KR20100015031A

KR20100015031A - 칼슘 결합 경화 특성을 이용한 고강도 완효성 고형 비료 및그 제조방법

Info

Publication number: KR20100015031A
Application number: KR1020080075912A
Authority: KR
Inventors: 박현준; 임선욱; 이해근
Original assignee: 박현준
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-12
Also published as: KR101024187B1

Abstract

본 발명은 칼슘 결합 경화 (Ca-linkage hardening) 특성을 이용한 무기경화제 5~10 중량부로 비료 성분 75~85 중량부 및 점토광물 10~20 중량부를 고형화하는 고강도 완효성 고형 비료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 무기경화제의 칼슘결합특성으로 인하여 그 양에 따라 강도뿐만 아니라 난용성 또는 수용성 비료성분의 용출속도를 다양하게 조절할 수 있는 환경친화적이고 완효적 비료를 생산할 수 있다.

고강도, 완효성, 점토광물, 무기경화제, Ca-linkage, 고형 비료

Description

칼슘 결합 경화 특성을 이용한 고강도 완효성 고형 비료 및 그 제조방법{High strength and slow releasing solid fertilizer and method thereof using Ca-linkage hardening characteristic}

본 발명은 칼슘 결합 경화 (Ca-linkage hardening) 특성을 이용한 고강도 완효성 고형 비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 비료성분 자체로는 고형화하기 힘들기 때문에 가소성이 있는 점토광물로 성형을 하고 동시에 칼슘 결합 경화 (Ca-linkage hardening) 특성을 이용한 무기경화제를 첨가하여 강도를 높이고 용출속도를 조절할 수 있는 고형비료를 제조하고자 하며, 더욱 상세하게는 비료 성분 75~85 중량부, 점토광물 10~20 중량부 및 무기경화제 5~10 중량부로 이루어진 고강도 완효성 고형 비료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

1900년대 화학비료의 개발로 단위면적당 작물의 생산성이 높아져 인류의 식량문제를 상당 부분 해결해 왔으나 근래 들어 다수확을 추구하는 과정에서 비료의 장기간 과다 사용은 토양 생산성의 감퇴, 작물 수량의 감소 및 품질의 저하 등의 부작용을 초래하기도 했다.

특히, 다량의 질소와 인산 비료의 사용은 유실되는 비료 성분량을 증대시켜 하천 등 지표수의 부영양화와 지하수의 오염을 초래하였다.

따라서, 1990년대 말 비료의 생산비 부담이나 시용에 따른 노동력 절감에 더하여 환경 보존적 영농 시스템을 지향해야 하는 시점에서 완효성 합성 또는 코팅비료가 개발되어 제2세대 비료로 사용되어 왔다.

하지만 최근에는 농업인구가 급격하게 노령화되어 인건비를 절감할 수 있고 손쉽고 편리하게 비료를 사용할 수 있는 고형 비료에 대한 요구가 급증하고 있다. 또한 조경적인 측면에서도 나무를 심은 후 비료의 공급에 있어 인건비가 차지하는 비중이 비료 단가보다 더 높은 경우가 발생하여 나무 한그루당 한 개 또는 두 개씩 심을수 있는 고형 비료를 절실히 요구하고 있는 실정이다.

이미 KG 케미칼(구, 경기화학)에서는 조개탄 형태의 고형 비료를 개발하여 사용하고 있으나 이러한 형태의 고형 비료를 땅을 파고 그 안에 넣어야 하는 불편이 있으며, 강도는 높으나 제조시 그 형태가 잘 깨지는 단점을 가지고 있다.

미국에서는 이미 고형 비료를 조경용, 화분용으로 개발하여 사용하고 있으며, 농업용으로는 사용하고 있지 않은 실정이다. 미국의 경우 대단위 경작 면적에서 농사를 짓고 있기 때문에 비행기로 비료를 살포할 수 있는 형태인 코팅 완효성 비료를 주로 사용하고 있다.

