KR102657077B1 - 블랙피트와 효소를 포함한 토양 복원제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양 복원제에 관한 것으로, 특히 효소가 포함된 부형제에 블랙피트를 혼합하여 오염된 농경지의 토양을 중성화함으로써 복원함은 물론 충분한 양분을 공급할 수 있도록 한 토양 복원제에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 효소와, 부엽토와, 분말화된 미네랄과, 축분과, 미생물과, 어분으로 된 부형제에 블랙피트를 혼합한 후 부숙하여 제조된다.

Description

블랙피트와 효소를 포함한 토양 복원제 및 그 제조방법{Soil restoration agent containing black peat and enzyme, and method for manufacturing the same}

본 발명은 토양 복원제에 관한 것으로, 특히 효소가 포함된 부형제에 블랙피트를 혼합하여 오염된 농경지의 토양을 중성화함으로써 복원함은 물론 충분한 양분을 공급할 수 있도록 한 토양 복원제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

농지의 단위면적당 생산량을 극대화하기 위하여 토양에 화학성 비료를 장기간 사용하게 되어 토양의 산화, 경화, 노화현상이 발생되면서 토양의 기본적인 함유영양분이 거의 유실되어 한해(旱害), 병충해 등에 대한 대항력이 현저하게 떨어지게 된다.

이로 인해 농작물, 과수 등에 고위(枯萎)현상이 발생되었기 때문에 토양의 단위 면적당 생산량이 저하되는 악순환을 초래하는 문제점이 대두되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 최근에는 산성화된 농지토양을 중성토양으로 개량시켜 화학비료, 농약은 물론 퇴비의 사용량을 감소시키면서도 농산물의 성장률 및 생산율을 개선시킬 수 있는 토양 복원제(토양 개랑제)를 사용하게 된다.

토양 개량제의 일 예로서, 대한민국 공개특허 제10-1999-0024540호(토양 개량제 및 그 제조방법)에서는, 인광석과 불석 및 맥반석을 4∼6mm정도의 크기로 분쇄하여 준비완료 하고 상기 준비된 재료들을 회전로에 약 1:1:1정도의 배합비로 넣고 280℃∼320℃로 가열하여 주는 제1, 제 2공정과, 상기 회전로의 재료를 반응기로서 활성반응을 측정하여 그 온도가 28℃∼32℃ 온도분위기를 가질 때 90∼100메쉬로 분쇄시켜 준비하는 제 3공정과, 상기 제 3공정에서 분말화된 재료를 분상 내지는 입상형태로 포장하여 주는 제 4공정을 거쳐 토양 개량제를 제조하는 기술을 제안하였다.

그런데, 이러한 종래기술에 의하면, 산성토양을 중성화시키는 전해질능력이 있고, 토양을 활성화시킬 수 있어 산화, 경화된 토양의 중화에 의한 미생물의 번식으로 토양을 원래상태로 회복시킬 수 있지만, 단순히 토양의 활성화에 의한 비옥화를 유지하고, 비료효과의 지속성만을 유지하게 되므로, 토양이 영양분을 가지기 위해서는 별도의 양분을 추가로 투입하여야 하는 단점이 있다.

이로 인해, 토양을 개량한 다음 다시 양분을 추가하여야 하므로, 개량 비용과 시간이 증대되고, 그에 따른 개량 효율이 저하되는 문제점을 가지게 된다.

그리고, 인광석은 수요가 폭발적으로 증가한 반면 그 매장량이 점차적으로 줄어들고 있어서, 고가이면서도 가격 변동이 심하여 쉽게 사용하지 못하고, 맥반석의 경우에도 그 사용처가 많아 채굴이 증가하게 되어 점차적으로 채굴량의 감소에 따른 가격상승 요인 때문에 쉽게 사용하지 못하는 단점이 있다.

