KR20060001989A

KR20060001989A - 해조류 부산물을 이용한 농업용 육묘상토 제조방법

Info

Publication number: KR20060001989A
Application number: KR1020050128409A
Authority: KR
Inventors: 조재영; 이강수
Original assignee: 조재영
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2006-01-06
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: KR100779756B1

Abstract

본 발명은 해조류의 생산·가공에서 발생되는 부산물을 농업용 육묘상토 제조분야에 재이용함으로써, 연안 해양환경의 오염부하를 경감시키고, 기능성이 우수한 유기성 폐기물의 농경지 투입으로 인한 토양환경 개선효과를 얻을 수 있으며, 궁극적으로 피트모스, 수피, 코코피트와 같은 농업용 수입 원자재를 대체하여 농업인 뿐만 아니라 범국가적인 농업경쟁력 확보와 관련되어 있다.

본 발명의 공정은 ① 해조류의 양식과 가공과정에서 발생하는 부산물을 수세하여 이물질을 제거한 다음 일광 또는 건조기에서 건조하여 함수율을 10 내지 30% 이하로 하는 공정 ② 건조된 해조류 부산물을 깨끗한 물에 6시간 이상 침지후 다시 깨끗한 물로 수회 수세하여 표면에 잔류하는 염분을 충분히 제거한 후 염분농도가 0.5% 이하가 되도록 하는 공정 ③ 염분제거 및 수세가 완료된 해조류 부산물을 함수율 10 내지 20% 이하가 되도록 건조하는 공정 ④ 건조된 해조류 부산물을 1 내지 2mm 크기 입자로 분쇄하는 공정 ⑤ 해조류 부산물 분말 20 내지 80 중량%와 그리고 코코피트, 피트모스, 수피, 왕겨, 훈탄 그리고 부엽 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 20 내지 80 중량 %를 혼합한 유기성 재료를 균일하게 혼합, 조제하는 공정 ⑥ ⑤에서 얻어진 유기성 재료 40 내지 90 중량%와 버미큘라이트, 펄라이트, 제올라이트, 그리고 규조토 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 10 내지 60 중량%를 배합하는 공정 ⑦ 수용성 질소와 유효인산 등 식물영양성분을 첨가한 다음 교반식 발효조에서 3주 정도 발효 숙성시켜 수분함량이 30 % 미만으로 육묘상토를 제조하는 공정 으로 구성되어 있다.

해조류 부산물을 이용하여 육묘상토를 조제할 경우 상토의 물리성과 화학성을 고려하였을 때, 가장 이상적인 배합조건은 해조류 부산물 60 중량%(해조류 부산물 50 중량%와 피트모스 50 중량%로 혼합분), 버미큘라이트 20 중량% 그리고 펄라이트 20 중량% 인 것으로 나타났다. 본 발명에 따른 해조류 부산물이 첨가된 육묘상토는 육상에서 얻을 수 있는 유기재료에 비해서 다양한 무기성분 뿐만 아니라 Auxin과 Cytokinin 같은 식물생장호르몬이 다량 함유되어 있어서 일반 육묘상토 보다 작물의 육묘단계에서 종자 발아력 향상과 건전한 육묘를 할 수 있으며, 정식단계에서도 작물생산성 향상, 식물양분의 흡수율 향상, 병충해 발생 저감 등 유용한 효과를 기대할 수 있다.

해조류 부산물, 농업용 육묘상토, 유기성 폐자원, auxin, cytokinin

Description

해조류 부산물을 이용한 농업용 육묘상토 제조방법{DEVELOPMENT FOR AGRICULTURAL BED SOIL USING THE SEAWEEDS BY-PRODUCT}

도 1은 본 발명에 사용된 해조류 부산물 분말(다시마)을 예시하는 사진이다.

도 2는 본 발명에 사용된 해조류 부산물 분말(미역)을 예시하는 사진이다.

도 3은 본 발명에 사용된 해조류 부산물 분말(다시마와 미역 혼합물)을 예시하는 사진이다.

도 4는 본 발명에 사용된 건조미역과 건조 다시마에 함유되어 있는 식물영양성분 의 함량을 예시하는 도표이다.

도 5는 본 발명에 사용된 건조미역과 건조 다시마에 함유되어 있는 식물생장 호르 몬 농도를 예시하는 도표이다.

도 6은 해조류 부산물(미역, 다시마)과 피트모스의 혼합비율에 따른 유기성 재료 의 용적밀도를 예시하는 도표이다.

도 7은 본 발명에서 개발된 육묘상토의 물리화학적 특성을 예시하는 도표이다.

도 8은 본 발명에서 개발된 육묘상토에 함유되어 있는 유해 중금속물질의 농도를 예시하는 도표이다.

도 9는 본 발명에서 개발한 해조류 첨가 육묘상토를 예시하는 사진이다.

도 10은 일반 육묘상토와 본 발명에서 개발한 해조류 첨가 육묘상토를 이용하여 15 일 동안 재배한 배추의 생육상태를 비교 예시한 사진이다(좌: 개발상토, 우: 일반상토).

도 11은 일반 육묘상토와 본 발명에서 개발한 해조류 첨가 육묘상토를 이용하여 15 일 동안 재배한 배추의 뿌리 생육상태를 비교 예시한 사진이다(좌: 개발상 토, 우: 일반상토)..

도 12는 일반 육묘상토와 본 발명에서 개발한 해조류 첨가 육묘상토를 이용하여 15 일 동안 재배한 배추의 생육 및 수량지수를 비교 예시한 도표이다.

종자가 발아하여 종피를 막 뚫고 나온 연약한 뿌리는 온도, 수분, 산소 등의 환경적 요인에 매우 민감하게 반응하면서 그 고유기능을 발휘하게 된다. 이러한 어린 뿌리가 처음으로 맞닿은 토양이 바로 육묘상토인데, 이는 어린 식물체의 뿌리가 성장하는 장소로서 식물체를 기계적으로 지지시켜 주고, 각종 양분, 수분, 산소를 뿌리로 공급하며 외부의 급격한 환경변화를 1차적으로 차단하는 가장 기본적이고 중요한 육묘자재라 할 수 있다.

