KR20150021953A

KR20150021953A - 인공 토양 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150021953A
Application number: KR1020147036382A
Authority: KR
Inventors: 노부요시 이시자카
Original assignee: 도요 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-03-03
Also published as: US20150128671A1; EP2868187A1; PH12014502787A1; CN104394684A; WO2014003040A1; EP2868187A4

Abstract

본 발명에 의해, 천연 토양의 대체품으로서, (1) 보비성 필러의 조립물을 함유하여 보비성이 높아 물(예컨대, 수돗물)만을 공급하는 것만으로 식물이 육성할 수 있는 인공 토양 및 상기 인공 토양의 제조 방법; (2) 보비성이 높은 재료를 이용하여, 특정한 비료 성분만을 흡착시킨 인공 토양; 및 (3) 높은 양이온 교환능 및 음이온 교환능의 양쪽을 갖는 우수한 보비성, 식물이 흡수하기 쉬운 상태의 물에 대한 우수한 보수성, 및 포화 상태로 보수시킨 경우에도 단시간에 고통기성 상태로 되돌아가는 우수한 통기성을 갖는, 입상 식물 육성체를 제공한다.

Description

인공 토양 및 그의 제조 방법{ARTIFICIAL SOILS AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 인공 토양 및 그의 제조 방법, 및 인공 토양용 입상(粒狀) 식물 육성체(育成體)에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 물(예컨대, 수돗물)의 공급만으로 식물이 생육할 수 있도록 한 인공 토양 및 그의 제조 방법, 및 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양에 관한 것이며, 또한 알긴산염 및 다가 금속 이온으로 형성되는 입상 겔 중에, 양이온 교환성 필러(filler) 및 음이온 교환성 필러를 함유시켜 이루어지고, 우수한 보비성(保肥性), 우수한 보수성(保水性) 및 우수한 통기성을 갖는 인공 토양용 입상 식물 육성체에 관한 것이다.

최근, 야채 가격의 앙등이나 가정 채원(菜園) 붐에 의해, 다양한 인공 토양이 상품화되어 왔지만, 천연 재료를 사용한 것이 대부분으로, 품질면에서의 편차가 크고, 특히 피트 모스(peat moss) 등의 천연 유기재에서는, 자원의 고갈이나 환경 파괴의 문제 등에 의해 양질인 재료의 입수가 곤란해지고 있다.

상기한 바와 같이, 천연의 토양을 대신하는 인공적 토양 자재의 하나로서는, 다공질 셀상이기 때문에 경량이며, 통기성이나 보수성이 우수함과 함께, 양이온 교환 용량이 크고 보비성이 우수하며, 또한 저렴하다는 등의 점에서 피트 모스가 적합하게 이용되어 왔다. 그러나, 피트 모스는 상기한 바와 같이 다공질 셀상이기 때문에 보수성이 우수하지만, 일단 완전히 건조 상태가 되면 발수성(撥水性)이 강해져, 다시 수분을 가해도 보수하기 어려워진다고 하는 문제가 있고, 또한, 건조를 방지하기 위해서 수분을 다량으로 공급하면 수분을 지나치게 보유하여, 통기성이 나빠져, 근부(根腐)나 병해의 원인이 된다는 문제가 있었다.

그와 같은 문제를 해결하기 위해, 알긴산 겔이나 다공성 무기 재료 등, 많은 천연 토양의 대체품이 제안되어 왔다.

일본 특허공개 평6-209662호 공보에는, 무균 환경 하에 있는 식물 종자 또는 재분화(再分化) 조직을 생육시키기 위해서 이용되는 무균 식물용 인공 토양으로서, 겔성 지지재에 의해 입상 또는 끈상(紐狀; string-shaped)의 성형체로 하여, 그 성형체를 집합시킨 것을 특징으로 하는 무균 식물용 인공 토양이 개시되어 있다. 겔성 지지재로서 알긴산염 등을 사용하여 입상 겔을 형성하여, 보수량과 통기성을 동시에 확보한다. 그러나, 특허문헌 1의 인공 토양에서는, 알긴산염을 이온 가교하여 입상 겔을 형성했을 뿐으로, 충분한 보비성은 얻어지지 않는다.

일본 특허공개 2002-80284호 공보에는, 양이온 교환 용량이 50(cmol/kg) 이상 400(cmol/kg) 이하, 또한, 세공 분포의 메디안 직경이 0.01(㎛) 이상 15.00(㎛) 이하이며, 외주부(外周部)에 제올라이트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무기 다공질체가 개시되어 있다. 그러나, 상기 무기 다공질체의 공경(孔徑)이 15㎛ 이하로 작기 때문에 식물이 물을 흡수하기 어렵고, 양이온 교환 용량에 대하여 규정은 있지만, 음이온 교환성 재료가 사용되어 있지 않아 음이온 교환 용량은 낮다고 생각된다. 또한, 원료로서 주물 공장의 집진 장치로부터 분진 폐기물로서 배출되는 폐사(廢沙)(주물사)를 이용하여, 제조 시에 고온(800℃)에서 소성할 필요가 있고, 또한 유해 금속이나 유해 약품 등도 미량이기는 하지만 함유하고 있는 등의 문제가 있다.

일본 특허공개 평11-70384호 공보에는, 0.1∼10중량%의 알긴산염 용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 알긴산을 가교 결합시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 비드형 알긴산 겔 수처리제가 개시되어 있다. 그러나, 이온 흡착제가 함유되어 있지 않기 때문에, 양이온 및 음이온의 흡착능이 낮다고 하는 문제가 있다.

또한, 시판되는 각종 비료도 많이 존재하고 있다. 그들은, 일반적으로 물로 용이하게 붕괴되어 버리는 경우가 많고, 더구나 용출 비료 성분 농도가 높아, 식물에 있어서 흡수하기 어렵다. 비료 성분이 천천히 배출되도록 붕괴를 제어한 비료도 있지만, 그 경우 시비 효과가 나타나는 데 반대로 시간이 걸리거나 한다. 또한, 시판되는 비료의 경우, 비료로서 필요한 전체 성분이 포함되어 있기 때문에, 특정한 비료 성분, 예컨대 인이나 칼륨만이 부족한 경우에 시비할 수 없고, 불필요한 성분을 포함한 비료로서 시비할 수밖에 없었다.

전술한 선행기술(특허문헌)의 비료도 역시, 비료 중의 특정한 성분만의 비료가 존재하지 않아, 1성분의 부족이어도 전체 성분의 비료를 사용하지 않으면 안 되었다.

일본 특허공개 평6-209662호 공보 일본 특허공개 2002-80284호 공보 일본 특허공개 평11-70384호 공보

본 발명은, 상기와 같은 종래의 천연 토양의 대체품이 갖는 문제점을 해결하여,

(1) 보비성이 높은 재료를 조립(造粒)한 후에, 비료 성분을 담지시키는 것에 의해 보비성이 높아 물(예컨대, 수돗물)만을 공급하는 것만으로 식물을 육성할 수 있는 인공 토양 및 상기 인공 토양의 제조 방법;

(2) 보비성이 높은 재료를 이용하여, 특정한 비료 성분만을 흡착시킨 인공 토양; 및

(3) 높은 양이온 교환능 및 음이온 교환능의 양쪽을 갖는 우수한 보비성, 식물이 흡수하기 쉬운 상태의 물에 대한 우수한 보수성, 및 포화 상태로 보수시킨 경우에도 단시간에 고통기성 상태로 되돌아가는 우수한 통기성을 갖는, 입상 식물 육성체; 를 제공하는

것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과,

(1) 비료 성분을 담지한 입경 0.2∼6mm의 보비성 필러의 조립물(造粒物)을 함유하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양 및 그의 제조 방법,

(2) 입상화된 양이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 양이온을 흡착시킨 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양 및 입상화된 음이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 음이온을 흡착시킨 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양,

(3) 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 함유하는 알긴산 겔로 이루어지는 입상 식물 육성체에 있어서, 입경, 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량을 특정 범위 내로 규정하는 것에 의해, 우수한 보비성, 우수한 보수성 및 우수한 통기성을 갖는 입상 식물 육성체를 제공할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

(1) 본 발명은, 비료 성분을 담지한 입경 0.2∼6mm의 보비성 필러의 조립물을 함유하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양을 제공한다.

또한, 본 발명은, 보비성이 있는 필러를 입경 0.2∼6mm로 조립한 후, 조립물에 비료 성분을 담지시키는 것을 특징으로 하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 또한, 보비성이 있는 필러 및 다공질이고 보수성이 있는 필러를 입경 0.2∼6mm로 조립한 후, 조립물에 비료 성분을 담지시키는 것을 특징으로 하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양의 제조 방법을 제공한다.

인공 토양에 관해서는, 본 발명을 적합하게 실시하기 위해서,

상기 조립물이 다공질이며, 양이온 교환 용량 5meq/100cc 이상이고 또한 음이온 교환 용량 5meq/100cc 이상인 양쪽 이온 흡착능을 갖고;

상기 인공 토양이 추가로, 다공질인 입경 0.2∼6mm의 보수성 필러의 조립물을 함유하는;

것이 바람직하다.

또한, 인공 토양의 제조 방법에 관해서는, 적합하게 실시하기 위해서,

상기 조립 공정 시에, 다공질이 되도록 조립하고;

별도로, 다공질이고 보수성이 있는 입경 0.2∼6mm의 보수성 필러의 조립물을 형성하여, 그것을 혼합하는;

것이 바람직하다.

(2) 본 발명은, 입상화된 양이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 양이온을 흡착시킨 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 입상화된 음이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 음이온을 흡착시킨 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 상기의 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양 및 상기의 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양을 포함하는 비료 성분 담지 인공 토양에 관한 것이다.

