KR20030062520A

KR20030062520A - 석고 및 요소를 포함하는 질소비료

Info

Publication number: KR20030062520A
Application number: KR1020020002759A
Authority: KR
Inventors: 김계훈; 써머말컴
Original assignee: 김계훈
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-28

Abstract

본 발명은 석고 및 요소를 포함하는 입상의 질소비료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상적으로 사용되는 비료인 요소 0.1∼20중량% 및 부산물 석고 80∼99.9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소비료에 관한 것이다.

본 발명에 따른 질소비료를 잔디밭 및 묘지의 잔디에 사용한 경우 잔디생육이 왕성하고 엽색이 매우 짙어지는 효과를 나타내었고, 과수원에 사용한 경우 칼슘공급원으로 이용되어 과수에 주로 발생하는 고두병, 적진병 또는 코르크스폿 등을 예방하고 저장성을 증대시킬 수 있고, 채소재배에 사용하는 경우 칼슘 부족으로 인해 배추에 발생하는 무름병 및 토마토에 발생하는 배꼽썩음병 등을 예방하고 생체중 및 과실수를 증가시킬 수 있으며, 초지전용으로 사용하는 경우 알팔파와 같은 심근성 두과사료 작물에 중요한 칼슘공급원이 되고, 아울러 알팔파의 생육을 조장함으로써 토양 비옥도를 증진시킬 수 있다.

Description

석고 및 요소를 포함하는 질소비료{Nitrogen Fertilizer Comprising Gypsum and Urea}

본 발명은 석고 및 요소를 포함하는 질소비료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상적으로 사용되는 비료인 요소 0.1∼20중량% 및 부산물 석고 80∼99.9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소비료에 관한 것이다.

일반적으로 부산물 석고는 인산제조 공장, 화력발전소 및 다른 여러 과정을 통하여 생산된다. 해마다 발생하는 막대한 양의 부산물 석고는 전통적인 용도만으로 모두 소비할 수는 없으므로 현재 건축물, 시멘트, 도로공사 및 공장의 화학적 과정에 사용하는 방법을 검토하고 있다. 이중 부산물 석고를 농업적으로 이용하는 방법의 경우, 산성이며 분산이 되기 쉬운 우리 나라 토양에서 작물의 생산성을 크게 높일 수 있다는 면에서 매우 실현 가능성이 있는 방법이라 할 수 있다.

미국에서 현재까지 부산물 석고의 농업적 이용은 주로 동남부에서 땅콩에 칼슘(Ca)을 공급하는 목적과 서부지역의 나트륨(Na)이 많이 흡착되어 문제가 되는 토양을 개량하는 부분에 국한되어 있다. 일부 석고는 모래함량이 높은 토양에 유황(S) 비료로 사용하거나 혼합비료에서 증량제(filler)로 사용되기도 한다. 미국에서는 연간 토양에 사용하는 250만 톤의 석고 중 50만∼75만 톤을 동남부의 땅콩 밭에 시용하고 있다. 과거에는 이중 상당량을 지리적인 이점이 있는 플로리다 산(産) PG를 사용하였으나 현재는 EPA의 방사성물질 농도에 따른 사용 제한조치로 플로리다산 PG는 사용하지 못하고 있다.

이러한 부산물 석고는 용해성이 높기 때문에 산성 심토(心土) 개량제로 이용가치가 매우 높다. 모든 식물은 뿌리의 생장점에서 칼슘을 다량 필요로 하나 식물체 내에서 칼슘은 잘 이동하지 않는 것으로 알려져 있어 칼슘 함량이 낮은 심토에서는 종종 뿌리의 성장이 충분치 못하여 주변 토양으로부터 필요한 양분을 제대로 흡수할 수 없다. 생성연대가 오래되어 풍화가 심하게 진행된 Ultisols 및 Oxisols과 같은 토양들은 토양 중 칼슘의 대부분이 풍화되어 용탈(溶脫)되어 버렸기 때문에 칼슘 부족에 의한 뿌리 발육 저해를 일으킬 가능성이 크다. 이러한 지역에서는 흔히 치환성 H⁺와 Al³⁺이 축적하게 되는데 Al³⁺의 뿌리에 대한 독성 때문에 뿌리는 더욱 생장저해를 받게 된다. 그 결과 Ultisols에서는 많은 경우 뿌리의 성장이 표토(表土)에 국한되어 식물체는 고온 건조한 시기에 반복적으로 가뭄의 피해를 입게 된다.