초기의 원예용 상토는 각 농가에서 토양과 퇴비를 혼합하여 짧게는 1개월에서 길게는 6개월간 부숙시켜 사용하였는데 상토를 만드는 재료와 시기에 따라 상토 의 물리·화학성이 각각 달라 작물의 생육이 불균일하여 상토의 제조와 육묘에 많은 기술과 숙련을 필요로 하였다. 그러나 요즈음에는 농업에 관련된 산업이 발달하고 육묘기술이 발전하여 보다 가벼워지고 작물생육에 필요한 양분의 균형이 안정화되고 물리적 조건을 최상화시킨 전문화된 상토가 생산 공급되고 있다.

수도용 상토는 1977년 기계이앙기의 보급으로 상토의 사용이 시작되었다고 볼 수 있다. 손 모내기를 하였을 때는 상토를 사용하지 않고 논 못자리에 바로 파종하여 육묘하였다. 그러나 기계이앙기를 사용함에 따라 기계이양용 육묘상자에 육묘를 하여야 기계이양이 가능하기 때문에 기계이양 육묘에 사용되는 상토는 논이나 산에 있는 깨끗한 토양을 채취하여 비료를 혼합하고, 토양산도를 조절한 후 약제에 의한 토양소독을 하면서 사용하여 오다가 1981년 부농에서 수도용 상토를 생산한 것이 시발점이 되어 공장에서 생산된 상토의 공급이 이루어지게 되었다. 농협중앙회는 작물별 전용 상토개발의 필요성을 인식하고 상토전문회사와 공동으로 고추, 토마토, 오이, 참외, 수박, 호박, 배추 전용상토 개발 협약을 체결하고 1998년 7월 이들 전용상토를 개발 공급하게 되었다.

원예용 상토의 조제조건에는 각 작물마다 생육에 적합한 화학성, 물리성 그리고 생물성이 다를 수 있으나 일반적으로 상토가 갖추어야 하는 기능은 크게 4가지로 구분할 수 있다. 첫째 상토는 작물의 생육에 필요한 양분을 보유하고 있어야 하고, 둘째 필요한 수분을 적절하게 유지하여야 하며, 셋째 뿌리의 호흡에 필요한 산소를 공급하고 이산화탄소를 원활하게 배출하는 가스 교환기능이 좋아야 될 뿐만 아니라, 넷째 작물체를 지지하는 힘이 커야 한다(한국육묘산업연합회).

현재 국내에서 사용되고 있는 상토의 유기·무기성 재료는 다음과 같다.

① 버미큘라이트(Vermiculite)

버미큘라이트는 주로 남미와 미국에서 생산되는 마그네슘과 철이 함유된 알루미늄실리케이트 계통의 원석을 1,000℃의 고열로 처리하여 용적을 10∼15배 증가시킨 원예용 인조토양이다. 특히 병충해와 잡초의 발생 걱정이 없고, 보수력이 풍부하며 열의 전도가 적은 이상적인 토양이다.

② 펄라이트(Perlite)

펄라이트는 화산의 용암지대에서 캐낸 회백색의 광물을 760℃의 고열 처리를 하여 원광석의 10배 이상으로 팽창시켜 만든 백색의 가벼운 입자이다. 무게가 모래보다 86% 정도 가벼워 관수하면 이동하기 쉬우나 다른 상토재료와 섞어 쓰면 적정한 공기와 수분을 함유하여 토양을 부드럽게 하는 효과가 있으므로 세근의 발육이 양호하다.

③ 제올라이트

장석류의 미세한 다공 광물질로서 보수력, 보비력 및 배수력이 우수하며 유해 가스 및 유해물질 흡착력이 높다. 아울러 토양 산성화를 방지하고 K, Mg, Ca등의 양분을 공급하므로 토양개량제, 비료혼합제, 증량제 등으로 사용된다.

④ 규조토

규조토는 규조(珪藻)라고 일컫는 단세포 수중식물의 유해가 호수나 바다에 가라앉아 형성된 회백색의 퇴적물이다. 대부분 비정질의 실리카로 되어있으며 물리화학적으로 안정한 무기질로 다공성이며 가볍고 흡수성과 보수력, 보비력이 뛰어나 양분을 보유하였다가 서서히 용출시키는 특성이 있으며 유해가스 제거 및 살충효과가 있다.

⑤ 코코피트

코코피트는 열대지방 야자수의 섬유물질로 리그닌의 함량이 높아 화학적으로 불활성 물질이다. 미생물 침투에 저항성이 있고 산화조건이 안정적이며, 상당한 유기 양분과 미량요소를 함유하고 있는 무독, 무취의 소재이다. 퇴비와는 달리 장기간 분해되지 않는 특성이 있으므로 상토내에서 가스발생의 우려가 없다. 보수력은 건물기준으로 중량의 6∼9배로 대단히 높고, 공극량은 96%로 양호하다. 이를 이용한 상토는 물리성과 화학성이 안정되어 있으며, 타 소재에 비해 무게가 매우 가벼워 작업성이 뛰어나다.

⑥ 피트모스(Peat moss)

피트모스는 세계적으로 상토의 유기물 자재로서 가장 많이 이용되고 있다. 피트모스는 부피의 89% 정도를 차지하는 수분세포를 가지고 있고 물과 공기가 이상적인 비율로 함유되어 있어 통기성 및 보수력이 매우 우수하다. 양이온치환용량이 커서 보비력이 좋으며 상토내에서 분해가 느리게 일어나기 때문에 이화학성이 오랫동안 유지될 수 있다. 또한 무기성분 함량이 매우 적고 분해과정에서 무기성분의 용출도 많지 않으므로 시비조절이 용이하며, 해충 및 잡초종자 등이 없고 가벼워 취급이 용이 할 뿐만 아니라 섬유질상으로 되어 있어 자체결합력이 우수한 장점이 있다. pH가 3.2∼5.5로 낮으나 조정 후에는 안정되는 특징이 있다. 그러나 피트모스는 보수력이 지나치게 좋아 과습의 우려가 있으며 한번 건조된 후에는 재흡수가 어려우며, 토양에 정식할 경우에는 토양과 친화력이 낮아 정식초기 3∼4일 이내에는 포장의 수분관리에 상당한 주의를 하지 않으면 활착에 문제가 있을 수 있다.