이와 더불어 최근에 바이오에너지 붐으로 인하여 말레이시아, 필리핀 등지에서 팜나무를 대량으로 식재하고 있는 시점에서 기존의 제2세대 완효성 코팅비료의 수요가 폭발적으로 늘어나 일례로 이스라엘 하이파 제품의 완효성 코팅비료의 수요가 연간 10,000톤에 이르고 있다. 하지만 말레이시아, 필리핀은 적도기후로서 우기 에 소나기성 폭우가 내려 완효성 코팅비료가 강우에 의하여 60% 이상 손실되고 있어 고형 비료에 대한 요구가 매우 절실한 실정이다.

실제로 KG 케미칼 제품을 말레이시아에서 수입하여 사용한 실적이 있으나 단순히 화학비료를 압축한 형태인 고형 비료이기 때문에 완효적인 효과가 떨어져 그 후에는 사용이 되고 있지 않았다.

한국등록특허 제10-0725423호에는 지관형 비료 및 그 제조방법이 개시되어 있는데, 지관 비료는 비료 자체를 고형화하는 것이 아니라 딱딱한 종이에 비료를 채워 만든 지관형 비료로서 본 발명에서 개발하고자 하는 비료 자체를 고형화하는 것과는 많은 차이가 있다. 또한 종이로 비료를 감싸기 때문에 종이가 수분에 의하여 풀어지지 않으면 식물생육 초기에 필요한 양분이 용출되지 않는 단점을 가지고 있다.

미국특허 제6,120,574호에는 구용성 인산성분을 포함한 비료 성분을 열가소성 접착제(thermoplastic adhesive)로 2~7%로 코팅한 후 그것을 막대 거푸집에 넣은 후 일정 온도로 녹이면서 2500 파운드 이상의 힘으로 압축 성형하여 막대 비료를 생산하는 것이 개시되어 있다. 상기 특허에서는 수지와 같은 유기물을 이용하여 고온, 고압에서 압축하여 비료를 고형화 하였으나 본 발명에서는 점토광물과 무기경화제 등 무기물을 이용한 고형 비료를 개발한 점에서 상이하다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명에서는 칼슘브릿지 특성을 이용하여 칼슘염과 황산 또는 인산과의 고화 및 경화작용을 통하여 비료 성분을 굳게 하여 고강도 고형 비료를 제조하며, 동시에 칼슘 브릿지 특성 즉 칼슘 브릿지의 수가 많으면 그물망의 메쉬가 작아져 비료 성분의 용출이 억제됨으로 인해 완효성 성질을 달성함으로써 고강도 완효성 고형 비료를 제조하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 칼슘 결합 경화 (Ca-linkage hardening) 특성을 이용한 무기경화제 5~10 중량부로 비료 성분 75~85 중량부 및 점토광물 10~20 중량부를 고형화하는 고강도 완효성 고형 비료를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 고강도 완효성 고형 비료의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 고형 비료는 분말상태의 비료를 압축하여 고형비료로 제조하는 단순한 압축형 고형비료가 아니라 슬러리 형태 비료를 점토광물의 첨가로 가소성을 갖게 하여 압출 또는 몰딩형으로 제조하기 때문에 다양한 완효성 코팅비료나 서방형 농약 등을 첨가할 수 있는 장점이 있다.

또한, 무기경화제의 칼슘 결합 특성으로 인하여 그 양에 따라 강도뿐만 아니라 난용성 또는 수용성 비료성분의 용출속도를 다양하게 조절할 수 있는 환경친화적이고 완효적 비료를 생산할 수 있다. 즉 생산설비가 매우 간단하고 유지비가 저 렴하고 용출속도를 다양하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 다음과 같은 농업기술향상을 가져올 수 있다.

