KR102653001B1 - 심토의 표토화 촉진 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심토의 표토화 촉진 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표토 훼손에 의해 표토 아래에 위치하고 있는 심토가 노출되는 경우, 훼손된 표토를 재생하기 위해 채취한 시료를 대상으로 다양한 물리적 화학적 환경인자에 대해 실험ㆍ분석하여 심토의 부족한 성분을 다각적이면서 심층적으로 분석 인지한 후, 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하여, 심토의 표토 촉진화를 실시하는 심토의 표토화 촉진 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 심토의 표토화 촉진 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표토 훼손에 의해 표토 아래에 위치하고 있는 심토가 노출되는 경우, 훼손된 표토를 재생하기 위해 채취한 시료를 대상으로 다양한 물리적 화학적 환경인자에 대해 실험ㆍ분석하여 심토의 부족한 성분을 다각적이면서 심층적으로 분석 인지한 후, 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하여, 심토의 표토 촉진화를 실시하는 심토의 표토화 촉진 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 토양은 건강한 생태계의 동식물 서식기반이며, 이 중 표토는 토양의 표면에 위치하는 A층으로, 유기물 함량이 높아 식물이 흡수 이용하는 대부분의 양분과 수분을 저장하고 공급하는 부분이다.
또한, 건강한 토양은 유기물을 많이 함유하고 안정된 토양입단을 형성하여 강우 시에도 안정된 구조를 유지함으로써, 잘 유실되지 않고 강우의 침투를 용이하게 할 뿐만 아니라, 안정된 구조 속에 탄소를 오랫동안 저장하여 보호함으로써 대기 중 이산화탄소량을 저감시키는 데에도 크게 기여한다.
이와 같은 토양 중 유기물이 상당히 많고 대개 검은빛을 띠는 상층토(지표면에서 5~30cm 깊이 구간)인 표토(表土)가 있으며, 이러한 표토는 땅에 존재하는 많은 물질, 돌과 식물, 벌레의 사체 등이 오랜 세월 풍화되면 제일 먼저 표토가 되어, 식물의 성장에 필요한 영양분이 다량 함유하고 있으며, 유기물질과 미생물의 농도도 높아 거의 모든 토양 내 생물학적 활동은 표토에서 이루어지게 되며, 식물의 뿌리가 내리는 주요 부위인 만큼 식물이 자랄 수 있는 자양분을 다량 가지고 있고 식물 생육에 필요한 수분의 대부분을 공급하고 있다.
이와 같이 표토는 표층의 물을 흡수하여 지층으로 이동시키는 역할을 하는데, 이러한 표토의 투수능력은 토양의 상태에 결정적인 영향을 준다. 원래 토양에는 크고 작은 무수한 공간(틈)이 있고, 그것은 크게 모세관 공간과 비모세관 공간으로 대별되는데 양호한 투수성은 주로 후자에 의하여 결정된다. 즉, 물의 이동은 토양구조나 생물이 만든 구멍에 의해서 생긴 비모세관 공간량과 그 형상에 의해서 좌우된다. 만약 빗방울의 타격작용에 의해 토양공간이 폐쇄되면 표토의 투수성은 극히 불량해지고 토양 내의 유거 수량이 많아지겠지만, 표토가 작물의 생육에 의하여 팽창되거나 또는 경기에 의해 표층부의 토양과 심층부의 토양을 반전시키면 투수성이 양호해진다. 따라서 작물을 경작해야 하는 층으로서의 표토는 조작과 관리의 중요대상이 된다.
이처럼 표토는 생물들이 살아갈 생활터전을 제공할 뿐만 아니라 내부에서 물을 순환시키고 탄소를 저장하는 기능도 있으며, 토양의 오염물질을 정화하고 이상기후를 조절하는 등, 생물학적으로도 환경적으로도 중요한 표토는 이미 세계적으로 중요한 자원으로 인식되고 있으며, 대한민국에서는 2010년 자국의 표토가 지닌 가치를 26.4조원으로 산정(환경부)하였다.