⑦ 수피(Bark)

바크는 제재업이나 펄프공업의 폐기물을 퇴비화한 것으로 비교적 값이 싸나, 사용하기 전에 아세트산과 같은 생육저해 물질을 제거하고 C/N율을 낮추기 위한 부식과정을 거쳐야 하며 부식과정을 거치면 양이온치환용량도 매우 높아진다. 그러나 원료가 되는 수목의 종류, 처리공정 등에 따라 제품의 질이 다르므로 동일재료를 구입하기 어려우며 분해를 위한 노력과 시간이 많이 소요되는 결점이 있다.

⑧ 왕 겨

왕겨는 우리나라에서 가장 쉽게 구할 수 있는 유기물자재로서 매년 100여만톤 이상 생산되는 것으로 추정되고 있다. 왕겨는 비중(100kg/㎥)이 낮아 운반비가 많이 들고 리그닌, 규산함량 등이 높아 가공이 어려우나 분해 안정성이 높은 장점이 있으며 흡수율은 피트모스에 비하여 낮은 편이나 가공입자의 형태나 크기에 따라 높일수 있는 반면 통기성이 매우 우수하다. 그러나 양이온치환용량이 낮고, pH가 지속적으로 높아지며 자체 결합력이 적어 뿌리의 발달이 적은 고추와 같은 작물에서는 다소 성형성이 떨어지는 단점이 있다.

⑨ 부 엽

부엽은 낙엽을 썩힌 것으로서 산지에서 퇴적된 것이라든지, 또는 인위적으로 퇴적하여 만들며 다른 용토나 배합토와 혼용하여 쓰면 배수와 통기가 잘되며 흙을 팽연화(膨軟化) 시켜서 물리적 성질을 오랫동안 좋게 지속시킨다. 낙엽의 재료로 는 잎몸이 두꺼운 떡갈나무, 참나무, 밤나무 등이 이상적이다. 침엽수의 낙엽은 작물 반근에 해로운 테레핀유를 함유하고 대나무 잎은 백견병, 균핵병 따위의 발생이 많아서 좋지 못하다.

원예산업의 급격한 발전으로 인한 대형 육묘장의 증가 등 농업적 여건이 변화되어 전문 생산자에 의해 생산되는 육묘상토의 수요와 공급이 지속적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 2004년 기준으로 국내 육묘상토 시장규모는 약 500억원 수준으로 매년 20% 이상 성장 추세에 있다. 향후에는 작물 특성에 적합한 맞춤형 상토와 미생물 상토, 고기능성 상토 등의 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 육묘상토의 수요공급이 증가함에 따라 파생된 주요 문제점 중의 하나가 육묘상토 재료의 확보이다.

우리나라의 경우 육묘상토를 제조하는데 필요한 버미큘라이트, 펄라이트, 제올라이트와 같은 무기질 자원, 코코피트, 피트모스 또는 수피와 같은 유기질 자원의 거의 대부분이 수입에 의존하고 있다. 육묘상토의 사용량이 증가함에 따라 상토용 원제의 수입량이 증가하고 있다. 2004년 기준으로 매년 10만톤 이상의 상토용 원제가 수입되고 있는데 이는 국내 소요량의 70% 이상에 해당되는 양이다. 이는 농가 생산력에 대한 부담일 뿐 아니라 장기적으로 국가 경제에도 바람직하지 못한 영향을 끼치게 될 것으로 예상된다.

대한민국 특허 10-1999-0055283에 톱밥과 농업부산물(왕겨) 등을 분쇄한 상토조성물에 대해, 대한민국 특허 10-1999-0052005에 폐지(종이류)와 농업부산물(볏 짚류 등)을 분쇄한 상토조성물에 대해 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-2001- 0047158에 기존의 유기질 성분과 제지섬유소를 유효성분으로 하는 상토 조성물에 계면활성제와 임의로 천연 유해생물 기피제를 적정농도 범위로 첨가하여 수분 흡착성과 평탄성을 개선시킨 발명이 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-1987-0001574에 의하면, 입상화시킨 암면과 점토 광물 등 부가배합물을 혼합한 광물섬유를 이용한 양액재배용 농작물의 상토 조성물에 대해 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-2001- 0025133에 천매암을 이용한 육묘용 상토의 제조방법이 그리고 대한민국 특허 10-2003-0071359에 팽연왕겨를 이용한 육묘상토의 개발방법이, 대한민국 특허 10- 2003-0013855에 게르마늄이 첨가된 기능성 상토의 제조방법이 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-2003-0019085에 피트모스, 코코피트, 질석, 규조토, 제올라이트 분말 등을 포함한 수도용 상토 조성물 제조 그리고 대한민국 특허 10-2002-0062237에 정수장에서 필수적으로 발생되는 폐기물인 슬러지를 이용한 상토제조방법이 예시되어 있다. 또한 대한민국 특허 10-1995-0001262에 왕겨를 분쇄·증자(蒸蔗)한 후 상토를 제조하는 방법이 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-2001-0030249에 녹차의 유효성분을 씨앗 또는 종균에 흡수시키고, 성장기에도 녹차의 유효성분을 이용하여 병충해 등으로부터 보호하는 방법이 그리고 대한민국 특허 10-2000-0020288에 산야토에 왕겨 또는 제지공장의 슬러지를 첨가하여 수도용 상토를 개발하는 방법이 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-1982-0002855에 농산폐자원인 톱밥, 왕겨, 화본과 식물의 잔간, 초근목피 등을 요소와 알카리액을 혼가하고 처리함으로써 팽연 다공질로서 흡수성이 우수하고 조강성이 없는 부드러운 미강상태로 하여 반추가축의 조사 료나 사료증강제, 미생물 배양제, 퇴비원료 및 육묘용 상토의 개발방법이 예시되어 있다.

