양 개량 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 토양 개량 방법을 나타낸 공정도이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 토양 개량 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 토양의 시료를 채취하여 오염 여부를 측정하는 단계, 토양 복원 방안을 수립하는 단계, 오염 토양을 굴착하는 단계, 염류 저감제, 발열 촉진제, pH 조절제를 포함하는 토양 개량제를 상기 오염 토양과 혼합하는 단계, 상기 오염 토양을 안정화하는 단계, 상기 오염 토양을 재검사하는 단계를 포함하여 수행된다.
본 발명에서 대상이 되는 토양은 특히 참외, 토마토, 딸기, 쌈채소류 및 화훼류 등의 비닐하우스 시설재배농법에 적용되는 토양을 대상으로 하고 있다. 또한, 상기 토양의 시료를 채취하여 오염 여부를 측정할 때에는 토양의 pH 및 전기전도도를 측정함으로써 오염여부를 판단하는데, 상기 pH 및 전기전도도는 토양 개량제로 오염 토양을 처리하기 전후에 측정함으로써 오염 해소 여부를 판단하는 자료로 사용된다. 또한, 토양 개량제로 오염 토양을 처리한 후의 토양의 pH 및 전기전도도를 측정하여 충분한 토양 개량이 이루어지지 않는 경우 오염 토양 처리 과정을 반복 수행하는 자료로도 활용된다.
상기 토양의 시료를 채취하는 단계에서는 시설재배의 특성을 고려하여 개별 농가에서 사용 중인 농기계를 그대로 이용하여 시료를 채취할 수 있다. 또한, 시설재배 농가의 비닐하우스 높이가 낮은 경우도 있기 때문에 30 내지 50㎝의 깊이로 토양을 채취한 후 이를 분석하고 안정화 처리한 후 다시 비닐하우스 내부에 재투입하여 평탄화함으로써 토양 개량 과정을 수행할 수 있다.
토양 복원 방안을 수립하는 단계에서는 토양 개량제의 투입량, 안정화 기간 등을 예측하여 토양 복원 계획을 수립하는데, 토양 복원 계획을 잘못 수립하는 경우 토양 개량이 불충분하여 토양 개량제로 처리하여 안정화하는 공정을 다시 반복해야 하기 때문에 충분한 투입량과 기간을 산정할 필요가 있다.
오염 토양을 굴착하는 단계에서는 전술한 바와 같이 30 내지 50㎝의 깊이로 토양을 채취하는데, 상기 깊이의 토양을 개량하는 것만으로 작물의 생장 효율 향상에 충분하다. 토양을 너무 깊이 파는 경우 비용 증가와 효율 감소의 문제점이 있으며, 너무 얕게 파면 작물 생장 효율이 불충분하기 때문에 상기 깊이로 토양을 채취하는 것이 바람직하다. 상기 오염 토양의 채취는 시설재배 지역 전체에 걸쳐 수행하는 것으로서, 상기 시료를 채취하는 단계에서 일부 영역에 대해 채취하는 것과는 달리 대규모로 토양을 굴착하여 채취가 이루어지게 된다.
상기 채취된 오염 토양을 개량하기 위하여 토양개량제와 오염 토양을 혼합하게 되는데, 상기 혼합 단계에서는 상기 오염 토양 100 중량부에 대하여 20 내지 40 중량부의 범위에서 토양 개량제를 혼합하게 된다. 상기 토양 개량제의 혼합량은 실험적으로 확인된 것으로서, 후술하는 실시예를 통해서도 알 수 있듯이, 적절한 양의 토양 개량제의 혼합을 통해 토양 개량의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 토양 개량제는 염류 저감제, 발열 촉진제, pH 조절제, 활성화제를 포함하는 것인데, 발열 촉진제의 혼합을 통해 급속 발열이 일어나며 pH 조절제에 의해 pH가 조절되어 악취 저감과 급속 부패를 막고 유기물의 분해를 하기 때문에 부숙을 촉진하게 되고 빠른 시간에 유기질 지료를 형성할 수 있게 된다.
상기 토양 개량제는 염류저감제 35 내지 45 중량부, 발열촉진제 30 내지 46 중량부, pH 조절제 3 내지 7 중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 각각의 성분의 함량은 실험적으로 최적화된 것으로서, 상기 범위 내에서 사용될 때 토양 개량의 충분한 효과를 나타낼 수 있는 것으로 파악되었다.
