KR20030025442A - 토양의 단립구조 개량과 미생물 자재를 이용한 녹화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양의 단립구조(24)의 개선과 미생물(23) 자재를 이용한 녹화방법으로 더욱 상세하게는 녹화가 요구되는 비탈면 토양의 단립구조(24)를 개량하여 토양 공극을 확대하여 공기와 수분(13), 미생물의 서식처를 제공함으로서, 안정적인 식생기반을 형성하고 녹화에 필요한 조성물로서는 일정한 비율로 혼합·발효된 유기질 식생 기반조성물(22)과 단립제와 응집제, 토양개량제(이온교환)(31), 미생물활성제, 안정제등을 일정비율 %를 혼합하여 슬러리 상태에서 분사하여 녹화하는 방법이다. 특히 종자는 발아촉진 처리후(도 3) 사용함으로서 발아율의 향상과 빠른 발아를 꾀할 수가 있다.

토양을 일정 공극과 수분을 유지시켜 단립구조(24)를 복원·형성하여 식물의 발아·생육을 촉진시키는 것으로, 상세하게는 식물 뿌리의 이온교환을 활성화시키고, 토양미생물(23) 증식의 바탕이 되는 미생물활성제를 투입시켜 식물의 뿌리가 흡수하지 못하는 불용성 인산을 식물에 공급함으로서 자연적인 전이가 이루어진다.

본 발명을 경제성과 안정성을 높이기 위하여 특수 제작된 취부기(SAS-1200)(도 4)를 이용하여 0.5∼5.0cm 취부 녹화하는 것으로, 각종 건설공사로 나타나는 절개사면, 절개암반, 매립지, 공원, 골프장등의 훼손지역, 하천의 호안사면(돌망태, 호안블록위)등에 환경친화적이고 자연적인 녹화가 가능한 방법이다

Description

토양의 단립구조 개량과 미생물 자재를 이용한 녹화방법{omitted}

본 발명은 녹화가 요구되는 비탈면 토양의 단립구조(24)를 개량·개선하여토양 공극을 확대하여 공기와 수분(13), 토양미생물(23)의 서식처를 제공함으로서, 안정적인 식생기반을 형성하기 위한 녹화 조성물로서는 일정한 비율로 혼합·발효된 유기질 식생기반제(22)과 단립제와 응집제, 토양개량제(이온교환), 미생물활성제, 안정제등을 일정비율 %를 혼합하는 조성물 제조와 그에 필요한 종자의 발아 촉진처리, 시공에 관한 것이다.

우선 토양의 특성을 살펴보면 토양의 내부는 공기나 물이 공극에 분포한다. 토양을 차지하는 공극의 체적은 입자의 결합방식에 따라 다르다. 토양의 공극율은 평균적으로 55%이상이 되어야 단립구조(24)가 형성이 되고, 공극의 직경은 6㎛이하로 되어야 안정적이다. 하지만 각종 건설공사로 발생된 비탈면, 하천호안등은 인위적으로 조성이 되어 있어 토양의 단립구조(24)가 붕괴되므로 식생이 원활하지 못하고 있는 실정이다.

단립형성은 1차적으로 무기물간의 반응이다. 철이나 알루미늄 등의 양이온이 결합제 역할을 하여 마이너스 전기를 가진 점토광물을 응집시킨다. 이것만으로도 우선 미소단립(21)은 만들어지는데 내수성은 없다. 내수성단립(20)을 만들려면 퇴비나 짚 등 고분자 유기물을 사용하여야한다.

내수성단립(20)이 발달하면 통기성이나 보수력이 높고 미생물의 서식처가 다양해지며 유기물에서의 양분공급도 안정된다. 결국 내수성이 없는 단립은 안정적인 식생이 어렵게되고 강우등으로 토사가 유출, 붕괴되어 토양의 단립구조(24)가 파괴된다.

이와같은 조건을 충족하지 못하면 비탈면등의 원지반 토양(10)에서는 생물의생육과 안정적인 녹화는 어려울 것이다. 단순하게 종자와 화학비료등을 혼합하여 살포하여도 식생은 가능하지만 장기적인 식생과 녹화는 어려울 것이다.