상기 선행발명에서 살펴본 바와 같이 우리나라에서 육묘용 상토제조시 수입 유기성 원료를 대체하기 위해 주로 팽연왕겨, 왕겨, 톱밥, 식물성잔사, 폐종이 등을 사용하여 왔으며, 아직까지 농업생태계에서 위해성 논란의 중심에 위치하고 있는 정수장 슬러지, 제지슬러지 등을 이용한 사례도 발견되고 있다.

이에 여러 연구기관에서 상토의 주재료인 유기질 자원을 확보하기 위해 다각도로 연구를 진행하고 있는데 그 대표적인 것이 왕겨와 활엽수 파쇄목을 이용한 상토재료의 확보이다. 왕겨는 자원은 풍부한 편이나 양이온교환용량이 낮고, pH가 지속적으로 높아지며, 성형성이 낮기 때문에 범용화 하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 아울러 활엽수 파쇄목을 상토제조에 이용할 경우 수입 상토를 대체할 수 있을 만큼 경제성이 있으나, 활엽수는 개발이 제한돼 있는 것이 단점으로 지적되고 있다.

한편, 우리나라는 3면이 바다에 접해 있어서 미역, 다시마, 톳 등과 같은 해조류의 양식과 가공이용이 활발하지만 이들의 수거, 양식 및 가공과정에서 발생되는 부산물의 재활용은 미미할 뿐만 아니라 환경오염의 원인이 되고 있는 실정이다. 특히 미역의 경우 전체 미역 생산량의 40∼60%인 14∼21만여 톤이 양식장에 그대로 버려져 전라남도 완도나 부산시 기장 지역의 미역을 전멸하게 했던 좁쌀병의 원인이 되고 있어 이들 폐기물의 수거와 재활용 방법의 모색은 시급히 해결해야 할 문 제이다(농림부, 2003).

해조류는 수천년 전부터 식품, 의약 및 비료로 사용하여 왔으며, 최근에 와서는 식·의약품 첨가제, 사료첨가제 및 환경산업 등에서 다양하게 이용하고 있다. 특히 유럽 등지의 바다를 끼고 있는 국가에서 오래 전부터 토양개량제나 비료로 사용하여 왔는데, 초기에는 해조류의 수집 건조 및 운반에 소요되는 비용 때문에 해안지역의 농민들이 소규모로 이용한 것으로 알려져 있다. 최근에 와서 해조류 추출물이나 해조류 분말제 등이 농업용으로 상품화되어 있으며 토양과 여러 작물에서 그 효과가 확인된 바 있다(농림부, 2003).

US 특허 4337077(1982)에 농업용 미생물 접종물 조성에 해조류를 첨가한 사례가, US 특허 4383845(1983)에는 해조류를 이용한 작물생육 촉진용 엽면살포제 개발이 그리고 US 특허 5797976(2000)에도 유사한 개발사례가 예시되어 있다. 또한 US 특허 2935853(1960)에는 해조류 추출물을 이용한 토양침식 방지제 개발과 관련된 방법이 예시되어 있다. 현재 미국이나 캐나다에서는 상품명으로 “AGGRAND” 이라는 천연 유기질비료가 공급되고 있는데 이는 수용성 어류추출물, 켈프 추출물과 일부 미생물 활성제를 조합한 것이다. 이와 함께 Kelp[켈프, 해초의 일종; 대형의 갈조류(褐藻類)] 추출물을 이용한 액체비료가 개발되어 농가에 보급되고 있으며, 해조류 추출물을 이용하여 조경, 잔디, 레저타운, 원예 및 산림분야에서 토양침식방지제로 상품명으로 “Seanure”, “Terrabind” 등을 사용하고 있는데 이들은 토양내에서 수분보유력 향상, 질소비료 대체, 살균제와 살충제를 대체하며 작물의 생육을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 현재 미국, 캐나다 및 유럽에서 사용되고 있는 해조류를 이용한 기능성 엽면살포용 액체비료를 개발하여 널리 사용하고 있다.

우리나라에서 해조류를 이용한 선행발명에 대한 검토결과, 식품첨가물로서 해조류를 이용한 경우가 대부분을 차지하고 있었다. 일부 해조류를 농업적, 산업적으로 응용한 사례가 조사되었는데 대한민국 특허 10-1977-0002595에 의하면, 화초용 식물영양제를 제조하는데 있어 아조토박터, 포스포박터, 크로스티리듐 버티리슘, 부숙균 등을 토탄침출액 40%, 토양 침출액 15%, 골분액 20%, 해조류즙 25%를 첨가한 제조방법이 예시되어 있고, 대한민국 특허 10-1967-0000702에 의하면, 근류균 비료를 제조하는데 있어 두과식물의 뿌리로부터 분리한 근류균을 두과식물의 열배 전즙 및 건초침출액 25%와 해조류의 폐물을 농염산으로 섭씨 21 내지 21.5도의 온도로 분해시켜 석회유로 중화한 액 15%, 토양침출액 60% 및 주류박을 비롯한 각종 첨가제를 혼합하여 살균한 액체배지에서 증식배양하여 비료로 제조하는 방법이 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-1963-0000604에 의하면 세균비료를 제조하는데 해조류를 토양세균의 증식매체로 이용한 사례가 예시되어 있다. 대한민국 특허 10- 1959-0000195에 의하면 섬유질 모종분 제조과정에 백토와 함께 해조류의 분말을 일부 혼합한 사례가 예시되어 있다. 대한민국 특허 10-1952-0000168에 의하면, 갈조류를 물 또는 산으로 처리하여 무기염류를 제거한 후 알칼리 또는 수산암모늄 용액을 가온한 다음 여과한 여액에 동이나 아연 또는 알루미늄 등의 가용성 염류수용액을 가하여 생성된 침전을 암모니아수에 용해하여 목재방부제 제조방법이 예시되어 있고, 대한민국 특허 10-1997-0051227에 의하면, 황토 흙판의 제조과정에 다시마 등의 해초류를 소량으로 첨가하는 방법이 예시되어 있고, 대한민국 특허 10-2003- 0079858에 의하면 해조류 톳을 사료첨가제로 사용함으로써 증체량 및 사료효율이 개선되고, 콜레스테롤 수치를 낮출 뿐만 아니라 항암효과까지 기대되는 기능성 돼지사료첨가제 개발방법이 예시되어 있고, 대한민국 특허 10-2002-0071797에 의하면, 축우사료를 개발하는데 있어 볏짚에 파인애플과 해조류를 첨가제로 처리하는 방법이 예시되어 있고, 대한민국 특허 10-2004-0034981에 의하면, 생황토벽돌, 생황토타일, 생황토구들, 생황토몰탈, 생황토판넬에 있어서의 그 혼합재와 결합재로서 해조류의 미역, 다시마 등에서 추출한 끈적끈적한 알긴산의 주성분을 결합제로 사용한 방법이 예시되어 있다.