본 발명을 적합하게 실시하기 위해서, 상기 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은,

식물이 근산(根酸)에 의해 용이하게 양이온 또는 음이온을 흡수할 수 있고;

상기의 양이온 흡착체는, 제올라이트, 스멕타이트, 운모, 버미큘라이트, 탈크, 양이온 교환 수지, 부식(腐植; humus) 및 그들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되고;

상기의 양이온은 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Mo²⁺ 및 그들의 혼합이고;

상기 양이온은 K⁺이고;

상기의 음이온 흡착체가, 복수산화물(複水酸化物) 및 복수산화물류, 알로판(allophane), 이모골라이트(imogolite), 카올린, 음이온 교환 수지 및 그들의 혼합물이고;

상기 음이온이, NO₃ ^-, PO₄ ^3-, SO₄ ^2-, Cl^- 및 그들의 혼합이고;

상기 음이온은, NO₃ ^- 및 PO₄ ^3-및 그들의 혼합인;

것이 바람직하다.

(3) 본 발명은, 입경 0.2∼6mm, 양이온 교환 용량 5meq/100mL 이상 및 음이온 교환 용량 5meq/100mL 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 알긴산 겔로 이루어지는 입상 식물 육성체에 관한 것이다.

본 발명을 적합하게 실시하기 위해서,

pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL이고;

상기 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL의 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체(粉粒體)와 조합함으로써 달성되고;

상기 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL의 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 입상 식물 육성체 자체를 다공질화하는 것에 의해 달성되고;

상기 입상 식물 육성체의 다공질화가, 입상 식물 육성체의 제조 시에 진공 동결 건조하거나, 또는 입상 식물 육성체의 제조 시에 친수성 계면활성제를 배합하여 기포(起泡) 후에 겔화시키는 것에 의해 달성되고;

상기 입상 식물 육성체가, 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 함유하고;

상기 양이온 교환성 필러가 제올라이트, 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 양이온 교환 수지 및 부식으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 음이온 교환성 필러가 하이드로탈사이트, 마나세아이트(manasseite), 파이로오라이트(pyroaurite), 쇼그레나이트(sjogrenite), 녹청(copper rust), 알로판, 이모골라이트, 카올린 및 음이온 교환 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되고;

상기 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체가 발포 유리 및 고분자 다공체로 이루어지는 군으로부터 선택되는;

것이 바람직하다.

본 발명에 의하면,

(1) (i) 통상의 토양의 경우에는, 비료 성분을 많이 포함하고 있을 까닭이 없어, 후에 비료 성분을 추가하지 않으면 안 되지만, 본 발명의 인공 토양에서는 비료 성분이 미리 인공 토양 중에 담지되어 있기 때문에 비료를 투입할 필요가 없고,

(ii) 통상의 토양에서는 보비력(保肥力)이 작기 때문에, 비료를 대량으로 넣어도, 토양 중에 비료를 일부밖에 보유할 수 없고 거의가 유실되어 버리지만, 본 발명의 인공 토양의 경우 보비 능력이 높아, 미리 비료 성분을 충분히 보유시켜 놓으면 비료를 추가 시비할 필요가 거의 없고,

(iii) 인공 토양에서는, 천연의 토양에 존재하는 니트로화균이 없기 때문에, 질소원인 NH₄ ⁺ 이온을 많은 식물이 흡수하기 쉬운 NO₃ ^- 이온으로 변환할 수 없지만, 본 발명의 인공 토양에서는, NO₃ ^-의 이온의 형태로 음이온으로서 흡착시켜 놓을 수 있고,

(iv) 본 발명의 인공 토양에서는, 인공 토양에 흡착된 비료 성분인 K⁺, NO₃ ^-이온 등이, 뿌리로부터 분포되는 근산 등에 의해, 용리되어, 물에 녹아 들어가, 식물의 뿌리로부터 흡수되기 때문에, 식물이 생육할 수 있고, 근산의 분비, 즉 식물이 양분을 필요로 하여 근산을 분비할 때만 비료 성분이 용리되기 때문에, 인공 토양 중의 이온 농도가 과잉이 되어, 비료소(肥料燒)를 일으키거나, 이온 농도가 과소가 되어, 양분 부족이 되거나 하는 일이 없고,

(v) 인공 토양 자체에 보비성이 있기 때문에, 관수 등의 물의 공급에 의해, 조립체 내의 비료 성분이 용리되는 경우도 없어, 장기적으로 비료 성분을 방출할 수 있고,

(2) 천연의 토양으로는 보비력이 작기 때문에, 무기 비료를 다량으로 혼합하면, 비 등에 의해 거의가 유실되어 버리기 때문에, 완효성 비료나 유기 비료로서 혼합하지 않으면 안 되어, 이들의 사용은 비료 효과의 발현이 느려지고, 또한, 퇴비 등의 유기 비료 등은 상세한 함유 성분의 명세가 불분명하기 때문에, 부족한 성분을 필요한 양만 혼합하는 것이 어렵고, 비료를 추가하더라도 일부의 비료 성분이 부족하거나, 반대로 특정한 비료 성분이 과다하게 되거나 하는 경우가 있고,

시판되는 화성 비료도 질소(N), 인(P) 및 칼륨(K)의 성분이 혼합되어 있고, 단비(單肥)라고도 말해지는 비료에서도 중성염인 것은, KCl이나 MgSO₄, Ca(NO₃)₂ 등 반드시 양이온, 음이온의 양쪽의 이온이 함유되어 있기 때문에, 양이온만, 음이온 만이라는 단독의 비료 성분을 토양에 추가하는 것이 어렵고,

게다가, 야채마다 적합한 비료 배합이 있음에도 불구하고, 범용의 토양이나 배양토로는 재배하고자 하는 야채에 적합한지 아닌지나 혼합 성분이 불분명하기 때문에, 스스로 부족 비료 성분 등을 보충할 수도 없어, 형편에 내맡기는 재배로 되고 있다.

(i) 그에 반하여, 본 발명은 칼륨만, 인만, 질소만이라는 비료 성분마다의 인공 토양이기 때문에, 사용자가 자유롭게 비료의 성분 구성이나 혼합 비율을 바꿀 수 있어, 현행의 토양에도 핀포인트(pinpoint)로 시비할 수 있고, 또한, 야채에 최적인 비료 배합도 핀포인트로 행할 수 있으며,

(ii) 또한 보수성이 우수한 성분이나 배수성이 우수한 성분을 조합할 수도 있어, 비료 성분이라는 화학성과 보수·통기성이라는 물리성을 자유롭게 디자인하는 것도 가능하여 대상 식물에 따라 최적의 토양의 설계가 가능해지고,

(iii) 또한, 상기 (1-iv) 및 (1-v)의 효과도 얻을 수 있으며,

(3) 입상 알긴산 겔 중에, 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 함유하는 입상 식물 육성체에 있어서, 입경, 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량을 특정 범위 내로 규정하는 것에 의해, 높은 양이온 교환능 및 음이온 교환능을 갖는 우수한 보비성, 식물이 흡수하기 쉬운 상태의 물에 대한 우수한 보수성, 및 포화 상태로 보수시킨 경우에도 단시간에 고통기성 상태로 되돌아가는 우수한 통기성을 갖는, 입상 식물 육성체를 제공할 수 있다.

[인공 토양용 입상 식물 육성체]

식물의 성장에는, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 등의 양이온이 필요하고, 이들 양분을 보유할 능력이 없으면, 예컨대 화학 비료 등으로 초기에 공급한 양분이 그대로 수분과 함께 유하(流下)되어 버려, 식물이 이용할 수 없게 되어 버린다. 천연의 토양 중에는 이들의 흡착 능력이 갖춰져 있지만, 고분자 재료 등을 사용하는 경우에는, 이들 능력을 인공적으로 부가할 필요가 있다. 또한, 식물의 성장에는, 질소는 필수적인 원소이지만, 종류에 따라서는 양이온으로의 암모니아태 질소로서 흡수할 수 없고, 음이온으로의 질산태 질소로서밖에 흡수할 수 없는 것이 있어, 양이온 흡착 능력 외에 음이온 흡착 능력도 필요하게 된다. 토양 중에서는, NH₄ ⁺로서 양이온 교환체에 흡착된 질소태도, 토양 중의 니트로화균 등의 미생물에 의해 NO₃ ^-로 변환되기 때문에, 음이온 흡착 능력에 대하여 작아도 좋지만, 니트로화균이 존재하지 않는 인공 토양에서는, NO₃ ^-를 직접 흡착하는 것이 필요해져, 큰 음이온 흡착 능력이 필요하게 된다.

토양수는, 토양 입자의 표면을 둘러싸서 존재하고, 토양 입자의 가장 내측에 존재하는 흡습수(吸濕水)로부터 가장 외측에 존재하는 중력수(重力水)에 이를 때까지 연속적으로 존재하며, 이들 토양수의 상태의 차이는 본질적으로는 흡착력의 차이에 의한 것으로, 흡착력이 큰 것으로부터, 흡습수, 모관수(毛管水), 중력수의 순서가 된다. pF값이란, 토양에 흡착되어 있는 수분을 분리하는 힘(흡인압)을 물기둥의 높이로 표시한 것으로, 구체적으로는, 이하의 식:

pF=logh

로 표시되듯이, 물기둥의 높이로 나타낸 토양 수분의 흡인압 h(cm)의 상용 대수값이다. 물기둥의 높이 h가 1cm인 경우, 98.07Pa에 상당한다. 예컨대, pF 2.0은, 100(10²)cm의 높이의 물기둥의 압력에 상당하는 힘으로 흡착되어 있는 수분 상태를 나타내는 것이다. 또한, 토양 중의 공극에 공기가 전혀 없이 물로 채워져 있는 상태가 pF 0이며, 100℃의 열건(熱乾) 상태로 토양과 화합한 물밖에 존재하지 않는 경우가 pF 7이다.