이와 같이 표토는 높은 가치를 지니고 있는 자원이지만 아쉽게도 특별한 노력이 없으면 금방 유실되는 자원이기도 하다. 예로, 표토 1cm가 생성되기 위해서는 무려 200년 넘는 시간이 필요하나, 1 ~ 2년이면 금방 유실된다. 특히 대한민국의 경우는 국토의 약 63.7%가 산림으로 이루어진 만큼 표토가 더욱 중요한 나라이다.
상기와 같이 표토가 쉽게 유실되는 원인으로는 매년 여름철 집중강우나 기후변화로 인한 게릴라성 폭우를 들 수 있는데, 표토 유실은 표토 침식으로 이어진다. 대한민국의 연평균 표토유실량은 32톤/ha로, 경제협력개발기구(OECD)의 연간 토양침식 허용값인 11톤/ha에 비해 약 3배나 많은 수치이다.
표토 훼손 내지 유실은 땅의 영양분으로 성패가 결정되는 농업에 치명적인 악영향을 미치는데, 토지의 기본적인 힘이 떨어지는 현상이기 때문에 홍수 피해가 더욱 커지게 되고, 토질은 물론이고 수질까지 떨어뜨리게 되므로, 생태계의 근원이 되는 중요 자원인 표토가 훼손되었을 때 신속한 복원이 요구되고 있다.
상기와 같이 표토 복원을 위한 종래 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0423004호(산림표토성분 조합조성물 및 이를 이용한 식생표토층조성에 의한 생태복원 녹화방법 ; 이하 문헌 1)와 대한민국등록특허공보 제10-1711124호(토양 개선 효과를 갖는 식물 활력제 조성물 및 이를 이용한 토양 개선 및 식물 성장 촉진 방법 ; 이하 문헌 2)를 예로 들 수 있다.
상기 문헌 1은 마사질토양ㆍ유기부숙퇴비ㆍ부후목재파쇄분ㆍ코코피트ㆍ피트모스를 혼합시켜서 된 산림표토조성물에 있어서, 상기 산림표토조성물에 퍼라이트토탄ㆍ휘라이트ㆍ플라이애쉬ㆍ숯분말ㆍ알긴산소다ㆍ목초액을 첨가 혼합시켜 혼합물을 형성시킨 것과, 상기 혼합물을 형성하는 각 조성물은, 마사질토양 10 ~ 30Kg%ㆍ유기부숙퇴비 25 ~ 40Kg%ㆍ부후목재파쇄분 15 ~ 25Kg%ㆍ코코피트 5 ~ 15Kg%ㆍ퍼라이트 1 ~ 5Kg%ㆍ피트모스 5 ~10Kg%ㆍ토탄 15 ~ 25Kg%ㆍ휘라이트 10 ~ 20Kg%ㆍ플라이애쉬 5 ~ 15Kg%ㆍ숯분말 1 ~ 3Kg%ㆍ알긴산소다 05 ~ 10Kg%ㆍ목초액 05 ~ 10Kg%의 비율로 혼합시킨 것과, 상기 혼합물에는 혼합물중량의 5 ~ 15Kg%의 비율로 수분을 첨가 혼합시켜서 된 것을 특징으로 하는 산림표토성분 조합조성물이다.
이러한 문헌 1은 식생용 인공토양을 산림 내에 존재하는 천연 표토층과 같은 성분과 특성을 갖는 산림표토성분 조합조성물을 제조하고, 이를 이용한 식생표토층 조성에 의한 생태복원 녹화 방법, 즉, 천연 표토층과 같은 성분을 단순히 조합 조성한 것에 불과한 것이므로, 표토가 훼손된 영역의 표토에 대한 분석이 이루어지지 않아 해당 영역과 대등한 표토 성분으로 복원 촉진시키는데 한계가 있는 것이다.
한편, 상기 문헌 2는 포타슘 모노설페이트(KHSO5)가 삼중염(triple salt)의 형태로 포함된 토양 전기전도도 감소제에 있어서, 상기 삼중염은 포타슘 모노퍼설페이트 (KHSO5) 35 내지 50 중량%, 포타슘 하이드로젠설페이트 (KHSO4) 15 내지30 중량% 및 포타슘 설페이트 (K2SO4) 20 내지 40 중량%를 포함하는 혼합물의 형태인 것을 특징으로 하는 토양 전기전도도 감소제와 토양 강도 감소제 및 토양 pH 증가제이다.
