KR20060023746A

KR20060023746A - 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060023746A
Application number: KR1020040072586A
Authority: KR
Inventors: 김대희; 조장돈
Original assignee: 김대희; 조장돈
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-03-15
Also published as: KR100699008B1

Abstract

본 발명은 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 가용성 규산을 극대화함과 아울러 작물의 성장시 필수적으로 요구되는 성분을 직접 공급하여 작물의 품질 개선 및 수확량을 증대함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 광물자원을 이용한 토양개량제는, 주재료로 6㎜이하의 입도를 갖는 규산염광물, 부재료로 각각 Ca, Mg, S, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl 중 하나 이상을 갖는 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 전체 100중량%에 대하여 각각 85~90중량%, 5~10중량%, 5~10중량%가 혼합되어 이루어진다. 본 발명에 따른 토양개량제 제조방법은, (S10) 규산염광물, 황화광물 및 탄산염붕산염광물을 각각 준비하는 재료 준비단계와; 그리고, (S20) 상기 (S10) 단계에서 준비된 재료를 혼합하는 재료 혼합단계를 포함하여 이루어진다.

토양개량제, 규산염광물, 운모, 황화광물, 탄산염 붕산염광물

Description

광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법{A soil conditioner using mineral and Method for manufacturing it}

도 1은 본 발명에 따른 광물자원을 이용한 토양개량제 제조방법의 흐름도.

본 발명은 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연광물을 이용하여 토양의 물리적, 화학적 성질을 개선하고 토양에 유용한 미생물의 활동을 왕성하게 함과 아울러 작물의 성장에 필요한 성분을 직접 공급하여 작물의 품질을 향상할 수 있도록 한 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

농업분야에서는 수확증대를 위하여 점토함량이 높은 식질토양을 객토(客土)하여 왔다. 그러나, 객토방법은 우량한 객토원을 찾기 어렵고 다른 지역에서 우량한 객토원을 선정하였을 경우 객토를 운반하기 위한 수송비 등 경제적으로 비현실적인 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 농작물의 수확을 증대할 수 있도록 인공적으로 제조된 화학비료와 농약을 사용하고 있다. 그러나, 화학비료와 농약을 사용함에 따라 토양의 특수성분(미량원소)이 결핍되고 작토의 염기가 융해되어 작토층에 양분결핍 현상이 나타나며, 토양이 산성화되어 농작물의 정상적인 성장여건을 조성하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 수확된 농작물의 품질이 떨어지며, 각종 환경오염이 발생되어 농가소득에 막해한 피해를 주게 되어 화학비료와 농약은 점차 지양되고 있다.

상술한 이유로 인하여 근래에는 화학비료로 인한 토양의 산성화를 방지할 목적으로 천연광물을 이용한 토양개량제가 개발되고 있다. 상기 토양개량제는 농작물의 생산량 증가 및 품질향상을 위해 토양의 성질을 농작물의 생육에 적합하게 변화하도록 제공되는 것으로, 통상 산성을 유지하는 농경지에 살포되어 산성을 약화 또는 중화시키고, 그 대표적인 것이 석회 및 규산질 비료이다.

상기에서 석회를 사용하는 방법은 토양을 중화시켜 지력을 보강시키기 위한 것이다.

그러나, 석회를 사용할 경우 토양의 흙 입자 사이에 석회가 침투하여 점차 굳어져 토양의 공극을 막게됨으로써 통기성이 불량하여 토양에 산소공급이 원활하지 못하므로 호흡장애로 인하여 오히려 토양이 농작물 생육에 불리한 구조로 변하는 문제점이 있다.

또, 분쇄된 광석속에 함유되어 있는 성분을 토양에 살포하는 방법이 있다. 특히, 규산질을 보충하기 위해 규조토나 도석을 분쇄하여 사용하거나, 철분의 보충 을 위해 산화철을 사용하는 것은 농업분야에서는 많이 알려져 있는 사실이다.