<선행기술문헌>

1. 대한민국 공개특허 제10-1999-0024540호

(토양 개량제 및 그 제조방법)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은, 비교적 저렴하게 생산되는 블랙피트에 각종 부산물과 효소로 형성된 부형제를 혼합하여 저렴하면서도 토양에 양분을 제공할 수 있는 토양 복원제 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 토양 복원제는

효소와, 부엽토와, 분말화된 미네랄과, 축분과, 미생물과, 어분으로 된 부형제에 블랙피트를 혼합한 후 부숙하여 제조된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 토양 복원제 제조방법은,

조릿대, 죽순, 쑥, 감초, 민들레, 달맞이꽃, 매실, 질경이 중 어느 하나 이상의 식물을 건조하여 혼합하여 준비하는 제1과정;

귀뚜라미, 누에고추 중 어느 하나 이상의 곤충을 건조하여 볶아 준비하는 제2과정;

보조제로서 발아된 맥아 또는 건조된 쌀겨 중 어느 하나 이상 준비하여 제3과정;

분쇄된 미네랄 원료와 천연수를 혼합한 후 옹기에서 미네랄 원료를 침전시켜 10~15일 후 침전물이 제외된 효모 생산용 용액을 제조하는 제4과정;

상기 식물, 곤충, 보조제, 그리고 상기 효모 생산용 용액을 혼합하여 용기에 채운 다음, 밀봉하여 그늘진 땅에 묻어 일정기간 경과 후 개봉하여 액상 효모만을 분리하는 제5과정;

상기 액상 효모를 배양하여 효소를 제조하는 제6과정;

상기 효소와, 부엽토와, 분말화된 미네랄과, 축분과, 미생물과, 어분을 혼합하여 부형제를 제조하고, 상기 부형제를 80℃ 이상의 온도, 45~50 중량%의 수분 상태에서 교반하는 제7과정;

50~60 중량%의 함수율을 갖는 블랙피트 30~50중량%와 상기 부형제 50~70 중량%를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45~55 중량%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반한 다음 열이 있는 상태에서 적치하는 제8과정;으로 구성된다.

상기 제5과정은

액상 효모 45~55 중량%와 효모 생산용 용액 45~55 중량%를 혼합하여 용기에 채워 당액(molasses)이 30ppm을 갖도록 투입하고, 블로워와 교반기를 이용하여 혼합된 용액에 공기를 주입하며, 액체의 흐름을 조절한 후, 8개월 배양하여 효소를 제조하는 제5-1과정을 포함하여 구성된다.

상기 제7과정은

물과 효소를 20:1로 혼합하여 희석시키고, 부엽토와, 분말화된 미네랄과, 축분과, 미생물과, 어분이 혼합된 부형원료 1㎥에 상기 희석된 효소 1ℓ를 혼합하여 1차 부형제를 제조한 후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반 및 1차 부숙시키는 제1단계;

부숙 온도가 60℃에 이르면 수분이 45 ~ 50 중량%를 유지하는지를 확인한 다음 수분이 부족하면 추가로 물을 투입하면서 2차 부숙시키는 제2단계;로 구성된다.

이러한 본 발명에 따르면, 비교적 저렴한 블랙피트와 효소를 포함하는 부형제를 혼합하여 토양 복원제를 제조함으로써 토양을 중성으로 변화시켜 복원함은 물론 효소에 의한 미생물의 활성화로 인해 토양에 충분한 영양분을 공급할 수 있게 되어 작물의 성장을 축진시킴으로써 수확량을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

본 발명의 토양 복원제는 부형제에 블랙피트가 혼합되어 부숙됨으로써 제조되는데, 상기 부형제는 부엽토, 분말화된 미네랄, 축분, 미생물, 어분, 효소가 혼합되어 제조된다.

1) 부형제(賦形劑)

상기 부엽토는 폐기된 버섯 배지 등의 인공부엽토 또는 자연 부엽토 등을 사용할 수 있으며, 부형제를 이루기 위한 가장 큰 성분이다.