첫째, 작물의 생육시기에 알맞게 양분을 공급하여 작물이 건전하게 생육함으로써 수량을 높일 수 있으며, 둘째, 비료 성분의 용출을 제어함으로써 비료의 이용률이 향상되어 시비량이 감소되며, 셋째, 비료 성분이 효율적으로 용출, 흡수되어 성분의 유실이 적으므로 수질오염이 방지되며, 넷째, 시비 회수를 감소하여 생력재배가 가능하며, 다섯째, 멀칭(mulching) 재배시는 이작 일회 전량 기비로 시용함으로써 생력과 자재의 절감에 기여하며, 여섯째, 축조 시비 등 기계 시비에 적합하며, 일곱째, 하우스 재배 등 원예 작물 재배지에 있어서 염류 집적을 예방한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 칼슘 결합 경화 (Ca-linkage hardening) 특성을 이용한 무기경화제 5~10 중량부로 비료 성분 75~85 중량부 및 점토광물 10~20 중량부를 고형화하는 고강도 완효성 고형 비료를 제공한다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료는 비료 성분과 칼슘염, 점토광물 등 고체분말을 미리 혼합한 후 생산시 1~5%로 희석된 황산, 인산 등으로 반죽하여 성형기에서 성형한 후 건조함으로써 제조할 수 있다.

고강도 완효성 고형 비료를 개발하는 데 있어서는 용출을 억제하는 방법과 용출속도를 제어하는 기술, 온도 의존성을 조정하는 기술 등이 연구 개발되어야 한다. 용출을 억제하는 방법으로는 비료 성분을 칼슘 브릿지 성질 즉 칼슘 브릿지의 수가 많으면 그물망의 메쉬가 작아져 비료 성분의 용출이 억제되는 성질을 이용하 여 결합하는 것이 필요하며, 유통 중에 안정성이 있어야 하기 때문에 강도를 갖추어야 한다. 이와 같은 조건에 부합되는 재료로는 생석회, 소석회, 탄산석회, 백운석, 석고 등 칼슘 계통의 각종 염들을 사용할 수 있다 (도 1 참고).

용출 속도는 칼슘염의 양 뿐만 아니라 수용성, 구용성, 완효성 비료의 비율로서도 조절된다. 즉, 도 2와 같이 각종 식물의 양분요구도에 맞추어 수용성, 구용성, 완효성 비료의 비율을 조절하여 최적의 양분 용출 속도를 찾게 되는 것이다. 또한 심어진 막대비료에서 양분이 용출되는 면적은 도 2의 오른쪽 그림과 같으며, 그 원리는 토양 내 수분이 matric potential에 의해 수직뿐만 아니라 수평으로 이동하게 되는데, 이때 양분도 수분의 이동과 동일하게 토양에서 확산하는 것이다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 비료 성분은 작물의 양분요구도에 맞추어 수용성:구용성:완효성 성분이 5:3:2의 비율로 혼합된 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 비료의 종류 중 수용성 성분은 요소, 황산암모늄, 질산칼슘, 질산칼륨, 중과석 등이 있으며, 구용성 성분은 용성인비, 토마스인비, 황산칼륨고토 등이 있으며, 완효성 성분은 ureaform, IBDU, CDU, SCU, 수지코팅비료 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 완효성 비료의 경우 수용성, 구용성, 완효성 비료를 식물의 생육에 맞게 적절하게 비율을 정하여 고강도 비료를 생산하는데, 보통 수용성, 구용성, 완효성 비율은 5:3:2 비율이 대부분이다. 식물은 생육 초기에는 왕성한 성장을 보이다가 점점 생육이 떨어지기 때문에 위의 비율이 대부분의 식물 생육에 적합하며, 완효성 비료에 의해 후기 생식 생장에도 양분을 충분히 공급할 수 있다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 성분인 점토광물은 카올리나이트 및 벤토나이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 비료 성분의 경우 물에 용해하기 때문에 가소성과 점착성이 떨어져 성형하기가 매우 어렵다. 따라서, 미국특허 제6,120,574호에서는 이러한 것을 해소하기 위하여 비료 각각에 수지를 코팅하여 가압, 가온 성형한 것이다. 하지만 이러한 과정은 매우 복잡할 뿐만 아니라 제조원가가 상승하는 단점이 있다. 본 발명의 경우 비료를 약 15%(wt/wt) 정도의 점토광물과 혼합한 후 일정량의 물을 첨가하여 반죽상태로 만들어 성형하는 것이 특징이며, 점토광물의 가소성과 점착성을 가지고 있기 때문에 매우 편리하고 간단히 제조할 수 있는 장점이 있다. 이것은 흙의 성분인 점토광물을 이용하여 비료를 성형하는 것이기 때문에 상기 미국특허에 비하여 훨씬 환경친화적이고 토양에 사용하였을 때 어떠한 환경유해물질이 남지 않는 특징이 있다. 또한, 비료의 종류에 관계없이 다양한 성분을 적용할 수 있게 된다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 성분인 무기경화제는 석고 및 황산의 조합, 및 석회 및 인산의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 석고 및 황산의 조합에서 황산은 물과 희석농도 1~5%(wt/wt)로 첨가될 수 있으며, 석회 및 인산의 조합에서 인산은 물과 희석농도 1~5%(wt/wt)로 첨가될 수 있다.

