KR20150094745A - 인공 토양 배지 - Google Patents

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KR20150094745A
KR20150094745A KR1020157018596A KR20157018596A KR20150094745A KR 20150094745 A KR20150094745 A KR 20150094745A KR 1020157018596 A KR1020157018596 A KR 1020157018596A KR 20157018596 A KR20157018596 A KR 20157018596A KR 20150094745 A KR20150094745 A KR 20150094745A
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노부요시 이시자카
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도요 고무 고교 가부시키가이샤
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Abstract

인공 토양 입자를 집합하여 이루어지는 인공 토양 배지(培地)에 있어서, 재배 대상의 식물의 성장 단계에 맞추어 적절한 종류의 양분을 방출하거나, 재배 대상의 식물에 따라 양분의 시비량(施肥量)을 고도로 콘트롤하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공한다. 양분을 방출 가능한 복수의 인공 토양 입자(50)를 포함하는 인공 토양 배지(100)로서, 복수의 인공 토양 입자(50)는, 식물의 재배 기간이 상이한 단계에서 각각의 양분을 방출하도록 설정된 복수 종류의 인공 토양 입자(50)로 구성되며, 상기 복수 종류의 인공 토양 입자(50)는, 외부 환경의 변화에 따라 양분을 방출하도록 설정되어 있다.

Description

인공 토양 배지{ARTIFICIAL SOIL MEDIUM}
본 발명은, 식물 공장 등에 있어서 이용 가능한 인공 토양 배지(培地)에 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 대해도 식물 공장에서의 재배를 시도하는 움직임이 있다.
근채류 등의 재배에는, 작물의 성장 단계에 맞추어, 양분의 종류 및 시비량(施肥量)을 바꿀 필요가 있고, 각각의 작물의 시비 시기에 맞추어, 밑거름, 뒷거름 등, 작물의 수확까지 수회로 나누어서 시비가 행해지고 있다. 이에, 식물 공장에서 근채류 등을 재배하기 위해 사용하는 인공 토양에는, 천연 토양과 동등한 기본 성능을 구비하고, 나아가서는, 시비 횟수 등을 저감시키는 등, 천연 토양에서는 실현이 곤란한 독자적인 기능이 요구되고 있다.
지금까지 개발된 인공 토양과 관련된 기술로서, 생분해성의 분체(粉體)를 포함하는 피막에 의해 비료 입자를 피복한 피복 입상(粒狀) 비료가 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1의 피복 입상 비료는, 토양 중에서 피막이 서서히 분해하므로, 양분의 용출 패턴을 조정할 수 있는 것으로 되어 있다.
또한, 테르펜 수지와 열 가요성(可撓性) 수지를 포함하는 피막으로 피복된 피복 입상 비료가 있었다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조). 특허 문헌 2의 피복 입상 비료는, 피막으로서 테르펜 수지 및 열 가요성 수지를 사용함으로써, 비료의 역학적 강도를 높이고, 또한 양분의 초기의 용출을 억제하고 있다.
또한, 온도에 의존하여 비료가 용출하는 2종류의 피복 입상 비료를 함유하는 비료 조성물이 있었다(예를 들면, 특허 문헌 3을 참조). 특허 문헌 3의 비료 조성물은, 온도 교차(較差)가 존재하는 재배 환경이라도, 양분을 적시·적량 공급할 수 있는 것으로 되어 있다.
일본공개특허 평6-144981호 공보 일본공개특허 평11-60369호 공보 일본공개특허 제2009-234811호 공보
인공 토양의 개발에 있어서는, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 달성하면서, 예를 들면, 재배 대상의 식물에 대하여 양분이나 수분을 적절하게 공급할 수 있는 콘트롤 기능이 요구된다. 특히, 양분 공급량의 콘트롤 기능은, 식물에 대한 시비의 횟수의 저감이나, 생산성이 높은 작물의 재배나, 식물의 종류에 따라 최적인 재배 스케줄을 실현하기 위해 중요하게 된다. 양분을 식물의 원하는 시기에 원하는 양만큼 인공 토양으로부터 외부에 방출하도록, 양분의 방출 특성을 콘트롤할 수 있으면, 천연 토양에는 없는 독자적인 기능을 가지는 부가 가치가 높은 인공 토양을 실현할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2의 인공 토양에 관한 기술은, 모두 비료 입상체(粒狀體) 단위로 설계를 행하고, 토양에 혼합하여 사용하는 것이었다. 미세한 비료 입상체 단위의 개량만으로, 대폭적인 기능 변경이나 개량을 실현하고, 양분의 방출 특성을 향상시키는 것은 곤란하다. 예를 들면, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2와 같이, 하나의 비료 입상체에 상이한 종류의 피막을 피복시킴으로써, 비료 입상체 단체(單體)로 양분 방출 특성에 정도에 차이를 둔다고 하더라도, 비료 입상체를 토양에 혼합한 경우, 비료 입상체의 특성이 평균화되므로, 비료 입상체 단체로서의 기능의 차이는 토양 전체에 나타나기 어려워지고, 설계대로의 기능이 발휘된다고는 할 수 없다.