이에 반해, 석회는 낮은 용해도 때문에 심토에 칼슘을 공급하는 역할은 전혀 수행할 수 없다. 반면에 석고는 쉽게 용해되어 지속적으로 삼투수(percolatingwater)를 따라 칼슘을 심토에 공급할 수 있다. 이 과정에 소요되는 시간은 물 수지(water balance)에 따라 지역마다 차이가 있는데 미국 동남부의 경우에는 충분한 양의 빗물이 심토의 점토집적층(Bt층)까지 도달하는데 1∼2년 가량이 소요된다. 미국 조지아주 Ultisols를 대상으로 PG를 10톤/ha 시용한 토양에서는 5년 후 치환성 칼슘의 수준이 토양의 전층에 걸쳐 무처리 토양보다 현저하게 증가하였고, 심토의 치환성 알루미늄 수준도 무처리 토양에 비하여 현저하게 낮아졌다.

이와 같이 치환성 알루미늄수준이 감소하는 것에 대한 기작은 명확하지 않으나, SO₄ ^2-가 철/알루미늄 산화물 표면에 흡착되거나 알루미늄이 알루나이트 (AlOHSO₄)와 같은 하이드록시설페이트 고체상태로 직접 침전하는 것으로 생각된다.

석고를 시용한 많은 Ultisols에서는 심토의 화학적 변화의 결과 식물의 활력과 수량이 증대되었다. 조지아주의 Ultisol인 Cecil 토양에서 재배한 알팔파(alfalfa)의 경우 뿌리 생육에 부적합한 토양의 화학적 성질 때문에 점토집적층을 통과한 뿌리는 거의 없었으나, 석고를 시용한 토양의 경우 사용 2∼3년 후에 상당한 부분의 뿌리가 1m까지 존재하였다. 옥수수와 사과의 경우 석고를 시용한 토양에서는 뿌리의 밀도가 무처리 토양에 비하여 5배나 높았다. 식물은 석고를 시용한 심토에서 무처리 토양에 비하여 훨씬 많은 수분을 제거하는 것으로 나타났다.

석고를 사용한 토양에서 작물의 수량이 증가하는 가장 큰 이유는 뿌리가 심토까지 발달하여 더 많은 수분을 흡수할 수 있기 때문이다. 석고 시용의 효과를 크게 기대할 수 있는 경우는 심토의 pH가 현저하게 낮고(pH < 4.7), 작물은 심근성이며(특히 다년생 콩과 작물), 연중 강우 패턴의 차이로 연중 수분 부족을 겪는 시기가 있는 토양이다. 이러한 조건은 미국 동남부와 기타 아열대 토양과 기후조건을 갖는 다른 지역에서 어렵지 않게 볼 수 있다.

현재까지 땅콩을 제외한 다른 작물에 대한 석고의 농경지 사용률 및 경제성은 확립된 것이 없는 상태이나 일반적으로 5∼10년간 효과를 지속시키기 위한 1회 시용량은 10톤/ha로 알려져 있다. 미국에서 석고의 농경지 사용에 대한 경제성을 분석한 결과에 따르면 수량이 낮고 값이 싼 옥수수와 같은 작물에서 경제성을 가지려면 수량 증가가 매우 커야 하나(30∼40%), 값이 비싼 콩과 같은 작물은 적은 수량증가(20∼25%)만 있어도 경제성을 가지게 된다. 또 알팔파는 값은 싸지만 수량이 많으므로 수량이 조금만 증가해도 석고 사용에 대한 경제성을 가지게 된다. 따라서, 알팔파와 같이 약간의 수량 증가만 있어도 경제성을 가지는 작물을 재배할 경우에는 대부분의 토양에 석고를 시용할 수 있다.

또한, 석고는 치환성 나트륨을 칼슘으로 치환함으로써 나트륨이 많은 토양의 개량(remediation)에 이용되어 왔다. 석고는 나트륨이 많지는 않지만 분산되기 쉬운 토양에도 물에 대한 일정한 용해도(15mM)에 따른 비교적 일정한 전해질을 토양용액에 공급할 수 있다. 미국 조지아주의 토양에 대하여 토양입자를 응집시키는데 필요한 칼슘 수준에 관한 연구 결과에 따르면 2∼5mM의 칼슘이 적절하였다. 강우시 석고가 토양표면에 존재하면 토양입자가 응집되어 큰 공극이 막히지 않게 되고이에 따라 강우가 진행되어도 침투율이 감소하지 않는다. 또한 유거(runoff)와 이에 따른 침식량(soil loss)이 감소하며 지표수로의 퇴적물(sediment)의 이동 역시 줄어든다.

미국 서부에서는 매우 분산되기 쉬운 토양에 수분의 침투를 증진시키기 위하여 스프링클러를 통하여 석고를 토양에 공급하기도 한다. 부산물 비료는 종종 입자가 매우 미세하여 토양표면에서 쉽게 용해되므로 이러한 목적에의 사용을 고려할 수 있다. 지역에 따라 농경지와 건설부지로부터 유래하는 퇴적물로 인한 지표수 오염에 대한 환경규제가 매우 강할 경우에는 침식방지 및 퇴적물 방지가 대단히 중요한 일이다. 이를 위해서 노변(road side)과 건설부지가 pH가 낮고 분산이 잘되는 토양일 경우 석고를 시용하는 방법이 제시되기도 했다.