이러한 문헌 2 역시 단순히 상기와 같은 성분으로 식물활력제 조성물 즉, 영양제를 제조하여 살포하는 것에 지나지 않는 것이므로, 표토가 훼손된 영역의 표토에 대한 분석이 이루어지지 않아 해당 영역과 대등한 표토 성분으로 복원 촉진시키는데 한계가 있는 것이다.
상기와 같은 유기물과 광물질이 섞인 혼합토를 이용한 심토의 표토화 촉진 방법과 관련된 선행 기술의 문헌 예는 다음과 같다.
문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0423004호(명칭 : 산림표토성분 조합조성물 및 이를 이용한 식생표토층조성에 의한 생태복원 녹화방법 ; 출원일 : 2002년 11월 14일)
문헌 2 : 대한민국등록특허공보 제10-1711124호(명칭 : 토양 개선 효과를 갖는 식물 활력제 조성물 및 이를 이용한 토양 개선 및 식물 성장 촉진 방법 ; 출원일 : 2014년10월08일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 표토 훼손에 의해 표토 아래에 위치하고 있는 심토가 노출되는 경우, 훼손된 표토를 재생하기 위해 채취한 시료를 대상으로 다양한 물리적 화학적 환경인자에 대해 실험ㆍ분석하여 심토의 부족한 성분을 다각적이면서 심층적으로 분석 인지한 후, 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하여, 심토의 표토 촉진화를 실시하는 심토의 표토화 촉진 방법을 제공함에 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 표토 훼손에 의해 심토가 노출된 영역의 표토와 심토에 대한 광물과 상태를 분석하는 표토,심토분석단계(S11); 상기 영역의 점토광물과 상태를 분석하는 점토광물분석단계(S12); 상기 분석단계들(S11)(S12)에서 분석된 광물데이터와 상태데이터 중, 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 비교하여, 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터와 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 표토화데이터제시단계(S13); 상기 표토화데이터제시단계(S13)에서 제시되는 데이터를 기반으로 필요 요소를 심토에 살포하고 경운작업이 진행되도록 하는 표토화단계(S14); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 표토,심토분석단계(S11)는 표토와 심토에 대한 비산출률과 함수율 및 단위중량을 측정하고, XRF분석(X-ray fluorescence ; X-선 형광분석)와 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X-선 회절분석)과 pH 및 전기전도도(EC)를 측정하여 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 점토광물분석단계(S12)는 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X선회절분석) 또는 전자현미경 또는 시차열분석을 통해 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 표토화데이터제시단계(S13)는 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터 비교를 통해, 표토와 심토간 광물 원소의 유무 여부와 광물량의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터를 제시하고, 표토와 심토간 수분과 영양분의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명 중 상기 표토화단계(S14)는 필요 요소인 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 심토의 표토화를 위해 훼손된 영역의 표토와 심토를 수집하여, 물리적 실험으로는 비산출률과 함수율, 단위중량 측정을 수행하고, 화학적 실험으로는 광물분석인 XRF, XRD 분석과 pH 및 전기전도도(EC) 측정을 수행하여, 다각적이면서 심층적인 분석이 이루어지도록 함으로써, 최대한 훼손된 표토와 동일하거나 대등한 심토의 표토화를 유도하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 표토 훼손에 의해 표토 아래에 위치하고 있는 심토가 노출되는 경우, 훼손된 표토를 재생하기 위해서는 장기간에 걸친 노력과 많은 경비가 소요되므로, 해당영역의 표토와 심토에 대한 광물과 상태를 분석함과 동시에 점토광물과 상태를 분석하고, 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 비교하여, 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터와 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 얻어내, 이러한 데이터를 기반으로 필요 요소를 심토에 살포하고 경운작업이 진행되도록 함으로써, 훼손된 영역 주변의 표토와 동일 내지 대등한 광물을 포함하면서 대등한 토양 컨디션으로 심토를 표토화하는 과정이 단기간내에 신속히 이루어지도록 하는 효과를 얻는다.
도 1은 본 발명의 심토를 표토화 촉진 시키는 방법의 단계를 도시한 순서 블록도.
도 2는 본 발명의 XRD(X-선 회절분석) 그래프를 예시적으로 도시한 도표.