또한, 특허 문헌 3에서는, 온도에 의존하여 비료가 용출하는 복수 종류의 비료 입상체를 조합하여 비료 조성물을 구성하고 있지만, 식물에 필요한 양분은, 식물의 종류나 성장 단계에 있어서 종류 및 시비량이 상이하므로, 항상 최적으로 양분 공급을 행하는 것은 어렵고, 개선의 여지가 크다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 인공 토양 입자를 집합하여 이루어지는 인공 토양 배지에 있어서, 재배 대상의 식물의 성장 단계에 맞추어 적절한 종류의 양분을 방출하거나, 재배 대상의 식물에 따라 양분의 시비량을 고도로 콘트롤하는 것이 가능하게 되는 기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 인공 토양 배지의 특징적 구성은,
양분을 방출 가능한 복수의 인공 토양 입자를 포함하는 인공 토양 배지로서,
상기 복수의 인공 토양 입자는, 식물의 재배 기간이 상이한 단계에서 각각의 양분을 방출하도록 설정된 복수 종류의 인공 토양 입자로 구성되어 있는 것에 있다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 식물의 재배 기간이 상이한 단계에서 각각의 양분을 방출하도록 설정된 복수 종류의 인공 토양 입자에 의해 인공 토양 배지를 구성하고 있으므로, 각종 인공 토양 입자의 양분의 방출 특성이 중첩되게 되어, 각각의 인공 토양 입자의 양분의 방출 특성이 상호 보완된다. 나아가서는, 혼합한 인공 토양 입자의 양분의 방출 특성의 차이에 의해 상이한 양분을 상이한 시기에 방출시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 식물의 재배 기간 전체에 걸쳐 상이한 양분을 최적인 시기에 최적인 양만큼 방출 가능한 인공 토양 배지를 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 구성의 인공 토양 배지는, 단일의 비료 입상체가 첨가되어 있는 인공 토양 배지와 비교하여, 식물의 성장 단계에 따라 필요한 종류의 양분 및 방출량을 제어할 수 있으므로, 시비의 빈도를 저감할 수 있다. 또한, 인공 토양 입자의 양분의 방출 특성을 변경함으로써, 인공 토양 입자로부터의 양분의 방출 시기나 양분의 방출량을 임의로 조정할 수 있으므로, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된(즉, 최적인 양분의 방출 스케줄이 설정된) 인공 토양 배지를 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 외부 환경의 변화에 따라 양분을 방출하도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 복수 종류의 인공 토양 입자는, 외부 환경의 변화에 따라, 양분을 방출하도록 설정되어 있으므로, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 공급하도록 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종은, 분해성을 가지는 수지로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종은, 분해성을 가지는 수지로 피복되어 있으므로, 외부 환경의 변화에 따라 수지가 분해하여, 인공 토양 입자로부터 양분이 방출된다. 따라서, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 분해성을 가지는 수지는, 수용성 수지, 생분해성 수지, 및 산분해성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 분해성을 가지는 수지는, 수용성 수지, 생분해성 수지, 및 산분해성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이므로, 외부 환경의 변화, 예를 들면, 인공 토양 배지에 공급하는 수분량, 미생물의 존재량, 식물의 뿌리로부터의 근산(根酸)의 분비량, 인산 등의 비료 성분의 농도 등에 따라 수지가 분해한다. 따라서, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 분해성을 가지는 수지는, 전분, 셀룰로오스, 펙틴, 젤라틴, 한천, 알긴산염, 카라기난(carrageenan), 잔탄검(xanthan gum), 로카스트빈검(locust bean gum), 타라검(tara gum), 사일리움시드검(psyllium seed gum), 덱스트린, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 아세트산 비닐, 폴리에틸렌이민, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 변성 전분, 및 산화 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 분해성을 가지는 수지는, 상기 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이므로, 외부 환경의 변화에 따라 확실하게 분해시킬 수 있다. 따라서, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 확실하게 공급할 수 있다. 또한, 상기 재료는, 분해 후에도 무해하므로, 환경 오염의 우려가 없다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 분해성을 가지는 수지를 사용하여 조립(造粒)된 것인 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 분해성을 가지는 수지를 사용하여 조립된 것이므로, 외부 환경의 변화에 따라 상이한 타이밍에서 수지가 분해하여, 각각의 인공 토양 입자로부터 양분이 방출된다. 따라서, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 확실하게 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 건조 조건 하에서 건조된 것인 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 건조 조건 하에서 건조된 것이므로, 건조 조건에 의해 인공 토양 입자의 강도가 상이한 것이 되고, 그 결과, 외부 환경의 변화에 따라 상이한 타이밍에서 각각의 인공 토양 입자가 붕괴하여, 양분이 방출된다. 따라서, 식물의 재배 환경에 따라 필요한 양분을 식물에 최적인 타이밍에서 최적인 양만큼 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종에 이온 교환능을 부여하고 있는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종에 이온 교환능을 부여함으로써, 인공 토양 입자에 식물의 육성에 필요한 양분을 담지(擔持)시킬 수 있다. 이 때문에, 천연 토양과 동등한 식물 육성력을 구비한 인공 토양 배지를 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 양이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 양이온 및 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 복수 종류의 인공 토양 입자는, 양이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 양이온 및 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자를 포함하므로, 인공 토양 입자에 식물의 육성에 필요한 양분을 각각의 인공 토양 입자에 담지시킬 수 있다. 이 때문에, 천연 토양과 동등 이상의 식물 육성력을 구비한 인공 토양 배지를 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 인공 토양 배지에 있어서,
상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 0.2∼10 ㎜의 입경(粒徑)을 가지는 것이 바람직하다.
본 구성의 인공 토양 배지에 의하면, 인공 토양 입자의 입경을 0.2∼10 ㎜로 설정함으로써, 특히 근채류의 재배에 적합한 취급이 용이한 인공 토양으로 할 수 있다.
도 1은, 복수 종류의 인공 토양 입자를 포함하는 본 발명의 인공 토양 배지의 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 인공 토양 배지를 구성하는 인공 토양 입자의 개념도이다.
도 3은, 제1 실시형태에 따른 인공 토양 배지의 설명도이다.
도 4는, 제2 실시형태에 따른 인공 토양 배지의 설명도이다.
도 5는, 제3 실시형태에 따른 인공 토양 배지의 설명도이다.
도 6은, 제4 실시형태에 따른 인공 토양 배지의 설명도이다.
도 7은, 제5 실시형태에 따른 인공 토양 배지의 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 인공 토양 배지에 관한 실시형태를 도 1∼도 7에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태나 도면에 기재되는 구성에 한정되는 것을 의도하지 않는다.
도 1은, 복수 종류의 인공 토양 입자(50)를 포함하는 본 발명의 인공 토양 배지(100)의 개념도이다. 여기서는, 복수 종류의 인공 토양 입자(50)로서 양분의 방출 특성이 상이한 2종의 인공 토양 입자로 구성된 인공 토양 배지(100)를 예시하고 있다. 인공 토양 입자(50)는, 양분을 담지시키기 위한 기부(基部)(10)를 구비하고, 기부(10)의 외표부(外表部)를 피복하는 피복층(20)의 유무에 의해 양분의 방출 특성을 바꾸고 있다. 기부(10)에 포함되어 있는 양분은, 외부 환경에 존재하는 식물(P)의 육성에 필요한 수분(알칼리수, 산성수 등도 포함함)에 용해하거나, 식물의 뿌리로부터 분비되는 근산에 용해하거나, 양분으로서 담지되어 있는 인산 등으로 용해하거나 하여, 기부(10)로부터 외부 환경에 방출된다. 여기서, 「외부 환경」이란, 인공 토양 입자(50)의 외측의 환경을 의도한다. 또한, 본 명세서에서는, 양분이 방출되는 상태를 「양분의 방출 특성」으로 규정한다. 도 1에 나타낸 인공 토양 입자(50)가 집합한 상태의 인공 토양 배지(100)에 있어서는, 인공 토양 입자(50)의 사이에 형성되는 공극(空隙)(S)이 외부 환경에 상당한다. 인공 토양 입자(50)는, 기부(10) 내에 담지되어 있는 양분의 상태, 및 기부(10)로부터 외부 환경으로의 양분의 방출 특성이 제어됨으로써, 재배 대상의 식물(P)로의 양분의 공급 시기나 공급량을 조정할 수 있다. 이하, 인공 토양 입자(50)에 대하여 상세하게 설명한다.