본 발명에서는 토양 미생물 자재로 퇴비나 발효 유기질 비료를 만들어 토양에 사용하고 이를 활성화시키는 방법과 미생물 활동을 활발하게 만드는 것이다. 미생물의 활동이 활발해지면 토양 유기물 등의 성분을 식물이 흡수하기 쉽게 만드는 분해자의 역할을 한다. 토양 미생물은 단순한 영양 분해자가 아니라 뿌리가 각종 물질을 분비하여 미생물을 기르고 미생물도 뿌리영양에 도움을 준다.

본 발명에서 이루고자하는 과제는 우선 토양의 단립구조(24)와 미생물(23)의 역할등에 대하여 연구하여 인위적으로 식생에 필요한 인공조성물로 미소단립을 형성을 하고 미생물제제와 단립제, 단립보조재등을 사용하여 내수성단립(20)을 조성하는 방법으로 비탈면등의 녹화공사 이용을 하면 안정적인 식생과 빠른 녹화로 토목적인 안정성과 자연적인 전이를 이룰 수 있을 것이다.

종래의 기술을 살펴보면 사면안정을 위한 녹화방법으로 화학적 소재와 화학비료를 사용하여 녹화하는 방법으로, 화학비료는 물에 녹기 쉽고 사용하기가 용이하기 때문에 대량으로 사용하는 것은 하천이나 호수와 늪의 부영양화등의 오염을 불러 환경파괴로 연결이 되며, 또한 단순한 녹화에만 치중을 두어 생태계나 환경을 무시한 무분별한 녹화공사로 또 다른 토양과 수질을 오염시키고 있다. 또한 보습력과 유기질비료의 분해성이 떨어져 녹화의 영속성이 낮고, 식생기반층이 인위적으로 형성이되어 자연적인 천이가 이루어지지 않아 또 다른 생태계의 지장을 초래하고 있다. 여기에 사용이 되는 녹화재료는 대부분 토탄, 하수슬러지, 마사토, 산업폐기물, 제지슬러지, 마사토등을 혼합하고 접착제로서는 고분자수지, 화학비료등을 혼합하여 사용을 하고 있지만 대부분 초기발아가 미흡하고, 식물이 고사하는 경우가 발생하고 있다. 또한 비탈면에 살포한 인공토양 내에서 만 식생이 되어 식생기반이 분괴되면 수년내 식물이 고사하는 등의 많은 문제점이 있다.

본 발명은 각종 건설공사로 발생이 되는 비탈면에 대한 녹화방법으로 식생기반 조성물(22)의 제조·사용으로 토양의 단립구조(24)를 개량·개선하여 토양미생물의 서식처를 제공함으로서 빠른 식생과 안정적인 녹화를 이루어지고 환경복원을 이룰수가 있다

본 발명은 비탈면등의 녹화대상지 토양의 단립구조는 자연적으로 형성하기에는 오랜 시간이 걸려 녹화의 어려움이 있으므로, 단립제와 응집제등의 사용으로 토양의 내수성 단립을 인위적으로 조성하여 식물이 생육하는 기반을 형성한다.

이에 따라 발명의 기술적인 과제는 상기의 대표적인 토양미생물을 효율적으로 식물에 작용시키기 위한 생육 촉진제를 배합 제조하는 미생물제제와 분변토, 파쇄볏짚, 왕겨등과 미생물을 투입 발효시켜 식생 기반조성물을 제조하는 단계와

상기 인공토양에 광합성세균(PSB), 제오라이트(Zeolite)등의 투입량을 조정하여 미생물의 증식과 양이온 교환성을 높여 보습과 토양개량을 하는 단계

상기 인공토양을 응집과 단립구조를 높이기 위한 폴리염화 알루미늄(P.A.C)과 섬유소 유도체의 표준배합과 역할

상기 인공토양의 경도를 높여 침식안정을 요하는 접착제 및 피복양성제의 배합제조하는 단계를 포함하는 기술적인 과제로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 토양의 단립구조의 개량과정

도 2a는 식생 기반조성물의 미소단립

도 2b는 시공후 내수성단립구조 기반

도 3은 식물의 생장속도의 비교

도 4는 취부기 SAS-1200의 모식도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 원지반 토양 11 : 종자

