KR20130104463A - 광물과 미생물을 함유하는 천연비료 - Google Patents

광물과 미생물을 함유하는 천연비료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광물과 미생물과 또는 미생물 대사산물을 포함하는 천연비료에 관한 것으로
보다 구체적으로는, 음이온을 방출하거나 또는 금속이온을 함유하는 광물 분쇄물로 몰리브덴 및 토르말린을, 항균물질, 식물성장호르몬, 저항성 유도물질(elicitor)을 생산하거나, 유기물 분해 및 토양 내 인산, 칼륨의 작물 이용도를 높이는 미생물로 Bacillus subtilis KSC4 건조분말 및 Burkholderia pyrrocinia FB11 및 그 대사산물을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연비료.
유기농업, 무농약 부분에서 문제시되는 해충발생의 피해와 음이온, 영양성분 등 엽면시비에 의한 식물체내 흡수가 어려운 각종 미량원소들을 토양에 공급함으로써 토양생태계에 빠르게 우점되어 시비된 유기물을 농작물이 쉽게 흡수할 수 있도록 영양성분으로 분해시켜 작물의 생육을 촉진하고 품질을 향상시킬 수 있는 천연비료를 제공한다.

Description

광물과 미생물을 함유하는 천연비료{Minerals and natural fertilizer containing micro organisms}
본 발명은 음이온을 방출하거나 또는 금속이온을 함유하는 광물 분쇄물과 항균물질, 식물성장호르몬 및 저항성 유도물질(elicitor)을 생산하거나, 유기물 분해 및 토양 내 인산, 칼륨의 작물 이용도를 높이는 미생물 또는 그 대사산물을 분말 또는 입상형태로 한 천연비료 및 이를 제조하는 방법에 관한 발명이다.
식물이 필요로 하는 필수원소는 공기 중의 이산화탄소를 탄소동화작용에 의해 얻어지는 탄소와 질소, 산소 및 뿌리로 흡수된 물을 통해서 얻어지는 질소, 인산, 칼륨과 칼슘, 마그네슘, 황과 같은 소량 원소 및 철, 망간, 붕소, 아연, 구리, 몰리브덴, 염소, 코발트, 니켈, 나트륨 및 실리콘 등의 미량원소들로 이들은 수용액 상태에서 식물체가 흡수할 수 있는 이온 상태로 존재할 때 뿌리에서 흡수가 된다.
이러한 미네랄은 주로 광석에 포함된 광물질들이며 생명을 가진 모든 생명체에 꼭 필요한 요소이나 최근에는 대단위 농업에 따라 식물에 흡수되는 량이 증가하여 농지에 자연적으로 토양에 스며드는 미네랄의 량만으로는 절대적으로 부족한 현실이다.
따라서 미네랄 성분의 부족으로 질소나 인산. 카리 등의 비료성분을 충분히 보급하여도 뿌리가 약해 영양분을 충분히 흡수할 수 없어 성장이 느리고 수확도 줄어들게 되는 단점이 있어 이들 미네랄 성분들을 보충하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.
상기의 미네날 성분들을 다량 함유하는 광물로는 맥반석, 토르말린, 귀양석, 천매암, 자철광, 적철석, 황토, 카올린 및 몰리브덴이 있으며,
특히, 그 중 몰리브덴(Molybdemum)은 질소대사와 관련이 있는 질산환원효소(nitrate reductase)가 함유되어 있고, 이 효소는 식물뿌리에 질산(NO3-)이 흡수되면 이를 아질산(NO2-)에서 다시 NH3로 환원시키는 동화작용 시 질산환원 작용을 조절하여 질소를 고정하는 근류균의 생육을 촉진시키는 역할을 하고 있다. 상기의 질산환원효소가 결핍될 경우 식물의 넓은 잎은 잎가가 안쪽으로 감아 컵 모양이 되고 작은 잎에서는 잎이 꼬이며 이들 증상은 늙은 잎부터 증상이 나타난다 (Menge, k., E. A. Kirky. 1982).