[제1 인공 토양 입자]
도 2는, 본 발명의 인공 토양 배지(100)를 구성하는 인공 토양 입자(50)의 개념도이며, 상이한 2개의 타입의 인공 토양 입자(50)를 예시한 것이다. 도 2의 (a)의 인공 토양 입자(50)는, 제1 타입의 인공 토양 입자(50)이며, 기부(10)는, 복수의 필러(filler)(1)가 집합하여 입상으로 구성된 다공질(多孔質) 구조를 구비하고 있다. 제1 인공 토양 입자(50)는, 기부(10) 내에 양분을 담지 가능하게 구성되어 있다. 기부(10) 내의 양분은, 외부 환경의 물 등에 용해하거나, 수소 이온 등과 이온 교환함으로써, 서서히 방출된다. 혹은, 기부(10)를 붕괴 가능하게 구성하고, 기부(10)의 붕괴에 수반하여 양분이 방출되도록 구성해도 된다. 예를 들면, 식물에 공급하는 수분이나, 식물의 성장에 수반하여 뿌리로부터 분비하는 근산이나, 기부(10)에 담지되어 있는 양분의 인산 등에 의해 기부(10)를 붕괴하도록 구성하거나, 인공 토양 배지(100) 내에 존재하는 미생물에 의해 분해하도록 구성한다.
기부(10) 중에 있어서, 복수의 필러(1)는, 이들이 서로 접촉하고 있는 것은 필수가 아니며, 입자 내에서 바인더 등을 개재하여 어느 정도의 범위 내의 상대적인 위치 관계를 유지하고 있으면, 복수의 필러(1)가 집합하여 입상으로 구성한 것으로 생각할 수 있다. 기부(10)를 구성하는 필러(1)는, 표면으로부터 내부에 걸쳐 다수의 세공(細孔)(2)을 가진다. 세공(2)은, 각종 형태를 포함한다. 예를 들면, 필러(1)가 제올라이트인 경우, 상기 제올라이트의 결정 구조 중에 존재하는 공극이 세공(2)이며, 필러(1)가 하이드로탈사이트인 경우, 상기 하이드로탈사이트의 층 구조 중에 존재하는 층간이 세공(2)이다. 즉, 본 발명에 있어서 「세공」이란, 필러(1)의 구조 중에 존재하는 공극부, 층간부, 공간부 등을 의도하고, 이들은 「구멍 형상」의 형태로 한정되는 것은 아니다. 그리고, 복수의 필러(1)의 사이에는, 수분이나 양분을 담지 가능한 서브 ㎛ 오더 내지 서브 ㎜ 오더의 연통공(連通孔)(3)이 형성되어 있다. 연통공(3)의 주위에는 세공(2)이 분산 배치되어 있다.
필러(1)의 세공(2)의 사이즈는, 서브 ㎚ 오더 내지 서브 ㎛ 오더가 된다. 예를 들면, 세공(2)의 사이즈는, 0.2∼800 ㎚ 정도로 설정 가능하지만, 필러(1)가 제올라이트인 경우, 상기 제올라이트의 결정 구조 중에 존재하는 공극의 사이즈(직경)는, 0.3∼1.3 ㎚ 정도이다. 필러(1)가 하이드로탈사이트인 경우, 상기 하이드로탈사이트의 층 구조 중에 존재하는 층간의 사이즈(거리)는, 0.3∼3.0 ㎚ 정도이다. 이 외에, 필러(1)로서 유기 다공질 재료를 사용할 수도 있으며, 그 경우의 세공 직경은, 0.1∼0.8 ㎛ 정도가 된다. 필러(1)의 세공(2)의 사이즈는, 측정 대상의 상태에 따라, 가스 흡착법, 수은 압입법(壓入法), 소각(小角) X선 산란법, 화상 처리법 등을 사용하고, 또는 이들 방법을 조합하여, 최적인 방법에 의해 측정된다.
그런데, 천연 토양은, 토양의 표면이 음이온으로 대전(帶電)되어 있으므로, 물에 용해하여 양이온이 되는 양분을 보지(保持)할 수 있다(즉, 보비성(保肥性)을 가진다). 그러나, 인공 토양은, 토양의 표면이 음이온으로 대전하고 있지 않으므로, 그 자체는 보비성을 가지고 있지 않다. 따라서, 인공 토양에 대하여 비료 등을 첨가해도, 양분을 보지할 수 없어 유실한다. 이에, 본 발명의 인공 토양 배지(100)에 있어서는, 인공 토양 입자(50)가 충분한 보비력을 가지도록, 필러(1)로서 이온 교환능이 부여된 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이온 교환능이 부여된 재료로서는, 양이온 교환능이 부여된 재료, 음이온 교환능이 부여된 재료, 또는 양자의 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 등에 의해 도입하고, 이것을 필러(1)로서 사용하는 것도 가능하다. 양이온 교환능이 부여된 재료로서, 양이온 교환성 광물, 부식(腐食), 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 비료 성분을 받아들이지 못하고, 받아들여진 비료 성분도 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 주골격으로서 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 비료 성분을 받아들이지 못하고, 받아들여진 비료 성분도 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.
필러(1)로서, 제올라이트나 하이드로탈사이트와 같은 무기 천연 광물을 사용하는 경우, 바인더를 사용하여 입상화(粒狀化)가 행해진다. 예를 들면, 필러(1)에 바인더나 용매 등을 가하여 혼합하고, 이 원료 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 조립법에 의하여, 입자형의 기부(10)를 형성한다. 또한, 필러(1)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 기부(10)로 만들 수도 있다. 기부(10)는, 필요에 따라 건조 및 분급(分級)이 행해져서, 인공 토양 입자(50)가 된다. 인공 토양 입자(50)의 바람직한 입경은, 0.2∼10 ㎜의 범위이다.