그러나, 이와 같이 광석이 함유하고 있는 주성분을 이용하여 토양에 살포하는 경우 토양의 부족한 성분을 공급해 주는 효과는 있으나, 단순히 광물을 공급하는 수준이기 때문에 많은 양을 사용해야도 그 충분한 효과를 얻지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소량을 사용하여도 토양의 개선효과가 극대화되도록 하여 작물의 수확증대가 가능하도록 한 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 광물자원을 이용한 토양개량제는, 규산염광물, 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 광물자원을 이용한 토양개량제는, 주재료로 규산염광물이 사용되고, 부재료로 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 규산염광물에 혼합되어 이루어지며, 토양에 공급되어 토양의 물리적, 화학적 성질을 개선함과 아울러 작물의 성장시 반드시 필요한 미량원소인 Ca, Mg, S, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl을 직접 공급한다.

규산염광물은 점토광물 중 타광물보다 비교적 원적외선 방사율, 향균도, 탈취력, 음이온이 높은 ph 8.3의 약 알카리성 광물로서, 판상 및 인편상으로 다공질이고, 운모, 질석, 견모질도석 등이 있으며, 보수력, 보비력, 통기성이 뛰어나고, 일반적인 조성은 하기의 표 1과 같다. 규산염광물의 조성은 하기의 표 1에 한정되는 것은 아니며 산지에 따라 약간의 변화를 보일 수 있다.

< 표 1 > 규산염광물의 조성

성 분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂	Na2O
함량(중량%)	63~82	11~14	0.4~4.5	0.24~4.57	0.1~4	3~4	0.02~1.2

상기 표 1에서 알수 있듯이 규산염광물은 무수규산을 풍부하게 함유하고 있다.

여기서, 규산염광물은 Al₂O₃ 함유량이 15% 이하인 광물이 사용된다. 그 이유는 Al₂O₃가 15%이상이면 작물의 성장시 필요한 3대 원소 중 하나인 P의 흡수를 방해하고, 산성토양의 중성화를 위하여 석회질 비료를 많이 시비하거나 고토질 비료를 많이 시비할 때 작물에 알카리성에 의한 Mn, B의 결핍을 초래할 수 있기 때문이다.

그리고, 규산염광물은 그 유효규산의 보급과 작토층의 보수력, 보비력(保肥力), 통기성이 가장 뛰어나도록 그 입도가 6㎜이하인 것이 사용된다.(하기의 표 2 참조.)

< 표 2 > 규산염광물의 원석과 6㎜이하 규산염광물분체의 효능 비교

구분	원적외선	향균도	탈취력	음이온	ph	가용성규산
원석	90%	98%	99%	110ion/㏄	7.5	58(㎎/㎏)
6㎜분체	92%	99.9%	99.9%	144ion/㏄	8.3	680(㎎/㎏)

상기 표 2에서 알 수 있듯이 규산염광물 6㎜이하의 분체의 경우 가용성 규산의 보급과 함량이 원석에 비해 크게 높아지고, 물리적 성질이 크게 변화된 것을 알 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 규산염광물을 6㎜이하의 분체로 사용하게 되면 유효규산의 보급과 작토층의 보수력, 보비력, 통기성이 현저하게 개선되지만 그 효과에 비해 작물의 수확량이 크게 증가되지 아니하는 경제성이 낮은 단점이 있으며, 이를 해결하기 위하여 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 첨가되는 것이다.

황화광물(금속이나 반금속이 황과 결합하여 있는 광물), 탄산염붕산염광물(CaO 또는 MgO를 포함하는 같은 족의 광물)은 작물의 생육과 수확량의 증가, 작물의 고유한 맛과 향을 내기 위하여 작물생육시 요구되는 필수 원소(Ca, Mg, S, B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl)을 공급한다. 따라서, 6㎜ 이하의 규산염광물 분체를 사용하여도 작물의 수확량을 기대할 수 있는 것이고, 이하 황화광물과 탄산염붕산염광물의 예를 설명한다.

1. 황화광물.

가. 휘동석(CuS, S : 20.2%, Cu : 79.8%) : 사방정계에 속하는 구리의 중요광석광물. 철·은 등을 함유하는 경우도 있다. 대부분 입상(粒狀)·토상(土狀)·괴 상(塊狀) 등으로 산출되지만 육각기둥과 비슷한 결정을 보이기도 한다. 굳기 2.5∼3, 비중 5.5∼5.8이며 쪼개짐은 없다. 검은 납회색을 띠며 표면은 청록색이다. 또 금속광택이 있고 불투명하다.