식물이 뿌리로부터 흡수할 수 있는 수분은, 강우 또는 관수하여, 중력에 의한 물의 하강 운동이 매우 작게 되었을 때, 통상 24시간 후에 남은 수분(통상, pF 1.7)부터, 식물이 시들기 시작하는 시듦점(wilting point)(pF 3.8)까지의 수분이다. 따라서, 상기 pF 1.7로부터 값이 작아져 가면 토양 중의 공기가 부족하여 습해(濕害)를 받고, 상기 pF 3.8로부터 값이 커져 가면 수분을 흡수할 수 없어 고사(枯死)한다.

또한, 상기 식물이 뿌리로부터 흡수할 수 있는 수분 중, pF 1.7∼pF 2.7의 수분을 이효수(易效水)라고 부르며, 식물이 용이하게 수분을 흡수할 수 있어, 생육이 양호해지고, 그 이외의 pF값의 수분을 난효수(難效水)라고 부르고, 식물이 수분을 흡수하기 어려워져, 고사는 하지 않지만 생육이 약해진다. 상기한 바와 같이, 일반적으로는, 식물이 용이하게 수분을 흡수할 수 있는 것은 pF 1.7∼pF 2.7이라고 말해진다. 그래서, 본 발명에 있어서는, pF 1.7∼2.7의 범위에서의 보수량으로서의 식물 육성체 100mL당 체적 함수율을 이용하는 것으로 했다.

상기 보수성에 대하여, 단순히 식물 육성체의 공극 직경이나 공극률 등을 규정하는 것은 아니고, 식물이 뿌리로부터 용이하게 흡수할 수 있는 수분의 보유량을 특정 범위로 규정한 것이다. 예컨대, 충분한 보수성을 상정하여 식물 육성체의 공극 직경이나 공극률 등을 규정하더라도, 중력에 의해서 배수되는 수분, 식물이 흡수하기 어려운 난효수, 또한 토양과 화합한 수분을 포함하고 있는 경우에는, 식물이 이용 가능한 수분으로서는 부족해져, 식물 육성체의 보수성으로서는 불충분해진다. 따라서, 본 발명에서는, 실제로 식물이 이용 가능한 수분의 보유량인 pF 1.7∼2.7의 범위에서의 보수량이, 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL, 바람직하게는 7∼40mL, 보다 바람직하게는 10∼40mL인 것이 바람직하다. 상기 보수량이, 입상 식물 육성체 100mL당 5mL 미만이면, 장기간에 걸쳐 식물이 흡수하기 쉬운 수분을 보유하는 것이 어렵고, 50mL를 초과하면 보수 상태에서의 통기성이 나빠져, 식물이 생육하기 어려워진다.

본 발명의 상기 인공 토양용 입상 식물 육성체는, 알긴산염 및 다가 금속 이온으로 형성되는 입상 알긴산 겔 중에, 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 함유하는 것을 요건으로 한다.

상기 인공 토양용 입상 식물 육성체의 제조 방법은,

(a) 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 알긴산염 수용액에 혼합, 교반하여 혼합액을 형성하는 공정,

(b) 얻어진 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하여 겔화 입자를 형성하는 공정, 및

(c) 얻어진 겔화 입자를 수세하여 건조하는 공정을 포함한다.

본 발명의 입상 식물 육성체에 이용되는 양이온 교환성 필러의 예로서는, 제올라이트, 몬모릴로나이트 등의 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 버미큘라이트, 부식, 양이온 교환 수지 등을 들 수 있고, 상기 양이온 교환 수지로서는, 약산성 양이온 교환 수지, 강산성 양이온 교환 수지 등을 들 수 있다.

상기 양이온 교환성 필러의 배합량은, 알긴산염 수용액 100질량부에 대하여, 2∼40질량부, 바람직하게는 5∼40질량부, 보다 바람직하게는 5∼30질량부인 것이 바람직하다. 상기 양이온 교환성 필러의 배합량이 2질량부 미만이면 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없고, 40질량부를 초과하면 입상 알긴산 겔의 생성이 곤란하게 되어 버린다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에 이용되는 음이온 교환성 필러의 예로서는, 하이드로탈사이트, 마나세아이트, 파이로오라이트, 쇼그레나이트, 녹청 등의 주골격으로서 복수산화물을 갖는 천연의 층상 복수산화물, 합성 하이드로탈사이트 및 하이드로탈사이트상 물질, 알로판, 이모골라이트, 카올린 등의 점토광물, 음이온 교환 수지 등을 들 수 있고, 상기 음이온 교환 수지로서 약산성 음이온 교환 수지, 강산성 음이온 교환 수지 등을 들 수 있다.

상기 음이온 교환성 필러의 배합량은, 알긴산염 수용액 100질량부에 대하여, 2∼40질량부, 바람직하게는 5∼40질량부, 보다 바람직하게는 5∼30질량부인 것이 바람직하다. 상기 양이온 교환성 필러의 배합량이 2질량부 미만이면 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없고, 40질량부를 초과하면 입상 알긴산 겔의 생성이 곤란하게 되어 버린다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에 이용되는 알긴산염 수용액의 예로서는, 알긴산나트륨, 알긴산칼륨, 알긴산암모늄 등을 들 수 있다. 또한, 상기 알긴산염 수용액의 농도로서는, 0.1∼5%, 바람직하게는 0.2∼5%, 보다 바람직하게는 0.5∼3%가 바람직하다. 상기 알긴산염 수용액의 농도가 0.1% 미만이면 알긴산 겔이 생성되기 어렵고, 5%를 초과하면 점도가 지나치게 높아져 상기 필러 혼합 시의 교반이나, 혼합액의 적하가 어려워진다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법에 있어서는, 상기 공정(a)에 있어서, 알긴산염 수용액 중에 상기 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 혼합, 교반하여 얻어진 혼합액을, 상기 공정(b)에 있어서, 다가 금속 이온 수용액에 적하하여 겔화 입자를 형성한다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에 이용되는 다가 금속 이온 수용액의 예로서는, 기본적으로 알긴산염과 반응하여 겔화가 일어나는 2가 이상의 금속염 수용액이면 특별히 한정되지 않지만, 염화칼슘, 염화바륨, 염화스트론튬, 염화니켈, 염화알루미늄, 염화철, 염화코발트 등의 다가 금속의 염화물 수용액, 질산칼슘, 질산바륨, 질산알루미늄, 질산철, 질산구리, 질산코발트 등의 다가 금속의 질산염 수용액, 락트산칼슘, 락트산바륨, 락트산알루미늄, 락트산아연 등의 다가 금속의 락트산염 수용액, 황산알루미늄, 황산아연, 황산코발트 등의 다가 금속의 황산염 수용액 등을 들 수 있다. 또한, 상기 다가 금속 이온 수용액의 농도로서는, 1∼20%, 바람직하게는 2∼10%, 보다 바람직하게는 5∼10%가 바람직하다. 상기 다가 금속 이온 수용액의 농도가 1% 미만이면 알긴산 겔이 생성되기 어렵고, 20%를 초과하면 금속염의 용해에 시간이 걸려, 과잉의 재료를 사용하게 되어 경제적이지 않다.

상기 알긴산염, 예컨대 알긴산나트륨은, 알긴산의 카복실기가 Na 이온과 결합한 형태의 중성염이며, 알긴산은 수불용성이지만, 수용성이다. 상기 알긴산나트륨의 수용액에, 다가 금속 이온, 예컨대 Ca 이온을 가하면, 이온 가교가 일어나 겔화된다. 알긴산염과 다가 금속 이온의 상기 성질은 잘 알려져 있고, 이것을 이용하여, 상기 알긴산나트륨은, 증점제, 겔화제, 안정제 등의 물성 개량제로서 폭넓게 사용되고 있다.

상기한 바와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 상기 입상 식물 육성체는, 입경 0.2∼6mm, 바람직하게는 0.5∼5mm, 보다 바람직하게는 1∼5mm를 갖는다. 상기 입상 식물 육성체의 입경이 0.2mm보다도 작아지면, 상기 입상체끼리의 공극이 작게 되어 버려, 공극 내에 보수된 수분이 모관력에 의해 강하게 보유되기 때문에, 식물이 공극 내의 수분을 흡수하기 어려워지거나, 배수성이 저하되어, 뿌리의 공기 중의 산소의 흡수가 곤란해지거나 해 버린다. 또한, 상기 입상 식물 육성체의 입경이 6mm를 초과하면, 상기 입상 식물 육성체끼리의 공극이 크게 되어 버려, 식물이 흡수하기 쉬운 수량(水量)이 저하되어 버려, 장기간 유하하지 않고서 식물이 이용할 수 있는 수분이 적게 되어 버리거나, 식물의 횡도(橫到; tumbling) 방지 등의 지승성(支承性; bearing property)이 저하되거나 해 버린다.