인공 토양 입자(50)를 제조하는데 있어서, 인공 토양 입자(50)의 기부(10)에 비료 성분을 도입하기 위하여, 조립을 행하는 원료 혼합물에 비료 성분이 첨가된다. 또한, 인공 토양 입자(50)의 기부(10)에 비료 성분을 도입하는 다른 방법으로서는, 이온 흡착능을 가지는 필러(1)로 인공 토양 입자(50)를 제작한 후, 인공 토양 입자(50)를 비료 성분의 용액에 침지하여, 비료 성분을 인공 토양 입자(50)의 기부(10)에 보지시키는 것도 가능하다. 즉, 기부(10)에 도입된 비료 성분은, 복수의 필러(1)의 사이에 형성되는 연통공(3)에 바인더의 고착력에 의해 보지된 상태가 되거나, 이온 흡착능이 있는 필러(1)에 이온으로서 흡착한 상태가 된다. 연통공(3) 및 필러(1)에 보지된 비료 성분은, 외부 환경에 존재하는 물이나 근산 등에 의해 일부의 비료 성분이 용해하거나, 필러(1)에 흡착되어 있는 비료 성분이 용출하거나 함으로써, 외부 환경에 방출되어 식물에 이용된다. 잉여의 비료 성분은, 연통공(3)의 주위에 분산 배치된 세공(2)에 보지된다. 따라서, 인공 토양 입자(50)로부터 외부 환경으로의 비료 성분의 유실은 최소한으로 그친다. 인공 토양 입자(50)의 기부(10)에 도입하는 비료 성분은, 3대 요소인 질소, 인, 칼륨의 각 성분 외에, 중량(中量) 요소인 마그네슘, 칼슘, 유황의 각 성분, 미량(微量) 요소인 철, 동, 아연, 망간, 몰리브덴, 붕소, 염소, 규산의 각 성분을 예로 들 수 있다. 비료 성분의 첨가량으로서는, 1 중량부의 필러(1)에 대하여, 0.01∼10 중량부로 하는 것이 바람직하다.
인공 토양 입자(50)의 제조에 있어서, 필러(1) 및 비료 성분에 바인더를 혼합하여 조립을 행할 때, 바인더의 종류 및 첨가량을 적절하게 설정하면, 완성한 인공 토양 입자(50)의 붕괴성을 제어할 수 있다. 예를 들면, 바인더에 수용성 수지나 산분해성 수지를 사용함으로써, 식물에 공급하는 물이나, 식물의 성장에 수반하여 뿌리로부터 분비되는 근산이나, 인공 토양 입자(50)에 담지되는 인산 등의 양분 등에 의해 수용성 수지나 산분해성 수지가 서서히 용해, 및 분해하여 인공 토양 입자(50)를 붕괴시킬 수 있다. 식물의 성장에 수반하여 분비되는 근산은, 시트르산을 주성분으로 하고 있으므로, 사용하는 수용성 수지는, 시트르산으로 분해, 및 용해하기 쉬운 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성한 인공 토양 입자(50)는, 식물이 생성한 시트르산으로 용이하게 붕괴하므로, 비료 성분을 식물의 성장에 맞추어 방출할 수 있다. 또한, 생분해성 수지의 바인더를 사용함으로써, 미생물 등의 작용에 의해 서서히 붕괴시킬 수 있다. 이들 바인더는, 그 첨가량을 증감시킴으로써, 인공 토양 입자(50)의 붕괴성을 제어할 수 있다. 또한, 이들 바인더를, 기부(10)의 내부 보강에 사용함으로써, 인공 토양 입자(50)의 붕괴성을 정밀하게 제어할 수도 있다.
바인더는, 유기 바인더 또는 무기 바인더 모두 사용 가능하다. 유기 바인더는, 예를 들면, 에틸 셀룰로오스 등의 변성 셀룰로오스계 바인더; 폴리올레핀계 바인더, 폴리비닐알코올계 바인더, 폴리우레탄계 바인더, 아세트산 비닐, 에틸렌아세트산 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, 젤란검(gellan gum), 알긴산 등의 다당류, 폴리아미노산, 아교 등의 단백질 등의 천연물계 바인더가 있다. 무기 바인더는, 예를 들면, 물유리(water glass) 등의 규산염 계 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.
기부(10)를 붕괴 가능하게 구성하기 위해 사용되는 바인더로서는, 수용성 수지, 생분해성 수지, 및 산분해성 수지를 예로 들 수 있다. 생분해성 수지로서는, 자연계에 있어서, 미생물이 관여하여 분해되는 것이면 된다. 생분해성 수지의 예로서, 박테리아 셀룰로오스로 대표되는 미생물 생산계 수지; 폴리아미노산, 폴리글루타민산, 폴리리신, 전분, 셀룰로오스, 키친·키토산, 카라기난, 알긴산염, 아라비아검, 펙틴, 로카스트빈검, 카제인, 글루텐, 콜라겐, 커들란, 풀루란, 덱스트란, 젤라틴, 리그닌, 잔탄검, 단백질, 다당, 핵산, 타라검, 구아검, 타마린드시드검, 사일리움시드검, 히알론산, 폴리하이드록시알카노에이트, 변성 전분 등의 천연 고분자계 수지; 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 변성 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 등의 화학 합성계 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
산분해성 수지로서는, 산으로 분해하는 것이면 되고, 특히, 근산 성분인 시트르산이나, 비료 성분인 인산으로 분해하는 것이 바람직하다. 산분해성 수지의 예로서, 알긴산염, 카라기난, 펙틴, 아라비아검, 카르복시메틸셀룰로오스염 등의 천연 고분자계 수지; 폴리아미드, 아세탈 수지, 염화 비닐리덴 수지 등의 합성 고분자계 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
수용성 수지로서는, 물, 산성수, 알칼리성수에 용해하는 것으로서, 각종 식물에 대하여 독성이 없는 것이면 되고, 상기한 생분해성 수지 및 산분해성 수지도 포함된다. 수용성 수지의 예로서, 전분 셀룰로오스, 펙틴, 한천, 알긴산염, 잔탄검, 로카스트빈검, 타라검, 사일리움시드검, 아라비아검, 트래거캔스검(tragacanth gum), 닥풀(Abelmoschus manihot), 곤약, 아교, 카제인, 젤라틴, 난백, 풀루란, 덱스트란 등의 천연 고분자계 수지; 가용성 전분, 카르복실 전분, 디알데히드 전분, 양이온 전분, 폴리에테르, 폴리말산, 덱스트린, 비스코스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복실메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 변성 전분, 산화 전분, 폴리락트산 등의 반합성 고분자계 수지; 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리아크릴아미드, 아크릴 수지, 아세트산 비닐계 수지, 요소 수지, 우레탄 수지, 폴리비닐아민, 폴리N-비닐피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 무수말레산, 폴리말레산 공중합체, 폴리에틸렌이민, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리비닐술폰산, 폴리비닐암모늄, 폴리스티렌, 폴리스티렌술폰산, 폴리메타크릴산, 폴리아민, 폴리이민, 폴리베타인, 폴리아미드 등의 합성 고분자계 수지; 폴리인산 소다 등의 무기 고분자계 수지 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 한천, 알긴산염, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 아세트산 비닐, 폴리알킬렌옥사이드이다. 이들 수지는, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
상기 수용성 수지로서, 산성수에 용해하는 것으로서는, 전분, 셀룰로오스, 펙틴, 젤라틴, 한천, 알긴산염, 카라기난, 잔탄검, 로카스트빈검, 타라검, 사일리움시드검, 덱스트린, 폴리아미드, 요소 수지, 우레탄 수지, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 변성 전분, 산화 전분 등이 바람직하고, 근산 성분인 시트르산에 용해하는 것이 특히 바람직하다.