12 : 토 양 13 : 물, 공기

20 : 내수성단립구조 21 : 미소단립구조

22 : 식생 기반조성물 23 : 토양 미생물

24 : 단립구조 25 : FLOC

30 : 제오라이트 31 : 이온치환 작용

본 발명의 구성과 작용은 우선 사용재료의 상호관계와 특성, 시험예, 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다

사용재료의 상호관계와 특성

본 발명의 특징은, 식물의 뿌리 주위에는 무수한 토양 미생물이 있다, 유용균이 번식하고 있는 경우는 식물이 건전하게 생육을 한다. 토양중의 유용 미생물은, 식물에 있어 중요한 아미노산, 비타민, 호로몬등을 분비해, 식물의 생육에 기여하고 있다.

본 발명의 주요 재료인 식생 기반조성물(22)(인공토양의 제조)은 기존의 화학적인 소재에서 탈피하여 천연소재로 구성된 정화 슬러지, 하수 슬러지, 동물의 배설물,토탄, 흑토, 산업폐기물, 마사토등을 사용이 가능하나 경제적인 면이나 가공측면에서 정화조 슬러지를 발효시킨 유기질 토양이 가장 바람직 하다.

식생 기반조성물은 혼합물은 분변토(일명 지렁이 배설물), 파쇄볏짚, 왕겨, 공극율이 높은 마사토 또는 황토등을 혼합하여 발효 사용하면 토양의 미소단립(21)을 형성할 수가 있다. 식생기반 조성물의 구성과 혼합비율은 분변토 50∼55 중량%, 마사, 황토 30∼35 중량%, 왕겨 15∼20 중량% , 피트모스, 유기질 비료 5∼6 무게%등을 혼합하고 농축 배양한 복합 미생물제제(DA-001)원액 0.5∼1.0liter를 물 2,000배에 희석하여 접종하고, 나지에서 약 20∼25일간(섭씨 25℃) 증식·발효하여야 하며, 이때 반드시 발효되는 식생 기반조성물의 내부 온도가 45∼55℃가 7일이상 지속되어야 한다. 이는 미생물의 서식처를 제공할 수 있는 왕겨등이 분해가 되기 때문이다. 발효후 식생 기반조성물(22)을 측정한 결과 성분은 유기물 36%, C/N 23%, 질소 1.6%, 인산 1.3%, 칼슘 3.5%등과 pH 6.9으로 토양에 영양을 주고 식물생육에 이상적인 환경을 제공함으로써, 단 기간내에 식생을 정착시키고 토양을 안정화시키는 역할을 한다.

녹화 촉진제는 토양에서 채취한 유효 미생물을 배양한 복합미생물자재로 사상균, 세균(60%), 방선균(30%)의 비율로 구성이 되어 있으나, VA균근균, 방선균, 근류 박테리아, 유산균군, 호모균군, 사상균군 등 함유된 원액 1.5 ∼ 2.0 liter에 물 18liter를 희석시켜 투입하면 미생물제제가 종자의 표면에 도포되어, 파종 상태에서 종자의 조기 발아와 생육 촉진시키는 역할을 한다.

수분 함유와 사면의 안정성을 지속시키기 위하여 요양 및 보습재를 사용한다. 사용재료는 파쇄볏짚, 제지슬러지, 건조된 이끼 분말, 섬유(목화솜)등을 사용할수 있으나 보습 및 멀칭기능과 경제성을 고려하면 파쇄볏짚과 제지슬러지를 사용하는 것이 좋다. 파쇄볏짚은 50mm이하로 잘게 파쇄하여 사용하여야 밀착력과 보수성이 뛰어난 수분과 사면의 안정성을 유지할 수가 있다.

미생물활성재 및 토양개량재는 식물의 안정적인 생장과 투입된 미생물을 활성화하기 위하여 광합성세균(PSB)과 제오라이트를 일정량 투입을 하였다. 우선 광합성세균의 역할은 식물의 뿌리에서 나오는 분비물, 유기물 혹은 유해가스(유화수소)를 기질로 해서, 질소화합물의 아미노산, 핵산이나 생리활성물질, 당류등 식물생장을 촉진시키는 다수의 유용물질을 생합성하는 역할과 다른 미생물을 번식 및활성화시키고, 또한 제오라이트(30)(Zeolite)는 물리적 흡착력(질소, 인산,가리 등 각 90-95%)과 화학적 양이온 치환 작용(31)(70-140 meg/100g)이 뛰어나 수분외 다른 물질, gas등을 20배까지 흡수, 흡착하여 서서히 배출하는 보습능력과 토양 개량이 우수하여 안전한 토양개량과 식생기반을 형성한다.