또한, 상기 염류 저감제는 철염, 생석회, 시멘트, 벤토나이트 또는 제올라이트에서 선택되는 활성제로 이루어지며, 상기 발열 촉진제는 알루미늄 드로스, 황산 및 산화칼슘으로 이루어지며, 상기 pH 조절제 및 활성화제는 생석회, 소석회, 슬래그 분말, 경소 돌로마이트, 하소 돌로마이트, 시멘트 또는 황산염에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 염류 저감제는 토양의 염도를 조절하는 작용을 하는데, 이는 하기 반응식 1에서와 같이 염류 저감제에 함유된 생석회, 철염 및 시멘트의 반응에 의해 염화나트륨이 탄산나트륨으로 전환되면서 염도를 낮추게 된다.
[반응식 1]
CaO + H2O → Ca(OH)2 + CaO
Ca(OH)2 + 2NaCl → CaCl2 + 2NaOH
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
또한, 수산화칼슘 및 탄산수소칼슘으로부터 형성되는 이온에 의해 하기 반응식 2에서와 같이 염화칼슘 및 탄산수소나트륨으로 전환되고 이때 염화나트륨이 염화칼슘과 탄산수소나트륨으로 고정화되면서 염도를 낮추게 된다.
[반응식 2]
Ca2 + + HCO3 +OH- + NaCl → CaCl2 + NaHCO3 + H2O
또한, 반응식 3에서와 같이 상기 염류 저감제를 구성하는 철염과 산-염기 반응이 일어나면서 고화물이 흙색으로 변하게 된다.
[반응식 3]
Fe2+ → Fe2+ + e-
Fe2+ + xH2O → Fe(OH)3
또한, 생성된 상기 고화물은 내부 및 외부 반응을 통해 하기 반응식 4에서와 같이 에트링자이트를 생성하여 악취 저감 및 고화물 내의 중금속 용출이 억제되는 반응을 일으킨다.
[반응식 4]
2FeSO4·7H2O + 2CaO → Fe2SO3 + 2CaSO4·2H2O + 5H2O + O2
4CaO·Al2O3·Fe2O3 + CaSO4·2H2O + Ca(OH)2 → 3(CaO·Al2O3*?*Fe2O3) + 3CaSO4 + 32H2O + Ca(OH)2
또한, 상기 발열 촉진제는 산 성분인 황산과 알칼리 성분인 산화칼슘이 혼합되면서 중성의 발열체를 구성하게 되는데, 물 100 중량부에 대하여 100 중량부의 발열 촉진제를 혼합하면 120℃ 정도의 반응열이 생성되기 때문에 pH를 중성으로 유지하면서도 오염 토양의 급속 반응을 일으키게 된다. 또한, 반응 완료 후에는 토양이 적색으로 변화되기 때문에 발열 촉진제에 의한 반응 여부를 확인하기가 용이하다. 상기 발열 촉진제는 황산과 산화칼슘을 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부의 알루미늄 드로스를 혼합함으로써 제조할 수 있다.
또한, 상기 pH 조절제는 생석회, 소석회, 슬래그 분말, 경소 돌로마이트, 하소 돌로마이트, 시멘트 또는 황산염에서 선택되는 어느 한 성분으로서, 같은 성분들에서 선택되나 이들을 서로 조합함으로써 오염 토양의 처리 과정에서 pH를 조절하는 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 pH 조절제는 활성화제로서도 작용할 수 있어 토양 개량제의 반응을 촉진시키는 기능을 나타낼 수도 있다.
상기 토양 개량제를 상기 오염 토양과 혼합하면 전술한 바와 같은 다양한 반응이 일어나며 철염과 산-염기 반응으로 인해 토양는 시간 경과하면서 흙색으로 변하는 현상을 관찰할 수 있다. 또한, 상기 토양 개량제에 의해 70 내지 95%의 염류 저감 효과를 나타내게 된다.
또한, 오염 토양의 pH가 상승하면서 토양 내부의 암모니아의 반응이 일어나며 이를 통해 C/N 비가 변하게 된다. 이는 토양의 내부 염류에 영향을 미치게 되며, 오염 토양의 연작 장애 요인 중 하나인 C/N 비와 pH 등을 조절할 수 있게 된다.
또한, 상기 토양 개량제에 함유된 발열 촉진제를 통해 상기 오염 토양과 발열반응 및 탄산화 반응을 일으키게 되며, 다음으로 슬래킹 반응과 산화 반응을 일으키며, 저염화 및 산화 반응으로 인해 토양의 색상이 변화하게 된다.