필러(1)가 유기 다공질 재료인 경우, 기부(10)의 형성은, 바인더를 사용한 전술한 필러(1)의 입상화법과 마찬가지의 방법으로 행해도 되지만, 필러(1)를, 상기 필러(1)를 구성하는 유기 다공질 재료(고분자 재료 등)의 융점 이상의 온도로 가열하고, 복수의 필러(1)의 표면끼리를 열융착시켜 입상화함으로써, 기부(10)를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 바인더를 사용하지 않아도, 복수의 필러(1)가 집합한 입상물(粒狀物)을 얻을 수 있다. 그와 같은 유기 다공질 재료로서, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 등의 유기 고분자 재료를 발포시킨 유기 고분자 발포체, 상기 유기 고분자 재료의 분체를 가열 용융하여 연속 기포 구조를 형성한 유기 고분자 다공질체가 있다. 기부(10)로의 비료 성분의 도입법에 대해서는, 상기 비료 성분의 도입 방법과 마찬가지 방법으로 행할 수 있다.
기부(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 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 다가 금속 이온과의 겔화 반응, 카라기난, 한천, 잔탄검, 로카스트빈검, 타라검 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 불용하지만, 알긴산 나트륨은 수용성이다. 알긴산 나트륨 수용액을 다가 금속 이온(예를 들면, Ca 이온)의 수용액 중에 첨가하면, 알긴산 나트륨의 분자 사이에서 이온 가교가 일어나, 겔화가 진행한다. 본 실시형태의 경우, 겔화 반응은, 이하의 공정에 의해 행할 수 있다. 처음에, 알긴산염을 물에 용해시켜 알긴산염 수용액을 조제하고, 알긴산염 수용액에 필러(1)를 첨가하고, 이것을 충분히 교반하여, 알긴산염 수용액 중에 필러(1)가 분산한 혼합액을 형성한다. 다음으로, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하(滴下)하고, 혼합액에 포함되는 알긴산염을 입상으로 겔화시킨다. 그 후, 겔화한 입자를 회수하여 수세하고, 충분히 건조시킨다. 이로써, 알긴산염 및 다가 금속 이온으로 형성되는 알긴산염 겔화물 중에 필러(1)가 분산한 입상물로서의 기부(10)를 얻을 수 있다. 비료 성분의 도입은, 겔화 반응을 행하기 전에, 알긴산 수용액에 사전에 비료 성분을 혼합하여 두어도 되고, 기부(10)가 되는 겔화물을 생성한 후, 이것을 비료 성분의 용액에 침지(浸漬)하여 비료 성분을 기부(10)에 담지시켜도 된다.
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 넘으면, 알긴산염 수용액의 점도가 지나치게 커지기 때문에, 필러(1)를 첨가한 혼합액의 교반이나, 혼합액을 다가 금속 이온 수용액 중에 적하하는 것이 곤란하게 된다.
알긴산염 수용액을 적하하는 다가 금속 이온 수용액은, 알긴산염과 반응하여 겔화가 일어나는 2가 이상의 금속 이온 수용액이면 된다. 그와 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 넘으면, 금속염의 용해에 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 과잉의 재료를 사용하는 것이 되기 때문에, 경제적이지 않다.
알긴산염의 겔화 반응에 의해 생성한 인공 토양 입자(50)의 붕괴성은, 예를 들면, 건조 온도, 건조 방법, 알긴산염의 농도, 알긴산염의 점도, 다가 금속 이온수의 농도를 조정함으로써 제어할 수 있다. 예를 들면, 인공 토양 입자(50)의 붕괴성을 높이기 위하여, 인공 토양 입자(50)의 제조 조건을 하기와 같이 설정한다.
(1) 입상물의 건조 온도를 110∼150 ℃로 설정한다.
(2) 입상물을 건조시킬 때, 가열 건조에 대신하여 동결 건조를 사용한다.
(3) 입상물을 제작할 때, 알긴산염의 농도를 0.2 내지 1.0 중량% 이하로 설정한다.
(4) 입상물을 제작할 때, 알긴산염의 점도를 300 cps 이하로 설정한다.
(5) 입상물을 제작할 때, 다가 금속 이온 수용액의 농도를 4% 이하로 설정한다.
(6) 입상물을 제작할 때, 필러(1)에 마이크로 벌룬 등의 독포제(獨泡劑)를 사용하여, 기부(10) 내에 기포 구조를 형성한다.
(7) 입상물을 저농도 인산 용액(예를 들면, 2% 용액)에 소정 시간 침지한다.
[제2 인공 토양 입자]
도 2의 (b)의 인공 토양 입자(50)는, 제2 타입의 인공 토양 입자(50)이며, 기부(10)와, 양분의 방출 특성이 설정된 피복층(20)을 구비하고 있다. 제2 인공 토양 입자(50)의 기부(10)는, 도 2의 (a)의 제1 인공 토양 입자(50)의 기부(10)와 마찬가지의 재질 및 구조를 가진다. 따라서, 제2 인공 토양 입자(50)의 기부(10)에 대해서는, 상세한 설명은 생략한다.