식물의 안정적인 생육을 돕기 위한 인위적인 토양의 단립구조(24)를 형성하기 위하여 단립제와 단립보조재를 사용하였다. 단립제와 단립보조재의 역할은 식생기반조성물에서 미소단립이 형성이 되어있으나 내수성단립 형성하기 위하여 사용이 된다. 단립제의 재료는 폴리염화알루미늄 (Poly Aluminum Chloride), 폴리유기황산알루미늄마그네슘, 폴리황산규산알루미늄등을 사용할 수가 있으나 경제성과 안정성, 효과 등에서 면과 폴리염화알루미늄 (P.A.C)을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 폴리염화알루미늄을 투입하여 FLOC을 형성하면서 강력한 응집성능을 발휘하며, 토양충의 수분과 공극을 유지하고, pH의 범위가 넓어 통상 5∼9의 범위에서 사용이 가능하고, P.A.C의 사용만으로 완전하게 응집하지 않을 수 있어, 단립보조재를 사용하였다. 단립보조재로서는Carboxy methyl cellulose, 벤토나이트, 활성규산과 수도용 알킬산소다가 사용되고 있으나 단립제의 호완성등을 고려하고 사면 및 경사면의 안정을 위하여 섬유소 유도체(Carboxy Methyl Cellulose)를 혼합하여 사용을 한다. 단립제 와 단립보조재의 혼합비율은 단립재 20∼80 중량%, 단립보조재 20∼80 중량% 혼합하여 사용을 한다.

식물이 경사면에 활착되기 전에 유실을 방지하기 위하여 안정제 및 접착제를 사용하였다. 흡수성과 피막강도를 높이기 위하여, 다갈색 유상의 액체로 흔히 아스팔트 유제 60∼65 무게%, 석고분말 15∼20무게%, Ployacrylict산 20∼25 무게%를 혼합·제조하여 사용을 한다. 안정제와 접착제의 성분 토양과 식생중심으로 살펴보면 pH는 7.0∼ 8.5(25℃)이며, 비중은 1.0∼1.05 (20℃)이다. 점도는 2,500∼4,200cps (25℃) 이며 중금속등의 검출이 없고, 환경에 무해한 안정제로 사용을 하였다

본 발명에서 사용되는 종자의 발아율과 발아촉진을 위하여 종자를 이온치환을 시키면 식물의 성장 속도가 빠르고, 종자의 발아율을 높일 수가 있다. 일반적으로 종자의 발아촉진을 위해 질산칼리나 폴리에칠렌글리콜이나 기타 자재를 사용하여 기술개발이 진행되어 왔는데 대량처리가 어려워 실용화가 문제되었다.

종자의 발아율과 발아촉진 높이기 위한 방법은 이온치환 작용이다. 이는 일상적인 유해물질은 대부분 수소나 다른 플러스 이온의 작용기를 갖고 있으므로 이온치환 능력이 높은 물질을 사용을 하면 전기적으로 중성으로 만들어 반응할 수 없게 되기 때문에 그러한 유해물질이 무독화 되는 것이다. 이온치환 능력이 높은 물질은 목탄, 활성탄, 제오라이트등을 사용한다.

본 발명에서는 이온치환능력이 높고 가격이 저렴한 제오라이트를 사용하였다. 사용할 종자의 양에 3∼5배의 제오라이트(가루 형태보다는 굵은 입자)를 혼합하여 물을 듬뿍 주어 포화 상태로 만든다. 이것을 큰 비닐 포대에 담고 그 안에 종자포대를 24시간 묻어둔 후 사용을 하면 실험 예3의 결과처럼 종자의 발아가 빠르고 발아율은 90%에 근접하였다.