반수석고(CaSO₄·1/2H₂O)의 경우 물과 반응하여 열을 발생하고 서서히 굳어지는 성질을 가진다. 이러한 현상은 물이 첨가되면서 석고내 황산에 의해 칼슘분자 들이 황 성분과 서로 칼슘 결합을 일으켜 열을 발생하면서 굳어지는 것이다. 따라서 여기에 황산을 5%(wt/wt) 정도 물과 혼합하여 석고와 반응할 경우 급격하게 굳어지며 이러한 현상은 물에 녹아있는 황산이 황산칼슘(석고)의 칼슘 결합 (calcium linkage)을 더욱 촉진하여 일어나는 것이다.

인산과 석회(탄산칼슘) 역시 급격하게 반응하여 굳어지는 현상을 보이는데, 이러한 현상은 마치 인체 내 뼈 조직인 히드록시아파타이트 (주로 Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂의 분자구조식을 가짐) 생성 과정과 많이 비슷한 점이 있다. 인산과 석회의 결합도 석고와 마찬가지로 칼슘성분이 인 성분과 서로 칼슘 결합을 일으켜 굳어지며, 열이 발생하면서 급격하게 반응이 일어난다.

이러한 자연 현상을 이용하고 자연친화적인 무기소재를 사용하여 고강도 비료를 제작할 수 있는 무기경화제를 개발하게 되었다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료는 바람직하게는 비료 성분 80 중량부, 점토광물 15 중량부 및 무기경화제 5 중량부로 이루어지며, 상기 점토광물은 카올리나이트 7.5 중량부 및 벤토나이트 7.5 중량부로 이루어지고, 상기 무기경화제는 석고 및 5% 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 5% 인산의 조합 2.5 중량부로 이루어질 수 있다. 따라서, 가장 바람직한 고강도 완효성 고형 비료의 성분은 비료 성분 80 중량부, 카올리나이트 7.5 중량부, 벤토나이트 7.5 중량부, 석고 및 5% 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 5% 인산의 조합 2.5 중량부로 이루어질 수 있다. 고강도 완효성 고형 비료가 상기 비율일 때, 압축강도가 가장 높으며, 고형 비료의 압축 강도는 50 kg/cm² 이상이어야 토양에 쉽게 삽입할 수 있고, 바람직하게는 70 kg/cm² 이상이며, 더욱 바람직하게는 70~150 kg/cm² 이며, 가장 바람직하게는 70~120 kg/cm² 이다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 pH는 5~7 인 것이 바람직하며, 이럴 경우 거의 대부분의 식물생육에 적합하고, 더욱 바람직하게는 pH 6.4 이다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비료 성분 75~85 중량부, 점토광물 10~20 중량부 및 무기경화제 5~10 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고강도 완효성 고형 비료의 제조 방법을 제공한다.