석고는 젖으면 쉽게 분산되고 마르면 벽돌과 같이 단단해지는 토양을 쉽게 개량(ameliorate)하여 구조를 개선하고, 수분 흡수율을 증진시키며 특히 건조시 단단해지는 성질을 현저하게 변화시키기도 한다.

풍화가 심하게 진행된 여러 지역에는 뿌리 생장을 저해할 정도로 가밀도가 높은 점토층(Bt)을 가진 토양을 흔히 볼 수 있다. 이러한 지역에서는 종종 토양의 물리적 특성과 화학적 특성이 복합적으로 작용하여 뿌리 생장을 저해한다. 이와 같은 토양에 석고를 시용하면 경작지 및 휴경지에 대한 투과저항(penetration resistance : probe를 심토까지 밀어 넣는데 필요한 압력)을 감소시키며 경작지에 대해서는 뿌리의 밀도를 높인다. 즉, 석고는 풍화가 심하게 진행된 토양의 심토에 대한 물리성 및 화학성을 개선하여 식물생육을 좋게 한다. 석고가 현재까지 심토의 경도(strength)를 감소시키는 명확한 기작은 밝혀지지 않았으나 심토의 구조적 요소에 미치는 입단화 또는 응집과 관련이 있는 것으로 보인다.

최근 석고는 원예작물에도 이용되고 있다. 조경 기반조성, 채소·과수·관상식물의 재배 및 증식을 포함하는 원예사업은 전 세계적으로 많은 지역에서 농업에 있어 매우 중요한 분야이다. 다양한 산성토양에서 재배하고 있는 과수(복숭아·사과), 채소 및 집안 화단에서 기르는 관상식물들에 석고를 시용하면 좋은 결과를 볼 수 있다. 원예작물은 가격이 비싸기 때문에 식물생육에 미치는 약간의 좋은 영향도 큰 경제적인 가치를 지닐 수 있다.

지금까지 다방면에 이용가치가 높은 석고에 대해서 살펴보았으나 현재 대부분의 부산물 석고는 재활용하거나 다른 산업에 이용하기보다는 대부분 생산지 내에 쌓아두거나 매립하고 있는 실정이다. 최근 20∼30년간 국민의 환경에 대한 관심과 우려가 급속히 증가하게 되어 폐기물 재활용, 매립폐기물 부피의 최소화 및 오염물질 방출량 감소에 중점을 두고 이러한 움직임이 부산물 석고 생산자에게 큰 영향을 미치고 있다. 이러한 움직임의 일환으로 채광석고를 부산물 석고로 교체하는 방법이 제시되고 있으나 부산물 석고 중의 과다한 가용성 염류농도, 취급곤란, 중금속 오염 등의 문제가 걸림돌로 작용하고 있다.

그러나 무엇보다도 가장 큰 문제는 현재 수요보다 훨씬 많은 양의 부산물 석고가 생산된다는 사실이다. 지금까지 연구 보고에 따르면 우려한 바와는 달리 부산물 석고는 대부분 비교적 순수한 상태이므로 다른 성질에 문제가 없고 환경오염물질이 기준치 이하라면 부산물 석고의 시용은 경제성에 달려 있다. 따라서 현 단계에서는 늘어나는 부산물 석고의 재고를 줄이는 방법보다는 현재까지 개발된 부산물 석고의 용도보다 경제적이며 환경 친화적인 석고의 새로운 사용처를 개발하여 석고를 소모하는 일이 절실하다. 가능한 사용처는 기존의 사용하는 물질을 석고로 대체하는 공학적 분야와 농업 및 원예분야 등에 부산물 석고를 이용하는 방법을 들 수 있다.

한편, 우리 나라의 토양특성을 살펴보면 일반적으로 칼슘이 결핍되기 쉬운 산성토양이기 때문에 이의 개량과 칼슘 공급을 위하여 통상적으로 석회를 사용하는데 전술한 바와 같이 석회는 용해도가 매우 낮다. 과수의 경우 심근성 작물이므로 대부분의 뿌리가 분포하는 심토에는 칼슘이 항시 부족한 상태이다. 이를 극복하기 위하여 칼슘 부족시 또는 과실 수확전후 엽면시비 등을 통해 칼슘을 살포하기도 하나 비료 가격이 매우 비싸고, 노동력이 많이 필요하다는 문제점이 있다.

또한 우리 나라의 경우도 미국 등 다른 부산물 석고 생산국과 마찬가지로 석고의 공급 과잉에 따른 문제가 발생하고 있다.

