KR102382105B1 - 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법 - Google Patents

벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비료 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법을 제공한다. 상기 비료는 수분 함량 15%의 100kg 유기 재료를 기준으로, 철로 계산한 철염 0.05 내지 5kg을 첨가하고, 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염의 질량비를 1:0.2 내지 8:0.08 내지 2:0.001 내지 0.5로 망간염, 아연염 및 구리염을 첨가한다. 본 발명의 유기 비료는 논 토양에서 중금속 카드뮴의 화학 과정, 벼 뿌리 흡수 과정, 식물 카드뮴 수송 과정을 기반으로 연구 및 개발된 것으로, 적용이 편리하고 사용량이 적으며 가격이 저렴하고 사용 원가가 낮으며 중국의 고도, 중도, 경도 카드뮴 오염이 있는 농지에 보편적으로 적용할 수 있어 광범위한 적응성을 가지고 있다.

Description

벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법
본 발명은 비료 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법에 관한 것이다.
카드뮴, 납 및 수은과 같은 중금속은 식물의 필수 요소가 아니며 식물 성장에 독성 작용을 일으키는 것으로, 작물 성장과 식품 안전 측면에서 중요한 중금속 오염물이다. 이러한 독성 중금속은 식품에 과도하게 축적되면 먹이 사슬에 들어가 인체 건강을 심각하게 위협한다. 2002년과 2003년 농업부 벼 및 제품 품질감독검사센터에서 실시한 중국 각지의 쌀 품질 안전조사 결과에 따르면, 쌀의 품질과 안전성 문제 중 하나는 카드뮴, 납 등 중금속이 기준치 10%를 넘었다는 것이다. 산업 "3가지 폐기물", 유색금속 광업 및 하수 관개는 토양에 높은 수준의 독성 중금속을 쉽게 유발할 수 있으며, 이는 식물에 의해 과량이 흡수되기 쉬워 식물 또는 작물에 중금속 축적의 주요 원인이 된다. 이러한 이유로 각국에서는 토양 및 식품(또는 양식)의 허용 가능한 중금속 함량을 엄격하게 제한하고 있다. 예를 들어, 중국의 곡물 중 카드뮴 제한 함량은 0.2mg/kg이고, 납은 0.2mg/kg, 수은은 0.02mg/kg이다.
쌀, 밀 등을 포함한 식물성 식품은 주로 뿌리에 의해 토양으로부터 흡수되는 카드뮴, 납, 수은 등이 함유되거나 축적되며, 증산 작용을 통해 지상부에 도달하여 최종적으로 수확 부위에 축적된다. 연구에 따르면 토양 카드뮴, 납 및 수은의 함량, 특히 유효 상태 함량(즉, 뿌리에 의해 흡수 가한 함량)은 뿌리에 의한 토양 카드뮴, 납 및 수은의 흡수에 영향을 미치는 핵심 요소라는 사실이 밝혀졌다. 따라서 각종 농경학적 조치를 통한 토양 유효 상태 카드뮴, 납 및 수은의 감소 및 제어는 줄곧 국내외에서 뜨거운 연구 과제였다. 예를 들어, 산성 및 메타 산성 토양에서 석회를 사용하여 토양의 pH를 높이면 토양 카드뮴, 납 및 수은의 유효성을 크게 감소시킬 수 있으며, 궁극적으로 뿌리에 의한 이러한 중금속의 흡수를 줄일 수 있다. 그러나 석회 사용은 마찬가지로 많은 부작용을 가지고 있다. 예를 들어 석회를 사용하면, 토양 pH의 상승으로 인해 이러한 중금속이 효과적으로 감소하는 동시에 다양한 미량 원소, 예를 들어 철, 망간, 아연 등과 같은 필수 원소의 함량이 크게 감소하여 작물 영양소 결핍과 성장 불량 상태를 쉽게 유발할 수 있다. 또 다른 측면에서는 지역과 토양 유형에 따른 pH값과 pH 완충 능력의 비교적 큰 차이로 인해 석회 사용량을 정확하게 제어하기가 어렵다. 벼의 경우, 담수를 통해 토양 환원성 증가를 촉진시키고 토양의 2가 철 등을 증가시키며 황화물 형태의 카드뮴, 납 및 수은 등의 침전을 촉진한다. 이는 일측면에서 이러한 중금속의 토양 유효성을 감소시키며, 다른 일측면에서 이러한 원소에 대한 뿌리의 흡수 능력을 저하시켜 토양 내 독성 중금속에 대한 토양의 흡수와 축적을 현저하게 줄일 수 있다. 그러나 벼의 경우 장기적인 담수는 벼의 성장에 도움이 되지 않으며 작물 비소 흡수를 증가시키기 쉽다. 토양에 경화제나 흡착제를 첨가하여 카드뮴, 납, 수은과 같이 토양에 있는 중금속을 결합 및 고정하거나 흡착하는 방식은 지금까지 국내외 연구의 주요 방향이었다. 현재까지 보고된 경화제 또는 흡착제에는 주로 제올라이트, 규조토, 세피올라이트, 벤토나이트 및 석회석, 심지어 알칼리성 석탄회 등이 있으나, 현재까지 대규모 생산 및 사용된 토양 중금속 경화제 또는 흡착제는 없었다. 주된 이유는 효과가 이상적이지 않거나 환경 친화적이지 않거나 비용이 너무 높고 보급 및 적용의 가치가 없기 때문이다. 특허 200710070666.4는 토양 카드뮴을 사용하여 벼 뿌리의 철 흡수 대사 경로를 통해 식물체 내로 진입할 수 있는 경로를 개시하였으며, 토양에 킬레이트 상태 제1철 비료를 사용하여 벼 카드뮴 축적을 제어하는 농예 기술 방법을 발명하였다. 특허 200910097196.X는 토양 카드뮴을 사용하여 벼 뿌리의 망간 흡수 대사 경로를 통해 식물체 내로 진입할 수 있는 경로를 개시하였으며, 토양과 엽면(leaf surface)에 킬레이트 상태 (제1)망간 비료를 사용하여 벼 카드뮴 축적을 제어하는 농예 기술 방법을 발명하였다. 이 두 가지 방법에 사용되는 킬레이트 상태 제1철 비료 또는 킬레이트 상태 망간 비료는 시장 가격이 높고 용량이 상대적으로 많아 전체 비용이 여전히 높다. 또한 실제 사용 시 두 가지 방법은 다른 유형의 토양에서, 예를 들어 산성 토양과 중성(약산성) 토양, 점토 토양과 모래 토양 상에서 벼 카드뮴을 제어하는 효과에 상당한 차이가 있었다. 그 주된 이유는 산성 토양에서 철, 망간, 구리, 아연 등 미량 원소가 대폭 유실되어 벼가 성장하기에 적합하지 않았으며, 단일 킬레이트 상태 철 비료 또는 망간 비료를 추가하면 여전히 벼 카드뮴 축적을 효과적으로 제어할 수 없었고, 관개수가 유실되기 쉬워 효과가 사라졌으며 심지어 벼 카드뮴 흡수가 증가하는 현상도 나타났다. 그러나 모래 토양은 삼출 현상이 심각하고, 킬레이트 상태 철 비료나 망간 비료를 사용하면 활성이 상당히 높아 경작지 사이 삼출로 물이 유실되면서 그 효과도 사라지기 쉽다. 최근 몇 년 동안, 많은 이전 연구에서 토양 카드뮴은 철 대사 시스템, 망간 대사 시스템을 통해 뿌리에 흡수될 수 있을 뿐만 아니라, 구리, 아연 대사 시스템을 통해서도 흡수될 수 있음이 발견되었다. 예를 들어 복제된 철, 망간, 구리 및 아연 수송 단백질에는 OsNRAMP1, OsNRAMP5, OsHMA2, OsHMA3, OsIRT1, OsIRT2, OsMTP9 등이 있으며, 이러한 단백질은 모두 카드뮴을 수송할 수 있다. 더욱이 과학의 발전과 함께 농작물(벼) 뿌리에 의한 철, 망간, 구리 및 아연의 흡수 및 축적이 상호 조절과 상호 억제의 동적 상태 균형을 이루고 있음이 밝혀졌으며, 이는 분자 생물학 수준에서 킬레이트 상태 철 비료 또는 망간 비료의 단일 사용이 미량 원소 간의 동적 상태 균형을 깨고 카드뮴이 다른 미량 원소 경로를 통해 뿌리에 흡수되도록 촉진할 수 있다는 것을 설명하였다. 이는 벼 카드뮴의 흡수 및 축적을 제어하는 것은 복잡한 미량 원소 균형의 과정이며, 토양 미량 원소의 유효성을 어떻게 유지하느냐의 문제이기도 하다. 전체적으로 높은 유효 상태의 철, 망간, 구리, 아연의 동적 상태 균형을 유지해야 한다. 상기 내용을 요약하면, 현재 국내외에는 광범위하게 적용 가능한 벼 카드뮴 축적 제어 방법과 기술이 부족하다.