기부(10)의 외표부에는, 피복층(20)이 형성된다. 피복층(20)은, 기부(10)에 담지되는 양분의 방출을 제어하기 위한 것이며, 예를 들면, 피복층(20)이 서서히 분해하여, 양분을 방출하도록 구성해도 되고, 피복층(20)에 양분이 통과 가능한 미세공을 형성하고, 양분이 서서히 방출하도록 구성해도 되고, 또한, 이들 구성을 조합해도 된다. 피복층(20)은, 예를 들면, 이하의 방법에 의해, 기부(10)의 외표부에 형성할 수 있다. 먼저, 입상화한 기부(10)를 용기로 옮기고, 기부(10)의 체적(점유 용적)의 절반 정도의 물을 가하고, 기부(10)에 물을 스며들게 한다. 다음으로, 물을 스며들게 한 기부(10)를, 기부(10)를 피복하기 위한 수지를 용해시킨 용액 또는 수지의 콜로이드 용액(수지 용액)에 넣고, 소정 시간 교반하여, 기부(10)의 표면에 균일하게 수지를 부착시킨다. 수지 용액에는, 안료, 향료, 살균제, 항균제, 소취제(消臭劑), 살충제 등의 첨가물을 혼합하여 두는 것도 가능하다. 그 후, 기부(10)의 외표부에 부착된 수지를 용융시키고, 기부(10)의 외표부 부근의 필러(1)에 수지를 융착시켜 피복층(20)을 형성한다. 이로써, 기부(10)의 외표부가 피복층(20)으로 피복된 제2 인공 토양 입자(50)가 완성된다. 이 방법에서는, 기부(10)에 수지 용액을 함침시키기 위해, 수지 용액 중의 수지의 종류 및 농도를 조정함으로써, 기부(10)의 외표부에 형성되는 피복층(20)의 특성을 변경할 수 있다. 이로써, 인공 토양 입자(50)의 양분의 방출 특성을 조정할 수 있다. 또한, 수지 용액의 농도, 및 수지를 용융시킬 때의 가열 온도를 조정함으로써, 피복층(20)에 형성하는 미세공의 구조를 제어하는 것이 가능하게 된다. 얻어진 인공 토양 입자(50)는, 필요에 따라, 건조 및 분급이 행해져서, 입경이 조정된다. 피복층(20)의 막 두께는, 10 ㎚∼1 ㎜로 설정되고, 바람직하게는 20 ㎚∼500 ㎛로 설정되고, 더욱 바람직하게는 30 ㎚∼200 ㎛로 설정된다.
피복층(20)에 사용 가능한 수지로서는, 기부(10)에 담지되어 있는 양분의 외부 환경으로의 방출을 제어할 수 있는 것이면 되고, 바람직하게는 생분해성 수지, 산분해성 수지, 및 수용성 수지이며, 제1 인공 토양 입자(50)에 사용한 바인더와 동일한 생분해성 수지, 산분해성 수지, 및 수용성 수지를 사용할 수 있다. 예를 들면, 수용성 수지로서, 폴리에틸렌글리콜, 아세트산 비닐계 수지, 폴리비닐알코올 등의 합성 고분자계 수지를 사용하는 경우, 관수, 근산, 및 양분의 인산 등에 의해 피복층(20)이 용해하도록, 수용성 수지의 농도를 조정한다. 또한, 수용성 수지로서, 전분, 알긴산염, 폴리락트산 등의 생분해성 수지를 사용하는 경우, 미생물 등의 작용에 의해 피복층(20)이 서서히 분해하도록, 수용성 수지의 조성을 조정한다. 수용성 수지로 구성된 피복층(20)을 원하는 시기에 분해시킴으로써, 인공 토양 입자(50)에 담지되어 있는 양분을, 재배 대상의 식물이 필요한 시기에 필요한 양만큼 방출시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 인공 토양 배지(100)를 구성하는 복수 종류의 인공 토양 입자(50)는, 양분의 방출 특성이 각각 상이하도록 설정되어 있다. 인공 토양 입자(50)는, 기부(10) 및 피복층(20)에 상이한 분해 특성을 가지는 수지(상기한 수용성 수지, 생분해성 수지, 및 산분해성 수지)를 사용함으로써, 양분의 방출 특성을 각각 상이하도록 설정하는 것이 가능하게 된다. 도 2의 (a)에 나타낸 피복층을 가지지 않는 제1 인공 토양 입자(50)는, 식물의 초기 생육 기간(육묘기∼성장기 초기)에 양분을 방출(초기 방출)한다. 또한, 도 2의 (b)에 나타낸 피복층(20)을 구비하는 제2 인공 토양 입자(50)는, 예를 들면, 수용성이 높은 수지(고수용성 수지)를 사용하여 피복층(20)을 형성하는 경우, 피복층(20)이 식물의 성장기 초기에 분해가 시작되기 때문에 식물의 중기 생육 기간(성장기 초기∼성숙기 초기)에 양분을 방출하고, 수용성이 낮은 수지(저수용성 수지)를 사용하여 피복층(20)을 형성하는 경우, 피복층(20)이 식물의 성장기 후기에 분해가 시작되기 때문에 식물의 후기 생육 기간(성장기 후기∼성숙기)에 양분을 방출(후기 방출)한다. 양분의 방출 특성은, 인공 토양 입자(50)의 붕괴성과 밀접하게 관련된다. 이에, 인공 토양 입자(50)의 붕괴성에 대하여, 이하의 제1 실시형태∼제5 실시형태를 예시하면서 설명한다. 그리고, 본 명세서에서는, 식물의 초기 생육 기간에 붕괴하는 인공 토양 입자(50)를 이붕괴성(易崩壞性)으로 하고, 식물의 후기 생육 기간에 붕괴하는 인공 토양 입자(50)를 난붕괴성(難崩壞性)으로 규정한다.
[제1 실시형태]
도 3은, 본 발명에 따른 실시형태이며, 제1 실시형태의 인공 토양 배지(100)의 설명도이다. (a) 및 (b)는, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 인공 토양 입자(50a, 50b)에 의해 구성되는 인공 토양 배지(100)의 개략도와, 각각의 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 인공 토양 입자(50a, 50b)의 각각의 기부(10)의 구성은, 도 2의 (a)에 나타낸 것이므로, 도 3에서는 생략하고 있다. (c)는, (a) 및 (b)의 인공 토양 입자(50a, 50b)를 혼합했을 때의 대상 식물의 재배의 경과에 수반하는 인공 토양 배지(100)의 천이도와, 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 그래프의 세로축은 양분의 방출량을, 가로축은 대상으로 하는 식물의 재배 기간을 나타내고 있다. 본 실시형태의 인공 토양 입자(50)는, 피복층을 가지지 않는 제1 인공 토양 입자와 피복층(20)을 가지는 제2 인공 토양 입자를 각각 사용하고, 기부(10) 내에 각각 상이한 이온 교환능이 부여된 필러(1)를 사용하고 있다.
인공 토양 입자(50a)는, 기부(10)의 필러(1)에 제올라이트 및 하이드로탈사이트를 사용하여 K＋ 및 NO3 -를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고 있다. 인공 토양 입자(50a)는, 기부(10)가 피복층으로 피복되어 있지 않으므로, 도 3의 (a)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기부(10) 내에 담지하고 있는 양분(K＋ 및 NO3 -)을, 식물의 초기 생육 기간에 방출한다(초기 방출). 인공 토양 입자(50a)는, 식물의 초기 생육 기간에 많은 양분을 방출하지만, 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 나머지 양분을 식물의 성장기 후기까지 서서히 방출한다. 또한, 인공 토양 입자(50a)의 필러(1)에는, 제올라이트 및 하이드로탈사이트가 사용되고 있으므로, 외부로부터 칼륨이나 질산태 질소 등의 양분을 첨가한 경우, 이온 교환능을 가지는 필러(1)에 양분을 이온 흡착시키거나 하여, 세공(2)에 보지할 수 있다. 천연 토양의 경우, 음이온 교환능을 가지지 않기 때문에, 질산태 질소는, 통상, 관수 등에 의해 유실하지만, 본 실시형태의 인공 토양 배지(100)는, 질산태 질소도 보지 가능하다.