본 발명의 목적은 해마다 발생하는 막대한 양의 부산물 석고를 농업적 이용의 일환으로서 부산물 석고의 시용형태, 시용적지 및 적절한 작물 선정을 통하여 부산물 석고의 비료로서의 가치를 극대화하고자, 상기 미국의 경우와 같이 부산물 석고 자체를 비료로 활용하는 대신 부산물 석고에 요소를 혼합한 것을 특징으로 하는 질소비료를 제공하는 것이다.

도 1은 질소비료를 잔디밭에 처리했을 때 나타난 효과를 보여주는 사진.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 석고 및 요소를 포함하는 질소비료를 제공한다.

상기 석고는 인산제조 공장, 화력발전소 및 다른 여러 과정을 통하여 생산되는 부산물 석고를 사용하는 것이 바람직하고, 요소는 통상적으로 사용되는 요소 비료를 사용한다.

이러한 본 발명에 따른 질소비료의 조성을 보면 부산물 석고 80∼99.9중량% 및 요소 0.1∼20중량%를 포함하는데, 바람직하게는 부산물 석고 : 요소의 중량%비가 99.5:0.5, 99:1, 98.5:1.5, 98:2, 97.5:2.5, 97:3, 96.5:3.5, 96:4, 95.5:4.5, 95:5, 94.5:5.5, 94:6, 93.5:6.5, 93:7, 92.5:7.5, 92:8, 91.5:8.5, 91:9, 90.5:9.5, 90:10, 89.5:10.5, 89:11, 88.5:11.5, 88:12, 87.5:12.5, 87:13, 86.5:13.5, 86:14, 85.5:14.5, 85:15, 84.5:15.5, 84:16, 83.5:16.5, 83:17, 82.5:17.5, 82:18, 81.5:18.5, 81:19, 80.5:19.5 및 80:20이 되도록 한다.

상기 부산물 석고와 요소를 혼합하여 제조된 입상의 질소비료는 토양조사 등을 통해 토양 및 재배작물에 적합한 비료를 처방하여 배합하는 벌크 블렌딩 비료(Bulk Blending Fertilizer)의 장점을 살려 부산물 석고 및 요소에다 재배작물에 필수적인 마그네슘 및 망간, 구리, 아연, 붕소, 몰리브덴, 철과 같은 미량원소의 건조 입상비료 원료를 기계적으로 단순 혼합하는 것뿐만 아니라, 토양조사를 통해 적정 시비량을 구하여 시비 처방할 수도 있다.

이때 본 발명에 따른 부산물 석고 및 요소를 포함하는 질소비료에 마그네슘이 더 포함되는 경우에는 그 함량이 질소비료 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부%,미량원소가 더 포함되는 경우에는 그 함량이 질소비료 100중량부에 대하여 망간의 경우 0.01∼3%, 구리의 경우 0.01∼3%, 아연의 경우 0.01∼3%, 붕소의 경우 0.01∼3%, 몰리브덴의 경우 0.01∼3%, 철의 경우 0.01∼3중량부%인 것이 바람직하다.

하기 표 1은 부산물 석고의 구성성분을 나타내는 것으로, 표에서 보이는 바와 같이 부산물 석고(PG, 탈황 석고)는 CaSO₄·2H₂O을 주성분으로서 Ca와 S가 다량 함유되는 것으로부터 칼슘뿐만 아니라 황을 주요 성분으로 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한 부산물 석고의 pH는 2.5∼5.5이다.

[표 1] 부산물 석고의 구성성분

	PG(phosphogypsum)	Flue-gas gypsum(탈황석고)
주요성분	……………………… % 건조중량 ……………………
P	0.8∼1.6	<0.1∼0.2
K	0.05∼0.2	0.10
Ca	18.0∼23.5	21.0∼23.5
Mg	0.04∼0.2	0.02∼0.2
S	12.8∼18.1	16.6∼18.6
Si	1.5∼5	0.07
Al	0.1∼2.0	0.03∼0.2
미량성분	……………………… mg kg^-1건조중량……………………
B	<3	75
Mo	2∼11	1.3
Cu	9	8.0
Zn	nd	36
Ni	10	9.7
Pb	15	<0.1
Cd	4	0.01
Cr	20	10
Se	1∼2	0.3
Hg	0.3∼0.4	0.01∼0.4
As	1∼4	3.1

