KR20150083915A - 인공 토양 단립체, 및 인공 토양 배지 - Google Patents
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Abstract
인공 토양 입자를 단립화(團粒化)한 인공 토양 단립체(團粒體)에 있어서, 인공 토양 단립체를 플랜터(planter) 등의 용기에 충전(充塡)하여 인공 토양을 구성했을 때, 인공 토양의 체적함수율(體積含水率) 및 기상율(氣相率)을 높이고, 또한 장기간에 걸쳐 이들 능력을 유지하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공한다. 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)(11)을 가지는 필러(filler)(12)가 복수 집합하여 이루어지고, 필러(12)의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)(13)이 형성된 인공 토양 입자(10)를 단립화한 인공 토양 단립체(1)로서, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율이 10∼40 %이며, 또한, pF 1.5에서의 기상율이 20∼80 %이다.
Description
본 발명은, 인공 토양 입자를 단립화(團粒化)한 인공 토양 단립체(團粒體), 및 상기 인공 토양 단립체를 사용한 인공 토양 배지에 관한 것이다.
최근, 생육 조건이 콘트롤된 환경 하에서 야채 등의 식물을 재배하는 식물 공장이 증가하고 있다. 지금까지의 식물 공장은, 양상추 등의 이파리 야채의 수경(水耕) 재배가 중심이었지만, 최근에는 수경 재배에는 적합하지 않은 근채류(根菜類)에 대해서도 식물 공장에서의 재배를 시도하는 움직임이 있다. 근채류를 식물 공장에서 재배하기 위해서는, 토양으로서의 기본 성능이 우수하고, 품질이 높고, 또한 취급이 용이한 인공 토양을 개발할 필요가 있다. 그리고, 인공 토양에는, 식물에 대한 물 주기 횟수를 저감할 수 있고, 수분량(水分量)의 관리가 용이하게 되는 등, 천연 토양에서는 실현이 곤란한 독자적인 기능이 요구되고 있다.
지금까지 개발된 인공 토양과 관련된 기술로서, 분상(粉狀)의 제올라이트(zeolite)를 수용성 고분자로 이루어지는 결합재로 결합하여 단립화한 단립 구조 제올라이트가 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1의 단립 구조 제올라이트는, 보수성(保水性)이 부족한 제올라이트의 다공질(多孔質) 구조를 인공 토양으로서 이용하기 위해, 제올라이트를 단립화하여 보수성을 향상시킨 것이다.
또한, 폴리스티렌 발포(發泡) 입자에 쇄석분립(碎石分粒)이나 모래 등을 가한 후, 폴리스티렌을 용해시켜 입상화(粒狀化)한 흡수성 단립체도 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조). 특허 문헌 2의 흡수성 단립체는, 폴리스티렌 발포 입자가 용해하여 생기는 공동(空洞)을 이용하여, 양호한 보수성 및 통기성(通氣性)을 실현하고자 하는 것이다.
인공 토양의 개발에 있어서는, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 달성하면서, 보수성이나 통기성을 적절하게 유지할 수 있는 기능이 요구된다. 특히, 식물이 이용 가능한 수분(이효수(易效水))을 확보하기 위하여, 인공 토양에서의 체적함수율(體積含水率)과 기상율(氣相率)을 적절하게 유지하는 것은, 식물에 대한 물 주기 횟수의 저감이나, 식물의 종류에 따른 최적 재배 스케줄을 실현하기 위해 중요하게 된다. 인공 토양의 체적함수율 및 기상율은, 인공 토양 입자 사이에 형성되는 공극(空隙)과 깊게 관계하고, 이 공극을 최적의 상태로 유지함으로써, 체적함수율 및 기상율의 밸런스가 우수한, 천연 토양에는 없는 독자적인 기능을 가지는, 부가 가치가 높은 인공 토양을 실현할 수 있다.
이 점에 있어서, 특허 문헌 1의 단립 구조 제올라이트는, 물의 존재 하에서 분말의 제올라이트와 결합재를 혼합하여 건조시켰을 뿐인 것이므로, 단립체의 제조 중에 제올라이트가 응어리가 되기 쉽고, 제올라이트의 입자 간에 형성되는 공극에 의해 적절한 보수성이나 통기성을 실현하고 있다고는 할 수 없다. 또한, 물 주기 등의 작업중에 다짐 등이 생기면, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율이 저하할 우려가 있다.
한편, 특허 문헌 2의 흡수성 단립체는, 폴리스티렌을 용융시켜 단립체 내에 공동을 생기게 함으로써, 보수성 및 통기성을 실현하는 것이지만, 단립체 내의 공동을 적절한 크기로 제어하는 것은 어려우며, 인공 토양으로서 원하는 체적함수율 및 기상율로 설정하는 것은 곤란하다. 또한, 쇄석분립이나 모래 등을 혼합하여 발포시키고 있으므로, 단립체의 구조가 부서지기 쉽고, 재배의 작업중이나 물 주기 등으로 잘게 분쇄되어 다짐이 생기고, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율이 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 인공 토양 입자를 단립화한 인공 토양 단립체에 있어서, 인공 토양 단립체를 플랜터(planter) 등의 용기에 충전(充塡)하여 인공 토양을 구성했을 때, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율을 높이고, 또한 장기간에 걸쳐 이들 능력을 유지하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 단립체의 특징적 구성은,
서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)을 가지는 필러(filler)가 복수 집합되어 이루어지고, 상기 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)이 형성된 인공 토양 입자를 단립화한 인공 토양 단립체로서,
pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율이 10∼40 %이며, 또한, pF 1.5에서의 기상율이 20∼80 %인 것에 있다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 인공 토양 단립체를 구성하는 인공 토양 입자는, 필러의 세공의 사이즈가 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더이므로, 상기 세공에 식물의 품질을 향상시키기 위해 필요한 양분을 효과적으로 받아들일 수 있다. 또한, 집합된 필러의 사이에 형성되는 연통공의 사이즈가 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더이므로, 상기 연통공에 식물의 생육에 불가결한 수분(이효수를 포함함)을 효과적으로 흡수(吸收)할 수 있고, 보수력(保水力)을 높일 수 있다. 이와 같은 특정한 구성을 가지는 인공 토양 입자를 단립화한 본 구성의 인공 토양 단립체는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율이 10∼40 %이며, 또한, pF 1.5에서의 기상율이 20∼80 %로 설정되어 있으므로, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율이 고차원으로 균형이 잡혀 있어, 천연 토양에는 없는 독자적인 기능을 가지는 부가 가치가 높은 인공 토양을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
상기 인공 토양 입자의 사이에, ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더의 1차 간극(間隙)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 인공 토양 입자의 사이에, ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더의 1차 간극이 형성되어 있으므로, 상기 1차 간극에 식물에 이용 가능한 수분을 효과적으로 보지(保持)할 수 있다. 그 결과, 식물의 생육성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
상기 1차 간극의 사이즈는, 5∼100 ㎛인 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 1차 간극의 사이즈는, 5∼100 ㎛이므로, 인공 토양 단립체 사이에 적도(適度)한 극간(隙間)이 생기게 되고, 1차 간극에 식물에 이용 가능한 수분을 필요하고 충분한 양을 보지할 수 있다. 그 결과, 식물의 생육성을 더욱 높이는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
0.2∼10 ㎜의 사이즈를 가지는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 0.2∼10 ㎜의 사이즈를 가지므로, 단립 구조가 안정된 것이 된다. 또한, 상기 입경(粒徑) 범위이면, 인공 토양 단립체 사이에 적도한 극간이 생기므로, 우수한 통기성과 보수성을 양립시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
상기 인공 토양 입자는, 5∼1000 ㎛의 입경 분포를 가지는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 인공 토양 입자의 입경 분포를 5∼1000 ㎛의 범위로 함으로써, 단립 구조 내에 적도한 공극이 형성되고, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율을 높일 수 있다. 또한, 단립 구조가 보다 안정된 것으로 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
상기 세공에 이온 교환능을 부여하고 있는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 인공 토양 입자의 세공에 이온 교환능을 부여하고 있으므로, 인공 토양 단립체에 식물의 육성에 필요한 비료 성분을 담지(擔持)시킬 수 있다. 따라서, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 구비한 인공 토양 배지를 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 단립체에 있어서,
보수성 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 단립체에 의하면, 보수성 재료를 포함하므로, 인공 토양 단립체의 공극이 본래 가지는 보수성에 더하여, 보수성 재료에 의한 보수력을 더 구비할 수 있다. 그 결과, 보수성이 더욱 높아져, 건조에 강한 인공 토양 단립체로 만들 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 배지의 특징적 구성은,
상기 어느 하나에 기재된 인공 토양 단립체를 사용한 것에 있다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 본 발명의 인공 토양 단립체를 사용하고 있으므로, 장기간에 걸쳐 인공 토양의 체적함수율 및 기상율을 높이면서, 토양으로서의 기본 성능을 양호한 밸런스로 실현할 수 있다. 또한, 이와 같은 인공 토양 배지는, 재배 대상의 식물에 대하여 수분이나 양분을 적절하게 공급할 수 있으므로, 유지 보수에 품이 들지 않고, 취급이 용이하게 된다.