인공 토양 입자(50b)는, 기부(10)의 필러(1)에 하이드로탈사이트를 사용하여 PO4 3-를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 저수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50b)는, 기부(10)가 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)의 분해에 시간을 요하며, 도 3의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 후기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(PO4 3-)을 식물의 후기 생육 기간에 외부 환경에 방출한다(후기 방출). 인공 토양 입자(50b)는, 피복막(20)이 분해하여도 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 서서히 양분을 방출한다.
(c)는, 상기 인공 토양 입자(50)를 혼합한 인공 토양 배지(100)를 나타내고 있다. 인공 토양 입자(50a)와, 인공 토양 입자(50b)를 혼합한 것은, 도 3의 (c)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출하여, 식물의 성장을 촉진하고, 식물의 후기 생육 기간에 인산을 방출하여, 식물의 성장을 증진시킨다. 그리고, 인공 토양 입자(50a)와, 인공 토양 입자(50b)와의 혼합 비율을 적절하게 조정하면, 재배 대상의 식물에 최적인 양분의 방출량을 조정할 수 있다. 따라서, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된 인공 토양 배지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다.
[제2 실시형태]
도 4는, 본 발명에 따른 실시형태이며, 제2 실시형태의 인공 토양 배지(100)의 설명도이다. (a)∼(c)는, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 인공 토양 입자(50c, 50d, 50e)에 의해 구성되는 인공 토양 배지(100)의 개략도와, 각각의 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 인공 토양 입자(50c, 50d, 50e)의 각각의 기부(10)의 구성은, 도 2의 (a)에 나타낸 것이므로, 도 4에서는 생략하고 있다. (d)는, (a)∼(c)의 인공 토양 입자(50c, 50d, 50e)를 혼합했을 때의 대상 식물의 재배의 경과에 수반하는 인공 토양 배지(100)의 천이도와, 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 그래프의 세로축은 양분의 방출량을, 가로축은 대상으로 하는 식물의 재배 기간을 나타내고 있다. 본 실시형태의 인공 토양 입자(50)는, 피복층을 가지지 않는 제1 인공 토양 입자(50)만을 사용하고, 인공 토양 입자(50c, 50d, 50e)는, 기부(10) 내에 각각 상이한 이온 교환능이 부여된 필러(1)를 사용하고 있다.
인공 토양 입자(50c)는, 기부(10)의 필러(1)에 제올라이트 및 하이드로탈사이트를 사용하여 K＋ 및 NO3 -를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고 있다. 인공 토양 입자(50c)는, 기부(10)가 피복층으로 피복되어 있지 않으므로, 도 4의 (a)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기부(10) 내에 담지하고 있는 양분(K＋ 및 NO3 -)의 초기 방출을 개시한다. 인공 토양 입자(50c)는, 식물의 초기 생육 기간에 많은 양분을 방출하지만, 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 나머지 양분을 식물의 성장기 후기까지 서서히 방출한다. 또한, 인공 토양 입자(50c)의 필러(1)에는, 제올라이트 및 하이드로탈사이트가 사용되고 있으므로, 외부로부터 칼륨이나 질산태 질소 등의 양분을 첨가한 경우, 이온 교환능을 가지는 필러(1)에 양분을 이온 흡착시키거나 하여, 세공(2)에 보지하는 것이 가능하다. 천연 토양의 경우, 음이온 교환능을 가지지 않기 때문에, 질산태 질소는, 통상, 관수 등에 의해 유실하지만, 본 실시형태의 인공 토양 배지(100)는, 질산태 질소도 보지 가능하다.
인공 토양 입자(50d)는, 기부(10)의 필러(1)에 제올라이트를 사용하여 Ca2 ＋를 담지시키고, 또한 바인더에 고수용성 수지를 사용하여 조립하거나, 농도를 조정한 고분자 겔화제를 사용하여 겔화하는 것 등에 의해 기부(10)를 이붕괴성으로 구성하고 있다. 인공 토양 입자(50d)는, 도 4의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기부(10)가 피복층으로 피복되어 있지 않으므로, 양분(Ca2 ＋)의 초기 방출을 개시하고, 나아가서는 기부(10)가 이붕괴성이므로, 식물의 성장기 초기에 인공 토양 입자(50d)가 붕괴하고, 나머지 양분을 식물의 성장기에 외부 환경에 방출한다.
인공 토양 입자(50e)는, 기부(10)의 필러(1)에 하이드로탈사이트를 사용하여 PO4 3-를 담지시키고, 또한 바인더에 저수용성 수지를 사용하여 조립하거나, 농도를 조정한 고분자 겔화제를 사용하여 겔화하는 것 등에 의해 기부(10)를 난붕괴성으로 구성하고 있다. 인공 토양 입자(50e)는, 도 4의 (c)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기부(10)가 피복층으로 피복되어 있지 않으므로, 양분(PO4 3-)의 초기 방출을 개시하고, 나아가서는 기부(10)가 난붕괴성이므로, 식물의 성장기 후기에 인공 토양 입자(50e)가 붕괴하고, 나머지 양분을 식물의 성숙기에 외부 환경에 방출한다.
(d)는, 상기 인공 토양 입자(50)를 혼합한 인공 토양 배지(100)를 나타내고 있다. 인공 토양 입자(50c)와, 인공 토양 입자(50d)와, 인공 토양 입자(50e)를 혼합한 것은, 도 4의 (d)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소, 칼륨, 칼슘, 인산을 방출하여, 식물의 성장을 촉진한다. 또한, 식물의 성장기에 칼슘의 방출량을 증가시키고, 나아가서는, 식물의 성숙기에 인산의 방출량을 증가시킴으로써, 식물의 성장을 증진시킨다. 그리고, 인공 토양 입자(50c)와, 인공 토양 입자(50d)와, 인공 토양 입자(50e)와의 혼합 비율을 적절하게 조정하면, 재배 대상의 식물에 최적인 양분의 방출량을 조정할 수 있다. 따라서, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된 인공 토양 배지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 인공 토양 입자(50d 및 50e)는, 수용성 수지를 혼합하여 조립한 것이므로, 식물로의 관수량을 변경함으로써, 기부(10)의 붕괴 시기를 조정하는 것이 가능하게 된다.