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예 1은 부산물 석고를 이용하여 골프장, 잔디구장 및 녹지대 조성용으로 많은 면적에 이용되는 잔디의 생육활성 및 녹지조성 극대화를 위한 비료 개발에 이용하고자 수행하였고, 실시예 2는 잔디전용비료 개발과 연계하여 우리나라 전국토의 약 1%정도를 차지하고 있는 묘지의 잔디 조성 및 관리에 적합한 비료 개발에 이용하고자 수행하였고, 실시예 3은 과수원에 칼슘 공급원으로서 부산물 석고를 포함하는 비료를 시비함으로써 과수의 저장성을 높이고 칼슘부족으로 인해 발생할 수 있는 고두병 등 병해를 방지하고자 수행하였고, 실시예 4는 엽채류인 배추를 팟(pot) 재배하면서 식물 생육 및 식물체 분석을 통하여 석고의 영향을 조사하여 채소전용 비료 개발에 이용하고자 수행하였으며, 실시예 5는 일반 사료작물에 비해 사료가치 및 수확량이 높으며 수확 후 재생능력이 우세하며 근류균에 의한 공중질소 고정량이 가장 높은 두과사료 작물로서 토양을 비대하게 하는 작물로 사료생산을 위한 목적으로 많이 재배되는 작물인 알팔파 재배를 통하여 초지전용 비료 개발에 이용하고자 수행하였다.

실시예 1. 골프장 및 일반 잔디용 질소비료 제조

부산물 석고 97중량%에 통상적으로 사용되는 요소비료 3중량%를 혼합하여 골프장 및 일반 잔디용 질소비료를 제조하였다.

실시예 2. 묘지 잔디용 질소비료 제조

부산물 석고 97 중량%에 통상적으로 사용되는 요소비료 3 중량%를 혼합하여 묘지 잔디용 질소비료를 제조하였다.

실시예 3. 과수원용 질소비료 제조

부산물 석고 97 중량%에 통상적으로 사용되는 요소비료 3중량%를 혼합하여 과수원용 질소비료를 제조하였다.

실시예 4. 채소전용 질소비료 제조

부산물 석고 97중량%에 통상적으로 사용되는 요소비료 3중량%를 혼합하여 채소전용 질소비료를 제조하였다.

실시예 5. 초지전용 질소비료 제조

부산물 석고 97중량%에 통상적으로 사용되는 요소비료 3중량%를 혼합하여 초지전용 질소비료를 제조하였다.

실험예 1. 실시예 1의 질소비료를 골프장에 처리

골프장의 가로 10m x 세로 10m인 경사지에 상하 방향으로 폭 1m x 길이 10m씩 4군데 석고+요소처리구에 실시예 1로부터 제조된 질소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하고, 처리구마다 2m의 간격을 두어 대조구로 하였다. 처음, 2001년 4월 6일에 처리하였고, 5월 25일에 1차로 효과를 확인한 후 1번의 예초 작업을 시행하고 나서 6월 27일에 재차 효과를 확인하였다.

실험예 2. 실시예 1의 질소비료를 일반 잔디밭에 처리

서울시립대학교 잔디판 폭 1m x 길이가 각각 7, 8, 10m인 3군데 석고+요소처리구에 실시예 1로부터 제조된 질소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하고, 처리구마다 2m의 간격을 두어 대조구로 하였다. 처음, 2001년 3월 28일에 처리하였고, 5월 20일에 효과를 확인하였다.

상기 실험예 1 및 2에 의한 효과를 확인한 결과, 봄철 가뭄에도 불구하고 석고+요소처리구가 대조구에 비해 잔디의 생육이 왕성하고 눈에 띄게 잔디의 초록빛이 차이를 보였다. 해갈이 된 후에도 여전히 대조구에 비해 석고+요소처리구 잔디의 생육이 월등히 좋았다.

또한 실험예 1로부터의 엽록소 함량을 비교해 보면, 처리 후 98일 후에 대조구의 엽록소 함량이 23.8g/unit인 반면 석고+요소처리구의 엽록소 함량은 30.7g/unit로 엽록소 함량이 약 1.5배 증가하였다.

예초 후인 147일 후에는 대조구의 엽록소 함량이 22g/unit이고, 석고+요소처리구의 엽록소 함량이 26g/unit으로 여전히 석고+요소처리구의 엽록소 함량이 높은 것을 알 수 있었다. 생체중과 건물중을 비교해 보았을 때도 처리 98일 후에는 대조구에 비해 석고+요소처리구의 생체중과 건물중이 2배 가량 높았고, 처리 147일 후에는 1.5배 가량 높게 조사되었다 (도 1 참조).