도 1은, 본 발명의 인공 토양 단립체를 구성하는 인공 토양 입자의 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 인공 토양 단립체의 모식도이다.
도 3은, 수은 압입법(壓入法)에 의한 본 발명의 인공 토양 단립체의 공경(孔徑) 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 인공 토양 단립체의 모식도이다.
도 3은, 수은 압입법(壓入法)에 의한 본 발명의 인공 토양 단립체의 공경(孔徑) 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 인공 토양 단립체에 관한 실시형태를 도 1∼도 3에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 처음에 본 발명의 인공 토양 단립체를 구성하는 인공 토양 입자에 대하여 설명한다. 그리고, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태나 도면에 기재되는 구성으로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
<인공 토양 입자>
도 1은, 본 발명의 인공 토양 단립체를 구성하는 인공 토양 입자(10)의 모식도이다. 동 도면에서는, 인공 토양 입자(10)를 개념적으로 나타내고 있다. 도 1의 (a)는, 필러(12)로서, 다공질 천연 광물인 제올라이트(12a)를 사용한 인공 토양 입자(10)를 예시한 것이다. 도 1의 (b)는, 필러(12)로서, 층상(層狀) 천연 광물인 하이드로탈사이트(12b)를 사용한 인공 토양 입자(10)를 예시한 것이다. 그리고, 도 1중에 나타내는 기호 x, y 및 z는, 후술하는 세공(11), 연통공(13) 및 인공 토양 입자(10)의 사이즈를 각각 나타내고 있지만, 도면 상에서의 x, y 및 z의 관계는, 실제 사이즈 관계를 반영한 것은 아니다.
인공 토양 입자(10)는, 복수의 필러(12)가 집합하여 입상(粒狀)으로 구성된 것이다. 인공 토양 입자(10) 중의 복수의 필러(12)는, 이들이 서로 접촉하고 있는 것은 필수가 아니며, 1입자 내에서 바인더 등을 통하여 어느 정도의 범위 내의 상대적인 위치 관계를 유지하고 있으면, 복수의 필러(12)가 집합하여 입상으로 구성한 것으로 여길 수 있다. 인공 토양 입자(10)를 구성하는 필러(12)는, 표면으로부터 내부에 걸쳐 다수의 세공(11)을 가진다. 세공(11)은, 각종 형태를 포함한다. 예를 들면, 필러(12)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(12a)의 경우, 상기 제올라이트(12a)의 결정 구조 중에 존재하는 공극이 세공(11)이며, 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(12b)의 경우, 상기 하이드로탈사이트(12b)의 층 구조 중에 존재하는 층간이 세공(11)이다. 즉, 본 발명에 있어서 「세공」이란, 필러(12)의 구조 중에 존재하는 공극부, 층간부, 공간부 등을 의도하며, 이들은 「공상(孔狀)」의 형태로 한정되는 것은 아니다.
필러(12)의 세공(11)의 사이즈(도 1에 나타낸 사이즈 x의 평균값)는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더로 된다. 예를 들면, 세공(11)의 사이즈는, 0.2∼800 ㎚정도로 설정 가능하지만, 필러(12)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(12a)의 경우, 상기 제올라이트(12a)의 결정 구조 중에 존재하는 공극의 사이즈(직경)는, 0.3∼1.3 ㎚ 정도이다. 필러(12)가, 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(12b)의 경우, 상기 하이드로탈사이트(12b)의 층 구조 중에 존재하는 층간의 사이즈(거리)는, 0.3∼3.0 ㎚ 정도이다. 이 외에, 필러(12)로서, 후술하는 유기 다공질 재료를 사용할 수도 있고, 그 경우의 세공(11)의 직경 x는, 0.1∼0.8 ㎛ 정도로 된다.
복수의 필러(12)의 사이에는, 연통공(13)이 형성되어 있다. 연통공(13)의 주위에는 세공(11)이 분산 배치되어 있다. 연통공(13)에는 주로 수분(후술하는 이효수를 포함함)이 보지되므로, 인공 토양 입자(10)에 어느 정도의 보수성을 가지게 할 수 있다. 연통공(13)의 사이즈(도 1에 나타낸 인접하는 필러(12) 사이의 거리 y의 평균값)는, 필러(12)나 바인더의 종류, 조성, 조립(造粒) 조건에 따라 변화할 수 있지만, 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더로 된다. 예를 들면, 연통공(13)의 사이즈는, 0.1∼500 ㎛ 정도로 설정 가능하지만, 필러(12)가, 도 1의 (a)에 나타낸 제올라이트(12a), 또는 도 1의 (b)에 나타낸 하이드로탈사이트(12b)이며, 바인더로서 고분자 겔화제를 사용한 경우, 연통공(13)의 사이즈는, 0.1∼20 ㎛이다. 세공(11) 및 연통공(13)의 사이즈는, 측정 대상의 상태에 따라, 가스 흡착법, 수은 압입법, 소각(小角) X선 산란법, 화상 처리법 등을 사용하거나, 또는 이들 방법을 조합하여, 최적인 방법에 의해 측정할 수 있다.
필러(12)는, 인공 토양 입자(10)가 충분한 보비력(保肥力)을 가지도록, 세공(11)에 이온 교환능이 부여된 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 이온 교환능이 부여된 재료로서, 양이온 교환능이 부여된 재료, 음이온 교환능이 부여된 재료, 또는 양자(兩者)의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 이온 교환능을 가지지 않는 다공질 재료(예를 들면, 고분자 발포체, 유리 발포체 등)를 별도로 준비하고, 상기 다공질 재료의 세공에 상기한 이온 교환능이 부여된 재료를 압입이나 함침(含浸) 등에 의해 도입하고, 이것을 필러(12)로서 사용하는 것도 가능하다. 양이온 교환능이 부여된 재료로서, 양이온 교환성 광물, 부식(腐植), 및 양이온 교환 수지를 예로 들 수 있다. 음이온 교환능이 부여된 재료로서, 음이온 교환성 광물, 및 음이온 교환 수지를 예로 들 수 있다.
양이온 교환성 광물은, 예를 들면, 몬모리로나이트, 벤토나이트, 바이델라이트, 헥토라이트, 사포나이트, 스티븐사이트 등의 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 버미큘라이트, 제올라이트 등이 있다. 양이온 교환 수지는, 예를 들면, 약산성 양이온 교환 수지, 강산성 양이온 교환 수지가 있다. 이들 중, 제올라이트, 또는 벤토나이트가 바람직하다. 양이온 교환성 광물 및 양이온 교환 수지는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 양이온 교환성 광물 및 양이온 교환 수지에서의 양이온 교환 용량은, 10∼700 meq/100 g으로 설정되고, 바람직하게는 20∼700 meq/100 g으로 설정되고, 더욱 바람직하게는 30∼700 meq/100 g으로 설정된다. 양이온 교환 용량이 10 meq/100 g 미만인 경우, 충분히 양분을 받아들이지 못하고, 받아들여진 양분도 관수(灌水) 등에 의해 조기에 유실할 우려가 있다. 한편, 양이온 교환 용량이 700 meq/100 g을 초과하도록 보비력을 과잉으로 크게 해도, 효과는 크게 향상되지 않아, 경제적이지 않다.
음이온 교환성 광물은, 예를 들면, 하이드로탈사이트, 마나세아이트, 파이로오라이트, 쉐그렌석(sjogrenite), 녹청(綠靑) 등의 주골격로서 복수산화물(複水酸化物)을 가지는 천연 층상 복수산화물, 합성 하이드로탈사이트 및 하이드로탈사이트 유사 물질, 알로페인(allophane), 이모골라이트, 카올린 등의 점토 광물이 있다. 음이온 교환 수지는, 예를 들면, 약염기성 음이온 교환 수지, 강염기성 음이온 교환 수지가 있다. 이들 중, 하이드로탈사이트가 바람직하다. 음이온 교환성 광물 및 음이온 교환 수지는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 음이온 교환성 광물 및 음이온 교환 수지에서의 음이온 교환 용량은, 5∼500 meq/100 g으로 설정되고, 바람직하게는 20∼500 meq/100 g으로 설정되고, 더욱 바람직하게는 30∼500 meq/100 g으로 설정된다. 음이온 교환 용량이 5 meq/100 g 미만인 경우, 충분히 양분을 받아들이지 못하고, 받아들여진 양분도 관수 등에 의해 조기에 유실할 우려가 있다. 한편, 음이온 교환 용량이 500 meq/100 g을 초과하도록 보비력을 과잉으로 크게 해도, 효과는 크게 향상되지 않아, 경제적이지 않다.
