KR20040026466A

KR20040026466A - 천연 유기 복합 비료의 제조법

Info

Publication number: KR20040026466A
Application number: KR1020020057943A
Authority: KR
Inventors: 박태헌
Original assignee: 박태헌
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-03-31

Abstract

본 발명은 유박유기물과 천연광물만을 원료로 사용하여 토양생태계를 복원할 수 있고 작물의 품질을 고급화 할 수 있는 친환경적 신종 비료를 제공하는 것으로서, 천연유기물인 유박혼합물(油粕混合物)(채종유박, 대두유박, 카폭유박, 피마자유박, 미강유박 중 2 종 이상을 취하여 고르게 혼합)과 천연광물인 랑베나이트(langbenite)와 포스페이트(phosphate)를 혼합한 후 원료혼합물의 일정량을 48 내지 72 시간 동안 부분적으로 발효시키는 복합조성물과 그 제조법에 관한 것이다

Description

천연 유기 복합 비료의 제조법{The manufacturing processes and techniques of the organic compound fertilizer made from the natural organic minerals and the oil cakes of several kinds of seeds}

본 발명의 목적은 피마자유박, 채종유박, 대두유박, 카폭유박, 미강유박 중 2 종 이상을 취하여 고르게 혼합한 천연유기물인 유박혼합물과 천연광물인 랑베나이트(langbenite)와 포스페이트(phosphate)를 혼합하고 발효시켜 복합조성물로 만든 친환경적 천연유기복합비료를 제공하는 데 있다. 본 발명의 세부 목적은 ① 천연유기물과 천연광물로 구성된 천연 원료만을 사용하는 신종 비료, ② 화학비료(또는 다른 유기질비료)를 추가 투입할 필요 없이 작물의 화학성분 요구량의 1/3~1/5 정도의 양분량을 가지고도 한번의 시비로 작물의 성장에 필요한 다량 원소 및 필수 미량원소의 소요량을 충족시킬 수 있는 비료, ③ 함유 영양분의 유실(流失)과 용탈(溶脫)이 적어 작물 생육 시 장기간에 걸쳐 균일하게 비효(肥效)가 지속되는지효성 비료를 제공하는 것이다.

본 발명은 천연 원료만을 사용하여 만든 친환경적 비료에 관한 것으로서, 천연유기질인 유박혼합물과 천연광물인 랑베나이트와 포스페이트를 혼합하고 원료혼합물량의 일부를 발효시켜 복합조성물을 제공한다.

우리 나라의 토양은 장기간에 걸친 화학비료 위주의 시비(施肥), 농약과 화학제초제의 과다한 사용, 한 가지 작물의 연작(連作) 등으로 인하여 작물의 생육불량, 품질 저하, 내병성(耐病性) 저하, 농작물 오염, 수확량 감소, 생산성 저하 등을 야기하고 있다.

화학비료의 이러한 폐해와는 반대로 양질의 유기질비료는 토양에 미생물의 증식을 촉진하여 각종 필수 양분들을 공급하고 보비력 과 보수력을 높혀주어 작물의 생육을 안정시키고 토양 생태계를 복원시켜준다.

유기질 비료에 관하여 현재 특허 등록 또는 특허 출원 중인 기술 중에는 고구마나 감자의 전분박(澱粉粕)과 채종박을 혼합하는 과립형 유기질비료(출원번호: 특 1993-0030641), 시멘트와 탄산칼슘 폐기물인 석회석, 사장석을 600~700℃에서 소성한 분말을 각종 깻묵, 주류의 발효 폐기물, 조미료의 발효 폐기물, 어육가공 폐기물과 혼합하여 발효시키는 유기질 및 부산물비료(출원번호: 10-2000-0071773), 하수처리 과정에서 발생하는 오니, 채종유박 및 고토석회를 혼합하는 과립형 부산물비료(출원번호: 특 1995-015448), 1300℃에서 소성시켜 분쇄한 광물질을 함유하는 비료(출원번호: 10-2001-0073305) 등이 있다.