국내·외 선행 발명에 대해 예의 검토한 결과, 본 발명에서 목적하는 바와 같이 해조류 부산물을 이용하여 육묘상토를 개발한 사례가 전무한 것으로 조사되었다. 일부 해조류 부산물의 경우 산분해 공정(酸分解)을 거쳐 추출한 식물호르몬을 액체상태로 조제하여 식물체에 엽면시비용으로 개발되고 있을 뿐이다.

최근의 연구결과에 따르면 해조류에는 육상식물에서 보다 많은 70여종 이상의 미량원소를 함유되어 있고 유기 구성성분 중 탄수화물, 단백질, 지방 및 항균특성과 식물생육을 촉진하는 물질과 비타민 등이 함유되어 있다고 알려지고 있다. 그렇기 때문에 해조류 관련 제품을 토양과 작물에 시용함으로서 토양미생물의 활성증진, 토양과 양분유실 억제, 수분유지, 비옥도 증진 등의 효과를 얻을 수 있어 토양의 물리화학적 특성과 미생물적 특성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것이다(농림부, 2003).

따라서 본 발명에서와 같이 해조류의 가공과정에서 발생되는 폐기물을 농업분야에 유기물 자원으로 공급함으로써 재이용이 가능한 유기성 폐기물의 활용범위를 넓히고, 토양의 물리화학적 특성 개량, 작물의 수량증대를 통하여 그 효과를 극대화하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 해조류의 양식과 가공·유통과정에서 발생하는 해조류 부산물의 환경오염부하를 경감시키고 아울러 환경친화적인 자원재순환 시스템 구축과 관련되어 있다. 이를 위해 해조류 부산물을 육묘상토 제조과정에서 필수적인 유기물 자원으로 사용하여 부족한 국내 농업유기물 자원을 확보하는데 있다. 이는 육묘상토 제조공정에서 전량 수입에 의존해 오던 피트모스나 코코피트를 대체할 수 있는 유용 유기물 자원의 확보를 통해 농업인의 재정적인 부담을 경감시키고 동시에 국가경쟁력 제고에도 기여하는데 있다.

해조류에는 육상식물에서 보다 많은 70여종 이상의 미량원소를 함유되어 있고 유기 구성성분 중 탄수화물, 단백질, 지방 및 항균특성과 식물생육을 촉진하는 물질과 비타민 등이 함유되어 있다. 따라서 해조류 부산물을 육묘상토에 처리함으로서 토양미생물의 활성증진, 토양과 양분유실 억제, 수분유지, 비옥도 증진 등의 효과를 얻을 수 있어 토양의 물리화학적 특성과 미생물적 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 고기능성 환경친화형 농업자재를 개발하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 해조류에 함유되어 있는 염분제 거를 수행한 후 이를 건조·분쇄후 확보된 해조류 유래 유기성자원과 피트모스를 혼합한 후 부가적으로 버미큘라이트, 제올라이트, 펄라이트 등과 같은 무기성자원을 적절하게 배합하여 일정기간 발효·숙성을 통하여 양질의 친환경적인 육묘상토를 개발하고자 하였다.

본 발명의 목적은 원예산업의 발달로 인하여 매년 육묘상토에 대한 수요가 증가하다 보니 육묘상토 원료로 사용할 수 없는 산업폐기물을 이용하여 제조한 불량 육묘상토의 공급이 이루어지기도 하고, 수입 육묘상토의 국내 유입이 급증함에 따라 농가의 재정부담 증가 및 국가경제에도 바람직하지 못한 문제가 발생하고 있다.

이와 같은 제반문제를 해결하고 나아가 해조류의 양식과 가공과정에서 수거 및 재활용 등 많은 문제점을 야기하고 있는 해조류 부산물을 양질의 친환경 농업자재로 개발하여 유용 자원의 효율적인 재이용과 해조류 유래 여러 기능성 식물호르몬과 알긴산 등의 유입으로 인한 토양환경을 개선하는 효과를 창출하고자 한다. 본 발명을 공정별로 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 공정 : 육묘상토 조제에 필요한 해조류 부산물의 자원화

본 발명의 제 1공정은 ① 해조류의 양식과 가공과정에서 발생하는 부산물을 수세하여 이물질을 제거한 다음 일광 또는 건조기에서 건조하여 함수율을 10 내지 30% 이하로 하는 공정 ② 건조된 해조류 부산물을 깨끗한 물에 6시간 이상 침지후 다시 깨끗한 물로 수회 수세하여, 표면에 잔류하는 염분을 충분히 제거한 후 염분농도가 0.5% 이하가 되도록 하는 공정 ③ 염분제거 및 수세가 완료된 해조류 부산물을 함수율 10 내지 20% 이하가 되도록 건조하는 공정 ④ 건조된 해조류 부산물을 1 내지 2mm 크기 입자로 분쇄하는 공정으로 구성되어 있다.