종래 기술의 문제점을 감안하여 본 발명의 설계 목적은 적용이 편리하고 가격이 저렴하며 중금속 카드뮴 오염을 효과적으로 감소시킬 수 있는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 및 이의 제조, 사용 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 원리는 다음과 같다. 즉, 식물 뿌리에 의한 카드뮴의 흡수 및 식물 식용 부위의 카드뮴 축적이 일반적으로 토양에 있는 카드뮴의 유효 상태 함량과 카드뮴에 대한 뿌리의 흡수 능력 및 식물에서 식용 부위로 이동하는 카드뮴의 능력과 관련이 있다. 토양의 유효 상태 카드뮴 함량은 주로 pH 조절 및 부동태화제 적용을 통해 제어되나, 부작용 없이 국내외에서 널리 사용되는 관련 기술은 없다. 우리는 벼 뿌리에 의한 토양 카드뮴 흡수와 식물의 식용 부위로의 카드뮴 이동에 대한 생리학적 분자 메커니즘에서 시작하여, 벼 생산 과정의 농경학적 조치, 미량 원소의 토양 화학적 행위를 결합하고, 뿌리의 카드뮴과 기타 요소 간의 흡수 경쟁성 억제, 뿌리 카드뮴의 흡수 능력 억제를 통해 벼 뿌리 카드뮴의 흡수와 식물체(쌀 포함) 카드뮴의 축적을 저하시킨다.
구체적인 원리는 이하와 같다.
1. 벼 식물체가 카드뮴을 흡수 및 수송하는 생리적, 분자적 메커니즘, 즉 벼 카드뮴 축적 및 수송 관련 유전자 네트워크의 조절 원리: 카드뮴은 2가 상태 전이 요소이다. 많은 연구에서 토양 중의 카드뮴이 Cd2+의 형태이며, 이는 주로 벼(기타 작물 유사) 뿌리 세포막 상에 있는 철, 망간, 아연 등 미량 원소 대사 시스템 중의 2가 금속 이온 수송 단백질을 통해 뿌리에 흡수된다는 것이 밝혀졌다. 현재 발견된 Cd2+ 수송 능력을 가진 2가 금속 이온 수송 기능의 수송 단백질(또는 유전자)는 10여 개가 있으며, 그 중 비교적 중요한 것으로는 OsIRT1, OsIRT2, OsHMA2, OsHMA3, OsLCT1, OsNRAMP1, OsNRAMP5, OsMT9 등이 있다. 그러나 이러한 수송 단백질은 2가 금속 이온에 대한 수송 선택성이 비교적 낮으며, 주로 Cd2+, Mn2+, Fe2+, Zn2+, Cu2+ 등이 다양한 2가 금속 이온을 수송할 수 있다. 예를 들어 OsNRAMP1은 Cd2+, Fe2+(제1철 이온) 등 2가 금속 이온을 수송하는 기능을 가진 철 흡수 대사 시스템으로 간주된다. OsNRAMP5는 일반적으로 강력한 Cd2+, Mn2+, Fe2+ 수송 능력 등을 가진 망간 흡수 대사 시스템에 속하는 것으로 간주된다. 이러한 2가 금속 이온 수송 단백질의 또 다른 중요한 특징은, 이러한 수송 단백질 유전자의 발현이 환경 및 식물 관련 미량 원소 함량(또는 정상 상태)에 의해 조절된다는 것이다. 예를 들어, 토양에서 유효 상태 철 이온(Fe2+ 또는 Fe3+)을 증가시키거나 식물의 철 원소 정상 상태를 개선하면, OsIRT1, OsIRT2 등과 같은 OsNRAMP1 단백질 유전자 및 일부 다른 2가 금속 이온 수송 단백질 유전자의 발현을 포함하여 전체 철 흡수 대사 시스템을 대폭 저하시킬 수 있다. 토양에서 유효 상태 Mn2+ 함량을 증가시키면 OsNRAMP5 단백질 유전자의 발현을 대폭 저하시킬 수 있고, 토양에서 유효 상태 아연 함량을 증가시키면 Cd2+ 수송 기능을 가진 OsZIP 계열 단백질 유전자의 발현을 대폭 저하시킬 수 있으며, 유효 상태 구리를 증가시키는 것도 마찬가지이다. 따라서 토양에서 유효 상태 철, 망간, 구리 및 아연의 함량을 대폭 증가시키면 관련 수송 단백질에 의한 카드뮴의 흡수 및 수송을 경쟁적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 뿌리에서 관련 수송 단백질 유전자의 발현 수준을 감소시키고, 나아가 뿌리 관련 수송 단백질 수량과 카드뮴 흡수의 통로를 감소시킬 수 있다. 마지막으로 식물의 카드뮴 축적 수준을 대폭 낮출 수 있다.
현재까지 우리가 알고 있는 식물의 카드뮴이 식용 부위로 이동하는 것도 2가 금속 이온 수송 단백질에 의해 수행된다. 예를 들어, OsNRAMP5는 뿌리, 줄기 및 잎, 화경, 벼에서 발현되며, 카드뮴이 벼로 이동하는 것을 포함하여 원소 수송에 매우 중요한 역할을 한다. 식물에 비교적 많은 철, 망간, 구리 및 아연의 축적도 경쟁적으로 수송 기능을 억제하고 카드뮴 수송 통로를 감소시킬 수 있다.