<인공 토양 입자의 입상화 방법>
필러(12)가 도 1에 나타낸 제올라이트(12a)나 하이드로탈사이트(12b)와 같은 무기 광물인 경우, 복수의 필러(12)를 집합하여 입상물(粒狀物)(인공 토양 입자(10))을 구성하기 위하여, 바인더를 사용하여 입상화를 행할 수 있다. 바인더를 사용한 인공 토양 입자(10)의 형성은, 필러(12)에 바인더나 용매 등을 가하여 혼합하고, 혼합물을 조립기(造粒機)에 도입하고, 전동(轉動) 조립, 유동층 조립, 교반 조립, 압축 조립, 압출(押出) 조립, 파쇄 조립, 용융 조립, 분무 조립 등의 공지의 조립 법에 의해 행할 수 있다. 얻어진 조립체는, 필요에 따라 건조 및 분급(分級)이 행해져서, 인공 토양 입자(10)가 완성된다. 또한, 필러(12)에 바인더를 가하고, 나아가서는 필요에 따라 용매 등을 가하여 혼련하고, 이것을 건조하여 블록형으로 만든 것을, 유발(乳鉢) 및 유봉(乳棒), 해머밀, 롤 크러셔 등의 분쇄 수단에 의해 적절하게 분쇄하여 입상물로 만들 수도 있다. 이 입상물은, 그대로 인공 토양 입자(10)로서 사용할 수도 있지만, 체거름(sieving)에 의해 원하는 입경으로 조정하는 것이 바람직하다.
바인더는, 유기 바인더 또는 무기 바인더의 어느 쪽도 사용 가능하다. 유기 바인더는, 예를 들면, 에틸 셀룰로오스 등의 변성 셀룰로오스계 바인더, 폴리올레핀계 바인더, 폴리비닐알코올계 바인더, 폴리우레탄계 바인더, 아세트산 비닐, 에틸렌 아세트산 비닐 등의 아세트산 비닐계 바인더, 우레탄 수지, 비닐 우레탄 수지 등의 우레탄 수지계 바인더, 아크릴 수지계 바인더, 실리콘 수지계 바인더 등의 합성 수지계 바인더, 전분, 카라기난, 잔탄검(xanthan gum), 젤란검(gellan gum), 알긴산염 등의 다당류, 폴리 아미노산, 아교 등의 단백질 등의 천연물계 바인더가 있다. 무기 바인더는, 예를 들면, 물유리(water glass) 등의 규산염계 바인더, 인산 알루미늄 등의 인산염계 바인더, 붕산 알루미늄 등의 붕산염계 바인더, 시멘트 등의 수경성(水硬性) 바인더가 있다. 유기 바인더 및 무기 바인더는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
필러(12)가 유기 다공질 재료인 경우, 인공 토양 입자(10)의 형성은, 바인더를 사용한 전술한 필러(12)의 입상화법과 동일한 방법으로 행할 수도 있지만, 필러(12)를, 상기 필러(12)를 구성하는 유기 다공질 재료(고분자 재료 등)의 융점 이상의 온도에서 가열하고, 복수의 필러(12)의 표면끼리를 열융착시켜 입상화함으로써, 인공 토양 입자(10)를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에, 바인더를 사용하지 않아도, 복수의 필러(12)가 집합된 입상물을 얻을 수 있다. 이와 같은 유기 다공질 재료로서, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 등의 유기 고분자 재료를 발포시킨 유기 고분자 발포체, 상기 유기 고분자 재료의 분체(粉體)를 가열 용융하여 연속 기포 구조를 형성한 유기 고분자 다공질체가 있다.
인공 토양 입자(10)의 형성에 있어서는, 고분자 겔화제의 겔화 반응을 이용할 수도 있다. 고분자 겔화제의 겔화 반응으로서, 예를 들면, 알긴산염, 알긴산 프로필렌글리콜에스테르, 젤란검, 글루코만난(glucomannan), 펙틴, 또는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 다가 금속 이온과의 겔화 반응, 카라기난, 한천, 잔탄검, 로카스트빈검(locust bean gum), 타라검(tara gum) 등의 다당류의 이중 나선 구조화 반응에 의한 겔화 반응이 있다. 이 중, 알긴산염과 다가 금속 이온과의 겔화 반응에 대하여 설명한다. 예를 들면, 알긴산염의 하나인 알긴산 나트륨은, 알긴산의 카르복실기가 Na 이온과 결합한 형태의 중성염이다. 알긴산은 물에 불용(不溶)이지만, 알긴산 나트륨은 수용성이다. 알긴산 나트륨 수용액을 다가 금속 이온(예를 들면, Ca 이온)의 수용액 중에 첨가하면, 알긴산 나트륨의 분자 사이에서 이온 가교(架橋)가 일어나, 겔화가 진행한다. 본 실시형태의 경우, 겔화 반응은, 이하의 공정에 의해 행할 수 있다. 처음에, 알긴산 염을 물에 용해시켜 알긴산염 수용액을 조제하고, 알긴산염 수용액에 필러(12)를 첨가하고, 이것을 충분히 교반하여, 알긴산염 수용액 중에 필러(12)가 분산한 혼합액을 형성한다. 다음으로, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하고, 혼합액에 포함되는 알긴산염을 입상으로 겔화시킨다. 그 후, 겔화된 입자를 회수하여 수세(水洗)하고, 충분히 건조시킨다. 이로써, 알긴산염 및 다가 금속 이온으로 형성되는 알긴산염 겔화물 중에 필러(12)가 분산된 입상물로서의 인공 토양 입자(10)를 얻을 수 있다.
겔화 반응에 사용 가능한 알긴산염은, 예를 들면, 알긴산 나트륨, 알긴산 칼륨, 알긴산 암모늄이 있다. 이들 알긴산염은, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 알긴산염 수용액의 농도는, 0.1∼5 중량%로 하고, 바람직하게는 0.2∼5 중량%로 하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼3 중량%로 한다. 알긴산염 수용액의 농도가 0.1 중량% 미만인 경우, 겔화 반응이 일어나기 어려워지고, 5 중량%를 초과하면, 알긴산염 수용액의 점도가 지나치게 커지기 때문에, 필러(12)를 첨가한 혼합액의 교반이나, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하는 것이 곤란하게 된다.
알긴산염 수용액을 적하되하 다가 금속 이온 수용액은, 알긴산염과 반응하여 겔화가 일어나는 2가 이상의 금속 이온 수용액이면 된다. 이와 같은 다가 금속 이온 수용액의 예로서, 염화 칼슘, 염화 바륨, 염화 스트론튬, 염화 니켈, 염화 알루미늄, 염화 철, 염화 코발트 등의 다가 금속의 염화물 수용액, 질산 칼슘, 질산 바륨, 질산 알루미늄, 질산 철, 질산 동, 질산 코발트 등의 다가 금속의 질산염 수용액, 락트산 칼슘, 락트산 바륨, 락트산 알루미늄, 락트산 아연 등의 다가 금속의 락트산염 수용액, 황산 알루미늄, 황산 아연, 황산 코발트 등의 다가 금속의 황산염 수용액을 들 수 있다. 이들 다가 금속 이온 수용액은, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 다가 금속 이온 수용액의 농도는, 1∼20 중량%로 하고, 바람직하게는 2∼15 중량%로 하고, 더욱 바람직하게는 3∼10 중량%로 한다. 다가 금속 이온 수용액의 농도가 1 중량% 미만인 경우, 겔화 반응이 일어나기 어려워지고, 20 중량%를 초과하면, 금속염의 용해에 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 과잉의 재료를 사용하는 것이 되기 때문에, 경제적이지 않다.