상기 입경은, 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법의 공정(b)에 있어서 적하할 때의 혼합액의 점도와, 공정(a)에 있어서의 혼합액 중의 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러의 배합량에 의해서 조정하는 것이 가능하고, 상기 혼합액의 점도가 낮으면 상기 입경이 작아지고, 상기 필러의 배합량이 적으면 상기 입경이 작아진다. 본 명세서 중에서, 상기 입상 식물 육성체의 입경은, 스크린 메쉬 등으로 분급하여 조정한다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체는, 양이온 교환 용량 5meq/100mL 이상을 갖는 것을 요건으로 하고, 바람직하게는 7∼50meq/100mL, 보다 바람직하게는 10∼50meq/100mL이다. 상기 양이온 교환 용량이 5meq/100mL 미만이면, 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없어, 양분을 가하더라도, 관수 등에 의해, 빠른 시기에 유하되어 버린다. 또한, 상기 양이온 교환 용량이 50meq/100mL보다도 크면, 여분의 재료를 혼합하게 되어, 경제적이지 않다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체는, 음이온 교환 용량 5meq/100mL 이상을 갖는 것을 요건으로 하고, 바람직하게는 7∼50meq/100mL, 보다 바람직하게는 10∼50meq/100mL이다. 상기 음이온 교환 용량이 5meq/100mL 미만이면, 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없어, 양분을 가하더라도, 관수 등에 의해, 빠른 시기에 유하되어 버린다. 또한, 상기 음이온 교환 용량이 50meq/100mL보다도 크면, 여분의 재료를 혼합하게 되어, 경제적이지 않다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에 있어서는, 상기한 바와 같이, 상기 입상 식물 육성체의 입경을 상기 범위 내로 조절하는 것에 의해, 상기 입상 식물 육성체끼리의 공극을 조절하여, 식물이 흡수하기 쉬운 물로서의 보수량을 제어하거나, 필요한 통기성을 확보하거나 할 수 있다. 본 발명의 상기 입상 식물 육성체 내에, 추가로 pF 1.7∼pF 2.7의 수분을 보유할 수 있는 공극을 많이 가지면, 보다 큰 보수량을 얻을 수 있다. 그와 같은 보수량을 달성하는 수법으로서, 상기 입상 식물 육성체에, 그와 같은 공극을 갖는 재료, 즉, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체를 조합시키는 방법; 및 상기 입상 식물 육성체 자체를 다공질화하는 방법이 있다. 상기 입상 식물 육성체 자체를 다공질화하는 방법으로서, 입상 식물 육성체의 제조 시에 진공 동결 건조하거나, 또는 입상 식물 육성체의 제조 시에 친수성 계면활성제를 배합하여 기포 후에 겔화시키는 방법이 있고, 구체적으로는, 본 발명의 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법의 상기 공정(c)에 있어서, 진공 동결 건조를 이용하는 방법; 본 발명의 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법의 상기 공정(a)에 있어서, 추가로 기포제(起泡劑)를 혼합하는 방법; 등을 들 수 있다. 또한, pF 1.7∼pF 2.7의 수분을 많이 보유할 수 있는 보수성의 목적을 위한 만큼만, 별도의 입상체를 혼합하여, 보다 큰 보수성을 얻을 수도 있다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체를 함유하는 경우, 상기 제조 방법의 상기 공정(a)에 있어서, 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러에 더하여, 상기 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체를 가하면 된다. 본 발명의 상기 입상 식물 육성체에 이용되는 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체의 예에는, 연속 기공 구조를 갖는 발포 유리, 금속 다공체, 세라믹 다공체, 폴리우레탄 발포체 등의 고분자 다공체 등을 들 수 있다. 상기 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체의 공극 직경은, 15∼150㎛의 범위인 것이 바람직하다. 상기 다공질 분립체의 공극 직경이 15㎛보다 작으면 공극 내에 보유된 수분이 모관력에 의해 강하게 보유되기 때문에, 식물이 공극 내의 수분을 흡수하기 어렵게 되어 버리고, 150㎛를 초과하면 pF 1.7∼2.7의 범위의 모관 수량이 저하되어 버려, 장기간 유하되지 않고서 식물이 이용할 수 있는 수분이 적게 되어 버린다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법의 상기 공정(c)에 있어서, 진공 동결 건조법을 이용하는 것에 의해, 상기 입상 식물 육성체 자체를 다공질체로 할 수 있다. 진공 동결 건조는, 진공 하, 동결 상태로 수분을 증발(승화)시켜 건조시키기 때문에, 다공질로 할 수 있다. 상기 진공 동결 건조는, 조건으로서, 진공도 0.5∼1.0Pa, 온도 -5∼-10℃에서 24∼48시간 행해진다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체의 제조 방법의 상기 공정(a)에 있어서, 추가로 기포제를 함유하는 경우, 상기 제조 방법의 상기 공정(a)에 있어서, 양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러에 더하여, 상기 기포제를 가하면 된다. 상기 기포제로서, 친수성 계면활성제가 바람직하다. 상기 친수성 계면활성제로서는, 친수친유 균형을 나타내는 HLB값 10 이상을 갖는 것이면, 혼합액 교반 시에 기포(起泡)시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 계면활성제는, 어떠한 종류의 것이라도 좋지만, 음이온성이나 양이온성의 계면활성제는, 수용액 중에서 이온이 발생하여 이온 교환성 필러에 흡착할 가능성이 있어 바람직하지 않다. 상기 친수성 계면활성제의 구체예로서는, 카오주식회사(Kao Corporation)에서 상품명 「레오돌(Rheodol) TW-L120」으로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트; HLB값 16.7, 상품명 「레오돌 TW-S120V」로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트; HLB값 14.9, 상품명 「레오돌 TW-O120V」로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레에이트; HLB값 15.0, 상품명 「레오돌 TW-O320V」로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 트라이올레에이트; HLB값 11.0 등을 들 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 식물의 성장에는, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 등의 양이온이 필요하여, 이들 양분을 보유할 능력이 없으면, 예컨대 화학 비료 등으로 초기에 공급한 양분이 그대로 수분과 함께 유하되어 버려, 식물이 이용할 수 없게 되어 버린다. 천연의 토양 중에는 이들의 흡착 능력이 갖춰져 있지만, 고분자 재료 등을 사용하는 경우에는, 이들 능력을 인공적으로 부가할 필요가 있다. 또한, 식물의 성장에는, 질소는 필수적인 원소이지만, 종류에 따라서는 양이온으로의 암모니아태 질소로서 흡수할 수 없고, 음이온으로의 질산태 질소로서밖에 흡수할 수 없는 것이 있어, 양이온 흡착 능력 외에 음이온 흡착 능력도 필요하게 된다. 토양 중에서는, NH₄ ⁺로서 양이온 교환체에 흡착한 질소태도, 토양 중의 니트로화균 등의 미생물에 의해 NO₃ ^-로 변환되기 때문에, 음이온 흡착 능력에 대하여 작아도 좋지만, 니트로화균이 존재하지 않는 인공 토양에서는, NO₃ ^-를 직접 흡착하는 것이 필요해져, 큰 음이온 흡착 능력이 필요하게 된다. 따라서, 본 발명의 상기 입상 식물 육성체는, 우수한 양이온 교환능 및 우수한 음이온 교환능의 양쪽을 갖는 것이기 때문에, 인공 토양으로서 적합하게 이용할 수 있는 것이다.

본 발명의 상기 입상 식물 육성체에, 보수성의 목적을 위한 만큼만, 연속 기공 구조를 갖는 별도의 입상체를 혼합하는 경우, 보수 전용의 입상체의 공극 직경은 15∼150㎛의 범위에 공극 직경 분포의 피크가 있는 것이 바람직하다. 상기 공극 직경 분포의 피크값이 15㎛보다 작으면, 공극 내에 보유된 수분이 모관력에 의해 강하게 보유되기 때문에, 식물이 공극 내의 수분을 흡수하기 어렵게 되어 버리고, 150㎛를 초과하면 pF 1.7∼2.7의 범위의 모관 수량이 저하되어 버려, 장기간 유하하지 않고서 식물이 이용할 수 있는 수분이 적게 되어 버린다.

[인공 토양]

본 발명의 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양은, 보비성이 있는 필러를 입경 0.2∼6mm로 조립하고, 그 후 보유 성분을 담지시키는 것에 의해 제조된다.

보비성이 있는 필러는, 식물의 성장에 필요한 원소종을 이온의 형태로 담지할 수 있는 양이온 교환능 또는 음이온 교환능을 갖고, 또한 근산, 구체적으로는 시트르산 등의 다가 카복실산에 의해, 흡착한 이온을 방출할 수 있는 것이면 된다.

또한, 본 발명의 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 양이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 양이온을 흡착시킨 것과, 음이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 음이온을 흡착시킨 것으로 크게는 2종류로 분류되지만, 양이온 및 음이온은 더욱 세밀하게 이온마다 분류할 수 있다. 본 발명의 인공 토양의 시판 형태로서는, 각각의 이온의 종류마다 판매하는 경우나, 몇개의 이온종을 혼합한 형태로 유통시키는 것이 가능하다.

식물의 생육에 필요한 양이온종으로서는, 이온 형태로 나타내면, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Mo²⁺를 들 수 있고, 그들의 혼합된 형태라도 좋다. 3대 영양소로서 중요한 양이온종으로서는, K⁺이다.

식물의 생육에 필요한 음이온종으로서는, 이온의 형태로 나타내면, NO₃ ^-, PO₄ ^3-, SO₄ ^2-, Cl^-를 들 수 있고, 그들의 혼합된 형태라도 좋다. 3대 영양소로서 중요한 음이온종으로서는, NO₃ ^- 및 PO₄ ^3-를 들 수 있다.

양이온의 보비성 필러 또는 양이온 흡착체로서는, 제올라이트, 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 버미큘라이트, 양이온 교환 수지, 부식 등을 들 수 있다. 상기 양이온 교환 수지로서는, 약산성 양이온 교환 수지, 강산성 양이온 교환 수지 등을 들 수 있다.

음이온의 보비성 필러 또는 음이온 흡착체로서는, 하이드로탈사이트 등의 복수산화물 및 복수산화물류, 알로판, 이모골라이트, 카올린, 음이온 교환 수지 등을 들 수 있다. 상기 음이온 교환 수지로서 약염기성 음이온 교환 수지, 강염기성 음이온 교환 수지 등을 들 수 있다.

상기 보비성이 있는 필러 또는 이온 흡착체는 입경 0.2∼6mm로 조립한다. 상기 보비성 필러 또는 이온 흡착체는 구체적으로는, 단체로서 1차 입자 형태여도 1차 입자가 결합하여 2차 단립화한 형태여도 좋지만, 입경 0.2∼6mm, 바람직하게는 0.5∼5.0mm로 조립한다. 보비성 필러 또는 이온 흡착체의 입경이 0.2mm보다 작으면, 관수 시에 보수한 상태로 통기성이 없어져, 뿌리로부터 공기를 도입하기 어렵게 되어 버린다. 또한, 6mm보다 크면 보수성이 현저히 저하되거나, 식물의 횡도를 방지하는 기능이 저하되거나 해 버린다.