2. 토양에서 미량 원소(철, 망간, 구리, 아연 등)의 유효성을 어떻게 향상시킬지, 즉 토양 원소 균형 원리: 통상적인 경우 농작물 생산 과정에서, 특히 쌀, 밀, 옥수수 등과 같은 식량 작물은 토양의 미량 원소 함량, 특히 유효 상태 함량에 거의 주의를 기울이지 않는다. 미량 원소(미량 원소 비료)를 사용하더라도 심층 기비 또는 엽면(leaf surface) 살포(야채 등과 같은 경제 작물)를 사용한다. 미량 원소를 기비에 사용하면 토양 과립에 쉽게 흡착 및 고정되어 유효성을 잃게 된다. 예를 들어, 한 일본 과학자는 토양 망간의 최대 0.3%가 벼 카드뮴 축적을 제어할 수 있다고 밝혔다. 그 이유는 대부분의 망간이 토양에 고정되어 실효되기 때문이다. 벼 생산의 특성에 따라 두 가지 방법을 결합하면 상기 문제를 해결할 수 있다. (1) 미량 원소를 유기 비료(또는 생물 줄기)와 적절한 비율로 혼합하여 과립을 형성한다(농가에서 사용하기 용이하도록). 유기질 부패 과정에서 많은 환원 물질과 다양한 유기산이 생성되고, 이러한 원소와 결합하여 비교적 긴 시간 동안 비교적 높은 농도의 자유 2가 상태, 즉 유효성을 유지한다. (2) 벼 생산 과정에서 대량의 물이 필요하며, 대부분 이하의 몇 부분으로 나뉜다. 벼 성장 초기 단계에서 논은 기본적으로 담수 상태에 있다. 충분히 분얼되면 배수하여 논을 햇볕에 말려 분얼을 제어한 후, 벼가 출수, 등숙될 때까지 다시 관수(이때 즉 분얼 말기 또는 수잉 초기)하고, 후속적인 수확이 용이하도록 성숙 후기에 배수를 시작한다. 벼 생산의 이러한 특성을 이용하여 상기 과립 유기 비료를 추비에 사용하고, 과립 유기 비료는 토양 표면에서 부패하기 쉽고 미세 비료를 토양 표면수에 용해시켜 미세 비료의 농도와 유효성을 크게 향상시킨다. 동시에 대부분의 벼 뿌리는 표토층 20cm 이내에 위치하며, 특히 햇볕에 말린 밭을 물로 덮은 후 벼는 토양 표면의 새로 성장한 대량의 뿌리에 쉽게 흡수되어 미세 비료를 사용할 수 있다. 전체적으로 미세 비료의 유효성이 크게 향상되고 뿌리에 의한 미세 비료의 흡수 및 활용도가 크게 향상된다.
3. 유기 비료 미량 원소 배합비의 원리, 즉 벼 식물 영양분 또는 미량 원소 균형 원리: 미량 원소를 포함한 모든 유기체에 의해 흡수 및 축적되는 원소는 모두 일정 비율로 상호 조정되고 상호 제한된다. 연구에 따르면 식물의 뿌리는 철, 망간, 구리 및 아연을 흡수하는 과정에서 서로 경쟁하고 제한한다. 예를 들어, 뿌리가 다량의 철을 흡수하면 망간, 구리 및 아연의 흡수가 상대적으로 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 흡수의 관점에서 이들은 서로 경쟁하며 서로의 생리적 분자 메커니즘에 영향을 미친다. 식물 전체 관점에서 이들은 기본적으로 시너지 관계에 있다. 우리는 경작지에서 수확한 인디카벼 볏짚(줄기) 69개와 자포니카벼 볏짚 51개에서 철, 망간, 구리, 아연 등 원소의 함량을 측정했으며, 그 결과는 다음과 같다. 즉, 인디카벼의 철, 망간, 구리, 아연 함량은 기본적으로 철:망간:아연:구리의 비율이 대체적으로 10: 20 내지 35:0.5 내지 2:0.01 내지 0.1이고, 자포니카벼의 철, 망간, 구리, 아연 함량은 기본적으로 철:망간:아연:구리의 비율이 대체적으로10:25 내지 40:0.5 내지 2:0.01 내지 0.1이었다. 인디카벼와 자포니카벼 쌀(정미)의 철:망간:아연:구리의 비율은 대체적으로 10:8 내지 13:7 내지 12:1 내지 5이다.
4. 유기 비료 시비 시기의 원리, 즉 벼 카드뮴 흡수와 축적의 동적 상태 과정의 원리: 벼 성장 초기에는 생물량이 적고, 논도 담수 상태에 있기 때문에 식물의 카드뮴 축적이 상대적으로 적다. 생육 후기에는 생물량이 많고 시간이 긴데 이는 벼 식물의 카드뮴 축적 핵심 시기이기 때문에 분얼 말기(수잉 초기)와 등숙기가 가장 중요한 시기이다. 또한 벼 등숙 전에, 벼 뿌리의 활력이 왕성하고 흡수되는 영양소에는 주로 식물 생장에 사용되는 미량 원소가 포함되어 있다. 벼 등숙(수전기) 후에는 뿌리의 활력이 대폭 감소하고, 주요 흡수 수분과 미네랄 영양분이 광합성에 사용되고 일부는 벼로 옮겨진다. 일부 연구에서는 90% 이상 벼 속의 카드뮴이 수전기 이전에 벼 식물에 축적된 카드뮴에서 옮겨진 것으로 나타났다. 또한 일부 연구에서는 벼 속의 카드뮴 약 50%가 등숙기에서 뿌리에 직접 흡수된 카드뮴에서 옮겨진 것으로 나타났다. 따라서 우리는 유모기, 분얼 말기를 포함한 수전기 이전에 사용되는 유기 비료에 포함된 철, 망간, 구리, 아연 배합 비율이 벼의 성장을 중심으로 벼 식물의 카드뮴 축적을 조절하는 요건을 충족시킬 것이라고 생각한다. 또한 수전기에 사용하기 시작하는 유기 비료의 철, 망간, 구리, 아연 배합 비율은 쌀 원소 비율을 충족시키기에 적합하나 볏짚의 철, 망간, 구리, 아연 배합 비율을 배제하지 않는다.
5. 유기산 및 킬레이트제 첨가 원리, 즉 뿌리 영양분(미량 원소) 흡수 형태 메커니즘: 유기 비료의 출처와 유형이 다르고 유기질의 부패 속도, 정도 및 부패 산물이 다르기 때문에, 적절한 양의 유기산 및 킬레이트제를 첨가해 미량 원소의 유효성을 보장해야 한다. 예를 들어 시중에서 판매되는 유기 비료와 낮은 셀룰로오스 유기질 중심의 유기 비료는 부패하기 쉽고 대량의 유기산을 생성하여 미세 비료의 유효성을 광범위하게 결합하고 유지할 수 있다. 그러나 섬유 줄기 중심의 유기 비료와 부식되지 않은 유기 비료는 부패 속도가 상대적으로 느리고, 유기산 생성이 비교적 적기 때문에, 유기산과 킬레이트제를 첨가하면 미세 비료의 유효성을 크게 향상시켜 섬유 줄기 유기 비료의 단점을 보완할 수 있다.