또한, 토르말린(Tourmaline)은 전기석이라고도 불리며, 음이온을 방출하고 물속에서는 알칼리성으로 변화하며 특히“붕소”흡수율이 높으며 유해물질을 분해하는 역할을 하고 있어 화학비료나 농약의 사용을 줄이는 등의 효과와 지구환경의 오염방지에도 기여할 수 있다고 보고되고 있으며 또한, 토르말린이 발생하는 원적외선은 지중 온도를 1℃ 상승 시켜 식물성장에 도움을 준다는 견해도 제시되고 있다.
상기와 같은 토르말린은 광물학상 규산염류 광물로 Na(나트륨), Mg(마그네슘), Fe(철), Mm(망간), Li(리튬), Al(알루미늄), B(붕소), Si(규소) 등이 많이 포함되어 있어 이것들이 물에 녹아 미네랄화하여 환경적으로는 양이온의 중화, 냄새 제거, 미립 분진 제거, 항균, 포름알데히드 분해 등의 작용을 한다.
Bacillus subtilis는 흔히 '고초균'이라고도 하며 주로 토양 속에서 서식하며 Bacillus속에 속하는 균으로서 그람 양성(Gram positive)의 아포 형성 균으로 호기성이며, 주모성 편모를 가지고 운동을 한다. 고초균은 유기물에 대한 분해 능력이 있어서 농업 및 생활 속에서 유해한 세균을 사멸시키거나 유기물 분해에 이용되고 있고 특히 주목되는 효과는 토양 중에서 식물병원균의 사멸과 환경 속에서 곰팡이와 냄새를 분해한다.
따라서 최근에는 화학비료와 농약에 의존하는 경작지에는 토양병균, 식물병균이 증가하므로 이러한 문제를 해결하기 위해 고초균 비료를 시비하고 있다.
또한, 근권미생물의 일종인 Burkholderia 속 균주는 식물의 영양 흡수와 병 저항성에 관여하는 시드로포어 (siderophore)의 생성, 항균활성과 토양 중 불용화 인산인 칼슘포스페이트를 가용화시켜 식물의 흡수를 돕는 용해 능력이 우수하여 산업적으로 중요한 세균으로 분류되며 농약이나 기름으로 오염된 토양의 생물학적 복원, 식물 호르몬을 이용한 성장 촉진 그리고 식물병해충의 생물학적 방제에 활용되고 있다 (wopperer et al., 2006; sandrio et al., 2000; Wettanaphon et al., 2008; ludovic et al., 2007).
또한, 유채 근권으로부터 분리된 고활성 근권균 Burkholderia pyrrocinia는 특히 유채의 생육을 촉진시키며 특히 저온조건에서의 식물 생육이 우수하여 유채재배에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
상기의 시드로포어란 미생물이 철을 흡수하기 위해 체외로 분비하는 펩티드성 킬레이트물질로서 catecholate형과 hydroxamate형이 있으며 분자량은 500~1,000이다.
광물들을 이용한 종래의 천연비료들은 단순히 광물을 분쇄하여 이를 그대로 비료에 혼합하여 사용함으로 대량제조는 가능하나, 투수성이나 보수성을 조절하기가 용이하지 않고, 미생물의 번식이 높아지면서 그로 인해 육묘 상토의 사용시 산도(pH)의 변화 격차가 커져 식물의 생육에 막대한 지장을 초래하는 문제가 있으며, 또한 유기농비료나 퇴비 또는 화학비료는 식물생육에 필요한 미량원소가 거의 포함되어 있지 않으므로 완벽한 식물성장 보조제로 기능하기에는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 광물과 미생물을 포함하는 인공토양과 관련한 선행기술로 예를 들면, 국내 등록특허공보 등록번호10-0755779호에는 천연광물만을 분쇄하여 분말 또는 입자로 만들어 살포하여 농산물의 품질을 향상시키는 토양개량제를 개시하고 있으며, 또 국내 공개특허공보 공개번호10-2008-33801호에는 토르말린만을 함유한 복합비료의 효능에 대해 개시하여 산성화된 토양을 중성토양으로 개량시켜 농산물의 작황을 향상시켰으나 이들 선행기술은 천연광물만을 사용하였기 때문에 유기물 분해 및 기체상태의 질소를 고정하거나 불용성 인산을 녹여 농작물의 생육을 증진시키는 데에는 완전히 만족하지는 못하고 있다.