종래의 기술로 제조되는 유기질비료의 문제점은 ① 작물에 다량 필요한 필수양분(질소, 인산, 칼리, 마그네슘, 유황, 칼슘 등) 중 몇 가지가 저함량(低含量)이기 때문에 화학비료로 그 부족 양분을 보충해 주어야 하고, ② 탄질율(炭窒率)이 30 이상의 유기물을 사용하는 부산물비료의 경우는 유기질의 함량과 필수 양분이 대단히 부족할 뿐만 아니라, 부숙과정에서 생성된 질산염과 여러 가지 불용성염(不溶性鹽) 또는 중금속(크롬, 카드미움 등)이 다량 함유되어 토양에 염류(鹽類) 집적을 유발하고, ③ 부산물 퇴비비료의 경우는 비료의 함유 수분을 낮추기 위하여 여러 가지 다공성 광물질을 첨가하고 있고, ④ 대부분의 유기질 비료의 경우에는 비료관리법에서 규정하는 질소, 인산 및 칼리의 보증함량을 맞추는데 급급하여 유기물이 아닌 화학물질을 추가하여 보증량을 맞추고 있다는 점이다.

본 발명이 추구하는 기술적 과제는 천연원료만을 사용하여 화학비료(또는 다른 유기질비료)를 추가 투입할 필요 없이 작물의 화학성분 요구량의 1/3~1/5 정도의 양분량만을 가지고도 한번의 시비로 작물의 성장에 필요한 다량 원소 및 필수 미량원소의 소요량을 충족시킬 수 있는 친환경적 생력화(省力化) 비료를 개발하는 것이다.

제 1 도는 공시(公試) 비료별 배추 수량(收量)

제 2 도는 공시 비료별 작물(배추) 시험 결과 사진

본 발명은 ① 유박혼합물의 제조 공정 ② 유박혼합물과 랑베나이트와 포스페이트를 혼합하는 원료혼합물의 제조 공정, ③ 원료혼합물을 발효시켜 복합조성물을 제조하는 공정으로 구성되어 있다. 상기 공정별 기술적 특징을 상세히 설명하기로 한다.

(1) 유박혼합물의 제조 공정

분말 형태의 피마자유박, 대두유박, 미강유박, 채종유박, 카폭유박 중 2종 이상을 취하여 고르게 혼합하여 유박혼합물을 만든다. 이 때 각 유박 원료는 탄질율(炭窒率)이 10 이하이고 수분 함량이 15wt% 이하인 분말 형태가 적당하다. 유박 분발의 입도(粒度)는 50~400 메쉬(mesh) 정도가 적당하다.

(2) 원료혼합물의 제조 공정

유박혼합물과 랑베나이트와 포스페이트를 혼합기에 넣고 균일하게 혼합하여 원료혼합물로 만든다. 이 때 랑베나이트와 구용성 포스페이트의 수분함량은 10wt% 이하가 적당하다.

이 공정에서는 유박혼합물과 랑베나이트와 구용성 포스페이트를 (81~93wt%) : (4~9wt%) : (3~8wt%)의 중량비율로 혼합하여 원료혼합물을 만든다. 원료의 혼합과정에서 원료혼합물의 질소, 인산 및 칼리의 함량비가 4 : 3 : 2가 되도록 각 양분의 성분함량을 계산하여 양분의 함량비를 맞추어 혼합한다. 원료를 중량비율로 혼합한 원료혼합물과 원료혼합물의 질소, 인산 및 칼리의 함량비로 혼합한 원료혼합물 간에는 양분함유량이 약간 서로 다르다. 원료혼합물의 영양분별 적정 함유량은 [표 1]과 같다.

[표 1] 원료혼합물의 영양분별 적정 함유량

본 발명에서 사용되는 원료에 관하여 설명하면 다음과 같다.

(가) 유박 원료

유박은 식물체의 종실(種實; 씨앗)에서 기름만을 추출해내고 남은 잔류물질로서, 필수 영양분과 미량요소(微量要素)가 골고루 함유되어 있기 때문에 작물생육에 최상인 유기물질이다. 본 발명에서 사용하는 유박은 탄질율이 10 이하인 양질의 유박만을 사용한다. 신선한 유박 원료는 미생물의 먹이로 적합하여 48~120 시간 동안에 약 20~50wt%가 발효된다. 탄질율이라 함은 비료에 함유되어 있는 유기물의 탄소 함량에 대한 질소 함량비(C/N 비)를 뜻한다. 탄질율이 작은 유기물은 토양미생물의 작용에 의하여 분해가 빨리 되고, 탄질율이 큰 유기물은 늦게 분해된다. 채종유박, 대두유박 및 피마자유박 같은 유박의 탄질율은 5.3~7.8 이고, 볏짚은 50~60 이며, 톱밥은 200~400 정도이다. 각종 유박의 3대 영양소 표준 함유량과 탄질율은 [표 2]와 같다.