상기 종래 기술의 기술적 문제를 해결하고 상기 원리를 사용하기 위해, 본 발명은 이하의 기술적 해결책을 채택하였다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 수분 함량 15%로 계산한 유기 재료, 철로 계산한 철염, 망간으로 계산한 망간염, 아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염에 따라, 수분 함량 15%의 100kg 유기 재료를 기준으로, 철로 계산한 철염 0.05 내지 5kg을 첨가하고, 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염의 질량비를 1:0.2 내지 8:0.08 내지 2:0.001 내지 0.5로 망간염, 아연염 및 구리염을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 유기 비료에 유기산 및 그 염류와 유기 킬레이트제를 더 첨가하고, 상기 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염:구리로 계산한 구리염:유기산 및 그 염류:유기 킬레이트제의 질량비는 1:0.2 내지 8:0.08 내지 2:0.001 내지 0.5:0 내지 1:0 내지 1인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 유기 비료 중 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염의 질량비는 1:0.3 내지 3:0.15 내지 1:0.01 내지 0.3인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 유기 재료가 유채깻묵, 대두깻묵, 콩깻묵, 볏짚, 밀짚, 사탕수수 찌꺼기, 사탕수수 버개스(bagasse), 유채대, 옥수숫대, 수숫대, 톱밥, 잡초 줄기, 자운영 줄기, 알팔파 줄기, 폐지 또는 부레옥잠으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질이거나; 또는
상기 유기 재료는 가축 분뇨가 주요 원료인 시판되는 유기 비료인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 철염이 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화제1철, 질산제2철, 구연산제2철, 구연산제1철, 말산제2철, 말산제1철, 옥살산제2철, 옥살산제1철, 황화제1철, Fe(III)EDTA 또는 Fe(II)EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 망간염이 황산망간, 염화망간, 질산망간, 구연산망간, 말산망간, 옥살산망간, 황화망간 또는 Mn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 아연염이 황산아연, 염화아연, 질산아연, 구연산아연, 말산아연, 옥살산아연, 황화아연 또는 Zn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 구리염이 황산구리, 염화구리, 질산구리, 구연산구리, 말산구리, 옥살산구리, 황화제1구리 또는 Cu-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 유기산 및 그 염류가 구연산, 구연산나트륨, 구연산칼륨, 구연산칼슘, 구연산마그네슘, 말산, 말산나트륨, 말산칼륨, 말산칼슘, 말산마그네슘, 옥살산, 옥살산나트륨, 옥살산칼륨, 옥살산칼슘 또는 옥살산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료는 상기 유기 킬레이트제가 EDTA, Na-EDTA, K-EDTA, Ca-EDTA, Mg-EDTA으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료의 제조 방법은,
1) 상기 품질의 유기 재료, 철염, 망간염, 아연염, 구리염, 유기산 및 그 염류, 유기 킬레이트제를 혼합하고 균일하게 교반하여 분말상을 형성하는 단계; 및
2) 압출기 또는 펠렛기를 사용하여 단계 1)에서 과립 직경이 0.3 내지 1.2cm인 균일한 분말상으로 과립, 즉 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 유기 비료의 사용 방법은,
A. 올벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘(畝) 당 0 내지 500kg을 기비하고, 바람직하게는 5 내지 50kg이고, 수잉기에 0 내지 500kg를 살포하여 추비하고, 바람직하게는 5 내지 100kg이고; 등숙기에는 0 내지 500kg을 살포하고, 바람직하게는 5 내지 50kg이고,
B. 늦벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘당 0 내지 500kg을 기비하고, 바람직하게는 10 내지 100kg이고, 수잉기에 0 내지 500kg를 살포하여 추비하고, 바람직하게는 10 내지 100kg이고; 등숙기에는 0 내지 500kg을 살포하고, 바람직하게는 10 내지 100kg이고,
C. 단작 벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘 당 0 내지 500kg을 기비하고, 바람직하게는 25 내지 100kg이고, 수잉기에 0 내지 500kg를 살포하여 추비하고, 바람직하게는 25 내지 100kg이고; 등숙 초기에는 0 내지 500kg을 살포하고, 바람직하게는 25 내지 100kg인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유익한 효과는 이하와 같다.
(1) 벼 중금속 카드뮴 오염이나 축적을 제어하기 위한 상기 유기 비료는 설계가 합리적으로 제작이 간단하며 원료 공급원이 광범위하고 경작지에 사용하는 방법이 간단하다. 토양 유기질을 증가시키고 토양의 물리적, 화학적 환경을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 토양 중금속 카드뮴의 유효성을 줄이고 벼 뿌리가 카드뮴을 흡수하는 것을 방지하며, 벼 식물의 영양 상태를 개선하고 뿌리 중 지상부(볏짚)로 수송되는 것을 차단하며, 볏짚 중의 카드뮴이 벼로 이동하는 등 모든 카드뮴 흡수 및 운송 경로 상에서 토양 중의 카드뮴이 벼로 수송되는 것을 차단하고, 나아가 쌀 카드뮴 축적을 감소시키고 중금속 카드뮴 오염을 줄인다. 또한 유기 배합 비료는 토양, 벼, 쌀에 어떠한 악영향을 미치지 않으며, 심지어 쌀 품종(쌀의 철, 망간, 구리, 아연 등 미량 원소 함량을 크게 증가)과 쌀 수확량을 크게 향상시킬 수 있다.
(2) 본 발명의 유기 비료는 논 토양에서 중금속 카드뮴의 화학 과정, 벼 뿌리 흡수 과정, 식물 카드뮴 수송 과정을 기반으로 연구 및 개발된 것으로, 적용이 편리하고 사용량이 적으며 가격이 저렴하고 사용 원가가 낮으며 중국의 고도, 중도, 경도 카드뮴 오염이 있는 농지에 보편적으로 적용할 수 있어 광범위한 적응성을 가지고 있다.
이하에서는 본 발명의 기술적 해결책을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 본 발명의 구체적인 실시방식을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1: 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료
수분 함량 15%의 1000kg 시판 유기 비료(우분을 주요 원료로 하고, 질소, 인, 칼륨 모두 약 5%, 카드뮴 함량 0.8mg/kg 미만)를 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다.
상기 유기 비료는 이하 단계에 따라 제조된다.
1) 상기 중량부의 유기 재료, 철염, 망간염, 아연염 및 구리염을 혼합하여 균일하게 교반한 후 분말상을 형성한다.
2) 압출기 또는 펠렛기를 사용하여 단계 1)에서 과립 직경이 0.3 내지 1.2cm인 균일한 분말상으로 과립, 즉 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료를 제조한다.
구체적인 실험 1: 벼 카드뮴 축적에 대한 신규한 유기 비료의 제어에 관한 실험 연구
실시예 1에서 제조된 유기 비료를 사용하여 2016년 항저우 푸양(杭州富陽)에서 올벼 카드뮴 오염 제어 실험을 실시하였다. 논 카드뮴의 총 함량은 0.6mg/kg이고 토양 pH는 약 6.0이며 토양 질감은 점토이다. 벼 품종은 플롯 비교 실험을 위해 중자자오(中嘉早) 17과 푸핀(輻品) 36을 사용하였으며 플롯 면적은 20m2이다. 3월 30일에 파종하고 4월 26일에 이앙했다. 비료 처리는 블랭크 대조군, 시판되는 유기 비료 대조군을 설정하여 처리하였으며, 실시예 1에서 제조된 유기 비료 처리, 동량의 미량 원소 처리를 3회 반복하였다. 구체적인 처리, 시판 유기 비료 대조군 처리는 유모기(이앙 후 10일), 수잉기와 등숙 초기에 각각 시판 유기 비료(대조군으로)를 플롯당 각 생육기에 3kg을 추비한다. 실시예 1에서 제조된 유기 비료의 처리는 유모기(이앙 후 10일), 수잉기와 등숙 초기에 실시예 1에서 제조된 유기 비료 3kg을 각각 추비한다. 동시에, 각 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 1 현미 카드뮴 함량
Figure 112020119559039-pct00001
결과에 따르면, 블랭크 대조군과 비교하여 시판 유기 비료 처리군은 두 벼 현미의 카드뮴 함량에 미치는 영향에 차이가 있었으나 유의한 차이는 없었으며 모두 중국 국가 기준 0.2mg/kg을 초과하였다. 실례 1의 유기 비료 처리 후, 블랭크 대조군 및 시판 유기 비료 처리군에 비해 모두 대폭 감소하였으며 두 품종 현미의 카드뮴 함량은 0.2mg/kg 미만이었다. 또한 결과는 이처럼 카드뮴 함량이 감소한 이유는 유기 비료에 성분을 첨가했기 때문이라는 것을 직접적으로 보여준다. 동량의 미량 원소를 사용해 처리하면, 두 품종 벼의 카드뮴 함량이 모두 감소했지만 현저하지 않았다. 이는 철, 망간, 구리, 아연이 순수 무기 상태로 경작지에 적용되어 토양에 쉽게 고정되고 활성을 잃었기 때문일 수 있다.
상기 실시예에 있어서 철염은 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화제1철, 질산제2철, 구연산제2철, 구연산제1철, 말산제2철, 말산제1철, 옥살산제2철, 옥살산제1철, 황화제1철, Fe(III)EDTA 또는 Fe(II)EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 채택하고, 망간염은 황산망간, 염화망간, 질산망간, 구연산망간, 말산망간, 옥살산망간, 황화망간 또는 Mn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 채택하고, 아연염은 황산아연, 염화아연, 질산아연, 구연산아연, 말산아연, 옥살산아연, 황화아연 또는 Zn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 채택하고, 구리염은 황산구리, 염화구리, 질산구리, 구연산구리, 말산구리, 옥살산구리, 황화제1구리 또는 Cu-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 채택하고, 마지막으로 실시예 1과 유사한 기술적 효과를 얻을 수 있으며, 벼 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 효과적으로 제어할 수 있다.