상기 분말화된 미네랄은 카올리나이트(Kaolinite), 흑운모(biotite), 휴마이트(Humite), 보통운모(Common Mica), 제올라이트(Zeolite), 천매암(Phylite) 중 어느 하나 이상을 혼합하여 70메시로 분말화하게 된다.

이러한 광물로 된 미네랄은 잡균번식을 억제시키면서도 작물에 영양분을 공급하여 생장촉진에 영향을 준다.

상기 축분은 토양에 질소 영양분을 공급하면서 미생물의 먹이로 작용하여 토양의 양분을 충분히 공급하게 된다.

상기 미생물은 대표적으로 고초균인 바실러스서브틸로스(Basillus Subtilis)을 사용하게 되는데, 이러한 고초균은 저연계에서 널리 분포하는 비병원성 호기성 세균으로서, 자연상태의 물이나 흙을 비롯하여 토양, 하수, 초지 등에 널리 분포하는 미생물이다.

상기 어분은 축분과 마찬가지로 토양에 질소 영양분을 공급하면서 미생물의 먹이로 작용하며, 축분보다는 냄새가 많이 나지 않아 축분과 적절히 혼합하여 사용하게 된다.

상기 효소는 미생물의 먹이로 작용하여 미생물에 의해 축분과 어분이 분해되어 토양에 양질의 양분을 공급할 수 있도록 한다.

이러한 효소는 다양한 효소를 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 미생물의 활성을 증진시키기 위하여 아래의 과정에 의해 효소를 제조하게 된다.

1-1) 효모 제조과정

1-1-1) 효모 제조

효모는 식물, 곤충, 보조제, 그리고 용액이 혼합되어 제조되는데, 식물로서는 조릿대, 죽순, 쑥, 감초, 민들레, 달맞이꽃, 매실, 질경이 중 어느 하나 이상이 사용되고, 곤충으로는 귀뚜라미, 누에고추 등 어느 하나 이상이 사용되며, 보조제로는 맥아, 쌀겨(미강) 중 어느 하나 이상이 사용된다.

효모 생산용 용액으로는 흑운모, 천매암, 붉은색 황토, 휴마이트 등의 미네랄이 함유된 물을 사용하게 된다.

상기 식물은 각각 건조하여 놓게 되며, 가급적 상기 8가지 식물을 각각 건조 후에 고르게 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 곤충은 건조 후 180℃에서 볶아 놓게 되고, 이 또한 바람직하게는 귀뚜라미와 누에고추를 함께 혼합하는 것이 바람직하다.

보조제로서 맥아는 발아되어 싹이 5mm 정도되면, 이를 건조하여 분쇄함으로써 분말 형태로 가공하고, 또한 쌀겨는 건조하여 놓게 되며, 바람직하게 맥아분과 쌀겨를 함께 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 미네랄 원료는 150~200 메시로 분쇄한 다음 천연수와 혼합하여 효모생산용 용액을 만들게 되는데, 미네랄 원료는 35~45 중량%, 천연수는 55~65 중량%로 하여 서로 혼합하여 용액을 만들게 되며, 옹기에 투입하여 상기 미네랄 원료를 침전시키게 된다.

이때, 옹기는 김치류, 장류, 소금 등의 용기로 사용한 이력이 없어야 하고, 용액이 투입되는 옹기를 서늘하고 바람이 잘 통하는 곳에서 10~15일 놓아둠으로써 미네랄 원료를 침전시키게 되며, 효모 생산용 용액으로서 미네랄 원료 침전물은 사용하지 않고, 맑은 용액만 사용하게 된다.

이렇게, 생산된 식물 30~40 중량%, 곤충 35~45 중량%, 보조제 13~17 중량%, 그리고 효모 생산용 용액 8~12 중량%를 혼합하여 용기에 용기용적의 약 90%정도 채운 다음, 밀봉하여 그늘진 땅에 묻어 2년 10개월 ~ 3년 2개월 경과 후 개봉한다.