상기 비료 성분은 작물의 양분요구도에 맞추어 수용성:구용성:완효성 성분이 5:3:2의 비율로 혼합된 것이 바람직하나 이에 제한되지 않으며, 수용성 성분, 구용성 성분 및 완효성 성분은 전술한 바와 같다.

상기 점토광물은 카올리나이트 및 벤토나이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

상기 무기경화제는 석고 및 황산의 조합, 및 석회 및 인산의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 석고 및 황산의 조합에서 황산은 물과 희석농도 1~5%(wt/wt)로 첨가될 수 있으며, 석회 및 인산의 조합에서 인산은 물과 희석농도 1~5%(wt/wt)로 첨가될 수 있다.

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 제조 방법은 바람직하게는 비료 성분 80 중량부, 점토광물 15 중량부 및 무기경화제 5 중량부로 이루어지며, 상기 점토 광물은 카올리나이트 7.5 중량부 및 벤토나이트 7.5 중량부로 이루어지고, 상기 무기경화제는 석고 및 5% 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 5% 인산의 조합 2.5 중량부로 이루어질 수 있다. 따라서, 가장 바람직한 고강도 완효성 고형 비료의 제조 방법은 비료 성분 80 중량부, 카올리나이트 7.5 중량부, 벤토나이트 7.5 중량부, 석고 및 5% 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 5% 인산의 조합 2.5 중량부를 혼합하는 것이다.

고강도 완효성 고형 비료가 상기 비율일 때, 압축강도가 가장 높으며, 고형 비료의 압축 강도는 50 kg/cm² 이상이어야 토양에 쉽게 삽입할 수 있고, 바람직하게는 70 kg/cm² 이상이며, 더욱 바람직하게는 70~150 kg/cm² 이며, 가장 바람직하게는 70~120 kg/cm² 이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 제조

① 분쇄 또는 원형 그대로의 비료를 점토광물과 수분(1~10%)을 혼합하여 반죽한다.

② 성형틀로 들어가기 전에 무기경화제를 넣는다.

③ 아래의 두 가지 방법으로 막대기형 비료를 제조한다.

하나는 압출기로 비료를 밀어 넣어서(떡가래 뽑는 방법) 절단하는 방법이고, 다른 하나는 틀로 성형하는 방법이다.

④ 건조과정을 거치면서 비료 80%, 점토광물 15%, 무기경화제 5%의 고형비료를 제조한다.

실시예 2: 점토광물 및 무기 경화제의 종류 및 함량에 따른 본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 압축 강도 조사

압축강도는 압축강도 측정기인 인장압축스탠드 (MV-500N II) 위에 시편을 넣고 일정 압력을 가하여 파괴되는 시점의 압력을 측정한다. 최대용량은 100kgf 이상의 것을 사용하여 측정하였다.

1. 점토광물 종류 및 함량에 따른 압축 강도 실험 결과(성형도)

점토광물의 종류로서 카올리나이트 및 벤토나이트를 이용하였으며, 비료:점토광물의 비율은 80:20, 85:15, 90:10 및 95:5 으로 실험하였다. 그 결과를 하기 표 1 내지 3에 나타낸다.