구체적인 실험 2: 벼 카드뮴 축적을 제어하는 신규한 유기 비료의 적용 기간 실험
2016년에 항저우 푸양의 상기 논에서 중자자오 17, 푸핀 36을 사용하여 늦벼에 대해 추식 실험을 수행하였다. 플롯 실험을 사용하며 각 플롯은 20m2이다. 실험은 블랭크 대조군과 실례 1 유기 비료를 상이한 시기에 추비 처리하였으며, 상이한 시기의 추비 처리에는 유모기 추비, 수잉기 추비, 등숙 초기 추비, 유모기+수잉기 추비, 유모기+수잉기+등숙기 추비가 포함된다. 매회 추비는 플롯당 3kg을 사용하였으며 총 6개 처리하였다(블랭크 대조군 포함). 동시에, 각 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다.
실험 결과는 이하와 같다.
표 2 상이한 시기에 사용한 신규한 유기 비료(실례 1)이 벼 카드뮴 축적 제어에 미치는 영향
Figure 112020119559039-pct00002
표 2는 어느 생육기에 신규한 유기 비료를 적용했는지를 불문하고 모두 두 벼 현미의 카드뮴 함량이 현저하게 감소될 수 있음을 보여준다. 그러나 상이한 시기의 추비는 쌀 카드뮴 축적에 대해 현저한 차이를 나타냈다. 여기에서 수잉기 추비, 유모기+수잉기 추비, 유모기+수잉기+등숙기 추비의 3가지 처리군이 효과가 가장 우수하였으며, 유모기+수잉기 추비 처리 이후 두 품종의 현미 카드뮴 함량은 모두 0.2mg/kg 미만이었다. 동시에 등숙기 추비는 쌀 카드뮴 함량을 줄이는 효과가 있으나 그 효과는 미미한 것으로 나타났고, 수잉기 추비와 유모기+수잉기+등숙기 추비 두 처리군을 비교한 경우 두 처리군 효과에는 현저한 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 다음과 같은 두 가지 가능성이 있다. 즉, 1. 등숙기 추비는 벼 카드뮴 축적을 제어하는데 중요한 시기가 아니다. 2. 등숙기에는 뿌리 활력이 대폭 약화되며, 그 주요 기능은 수분과 일부 미네랄 영양분을 흡수하여 쌀 수요를 충족시키는 데 있다. 더욱 가능한 설명으로는 실례 1의 유기 비료 첨가 성분의 비율이 등숙기에 사용하기에 적합하지 않다. 또한 수잉기가 벼 카드뮴 축적을 제어하는 가장 중요한 시기라는 것도 알 수 있다. 전반적으로, 본 실험에서는 유모기(모 이앙 후 10일)+수잉기 추비가 벼 카드뮴 축적을 제어하는데 가장 효과적인 것으로 나타났다.
구체적인 실험 3: 상이한 비율의 미량 원소가 첨가된 유기 비료의 벼 카드뮴 축적 제어에 관한 연구
본 실험은 2018년 항저우 푸양에서 올벼 카드뮴 제어 실험으로 진행되었다. 실례 1에서의 시판 유기 비료를 기준으로 사용하였다. 실험에서 상이한 비율의 미량 원소가 첨가된 유기 비료를 제조하였다. (1) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가하여 A 유기 비료(즉, 실례 1의 유기 비료)로 기록하였다. (2) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 30kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가하여 B 유기 비료로 기록하였다. (3) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 30kg, 아연으로 계산한 황산아연 10kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가하여 C 유기 비료로 기록하였다. (4) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 30kg, 아연으로 계산한 황산아연 30kg, 구리로 계산한 황산구리 1.0kg을 첨가하여 D 유기 비료로 기록하였다. (5) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 10kg, 아연으로 계산한 황산아연 30kg, 구리로 계산한 황산구리 1.0kg을 첨가하여 E 유기 비료로 기록하였다. (6) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 10kg, 아연으로 계산한 황산아연 10kg, 구리로 계산한 황산구리 1.0kg을 첨가하여 F 유기 비료로 기록하였다. (7) 시판 유기 비료 1000kg당 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 180kg, 아연으로 계산한 황산아연 10kg, 구리로 계산한 황산구리 1.0kg을 첨가하여 H 유기 비료로 기록하였다. 총 7가지 유기질 비료이다. 중자자오 17과 푸핀 36을 실험 재료로 사용하며, 처리는 블랭크 대조군과 유모기+수잉기+등숙기 추비(동일한 유기 비료 추비) 처리군으로 설정하였다. 처리하는 동안 각 플롯에 3kg을 시비하였다. 동시에, 각 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 3 상이한 비율의 미량 비료의 유기 비료가 벼 카드뮴 축적에 미치는 영향
Figure 112020119559039-pct00003
표 3의 결과는 대조군에 비해 A 내지 H까지의 7가지 상이한 미량 비료 비율로 제조된 유기 비료가 벼 카드뮴 축적에 모두 현저한 영향을 미쳤으나, 상이한 비료 간에 현저한 차이가 있음을 보여준다. 2016년 올벼 실험(구체적인 실험 1)의 결과와 같이, 본 실험에서 A 처리군(실례 1 유기 비료)은 두 품종의 쌀 카드뮴 축적에 대해 여전히 현저한 제어 효과를 나타냈다. 상대적으로, H 유기 비료 처리군은 쌀의 카드뮴을 현저히 감소시켰으나, 모든 비료 중에서 효과가 가장 떨어졌는데, 이는 대량의 망간 함량이 다른 원소의 흡수를 억제하고 뿌리의 카드뮴 수송 능력을 향상시켰기 때문일 수 있음을 설명해 준다. D 유기 비료 처리군의 경우, 미량 원소가 통상적인 짚 원소 비율에 맞지 않지만 기본적으로 쌀의 원소 비율에 따라 구성되어 있으며, B 유기 비료 처리군과 결합하면 등숙기도 벼 카드뮴 축적을 제어하는 중요한 시기임을 알 수 있는데, 특히 쌀의 원소 비율에 따라 유기 비료를 구성할 필요가 있다.
실시예 2: 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 유기 비료
수분 함량 15%의 1000kg 볏짚(카드뮴 함량 0.6mg/kg 미만) 또는 톱밥(목재 가공 공장에서 조달) 또는 자운영을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg을 첨가한다.
상기 유기 비료는 이하 단계에 따라 제조된다.
1) 상기 중량부의 유기 재료, 철염, 망간염, 아연염 및 구리염을 혼합하여 균일하게 교반한 후 분말상을 형성한다.
2) 압출기 또는 펠렛기를 사용하여 단계 1)에서 과립 직경이 0.3 내지 1.2cm인 균일한 분말상으로 과립, 즉 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료를 제조한다.