이와 같이 본 발명의 사용자재 혼합과 시공방법은 1㎥ 제작시 식생 기반조성물 60∼65 중량%, 녹화 촉진제 320 liter, 요양 및 보습재 15∼20 중량%, 미생물활성재 1.6∼1.8 liter, 단립제 와 단립보조재 혼합물을 13∼15 중량%, 안정 및 접착제 혼합 12∼15 무게%, 종자등을 새로 개발한 취부기(SAS-1200)에 투입하여 충분히 혼합(10∼20분)하여 SLURRY상태로 해서 호스로 이송을 하여 시공을 한다.

자재의 혼합 순서는 식생 기반조성물, 요양 및 보습재, 안정 및 접착재를 우선투입 혼합후, 녹화촉진재, 단립제 혼합물, 미생물활성재, 종자등을 추가 혼합후 2시간 이내에 시공을 하여야 한다.

또한 본 발명의 시공을 위하여 종래의 녹화장비에 비하여 작업능률을 향상시켜 공사를 절감시키고, 효율적인 시공능력을 제고하기 위하여 이동 용이성, 시공성, 경제성등을 고려하여 SAS-1200의 취부기를 개발하였으며 이로 인한 기존의 공법에 비하여 대폭적인 원가 절감을 꾀할 수가 있다

이와같이 미생물과, 천연 자연소재등으로 식생기반재를 제작하였고, 최적의 식생조건을 갖춘 단립구조를 형성하고, 식생기반재로 조성된 비탈면은 토양의 최상부에 약 0.5∼5.0cm 정도의 Crust층을 형성하여 식생이 안정적으로 정착할 수 있는 기반을 제공하는 역할을 한다.

다음의 실시예는 본 발명에 따른 식생기반제(22)와 복합유용미생물, 단립제, 안정제 미생물활성제등을 실험에서 나타내보고, 이하의 실험예가 본 발명을 한정시키는 것은 아니다.

공통으로 마사토로 형성된 경사면 45°에 각각의 면적 20㎡, 종자는 양잔디류의 Kentucky Bluegrass, Tall Fescue, Perennial Ryegrass 등을 혼합하고 밀도는10CM당 40본을 파종하고, 실험항목으로는

① 종자 발아상태

② 식물의 생육속도

③ 식물의 생육 밀도

④ 비탈면의 경도(안정도)등을 중점적으로 실험을 하였다.

비탈면의 안정도(강우시험)은 시공후 5일차에 일반 분무기에 10분당 15L를 지상 3M에서 분사하여 시험을 하였다.

[실험예 1]

일반 토양에 복합유용미생물과 유기질 비료배합

기존의 녹화방법(일명 씨드스프레이)에 화이버(제지슬러지), 화학비료, CMC, 유기질비료에 복합유용 미생물을 투입하여 종자와 함께 파종을 하고, 볏거적을 덮었다.

시험결과는

① 종자 발아상태 : 10일차부터 발아가 시작이 되었다.

② 식물의 생육속도 : 발아후 14일차에 평균 3.0 ∼3.5cm로 성장하였고, 뿌리는 2.6∼3.0cm로 발육이 되었다.

③ 식물의 생육밀도 : 가로, 세로 10cm당 25본으로 약 62%가 발아 생육하였다.

④ 비탈면의 경도 : 약 38% 이상이 사면과 종자유실을 가져왔다.

[실험예 2]

기존에 사용을 하고있는 인공토양에 복합유용미생물을 혼합

기존에 사용을 하고 있는 토탄, 하수슬럿지, 톱밥, 마사토등을 일정비율로 혼합제조한 인공토양에 토양안정제(CMC)등과 복합유용미생물을 혼합하여 SLURRY 상태로 시공을 하였다.

시험결과는

① 종자 발아상태 : 10일차부터 발아가 시작이 되었다.

② 식물의 생육속도 : 발아후 14일차에 평균 3.5∼4.5cm로 성장하였고, 뿌리는 3.3∼3.6cm로 발육이 되었다.

③ 식물의 생육밀도 : 가로, 세로 10cm당 21본으로 약 50%가 발아, 생육하였다.

④ 비탈면의 경도 : 약 12% 정도의 일부 유실을 가져왔으나 비교적 안정적 이다.