표 1. 점토광물 카올리나이트(Kaolinite) 압축강도 실험

구분	비료:Kaolinite(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
점토광물 (Kaolinite)	80:20	20	4.3
	85:15	19	4.0
	90:10	18	3.5
	95:5	14	3.2

표 2. 점토광물 벤토나이트 압축강도 실험

구분	비료:bentonite(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
점토광물 (bentonite)	80:20	18	4.1
	85:15	16	3.7
	90:10	15	3.3
	95:5	11	3.0

표 3. 점토광물 카올리나이트:벤토나이트 (50:50) 압축강도 실험

구분	비료:점토광물(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
점토광물 (50:50)	80:20	23	4.2
	85:15	21	3.9
	90:10	20	3.4
	95:5	16	3.1

2. 무기경화제 종류 및 함량에 따른 압축 강도 실험 결과

무기경화제의 종류로서 석고(황산칼슘) 및 황산의 조합 또는 석회(인산칼슘) 및 인산의 조합을 이용하였으며, 황산 및 인산의 물과 희석농도는 1%, 3%, 5% 및 7%를 이용하였고, 비료:무기경화제의 비율은 80:20, 85:15, 90:10 및 95:5으로 실험하였다. 그 결과를 하기 표 4 내지 11에 나타낸다.

1) 석고 + 황산

표 4. 황산 1% 압축강도 실험

구분	비료:석고(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
황산농도 1%	80:20	22	4.5
	85:15	20	4.2
	90:10	18	4.1
	95:5	15	3.9

표 5. 황산 3% 압축강도 실험

구분	비료:석고(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
황산농도 3%	80:20	24	4.2
	85:15	21	3.9
	90:10	19	3.8
	95:5	16	3.4

표 6. 황산 5% 압축강도 실험

구분	비료:석고(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
황산농도 5%	80:20	30	3.8
	85:15	28	3.6
	90:10	25	3.3
	95:5	20	3.1

표 7. 황산 7% 압축강도 실험

구분	비료:석고(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
황산농도 7%	80:20	31	3.3
	85:15	29	3.2
	90:10	-	2.8
	95:5	-	2.5

* 석고 10% 이상에서는 너무 급결하여 실험하기 어려움

2) 석회(탄산칼슘) + 인산

표 8. 인산 1% 석회(탄산칼슘) 압축강도 실험

구분	비료:석회(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
인산농도 1%	80:20	19	6.4
	85:15	18	6.2
	90:10	16	5.9
	95:5	15	5.7

표 9. 인산 3% 석회(탄산칼슘) 압축강도 실험

구분	비료:석회(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
인산농도 3%	80:20	20	6.0
	85:15	17	5.8
	90:10	16	5.5
	95:5	14	5.1

표 10. 인산 5% 석회(탄산칼슘) 압축강도 실험

구분	비료:석회(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
인산농도 5%	80:20	26	5.5
	85:15	24	5.4
	90:10	23	5.0
	95:5	18	4.6

표 11. 인산 7% 석회(탄산칼슘) 압축강도 실험

구분	비료:석회(wt%)	압축강도(㎏/㎠)	pH
인산농도 7%	80:20	27	4.4
	85:15	25	4.5
	90:10	-	4.6
	95:5	-	4.9

* 석회 10% 이상에서는 너무 급결하여 실험하기 어려움

3. 비료, 점토광물 및 무기경화제 배합 결정 실험

점토광물의 종류로서 카올리나이트 및 벤토나이트를 이용하였으며, 무기경화제의 종류로서 석고(황산칼슘) 및 황산의 조합 또는 석회(인산칼슘) 및 인산의 조합을 이용하였고, 황산 및 인산의 희석농도는 5%를 이용하였다. 비료:점토광물:무기경화제의 비율은 80:15:5, 90:7:3으로 실험하였으며, 점토광물의 비율은 카올리나이트:벤토나이트 각각 7.5:7.5 및 3.5:3.5로 하였고, 무기경화제는 석고 및 황산의 조합 또는 석회 및 인산의 조합 3%, 5%, 및 각각 2.5:2.5로 실험하였다. 그 결과를 하기 표 12에 나타낸다.