나. 반동석(CuFeS₄, Cu : 63.3%, Fe : 11.%, S : 25.6%) : 구리 황화광물의 하나. 동적색(銅赤色)이며 금속광택을 낸다. 공기 중에서는 즉시 보라색이 된다. 굳기 3, 비중 5.09, 조흔색은 회흑색, 벽개는 없다. 자형은 입방체·정팔면체·사방십이면체 등이 있으나 매우 드물다.

다. 섬아연석(ZnS, S : 33%, Zn : 67%): 아연의 가장 일반적인 광석광물의 하나. 등축결정계이며 굳기 3.5∼4이고 비중은 4.1이다. 부성분은 철(Fe), 망간 (Mn), 카드늄(Cd), 인듐(In), 갈륨(Ga)이다. 노랑∼갈색, 검은색을 띠며 수지·아금속(亞金屬) 광택을 발한다. 조흔색(條痕色)은 흰색∼갈색이다. 쪼개짐은 6방향으로 완전하다.

라. 유망간석(Mn : 63%, S : 37%)

마. 장군석(Mn(Mn, Fe)O(OH)) : 한국에서 발견된 신종 광물의 하나. 사방정계에 속하며 결정형은 엽편상 또는 방사상이고 굳기 2∼3, 비중 3.59, 쪼개짐은 [010]면에서 완전하다. 흑색 광물이며, 조혼색은 암갈색 또는 흑갈색이고 강한 이방성(異方性)을 보인다.

2. 탄산염붕산염광물.

가. 고회석(CaMg[CO], Mg : 18.2%, CaO : 30.53%, Fe2O3 : 0.16%, Al₂O₃ : 36.14%, Mn : 1%). 방해석군의 하나로 탄산염광물이다. 백운석 또는 고회석이라고도 한다. 삼방정계이고 무색·흰색·갈색을 띠며 투명 또는 반투명하고, 유리광택을 낸다. 비중은 2.9, 굳기는 3.5∼4이다. 조흔은 흰색·엷은 갈색이고 쪼개짐은 방해석과 같이 3방향으로 완전하다. 부성분으로 Fe, Mn, Zn을 함유하기도 한다.

나. 철고회석(Fe2O3 : 5.32, Mg : 13.52%, CaO : 35.4)

다. 방해석(CaCO, Co3 : 44%, CaO : 56%) : 탄산칼슘의 광물. 칼사이트라고도 부른다. 아라고나이트 및 바테라이트와 동질이상인 관계이나 이보다 원자배열은 더 조잡하다. 부성분은 Mn·Fe이다.

라. 남동석(Co : 25.6%, CuO : 69.2, H2O : 5.2).

마. 능아연석(Zn[CO], Co2 : 35.2%, ZnO : 64.8%) : 방해석계의 아연광석광물의 하나. 삼방정계이며 스미소나이트라고도 한다. 아연은 일부 칼슘·마그네슘·철·망간·구리·납·카드뮴 등으로 치환된 것이 있다. 색은 무색·흰색·녹색·노랑·갈색·회색 등이고, 유리광택이 난다. 조흔은 흰색, 비중은 4.4이다. 굳기는 4∼4.5이고, 쪼개짐은 3방향으로 완전하며, 아연광상의 풍화생성물로서 산출된다.

바. 아연석(Co2 : 14%, ZnO : 75%, H2O : 11%).

사. 마그네사이트(MgCO) : 방해석계 광물의 하나. 능고토석(菱苦土石)이라고도 한다. 자형(自形)은 마름모꼴 또는 기둥모양이며 육각판모양인 것도 있다. 삼방정계이며 쪼개짐은 3방향으로 완전하다. 굳기는 3.5∼4.5, 비중은 3.0∼3.1이고, 백색·황색·회색·갈색 등의 투명 또는 불투명한 광석이다.

황화광물과 탄산염붕산염광물은 상기에서 설명한 것에 한정되는 것은 아니 며, 작물의 성장에 필요한 성분을 공급하기 위하여 각각 하나 이상이 선택되어 사용된다.

상술한 황화광물과 탄산염붕산염광물은 그 입도가 과도하게 크면 작물의 흡수가 이루어지지 않고 반대로 입도가 너무 작으면 손실량이 많으므로 각각 500메쉬 이하가 사용된다.