보비성 필러 또는 이온 흡착체의 조립 방법은, 시판되는 입상 제올라이트나 벤토나이트를 적당한 입경으로 분급하여 사용하거나, 분체상의 이온 흡착체를 조립기 등으로 구상이나 펠렛상으로 조립하거나 하는 방법 등도 생각되지만, 바람직한 방법으로서, 이하의 두 가지가 생각된다:

(1) 알긴산염, 그의 가교제(다가 금속 이온) 및 보비성 필러 또는 이온 흡착체.

(2) 바인더 및 보비성 필러 또는 이온 흡착체.

상기 (1)에 이용되는 알긴산염은, 알긴산나트륨, 알긴산칼륨, 알긴산암모늄 등을 들 수 있다. 다가 금속 이온의 예로서는, 기본적으로 알긴산염과 반응하여 겔화가 일어나는 2가 이상의 금속염이면 특별히 한정되지 않지만, 염화칼슘, 염화바륨, 염화스트론튬, 염화니켈, 염화알루미늄, 염화철, 염화코발트 등의 다가 금속의 염화물, 질산칼슘, 질산바륨, 질산알루미늄, 질산철, 질산구리, 질산코발트 등의 다가 금속의 질산염, 락트산칼슘, 락트산바륨, 락트산알루미늄, 락트산아연 등의 다가 금속의 유산염, 황산알루미늄, 황산아연, 황산코발트 등의 다가 금속의 황산염 등을 들 수 있다.

알긴산염을 이용하는 조립은, 보비성 필러 또는 이온 흡착체를 알긴산염 수용액에 혼합, 교반하여 혼합액을 형성하고, 얻어진 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하여 겔화 입자를 형성한다. 상기 보비성 필러 또는 이온 흡착체의 배합량은, 알긴산염 수용액 100질량부에 대하여, 1∼60질량부, 바람직하게는 5∼50질량부, 보다 바람직하게는 10∼40질량부인 것이 바람직하다. 상기 알긴산염 수용액의 알긴산염의 농도로서는, 0.1∼5질량%, 바람직하게는 0.2∼5질량%, 보다 바람직하게는 0.5∼3질량%가 바람직하다. 상기 다가 금속 이온 수용액의 금속 이온 농도로서는, 1∼20질량%, 바람직하게는 2∼10질량%, 보다 바람직하게는 5∼10질량%가 바람직하다.

상기 (2)의 바인더는, 고분자 수지류(예컨대, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌, 아세트산바이닐, 셀룰로스 유도체(예컨대, 카복시메틸셀룰로스), 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지 등), 다당류(예컨대, 카라기난, 한천 등), 검류(예컨대, 잔탄검, 구아검, 젤란(gellan)검 등)를 들 수 있다.

바인더를 이용하는 조립 방법은, 여러 가지 방법이 생각된다. 예컨대, 바인더와 보비성 필러 또는 이온 흡착체를 바인더가 용융하는 상태로 혼합하고, 혼합 후 고화시키고 나서 적당한 크기로 분쇄하는 방법이나 일본 특허공개 2006-169064호 공보에 기재된 조립기를 이용하는 방법 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.

본 발명에서는, 조립물이 다공질인 것이, 보수성의 관점에서 바람직하다. 조립물을 다공질로 하기 위해서는, 몇 가지 방법이 생각된다. 예컨대, 조립물 자체를 다공질로 하는 방법, 다공질인 보수성 필러를 보비성 필러 또는 이온 흡착체와 함께 이용하여 조립하는 방법 등이 생각된다.

조립물 자체를 다공질로 하기 위해서는, 동결 건조 등의 수단으로 다공질로 할 수 있다.

다공질인 보수성 필러를 이용하는 경우에는, 제조 시에 보비성 필러 또는 이온 흡착체와 함께 보수성 필러를 혼입하면 된다. 보수성 필러도 보비성 필러 또는 이온 흡착체와 마찬가지로, 입경은 수십㎛ 오더 이하인 것이 제조상 바람직하다.

보수성 필러의 예로서는, 각종 친수성이 있는 광물이나 무기 재료, 예컨대 제올라이트나 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 탈크, 복수산화물 등; 다공질인 입자상 물체, 예컨대 발포 유리, 다공질 금속, 다공질 세라믹, 고분자 다공체(구체적으로는, 폴리우레탄폼 분쇄품, 폴리바이닐알코올(PVA)폼 분쇄품, 친수성 폴리에틸렌 소결체 분쇄품 등), 친수성 단섬유 등을 들 수 있다.

본 발명의 인공 토양에는, 상기 보비성 필러 또는 이온 흡착체와 보수성 필러 외에, 필요에 따라 다른 필러를 배합해도 좋다. 다른 필러의 예로서는, 실리카, 활성탄, 셀룰로스분, 바이닐론 단섬유 등을 들 수 있다. 이들은, 증량, 색조절, 형상 유지성의 증강 등 여러 가지 목적을 위하여 사용된다. 이들 그 밖의 필러는, 보비성 필러 또는 이온 흡착체와 보수성 필러와 함께, 조립 시에 적당량 배합된다.

본 발명의 인공 토양 중의 보비성 필러 또는 이온 흡착체의 양은, 전체의 양(겔화하여 건조한 인공 토양의 양)의 20∼95질량%, 바람직하게는 30∼80질량%이다. 20질량%보다 적으면, 보비력이 부족하다. 95질량%보다 많으면, 보수성이 부족한 경향이 있다.

본 발명의 인공 토양중의 보수성 필러의 양은, 전체의 양(겔화하여 건조한 인공 토양의 양)의 5∼70질량%, 바람직하게는 5∼60질량%이다. 5질량%보다 적으면, 보수력이 부족하다. 70질량%보다 많으면, 보비성이 부족한 경향이 있다.

그 밖의 필러는, 목적에 따라 배합되는 것이고, 사용량은 한정적이지 않지만, 본 발명의 인공 토양 중의 그 밖의 필러의 양은 전체의 90질량% 이하이다. 90질량%를 초과하면, 보비성이나 보수성이 부족하다.

상기한 바와 같이 얻어진 조립물에 비료 성분을 담지시킨다. 비료 성분의 담지 방법은, 조립 후 이온 용액에 침지하는 방법, 조립 시에 시약이나 시판 비료 등의 비료 성분을 필러로서 동시에 혼합하는 방법, 조립 시에 화학 반응에 의한 이온화 물질로서 담지시키는 방법, 그들을 조합시킨 방법 등이 존재한다.

식물의 성장에는, 주로, 칼륨, 인 및 질소가 필요한 원소이며, 그들은, 특히 야채에서는 K⁺의 양이온, 또한 NO₃ ^-, PO₄ ^3-등의 음이온의 형태로 필요하다. 또한, 그들 이외에도, 칼슘, 마그네슘, 황 등의 중간량 필요 원소나 망간, 붕소 등의 미량으로 필요한 원소 등이 있다.

상기 보비성 필러 또는 이온 흡착체는, 이들 식물에 필요한 원소를 포함하는 용액으로 이온 교환을 하여, 원하는 비료를 담지시키지만, 이온 흡착체에는 양이온 흡착체와 음이온 흡착체의 2종류가 있으므로, 양이온 흡착체를 비료로서 사용되는 질산칼륨 용액과 접촉시키면 칼륨 이온(K⁺)만이 양이온 흡착체에 흡착되고, 음이온 인 질산 이온(NO₃ ^-)은 흡착되지 않는다. 따라서, 이 방법에서는 칼륨 이온(K⁺)만이 담지된 인공 토양이 형성된다. 이 예에서 이온 흡착체로서 음이온 흡착체를 사용하면, 동일하게 질산칼륨의 경우, 칼륨 이온(K⁺)은 흡착되지 않고서, 질산 이온(NO₃ ^-)만이 흡착된 인공 토양이 형성된다.

일반적으로 이 방법에 사용할 수 있는 비료 성분으로서는, 질산칼륨 용액(양이온으로서 칼륨과 음이온으로서 질소), 염화칼슘 용액(칼슘), 인산이수소칼슘(양이온으로서 칼륨과 음이온으로서 인산 이온(PO₄ ^3-)의 형태로 인)을 사용할 수 있다. 이들의 수용액에 보비성 필러 또는 이온 흡착체, 필요에 따라 보수성 필러를 침지하면, 이온 교환이 행해져 각각의 이온을 갖는 인공 토양이 얻어진다.

얻어진 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양은, 칼륨과 질소를 포함하는 인공 토양, 칼슘을 포함하는 인공 토양, 칼륨과 인을 포함하는 인공 토양 및 마그네슘과 황을 포함하는 인공 토양이 되고, 각각을 적당량 혼합하여 모든 비료분을 포함한 인공 토양으로 해도 좋다. 또한, 어느 것인가의 비료분을 많이 포함하는 인공 토양으로 해도 좋다.

상기의 조립물은 바람직하게는 양이온 교환 용량(CEC) 5meq/100cc 이상 및 음이온 교환 용량(AEC) 5meq/100cc 이상을 갖는다. 양이온 교환 용량은 바람직하게는 7∼50meq/100cc, 보다 바람직하게는 10∼50meq/100cc이다. 상기 양이온 교환 용량이 5meq/100cc 미만이면, 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없어, 비료를 흡착시키더라도, 관수 등에 의해, 빠른 시기에 유하되어 버린다. 또한, 상기 양이온 교환 용량이 50meq/100cc보다도 커도 좋지만, 재료적으로 경제적이지 않다. 또한, 음이온 교환 용량은 바람직하게는 7∼50meq/100cc, 보다 바람직하게는 10∼50meq/100cc이다. 상기 음이온 교환 용량이 5meq/100cc 미만이면, 충분한 이온 교환성을 발현할 수 없어, 비료를 흡착시키더라도, 관수 등에 의해, 빠른 시기에 유하되어 버린다. 또한, 상기 음이온 교환 용량이 50meq/100cc보다도 커도 좋지만, 재료적으로 경제적이지 않다.