표 12. 비료, 점토광물 및 무기경화제 배합 실험 결과

막대형 고형비료 혼합비					물성
비료 (%)	점토광물(%)		무기 경화제		압축강도(㎏/㎠)	pH
비료 (%)	(Kaolinite)	(bentonite)	석회+인산	석고+황산	압축강도(㎏/㎠)	pH
80	7.5	7.5		5	50	6.3
90	3.5	3.5		3	42	5.3
80	7.5	7.5	5		45	6.4
90	3.5	3.5	3		40	6.0
80	7.5	7.5	2.5	2.5	75	6.2

상기 표 12에서 알 수 있는 바와 같이, 비료 80%, 카올리나이트 7.5%, 벤토나이트 7.5%, 석회+인산 2.5% 및 석고+인산 2.5%인 경우의 압축 강도가 75 ㎏/㎠ 로서 가장 높다는 것을 알 수 있다.

실시예 3: 본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 용출 실험

일반 화학비료와 고형화된 본 발명의 화학비료의 비료 용출속도를 비교하기 위해, 토양은 토양 내 양분이 없고 배수속도가 빠른 인공토양을 사용하였으며, 화학비료는 질소, 인산, 가리를 15-5-10으로 맞춘 복합비료를 사용하였으며, 본 발명의 고형 비료는 상기의 화학비료를 점토광물, 무기 경화제를 혼합하여 질소, 인산, 가리를 15-5-10으로 맞추었다.

처리구는 하기 표 13와 같다.

표 13. 처리구

표기	내용
SF 0%	무기경화제 0%인 고형비료 5%(wt/wt)를 인공토양과 혼합함
SF 1%	무기경화제 1%인 고형비료 5%(wt/wt)를 인공토양과 혼합함
SF 3%	무기경화제 3%인 고형비료 5%(wt/wt)를 인공토양과 혼합함
SF 5%	무기경화제 5%인 고형비료 5%(wt/wt)를 인공토양과 혼합함

실험 방법은 인공토양에 고형비료를 5% (wt/wt)로 혼합한 후 물을 부어주면서 배수되는 물의 EC(전기전도도)를 측정함으로써 고형비료의 양분용출 정도를 측정하였다. EC (Electrical conductivity)는 용액 내 이온의 농도 즉 염류(비료분)의 농도를 나타낸다. 즉 비료분이 높으면 EC가 높다는 이론을 바탕으로 용액 내 비료가 얼마나 녹아있는 지를 수치로 나타낸다. 1회 배수량은 50ml로 하였다.

도 3은 상기 실험결과를 나타낸 것으로 무기경화제의 혼합비율에 따른 고형비료의 용출속도를 나타낸 그래프이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 무기경화제를 넣지 않은 고형비료보다 무기경화제를 넣은 경우 용출된 물의 EC가 낮아 무기경화제 처리 고형비료에서 양분이 서서히 용출된다고 판단된다. 또한, 무기경화제의 농도가 증가할수록 용출속도가 늦어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 실험을 통하여 무기경화제의 칼슘브릿지 특 성을 이용한 비료의 용출속도 제어를 확인하였으며, 고형비료를 제조할 때 무기경화제의 농도에 따라 양분의 용출속도를 조절할 수 있다.

실시예 4: 본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 고추 및 배추 생육 증진 실험

본 발명의 고강도 완효성 고형 비료의 무기경화제 농도에 따른 발아 후 성장 배지에서 고추 유묘 및 배추 유묘의 생육 촉진 효과를 조사하였다. 이 실험에서는 인공토양에 고형비료를 5%(wt/wt)로 혼합한 후 육묘트레이에 넣은 후 고추와 배추씨앗을 포트용량 20㎖, 120구짜리 플러그묘에 파종한 후 온도 25℃, 습도 30%, 조도 150000 Lux(12시간)의 조건으로 생장장에서 발아 후 고추는 약 7주(50일), 배추는 약 4주(30일)간 재배 후 그 생육상태를 줄기 길이, 엽면적, 뿌리활력도(TTC), 줄기와 뿌리의 생체중량, 건조중량을 측정하였다. 대조구(control)는 인공토양에 고형비료와 같은 양의 비료를 녹인 양액을 처리하여 실험하였다.