그리고, 감각기관(눈, 코, 입)으로 확인하면서 액체만을 분리하여 최종 액상 효모를 제조하게 되며, 이때 pH는 6.5 ~ 6.9 정도 된다.

1-1-2) 효모 배양

상기 1-1-1) 과정에 의해 제조된 효모를 배양하여 증량하기 위해서는, 제조된 액상 효모 45 ~ 55 중량%와 효모 생산용 용액 45 ~ 55 중량%를 혼합하여 용기에 용기용적 80%정도 채우고, 효모의 먹이인 당액(molasses)이 30ppm을 갖도록 투입한다.

이후, 블로워와 교반기를 이용하여 공기를 주입하고, 액체의 흐름을 조절한 후, 8개월 정도 배양하면 45 ~ 55 중량%로 효모의 증액이 가능하게 된다.

1-2) 효소 제조과정

제조되거나 배양된 효모를 용기에 투입한 다음 밀봉하여 그늘지고, 보온이 유지되며, 환기가 잘 이루어지는 장소에서 숙성시키게 되는데, 땅에 매립하여 숙성시키는 것이 가장 바람직하다.

매립후에는 22 ~ 26개월 이루에 개봉하여 효소 진행 여부를 확인하여 효소 제조가 이루어지는 것이다.

2) 부형제 제조과정

부형제는 액상의 효소가 포함된 토양 복원제가 형태를 갖도록 하는 것으로서, 액상의 효소에 부형원료인 부엽토, 분말화된 미네랄, 축분, 미생물, 어분을 혼합하여 1차 부형제를 제조하게 되는데, 이때 부엽토 34 중량%, 분말화된 미네랄은 5중량%, 축분은 30 중량%, 미생물 1중량%, 어분 30중량% 정도를 혼합하여 부형원료를 제조함이 바람직하다.

이후, 물과 효소 용액을 20:1로 혼합하여 희석시킨 다음 부형원료 1㎥에 희석된 효소 1ℓ를 혼합하게 되고, 이후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반하게 된다.

물론, 이러한 성분비는 토양의 오염 상태에 따라 얼마든지 달라질 수 있을 것이다.

상기 부형원료와 효소가 혼합된 부형제를 교반조에서 교반하면서 부숙(腐熟)과정을 거치게 되는데, 부숙 최고온도인 60℃에 이르면 수분이 45 ~ 50 중량%를 유지하는지를 확인한 다음 수분이 부족하면 추가로 물을 투입하게 된다.

또한, 물의 투입에 따라 부숙 온도가 낮춰지면, 다시 열풍 블로워와 교반에 의해 2차 부숙을 행하게 되고, 이때도 수분이 45 ~ 50 중량%를 유지하도록 한다.

이렇게 2차의 부숙이 이루어지면 효소가 혼합된 1차 부형체의 제조가 완료되는 것이다.

3) 부형제와 블랙피트 혼합

상기에서 제조된 부형제 50~70 중량%와, 함수율 50~60 중량%를 갖는 블랙피트 30~50 중량%를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45 ~ 55 중량%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반하게 되고, 열이 있는 상태에서 적치하게 되면, 최종적으로 토양 복원제가 제조된다.

상기 블랙피트(Black peat), 즉 토탄은 땅속에 매몰된 기간이 오래되지 않아 탄화 작용이 제대로 이루어지지 않은 석탄으로서, 이끼나 볏과의 식물이 습한 땅에 쌓여 분해되고 변질된 것이다.

이러한 블랙피트는 채굴시 보통 함수율이 98%이상이므로, 이를 대류바람을 이용하여 함수율이 50~60 중량% 정도를 가지도록 건조시키게 된다.

블랙피트에는 휴믹산과 플빅산이 다량 함유되어 있는데, 이러한 휴믹산과 플빅산은 화학적으로 오염된 토양을 복구시키는 기능을 가지고 있게 된다.