상기 오염 토양과 토양 개량제를 혼합한 후 상기 오염 토양을 안정화시키는데, 이를 위하여 상기 오염 토양과 토양 개량제의 혼합물을 굴착한 장소에 다시 타설한 후 일정 시간 경과하면서 안정화시킬 수도 있고, 별도의 장소에 야적하여 안정화시킨 후 이를 상기 굴착한 장소에 다시 타설할 수도 있다. 상기 안정화 단계는 24 내지 48시간 동안 상기 오염 토양과 토양 개량제가 반응하도록 정치해 두는 것으로서 안정화 단계의 시간이 지나치게 짧으면 토양 개량이 불충분하게 되며, 너무 길면 공정 효율이 저하되기 때문에 상기 시간 범위에서 안정화 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 안정화가 종료된 시점에 상기 오염 토양을 재검사해야 하는데, 상기 재검사 역시 토양의 pH 및 전기전도도를 측정함으로써 수행된다. 상기 재검사에서 초기 토양 상태에 비해 pH 및 전기전도도의 변화가 불충분하면 안정화 공정을 다시 수행하는 과정을 반복하게 된다.
또한, 염류 집적을 진단하는 방법으로는 작물 관찰, 토양 관찰 및 토양 검정에 의한 진단 방법이 알려져 있다.
염류집적에 의한 농도장해를 일으킨 작물은 정상적으로 생육하는 것에 비하여 여러 가지 장해가 발생되며 경우에 따라서는 장해증상이 발생되지 않아도 20%정도의 수량이 감수된다. 염류장해를 받은 작물은 일반적으로 잎에 생기가 없고 심하면 낮에는 시들고 저녁에는 다소 소생한다. 이것은 농도장해로 작물의 뿌리가 수분을 잘 흡수하지 못하고 낮 동안 증산작용으로 인하여 수분이 부족하기 때문이다. 잎의 색이 진하며 잎의 표면이 정상적인 잎보다 더 윤택이 난다. 토마토의 경우 과실의 표피가 윤택이 나고 착색이 나쁘며 적색과 녹색의 구분이 뚜렷하다. 장해는 뿌리에서 먼저 오기 때문에 건전한 뿌리는 희지만 장해를 받고 있는 뿌리는 뿌리털이 거의 없고 길이가 짧으며 갈색으로 변한다.
이와 같은 증상은 토양전체에서 나타나는 것이 아니라 불규칙으로 나타나는데 그 원인은 비료를 시용 할 때 전체적으로 균일하게 할 수 없기 때문에 토양의 염류 농도에 차이가 나기 때문이다.
따라서 작물의 생장을 관찰함으로써 염류 집적 정도를 진단할 수 있게 된다.
또한, 토양의 표층에 염류가 집적되면 관수하여도 물이 토양에 잘 침투하지 못하고 물이 토양의 표면에서 물방울이 되거나 옆으로 흐르는 경우가 많다. 그밖에 염류가 집적된 토양은 작물을 재배하지 않고 방치하여 두면 표토에 흰 가루가 나타나거나 푸른곰팡이 또는 붉은 곰팡이가 생긴다. 붉은 곰팡이가 발생되는 경우는 염류농도가 상당히 높은 경우이다. 이를 이용하여 토양을 관찰하면 염류 집적 정도를 평가할 수 있다.
또한, 농업기술센터 토양검정실에서는 특히 시설재배 농가의 토양을 검정하여 치환성 양이온이나 토양인산, 염류농도 등을 측정하여 주고 있다. 따라서 토양 검정에 의한 진단 방법은 염류 집적 정도를 평가하는 효과적인 방법이다. 이러한 토양 검정 수단으로는 pH, 전기전도도 측정을 들 수 있다.
전기전도도에 따른 식물의 생육상은 표 3에서와 같이 평가된다.
EC(ds/m) 식물의 생육상
0~2 모든 작물이 생육 가능
2~4 염분에 매우 민감한 작물은 생육불량
4~8 내염성 작물만이 생육가능
8~15 대부분의 작물은 생육 불량
15~ 작물 생육 불능
또한, 비닐하우스 연작지의 토양 화학성에 따른 생육 적정 수준을 평가한 예는 표 4와 같으며, 이러한 검정 결과를 바탕으로 참외 재배를 위한 적정 수준을 예측할 수 있다.
구분 일반논 하우스 연작단지 참외 적정 수준
pH 5.7 5.9 6.0~6.5
인산농도(ppm) 107 1.136 350~450
칼리농도(me/100g) 0.27 0.86 0.7~0.8
질소농도(ppm) 16 193
염류축적도(EC) 0.03 3.4 <0.13
이상과 같은 토양 개량을 평가할 수 있는 지표를 바탕으로 본 발명의 토양 개량 방법에 따른 효과를 평가하기 위하여 성주의 참외 재배 농가인 A 농장과 B 농장에서 토양을 채취한 후 토양 개량 방법을 적용하였다.