구체적인 실험 4: 미량 비료 운반체로서의 상이한 유기물과 유기산 첨가가 벼 쌀의 카드뮴 축적에 미치는 영향
본 실험은 2018년 항저우 푸양에서 진행되었다. 생육기가 유사한 두 올벼 품종 중자자오 32와 중자오 22를 실험 재료로 사용하여, 유기 비료 운반체로서의 볏짚과 유기산 첨가가 벼 카드뮴 축적에 미치는 영향을 연구하였다. 실험에서 6종류의 유기 비료를 제작하였다. (1) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 볏짚(카드뮴 함량 0.6mg/kg 미만)을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg을 첨가하고(실례 2) A 유기 비료로 기록하였다. (2) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 볏짚(카드뮴 함량 0.6mg/kg 미만)을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(B 유기 비료로 기록함). (3) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 톱밥을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg을 첨가하고(실례 2), C 유기 비료로 기록하였다. (24) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 톱밥을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(D 유기 비료로 기록함). (3) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 자운영을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg을 첨가하고(실례 2), E 유기 비료로 기록하였다. (24) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 자운영을 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(F 유기 비료로 기록함). 블랭크 대조군(CK), A, B, C, D, E, F 유기 비료 처리군을 설정하며, 20m2의 플롯 영역에서 3회 반복하여 무작위로 처리한다. 유기 비료 시비 시기는 유모기+수잉기+등숙기 추비이며, 각 시기마다 매회 3kg 추비한다. 동시에, 각 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 4 미량 비료 운반체로서의 상이한 유기물과 유기산 첨가가 벼 쌀의 카드뮴 축적에 미치는 영향
Figure 112020119559039-pct00004
표 4의 결과는 볏짚, 톱밥, 자운영을 미세 비료 운반체로 사용하여 벼 카드뮴 축적 제어에 사용하는 것(B, D, F 유기 비료)이 매우 효과적임을 보여준다. 동시에 볏짚과 톱밥을 미세 비료 운반체로 사용하는 경우, 유기산(구연산)(A, C 유기 비료)을 첨가하면 벼 카드뮴 축적에 대한 제어 작용이 더욱 강화되며, 주로 성숙기에 이미 섬유화된 볏짚, 톱밥이 부패 과정에서 상대적으로 비교적 느리기 때문에, 어느 정도 미량 원소의 유효성을 유지하기가 상대적으로 어려울 수 있고, 유기산을 첨가하면 미량 원소의 유효성을 대폭 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 자운영 수확 및 건조 시, 섬유화가 상대적으로 비교적 낮아 부패되어 대량의 유기산이 생성되기 쉽고, 이는 미량 원소의 유효성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 다시 경작지 사이 유기산을 계속 사용한 경우 그 효과는 현저하지 않았다. 이는 카드뮴 제어 유기 비료를 제작할 때 구연산제1철, 구연산구리, 구연산망간, 구연산아연 또는 킬레이트 상태 철, 망간, 구리, 아연 등과 같은 유기산 미량 비료를 사용할 수 있음을 시사한다. 그러나 이러한 유기산 상태 또는 킬레이트 상태 미량 원소의 비용은 상대적으로 높다.
실시예 3: 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 유기 비료
수분 함량 15%의 1000kg 시판 사탕수수 버개스를 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg 또는 킬레이트제 EDTA 디소듐염 5kg을 첨가하였다.
상기 유기 비료는 이하 단계에 따라 제조된다.
1) 상기 중량부의 유기 재료, 철염, 망간염, 아연염, 구리염, 유기산 및 그 염류, 유기 킬레이트제를 혼합하고 균일하게 교반하여 분말상을 형성한다.
2) 압출기 또는 펠렛기를 사용하여 단계 1)에서 과립 직경이 0.3 내지 1.2cm인 균일한 분말상으로 과립, 즉 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료를 제조한다.
구체적인 실험 5: 자당 버개스를 미량 원소 운반체로 가진 유기 비료가 벼 카드뮴 제어에 미치는 영향
본 실험은 2018 년 윈난성 쿤밍(云南省昆明)의 카드뮴 오염 농지에서 실시하였다. 토양 카드뮴 함량은 0.6mg/kg이고 pH는 약 5.0이며 토양 질감은 모래에 가깝다. 윈난은 사탕수수가 많이 생산되므로 사탕수수 버개스가 대량으로 남는 문제를 해결하는 방법을 찾는 것이 시급하다. 본 실험에서 2종류의 유기 비료를 제작하였다. (1) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 사탕수수 버개스를 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg, 구연산 10kg을 첨가하고, A 유기 비료로 기록하였다(실례 3). (2) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 사탕수수 버개스를 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg를 첨가하였으며 구연산은 EDTA 디소듐염 5kg으로 대체하였고, B 유기 비료로 기록하였다(실례 3). (3) 수분 함량 15%의 1000kg 시판 사탕수수 버개스를 기준으로, 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가하고, C 유기 비료로 기록하였다. 현지 주요 재배 품종인 뎬화
Figure 112020119559039-pct00005
2호와 추징(楚粳) 4호의 2종 자포니카벼 품종을 재료로 사용하여, 단작 벼로 심고 플롯 실험을 설정하며 플롯 면적은 20m2이고, 블랭크 대조군, A 유기 비료 처리군, B 유기 비료 처리군을 설정하고 3회 반복하며 무작위 처리하였다. 유기 비료 시비 시기는 유모기+수잉기+등숙기 추비이며, 각 시기마다 매회 3kg 추비한다. 동시에, 각 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 5 미량 원소 운반체로서 자당 버개스를 함유한 유기 비료가 산성 카드뮴 오염 농지에서 벼 카드뮴 제어에 미치는 영향
Figure 112020119559039-pct00006
표 5의 결과는 자당 버개스를 유기물로 사용하여 제작한 카드뮴 제어 유기 비료도 산성 카드뮴 오염 토양에서 벼 카드뮴 오염을 제어하는 데 매우 효과적이라는 것을 보여준다. 두 품종의 카드뮴 함량이 크게 제어되었을 뿐만 아니라, 경작지 사이 유기산 또는 유기 비료에서도 두 품종의 쌀의 카드뮴 함량이 국가 기준인 0.2mg/kg 이하로 떨어졌다. 더 흥미로운 점은 킬레이트제 EDTA 디소듐염을 첨가한 후 두 품종 현미의 카드뮴 함량이 CK보다 훨씬 낮아졌을 뿐만 아니라, 구연산을 첨가하거나 구연산을 첨가하지 않은 유기 비료보다 현저하게 낮다는 것이다. 킬레이트제 EDTA는 철, 망간, 구리, 아연 등과 킬레이트 상태를 형성하기가 매우 쉽고, 장기간 유효 상태를 유지할 수 있다. 동시에 EDTA는 카드뮴과 결합하여 안정된 킬레이트 상태를 형성할 수 있으며, 모래에 가까운 토양은 투수성이 강하기 때문에 오히려 토양의 총 카드뮴 함량이 감소한다(데이터는 표에 도시되지 않음). 이를 바탕으로 비교적 긴 시간 동안 비교적 높은 수준의 철, 망간, 구리, 아연의 유효 상태와 총 카드뮴 감소의 두 가지 측면에 따른 원인으로 인해 두 품종 현미의 카드뮴 함량이 크게 감소했을 가능성이 매우 높다. 그러나 EDTA 등과 같은 킬레이트도 어느 정도 단점은 있다. 토양에서 분해되기 어렵고 구연산 등과 같은 유기산보다 훨씬 더 비싸다는 것이다.
구체적인 실험 6: 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료 미량 원소 극한 값 비교 탐구
본 실험은 2019년 항저우 푸양(杭州富陽)의 카드뮴 오염 농지에서 실시하였다. 논 토양 pH는 약 5.0이고 토양 Cd 함량은 약 0.40mg/kg이었다. 플롯 실험을 설정하였으며 플롯 면적은 20m2이고 3회 반복하였다. 실례 1과 블랭크를 이중 대조군으로 사용하여 상이한 미량 원소 비율 극한값을 설계하여 유기 비료 미량 원소 극한값 비율로 벼 카드뮴 오염 제어에 대한 영향을 탐구하였다. 품종은 니폰베어(자포니카벼)와 9311(인디카벼)를 단작 벼로 사용하였다. 시비 시기는 유모기+수잉기+등숙기 추비이며, 각 시기마다 플롯당 3kg을 사용하고, 시비 후 경작지를 1주간 담수하였다. 기타 관리는 현지 농법과 완전히 동일하다.