휴믹산의 경우에는 자기부피의 7배에 해당하는 물을 흡수할 수 있어서, 토양의 가장 중요한 요소 중의 하나인 함수율을 결정하고, 또한 토양 유효미생물이 가장 효율적으로 이용할 수 있는 에너지원으로서 미생물의 생육을 촉진시키며, 토양에 투입된 비료에 대한 작물의 비료 흡수 민감도를 자극하여 영양 흡습 능력을 30%정도 증대시키게 된다.

또한, 휴믹산은 화학적으로 불안정한 비료 사용시 물에 씻겨 소실되거나 또는 토립자에 고정되어 심각한 염류장애를 초래하는 것을 방지함은 물론, 암모니아와 같이 대기 중으로 소실되는 영양성분들을 안정화시키게 된다.

그리고, 휴믹산은 토양미생물이 분비하는 대사물질과 함께 푸석푸석한 토양을 부드럽게 입단화하는 대표적 천연 물질로서, 토양의 공극률, 보습력, 투수성, 양분 보유력, 비표면적 증대, 양이온교환 증대 등의 다양한 기능을 가지게 된다.

이러한 휴믹산과 플빅산은 작물의 면역체계를 역화시키는 해충이나 병원균이 분비하는 효소와 결합하여 무해화시킴으로써 작물의 면역체계를 활성화시키는 작용을 하게 되고, 토양 내부에서 작물이 스트레스를 초래하는 구리, 알루미늄, 나트륨 등의 유해 원소와, 카드뮴, 크롬과 같이 유해 중금속과, 제초제, 살충제와 같은 독성 잔류물질 및 각종 환경 독성물질 등과 반응하여 양이온 교환반응, 음이온 리간드 교환 반응, 산화와 환원반응 등을 통한 극성 변환, 유해물질의 분자 구조 내부에 봉인하는 완충제 역할을 함으로써 건강한 작물로 성장시키는 역할도 하게 된다.

이러한 휴믹산과 플빅산을 함유한 블랙피트를 부형제와 혼합하여 토양 개량제로 사용하는 경우에는 토양을 Ph 6~7 정도의 중성을 변화시키게 되며, 부형제에 포함된 효소는 사멸하지 않은 상태로 존재하여 작물의 생육에 도움을 주게 된다.

또한, 본 발명의 토양 복원제를 사용하는 경우에 토양의 오염물질은 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 그리고 물(H20)로 분해되고, 이 중 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S)는 기체로 방출되어 물만 남게 되며, 나트륨, 마그네슘(Mg), 규소(Si), 칼륨(K), 칼슘(Ca) 등의 무기물은 미량의 잔여물로 존재하게 됨으로써 토양 복원이 이루어지는 것이다.

그리고, 상기 블랙피트를 부형제의 부숙시키기 전에 혼합하는 경우에 미생물의 균사가 잘 발달하게 되지만, 부숙시간이 오래 걸리게 되고, 반대로 부숙 후에 혼합하는 경우에는 냄새저감 효과가 크게 나타나게 된다.

따라서, 사용 용도에 맞게 블랙피트를 부형제와 부숙전 또는 부숙후에 혼합하여 제조할 수 있을 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 폐기된 버섯배지 34중량%와, 카올리나이트(Kaolinite), 흑운모(biotite), 휴마이트(Humite), 보통운모(Common Mica), 제올라이트(Zeolite), 천매암(Phylite) 중 어느 하나 이상을 혼합하여 70메시로 분말화된 미네랄 5중량%와, 미생물로서 바실러스서브틸로스(Basillus Subtilis) 1중량%와, 축분 30중량%와, 어분 30중량%가 혼합된 부형원료를 제조하고, 물과 효소 용액을 20:1로 혼합하여 희석시킨 다음 상기 부형원료 1㎥에 희석된 효소 1ℓ를 혼합한 후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반하여 부형제가 제조되며,
   상기 부형제 50~70중량%에 함수율 50~60중량%를 갖는 블랙피트 30~50중량%를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45~55중량%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반한 다음 적치하여 제조된 것을 특징으로 하는 토양 복원제.
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