따라서 부산물 석고 및 요소를 혼합한 질소비료를 조제하여, 전국의 골프장, 잔디밭 및 잔디구장에 10톤/ha 정도 시용할 경우, 잔디전용비료로서 이용 가치가 매우 높을 것으로 기대된다. 특히 골프장이나 잔디구장의 경우 통상 '잔디 잎에 녹색이 짙어지는 것은 비료의 효과가 나타나고 있다는 증거이며, 잔디 잎이 황색으로 변하면 비료가 부족하다'고 판단한다. 일반적으로 비료는 2회 깍기에 1회 비율로 전면적에 고루 시비하므로 그린과 같이 깎는 회수가 많은 곳은 그 만큼 시비회수도 많아진다. 부산물 석고비료의 경우 한번 시비하고 예초 후에도 엽색이 짙게 잘 자라는 것으로 보아 부산물 석고비료를 사용할 경우 일반 잔디 비료 사용량을충분히 감량하여 전체적으로 잔디생육은 좋게 하며 비료사용량은 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

실험예 3. 실시예 2의 질소비료를 묘지 잔디에 처리

경기도 소재 묘지 잔디 100평에 전체면적을 3등분하여 석고+요소처리구, 무처리구, 요소처리구로 구분하여, 석고+요소처리구에는 실시예 2로부터 제조된 질소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하고, 요소처리구에는 처리구에 사용한 것과 동일한 양의 요소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하였다.

상기 실험예 3에 의한 효과를 확인한 결과, 실험예 1 및 2에서와 마찬가지로 석고+요소처리구가 무처리구 또는 요소처리구에 비해 잔디의 엽색이 매우 짙고 생육이 아주 왕성함을 확인할 수 있었다.

실험예 4. 실시예 3의 질소비료를 과수원에 처리

경기도 안성 소재 사과 과수원(품종: 후지)의 사과나무 주위에 실시예 3으로부터 제조된 질소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하였다. 처음, 2001년 3월 10일 처리하였고, 장마 전 6월 16일(석고+요소처리 후 98일)에 토양시료를 채취하였으며, 장마 후 8월 18일(석고+요소처리 후 161일)에 토양과 잎을 채취하여 분석하였다. 수확기인 10월 31일에는 토양, 잎, 과실을 채취하여 분석하였다.

분석항목은 부산물 석고의 칼슘 성분이 경시적으로 토양으로 이동하는 정도 및 수확한 과실을 절개하여 사과씨로부터 떨어진 거리에 따른 칼슘분포상황을 석고+요소처리구와 무처리구간 비교하였다.

상기 실험예 4에 의한 결과, 토양 중 EC는 토심이 0∼20cm에서 석고 처리 전에 181μS/cm이었다. 토양 중 EC의 경시적인 변화를 살펴보면 석고 처리를 하지 않은 무처리구는 98일 후에 129μS/cm, 161일 후에 47μS/cm로 EC가 매우 낮아졌다. 반면 석고+요소처리구의 경우 EC는 98일 후에 1020μS/cm, 161일 후에 474μS/cm로 처리 후 상당한 시간이 지났음에도 높은 수치를 나타냈다. 토심이 40∼60cm의 EC도 역시 석고+요소처리구에서 높게 나타났는데, 석고 처리 후 161일 경과한 토양의 EC는 무처리구에 비해 약 10배정도 높은 278μS/cm로 나타났다.

또한 토양 중 칼슘의 변화를 살펴보면, 토심이 0∼20cm에서 석고+요소 처리 전 칼슘 농도는 5.61cmol/kg이었다. 무처리구에서는 98일 후 3.45cmol/kg, 161일 후에는 3.37cmol/kg로 칼슘 함량이 점차 낮아졌다. 석고+요소처리구에서는 98일 후 9.61cmol/kg로 칼슘 함량이 매우 증가하였으며 161일 후에는 7.88 cmol/kg로 무처리구에 비해 2배 가량 높은 칼슘 농도를 유지하고 있었다. 토심이 40∼60cm, 80∼100cm도 역시 무처리구에 비해 석고+요소처리구의 칼슘농도가 2배 가량 높게 유지되고 있었다.

상기 결과에서 알 수 있듯이 석고는 용해성이 높기 때문에 토심 깊게까지 이동하여 칼슘처리 효과를 보였으며, 칼슘을 많이 필요로 하고 심근성 작물인 과수에는 처리 효과가 높은 것으로 나타났다.

식물체에서 칼슘은 각종 효소의 활성, 단백질 합성, 세포막에서 다른 이온의 선택적 흡수 조절 등의 생리적 작용에 관여한다. 또한, 칼슘은 세포벽에서 펙틴화합물과 결합하여 세포벽의 견고성을 유지하는 역할을 한다. 칼슘은 에틸렌의 발생과도 관계가 있기 때문에 과실의 저장 중 호흡률과 저장력에도 큰 영향을 끼친다.그러므로 식물체에서 칼슘이 부족하면 조직의 붕괴를 촉진하고 호흡을 촉진하여 각종 생리장해를 유발하는 원인이 된다. 과실 이외의 조직에서도 칼슘의 부족은 세포벽의 견고성 약화와 다른 이온의 세포막에서의 선택적 흡수가 높아져서 사과나무의 적진병(赤疹病)과 같은 생리장해 유발의 간접적인 요인이 될 수 있다. 또한, 칼슘이 부족할 경우에는 잎·줄기·뿌리 등의 생육이 저해되고, 과실의 발육에도 지장을 초래하며, 수량에 영향을 끼친다. 이와 같이 과수재배에 있어서 칼슘 부족에 의한 생리장해가 일어나지 않도록 각별히 주의해야하며 특히 칼슘 부족의 과실에는 칼슘이 많이 이동될 수 있는 방법을 강구해야 한다.