도 2는 본 발명의 XRD(X-선 회절분석) 그래프를 예시적으로 도시한 도표.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 심토의 표토화 촉진방법은 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 표토 훼손에 의해 심토가 노출된 영역의 표토와 심토에 대한 광물과 상태를 분석하는 표토,심토분석단계(S11); 상기 영역의 점토광물과 상태를 분석하는 점토광물분석단계(S12); 상기 분석단계들(S11)(S12)에서 분석된 광물데이터와 상태데이터 중, 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 비교하여, 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터와 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 표토화데이터제시단계(S13); 상기 표토화데이터제시단계(S13)에서 제시되는 데이터를 기반으로 필요 요소를 심토에 살포하고 경운작업이 진행되도록 하는 표토화단계(S14); 를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 본 발명 중 상기 표토,심토분석단계(S11)는 표토와 심토에 대한 비산출률과 함수율 및 단위중량을 측정하고, XRF분석(X-ray fluorescence ; X-선 형광분석)와 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X-선 회절분석)과 pH 및 전기전도도(EC)를 측정하여 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계인 것일 수 있다.
한편, 본 발명 중 상기 점토광물분석단계(S12)는 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X선회절분석) 또는 전자현미경 또는 시차열분석을 통해 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계인 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 표토화데이터제시단계(S13)는 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터 비교를 통해, 표토와 심토간 광물 원소의 유무 여부와 광물량의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터를 제시하고, 표토와 심토간 수분과 영양분의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 단계인 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 표토화단계(S14)는 필요 요소인 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하는 것일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 표토 훼손에 의해 심토가 노출된 영역의 표토와 심토에 대한 광물과 상태를 분석하는 표토,심토분석단계(S11); 상기 영역의 점토광물과 상태를 분석하는 점토광물분석단계(S12); 상기 분석단계들(S11)(S12)에서 분석된 광물데이터와 상태데이터 중, 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 비교하여, 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터와 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 표토화데이터제시단계(S13); 상기 표토화데이터제시단계(S13)에서 제시되는 데이터를 기반으로 필요 요소를 심토에 살포하고 경운작업이 진행되도록 하는 표토화단계(S14); 를 포함하는 심토의 표토화 촉진방법이다.
여기서, 본 발명 중 상기 표토,심토분석단계(S11)는 해당 영역에서 수집한 표토와 심토에 대한 비산출률과 함수율 및 단위중량을 측정하고, XRF분석(X-ray fluorescence ; X-선 형광분석)와 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X-선 회절분석)과 pH 및 전기전도도(EC)를 측정하여 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계이다.
이때, 본 발명의 상기 비산출률 측정은 물로 포화된 표토와 심토로부터 중력으로 배출되는 물의 부피(Wy)와 시료 전체의 부피(V)의 비율을 측정 산출하는 것이다.
상기한 비산출률은 포화된 토양 또는 암석에서 중력에 의해 배출되는 수량과 암석의 주어진 질량에 대한 용적과의 비율이며, 모래의 양이 증가함에 따라 급격하게 커지고 실트와 점토의 양이 증가할수록 작아진다. 비산출률 분석 결과, 전반적으로 표토보다 심토의 비산출률 범위가 좁게 나타나고, 대부분의 심토의 값이 표토보다 낮게 나타나며, 산출 공식은 아래와 같다.
Sy : 비산출률 Wy : 배출되는 수량 V : 암석 또는 토양의 용적
여기서, Sy = 비산출량이며, 포화상태에서 물을 배수시키면 배수된 물의 부피와 시료에 남아있는 물의 부피의 합은 전체 공극의 부피와 같기 때문에 비보유율과 비산출량을 합한 값은 공극률이 된다. 유효공극률(effective porosity)과 같은 개념으로 사용되며, 시료를 구성하고 있는 입자의 크기, 모양, 공극의 분포 및 치밀도 등에 따라 결정된다.
또한, 본 발명의 상기 함수율 측정은 표토와 심토가 각각 함유하고 있는 수분의 함량을 측정하여 전체 토양에 대한 비율로 표시하는 것이다.