주재료인 규산염광물, 부재료인 황화광물 및 탄산염붕산염광물은 각각 전체 100중량%에 대하여 85~90중량%, 5~10중량%, 5~10중량%가 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 규산염광물은 토양개량제의 주재로로서 85중량%이하이면 토질을 개선하지 못하고 90중량%이상이면 투입량에 비해 효과가 차이가 없으므로 85~90중량%가 적당하고, 황화광물 및 탄산염붕산염광물의 경우 5중량%이하이면 작물의 성장에 필요한 영양소를 공급하지 못하여 작물의 성장이 둔화 및 품질이 떨어지는 한편, 10중량%이상이면 효능의 차이가 없으므로 5~10중량%를 혼합하는 것이다.

규산염광물, 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 혼합되면, 토양개량제의 화학성분이 하기의 실시예 1에 설명한 화학성분표에서와 같이 변하게 되고, 물리적으로는 보수력, 통기성이 대단히 뛰어나며, 일반 토양과 혼합시 보비력 또한 대단히 향상된다.

주재료와 부재료의 혼합시 환경오염을 일으킬 수 있는 무기원소의 농도 범위를 벗어날 경우 상당한 위험이 초래함으로 그들의 혼합비율에 주의하여야 한다. 참고로 토양에 무기원소의 허용농도 범위는 하기의 표 3과 같다.

< 표 3 >

원소	B	Cu	F	Mn	Zn	Cd	Pd	Ni	As
농도범위 (ppm)	2~100	2~100	30~300	100~400	10~300	0.1~7	2~200	10~1000	0.1~40

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 토양개량제에 사용되는 천연광물인 규산염광물, 황화광물, 탄산염붕산염광물은 국내에 매우 많은 양이 매장되어 있다. 따라서, 이를 활용함으로 직접적으로 식물의 생육에 절대 필요한 미량원소를 토양에 공급하여 작물의 생육을 왕성하게 할 뿐아니라 간접적으로는 토양의 보수력, 보비력, 동기성을 향상시켜 작물의 생육을 돕는 토양친화적인 광물질이므로 토양을 개질시키는 효과가 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토양개량제 제조방법은 다음과 같다.

(S10) 재료 준비. 본 발명의 토양개량제의 재료로 사용되는 규산염광물, 황화광물, 탄산염붕산염광물을 각각 준비한다. 이때, 작물의 흡수를 방해하지 않으면서 양분(Mn, B 등)의 결핍없도록 Al₂O₃의 함량이 15%이하인 것을 가용성 규산의 함량이 높아지도록 6㎜이하로 분쇄하여 준비하고, 황화광물을 500메쉬 이하의 입도로 분쇄하여 준비하며, 탄산염붕산염광물을 500메쉬 이하의 입도로 분쇄한다.

(S20) 재료 혼합. (S10) 재료 준비단계에서 준비된 재료를 혼합하되, 작물의 성장이 원활하도록 토질을 개선함과 아울러 작물의 성장시 필수적으로 요구되는 성분을 공급할 수 있도록 전체 100중량%에 대하여 규산염광물 85~90중량%, 황화광물 5~10중량%, 탄산염붕산염광물 5~10중량%를 교반기에 투입한 후 예컨대 저속에서 중속으로(200~500rpm)으로 혼합한다.

이와 같은 방법으로 혼합된 토양개량제는 포장공정을 통해 포장백 등에 포장되어 제공된다.

이하, 본 발명을 하기의 실시에를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1 >

1. 시료 : 토양개량제 전체 100중량%에 대하여 6㎜이하로 분쇄된 규산염광물(견운모질도석) 85중량%, 황화광물 5중량%(반동석 2중량%, 섬아연석 3중량%), 탄산염붕산염광물 10중량%(고회석 5중량%, 마그네사이트 5중량%) 혼합.

2. 화학 성분

성분	SiO₂(%)	Al₂O₃(%)	Fe₂O₃(%)	CaO(%)	MgO(%)	K2O(%)	Cu(ppm)	Zn(ppm)	Mo(ppm)
함량	50.1	9.6	4.2	16	15	3.1	850	8.20	71

3. 시비방법

가. 상추, 배추, 시금치, 오이 등의 채소류 : 300평당 500~800㎏의 토양개량제를 파종 1~2일전에 토양에 살포한 후 흙을 갈아준다.