[실험예 3]

상기 기술한바와 같이 발명한 녹화공법

상기 본 발명에서 기술한 내용으로 녹화 자재를 혼합하여 동일한 방법으로 시공을 하였다

시험결과는

① 종자 발아상태 : 7일차에 발아가 시작이 되었다.

② 식물의 생육속도 : 발아후 14일차에 평균 6.0∼7.5cm로 성장하였고, 뿌리는 4.3∼5.1cm로 발육이 되었다.

③ 식물의 생육밀도 : 가로, 세로 10cm당 34본으로 약 90%가 발아, 생육하였다.

④ 비탈면의 경도 : 약 8% 정도의 일부 유실을 가져왔으나 비교적 안정적이다.

이와 같이 결과중심으로 살펴보면 토양에서의 미생물의 중요성을 살펴볼 수가 있고, 실험 예1은 일반적으로 사용되는 방법으로서 볏거적을 사용하여 보습력을 높여 안정적인 식생이 가능하나, 강우시에는 토사의 유실이 발생하였다.

실험 예2는 보습력은 일부 유지가 되지만 표면이 갈라짐으로 건조가 되고, 표면이 너무 경화하여 토양내 수분과 공극유지가 어려워 발아율이 낮다.

실험 예3은 토양의 원래기능과 역할을 활성화하여 식생이 용이하고, 응집제와 단립제 역할의 중요성은 토양내 수분과 공극을 유지하여 식물의 발아와 생장을 돕고, 나아가 사면의 안정성을 유지하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 토양의 원래기능과 역할을 미생물을 이용하여 활성화하고, 각종 건설공사로 붕괴된 토양에 각종 영양분을 주고 단립구조을 개선하여 식물생육에 이상적인 환경을 제공함으로서 단기간에 식생을 정착시켜 토양의 안정화를 가져올 수가 있다.

또한 미생물과 천연자재를 사용하여 추비등의 유지관리가 불필요하고 영속녹화가능하며, 화학비료의 사용을 줄일 수 있고, 기본의 공법에 비하여 비교적 저렴한 비용으로 시공이 가능하고, 빠른 녹화와 토목적인 안정성을 유지하여 경제적인이익을 가져 올 수가 있다.

Claims (5)

1. 주요 재료인 식생 기반 조성물은 천연소재로 구성된 분변토 50∼55 중량%, 마사, 황토 30∼35 중량%, 왕겨 15∼20 부피% , 피트모스, 유기질 비료 5∼6 중량 %등을 혼합하고 농축 배양한 복합 미생물제제(DA-001)원액 0.5∼1.0liter를 회석 접종하여 나지에서 약 20∼25일간(25℃), 내부온도 45∼55℃ 7일 이상 증식·발효하여 미소단립을 형성한 식생 기반 조성물의 제조방법.
2. 녹화 촉진제는 복합미생물제제로 VA균근균, 방선균, 근류 박테리아, 유산균군, 호모균군, 사상균군 등 함유된 원액 1.5∼2.0 liter에 물 18liter를 희석시켜고 투입하여, 파종 상태에서 종자의 조기 발아와 생육 촉진시키는 방법.
3. 내수성단립 형성하기 위하여 단립제와 단립보조재인 Poly Aluminum Chloride 60∼70 중량%, Carboxy Methyl Cellulose 30∼40 중량%를 혼합 제조, 사용하는 방법과 내수성단립을 형성하는 방법
4. 유실을 방지하기 위하여 안정제 및 접착제로 다갈색 유상의 액체로 아스팔트 유제 60∼65 무게%, 석고분말 15∼20무게%, Ployacrylict산 20∼25 무게%를 혼합하여 사용을 하면 pH는 7.0∼ 8.5(25℃)이며, 비중은 1.0∼1.05 (20℃)이다. 점도는 2,500∼4,200cps (25℃) 이며 중금속등의 검출이 없는 안정제의 제조 및 사용방법
5. 종자의 발아율과 발아촉진 높이기 위해 종자의 양에 3∼5배의 제오라이트(가루 형태보다는 굵은 입자)를 혼합하여 물을 듬뿍 주어 포화 상태로 큰 비닐 포대에 담고 그 안에 종자 포대를 24시간 묻어두어 이온치환을 시켜 종자의 발아나 발아율을 높이는 방법.