상기한 함수율은 함수량을 나타내기 위해 쓰이는 지수의 하나로, 어떤 흙 속에 함유되는 물의 무게와 그 흙 전체의 무게와의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 함수율은 전반적으로 표토가 심토보다 더 높은 값을 가지는 경향이 있는데, 이는 표토가 심토보다 상위에 위치하기 때문에 강수의 영향을 직접적으로 받았기 때문이다.
함수율의 측정방법은 처리되지 않은 습윤 토양의 중량을 측정한 뒤, 105~110℃의 온도하에서 건조하는데, 이 때 건조시간은 건조중량이 바뀌지 않을때까지 계속되어야 하나 일반적으로 24시간동안 건조시키는 방법이 사용된다. 건조 후 건조질량을 측정한 후 습윤질량에서 건조질량을 뺀 값이 함유되어 있는 수분의 중량이 된다. 이렇게 계산된 수분의 중량을 건조시킨 시료의 중량으로 나눈 후 100을 곱하여 퍼센트로 표현하며, 그 공식은 아래와 같다.
수분을 흡수하고 있는 시료의 무게에 대한 흡수된 물의 양의 백분율을 말하며, 수분율 = 함수시료의 무게－건조시료의 무게/건조시료의 무게×100%이고, 함수비 ω는 흙 입자 중량 Ws와 물의 중량 Ww를 이용하여 정의한다.
또한, 본 발명의 상기 단위중량은 표토와 심토 각각의 단위체적당 중량으로 단위체적당 질량인 밀도에 중력가속도 'g' 를 곱하여 산출하는 것이다.
이러한 단위중량 측정 결과는 표토가 심토보다 대체로 낮은 값을 가지는데, 이는 심토가 표토 하위에 위치하여 하중으로 인해 표토보다 토양입자 간의 간격이 좁아지고 상대적으로 치밀해지면서 나타나는 현상이다.
흙 시료에 물이 포함되었는가, 수중에 흙 시료가 있는가 등 상황에 따라 단위중량은 여러 가지로 정의되는데, 전체단위중량(total unit weight) 또는 습윤단위중량(moist unit density), 공기중에 있는 습윤상태의 흙 시료 단위중량을 전체단위중량 또는 습윤단위중량이라고 한다.
이때, 건조단위중량(dry unit weight)은 건조되어 물이 없는 경우의 흙 시료 단위중량이며 산출 공식은 아래와 같다.
이때 또한, 포화단위중량(saturated unit weight)은 공극이 모두 물로 채워져 있을 때 단위중량dlai 산출 공식은 아래와 같다.
이때 또한, 수중단위중량(submerged unit weight)은 지하수위 아래에 있는 흙의 단위중량으로, 지하수위 아래에 있는 흙은 부력을 받기 때문에, 포화단위중량보다 가벼워져야 하므로 포화단위중량에서 물의 단위중량을 빼주며, 산출 공식은 아래와 같다.
또한, 본 발명의 상기 XRF분석은 주원소 화학분석법으로, 표토와 심토 시료의 형광 X-선을 측정하여 물질을 정성ㆍ정량하는 것으로, 시료 표면에 조사한 X-선으로부터 나온 형광 X-선을 이용하여 원소 성분을 측정하는 것이다.
이와 같은 상기 XRF분석은 X-선 회절분석 결과를 토대로, 표토와 심토 시료의 화학적 변질지수(chemical alteration index)를 계산하여 암석과 토양의 풍화변질 정도를 정량화하는 것으로, CIA(chemical index of alteration)와 CIW(chemical index of weathering index)인 것이다.
또한, 본 발명의 상기 XRD분석은 X-선을 표토와 심토의 광물 시료에 조사하여 그 결정 구조를 분석하는 것이다.
이와 같은 상기 XRD분석은 예시적으로 첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같이, 입사된 X-선이 결정 구조 내부의 격자 면에 대하여 특정 조건을 만족시켰을 때 격자 면의 원자에 의하여 산란된 X-선은 보강 또는 소강 간섭을 일으키며 특징적인 회절 패턴을 보이게 되어 광물조성의 특징을 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 pH분석은 표토와 심토 시료의 수소이온농도를 지수로 나타낸 것으로, 용액의 산성도를 가늠하는 실험 분석하는 것이다.
또한, 본 발명의 상기 전기전도도분석(EC, Electrical Conductivity)는 표토와 심토 시료의 용액 중 전해질 이온의 세기를 나타내는 척도에 대해 실험 분석하는 것이다.