본 발명의 인공 토양은, 기본적으로 물(특히 수돗물)을 공급하는 것만으로 식물의 생육이 가능한 비료 성분을 포함한 것이다. 통상의 인공 토양의 경우, 비료 성분이 들어가 있다고 해도 다량의 물에 의해 비료 성분이 흘러 비료 부족이 되거나 하는 경우가 있지만, 본 발명의 인공 토양은 조립체 내에 비료 성분이 보유되어 있고, 식물로부터 나오는 근산에 의한 이온 교환에 의해, 식물이 필요량만을 유효하게 취할 수 있다.

본 발명의 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 각 이온의 시트르산 등의 근산 성분에 의한 총 추출량이 40meq/L 이상, 바람직하게는 50∼150meq/L이다. 상기 총 추출량이 40meq/L보다 작으면, 인공 토양으로서 사용하는 경우에, 일반적인 토양에 시비할 때의 시비 기준 5∼12meq/L을 만족할 수 없다. 시비 기준은, 예컨대 나라농업기술센터(Agricultural Research Center in Nara prefecture)에서는, K: 10∼50Kg/10a=2∼10.6meq/L, NO₃ ^-: 10∼50Kg/10a=2∼8.1meq/L, (PO₄)^3-: 10∼35Kg/10a=3∼11.1meq/L로 되어 있은 기준이다.

본 발명에서 얻어진 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 식물의 생육에 필요한 특정한 양이온 또는 음이온을 담지한 인공 토양이기 때문에, 식물의 생육 상태에 따라 필요한 비료, 특히 필요한 원소를 핀포인트로 시비할 수 있기 때문에, 매우 유용하다. 물론, 그와 같은 핀포인트의 이온을 갖고 있는 인공 토양을 섞으면, 2종류의 이온을 갖고 있는 인공 토양, 또는 그 이상의 이온을 갖고 있는 인공 토양 등을 간단히 작성할 수 있기 때문에, 각각의 토양에 응한, 또는 식물종에 응한 시비가 가능해져, 이용 범위가 크게 넓어진다.

본 발명의 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양 및 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 이것에 물을 가하는 것만으로 식물의 생육이 가능하지만, 필요에 따라 다른 토양 성분이나 흙 등과 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 상기 인공 토양은, 식물의 생육이 끝나면 비료 성분이 당연 적어지지만, 필요에 따라 필요한 원소를 다시 충전(charge)하여 사용할 수도 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[인공 토양용 입상 식물 육성체]

(실시예 1∼7, 10∼14 및 비교예 1∼10)

(1) 혼합액의 제작

이하의 표 1∼4에 나타낸 식물 육성체 배합의 재료를, 가정용 믹서(산요전기(주)(SANYO Electric Co., Ltd.)제의 「SM-L57」)를 이용하여 3분간 교반하여, 혼합액을 제작했다.

(주 1) 주식회사에코우엘(Ecowel Inc.)제 인공 제올라이트 「류큐라이트(Ryukyulite) 600」

(주 2) 카사넨공업주식회사(Kasanen Industry Co., Ltd.)제 벤토나이트 「간사이(Kansai) 벤토나이트」

(주 3) 와코쥰야쿠공업주식회사(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)제 시약인 하이드로탈사이트

(주 4) 쇼와케미컬주식회사(Showa Chemical Co., Ltd.)제 카올린 클레이 「NK300」

(주 5) HESS PUMICE PRODUCT사제 실리카 「NCS-3」

(주 6) 와코쥰야쿠공업주식회사제 시약인 알긴산나트륨

(주 7) 주식회사트림(Trim Co., Ltd.)으로부터 상품명 「슈퍼솔(Supersol)」로 시판되고 있는 발포 유리(평균 공경 60㎛)

(주 8) 주식회사에이씨케미컬(AC Chemical Co., Ltd.)제 폴리우레탄 발포체 「AC 스펀지 U」

(주 9) 계면활성제 A: 카오주식회사에서 상품명 「레오돌 TW-L120」으로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트; HLB값 16.7

(주 10) 계면활성제 B: 카오주식회사에서 상품명 「레오돌 TW-S120V」로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트; HLB값 14.9

(주 11) 계면활성제 C: 카오주식회사에서 상품명 「레오돌 TW-O320V」로 시판되고 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 트라이올레에이트; HLB값 11.0

(주 12) 계면활성제 D: 카오주식회사에서 상품명 「레오돌 SP-P10」으로 시판되고 있는 소르비탄 모노팔미테이트; HLB값 6.7

(주 13) 계면활성제 E: 카오주식회사에서 상품명 「레오돌 MS-60」으로 시판되고 있는 글리세롤모노스테아레이트; HLB값 3.5

(2) 입상 식물 육성체의 제작

상기한 바와 같이 하여 얻어진 혼합액을, 메스피펫을 이용하여, 다가 금속 이온 수용액으로서의 5%의 염화칼슘 수용액 중에, 1방울/초의 속도로 천천히 적하했다. 적하된 액적이 입자상으로 겔화된 후, 겔화된 입자를 회수하고, 수세하여, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 2mm 오버 및 4mm 언더로 입경 조정한 입상 식물 육성체를 제작했다. 단, 비교예 5, 6은 적하 속도를 약 3mL/초로 빠르게 하여, 연속하여 이어진 상태가 되도록 적하하여, 적하된 액이 섬유상으로 가늘게 이어진 상태로 겔화된 후, 겔화된 섬유상의 것을 회수하고, 수세하여, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 유발로 잘게 분쇄하고, 스크린메쉬로 75㎛ 오버 및 106㎛ 언더로 조정한 것을 시료로서 사용했다. 또한, 비교예 2, 4는 다가 금속 이온 수용액 중에서 혼합액을 스포이드로 압출하여, 액 중에서 소정 크기로 겔화된 것을 회수하고, 수세하여, 55℃의 건조기로 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 8mm 오버 및 10mm 언더로 조정한 것을 시료로서 사용했다.

(실시예 8)

55℃의 건조기 중에서의 24시간의 건조를, 동결 건조기(도쿄리카기계주식회사(Tokyo Rikakikai Co., Ltd.)제의 「EYELA FDU-1100」) 및 각형 드라이 챔버(도쿄리카기계주식회사제의 「EYELA DRC-1100」)를 이용한 진공 동결 건조(온도 -10℃, 진공도 0.5Pa, 건조 시간 48시간)로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 입상 식물 육성체를 제작했다.

(실시예 9)

55℃의 건조기 중에서의 24시간의 건조를, 동결 건조기(도쿄리카기계주식회사제의 「EYELA FDU-1100」) 및 각형 드라이 챔버(도쿄리카기계주식회사제의 「EYELA DRC-1100」)를 이용한 진공 건조(온도 20℃, 진공도 0.5Pa, 건조 시간 48시간)로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 입상 식물 육성체를 제작했다.

얻어진 입상 식물 육성체에 대하여, 양이온 교환 용량, 음이온 교환 용량, 기상률, pF 1.7∼2.7에서의 보수량 및 래디쉬 생육성을 측정 또는 평가하여, 그 결과를 각각 이하의 표 13∼16에 나타낸다. 시험 방법 및 평가 방법은 후술과 같다.

(실시예 15)

보비성 필러로서 제올라이트(양이온 교환성) 10g, 벤토나이트(양이온 교환성) 2g 및 하이드로탈사이트(음이온 교환성) 10g을 0.5중량% 알긴산나트륨 용액에 넣고 가정용 믹서(산요전기(주)제의 「SM-L57」)를 이용하여 3분간 교반하여, 혼합액을 제작했다. 이어서, 혼합액을 메스피펫을 이용하여, 다가 금속 이온 수용액으로서 5중량%의 염화칼슘 수용액에, 1방울/초의 속도로 천천히 적하했다. 적하된 액적이 입자상으로 겔화된 후, 겔화된 입자를 회수하여, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조시켰다. 얻어진 겔 건조 입자를 5중량% KNO₃ 수용액에 천천히 교반하면서 6시간 침지하여 이온 교환을 행하고, 그 후 수세하여, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 2mm 오버 및 4mm 언더로 입경 조정한 칼륨 및 질소를 포함하는 인공 토양을 제작했다.

별도로 마찬가지로 작성한 겔 입자를 2.5중량% KH₂PO₄ 수용액에 천천히 교반하면서 6시간 침지하여 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 2mm 오버 및 4mm 언더로 입경 조정한 칼륨과 인을 포함하는 인공 토양을 제작했다.

별도로 마찬가지로 작성한 겔 입자를 5중량% Ca(NO₃)₂ 수용액에 천천히 교반하면서 6시간 침지하여 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 2mm 오버 및 4mm 언더로 입경 조정한 칼슘 및 질소를 포함하는 인공 토양을 작성했다.

상기의 3종의 인공 토양을 1:1:1(중량비)로 혼합한 것을 이용하여 래디쉬의 생육성을 확인하여, 그 결과를 하기 표 5에 나타낸다. 표에는, 보비성 필러의 종류와 사용량, 보수성 필러의 종류와 사용량, 그 밖의 필러의 종류와 사용량, 인공 토양의 양이온 교환 용량(CEC)과 음이온 교환 용량(AEC), 담지 이온 용액의 종류도 기재했다.

(실시예 16∼24)

사용하는 보비성 필러, 보수성 필러 및 그 밖의 필러를 표 5∼6에 나타내는 것으로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로, 처리하여 인공 토양을 형성했다. 얻어진 인공 토양을 이용하여 래디쉬의 생육성을 조사했다. 결과를 표 5에 나타낸다.

(비교예 11∼23)

표 6 및 7에 기재된 재료를 이용하는 것 이외에는 실시예 15와 마찬가지로 처리했다. 한편, 비교예 11∼14에서는, 비료 이온을 담지하지 않고 있다. 비교예 15∼20에서는, 보비성 필러의 양이온 타입이나, 음이온 타입의 어느 것인가가 매우 적거나, 없는 경우이다. 비교예 21∼23은, 보비성 필러를 이용하지 않는 예이다. 래디쉬의 생육성을 실시예 15와 마찬가지로 조사하여, 결과를 표 6 및 7에 나타낸다.