인공 토양 입자(10)를 설계하는데 있어서, 연통공(13)의 보수성을 더욱 높이는 것도 가능하다. 연통공(13)의 보수성을 향상시키는 방법의 하나로서, 인공 토양 입자(10)의 연통공(13)에 보수성 재료를 도입하는 것을 예로 들 수 있다. 보수성 재료는, 예를 들면, 연통공(13)의 전체에 보수성 재료를 충전하거나, 연통공(13)의 표면을 보수성 재료의 막으로 코팅함으로써 도입 가능하다. 이 때, 연통공(13) 중 적어도 일부에 보수성 재료가 존재하고 있으면 된다. 보수성 재료의 도입은, 예를 들면, 보수성이 있는 고분자 재료를 용매에 용해하여 고분자 용액을 조제하고, 상기 고분자 용액을 인공 토양 입자(10)에 함침시키는 것에 의해 행해진다. 또는, 인공 토양 입자(10)를 입상화할 때, 원재료에 보수성이 있는 섬유를 혼합해 두어도 무방하다. 이 경우에, 보수성 재료인 섬유는, 인공 토양 입자(10)의 연통공(13)뿐만 아니라, 인공 토양 입자(10)의 전체에 도입하는 것도 가능하다. 그리고, 섬유가 도입된 인공 토양 입자(10)는, 보수성이 향상되는 것은 당연하지만, 인공 토양 입자(10)의 강도나 내구성(耐久性)도 향상된다. 따라서, 보수성 재료로서 도입되는 섬유는, 보강재로서도 기능한다. 인공 토양 입자(10)에 도입 가능한 섬유로서는, 예를 들면, 비닐론, 우레탄, 나일론, 아세테이트 등의 합성 섬유나, 면, 양모, 레이온, 셀룰로오스 등의 천연 섬유가 있다. 이들의 섬유 중, 비닐론 및 면이 바람직하다. 또한, 섬유의 형태로서는, 단섬유(短纖維)인 것이 바람직하다. 보수성 재료를 도입한 인공 토양 입자(10)는, 보수력이 크게 향상되므로, 예를 들면, 건조 상태의 외부 환경에서 사용한 경우라도 장기간 물을 주지 않아도 식물이 시들어 마르는 것이나 육성 불량을 방지할 수 있다. 또한, 보수성 재료의 도입에 의하여, 인공 토양 입자(10)의 강도 및 내구성도 향상되므로, 장기간에 걸쳐 보수성을 유지하는 상승(相乘) 효과도 기대할 수 있다.
보수성 재료로서 사용 가능한 고분자 재료는, 예를 들면, 폴리아크릴산염계 폴리머, 폴리술폰산염계 폴리머, 폴리아크릴아미드계 폴리머, 폴리비닐알코올계 폴리머, 폴리알킬렌옥사이드계 폴리머 등의 합성 고분자계 보수성 재료, 폴리아스파라긴산염계 폴리머, 폴리글루타민산염계 폴리머, 폴리알긴산염계 폴리머, 셀룰로오스계 폴리머, 전분 등의 천연 고분자계 보수성 재료가 있다. 이들 보수성 재료는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
보수성 재료인 상기 고분자 재료를 용해시키는 용매는, 사용하는 고분자 재료에 따라, 용해성이 높은 것, 즉, 고분자 재료와 용매에서 용해도 파라미터(SP값)가 근접하게 되는 조합이 적절하게 선택된다. 예를 들면, 고분자 재료의 SP값과 용매의 SP값의 차이가 5 이하로 되도록 한 조합(예: SP값이 약 10인 니트로셀룰로오스와 SP값이 약 14.5인 메탄올의 조합)이 선택된다. 이와 같은 용매의 예로서, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 아세트산 에틸, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤을 들 수 있다. 이들 용매는, 2종 이상을 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
연통공(13)의 보수성을 향상시키는 다른 방법으로서, 인공 토양 입자(10)를 조제할 때에 있어서, 원료인 필러(12)의 일부 또는 전부에 보수성 필러를 사용하는 것을 예로 들 수 있다. 이 경우에, 생성한 인공 토양 입자(10)는, 그 자체가 보수성을 가지는 것이 되므로, 보수성을 향상시키기 위한 특별한 후처리는 불필요하게 된다. 보수성 필러에는 친수성 필러나 다공질 입상물을 사용할 수 있고, 친수성 필러의 예로서는, 제올라이트, 스멕타이트계 광물, 운모계 광물, 탈크, 실리카, 복 수산화물 등을 들 수 있고, 다공질 입상물의 예로서는, 발포 유리, 다공질 금속, 다공질 세라믹, 고분자 다공체, 친수성 섬유 등을 들 수 있다.
<인공 토양 단립체>
도 2는, 본 발명의 인공 토양 단립체(1)의 모식도이다. 동 도면에서는, 인공 토양 단립체(1)를 개념적으로 나타내고 있다. 본 발명의 인공 토양 단립체(1)는, 인공 토양 입자(10)를 단립화한 것이다. 인공 토양 단립체(1)는, 플랜터 등의 용기에 충전한 형태로 사용된다.
인공 토양을 사용하여 식물을 재배하는 데 있어서, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 달성하기 위해서는, 인공 토양의 보수성 및 통기성을 충분히 높일 필요가 있다. 여기서, 토양의 보수성은, 토양에 포함되는 수분과 밀접하게 관련된다. 토양에 포함되는 수분은, 토양에 보지되어 있는 상태에 따라 식물에 이용할 수 있는 것과, 이용할 수 없는 것으로 분류된다. 일반적으로, 토양은 다양한 크기의 토양 입자에 의해 구성되며, 토양에 포함되는 수분은, 토양 입자 사이에 형성되는 극간에 모관 현상 등에 의해 보지된다. 토양에 포함되는 수분은, 토양에 대한 흡착력에 따라, 흡착력이 약한 것으로부터, 중력수, 모관수(毛管水), 흡습수(吸濕水)로 분류된다. 그리고, 토양에 포함되는 수분 중, 식물이 용이하게 이용할 수 있는 수분을 본 명세서에서는 「이효수」로 규정한다. 토양의 통기성은, 토양 입자 사이에 형성되는 극간의 상태와 관련된다. 식물의 뿌리의 성장에 필요한 산소를 공급하기 위해서는, 일정 이상의 기상율(토양의 전체 용적에 대한 공극(기상)의 비율)이 필요하게 된다. 토양의 전체 용적이란, 토양의 3상, 즉, 기상, 액상, 및 고상을 합친 것이다. 식물 재배에 적절한 토양으로 하기 위해서는, 토양 100 ml 당의 이효수량(易效水量)과 토양의 기상율과의 관계를 검토할 필요가 있고, 본 발명의 인공 토양 단립체(1)는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(11)을 가지는 필러(12)를 복수 집합하고, 필러(12)의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(13)을 형성한 인공 토양 입자(10)를 단립화한 것에 의해, 이효수량과 기상율의 관계가 적절하게 된다.
인공 토양 단립체(1)는, 복수의 인공 토양 입자(10)에 의해 구성되어 있고, 이들이 서로 접촉되고 있는 것은 필수가 아니며, 1단립체 내에서 바인더 등을 통하여 어느 정도의 범위 내의 상대적인 위치 관계가 유지되어 있으면 된다. 인공 토양 단립체(1)를 구성하는 복수의 인공 토양 입자(10)의 사이에는 공극이 형성되고, 외부로부터 수분을 흡수하여 공극 내에서 보지할 수 있다. 본 명세서에 있어서는, 이 인공 토양 입자(10) 사이에 형성되는 공극을 1차 간극(2)으로 한다.
이효수량 및 기상율은, 인공 토양 단립체(1)의 단립 구조 내에 형성되는 1차 간극(2)의 사이즈와 관계하고 있다. 1차 간극(2)의 사이즈가 지나치게 커지면, 1차 간극(2) 내에서 수분을 보지하는 힘이 약해져, 중력에 거슬러서 수분을 단립 구조 내에 보지할 수 없게 된다. 그 결과, 이효수량이 감소하여 기상율이 높아지고, 식물이 이용할 수 있는 수분이 적어지게 되고, 식물의 고사(枯死)가 발생할 수 있다. 한편, 1차 간극(2)의 사이즈가 지나치게 작으면, 단립 구조 내에서의 수분의 보지력이 강해진다. 그 결과, 이효수량이 감소하고, 식물이 용이하게 수분을 이용할 수 없게 된다. 또한, 토양의 기상율도 저하되고, 식물에 습해가 발생하기 쉽게 된다. 즉, 1차 간극(2)은, 식물에 이용 가능한 수분을 많이 보지하는 보수성 간극으로서 기능하는 것이다. 1차 간극(2)의 사이즈(도 2에 나타낸 1차 간극(2)의 사이즈 s의 평균값)는, 인공 토양 입자(10)나 바인더의 종류, 조성, 조립 조건에 따라 변화할 수 있지만, 통상, ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더이며, 예를 들면, 1 ㎛∼1 ㎜로 조정된다. 1차 간극(2)의 바람직한 사이즈는 2∼500 ㎛이며, 더욱 바람직하게는 5∼100 ㎛이다.