[표 2] 유박의 탄질율과 3대영양소 표준 함유량

(나) 랑베나이트(langbenite)

랑베나이트는 천연광물로서 이 광물에는 작물에 필요한 3 종의 다량 필수 양분이 균형있게 함유되어 있다. 랑베나이트는 황산염(K₂SO₄ㆍMgSO₄)의 일종이기는 하지만 토양을 산성화 하지 않는다. 랑베나이트는 토양 특성에 맞게 입도를 조절하여시비(施肥)하면 완전 수용성인데도 불구하고 지용성(遲溶性)을 나타내어 토양 속에서 용탈이 잘 일어나지 않는다. 또한, 랑베나이트는 염소(Cl)의 함량이 염화칼리(KCl) 비료의 2.5wt% 정도로 아주 낮기 때문에 염소를 기피하는 작물에도 무리 없이 칼리 성분을 공급한다. 이 밖에도 랑베나이트는 함유된 칼리(K₂O) 성분이 토양 속에서 토양미생물의 작용에 의하여 장기간에 걸쳐 지용성(遲溶性)으로 서서히 분해되기 때문에 유실과 용탈이 적고 비효가 높다. 이와는 대조적으로 종래의 유기질비료에 함유된 칼리는 질소, 인산에 비하여 소량이고 수용성(水溶性)이기 때문에 유실(流失)과 용탈(溶脫)되는 양이 많아 비효가 낮다. 천연광물 랑베나이트의 양분 함유량은 [표3]과 같다.

[표 3] 랑베나이트의 양분 함유량

(다) 구용성(久溶性) 포스페이트(phosphate)

구용성 포스페이트는 조류 배설물 또는 해양 생물이 오랜 기간 퇴적하여 형성된 구아노(guano)로서, 고품질의 구용성 인산과 양질의 칼슘이 다량 함유된 천연광물이다. 구용성 포스페이트는 토양 속에서 용탈이 잘 되지 않고 토양미생물의 분해 작용에 의하여 장기간에 걸쳐 서서히 용해되므로 지속성이며 비효도가 높다.

천연광물 포스페이트의 양분 함유량은 [표 4]와 같다.

[표 4] 천연광물 구용성 포스페이트의 양분 함유량

(3) 복합조성물의 제조공정

원료혼합물을 발효 탱크(tank)에 넣고 수분을 20wt% 주입하고 고밀도(개체수 밀도가 1.1x10⁸cfu g^-1이상)의 배양미생물(광합성미생물, 방선균, 효모균, 유산균 등) 액상제제를 10^-3wt% 첨가한 후 발효교반기를 가동하여 48시간 내지 72 시간 동안에 원료혼합물량의 약 15wt% 정도를 발효시켜 복합조성물로 만든다. 전체 원료혼합물량의 약 15wt% 만을 발효시키는 이유는 함유 유기물의 일부를 배양 활성화된 미생물로 미리 발효시켜서 시비 시 본 비료의 토양분해 전이라도 작물이 초기생육에 필요한 양분을 곧바로 흡수할 수 있게 하고 작물에 유익한 토양미생물들이 유기물과 천연광물에 활착되기 쉽게 하여 유익한 토양미생물들이 빠른 시간 내에 토양에 우점(優占)될 수 있도록 하기 위해서이다. 천연광물인 랑베나이트와 구용성 포스페이트는 토양미생물의 분해작용에 의하여 소량씩 서서히 용해되는 성질을 가지고 있다. 이 공정에서 원료혼합물량의 15wt% 이상을 발효시키면 유박에 함유된 양분들이 필요 이상으로 분해, 휘산(揮散)되어 함유 양분이 감소될 뿐만 아니라, 발효시간이 길어져서 생산비가 많이 든다.

이 공정에서 배양미생물 액상제제의 개체수 밀도는 1.1 ×10⁸cfu g^-1이상이다. 배양미생물의 밀도가 높을수록 발효기간이 짧아지고 낮을수록 길어진다.

(실시 예)

(가) 공시(公試) 재료

2002 년 5 월~6 월 사이에 충남 연기군 전동면 송성리에 설치된 비닐하우스에서 사용하여 비효(肥效) 시험을 실시하였다. 실험에 시용(施用) 된 토양은 양분 함량이 다소 낮았으나 점토가 많아서 치환성(置換性) 이온(ion) 함량이 높았으며, 화학적 특성은 [표 5]와 같다.