제 2 공정 : 해조류 부산물을 이용한 육묘상토 제조

본 발명의 제 2 공정은 ① 상기 제 1 공정에서 준비된 해조류 부산물 분말 20 내지 80 중량%와 그리고 코코피트, 피트모스, 수피, 왕겨, 훈탄, 부엽 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 20 내지 80 중량%를 혼합한 유기성 재료를 균일하게 혼합, 조제하는 공정 ② 상기 ①에서 얻어진 유기성 재료 40 내지 90 중량%와 버미큘라이트, 펄라이트, 제올라이트, 그리고 규조토 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 10 내지 60 중량%를 배합하는 공정 ③ 질소(수용성질소의 총량으로 500 ± 100mg/kg) 그리고 인산(250 ± 50mg/kg)과 같은 식물영양성분을 적정한 수준으로 처리하고 잘 혼합한 다음 교반식 발효조에서 3주 정도 발효 숙성시켜 수분함량이 30% 미만인 것을 본 발명에서 개발된 해조류 첨가 육묘상토로 하였다. 이하 본 발명을 실시예로 예시할 것이지만, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1 : 해조류 부산물의 농업 유기물 자원화

본 발명에 사용한 해조류는 우리나라 서·남해안 지역에서 주로 양식되고 있 고, 비교적 대량으로 손쉽게 채취할 수 있는 다시마와 미역을 대상으로 하였다. 다시마의 가격이 정상적일 때는 양식과정이나 수확하는 과정에서는 바다에 폐기되는 양은 매우 적고, 해양오염 문제도 그리 심각하지 않다. 그러나 가격 경쟁력이 없는 해에는 대략 전체의 20∼30%가 수확되지 않은 채 버려지기도 하고, 수확기가 지나면 품질이 떨어져 식용으로 사용할 수 없으므로 바다에 그대로 방치되어, 물 속에서 자연 용해되어 해양오염과 해조류 양식에 막대한 피해를 끼치기도 한다(농림부, 2003).

반면에 미역은 남해안 지역에서 대단위로 양식되고 있는데, 수확할 때에 식용으로 상품화할 부분만 채취하고 아래의 줄기와 부착부분은 잘라서 바로 현장에 폐기하므로 바다의 환경문제를 야기시킨다. 폐기되는 양은 미역가공업체가 받아주는 가식부분과 거의 같은 양으로, 미역 전체의 약 45%에 해당하며 폐 다시마와 같이 다량을 저가로 구입할 수 있다. 본 연구의 결과에 따라 폐 미역이 재활용되면, 미역양식 해역에 줄기, 포자엽 및 부착기 부분을 그대로 폐기함으로서 발생되는 연안 해양환경의 악화를 줄이고, 유기성 폐기물을 토양환경 개선제와 액체비료로 활용할 수 있는 일석이조의 효과를 기대할 수 있다(농림부, 2003).

본 발명에 사용한 해조류 부산물은 전라남도 완도군 완도읍 양식장에서 수확후 폐기된 다시마(Laminaria sp)와 미역(Undaria pinnatifida)을 획득하여 사용하였다. 채취한 시료는 해조류 가공업체에서 상품성이 낮아 폐기한 것으로서 겉표면에는 끈적끈적한 점액물질이 일부 흐르고 있었으며, 채취하면서 미역과 다시마에 묻어있는 이물질을 제거하였으며, 이들을 자연상태에서 일광건조하여 수분 함량이 20% 이하가 유지되도록 건조하였다.

그 후 건조된 해조류 부산물을 깨끗한 물에 6시간 이상 침지후 다시 깨끗한 물로 수회 수세하여, 표면에 잔류하는 염분을 충분히 제거한 후 염분농도가 0.5% 이하가 되도록 하였다. 마지막으로 염분제거 및 수세가 완료된 해조류 부산물을 함수율 20% 이하가 되도록 건조한 후에 1 내지 2mm 크기 입자로 분쇄하여 분말제형을 조제하였다(도 1, 도 2, 도 3).

본 발명에 사용한 잎과 줄기를 포함하여 폐기되는 상태의 전체를 대상으로 미역과 다시마를 수세·건조·분쇄후 유기물, 식물영양성분, 유용 식물생장호르몬과 유해중금속물질 등에 대해 농촌진흥청(2000)의 토양 및 식물체 분석방법에 조사하였다. 조사결과 유기물 함량이 70% 수준, 식물영양성분인 질소, 인산, 칼리의 함량도 부산물비료 자원으로 합당한 수준이었고, 유해 중금속물질의 농도도 Cd와 Pb의 경우에는 불검출에서 흔적 수준으로 낮게 나타났다(도 4).

해조류에는 오옥신(auxin)이나 사이토키닌(cytokinin)과 같은 식물생장조절 호르몬이 많이 함유되어 있다. 오옥신 중에서 식물체에 가장 중요한 것은 IAA(Indole-3-acetic acid)로 식물세포의 신장과 분화에 관여한다. 사이토키닌은 주로 식물의 뿌리에서 합성되어 다른 필요부위로 전달되어 세포분열을 촉진하는 물질로 알려져 있어, 부정아의 유도와 어린 식물체의 증식을 목적으로 주로 이용되고 있다. 사이토키닌 중에서 식물체에 중요한 종류는 Zeatin, Kinetin, BA, 2-IP이 있는 것으로 알려져 있다(농림부, 2003).

본 발명에서는 오옥신 계열의 식물호르몬은 indole-3-acetic acid(IAA)를, 사이토키닌 계열에서는 Zeatin을 대상으로 액체크로마토그래피를 이용하여 성분함량을 조사하였다. 인돌아세트산(IAA)의 함량을 보면, 미역의 경우 19.4mg/kg, 다시마는 13.2mg/kg을 나타내었으며, Zeatin의 함량은 미역에서 16.9mg/kg, 다시마는 11.7mg/kg을 나타내어 발명에 사용한 두가지 해조류 모두 높은 식물호르몬을 함유하고 있음을 확인하였다(도 5).

결론적으로 해조류의 양식 및 가공공정에서 부산물로 발생되는 다시마나 미역을 농업분야에 재이용 할 경우 식물생리학적으로 아주 우수한 유기물 자원이 될 수 있는 것으로 나타났다.