또한, 1차 간극(2)의 사이즈는, 인공 토양 단립체(1)를 구성하는 인공 토양 입자(10)의 입경 분포와도 관계하고 있다. 1차 간극(2)을 적절한 사이즈로 하기 위해서는, 인공 토양 입자(10)의 입경 분포를 5∼1000 ㎛의 범위, 바람직하게는 10∼500 ㎛의 범위로 조정한다. 인공 토양 입자(10)의 입경 분포가 5∼1000 ㎛의 범위보다 브로드(broad)하게 되면, 1차 간극(2)을 안정된 상태로 형성할 수 없게 될 우려가 있다.
또한, 1차 간극(2)의 사이즈는, 인공 토양 단립체(1)를 구성하는 인공 토양 입자(10)의 사이즈 z와도 관계하고 있다. 1차 간극(2)을 적절한 사이즈로 하기 위해서는, 인공 토양 입자(10)의 사이즈 z의 평균값(평균 입경)을 20∼500 ㎛, 바람직하게는 30∼300 ㎛로 조정한다. 인공 토양 입자(10)의 평균 입경이 20㎛보다 작으면, 1차 간극(2)의 공경이 지나치게 작아지고, 1차 간극(2)의 수분을 보지하는 힘이 커져, 식물이 수분을 이용하기 어려워진다. 또한, 인공 토양 입자(10)의 평균 입경이 500㎛보다 크게 되면, 1차 간극(2)의 사이즈가 지나치게 커지고, 1차 간극(2)의 수분을 보지하는 힘이 약해져, 중력에 의해 수분이 1차 간극(2)으로부터 유실되기 쉬워진다.
그런데, 인공 토양 단립체(1)를 플랜터 등의 용기에 충전하고, 실제 사용 형태인 인공 토양 배지로 하면, 인공 토양 단립체(1) 사이에 극간이 형성되게 된다. 본 명세서에 있어서는, 이 인공 토양 단립체(1) 사이에 형성되는 극간을, 전술한 인공 토양 입자(10) 사이에 형성되는 1차 간극(2)과 구별하여, 2차 간극으로 한다. 2차 간극은 수분을 보지하고, 또한 인공 토양 배지의 통기성에 중요한 역할을 한다. 2차 간극은 이른바 조간극(粗間隙)이며, 간극의 사이즈가 크기 때문에, 2차 간극에 들어간 수분은 중력수로서 인공 토양 배지로부터 배출되기 쉽고, 수분이 배출된 공간이 인공 토양 배지의 통기성을 확보하는 공간으로 된다. 이에 비해, 1차 간극(2)은 간극의 사이즈가 작으므로, 1차 간극(2)에 들어간 수분은 중력수로서 배출되기 어렵고, 1차 간극(2)에 보지된다. 이 1차 간극(2)에 보지되는 수분에 의해, 식물은 장기간 물을 이용할 수 있다.
인공 토양 단립체(1) 사이의 2차 간극은 식물이 뿌리를 내리고, 뿌리로부터 산소를 도입하는 공간으로 되므로, 2차 간극이 부족하여, 인공 토양 배지의 통기성이 악화되면, 식물에 습해(濕害)가 발생하는 경우가 있다. 한편, 인공 토양 배지의 통기성이 지나치게 높아지면, 보수량이 저하되고, 식물이 이용할 수 있는 수분이 적어진다. 따라서, 인공 토양 단립체(1) 사이의 2차 간극을 적도하게 유지하기 위해, 인공 토양 단립체(1)의 사이즈를 적절한 사이즈로 설정할 필요가 있다. 인공 토양 단립체(1)의 사이즈(도 2에 나타낸 인공 토양 단립체(1)의 사이즈 w의 평균값)는, 0.2∼10 ㎜이며, 바람직하게는 0.5∼10 ㎜이며, 더욱 바람직하게는 1∼10 ㎜이다. 인공 토양 단립체(1)의 사이즈가 0.2 ㎜ 미만인 경우, 2차 간극이 작아지게 되어 인공 토양 단립체(1)와 수분과의 흡착성이 강해지고, 배수성이 저하되어, 식물에 습해가 발생하는 경우가 있다. 그 결과, 재배하는 식물은 뿌리로부터 산소를 흡수하기 어려워져, 뿌리 썩음을 일으킬 우려가 있다. 한편, 인공 토양 단립체(1)의 사이즈가 10 ㎜를 초과하면, 2차 간극이 커져서 인공 토양 단립체(1)와 수분과의 흡착성이 약해져, 중력에 의해 수분이 과잉으로 배출된다. 이에 의해, 식물이 수분을 흡수하기 어려워지거나, 인공 토양 배지가 성기게 되어 식물이 옆으로 넘어질 우려가 있다.
인공 토양 단립체(1)의 사이즈, 인공 토양 입자(10) 사이의 1차 간극(2)의 사이즈, 및 인공 토양 입자(10)의 입경은, 예를 들면, 광학 현미경 관찰 및 화상 처리법을 사용하여 측정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이하의 측정법에 의해, 인공 토양 단립체(1)의 사이즈, 1차 간극(2)의 사이즈, 및 인공 토양 입자(10)의 입경을 측정하였다. 먼저, 측정 대상의 인공 토양 입자를 스케일과 함께 현미경으로 관찰하고, 그 현미경 화상을 화상 처리 소프트웨어(2차원 화상 해석 처리 소프트웨어 「WinROOF」, 미타니 상사 주식회사 제조)를 사용하여 취득한다. 화상으로부터 100개의 인공 토양 단립체 또는 인공 토양 입자를 선택하고, 인공 토양 단립체, 1차 간극, 또는 인공 토양 입자의 윤곽을 트레이싱한다. 트레이싱한 도형의 주 길이로부터, 상당원의 직경을 산출한다. 각각의 인공 토양 단립체, 1차 간극, 또는 인공 토양 입자로부터 구한 상당원의 직경(100개)의 평균을 평균 사이즈(단위: 픽셀)로 한다. 그리고, 평균 사이즈를 현미경 화상 중의 스케일과 비교하여, 단위 길이(㎛ 오더 내지 ㎜ 오더)로 변환하여, 인공 토양 단립체의 사이즈, 1차 간극의 사이즈, 또는 인공 토양 입자의 입경을 산출한다.
인공 토양 단립체(1)는, 복수의 인공 토양 입자(10)를 단립화함으로써 구성되며, 그 단립화 방법으로서는, 인공 토양 입자(10)의 입상화 방법에 기재한 방법과 동일한 방법에 의해 실시할 수 있다. 본 발명의 인공 토양 단립체(1)는, 인공 토양 입자(10)를 바인더로 조립하거나, 고분자 겔화제로 겔화시켜 단립체로 하고 있으므로, 인공 토양 입자(10) 사이의 1차 간극(2)이 바인더나 고분자 겔화제에 의해 고정화된다. 따라서, 인공 토양 단립체(1)로 구성한 인공 토양 배지는, 충분한 강도를 가지고 있다. 이 때문에, 토양의 다짐 등이 발생하여, 이효수량 및 통기성의 저하 등이 생기지 않고, 장기간에 걸쳐 식물에 필요한 양의 이효수를 공급할 수 있다. 그리고, 인공 토양 단립체(1)를 구성할 때, 인공 토양 입자(10)로서 상이한 종류의 인공 토양 입자를 사용할 수도 있다. 또한, 인공 토양 입자(10)와 함께, 비료, 안료, 향료, 살균제, 항균제, 소취제(消臭劑), 살충제 등의 첨가물을 혼합하여 단립화하는 것도 가능하다. 또한, 인공 토양 단립체(1)를 구성할 때에 있어서, 1차 간극(2)에 보수성 재료를 도입하는 것도 가능하다. 이 경우에, 인공 토양 입자(10)로의 보수성 재료의 도입과 동일한 방법으로, 동일한 보수성 재료를 도입할 수 있다.