[표 5] 시험 전 토양의 화학적 특성

공시(公試) 비료는 본 발명에 의하여 분말형의 천연유기혼합비료(MFP; natural organic Mixed Fertilizer Powder), 펠렛형의 천연유기복합비료(CFP; natural organic Compound Fertilizer Pellet) 및 화학비료를 사용하였다. MFP(천연유기혼합비료)는 발효과정을 거치지 않은 혼합 상태의 것(분말)만을 사용하였고, CFP(천연유기복합비료)는 약 15wt%를 미리 발효시켜 혼합, 성형한 펠렛을 사용하였다. MFP 와 CFP 는 a 당 300kg를 시비하였다. 화학비료는 농촌진흥청 산하 원예연구소의 추천 시비량에 따라 요소, 용성인비 및 염화칼리를 사용하여 a 당 질소-인산-칼리를 26-20-30kg 을 시비하였다. 이 화학비료구의 질소-인산-칼리 시비량을 중량비로 환산한 결과 천연유기복합비료에 함유된 질소-인산-킬리 양의 3 배 이상이었다. 공시 비료의 구성 성분과 화학적 특성은 [표 6]과 같다.

[표 6] 공시 비료의 구성 성분 및 화학적 특성

공시(公試) 작물은 배추(Brassiea campestris L.)로 품종은 엇갈이배추(농우교배)이다.

(나) 시험구(試驗區) 및 작물 재배

시험구(試驗區)는 ① 무비구(無肥區), ② 화학비료구, ③ 분말(MFP)구(區) 300kg ha^-1, ④ 펠렛(CFP)구(區) 300kg ha^-1의 4 개 구(區)로 구획하였다. 각 구(區)당 면적은 15m²이다. (ㄱ) 무비구에는 전혀 비료를 시비(施肥)하지 않고 비닐 멀칭(vinyl mulching)(비닐로 두둑을 씌워 덮었고) 하였고, (ㄴ) 화학비료구에는 요소, 용성인비 및 염화칼리를 약 15cm 깊이의 토양과 균일하게 혼합하여 비닐 멀칭 하였다. ㉢ 분말(MFP)구는 분말의 시용량(施用量)을 약 15cm 깊이의 토양과 균일하게 혼합하여 비닐 멀칭 하였고, ㉣ 펠렛(CFP)구는 펠렛의 시용량(施用量)을 약 15cm 깊이의 토양과 균일하게 혼합하여 비닐 멀칭 하였다. 모종판 하나에 162 개의 구멍이 있는 플러그(plug; 모종판)에 4 월 27 일 파종 육묘하여 30 ×40cm 간격으로 처리구당 99 포기씩 5 월 2 일에 정식(定植)하여 6 월 18 일 수확하였다.

(다) 작물 생육 및 수량(收量) 조사

정식 후 생육이 균일한 30 포기를 취해 포기당 평균을 생체중(生體重)으로 나나냈으며, 생중량지수(生重量指數)는 무비구 및 화학비료구의 중량을 100 으로 기준하여 계산하였다.

(라) 토양 분석

토양의 수소이온농도지수(pH)와 전기전도도(EC; Electric Conductivity)는 시료(試料) 대 증류수의 비를 1:5 로 하여 측정하였고, 유기물 함량은 Tyurin 법, 총질소는 Kjeldahl 증류법으로 분석하였다. 양(陽)이온 치환(置換) 용량은 N-NH₄O 산(Acid)용액(pH 7.0)을 이용하여 측정하였고, 치환성 양이온은 N-NH₄O 산용액(pH 7.0)으로 침출된 것을 ICP(Inductivity Coupled Plasma)로 정량하였다. 유효 인산은 Bray No.1 법으로 추출한 후 바나도 몰리브덴산(Vanado Molbden Acid)을 이용한 비색법(比色法)으로 측정하였다.

(마) 처리구별 배추 수량(收量)

각 시험구별로 배추의 수량을 조사한 결과는 [표 7]과 같다. [표 7]에서 볼 수 있는 바와 같이 화학비료를 시용(施用)하였을 때에는 무비구에 비하여 개체중(배추 수량)이 1.96 배 증가하였다. 그러나, 천연유기혼합비료의 분말(MFP)과 천연유기복합비료의 펠렛(CFP)을 시용하였을 때에는 무비구에 비하여 각각 4.18 배, 5.03 배 증가하였으며, 화학비료구에 비하여 는 개체중이 각각 2.13 배와 2.57 배의 현저한 증가를 보였다.