(주 1) 주식회사에코우엘제 인공 제올라이트 「류큐라이트 600」

(주 2) 카사넨공업주식회사제 벤토나이트 「간사이 벤토나이트」

(주 3) 양이온 교환 수지 오가노(Organo Corporation)제 앰버라이트(Amberlite) IRC-76

(주 4) 와코쥰야쿠공업주식회사제 시약인 하이드로탈사이트

(주 5) 쇼와케미컬주식회사제 카올린 클레이 「NK300」

(주 6) 음이온 교환 수지 오가노제 앰버라이트 IRA400

(주 7) 주식회사트림으로부터 상품명 「슈퍼솔」로 시판되고 있는 발포 유리(평균 공경 60㎛)

(주 8) 다공질 폴리에틸렌 아사히화성케미컬(Asahi Kasei Chemicals Corporation))제 선파인(Sunfine) AQ

(주 9) 연속 기포 폴리우레탄 에이씨케미컬제 AC 스펀지 U

(주 10) HESS PUMICE PRODUCT사제 실리카 「NCS- 3」

(주 11) 활성탄 와코쥰야쿠제 시약

(주 12) 셀룰로스분 아사히화성케미컬제 세올러스(Ceolus)

(주 13) 바이닐론 단섬유 쿠라레(Kuraray Co., Ltd.)제 VF1203-2

(주 14) 와코쥰야쿠공업주식회사제 시약인 알긴산나트륨

[양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양]

(실시예 25)

양이온 흡착체로서 제올라이트(양이온 교환성) 10g을 0.5중량% 알긴산나트륨 용액에 넣고 가정용 믹서(산요전기(주)제의 「SM-L57」)를 이용하여 3분간 교반하여, 혼합액을 제작했다. 이어서, 혼합액을 메스피펫을 이용하여, 다가 금속 이온 수용액으로서 5중량%의 염화칼슘 수용액에, 1방울/초의 속도로 천천히 적하했다. 적하된 액적이 입자상으로 겔화된 후, 겔화된 입자를 회수했다. 얻어진 겔 입자를 5중량% KNO₃ 수용액에 천천히 교반하면서 6시간 침지하여 이온 교환을 행하고, 그 후 충분히 수세하여, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조한 후, 스크린메쉬로 2mm 오버 및 4mm 언더로 입경 조정한 칼륨(K⁺)을 포함하는 인공 토양을 제작했다.

얻어진 인공 토양에 대하여, 흡착 이온의 총 방비량을 후술하는 방법으로 측정했다.

(실시예 26∼35)

사용하는 이온 흡착체, 필요에 따라 그 밖의 필러, 알긴산염, 가교제 및 담지 비료 성분을 표 8∼9에 나타내는 것으로 변경하는 것 이외에는 실시예 25와 마찬가지로 처리하여 인공 토양을 형성했다. 얻어진 인공 토양을 이용하여 흡착 이온의 총 방비량을 실시예 25와 마찬가지로 조사했다. 결과를 표 8∼9에 나타낸다.

(비교예 24∼29)

표 10 및 11에 기재된 재료를 이용하는 것 이외에는 실시예 25와 마찬가지로 이온 흡착 처리했다. 한편, 비교예 24∼29에서는, 본 발명의 이온 흡착체를 이용하지 않고서, 그 밖의 충전제(카올린 클레이, 실리카, 모래, 발포 유리)를 이용하여 실시예 25와 마찬가지의 이온 흡착 처리를 했다. 실시예와 마찬가지로, 총 방비량을 측정했다. 결과를 표 10 및 11에 나타낸다.

(비교예 30)

비교예 30에서는, 시판되는 배양토(하나고코로(Hanagokoro Co., Ltd.)제, 하나찬(Hana-chan) 배양토)를 이용한 예이다. 마찬가지로 총 방비량을 측정하여, 결과를 표 11에 나타낸다.

(비교예 31∼32)

모래와 비료를 이용한 예로, 모래 100cc 당 표 11에 기재된 비료를 소정량 혼합한 것이다. 마찬가지로 총 방비량을 측정하여, 결과를 표 11에 나타낸다.

(주 3) 양이온 교환 수지: 오가노제 앰버라이트 IRC-76

(주 4) 와코쥰야쿠공업주식회사제 시약인 하이드로탈사이트

(주 5) 음이온 교환 수지: 오가노제 앰버라이트 IRA400J

(주 6) 쇼와케미컬사제 카올린 클레이

(주 7) HESS PUMICE사제 실리카

(주 8) 모래: 시판 표준 모래

(주 9) 트림사제 발포 유리

(주 10) 비료 1 하이포넥스사(Hyponex Co., Ltd.)제 마그암프(Magamp) K

(주 11) 비료 2 코난상사사(Kohnan Shoji CO., Ltd.)제 고토석회

(주 12) 와코쥰야쿠제 시약인 알긴산나트륨

(주 13) 알긴산칼륨: 키미카(Kimika Corporation)제 키미카 알긴 K-3

(주 14) 알긴산암모늄: 키미카제 키미카 알긴 NH-3

(시험 방법 및 평가 방법)

(1) 양이온 교환 용량

후지히라공업주식회사(Fujihira CO., Ltd.)제의 범용 추출·여과 장치 「CEC-10 Ver.2」를 이용하여 제작한 각 입상 식물 육성체의 추출액을, 양이온 교환 용량 측정용의 시료로 하여, 후지히라공업주식회사제의 토양·작물 종합 분석 장치 「SFP-3」에 의해, 각 입상 식물 육성체의 양이온 교환 용량을 측정했다.

(2) 음이온 교환 용량

시료 2g에, 0.05M 질산칼슘 용액 20mL를 가하고, 1시간 교반한 후, 용액을 원심 분리(실온, 10,000rpm, 1분간)한 후, 상청을 분리하여, 파장 410nm의 흡광도를 측정하고, 얻어진 질산칼슘 농도와 상기 0.05M 질산칼슘 용액의 농도차로부터, 질산태 질소의 중량당 흡착량을 산출하고, 비중으로 환산하여, 용적당 음이온 교환 용량(AEC)으로 했다.

(3) pF 1.7∼2.7에서의 보수량

용량 500mL의 폴리에틸렌제 컵의 저면에 배수용의 구멍을 뚫고, 또한 밑바닥에 모래(입경 2∼5mm)를 깔아 채워, 저면에 물이 괴지 않도록 한 용기를 제작했다. 얻어진 식물 육성체 500mL에 충분히 물을 흡수시켜, 모관 포화 상태로 한 것을 시료로 하여, 상기 용기 중에 형상이 무너지지 않도록 충전했다. 충전한 다공질 미세 분립체 또는 식물 육성체에 pF 미터를 꽂아 고정하여, 24시간마다의 시료의 pF값 및 체적 함수율을 측정하고, 보수력으로서의 모관력과 체적 함수율을 플로팅하여 수분 보유 곡선을 작성하고, pF 1.7∼2.7에 상당하는 모관력 범위에 있어서의 체적 함수율로부터 보수량을 구했다. 상기 pF값 및 체적 함수율의 측정 방법은 이하와 같다.

(a) pF값

다이키리카공업(Daiki Rika Kogyo Co., Ltd.)제의 pF 미터(텐쇼미터) 「DIK-8343」을 이용하여, pF값을 측정했다.

(b) 체적 함수율

얻어진 식물 육성체의 건조 상태의 질량 Wd, pF값을 측정했을 때의 질량을 Wp로 하여, 체적 함수율 VWC를 이하의 식으로부터 계산에 의해 결정했다.

(4) 기상률

상기 (3)에서 작성한 수분 보유 곡선으로부터 pF 1.5에 있어서의 체적 함수율을 구하고, 시료의 수분율을 그것에 합쳐서 작성하고, 그 작성한 시료를 디지털 실용적 측정기에 세팅하고, pF 1.5에 있어서의 기상률을 자동 계측한다. 상기 측정 장치로서, 다이키리카공업주식회사제의 디지털 실용적 측정 장치 「DIK-1150」을 이용했다. 상기 기상률값이 클수록 통기성이 양호하다는 것을 나타낸다.

(5) 래디쉬 생육성

(i) 래디쉬 생육성 1

용량 300mL의 폴리에틸렌제 컵의 저면에 배수용의 구멍을 뚫고, 또한 밑바닥에 모래(입경 2∼5mm)를 깔아 채워, 상기 컵의 저면에 물이 괴지 않도록 하고, 그 위에 시료의 입상 식물 육성체 또는 인공 토양 200mL를 넣고, 래디쉬(레드 킹)의 씨 1개를 파종하고, 충분한 수분을 주어 발아시킨 후, 5일에 1회의 빈도로 교와주식회사(Kyowa Co., Ltd.)제의 「하이포니카(Hyponica) 액비(2액 타입)」를 500배로 희석한 것 30mL를 양분으로서 공급하고, 그 동안은 매일, 수돗물 30mL를 공급하여, 이하에 나타내는 평가 기준에 의해 래디쉬의 생육성을 N=3으로 평가했다.

(평가 기준)

○: 노지 재배와 마찬가지로 보통으로 잎도 열매도 생육하여, 생육 양호

△: 본엽이 커지지 않고, 열매도 비대화되지 않고, 생육 느림

×: 시들어 버려 생육 불량

(ii) 래디쉬 생육성 2

수돗물의 공급을 하지 않는 것 이외에는, 상기 래디쉬 생육성 1과 마찬가지로 하여, 래디쉬의 생육성을 N=3으로 평가했다.