초기 토양의 pH와 전기전도도를 측정한 후 토양 개량제를 투입하고 안정화하였으며, 안정화 후의 pH와 전기전도도를 다시 측정하여 비교하였다. 토양-수분율은 48,3%였으며, 측정 토양 시료는 4곳에서 무작위로 채취하였다. 토양 개량제는 토양 100 중량부 대비 30 중량부를 투입하여 핸드믹싱으로 3분 간 혼합하였으며, 실내의 상온에서 3일 경과 후 3회 측정하여 평균값을 구하였다. 그 결과는 표 5와 같다. 표 5에서 대조군은 토양 개랑제를 투입하지 않은 토양이다.
토양 개량 전 토양 개량 후
pH EC(ds/m) pH EC(ds/m)
A농가 6,5 2.8 6,1 1,3
B농가 6,7 2.9 5,9 1,4
대조군 6,4 1,9 6,4 1,9
표 5의 결과를 살펴보면, 대조군인 일반 토양의 pH는 6.4이며, 전기전도도는 1.9로서 일반 토양의 전기전도도인 2.0과 유사한 양호한 토양이었는데, 시험 대상인A, B 농가의 토양은 pH는 안정적이나 전기전도도가 높은 상태인 것으로 파악되었다. A, B 농가의 토양은 참외를 키우는 농가로서 매년 훈증 처리를 시행한 농가로거 염류피해가 예견되는 상태의 토양이었다. 상기의 토양에 토양 개량제를 투입하고 혼합하여 3일간 안정화한 후에는 A 농가의 전기전도도가 2.8에서 1.3으로 급격히 낮아졌으며, B 농가 역시 전기전도도가 2.9 에서 1.4로 낮아진 것을 확인할 수 있었다. 전기전도도가 낮아진 결과로부터 토양에 함유된 염의 함량이 저감되는 것을 알 수 있으며, 이는 연작으로 인한 대표적인 토양 오염 요인이 본 발명의 토양 개량 방법을 적용함으로써 개선되었음을 시사하는 것이다.
또한, A, B 농가의 토양을 대상으로 뿌리혹선충의 생존유무를 평가하였다. 상기 오염 토양에 토양 개량제를 투입하고 혼합한 후 온도 상승 및 유지 상태를 측정하여 뿌리혹선충의 생존유무를 평가하였다. 또한, 토양 개량제의 배합비는 오염 토양 100 중량부에 대하여 20, 30, 40 중량부로 달리하였다. 그 결과는 표 6과 같다.
토양 토양 개량 전 토양 개량 후(온도/유지시간)
pH EC(ds/m) 함수율(%) 100/20 100/30 100/40
A농가 6,5 2.8 48,3 초기 54℃ 75℃ 81℃
8h 60℃ 78℃ 86℃
24h 48℃ 64℃ 65℃
B농가 6,7 2.9 51,2 초기 53℃ 76℃ 83℃
8h 61℃ 80℃ 85℃
24h 49℃ 68℃ 67℃
대조군 6,4 1,9 49,7 초기 55℃ 76℃ 80℃
8h 60℃ 79℃ 84℃
24h 48℃ 61℃ 64℃
뿌리혹선충과 뿌리썩이선충의 사멸을 위한 용탕침지 처리연구(한국응용곤충학회, 2017, 박영진)에서는 45 내지 50℃에서 30분 내지 60분 경과 후 뿌리혹선충과 유해 미생물이 100% 사멸했다고 보고되고 있으므로 적어도 60℃에서 1시간을 유지하면 뿌리혹선충의 사멸이 가능할 것으로 판단된다. 표 2의 결과를 살펴보면, A 농가의 결과로부터 오염 토양 100 중량부에 대해 토양 개량제 20 중량부를 투입한 경우 초기온도 62℃에서 8시간 경과 후 64℃, 24시간 경과 후 53℃인 것으로 나타나 충분한 온도유지가 되는 것으로 파악되었다. 그러나 안정적 결과를 도출하기 위해서는 토양 개량제를 30 중량부 이상 사용하는 것이 효과적인 것으로 나타났다. 예를 들어, 30 중량부의 토양 개량제를 투입했을 때에는 초기 온도 75℃에서 8시간 경과 후 78℃, 24시간 경과 후 64℃로 높은 온도를 유지했으며, 40 중량부를 투입했을 때 초기 온도 81℃에서 8시간 경과 후 86℃, 24시간 경과 후 65℃로 높은 온도를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 토양 개량제로 처리했을 때의 함수율 변화를 측정한 결과는 표 7과 같다. 표 3에서도 토양 개량제의 혼합양을 20, 30, 40 중량부로 달리하여 시험하였다. 또한, 표 3에서 초기는 토양 개량제 혼합 1시간 후의 시점이다.