대부분의 과수(사과, 배, 포도)는 많은 양의 칼슘이 필요하며 특히 사과는 표면의 왁스층 때문에 토양에 많은 양의 칼슘이 존재하지 않아 섭취가 부족하면 고두병이 발생할 수 있고, 수확 후에는 저장성이 현저하게 떨어져 상품 가치가 감소한다. 칼슘은 대부분의 과수류의 수체에 정상적으로 분포하지만 칼슘의 이동은 매우 어려워 과실 내에는 부족 증상이 유발되기 쉽다. 과실에 칼슘함량이 부족하면 사과의 고두병, 코르크스폿, 열과, 고무병 등 각종 생리장해를 유발한다. 수체에서의 칼슘 과다증상은 거의 보고된바 없고, 단지 석회질비료를 과다 사용할 경우 토양 pH 상승으로 다른 비료와 길항작용 때문에 칼리결핍을 초래할 염려가 있다. 그러나 석고는 석회에 비해 pH가 다소 낮기 때문에 pH 증가우려는 거의 없다고 할 수 있다.

부산물 석고는 용해성이 높아 주로 심근성 작물의 칼슘 공급원으로 이용되고 있는 점을 감안하여 기타 양분을 첨가하여 과수용 전용 비료를 개발할 경우 고두병, 적진병 등을 예방하고 저장성을 증대시킬 수 있을 것이다. 또한, 칼슘의 이동은 과실의 발육초기인 만개 후 5주 이내에 수확시 과실에 함유된 총 칼슘함량의 90% 이상이 이동되므로 시비시기를 과실발육초기 전으로 하여 시비할 경우 큰 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

또한 상기 실험예 4로부터 코르크 스폿이 발병한 과수와 전체 과실수를 비교해 본 결과, 석고+요소처리구에서는 코르크 스폿 발병률이 11.7%정도였으나 대조구인 무처리구에서는 20.4%로 조사되어 석고처리구의 발병률이 절반 가량 낮게 나타난 것을 알 수 있었다. 재배자에 의하면 보통 사과 재배시 과실의 칼슘부족 현상을 예방하기 위해서는 칼슘 엽면시비를 4차례 정도 수행하는데, 엽면 시비를 수행해도 과실의 칼슘부족현상을 방지하기가 매우 어렵다고 한다. 그러나, 이에 비해 석고+요소를 처리한 경우는 칼슘부족 증세가 거의 나타나지 않고 칼슘 처리 효과가 훨씬 뛰어났다고 한다.

실험예 5. 실시예 4의 질소비료를 배추에 처리

서울시립대학교에서 1/2000a 팟(pot)을 석고+요소처리구, 무처리구, 요소처리구 및 석회처리구로 구분하여, 석고+요소처리구에는 실시예 4로부터 제조된 질소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하고, 요소처리구에는 처리구에 시용한 것과 동일한 양의 요소비료를 10톤/ha의 비율로 처리하며, 석회처리구에는 처리구에 시용한 것과 동일한 양의 석회를 10톤/ha의 비율로 처리한 다음, 토양을 고루 섞은 후 배추를 재배하였다. 배추는 여름배추 품종을 선정하여 2001년 6월 10일 파종하여 2001년 7월 3일 정식(定植)하였으며, 파종 후 78일에 최종 수확하였다. 각각의 처리구는 각각 5반복 실험을 하였다.

배추는 초기생육이 촉진되어야 후기 결구(結球)가 좋아지므로 밑거름에 중점을 두어야 한다. 칼슘 결핍시 발생하는 무름병은 석고+요소처리구와 석회처리구에서는 발생하지 않았으며 무처리구와 요소처리구에서는 각각 2포기, 1포기 발병하였다.

하기의 표 2는 배추의 생육조사 결과를 나타낸 것으로, 엽장, 엽수 및 생체중 모두 석고+요소처리구에서 가장 높게 나타남을 알 수 있고, 석고+요소처리구의 생체중은 무처리구에 비해 1.5배 가량 높게 나타남을 알 수 있으며, 석회처리구에 비해서도 개당 227g이 높았다.