본 발명은 산성화된 농지토양을 중성토양으로 개량시켜 농산물의 작황을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 화학비료, 농약은 물론 퇴비의 사용량을 감소시키면서도 작물의 생육을 증진시키고 가뭄이나 양분결핍 등의 환경스트레스로부터 작물을 보호하는 기능을 가지는 하나 이상의 미네랄과 미생물, 미생물대사산물 또는 미생물과 대사산물의 혼합물을 조합하여 작물의 성장률 및 생산율을 개선시킬 수 있는 천연비료를 제공하는 데 있다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 오랫동안 연구한 결과 광물 또는 광물 혼합물과, 미생물 또는 대사산물 또는 그 혼합물을 수용성 또는 비수용성의 첨가물을 분말형 및 입상형으로 제형화한 천연비료를 개발하였고 이를 보다 구체적으로 설명하면,
광물 성분으로 몰리브덴(Molybdemum)과 토르말린을 그리고 미생물로는 항생물질을 생산하는 Bacillus속, Pseudononas속, Burkholderia속의 미생물, 식물생장호르몬을 생산하는 Bacillus속, Pseudomonas속, Paenibacillus속, Burkholderia속, Lactobacillus속, 유기물분해 및 토양 내 인산, 칼륨의 작물 이용도를 높이는 Bacillus속, Lactobacillus속 및 다른 미생물의 생육 및 기능을 증진하는 Sacchromycess속, Pseudmonas속, Burkholderia속 중 어느 하나 또는 2종 이상을 사용하며, 이들 중 특히, 주)에프앤비네이처에서 보유하고 있는 Bacillus subtilis KSC4또는 Burkholderia pyrrocinia FB11의 미생물과 그 대사산물을 이용하여 천연비료를 제조하였다.
본 발명에 따른 광물과 미생물과 또는 미생물 대사산물을 포함하는 천연비료는 유기농업, 무농약 부분에서 문제시되는 해충발생의 피해와 음이온, 영양성분 등 엽면시비에 의한 식물체내 흡수가 어려운 각종 미량요소 성분들을 함유하는 몰리브덴 및 토르말린과 토양미생물을 이용한 천연비료로 토양생태계에 빠르게 우점되게 함으로써 시비된 유기물을 농작물이 쉽게 흡수할 수 있는 영양성분으로 분해시켜 작물의 생육을 촉진하고 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 따른 광물과 미생물과 또는 미생물 대사산물을 포함하는 천연비료의 조성 성분 및 이를 시비한 작물의 생육시험결과에 대하여 설명하기로 하겠으나, 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 천연비료의 제조 공정에 대하여 설명하면,
먼저, 미생물 Bacillus substilis KSC4 및 Burkholderia pyrrocinia FB11을 109cfu/ml의 밀도에 도달할 때까지 배양하여 농축한 후 배양된 미생물을 동결건조하고 여액을 보존하고, 몰리브덴 및 토르말린을 80메쉬 내지 10,000메쉬로 분쇄하여 상기의 분말화 한 몰리브덴 100중량부에 대하여 토르말린 100 내지 250중량부, Bacillus subtilis KSC4 건조분말 및 Burkholderia pyrrocinia FB11 건조분말 각각 1 내지 4중량부, 덱스트린(Dextrin) 7 내지 10중량부 및 트레할로스(Trehalose) 10중량부를 함유하거나 또는 상기의 몰리브덴 100중량부에 대하여 토르말린 100 내지 140중량부, Bacillus subtilis KSC4 건조분말 및 Burkholderia pyrrocinia FB11 건조분말 각각 2 내지 4중량부, 첨가제로 미강 5중량부, 구아노 5중량부, 피트 10 내지 15중량부, 건조효모 1중량부, 해조추출물 및 부식산 각각 2.5중량부를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광물재료인 몰리브덴 및 토르말린은 100 내지 5,000메쉬 정도로 분쇄하는 것이 바람직하며 본 발명에서 미생물 동결건조하는 이유는 미생물을 장기 보존하거나, 효소 또는 기능성 단백질 등과 같이 수용액 상태에서 온도 등의 조건에 따라 상대적으로 불안정한 활성물질을 보존하거나, 식품의 향과 성상을 원형 그대로 보존하기 위하여 사용되어진 건조방법 중의 하나로, 미생물을 장기 보존할 경우에도 동결건조방법으로 건조시켜 보관하는 것이 일반적인 기술로 알려져 있다.