토양 토양 개량 전 함수율(%) 토양 개량 후 함수율(%)
PH EC(ds/m) 함수율 100/20 100/30 100/40
A농가 6,5 2.8 48,3 초기 43,5 42,6 40,4
8h 38,1 35,0 32,2
24h 30,6 27,9 25,1
B농가 6,7 2.9 51,2 초기 43,1 41,8 39,4
8h 39,4 36,3 30,0
24h 31,7 29,5 23,5
대조균 6,4 1,9 49,7 초기 45,2 43,1 40,6
8h 37,8 35,9 29,8
24h 32,3 28,6 21,5
표 7의 결과를 살펴보면, A, B 농가의 토양 모두에서 선충이 사멸 가능한 60℃ 30분 이상의 온도와 유지시간을 나타내었으며, 함수율 역시 적절한 범위에서 유지되는 것으로 나타나 토양 개량의 충분한 효과를 확인할 수 있었다. 또한, 토양 개량제를 30 중량부 포함하는 경우 가장 효과적인 토양 개량이 가능했으며, 40 중량부를 함유하는 경우 급속 처리는 가능하나 비경제적이므로 필요에 따라 선택할 수 있는 정도로 파악되었다.
본 발명의 토양 개량 방법을 적용할 때 기타 성분들을 부가함으로써 퇴비화 작업도 가능하다. 이를 위하여 과일 부산물을 이용하여 퇴비화 시험을 실시하였다.
함수율이 82.5%, pH 4.8인 과일 가공 부산물을 오염 토양 100 중량부에 대해 토양 개량제 40 중량부를 혼합한 혼합물과 혼합하고 양생할 때의 효과를 확인한 결과는 표 8과 같다. 초기 혼합 시 발열온도는 92℃였다.
원물 함수율(%) 함수율 변화(%)
초기 1일 3일
과일가공부산물 82,5% 73,1% 48,6% 39,1%
표 8의 결과를 살펴보면, 본 발명의 토양 개량 방법을 적용할 때 오염 토양과 토양 개량제의 혼합물에 과일 가공 부산물이나 농축산 부산물을 혼합하면 급속 부숙될 수 있고, 이를 통해 퇴비화 가능하기 때문에 영양성분이 풍부한 토양을 제조할 수 있는 것으로 파악되었다. 또한, 3일 경과 후 함수율이 크게 감소하는 결과로부터 토양 개량제의 혼합으로 인한 고온 조건에서 급속 수분 저감 및 유해미생물 제거가 가능한 것으로 파악되었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 토양의 시료를 채취하여 오염 여부를 측정하는 단계;
    토양 복원 방안을 수립하는 단계;
    오염 토양을 30 내지 50㎝ 깊이로 굴착하는 단계;
    염류저감제 35 내지 45 중량부, 발열촉진제 30 내지 46 중량부, pH 조절제 3 내지 7 중량부를 포함하는 토양 개량제를 상기 오염 토양과 혼합하는 단계;
    상기 오염 토양과 토양 개량제의 혼합물을 굴착한 장소에 다시 타설한 후 상기 오염 토양과 토양 개량제가 24 내지 48시간 동안 반응하도록 정치하여 상기 오염 토양을 안정화하는 단계;
    상기 오염 토양을 재검사하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 염류 저감제는 철염, 생석회 및 시멘트를 포함하며,
    상기 발열 촉진제는 황산과 산화칼슘을 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부의 알루미늄 드로스를 혼합함으로써 제조된 것이며,
    상기 pH 조절제는 생석회, 소석회, 슬래그 분말, 경소 돌로마이트, 하소 돌로마이트, 시멘트 또는 황산염에서 선택되는 어느 하나이며,
    상기 오염 여부를 측정하는 단계 및 상기 오염 토양을 재검사하는 단계는 토양의 pH 및 전기전도도를 측정하는 것이며,
    상기 토양 개량제는 상기 오염 토양 100 중량부에 대하여 30 중량부 혼합되는 것을 특징으로 하는 토량 개량 방법.
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