실시 예 2 : 해조류 부산물을 이용한 육묘상토용 유기성 재료 제조

육묘상토에 첨가된 유기물질의 숙성에 적당한 탄질율, 통기성과 함수율을 제어하기 위해 상기에서 제조한 미역과 다시마 분말을 각각 피트모스와 중량%로 혼합하였다. 혼합비율은 ① 해조류 부산물 20%+피트모스 80%, ② 해조류 부산물 30%+피트모스 70%, ③ 해조류 부산물 40%+피트모스 60%, ④ 해조류 부산물 50%+피트모스 50%, ⑤ 해조류 부산물 60%+피트모스 40%, ⑥ 해조류 부산물 70%+피트모스 30%, ⑦ 해조류 부산물 80%+피트모스 20% 로 조정하여 잘 혼합한 다음 별도의 사이로에 저장하였다.

상기 배합비율대로 혼합된 육묘상토 유기물질을 대상으로 용적밀도를 평가한 결과, 미역과 다시마 모두 해조류 부산물 50%+피트모스 50%에서 가장 양호한 결과 를 나타내었다. 해조류(미역) 부산물 50%+피트모스 50%에서 용적밀도 0.32 Mg/m³, 해조류(다시마) 부산물 50%+피트모스 50%에서 용적밀도 0.34Mg/m³로 나타났다(도 6).

상기 배합비율대로 혼합된 육묘상토 유기물질을 육묘폿트 용기에 넣고 수분을 공급하였을 때 미역 부산물 60 중량%+피트모스 40 중량% 이상에서는 미역이 수분을 흡수함에 따라 부피가 팽창하기도 하고, 미역에서 용출되는 끈적끈적한 알긴산 물질로 인하여 투수성이 불량할 뿐만 아니라 부패정도가 심하게 나타났다. 다시마의 경우에도 유사한 경향을 나타내었다. 따라서 본 발명에서는 육묘상토의 유기물 자원 혼합시 해조류 부산물 50 중량%와 피트모스 50 중량%로 혼합하여 사용하였다.

실시예 3 : 해조류 부산물이 첨가된 고기능성 육묘상토의 개발

실시예 3에서는 실시예 2에서 얻어진 유기성 재료와 무기성 재료인 버미큘라이트와 펄라이트와의 혼합비율을 조절하였다. ① 해조류와 피트모스 혼합분 80%+버미큘라이트 10%+펄라이트 10%, ② 해조류와 피트모스 혼합분 70%+버미큘라이트 15%+펄라이트 15%, ③ 해조류와 피트모스 혼합분 70%+버미큘라이트 20%+펄라이트 10%, ④ 해조류와 피트모스 혼합분 70%+버미큘라이트 10%+펄라이트 20%, ⑤ 해조류와 피트모스 혼합분 60%+버미큘라이트 20%+펄라이트 20%, ⑥해조류와 피트모스 혼합분 50%+버미큘라이트 25%+펄라이트 25%로 혼합비율을 조절하였다.

이렇게 조제된 혼합분에 대해 식물영양성분으로 암모니아태질소, 질산태질소, 유효인산의 함량을 측정한 결과, 암모니아태질소의 경우 100-150mg/kg, 질산태질소 50-80mg/kg, 유효인산 120-150mg/kg의 범위로 나타나 일부 식물영양성분이 결핍될 우려가 제기되어 질산암모늄(NH₄NO₃)과 과인산석회(KH₂PO₄)를 첨가하여 최종적으로 암모니아태질소 300±100 mg/kg, 질산태질소 200±50mg/kg, 유효인산 250±50mg/kg 수준으로 유지되도록 하였다.

그 후 준비된 육묘상토를 각각 교반식 발효조에서 3주 동안 발효·숙성시켜

기능성 육묘상토를 개발하였다. 발효과정중 매 3일 마다 개발된 육묘상토의 탄질율과 수분함량을 조사하였는데 탄질율은 20-40 범위를, 수분함량은 30%를 유지하도록 하였다. 최종적으로 발효·숙성이 종료된 육묘상토를 대상으로 수분, 용적밀도, pH, EC, 암모니아태질소, 질산태질소, 유효인산, CEC 그리고 유해중금속물질에 대해 조사하였다.

본 발명에서 개발된 육묘상토의 성분을 분석한 결과 수분 30% 수준, 용적밀도는 ① 처리구에서 ⑥ 처리구로 갈수록 증가하는 경향이었다. pH는 ① 처리구를 제외하고 거의 모두 6.0-6.5 수준, EC(전기전도도)는 0.4dS/m 수준, 암모니아태질소 280-300mg/kg 수준, 질산태질소 200-220mg/kg 수준, 유효인산 220-250mg/kg 수준, CEC 20cmol/kg 이상을 유지하였으며 vermiculite의 첨가량이 증가할수록 CEC가 증가하는 경향이었다(도 7).

그 밖의 유해성 중금속오염물질의 경우에는 비료공정규격을 모두 만족하는 수준이었다(Hg 2, As 50, Pb 150, Cd 5, Cr 300, Cu 500mg/kg 이하). 해조류 부산물을 농경지에 처리하는 과정에서 일부 우려가 되고 있는 나트륨(Na) 성분은 평균적으로 0.1% 수준을 나타내었는데 세정과정에서 보다 주의를 요할 경우 큰 문제는 없을 것으로 사료되며, 실제적으로 발명된 육묘상토에서 검출된 나트륨의 함량 역시 일반 상토와 비교시 거의 비슷한 수준으로 나타났다(도 8).

상기 ① 처리구 부터 ⑥ 처리구 까지 제조된 육묘상토를 육묘상자에 넣고 물로 포화시킨 후 1주일이 경과한 후 육묘상토의 물빠짐 상태 등을 비교한 결과, 해조류와 피트모스 혼합분을 70% 이상 처리할 경우 해조류 분말이 과다한 수분을 흡수하여 팽윤되기도 하고, 일부 부패현상이 나타나기도 하였다. 전체적으로 육묘상토의 물리성이 해조류 부산물 60 중량%(해조류 부산물 50 중량%와 피트모스 50 중량%로 혼합분), 버미큘라이트 20 중량% 그리고 펄라이트 20 중량%를 조합한 것이 가장 타당한 것으로 조사되었다(도 9).