<인공 토양 단립체의 보수성 및 통기성>
토양은, 다양한 크기의 토양 입자에 의해 구성되며, 토양 입자 사이에 형성되는 극간에, 모관 현상 등에 의해 수분이 보지되어 있다. 토양이 수분을 보지하는 힘은, pF값으로서 표시된다. pF값이란, 물기둥의 높이로 나타낸 토양 수분의 흡인압의 상용대수값을 나타내며, 토양 중의 수분이 토양의 모세관력에 의해 끌어당겨지고 있는 강도의 정도를 나타낸 값이다. pF값이 2.0일 때, 물기둥 100 cm의 압력에 상당한다. pF값은 토양과 수분의 흡착의 강도를 나타낸 것이기도 하며, 토양과 수분의 흡착력이 약하면 pF값은 낮아져, 식물의 뿌리가 수분을 흡수하기 쉬운 상태로 된다. 한편, 토양과 수분의 흡착력이 강하면 pF값은 높아져, 식물의 뿌리가 수분을 흡수하기 위해서는 큰 힘을 요한다. 토양 중의 극간에 공기가 존재하지 않고, 모두 물로 채워져 있을 때의 상태가 pF값 0이며, 100℃의 열건(熱乾) 상태의 토양이며, 토양과 화합한 물밖에 존재하지 않는 상태가 pF값 7로 된다. 식물이 뿌리로부터 흡수할 수 있는 토양 중의 수분은, 강우 또는 관수 후, 통상 24시간 후에 토양 중에 남아 있는 수분(pF 1.7)으로부터, 식물이 시들기 시작하는 초기 시드는 점(pF 3.8)까지의 수분이다. 일반적인 토양의 경우, 식물을 재배 가능한 pF값, 이른바 이효수의 범위는 1.7∼2.7이다. 그러나, 본 발명자들이 실제로 식물의 재배한 결과, pF값이 2.3을 초과하는 경우, 식물의 생육성이 저하되는 경향이 있는 것이 밝혀졌다. 이에, 본 발명에 있어서는, 인공 토양 배지의 이효수의 범위를 1.7∼2.3로 규정한다. pF값은, pF미터(텐시오미터)를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 보수량(이효수량)을, 인공 토양 단립체 100 ml 당의 체적함수율(VWC1 .7∼2.3)로서 나타낸다. VWC1 .7∼2.3(%)은, 건조 상태의 인공 토양 단립체(1)의 질량 Wd와, pF 1.7일 때의 인공 토양 단립체(1)의 질량 W1 .7, 및 pF 2.3일 때의 인공 토양 단립체(1)의 질량 W2 .3을 각각 계측하고, 이하의 식(1)으로부터 산출된다.
VWC1 .7∼2.3(%)=[(W2 .3-Wd)/100-(W1 .7-Wd)/100]×100 ···(1)
이 식에 있어서, 예를 들면, 우변의 (W2 .3-Wd)는 인공 토양 단립체(1)에 포함되는 pF 2.3일 때의 보수량을 중량(mg)으로 나타내고 있지만, 물의 비중은 1이므로, (W2 .3-Wd)의 값(mg)은 그대로 pF 2.3일 때의 보수량의 체적(ml)으로 볼 수 있다. 본 발명의 인공 토양 단립체(1)에서는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(%)이 10∼40 %, 바람직하게는 13∼30 %, 더욱 바람직하게는 20∼30 %로 조정되어 있다.
일반적으로, 식물이 토양 중의 수분을 이용하여 성장하기 위해서는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(%)을 10% 이상으로 유지할 필요가 있다. 즉, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(%)을 10% 이상으로 장기간 유지할 수 있으면, 관수의 빈도를 적게 하여도 식물의 생육성이 저하하지 않고, 관수 등의 메인터넌스를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 인공 토양 배지는, 상기한 바와 같이, 1차 간극 및 2차 간극을 구비하고 있으므로, 인공 토양 배지 내에 물을 장기간 보지할 수 있다. 이 구성에 의해, 인공 토양 배지의 pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(%)을 상기 범위에 설정하면, 1차 간극 및 2차 간극에 이효수가 효과적으로 보지되므로, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(%)을 장기간 10% 이상으로 유지할 수 있고, 관수 등의 메인터넌스를 줄일 수 있다.
또한, 식물이 성장하기 위해서는, 토양의 기상율을 적절하게 조정할 필요가 있다. 예를 들면, pF값이 낮은 경우에 함수율이 높으면 식물의 습해가 발생하기 쉽게 된다. 따라서, pF값이 낮은 경우라도 토양의 통기성을 일정 이상으로 유지하는 것이 필요하다. pF값이 낮은 경우의 토양의 통기성을 나타내는 지표는, pF 1.5에서의 기상율로 표시된다. pF 1.5란, 1 일당 30∼50 ㎜ 이상 관수 후, 통상 24시간 후에 토양 중에 남아 있는 수분(중력에 의한 배수가 거의 종료한 상태)의 상태를 말한다. 토양에 식재(植栽)한 식물을 충분히 생육시키기 위해서는, pF 1.5에서의 기상율을 20% 이상으로 설정할 필요가 있다. 본 발명의 인공 토양 단립체(1)는, pF 1.5에서의 기상율이 20∼80 %, 바람직하게는 20∼60 %로 조정되어 있다. 그 결과, 본 발명의 인공 토양 단립체(1)는, 인공 토양의 체적함수율 및 기상율이 고차원으로 균형이 잡혀 있어 천연 토양에는 없는 독자적인 기능을 가지는 부가 가치가 높은 인공 토양을 실현할 수 있게 된다. 즉, 식물이 이용 가능한 수분(이효수)을 최적으로 확보할 수 있으므로, 식물에 대한 물 주기 횟수를 저감하거나, 식물의 종류에 따라 최적인 재배 스케줄을 실현하는 것이 가능하게 된다.
실시예
이하에서, 본 발명의 인공 토양 단립체의 실시예에 대하여 설명한다.
<인공 토양 입자의 제작>
필러로서 제올라이트 및 하이드로탈사이트을 사용하고, 알긴산염으로서 알긴산 나트륨을 사용하고, 다가 금속 이온 수용액으로서 5% 염화 칼슘 수용액을 사용하였다. 와코순약공업주식회사에서 제조한 시약 알긴산 나트륨을 물에 용해시켜 농도 0.5%의 수용액을 조제하고, 알긴산 나트륨 0.5% 수용액 100 중량부에 주식회사 에코웰에서 제조한 인공 제올라이트 「류큐 라이트 600」 10 중량부, 및 와코순약공업주식회사에서 제조한 시약 하이드로탈사이트 10 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 혼합액을 5% 염화 칼슘 수용액 중에 1적(滴)/초의 속도로 적하하였다. 적하된 액적이 입자상(粒子狀)으로 겔화한 후, 입자상 겔을 회수하여 수세하고, 55℃로 설정한 건조기로 24시간 건조시켰다. 건조를 마친 입자상 겔을 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체거름하여, 75㎛ 오버, 106㎛ 언더의 입경으로 분급하여, 인공 토양 입자를 얻었다. 이 인공 토양 입자는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공을 가지는 필러가 복수 집합하고, 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공이 형성된 것이었다.
<인공 토양 단립체의 제작>
인공 토양 입자 100 ml에 20% 아세트산 비닐 에멀젼 수용액(아세트산 비닐 에멀젼: 코니시 주식회사에서 제조한 본드 목공용) 50 ml를 가하고, 아세트산 비닐 에멀젼 수용액을 인공 토양 입자 전체에, 침투시키고, 80℃, 48시간으로 건조시켜 고화(固化)시켰다. 고화하여 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체거름하여, 0.25 ㎜ 오버, 2 ㎜ 언더의 입경에 분급하여, 인공 토양 단립체를 얻었다. 얻어진 인공 토양 단립체는, 인공 토양 단립체를 구성하는 인공 토양 입자 사이에 ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더의 공극을 가지고 있었다.
<인공 토양 단립체의 체적 함수율 및 기상율의 측정>
pF 1.7∼2.3의 범위에서의 인공 토양 단립체의 체적 함수율을, 전술한 「인공 토양 단립체의 보수성 및 통기성」의 항목에서 설명한 식(1)으로부터 구하였다.
또한, pF 1.5에서의 인공 토양 단립체의 기상율을, 이하의 수순으로 구하였다. 인공 토양 단립체으로 이루어지는 인공 토양 배지를 수도수(水道水)에 24시간 침지(浸漬)하여 포화함수(飽和含水) 상태로 한 시료를 작성하고, 이 시료를 또한 1시간 정치(靜置)했다. 시료의 중량수를 흘러내리게 하고, pF미터(텐시오미터)에 의해 시료의 pF값이 1.5를 나타낸 것을 확인한 후, 시료의 형상을 가능한 한 유지하면서 100 mL 시료용 원통에 채취하고, 다이키이화공업주식회사에서 제조한 디지털 실용적(實容積) 측정 장치 「DIK-1150」에 세팅하여 측정한 값을, pF 1.5에서의 인공 토양 단립체의 기상율로 하였다.