수분 함량 15%의 1000kg 시판 유기 비료(우분을 주요 원료로 하고, 질소, 인, 칼륨 모두 약 5%, 카드뮴 함량 0.8mg/kg 미만)를 기준으로, 이하 몇 가지 미량 원소 극한값 비율의 유기 비료를 설계하였다. (1) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(실례 1, 대조군으로 사용). (2) 철로 계산한 황산제1철 0kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Fe0으로 기록함). (3) 철로 계산한 황산제1철 300kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Fe300으로 기록함). (4) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 0kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Mn0으로 기록함). (5) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 450kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Mn450으로 기록함). (6) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 0kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Zn0으로 기록함). (7) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 150kg, 구리로 계산한 황산구리 0.5kg을 첨가한다(Zn150으로 기록함). (8) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 0kg을 첨가한다(Cu0으로 기록함). (9) 철로 계산한 황산제1철 30kg, 망간으로 계산한 황산망간 90kg, 아연으로 계산한 황산아연 5kg, 구리로 계산한 황산구리 50kg을 첨가한다(Cu50으로 기록함).
표 6 상이한 미량 원소의 극한값 비율을 갖는 유기 비료가 벼 현미 카드뮴 축적에 미치는 영향
Figure 112020119559039-pct00007
그 결과 실례 1의 유기 비료 처리 후, 니폰베어와 9311의 현미 카드뮴 함량은 여전히 기준을 초과하였으나, 블랭크 대조군보다는 훨씬 낮았다. Fe0 처리 후 두 품종 현미의 카드뮴 함량도 블랭크 대조군보다 훨씬 낮았지만 실례 1보다는 훨씬 높았다. 동시에 Fe300 처리 후 니폰베어 현미의 카드뮴 함량은 블랭크 대조군보다 낮았지만 유의미하지는 않았고, 9311 현미는 블랭크 대조군보다 높았는데, 이는 제1철에 의해 뿌리 표면의 철막이 증가하여 카드뮴의 흡수를 촉진시키기 때문일 수 있다. Mn0 및 Mn450 처리 후, 두 품종 현미의 카드뮴 함량은 블랭크 대조군보다 모두 낮았으나, 감소폭이 적었으며 실례 1 대조군보다 훨씬 높았다. 여기에서 망간이 카드뮴 제어 측면에서 상당히 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. Zn0 처리에서, 두 현미의 카드뮴 함량은 블랭크 대조군보다 모두 낮고 유의한 수준에 도달했으나, 여전히 실례 1의 대조군보다 훨씬 높았으며, Zn150 처리 후 두 품종의 현미는 블랭크 대조군과 거의 차이가 없었다. 그러나 현미 중 철분 함량 측면에서 볼 때(데이터는 표에 도시되지 않음), 대량의 아연 처리로 인해 철 함량이 현저하게 감소했다. 이는 뿌리의 철 흡수 시스템에서 카드뮴 흡수 및 수송 기능을 가진 단백질 유전자의 발현 증가 때문일 수 있다. Cu0 및 Cu50 처리는 모두 두 품종의 카드뮴 함량을 대폭 감소시켰으나, 모두 실례 1보다 현저하게 높았다. Cu50 처리 후 두 쌀의 카드뮴 함량 감소폭은 Cu0보다 훨씬 낮았다. 그 이유는 토양의 구리 함량은 상대적으로 낮지만, 쌀을 포함하여 벼 식물체의 구리에 대한 수요량은 아주 적고, 토양 중 구리가 여전히 벼 성장의 수요를 충족시킬 수 있는지 여부에 있는 것으로 추측되며, 대량의 구리를 첨가한 후, 구리 이온이 벼 뿌리에 의한 철의 흡수를 강하게 억제할 수 있어 마찬가지로 식물체 중 철, 망간, 아연의 함량이 대폭 감소하게 된다. 이 이유는 아연을 대량 사용한 것과 일치할 수 있다.
구체적인 실험 7: 벼 카드뮴 축적 제어에 대한 카드뮴 제어 유기 비료의 반복성 검증 실험
2019년 항저우 푸양의 카드뮴 오염 경작지에 중자자오 17과 푸핀 36의 두 올벼 품종을 심었으며, 플롯 비교 실험을 설계하였고 플롯 면적은 20m2이며 3회 반복하고 무작위로 배열하였다. 비료 처리는 블랭크 대조군, 실시예 1 유기 비료 처리군의 두 가지 처리군으로 설정했다. 유모기(이앙 후 10일), 수잉기 및 등숙기 초기에 유기 비료를 추비하였으며, 플롯당 각 생육기에 3kg을 시비하였다. 동시에 매회 시비 후 경작지를 1주일간 1 내지 2cm 담수하였다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 7 푸양 올벼 경작지 실증 비교 실험(토양 Cd
Figure 112020119559039-pct00008
0.6mg/kg, 토양 pH
Figure 112020119559039-pct00009
6.0) (장기 강우)
Figure 112020119559039-pct00010
표 7에서 알 수 있듯이, 유기 비료(실례 1) 처리 후, 두 품종 쌀의 카드뮴 함량이 대폭 감소하였으며 감소폭은 69.59%와 85.06%에 달했다. 그러나 2019년 상반기 올벼 생육기에 장기적인 저온 강우로 인해 CK의 쌀 카드뮴 함량도 0.2kg/kg보다 훨씬 낮았다. 그러나 유기 비료가 벼 카드뮴 축적 제어에 미치는 영향이 매우 효과적이라는 것은 부인할 수 없다.
구체적인 실험 8: 카드뮴 오염 경지 단작 벼 상에서 카드뮴 제어 유기 비료의 적용 연구
2019년 항저우 푸양의 카드뮴 오염 경작지에 주요 재배 벼 품종인 춘유(春優) 84(자포니카벼)와 중저유(中浙優) 8호(인디카벼)의 두 가지 단작 벼 품종을 심었다. 토양 카드뮴 함량은 약 1.0mg/kg이고 토양 pH는 약 6.5이다. 실증 비교 실험을 채택하였으며, 실증 대지 면적은 160m2이고, 비료 처리는 블랭크 대조군, 실시예 1 유기 비료 처리군의 두 가지로 처리하였다. 유모기(이앙 후 10 일), 수잉기 및 등숙 초기에 유기 비료를 추비하였으며, 플롯당 각 생육기에 24kg을 사용하였다. 동시에 매회 시비 후 경작지를 1주일간 1 내지 2cm 담수하였다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다.
실험 결과는 이하와 같다.
표 8 푸양 단작 벼 경작지 실증 비교 실험(토양 Cd
Figure 112020119559039-pct00011
1.0mg/kg, 토양 pH
Figure 112020119559039-pct00012
6.5)
Figure 112020119559039-pct00013
표 8에서 알 수 있듯이, 두 가지 단작 벼 품종의 카드뮴 함량은 국가 기준인 0.2mg/kg의 3배 이상에 달했으며, 유기 비료(실례 1) 처리를 거친 후 쌀의 카드뮴 함량이 대폭 감소하였으며, 감소폭은 62.42%와 69.47%에 달했다. 그러나 두 품종 쌀의 카드뮴 함량은 여전히 기준치를 약간 초과했다.