먼저, 고추 유묘에 대한 생육 촉진 효과를 관찰한 결과를 하기 표 14에 나타낸다.

표 14. 발아 후 7주에 무기경화제 농도에 따른 고추 유묘의 생육 촉진 결과.

^zSF 0: 무기경화제 0%인 고형비료(solid fertilizer) 혼합 처리실험구

^yMean separation within columns by Duncan's multiple range test at 5% level.

도 4는 발아 후 7주 동안 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 고추 유묘의 생체중(fresh weight)의 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 표 14 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 무기경화제 농도가 10%일 때 고추 유묘의 생육 촉진이 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.

배추 유묘에 대한 생육 촉진 효과를 관찰한 결과를 하기 표 15에 나타낸다.

표 15. 발아 후 4주에 무기경화제 농도에 따른 배추 유묘의 생육 촉진 결과.

^yMean separation within columns by Duncan's multiple range test at 5% level.

도 5는 발아 후 4주 동안 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 배추 유묘의 생체중(fresh weight)의 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 표 15 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 무기경화제 농도가 10%일 때 배추 유묘의 생육 촉진이 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.

도 6은 발아 후 7주 및 4주에 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 고추 및 배추 유묘의 성장을 비교한 그림이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 고추 및 배추 유묘는 무기 경화제 농도가 10%일 때 생육 촉진이 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.

도 1은 비료 성분과 결합하여 강도를 증진하고 용출을 억제하는 칼슘 결합을 보여주는 그림이다.

도 2는 수용성, 구용성, 완효성 비료의 최적의 양분 용출 패턴 및 양분의 확산 형태를 나타내는 그림이다.

도 3은 무기경화제의 농도에 따른 고형비료의 용출속도를 나타낸 그래프이다.

도 4는 발아 후 7주 동안 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 고추 유묘의 생체중(fresh weight)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 발아 후 4주 동안 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 배추 유묘의 생체중(fresh weight)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6은 발아 후 7주 및 4주에 무기경화제 농도에 따른 성장 배지에서 고추 및 배추 유묘의 성장을 비교한 사진이다.

Claims

비료 성분 75~85 중량부, 점토광물 10~20 중량부 및 무기경화제 5~10 중량부로 이루어진 고강도 완효성 고형 비료.
제1항에 있어서, 상기 비료 성분은 수용성:구용성:완효성 성분이 5:3:2의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제1항에 있어서, 상기 점토광물은 카올리나이트 및 벤토나이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제1항에 있어서, 상기 무기경화제는 석고 및 황산의 조합 또는 석회 및 인산의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제1항에 있어서, 비료 성분 80 중량부, 점토광물 15 중량부 및 무기경화제 5 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제5항에 있어서, 상기 점토광물은 카올리나이트 7.5 중량부 및 벤토나이트 7.5 중량부로 이루어지고, 상기 무기경화제는 석고 및 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 인산의 조합 2.5 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제1항에 있어서, 상기 고형 비료의 압축 강도는 70 kg/cm² 이상인 것을 특징으로 하는 고형 비료.
제1항에 있어서, 상기 고형 비료의 pH는 5~7 인 것을 특징으로 하는 고형 비료.
비료 성분 75~85 중량부, 점토광물 10~20 중량부 및 무기경화제 5~10 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고강도 완효성 고형 비료의 제조 방법.
제9항에 있어서, 비료 성분 80 중량부, 카올리나이트 7.5 중량부, 벤토나이트 7.5 중량부, 석고 및 황산의 조합 2.5 중량부 및 석회 및 인산의 조합 2.5 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 비료 성분은 수용성:구용성:완효성 성분이 5:3:2의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 고형 비료의 압축 강도는 70 kg/cm² 이상인 것을 특징 으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 고형 비료의 pH는 5~7 인 것을 특징으로 하는 방법.