한편, 본 발명 중 상기 점토광물분석단계(S12)는 XRD분석(X-Ray Diffractometer ; X선회절분석) 또는 전자현미경 또는 시차열분석을 통해 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계이다.
상기 점토광물은 상당량의 철이나 알칼리 금속, 알칼리 토금속을 함유하기도 하는데, 점토광물들은 서로 매우 비슷하여 많은 종류들이 X선 회절분석, 전자현미경 또는 시차열분석에 의해서만 구별된다. 점토광물에 대해서는 몇 가지 분류체계가 제안되었는데, 이들은 자세한 내용에 있어서는 서로 다르나 일반적으로 구조와 화학조성에 근거하여 점토광물을 크게 9가지 군으로 구분할 수 있다는 점에서는 일치한다.
상기, 9가지 군들은 ① 앨로페인, ② 캐올리나이트, ③ 할로이사이트, ④ 몬모릴로나이트, ⑤ 일라이트, ⑥ 녹니석, ⑦ 질석, ⑧ 해포석ㆍ애타펄자이트ㆍ팰리고르스카이트, ⑨ 혼합층상 점토광물이다.
이러한 점토광물 구조는 2가지 구조단위로 기재되는데, 첫번째 구조단위는 2차원적인 6각 망상구조로 배열된 규소-산소 4면체 층으로 구성되어 있으며, 각 4면체는 다른 4면체와 3개의 산소를 공유하고 있다(산소 원자는 거의 하나의 평면 내에 위치함). 중심에 규소가 있는 4면체는 모두 한 방향을 향하고 있으며, 그 끝에 있는 4번째 산소 또는 히드록시기는 한 평면상에 존재하며, 변형되지 않은 이 단위의 두께는 약 4.7Å(옹스트롬：1Å=10－4㎛)이다.
두번째로 점토광물에 특징적인 구조 단위는 금속, 일반적으로 알루미늄ㆍ마그네슘ㆍ철이 차지하는 8면체를 형성하는 조밀하게 쌓인 2층의 산소 또는 히드록시기로 구성되어 있다. 이들 자리는 모두 점유되어 있는 것은 아니며, 8면체 이온의 전하에 의해 결정되며, 변형되지 않은 8면체 층의 두께는 약 5.05Å이다. 4면체 및 8면체 구조단위는 여러 가지 공간 배열로 결합되거나 쌓여 있다. 다소 덜 흔한 점토광물은 비정질이거나, 각섬석광물의 이중 4면체 사슬과 비슷한 구조를 가지고 있다.
이와 같은 점토광물은 일반적으로 풍화작용의 산물들이다. 다른 환경, 특히 기후와 수문학적 조건이 다를 경우에는 동일한 모암으로부터 다른 점토광물이 형성된다. 어떤 경우의 점토광물은 거의 단일광물 광상을 형성하는 열수작용의 결과로 형성되기도 한다. 점토광물은 이암ㆍ셰일과 같은 퇴적암, 해성 퇴적물 및 토양에서도 널리 산출된다.
또 한편, 본 발명 중 상기 표토화데이터제시단계(S13)는 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터의 비교를 통해, 표토와 심토간 광물 원소의 유무 여부와 광물량의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터를 제시하고, 표토와 심토간 수분과 영양분의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 단계이다.
이와 같은 상기 표토화데이터제시단계(S13)는 표토,심토분석단계(S11)와 점토광물분석단계(S12)에서 측정 분석된 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 상호 비교하고, 심토에서 표토에 포함된 광물과 수분 및 영양분이 존재하는지 여부와 존재한다면 그 양에 차이가 있는지를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터를 제시하고, 표토와 심토간 수분과 영양분의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 프로그램 내지 알고리즘이 탑재된 컴퓨터장치를 통해 진행될 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 표토화단계(S14)는 표토화데이터제시단계(S13)에서 제시하는 보충요소와 상태변화요소인 필요요소인 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하는 것이다.
이때, 상기 유기물과 광물질의 예로는 고령토, 부식산, 탈지강, 제오라이트, 게르마늄, 어분 및 미생물제재를 추가 혼합, 숙성시켜서 된 것을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 표토가 훼손된 영역의 표토와 동일하거나 대등한 유기물과 광물질로 이루어진 것이면 만족한다.