[표 2] 배추의 생육조사 결과

	엽장(㎝)	엽수(개)	생체중(g/ea)
무처리구	40	49	2260d
요소처리구	44	51	3216c
석회처리구	46	53	3562b
석고+요소처리구	49	54	3789a

하기의 표 3은 배추의 엽록소 함량 및 무기양분 함량을 나타낸 것으로, 엽록소 함량은 처리구별로 큰 차이가 없었으나 석고+요소처리구에서 다소 높게 조사되었다. 특히 칼슘과 질소 함량은 석고+요소처리구에서 가장 높게 조사되어 석고+요소 처리시 배추의 칼슘과 질소 흡수율이 매우 높은 것을 알 수 있다.

[표 3] 배추의 엽록소 및 무기양분 함량

	엽록소(㎎/100㎠)	칼슘(%)	질소(%)
무처리구	4.11c	0.70b	2.86c
요소처리구	4.22b	0.77b	3.21b
석회처리구	4.29a	1.01a	3.35b
석고+요소처리구	4.31a	1.11a	3.81a

따라서, 석고+요소처리구는 배추의 질소와 칼슘 흡수율을 높이고 무름병을 발생을 예방함으로써, 배추의 생육을 도모해 생체중과 엽수가 가장 높은 것으로 조사되었다.

실험예 6. 실시예 5의 질소비료를 알팔파에 처리

20kg/ha 양의 알팔파 종자(Medicago sativaL.)를 종자의 3∼4배 깊이로 줄파하고, 알팔파 생육에 필요한 양분 공급을 위하여 퇴비 30톤/ha, 질소 80kg/ha¹, 인산 150kg/ha, 칼리 70kg/ha및 붕사 20kg/ha의 비료를 토양 15cm 깊이까지 섞어주었다. 그런 다음, 석회처리구, 석고+요소처리 및 무처리구로 나누어 4반복 실험을 하였으며, 석회처리구의 경우 3톤/ha, 석고+요소처리구의 경우 10톤/ha을 배양토와 섞어 시비하였다. 시비 후 봄에 파종하는 알팔파를 전해 가을에 토양개량제를 처리한다고 가정하고 우리나라 겨울철 강수량인 250mm을 분무노즐을 사용하여 인공 분무하였다.

표 4는 수확시 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중을 측정한 것으로, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중은 석고+요소처리구에서 가장 높았으며, 그 다음 석회처리구, 무처리구 순으로 조사되었다. 알팔파는 심근성 작물로서 뿌리가 깊이 자라기 때문에 용해도가 높은 석고 처리의 효과가 큰 것을 알 수 있다.

[표 4] 수확시 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중

		지상부(g/pot)	지하부(g/pot)
생체중	석회처리구	144.67b	32.34ab
	석고+요소처리구	178.00a	47.86a
	무처리구	66.00c	13.61b
건물중	석회처리구	82.00b	23.50ab
	석고+요소처리구	98.00a	33.02a
	무처리구	41.00c	8.42b

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소비료를 잔디밭 및 묘지의 잔디에 사용한 경우 잔디생육이 왕성하고 엽색이 매우 짙어지는 효과를 나타내었고, 과수원에 사용한 경우 칼슘공급원으로 이용되어 과수에 주로 발생하는 고두병, 적진병 또는 코르크스폿 등을 예방하고 저장성을 증대시킬 수 있고, 채소재배에 사용하는 경우 칼슘 부족으로 인해 배추에 발생하는 무름병 및 토마토에 발생하는 배꼽썩음병 등을 예방하고 생체중 및 과실수를 증가시킬 수 있으며, 초지전용으로 사용하는 경우 알팔파와 같은 심근성 두과사료 작물에 중요한 칼슘공급원이 되고, 아울러 알팔파의 생육을 조장함으로써 토양 비옥도를 증진시킬 수 있다.

Claims

석고 80∼99.9중량% 및 요소 0.1∼20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소비료.
제 1 항에 있어서,

상기 석고는 부산물 석고인 것을 특징으로 하는 질소비료.
제 1 항에 있어서,

상기 질소비료는 인산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소비료.
제 3 항에 있어서,

상기 인산은 질소비료 100중량부에 대하여 0.1∼30%중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 질소비료.
제 1 항에 있어서,

상기 질소비료는 망간, 구리, 아연, 붕소, 몰리브덴, 철 및 이들의 혼합물질로 이루어진 군으로부터 선택된 미량원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 비료.
제 1 항에 있어서,

부산물 석고 및 요소를 포함하는 상기의 질소비료에 마그네슘이 더 포함되는 경우에는 그 함량이 질소비료 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부%, 미량원소가 더 포함되는 경우에는 그 함량이 질소비료 100중량부에 대하여 망간의 경우 0.01∼3%, 구리의 경우 0.01∼3%, 아연의 경우 0.01∼3%, 붕소의 경우 0.01∼3%, 몰리브덴의 경우 0.01∼3%, 철의 경우 0.01∼3중량부%의 혼합물질로 이루어진 질소비료.