상기의 첨가제 중 트레할로스(Trehalose)는 1861년 곤충의 자낭균에서 발견된 이후 세균, 곰팡이, 버섯, 효모, 그리고 일부 식물체 등에서 발견되는 비환원성 이당류로서, 주로 영양분의 고갈, 고온, 산소 결핍, 삼투압 등 다양한 종류의 물리 화학적 외부 충격에서 비롯되는 영향으로부터 세포를 보호하는 역할을 하는 것으로 보고되고 있다. 트레할로오스의 보존제로서의 반응기작은 트레할로오스가 세포의 단백질과 세포막 인지질과 수소결합을 하여 세포의 구조를 그대로 유지시켜 건조상태가 되어도 세포를 보호하거나 또는 트레할로오스가 글래스 메트릭스를 형성하여 동결하는 동안 형성된 얼음결정으로부터 세포를 보호할 수 있는 것으로 여겨져 미생물의 동결건조시 활성이 급격히 감소하는 등의 부작용을 보완하기위해 보존제로 첨가하여 미생물의 생존율을 50%이상 유지시키는 작용을 한다.
또한 덱스트린의 첨가는 높은 삼투압과 낮은 수분활성도로 미생물의 생육을 억제시키고 부패를 방지시켜 줌으로써 높은 신선도로 제품의 장기간 보존이 가능하게 하는 효과를 나타낸다.
<실시예 1-4> 분말형태의 천연비료
본 발명은 하기의 조성성분 및 조성비율을 갖는 분말형의 천연비료로 제조하였다.
원료 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
몰리브덴광물
분쇄 분말		 100 100 100 100
토르말린
분쇄 분말		 100 150 250 150
Bacillus subtilis KSC4 건조분말 1 2 3 4
Burkholderia pyrrocinia FB11
건조분말
4
3
2
1
Dextrin 7 8 9 10
Trehalose 10 10 10 10
상기 몰리브덴 및 토르말린 광물을 3,000메쉬로 분쇄하여 선별한 후 몰리브덴 100중량부, 토르말린 100 내지 200중량부와 동결건조된 Bacillus subtilis KSC4, Burkholderia pyrrocinia FB11 건조분말을 각각 1 내지 4중량부 및 Dextrin 8~10중량부, Trehalose 5-10중량부를 함유하는 분말형태의 천연비료를 제조하였다.
<실시예 5-8> 입상형태의 천연비료
원료 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
몰리브덴광물 100 100 100 100
토르말린
분쇄 분말		 100 120 130 140
Bacillus subtilis KSC4
건조분말		 2 2 4 4
Burkholderia pyrrocinia FB11
건조분말		 4 4 2 2
미강 5 5 5 5
구아노 5 5 5 5
피트(Peat) 10 10 15 15
건조효모 1 1 1 1
Polyacrylamide 1
해조추출물 2.5 2.5 2.5 2.5
부식산 2.5 2.5 2.5 2.5
상기 실시예1 ~ 실시예4와 동일한 방법으로 광물을 분쇄하고 몰리브덴 분쇄 분말 100중량부, 토르말린 분쇄 분말 100 내지 140중량부와 배양된 미생물 Bacillus subtilis KSC4, Burkholderia pyrrocinia FB11을 동결건조한 후 건조분말 2 내지 4 중량부 및 첨가제로 미강 5중량부, 구아노 5중량부, 피트 10 내지 15중량부, 건조효모 1중량부, polyacrylamide 1중량부, 해조추출물 및 부식산 각 2.5중량부로 첨가하여 제조하였다.