참고로, 본 발명에서 유기물과 광물질 중 고령토는 규석 50%, 알루미나 309%, 포타시움 25% 등의 성분으로 구성되어 있으며, 주로 석영ㆍ점토입자로 구성된 집합체 표면에 결각으로 존재하거나 작은 크기의 입상체나 패각 파편의 형태로 존재하게 되면서 유기농업, 무농약농업에서 문제시되는 해충발생의 피해를 줄일 수 있다.
또한, 부식산은 리그닌 단백질 복합체로써 토양에 가해진 유기물이 다양한 미생물에 의하여 분해작용을 받아 원 조직 중 쉽게 분해되는 것들은 분해되어 없어지고 남은 물질이 변형 또는 합성된 갈색 또는 암갈색의 일정한 형태가 없는 교질상의 복잡물질이라 할 수 있다. 이러한 부식산이 토양에 미치는 기능을 살펴보면, 부식산은 양이온 치환용량이 200~600me/100kg으로 매우 높아 보비력 향상에 매우 효과적이며, 완충력이 높아 토양 내 염류 집적 문제해결에 효과적이고, 보수력이 높아 가뭄 피해 감소에 효과적이고, 토양의 입단구조 형성촉진을 통해 토양 물리성 개선에 좋고 유용한 토양미생물의 먹이 공급으로 활동을 증가시키는 기능을 갖는다. 또한, 부식산은 작물 생산에 있어 종자의 발아율을 개선하며 발아 속도를 향상시키고, 토양 내의 미세 식물군이 발달하도록 자극하는 기능도 하는 것으로, 비록 부식산 자체는 비료가 아니지만 비료의 보조제 역할을 하여 미량원소가 토양에서 식물체로 이동하는 과정을 도와주는 작용을 하게 된다.
또한, 탈지강은 쌀겨로부터 기름을 추출하면 탈지강이 남게 되는 것으로 탈지강은 기름 성분을 제거한 후에도 여전히 각종 단백질 전분, 다당류, 비타민, 미네랄, 섬유 등 다중의 영양소를 함유하고 있다.
또한, 본 발명에서는 맥반석을 함유시켜 사용코자 하는바, 맥반석이란 화성암류 중 석영반암에 속하는 암석으로써 무수규산(SiO2)과 산화알루미늄(Ai2O3)이 주성분이며, 40 여종의 미네랄 성분구성으로 토양의 활력을 유지하고, 1㎠당 5만~10만여개의 많은 공극으로 되어, 이것으로 강력한 흡착작용, 미네랄 용출, 이온교환작용, 원적외선을 방사하는 바이오스톤(BIO STONE)으로 생물의 각종 질병 예방과 치료, 해독, 생육촉진, 수확량 증가의 효과가 있으며, 유해물질 및 중금속을 흡착분해하며 부패원인 제거, 신선도 유지기능을 하는 작용효과를 갖도록 제공된다.
또한, 본 발명에서는 토양의 습기량 조절기능을 높이기 위하여 제오라이트를 사용하며, 제오라이트의 화학식은 (Na,Ca)2(AI2Si3O10)ㆍ8H2O로 나타낼 수 있는 것으로, 제오라이트의 결정수는 일반 구조수와는 달리 물 분자로 존재하기 때문에 가열에 따라 탈수하여도 구조는 파괴되지 않고 물 분자가 있던 곳은 그대로 공간을 남아 마치 스폰지와 같은 구조가 되고, 다시 그 사이에 수분이나 가스를 흡착하여 원상으로 복귀시키는 특성으로 인해, 제오라이트의 결정형 미세 다공질 사이에 물과 유효성분을 보관하며 필요시 공급할 수 있도록 제오라이트 내에는 CEC(양이온치환용량)가 포함되며, 수분 최대함유율은 12% 이하로 조절 가능한 물질의 특성을 이용한다.