측정 결과, 인공 토양 단립체의 pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율은 14%이며, pF 1.5에서의 기상율은 40%였다. 이 체적함수율 및 기상율은, 본 발명의 범위에 포함되는 것이었다.
(인공 토양 단립체의 1차 간극의 사이즈의 측정)
인공 토양 입자 및 인공 토양 단립체의 제작 수순, 및 인공 토양 단립체의 1차 간극에 대하여, 이하에 설명한다.
<인공 토양 입자의 제작>
필러로서 제올라이트를 사용하고, 알긴산염으로서 알긴산 나트륨을 사용하고, 다가 금속 이온 수용액으로서 5% 염화 칼슘 수용액을 사용하였다. 와코순약공업주식회사에서 제조한 시약 알긴산 나트륨을 물에 용해시켜 농도 0.5%의 수용액을 조제하고, 알긴산 나트륨 0.5% 수용액 100 중량부에 주식회사 에코웰에서 제조한 인공 제올라이트 「류큐 라이트 600」 20 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 혼합액을 5% 염화 칼슘 수용액 중에 1적/초의 속도로 적하하였다. 적하된 액적이 입자상으로 겔화한 후, 입자상 겔을 회수하여 수세하고, 55℃로 설정한 건조기로 24시간 건조시켰다. 건조를 마친 입자상 겔을 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체거름하여, 0.1 ㎜ 오버, 0.25 ㎜ 언더의 입경으로 분급하여, 인공 토양 입자를 얻었다.
<인공 토양 단립체의 제작>
인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 20% 아세트산 비닐 에멀젼 수용액(아세트산 비닐 에멀젼: 코니시 주식회사에서 제조한 본드 목공용) 50 ml에 혼합하고, 80℃, 48시간에 건조시켜 고화시켰다. 고화되어 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체(sieve)에 의해 분급하여 약 3 ㎜ 입경의 인공 토양 단립체를 제작하였다.
<인공 토양 단립체의 1차 간극>
본 발명의 인공 토양 단립체가 다공질 구조를 구비하고 있는 것을 확인하기 위하여, 수은 압입법에 의한 공경 분포의 측정을 행하였다. 도 3은, 수은 압입법에 의한 본 발명의 인공 토양 단립체의 공경 분포의 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 인공 토양 단립체에 있어서는, 도 3에 나타낸 3개의 피크가 확인되었다. 약 30 ㎚부근의 피크는 필러끼리의 사이에 형성되는 미소(微少)한 간극인 것으로 추측되고, 약 700 ㎚부근의 피크는 연통공인 것으로 추측되고, 약 20㎛ 부근의 피크는 1차 간극인 것으로 추측된다. 이와 같이, 본 발명의 인공 토양 단립체는, 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공과, ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더의 1차 간극을 가지고 있고, 필러가 가지는 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공과 합하여, 적어도 3차의 사이즈 분포를 구비한 독특한 다공질 구조를 가지는 것이 확인되었다.
(인공 토양 단립체에서의 래디시(radish)의 생육성)
본 발명의 인공 토양 단립체를 사용하여 래디시의 생육성을 평가하는 시험을 실시하였다.
<인공 토양 입자의 제작>
하기의 표 1∼3에 기재되는 배합(중량부)에 따라, 필러로서 양이온 교환능이 부여된 재료(양이온 교환 재료)인 제올라이트(류큐 라이트 CEC600, 주식회사에코웰 제조), 벤토나이트(카사넨공업주식회사 제조), 및 양이온 교환성 수지(오르가노주식회사 제조) 중 적어도 1개와, 음이온 교환능이 부여된 재료(음이온 교환 재료)인 하이드로탈사이트(와코순약공업주식회사 제조), 및 음이온 교환성 수지(오르가노주식회사 제조) 중 적어도 1개를 바인더에 의해 굳혀서 실시예 1∼23, 및 비교예 1∼6에 사용하는 인공 토양 입자를 제작하였다. 바인더에는, 알긴산 나트륨(와코순약공업주식회사 제조), 알긴산 칼륨(주식회사키미카 제조), 한천(와코순약공업주식회사 제조) 또는 잔탄검(소아키산(등록상표) XG550, 엠알씨폴리삭카라이드주식회사 제조)과 로카스트빈검(소아로카스트(등록상표) A120, 엠알씨폴리삭카라이드주식회사 제조)의 혼합제를 사용하였다.
알긴산 나트륨 및 알긴산 칼륨을 사용하는 경우, 알긴산 나트륨 0.5% 수용액 또는 알긴산 칼륨 1% 수용액에 필러를 첨가하고, 믹서(SM-L57: 산요전기주식회사 제조)를 사용하여 3분간 교반하고, 얻어진 혼합액을, 다가 금속 이온 수용액인 5% 염화 칼슘 수용액에 적하하여 겔화물을 생성하였다. 생성한 겔화물을 액으로부터 회수하고, 세정한 후, 55℃로 설정한 건조기로 24시간 건조시켜 인공 토양 입자를 제작하였다.
한천, 및 잔탄검과 로카스트빈검의 혼합제를 사용하는 경우, 1% 한천 용액, 또는 0.5% 잔탄검과 0.5% 로카스트빈검의 혼합 용액에, 필러를 첨가하여 80℃ 이상으로 승온(昇溫)시켜 다당류를 용해한 후, 상온까지 냉각하여 겔화물을 생성하였다. 생성한 겔화물을 50℃로 설정한 건조기로 24시간 건조시켜, 그 덩어리를 분쇄하고, 체에 의해 분급하여 인공 토양 입자를 제작하였다.
<인공 토양 단립체의 제작>
하기의 표 1∼3에 기재되는 입경 분포를 가지는 인공 토양 입자를, 바인더에 의해 굳혀서 실시예 1∼23, 및 비교예 1∼6의 인공 토양 단립체를 제작하였다. 바인더에는, 코니시주식회사에서 제조한 아세트산 비닐 수지계 접착제 「본드(등록상표) 목공용」, 폴리에틸렌 혼합 에멀젼(세폴젼(등록상표) G315, 스미토모정화 식회사 제조), 한천(와코순약공업주식회사 제조), 아크릴 아미드(와코순약공업주식회사 제조), 우레탄 수지 에멀젼(하마나카주식회사에서 제조한 천·펠트용 그라프트 본드), 및 에틸셀룰로오스(닛신화성주식회사 제조)를 사용하였다. 상기 각 바인더를 사용한 경우의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 나타낸다. 표 1∼3에서는, 사용한 단립화용 바인더를 「＋」로 나타내고 있다.
바인더로서 아세트산 비닐 수지계 접착제를 사용하는 경우(실시예 1∼15, 및 21∼23, 및 비교예 1∼6)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 20% 아세트산 비닐 에멀젼 수용액 50 ml에 혼합하고, 80℃, 48시간으로 건조시켜 고화시켰다. 고화되어 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체에 의해 분급하여 인공 토양 단립체를 제작하였다.
바인더로서 폴리에틸렌 혼합 에멀젼을 사용하는 경우(실시예 16)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 20% 폴리에틸렌 혼합 에멀젼 용액 50 ml에 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 조립기(造粒機)에 도입하여 단립화하고, 100℃, 24시간으로 건조시켜 인공 토양 단립체를 제작하였다.
바인더로서 한천을 사용하는 경우(실시예 17)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자 100 ml를, 1% 한천(와코순약공업주식회사 제조)의 80℃ 용해액 50 ml에 혼합하고, 상온까지 냉각하여 겔화물을 생성하였다. 생성한 겔화물을 50℃로 설정한 건조기로 24시간 건조시켜, 그 덩어리를 분쇄하고, 분쇄한 것을 체에 의해 분급하여 인공 토양 단립체를 제작하였다.
바인더로서 아크릴아미드를 사용하는 경우(실시예 18)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 10% 아크릴아미드 용액 50 ml에 혼합하고, 80℃, 24시간으로 건조시켜 고화시켰다. 고화되어 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체에 의해 분급하여 인공 토양 단립체를 제작하였다.
바인더로서 우레탄 수지 에멀젼을 사용하는 경우(실시예 19)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 10% 우레탄 수지 에멀젼 용액 50 ml에 혼합하고, 80℃, 24시간으로 건조시켜 고화시켰다. 고화되어 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체에 의해 분급하여 인공 토양 단립체를 제작하였다.