[시험예 1] 상기 토양개량제를 열무작물에 적용한 실험결과
상기의 실시예1 ~ 실시예4를 이용하여 열무에 500배 희석액을 엽면으로 살포한 결과는 다음의 표3과 같다.
엽장(mm) 엽폭(mm) 뿌리길이(mm) 건물중(g)
실시예 1 233.65 96.70 151.85 5.40
실시예 2 240.25 99.00 135.25 4.95
실시예 3 226.85 92.25 142.60 4.99
실시예 4 222.80 87.40 142.15 4.22
복합비료 209.17 80.47 135.04 3.28
상기 실험 수행의 결과, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우 일반 시중에 판매되고 있는 복합비료에 비해 식물 잎의 엽장, 엽폭 모두 성장하였으며, 광물 분쇄 분말의 중량부를 높인 실시예1에서는 뿌리길이와 수분을 제거한 상태의 무게인 건물 중이 증가하였다. 실시예1 내지 4 모두 일반복합비료에 비해 작물의 엽장, 엽폭, 뿌리길이 건물중 모두 증가하였다.
[시험예 2] 상기 토양개량제를 열무작물에 적용한 실험결과
상기의 실시예5 ~ 실시예8의 천연비료를 열무에 10kg/1,000㎡으로 살포한 결과는 다음의 표4 내지 표5와 같다.
엽장(mm) 엽폭(mm) 뿌리길이(mm) 건물중(g)
실시예 1 233.65 96.70 151.85 5.40
실시예 2 240.25 99.00 135.25 4.95
실시예 3 226.85 92.25 142.60 4.99
실시예 4 222.80 87.40 142.15 4.22
복합비료 209.17 80.47 135.04 3.28
원료 엽장(mm) 엽폭(mm) 뿌리길이(mm) 건물중(g)
예시5 248.20 99.75 163.75 5.74
예시6 240.90 90.00 151.60 4.59
예시7 222.12 89.25 140.95 3.74
예시8 206.75 83.25 140.00 3.59
일반 복합비료 200.17 80.47 135.04 3.28
상기 실험 수행의 결과, 실시예 5 내지 실시예 8의 본 발명의 천연비료를 시비한 결과 일반 시중에 판매되고 있는 복합비료에 비해 식물 잎의 엽장, 엽폭 모두 증가하였다.

Claims (5)

  1. 몰리브덴 및 토르말린을 3,000메쉬로 분쇄하여 분말화 한 후 상기의 몰리브덴 100중량부에 대하여 토르말린 100 내지 250중량부, Bacillus subtilis KSC4 건조분말 및 Burkholderia pyrrocinia FB11
    건조분말 각각 1 내지 4중량부, 덱스트린(Dextrin) 7내지 10중량부 및 트레할로스(Trehalose) 10중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말상의 천연비료.
  2. 제1항에 있어서,
    미생물 Bacillus substilis KSC4 및 Burkholderia pyrrocinia FB11은 109cfu/ml의 밀도에 도달할 때까지 배양하여 농축한 후 배양한 후 동결건조시킨 것을 특징으로 하는 분말상의 천연비료.
  3. 제1항에 있어서,
    Bacillus subtilis KSC4또는 Burkholderia pyrrocinia FB11의 대사산물을 함유하는 것을 특징으로 하는 분말상의 천연비료.
  4. 몰리브덴 및 토르말린을 3,000메쉬로 분쇄하여 분말화 한 후 상기의 몰리브덴 100중량부에 대하여 토르말린 100 내지 140중량부, Bacillus subtilis KSC4 건조분말 및 Burkholderia pyrrocinia FB11
    건조분말 각각 2 내지 4중량부, 첨가제로 미강 5중량부, 구아노 5중량부, 피트 10 내지 15중량부, 건조효모 1중량부, 해조추출물 및 부식산 각각 2.5중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 입상형태의 천연비료.
  5. 제4항에 있어서.
    첨가제로 폴리아크릴 아미드(polyacrylamide) 1중량부을 더 포함ㅎ라는 것을 특징으로 하는 입상형태의 천연비료.
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