나. 과수(사과, 배, 복숭아, 포도 등) : 개화 전 300평당 800~1200㎏을 토양에 살포한다.

다. 마늘, 고추, 딸기, 인삼 등 뿌리 및 열매작물 : 파종 1~2일전 300평당 800~1200㎏의 토양개량제를 토양에 살포한 후 흙을 갈아준다.

라. 육묘상토 혼합시 토양량의 5~8%정도 배합한다.

4. 효능

가. 마늘과 고추의 재배 결과(재배지 : 위성국 금성면 사용면)

품 명	재 배 결 과
마 늘	- 중량 : 토양개량제를 시비하여 재배한 품종 15~25%증가
고 추	- 평균키 : 시비 안한 품종 1~1.2㎝, 시비한 품종 1.3~1.5㎝ - 수확량(150평 기준) : 시비 안한 품종 200근, 시비한 품종 350근

나. 무기질 함량 비교(시험기관 : 한국기초과학지원연구원)

구 분	K (%)	P (%)	Ca (ppm)	Cu (ppm)	Mg (ppm)	Mn (ppm)	Mo (ppm)	Zn (ppm)	Fe (ppm)
마늘 무시비	0.61	0.19	161	1.29	275	2.09	1.65	9.39	8.14
마늘 시비	0.71	0.29	227	1.46	310	2.39	0.65	20.1	10.9

< 실시예 2 >

1. 시료 : 토양개량제 전체 100중량%에 대하여 6㎜이하로 분쇄된 규산염광물(운모) 90중량%, 황화광물 5중량%(유망간석 2중량%, 섬아연석 3중량%), 탄산염붕산염광물 5중량%(마그네사이트) 혼합.

본 실시예에 따르면, 실시예 1과 비교할 때 시료의 성분에 차이가 있지만, 그 효능은 실시예 1과 차이가 없다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광물자원을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 의하면, 가용성 규산의 함량을 극대화하여 토양의 산성화를 방지하고, 영양소의 결핍없이 토양의 알카리화가 가능하여 작물의 수확량이 증대되므로 농가소득을 증진할 수 있다.

그리고, 적은 량을 이용하여도 토양을 충분히 작물의 원활한 성장을 위한 환 경으로 조성할 수 있으므로 경제적 부담을 줄일 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

주재료로 6㎜이하의 입도를 갖는 규산염광물, 부재료로 각각 Ca, Mg, S, Mn, Cu, Zn, Mo, Cl 중 하나 이상을 갖는 황화광물 및 탄산염붕산염광물이 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 토양개량제.
제 1 항에 있어서, 상기 규산염광물, 황화광물, 탄산염붕산염광물은 전체 100중량%에 대하여 각각 85~90중량%, 5~10중량%, 5~10중량%가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 토양개량제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 규산염광물은 Al₂O₃ 함량이 15%이하인 운모, 질석, 견운모질도석을 포함하는 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 토양개량제.
제 3 항에 있어서, 상기 황화광물은 500메쉬 이하의 입도로 이루어지며, 휘동석, 반동석, 섬아연석, 장군석을 포함하는 군 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토양개량제.
제 4 항에 있어서, 상기 탄산염붕산염은 500메쉬 이하의 입도로 이루어지며, 고회석, 철고회석, 방해석, 남동석, 아연화, 마그네사이트를 포함하는 군 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토양개량제.
(S10) 규산염광물, 황화광물 및 탄산염붕산염광물을 각각 준비하는 재료 준비단계와; 그리고,

(S20) 상기 (S10) 단계에서 준비된 재료를 혼합하는 재료 혼합단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 재료 준비단계에서는, Al₂O₃의 함유량이 15%이하인 규산염광물을 6㎜이하로 분쇄하여 준비하고, 상기 황화광물을 500메쉬이하 입도로 분쇄하여 준비하며, 상기 탄산염붕산염광물을 500메쉬이하 입도로 분쇄하여 준비하는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 재료 혼합단계에서는 상기 재료 준비단계에서 준비된 규산염광물, 황화광물, 탄산염 붕산염광물을 전체 100중량%에 대하여 각각 85~90중량%, 5~10중량%, 5~10중량%를 200~500rpm으로 교반 혼합하는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.