또한, 본 발명에서는 아미노산의 함량을 높이기 위하여 어분을 첨가할 수도 있는데, 어분의 주요성분은 단백질 67% 이상,지방 85%,회분 18%, FF 75% 등으로 각종 아미노산과 고단백을 바탕으로 작물의 성장과 과실에 지대한 영양을 주는 기능을 갖는다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S11 : 표토,심토분석단계 S12 : 점토광물분석단계
S13 : 표토화데이터제시단계 S14 : 표토화단계
S13 : 표토화데이터제시단계 S14 : 표토화단계
Claims (10)
- 표토 훼손에 의해 심토가 노출된 영역의 표토와 심토에 대한 광물과 상태를 분석하는 표토,심토분석단계(S11);
상기 영역의 점토광물과 상태를 분석하는 점토광물분석단계(S12);
상기 분석단계들(S11)(S12)에서 분석된 광물데이터와 상태데이터 중, 표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터를 비교하여, 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터와 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 표토화데이터제시단계(S13);
상기 표토화데이터제시단계(S13)에서 제시되는 데이터를 기반으로 필요 요소를 심토에 살포하고 경운작업이 진행되도록 하는 표토화단계(S14); 를 포함하고,
상기 표토,심토분석단계(S11)는, 해당 영역에서 수집한 표토와 심토에 대한 비산출률과 함수율 및 단위중량을 측정하고, XRF분석과 XRD분석과 pH 및 전기전도도(EC)를 측정하여 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계이고,
상기 XRF분석은, 주원소 화학분석법으로, 표토와 심토 시료의 형광 X-선을 측정하여 물질을 정성ㆍ정량하는 것으로, 시료 표면에 조사한 X-선으로부터 나온 형광 X-선을 이용하여 원소 성분을 측정하며,
상기 XRF분석은 X-선 회절분석 결과를 토대로, 표토와 심토 시료의 화학적 변질지수(chemical alteration index)를 계산하여 암석과 토양의 풍화변질 정도를 정량화하고,
상기 XRD분석은, X-선을 표토와 심토의 광물 시료에 조사하여 그 결정 구조를 분석하며,
상기 XRD분석은, 입사된 X-선이 결정 구조 내부의 격자 면에 대하여 특정 조건을 만족시켰을 때 격자 면의 원자에 의하여 산란된 X-선은 보강 또는 소강 간섭을 일으키며 특징적인 회절 패턴을 보이게 되어 광물조성의 특징을 파악하고,
상기 pH분석은 표토와 심토 시료의 수소이온농도를 지수로 나타낸 것으로, 용액의 산성도를 가늠하는 실험 분석하며,
상기 전기전도도분석(EC, Electrical Conductivity)는 표토와 심토 시료의 용액 중 전해질 이온의 세기를 나타내는 척도에 대해 실험 분석하는 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 삭제
- 청구항1에 있어서,
상기 비산출률 측정은,
물로 포화된 표토와 심토로부터 중력으로 배출되는 물의 부피(Wy)와 시료 전체의 부피(V)의 비율을 측정 산출하는 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 청구항1에 있어서,
상기 함수율 측정은,
표토와 심토가 각각 함유하고 있는 수분의 함량을 측정하여 전체 토양에 대한 비율을 측정 산출하는 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항1에 있어서,
상기 점토광물분석단계(S12)는,
XRD분석 또는 전자현미경 또는 시차열분석을 통해 입력되는 데이터로부터 광물 원소와 분포도를 분석하는 단계인 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 청구항1에 있어서,
상기 표토화데이터제시단계(S13)는,
표토와 심토의 광물데이터와 상태데이터의 비교를 통해, 표토와 심토간 광물 원소의 유무 여부와 광물량의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 광물을 포함한 보충요소데이터를 제시하고, 표토와 심토간 수분과 영양분의 편차를 산출하여 표토 대비 심토의 부족한 수분과 영양분을 포함한 상태변화요소데이터를 제시하는 단계인 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 청구항1에 있어서,
상기 표토화단계(S14)는,
표토화데이터제시단계(S13)에서 제시하는 보충요소와 상태변화요소인 필요요소인 유기물과 광물질이 혼합된 혼합토를 심토에 살포하고 경운작업을 진행하는 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
- 청구항9에 있어서,
유기물과 광물질은 고령토, 부식산, 탈지강, 제오라이트, 게르마늄, 어분 및 미생물제재를 추가 혼합, 숙성시켜서 된 것,
을 특징으로 하는 심토의 표토화 촉진방법.
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