실시예 4 : 개발된 해조류 첨가 육묘상토와 일반 육묘상토를 이용한 작물재배시험

시판중인 S社(충청북도 음성군 소재)의 경량 원예범용상토를 대조구로 하고, 본 발명에서 최종적으로 개발한 해조류 첨가 육묘상토(해조류 부산물과 피트모스가 동량으로 혼합된 재료 60 중량%와 버미큘라이트 20 중량% 그리고 펄라이트 20 중량% 혼합분)를 대상으로 배추작물을 재배하면서 적용가능성을 비교하였다. 시판 육묘 상자에 상기 육묘상토를 채우고 배추종자를 파종후 총 15일 동안 재배하였다(도 10, 도 11).

배추재배 15일째에 배추를 수확하여 여러 가지 수량지수. 즉, 미역과 다시마가 각각 첨가된 육묘상토에서 생장한 배추의 생체중, 엽폭, 엽장 그리고 작물뿌리의 매트형성 정도를 조사한 결과, 일반 육묘상토에 비해 해조류 첨가 육묘상토에서 배추작물의 생체중, 엽폭, 엽장이 더 높게 나타났고, 배추 뿌리의 매트형성도 더 양호하게 나타나 해조류 부산물이 육묘상토에서 우수한 기능성 물질로 작용하고 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다(도 12).

본 발명은 해조류의 생산·가공에서 발생되는 부산물을 육묘상토 제조분야에 재이용함으로써, 연안 해양환경의 오염부하를 경감시키고, 재활용이 가능하고 기능성이 우수한 유기성 폐기물의 농경지 투입으로 인한 토양환경 개선효과를 얻을 수 있었다. 이는 궁극적으로 피트모스, 수피, 코코피트와 같은 농업용 수입 원자재를 대체하여 농업인 뿐만 아니라 국가적인 농업경쟁력을 확보하는데 크게 기여할 것으로 예상된다.

본 발명을 통하여 기대되는 국가경제적인 효과를 개괄적으로 평가해 보면, 현재 수입되어 시판되고 있는 피트모스 107리터(용적밀도 0.3Mg/m³)는 대략 32kg으 로 가격이 약 27,000원 수준이다. 2004년 기준 수입되는 육묘상토용 자재가 약 100,000톤인데 거의 대부분이 피트모스, 코코피트인 것으로 알려져 있다. 전체 수입되는 원자재 가운데 30,000톤이 피트모스라고 가정하면, 피트모스를 수입하는데 약 250억원 정도가 외화로 지출된다. 그런데 매년 전체 미역 생산량의 40∼60%인 14∼21만여 톤이 양식장에 그대로 버려지고 있는 해조류 가운데 미역을 약 30% 정도만 수거하여 농업분야에 재이용한다고 하면 위에서 언급한 피트모스를 수입하는데 소요되는 250억원 정도의 외화절감효과가 기대된다.

이밖에도 매년 전체 미역 생산량의 40∼60%인 14∼21만여 톤이 양식장에 그대로 버려져 해양오염의 주범이 되고 있을 뿐만 아니라 해조류 양식산업에도 막대한 지장을 초래하고 있는데 이들 해조류 부산물의 수거, 운송, 전처리에 소요되는 경비를 감안한다고 하더라도 범국가적으로는 연안 해양환경 정화비용 절감, 농경지 토양의 유기물 공급으로 인한 토양의 질 개선 등 산술적으로 계량할 수 없을 만큼 막대한 경제적 이익이 파생될 수 있을 것으로 기대된다.

국내 농경지의 토양관리 측면에서 가장 문제가 되고 있는 화학비료의 과다투입으로 인한 염류집적 문제를 해결할 수 있고, 해조류에 함유되어 있는 70여가지의 식물에 필요한 미량원소의 공급으로 작물재배과정에서 발생되기 쉬운 필수미량원소의 공급이 가능할 뿐만 아니라 작물생산성 향상, 식물양분의 흡수율 향상, 종자발아율 향상, 병충해 발생 저감, 등 유용한 효과를 기대할 수 있다.

Claims

농업용 육묘상토의 제조공정 또는 육묘상토 제품에 해조류 또는 해조류의 생산, 가공, 유통과정에서 발생되는 부산물을 분말의 형태로 5 내지 80 중량% 첨가를 특징으로 하는 방법
본 발명에서 규정하고 있는 해조류(海藻類, seaweeds)는 녹조류, 갈조류 그리고 홍조류를 지칭하며, 육묘상토는 수도용과 원예용을 포함하며, 해조류 분말은 0.01 내지 50mm 크기를 특징으로 하는 방법
본 발명에서 규정하고 있는 해조류 분말 20 내지 80 중량%와 그리고 코코피트, 피트모스, 수피, 왕겨, 훈탄 그리고 부엽 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 80 내지 20 중량 %를 혼합한 유기성 재료를 균일하게 혼합한 조성물에 버미큘라이트, 펄라이트, 제올라이트, 그리고 규조토 가운데 적어도 어느 한가지 이상을 10 내지 60 중량%를 배합하는 공정을 특징으로 하는 방법
본 발명에서 규정하고 있는 해조류 또는 해조류 부산물을 가공·정제 또는 추출후 얻어진 오옥신(auxin) 계열 식물성 호르몬을 액체 및 분말의 형태로 작물생산성 향상, 식물양분의 흡수율 향상, 종자발아율 향상, 병충해 발생 저감의 목적으로 육묘상토의 제조공정 또는 육묘상토 제품에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법
본 발명에서 규정하고 있는 해조류 또는 해조류 부산물을 가공·정제 또는 추출후 얻어진 사이토키닌(cytokinin) 계열 식물성 호르몬을 액체 및 분말의 형태로 작물생산성 향상, 식물양분의 흡수율 향상, 종자발아율 향상, 병충해 발생 저감의 목적으로 육묘상토의 제조공정 또는 육묘상토 제품에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법
본 발명에서 규정하고 있는 해조류 또는 해조류 부산물을 가공·정제 또는 추출후 얻어진 기능성 식물영양성분을 액체 및 분말의 형태로 작물생산성 향상, 식물양분의 흡수율 향상, 종자발아율 향상, 병충해 발생 저감의 목적으로 육묘상토의 제조공정 또는 육묘상토 제품에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법