[표 7] 시험구별 배추 수량 및 질산태질소(窒酸態窒素) 함량

펠렛(CFP)구의 개체중이 분말(MFP)구의 개체중보다 높게 나타난 것은 분말(MFP)구가 발효시키지 않은 비료를 사용한데 반하여, 펠렛(CFP)구는 미리 일부가 발효된 비료이므로 작물이 발아초기에 필요한 양분을 적시에 충분히 공급할 수 있었기 때문이라 판단된다. 즉, 펠렛(CFP)구는 함유 유기물을 미리 15wt% 발효시켰기 때문에 토양미생물의 분해작용을 거치지 않아도 작물이 필요한 양분을 곧바로 흡수할 수 있게 만들어 시비하였으므로, 발아초기에 필요한 양분이 작물에 빠르게 공급되어 초기 성장에 활용될 수 있었다는 뜻이다. 일반적으로 토양에 시비한 유기물질의 양분은 작물이 곧바로 활용할 수 없다. 왜냐하면, 토양미생물이 탄질율 10~20 이하의 유기물을 분해하여 작물이 흡수할 수 있는 영양대사 물질을 생성시키는 데에는 최소 1주일 이상이 걸리기 때문이다.

한편 배추의 가식 부위의 질산태질소 함량을 분석한 결과 모든 처리구에서 210~240kg^-1수준으로 질산태질소의 집적 정도는 매우 낮았다. 토양에 질소가 과다 투입되면 질화 작용에 의하여 질산이 축적되어 토양의 수소이온농도지수(pH)가 낮아진다. 토양 pH가 5 까지 낮아지면 암모니아 산화 세균의 활성에 비하여 아질산산화 세균의 활성이 극도로 줄어들게 되고 이 때 산화되지 못한 아질산이 아산화질소 가스로 방출된다. 이런 이유로 밀폐된 비닐하우스 내에서는 가스 장애가 자주 발생한다. 질산태질소의 농도가 과도하게 높은 경우에는 그것이 작물에 흡수될 우려가 많다. 비료 시험에서 질산태질소를 분석하는 이유는 질산태질소가 작물을 통하여 인체에 적은 양이라도 들어오면 청람증 증세를 일으키고 많은 양일 때에는 사망할 위험이 있기 때문이다.

본 발명은 오염되지 않은 천연 물질 만을 원료로 하여 친환경적인 신종 비료를 제공함으로써, ① 농산물 시장의 전면 개방에 대비하여 작물의 생산성과 경쟁력 제고(提高)방안의 하나를 제시하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 ② 토양생태계를 복원할 수 있는 양질의 비료를 제공하여 작물의 품질을 고급화 하는 효과가 있고, ③ 화학비료의 사용을 피하고 한번의 시비로 생력화를 돕는 효과가 있고, ④ 병충해 발생을 감소시켜 농약 사용량과 방제 횟수를 줄여줌으로써 생산비를 절감시키는 효과가 있다.

Claims

피마자유박, 대두유박, 미강유박, 채종유박, 카폭유박 중 2 종 이상을 취하여 수분함량 15wt% 이하의 유박혼합물을 만들고 유박혼합물과 수분함량 10wt% 이하의 랑베나이트와 수분함량 10wt% 이하의 구용성 포스페이트를 혼합하여 원료혼합물을 만들고 원료혼합물의 질소 인산 및 칼리의 함유비율이 4 : 3 : 2 가 되도록 균일하게 혼합한 원료혼합 조성물
피마자유박, 대두유박, 미강유약, 채종유막, 카폭유박 중 2종 이상을 취하여 수분함량 15wt% 이하의 유박혼합물을 만들고 유박혼합물과 수분함량 10wt% 이하의 랑베나이트와 수분함량 10wt% 이하의 구용성 포스페이트를 혼합하여 원료혼합물을 만들고 유박혼합물과 랑베나이트와 구용성 포스페이트를 91 : 5 : 4의 중량비로 고르게 혼합한 원료혼합 조성물
청구항 1 에 있어서 원료혼합 조성물의 제조법
청구항 2 에 있어서 원료혼합 조성물의 제조법
청구항 1 에 있어서 원료혼합물을 탱크 속에 투입하고 원료혼합물량의 약20wt% 되는 수분을 원료혼합물에 투입하고 개체수 밀도가 1.1 ×10⁸cfu g^-1이상 되는 배양미생물 액상제제를 원료혼합물에 투입하고 발효탱크의 상부에 설치된 발효교반기로 교반하여 원료혼합물의 약 15wt%만을 48 시간 내지 72 시간 동안 통성 발효시킨 복합조성물
청구항 5 에 있어서 복합조성물의 제조법