(6) 인공 토양에 있어서의 흡착 이온의 총 방출량의 측정 방법

메스실린더에 상기 인공 토양을 진탕시키면서 충전하여 50cc를 달아 취했다. 이어서, 그 인공 토양을 크로마토관에 충전하고, 100cc의 이온 교환수를 천천히 주수(注水)하고, 물이 유하된 후, 다시 100cc의 물을 주수하는 것을 50회 반복했다. 그 후, 100cc의 시트르산을 천천히 부어, 인공 토양 중의 흡착 이온을 추출했다. 추출액을 C3 여과지로 여과하여, 여과액 중의 추출 이온의 양을 측정했다. 이 시트르산을 이용하는 추출 조작도 50회 반복하여, 흡착 이온의 총 추출량을 측정했다.

(시험 결과)

(인공 토양용 입상 식물 육성체)

상기 표 12∼15의 결과로부터 분명하듯이, 실시예 1∼14의 본 발명의 입상 식물 육성체는, 비교예 1∼10에 비하여, 높은 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량의 양쪽을 가져 보비성이 우수하고, 식물이 용이하게 흡수할 수 있는 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이 크고, 래디쉬의 생육성이 매우 우수한 것이었다.

또한, 비교예보다 성능이 우수한 실시예 중에서도, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체를 사용하는 실시예 6∼7, 건조 공정을 진공 동결 건조로 한 실시예 8 및 기포제로서 HLB값 10 이상을 갖는 친수성 계면활성제를 사용한 실시예 10∼12는, 더욱 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이 높아, 수돗물의 공급을 하지 않는 5일간에 1회의 액비 공급만의 래디쉬의 생육성 2에 있어서도 매우 우수한 결과가 되었다. 즉, 보수성을 향상시키는 것에 의해, 더욱 급수 빈도를 낮게 할 수 있다.

이에 반하여, 음이온 교환성 필러를 사용하지 않는 비교예 1에서는, 음이온 교환 용량이 매우 낮고, 래디쉬의 생육성이 매우 나쁜 것이었다. 비교예 1보다 더욱 입상 식물 육성체의 입경이 큰 비교예 2에서는, 입상 식물 육성체끼리의 공극이 크게 되어 버려 보수성이 저하되어, 비교예 1보다 더욱 래디쉬의 생육성이 나쁜 것이었다.

양이온 교환성 필러를 사용하지 않는 비교예 3에서는, 양이온 교환 용량이 매우 낮고, 래디쉬의 생육성이 매우 나쁜 것이었다. 비교예 3보다 더욱 입상 식물 육성체의 입경이 큰 비교예 4에서는, 입상 식물 육성체끼리의 공극이 크게 되어 버려 보수성이 저하되어, 비교예 3보다 더욱 래디쉬의 생육성이 나쁜 것이었다.

입상 식물 육성체의 입경이 매우 작은 비교예 5∼6에서는, 입상 식물 육성체끼리의 공극이 작게 되어 버려, 모관력에 의해 식물이 공극 내의 수분을 흡수하기 어려워져, 배수성이 저하되기 때문에, 래디쉬의 생육성이 매우 나쁜 것이었다. 필러로서 실리카만을 사용한 비교예 4는, 음이온 교환 용량이 매우 낮고, 래디쉬의 생육성이 매우 나쁜 것이었다.

양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 사용하지 않고서, 그 밖의 필러로서 카올린 클레이 분말 및 실리카 분말을 사용한 비교예 7∼8에서는, 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량이 매우 낮고, 래디쉬의 생육성이 나쁜 것이었다.

양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 사용하지 않고서, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체를 사용하는 비교예 9∼10에서는, 보수성은 우수하지만, 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량이 매우 낮고, 래디쉬의 생육성이 나쁜 것이었다.

(인공 토양)

상기 표 5∼7의 결과로부터 분명하듯이, 실시예 15∼24의 본 발명의 인공 토양은, 비교예 11∼23에 비하여, 비료 성분을 미리 담지하고 있기 때문에, 높은 양이온 교환 용량 및 음이온 교환 용량의 양쪽을 가져 보비성이 우수하여, 물만의 공급에 의해, 래디쉬의 생육성이 매우 우수한 것이었다.

비교예 11∼14의 비료 성분을 담지하지 않는 예에서는, 당연히 래디쉬는 비료가 없기 때문에 물만으로는 생육하지 않는다. 비교예 15∼20의 어느 것인가의 비료가 충분하지 않은 경우는, 생육성에 문제가 생긴다. 비교예 21∼23의 경우는, 보비성 필러가 없기 때문에 비료가 없는 상태와 같아 래디쉬는 생육하지 않는다.

(양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양)

상기 표 8∼11의 결과로부터 분명하듯이, 실시예 25∼35의 본 발명의 양이온 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 비교예 24∼32에 비하여, 양이온 또는 음이온계의 특정한 비료 성분만의 보비량(총 방비량)이 많아, 필요한 비료 성분만을 공급할 수 있음을 알 수 있다.

비교예 24∼29의 본 발명의 이온 흡착체를 이용하지 않는 예에서는, 보비량(총 방비량)이 적어, 비료로서의 사용은 곤란하다. 비교예 30의 시판 배양토나, 비교예 31∼32에서는, 복수의 비료 성분이 이미 혼합되어 있어, 임의의 비료 성분을 선정할 수 없다.

본 발명은 인공 토양, 특히 물(특히 수돗물)만으로 식물이 생육하는 인공 토양 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이들은 플랜터나 화분의 토양뿐만이 아니라, 넓은 토지에서의 토양 개량 등에도 이용할 수 있다.

본 발명의 양이온계 또는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양은, 비료 성분 중, 모자라는 비료 성분만을 담지한 인공 토양이며, 부족 성분을 핀포인트로 시비하는 것이 가능하게 된다.

Claims

비료 성분을 담지한 입경 0.2∼6mm의 보비성 필러의 조립물을 함유하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양.
제 1 항에 있어서,
상기 조립물이 다공질이며, 양이온 교환 용량 5meq/100cc 이상이고 또한 음이온 교환 용량 5meq/100cc 이상인 양이온 및 음이온 흡착능을 갖는 인공 토양.
제 1 항에 있어서,
추가로, 다공질인 입경 0.2∼6mm의 보수성 필러의 조립물을 함유하는 인공 토양.
보비성이 있는 필러를 입경 0.2∼6mm로 조립한 후, 조립물에 비료 성분을 담지시키는 것을 특징으로 하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조립 공정 시에, 다공질이 되도록 조립하는 것을 특징으로 하는 인공 토양의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
별도로, 다공질이고 보수성이 있는 입경 0.2∼6mm의 보수성 필러의 조립물을 형성하여, 그것을 혼합하는 인공 토양의 제조 방법.
보비성이 있는 필러 및 다공질이고 보수성이 있는 필러를 입경 0.2∼6mm로 조립한 후, 조립물에 비료 성분을 담지시키는 것을 특징으로 하는, 물만으로 식물의 생육이 가능한 인공 토양의 제조 방법.
입상화된 양이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 양이온을 흡착시킨 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 8 항에 있어서,
식물이 근산에 의해 용이하게 양이온을 흡수할 수 있는 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 9 항에 있어서,
상기 양이온 흡착체가, 제올라이트, 스멕타이트, 운모, 버미큘라이트, 탈크, 양이온 교환 수지, 부식(腐植; humus) 및 그들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 10 항에 있어서,
상기 양이온이 K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Mo²⁺ 및 그들의 혼합인 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 11 항에 있어서,
상기 양이온이 K⁺인 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
입상화된 음이온 흡착체에 식물의 생육에 필요한 적어도 1종의 음이온을 흡착시킨 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 13 항에 있어서,
식물이 근산에 의해 용이하게 음이온을 흡수할 수 있는 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 14 항에 있어서,
상기 음이온 흡착체가, 복수산화물 및 복수산화물류, 알로판(allophane), 이모골라이트(imogolite), 카올린, 음이온 교환 수지 및 그들의 혼합물인 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 15 항에 있어서,
상기 음이온이, NO₃ ^-, PO₄ ^3-, SO₄ ^2-, Cl^- 및 그들의 혼합인 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 16 항에 있어서,
상기 음이온이, NO₃ ^-, PO₄ ^3- 및 그들의 혼합인 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양.
제 1 항에 기재된 양이온계 비료 성분 담지 인공 토양 및 제 13 항에 기재된 음이온계 비료 성분 담지 인공 토양을 포함하는 비료 성분 담지 인공 토양.
입경 0.2∼6mm, 양이온 교환 용량 5meq/100mL 이상 및 음이온 교환 용량 5meq/100mL 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 알긴산 겔로 이루어지는 인공 토양용 입상 식물 육성체.
제 19 항에 있어서,
pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL인 입상 식물 육성체.
제 20 항에 있어서,
상기 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL의 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체와 조합함으로써 달성되는 입상 식물 육성체.
제 20 항에 있어서,
상기 입상 식물 육성체 100mL당 5∼50mL의 pF 1.7∼2.7에서의 보수량이, 입상 식물 육성체 자체를 다공질화하는 것에 의해 달성되는 입상 식물 육성체.
제 22 항에 있어서,
상기 입상 식물 육성체의 다공질화가, 입상 식물 육성체의 제조 시에 진공 동결 건조하거나, 또는 입상 식물 육성체의 제조 시에 친수성 계면활성제를 배합하여 기포(起泡) 후에 겔화시키는 것에 의해 달성되는 입상 식물 육성체.
제 19 항에 있어서,
양이온 교환성 필러 및 음이온 교환성 필러를 함유하는 입상 식물 육성체.
제 24 항에 있어서,
상기 양이온 교환성 필러가 제올라이트, 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 양이온 교환 수지 및 부식으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 음이온 교환성 필러가 하이드로탈사이트, 마나세아이트(manasseite), 파이로오라이트(pyroaurite), 쇼그레나이트(sjogrenite), 녹청(copper rust), 알로판, 이모골라이트, 카올린 및 음이온 교환 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 입상 식물 육성체.
제 21 항에 있어서,
상기 연속 기공 구조를 갖는 다공질 분립체가 발포 유리 및 고분자 다공체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 입상 식물 육성체.