구체적인 실험 9: 산성 카드뮴 오염 토양에서 카드뮴 제어 유기 비료의 적용
본 실험은 2019년 후난 창사(湖南長沙)의 카드뮴 오염 산성 토양에서 진행됐다. 토양 Cd
Figure 112020119559039-pct00014
0.40mg/kg, pH
Figure 112020119559039-pct00015
5.0이다. 실험을 임시로 안배했기 때문에 두 가지 카드뮴 축적 차이가 상당히 큰 올벼 품종 얼주난(二九南) 1호와 푸핀 36호를 심었다. 늦벼에 대해 추식으로 실증 비교 실험을 진행하였다. 총 시험 면적은 2묘이고 실증 면적은 품종당 0.5묘이다. 수잉기에만 카드뮴 제어 유기 비료(실례 1)를 1회 사용하여 1회 시비하였다. 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 각 플롯의 5 지점에서 샘플링을 진행하며, 벼를 수확하여 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 9 산성 카드뮴 오염 토양에서 카드뮴 제어 유기 비료의 적용
Figure 112020119559039-pct00016
표 9는 두 대조군의 쌀 카드뮴 함량이 모두 기준치를 초과했음을 보여주었으나, 수잉기에만 카드뮴 제어 유기 비료를 1회 사용하자 쌀 카드뮴 함량이 대폭 감소하였으며 모두 기준치를 초과하지 않았다. 이는 산성 토양 미량 원소의 불균형과 관련이 있을 수 있다. 특히 망간, 아연 등과 같은 원소는 산성 조건에서 누수되어 유실되기 쉽다. 유기 비료를 사용한 후 대량의 다양한 미량 원소가 보충되었을 뿐만 아니라, 비교적 긴 시간 동안 비교적 높은 유효성이 유지되었다.
구체적인 실험 10: 경작지에서 카드뮴 제어 유기 비료의 실험 시범
본 실험은 2019년 저장성 진화시 탕시진(浙江省金華市湯溪鎭) 카드뮴 오염 지역에서 100묘의 시범 지역에서 진행됐다. 토양 Cd
Figure 112020119559039-pct00017
0.45mg/kg, 토양 pH
Figure 112020119559039-pct00018
5.0이다. 구체적인 작업은 다음과 같다. 즉, 약 2묘 면적의 4곳 경작지를 선택하고 각 경작지를 둘로 나누며 중간은 방수 논두렁으로 사용하였다. 한 쪽은 대조군(CK)으로 사용하고, 다른 쪽은 유기 비료(실례 1)를 사용하였다(4 회 반복에 해당). 유모기, 수잉기 및 등숙기에 따라 매회 묘당 100kg을 시비하고, 시비 이후 1주일 동안 경작지를 1 내지 2cm 담수한다. 수확기에 5 지점에서 샘플링을 반복하여 하나의 샘플로 합치고, 수확한 벼는 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다.
실험 결과는 이하와 같다.
표 10 저장성 진화시 탕시진의 늦벼 경작지 시험 시범 샘플링 검사 데이터
Figure 112020119559039-pct00019
구체적인 실험 11: 저장성 진화시
본 실험은 2019년 저장성 진화시 뤄부진(羅埠鎭) 카드뮴 오염 지역에서 100묘의 시범 지역에서 진행됐다. 토양 Cd
Figure 112020119559039-pct00020
0.35mg/kg, 토양 pH
Figure 112020119559039-pct00021
5.0이다. 구체적인 작업은 다음과 같다. 즉, 약 2묘 면적의 4곳 경작지를 선택하고 각 경작지를 둘로 나누며 중간은 방수 논두렁으로 사용하였다. 한 쪽은 대조군(CK)으로 사용하고, 다른 쪽은 유기 비료(실례 1)를 사용하였다(4 회 반복에 해당). 유모기, 수잉기 및 등숙기에 따라 매회 묘당 100kg을 시비하였다. 시비 후 1주일 동안 1 내지 2cm 정도 경작지를 담수한다. 수확기에 5 지점에서 샘플링을 반복하여 하나의 샘플로 합치고, 수확한 벼는 일반적인 방법에 따라 햇볕에 건조시키고 쌀로 연마한 후 분쇄(마쇄)하여 현미 분말로 만든다. 진한 염산과 진한 질산을 사용하여 왕수를 만들어 전처리를 수행한다. 질화 용액은 ICP-OES를 이용하여 카드뮴 함량을 측정하였다. 실험 결과는 이하와 같다.
표 11 저장성 진화시 뤄부진의 늦벼 경작지 시험 시범 샘플링 검사 데이터
Figure 112020119559039-pct00022

Claims (12)

  1. 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료에 있어서,
    수분 함량 15%로 계산한 유기 재료, 철로 계산한 철염, 망간으로 계산한 망간염, 아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염에 따라, 수분 함량 15%의 100kg 유기 재료를 기준으로, 철로 계산한 철염 0.05 내지 5kg을 첨가하고, 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염의 질량비를 1:0.2 내지 8:0.08 내지 2:0.001 내지 0.5로 망간염, 아연염 및 구리염을 첨가하는 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 비료에 유기산 및 그 염류와 유기 킬레이트제를 더 첨가하고, 상기 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염:구리로 계산한 구리염:유기산 및 그 염류:유기 킬레이트제의 질량비는 1:0.2 내지 8:0.08 내지 2:0.001 내지 0.5:0 내지 1:0 내지 1인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 비료 중 철로 계산한 철염:망간으로 계산한 망간염:아연으로 계산한 아연염 및 구리로 계산한 구리염의 질량비는 1:0.3 내지 3:0.15 내지 1:0.01 내지 0.3인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 유기 재료는 유채깻묵, 대두깻묵, 콩깻묵, 볏짚, 밀짚, 사탕수수 찌꺼기, 사탕수수 버개스, 유채대, 옥수숫대, 수숫대, 톱밥, 잡초 줄기, 자운영 줄기, 알팔파 줄기, 폐지 또는 부레옥잠으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질이거나; 또는
    상기 유기 재료는 가축 분뇨가 주요 원료인 시판되는 유기 비료인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  5. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 철염은 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 염화제1철, 질산제2철, 구연산제2철, 구연산제1철, 말산제2철, 말산제1철, 옥살산제2철, 옥살산제1철, 황화제1철, Fe(III)EDTA 또는 Fe(II)EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 망간염은 황산망간, 염화망간, 질산망간, 구연산망간, 말산망간, 옥살산망간, 황화망간 또는 Mn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  7. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 아연염은 황산아연, 염화아연, 질산아연, 구연산아연, 말산아연, 옥살산아연, 황화아연 또는 Zn-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  8. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구리염은 황산구리, 염화구리, 질산구리, 구연산구리, 말산구리, 옥살산구리, 황화제1구리 또는 Cu-EDTA로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 유기산 및 그 염류는 구연산, 구연산나트륨, 구연산칼륨, 구연산칼슘, 구연산마그네슘, 말산, 말산나트륨, 말산칼륨, 말산칼슘, 말산마그네슘, 옥살산, 옥살산나트륨, 옥살산칼륨, 옥살산칼슘 또는 옥살산마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 유기 킬레이트제는 EDTA, Na-EDTA, K-EDTA, Ca-EDTA, Mg-EDTA으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료.
  11. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 따른 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료의 제조 방법에 있어서,
    1) 유기 재료, 철염, 망간염, 아연염, 구리염, 유기산 및 그 염류, 유기 킬레이트제를 혼합하고 균일하게 교반하여 분말상을 형성하는 단계; 및
    2) 압출기 또는 펠렛기를 사용하여 단계 1)에서 과립 직경이 0.3 내지 1.2cm인 균일한 분말상으로 과립, 즉 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 신규한 유기 비료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 따른 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 유기 비료의 사용 방법에 있어서,
    A. 올 벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘(畝) 당 5 내지 50kg을 기비하고, 수잉기에 5 내지 100kg를 살포하여 추비하고, 등숙기에는 5 내지 50kg을 살포하고,
    B. 늦벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘당 10 내지 100kg을 기비하고, 수잉기에 10 내지 100kg를 살포하여 추비하고, 등숙기에는 10 내지 100kg을 살포하고,
    C. 단작 벼의 경우, 경작지를 경운할 때 또는 모를 이앙한 후 10일 이내에 추비하고, 경작지 1묘 당 25 내지 100kg을 기비하고, 수잉기에 25 내지 100kg를 살포하여 추비하고, 등숙 초기에는 25 내지 100kg을 살포하는 것을 특징으로 하는 벼의 중금속 카드뮴 오염 또는 축적을 제어하기 위한 유기 비료의 사용 방법.
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