바인더로서 에틸 셀룰로오스를 사용하는 경우(실시예 20)의 인공 토양 단립체의 제작 방법을 이하에 설명한다. 얻어진 인공 토양 입자를 물에 침지하여 포화함수 상태로 한 후, 1시간 방치하여 중력수를 흘러내리게 했다. 이 함수시킨 인공 토양 입자 100 ml를, 10% 에틸 셀룰로오스 용액 50 ml에 혼합하고, 80℃, 24시간으로 건조시켜 고화시켰다. 고화되어 블록형으로 된 인공 토양 입자의 덩어리를 유발로 분쇄하고, 분쇄한 것을 체에 의해 분급하여 인공 토양 단립체를 제작하였다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
<시험 내용>
(1) 인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체의 사이즈
인공 토양 입자 또는 인공 토양 단립체를 체에 의해 사전에 소정의 사이즈로 분급하고, 분급한 것에 대하여 화상 처리를 사용한 측정법으로 사이즈를 측정하고, 이것을 시료로서 사용하였다.
인공 토양 입자 및 인공 토양 단립체의 사이즈는, 전술한 「인공 토양 단립체」의 항목에서 설명한 광학 현미경 관찰 및 화상 처리법을 사용하여 측정하였다.
(2) 양이온 교환 용량
후지히라공업주식회사에서 제조한 범용 추출·여과 장치 「CEC-10 Ver.2」를 사용하여 인공 토양 입자의 추출액을 제작하고, 이것을 양이온 교환 용량 측정용 시료로 하였다. 그리고, 후지히라공업주식회사에서 제조한 토양·작물체 종합 분석 장치 「SFP-3」을 사용하여, 인공 토양 입자의 양이온 교환 용량(CEC)을 측정하였다.
(3) 음이온 교환 용량
인공 토양 입자 2 g에 0.05 M 질산 칼슘 용액 20 mL를 첨가하고, 1시간 교반했다. 용액을 실온에서 1분간 원심분리(10,000 rpm)하고, 상청(上淸)을 측정용 시료로 하였다. 측정용 시료에 대하여, 자외 가시 분광 광도계를 사용하여 파장 410 ㎚의 흡광도를 측정하고, 질산 칼슘 농도를 구하였다. 구한 질산 칼슘 농도와 블랭크(blank)의 질산 칼슘 농도의 차이로부터, 질산태 질소의 중량당의 흡착량을 산출하고, 이것을 비중으로 환산하여, 용적당의 음이온 교환 용량(AEC)으로 하였다.
(4) 이효수의 체적함수율
텐시오미터에 의해 각 시료의 pF값을 측정하고, pF값 1.7로부터 pF값 2.3으로 변화하는 이효수량을 계측하였다. pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율은, 「인공 토양 단립체의 보수성 및 통기성」의 항목에서 설명한 식(1)으로부터 구해진다.
(5) pF값 1.5에서의 기상율
시료인 인공 토양 단립체의 중량수를 흘러내리게 하고, pF미터(텐시오미터)에 의해 시료의 pF값이 1.5를 나타낸 것을 확인 후, 시료의 형상을 가능한 한 유지하면서 100 mL 시료용 원통에 채취하고, 다이키이화공업주식회사에서 제조한 디지털 실용적 측정 장치 「DIK-1150」에 세팅하여 측정한 값을 pF값 1.5에서의 기상율로 하였다.
(6) 래디시의 생육성
래디쉬의 씨를 상층 표면에 파종하여 상면 관수(1회/일)를 행하고, 래디시의 생육성을 평가했다. 래디시의 생육성은, 육안에 의해 관찰하고, 양호한 것을 ○, 불량인 것을 △, 발아하지 않은 것을 ×로 하였다.
<시험 결과>
표 1∼3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼23의 인공 토양 단립체는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율이 10∼40 %의 범위로 조정되고, 또한, pF 1.5에서의 기상율이 20∼80 %의 범위로 조정되어 있으므로, 래디시의 생육성은 양호했다. 이에 비해, 비교예 1∼6의 인공 토양 단립체는, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율 및 pF 1.5에서의 기상율 중 적어도 어느 하나가 상기 적정 범위로부터 벗어나 있으므로, 래디시의 생육성은 불량이 되고, 특히, 비교예 1은, 체적함수율 및 기상율의 범위가 어느 쪽도 상기 적정 범위로부터 벗어나 있으므로, 발아조차 되지 않았다. 또한, 본 발명의 인공 토양 단립체는, 연통공 및 1차 간극을 구비하고 있으므로, pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율 및 pF 1.5에서의 기상율을 상기 범위로 용이하게 조정할 수 있고, 또한 품질적으로도 안정적되어 있었다. 이와 같이, 본 발명의 인공 토양 단립체는, 체적함수율 및 기상율이 고차원으로 균형이 잡혀 있고, 식물 공장 등에서 이용 가능한 부가 가치가 높은 제품으로 될 수 있는 것이 나타내어졌다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명의 인공 토양 단립체, 및 인공 토양 배지는, 식물 공장 등에서 사용되는 인공 토양에 이용 가능하지만, 그 외의 용도로서, 시설 원예용 토양, 녹화용 토양, 성형 토양, 토양 개량제, 인테리어용 토양 등에도 이용 가능하다.
1: 인공 토양 단립체
2: 1차 간극
10: 인공 토양 입자
11: 세공
12: 필러
13: 연통공
2: 1차 간극
10: 인공 토양 입자
11: 세공
12: 필러
13: 연통공
Claims (8)
- 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더의 세공(細孔)을 가지는 필러(filler)가 복수 집합하여 이루어지고, 상기 필러의 사이에 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)이 형성된 인공 토양 입자를 단립화(團粒化)한 인공 토양 단립체(團粒體)로서,
pF 1.7∼2.3의 범위에서의 체적함수율(體積含水率)이 10∼40 %이며, 또한, pF 1.5에서의 기상율(氣相率)이 20∼80 %인, 인공 토양 단립체. - 제1항에 있어서,
상기 인공 토양 입자의 사이에, ㎛ 오더 내지 ㎜ 오더의 1차 간극(間隙)이 형성되어 있는, 인공 토양 단립체. - 제2항에 있어서,
상기 1차 간극의 사이즈는, 5∼100 ㎛인, 인공 토양 단립체. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
0.2∼10 ㎜의 사이즈를 가지는, 인공 토양 단립체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인공 토양 입자는, 5∼1000 ㎛의 입경(粒徑) 분포를 가지는, 인공 토양 단립체. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세공에 이온 교환능을 부여하고 있는, 인공 토양 단립체. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
보수성(保水性) 재료를 포함하는, 인공 토양 단립체. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 인공 토양 단립체를 사용한, 인공 토양 배지.
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Families Citing this family (10)
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| CN115703640B (zh) * | 2021-08-13 | 2024-06-14 | 同济大学 | 一种分子筛微球材料、制备方法及一种扬声器 |
| NL2030688B1 (en) * | 2022-01-25 | 2023-01-27 | Ministry Of Water Resources Ministry Of Transp National Energy Administration Nanjing Hydraulic Rese | An irrigation method for improving soil water holding capacity and reducing co2 emissions |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6295137A (ja) * | 1985-10-18 | 1987-05-01 | Nitto Electric Ind Co Ltd | 保水材 |
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| JP2001161159A (ja) * | 1999-12-07 | 2001-06-19 | Tetra Co Ltd | 緑化構造物及び構造物の緑化方法 |
| US6719488B2 (en) * | 1999-12-22 | 2004-04-13 | Ebara Corporation | Soil pf value measuring method, and irrigation control method and irrigation control device |
| JP2002080284A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-19 | Aisin Takaoka Ltd | 無機多孔質体 |
| JP2002335747A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-26 | Tetra Co Ltd | 緑化用植生基盤材、植生ユニット、及び、これらを用いた特殊空間の緑化方法 |
| JP4786089B2 (ja) * | 2001-09-21 | 2011-10-05 | 住友林業株式会社 | 養液栽培による植物栽培方法 |
| JP4892196B2 (ja) * | 2004-04-09 | 2012-03-07 | 株式会社大林組 | 緑化用土壌および緑化用土壌の製造方法ならびに緑化用土壌を用いた緑化方法 |
| US7739833B2 (en) * | 2006-02-10 | 2010-06-22 | Ramsey W Gene | Foamed vitroeous materials for agricultural applications |
| JP2008178387A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-08-07 | Katsuro Matsuda | 固形培地耕用の養液栽培装置及び養液栽培方法 |
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