[제3 실시형태]
도 5는, 본 발명에 따른 실시형태이며, 제3 실시형태의 인공 토양 배지(100)의 설명도이다. (a) 및 (b)는, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 인공 토양 입자(50f, 50g)에 의해 구성되는 인공 토양 배지(100)의 개략도와, 각각의 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 인공 토양 입자(50f, 50g)의 각각의 기부(10)의 구성은, 도 2의 (a)에 나타낸 것이므로, 도 5에서는 생략하고 있다. (c)는, (a) 및 (b)의 인공 토양 입자(50f, 50g)를 혼합했을 때의 대상 식물의 재배의 경과에 수반하는 인공 토양 배지(100)의 천이도와, 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 그래프의 세로축은 양분의 방출량을, 가로축은 대상으로 하는 식물의 재배 기간을 나타내고 있다. 본 실시형태의 인공 토양 입자(50)는, 피복층(20)을 가지는 제2 인공 토양 입자(50)만을 사용하고, 인공 토양 입자(50f, 50g)는, 기부(10) 내에 각각 상이한 이온 교환능이 부여된 필러(1)를 사용하고, 각각 상이한 성질의 수용성 수지로 피복되어 피복층(20)이 형성되어 있다.
인공 토양 입자(50f)는, 기부(10)의 필러(1)에 하이드로탈사이트를 사용하여 NO3 -를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 저수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50f)는, 기부(10)가 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)의 분해에 시간을 요하며, 도 5의 (a)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 후기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(NO3 -)의 후기 방출이 개시한다. 인공 토양 입자(50f)는, 피복막(20)이 분해하여도 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 서서히 양분을 방출한다. 또한, 인공 토양 입자(50f)의 필러(1)에는, 하이드로탈사이트가 사용되고 있으므로, 외부로부터 질산태 질소 등의 양분을 첨가한 경우, 이온 교환능을 가지는 필러(1)에 양분을 이온 흡착시키거나 하여, 세공(2)에 보지하는 것이 가능하다.
인공 토양 입자(50g)는, 기부(10)의 필러(1)에 제올라이트를 사용하여 K＋를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 고수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50g)는, 기부(10)가 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)이 관수나 근산 등에 의해 용이하게 분해하므로, 도 5의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 초기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(K＋)을, 식물의 중기 생육 기간에 방출한다(중기 방출). 인공 토양 입자(50g)는, 피복막(20)이 분해하여도 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 서서히 양분을 방출한다. 또한, 인공 토양 입자(50g)의 필러(1)에는, 제올라이트가 사용되고 있으므로, 외부로부터 칼륨 등의 양분을 첨가한 경우, 이온 교환능을 가지는 필러(1)에 양분을 이온 흡착시키거나 하여, 세공(2)에 보지하는 것이 가능하다.
(c)는, 상기 인공 토양 입자(50)를 혼합한 인공 토양 배지(100)를 나타내고 있다. 인공 토양 입자(50f)와, 인공 토양 입자(50g)를 혼합한 것은, 도 5의 (c)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 중기 생육 기간에 칼륨을 방출하고, 식물의 후기 생육 기간에 질산태 질소를 방출한다. 그리고, 인공 토양 입자(50f)와, 인공 토양 입자(50g)와의 혼합 비율을 적절하게 조정하면, 재배 대상의 식물에 최적인 양분의 방출량을 조정할 수 있다. 따라서, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된 인공 토양 배지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다. 본 실시형태에서는, 피복층(20)의 분해 속도를 변경함으로써, 인공 토양 입자(50)의 양분의 방출 특성을 조정하고 있지만, 피복층(20)에 양분이 통과할 수 있는 미세공을 형성하고, 이 미세공의 사이즈 및 구멍수의 설정에 의해, 양분의 방출 특성을 조정해도 된다.
[제4 실시형태]
도 6은, 본 발명에 따른 실시형태이며, 제4 실시형태의 인공 토양 배지(100)의 설명도이다. (a) 및 (b)은, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 인공 토양 입자(50h, 50i)에 의해 구성되는 인공 토양 배지(100)의 개략도와, 각각의 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 인공 토양 입자(50h, 50i)의 각각의 기부(10)의 구성은, 도 2의 (a)에 나타낸 것이므로, 도 6에서는 생략하고 있다. (c)는, (a) 및 (b)의 인공 토양 입자(50h, 50i)를 혼합했을 때의 대상 식물의 재배의 경과에 수반하는 인공 토양 배지(100)의 천이도와, 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 그래프의 세로축은 양분의 방출량을, 가로축은 대상으로 하는 식물의 재배 기간을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 인공 토양 입자(50h) 및 인공 토양 입자(50i)는, 피복층(20)을 가지는 제2 인공 토양 입자와 피복층을 가지지 않는 제1 인공 토양 입자를 각각 사용하고, 기부(10) 내에 각각 상이한 이온 교환능이 부여된 필러(1)를 사용하고 있다.
인공 토양 입자(50h)는, 기부(10)의 필러(1)에 제올라이트 및 하이드로탈사이트를 사용하여 K＋ 및 NO3 -를 담지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 고수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50h)는, 기부(10)가 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)이 관수나 근산 등에 의해 용이하게 분해하므로, 도 6의 (a)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 초기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(K＋ 및 NO3 -)의 중기 방출이 개시한다. 인공 토양 입자(50h)는, 피복막(20)이 분해하여도 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 서서히 양분을 방출한다. 또한, 인공 토양 입자(50h)의 필러(1)에는, 제올라이트 및 하이드로탈사이트가 사용되고 있으므로, 외부로부터 칼륨이나 질산태 질소 등의 양분을 첨가한 경우, 이온 교환능을 가지는 필러(1)에 양분을 이온 흡착시키거나 하여, 세공(2)에 보지하는 것이 가능하다.
인공 토양 입자(50i)는, 기부(10)의 필러(1)에 하이드로탈사이트를 사용하여 PO4 3-를 담지시키고, 또한 바인더에 저수용성 수지를 사용하여 조립하거나, 농도를 조정한 고분자 겔화제를 사용하여 겔화하는 것 등에 의해 기부(10)를 난붕괴성으로 구성하고 있다. 인공 토양 입자(50i)는, 도 6의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 기부(10)가 피복층으로 피복되어 있지 않으므로, 양분(PO4 3-)의 초기 방출을 개시하고, 또한 기부(10)가 난붕괴성이므로, 식물의 성장기 후기에 인공 토양 입자(50i)가 붕괴하고, 나머지 양분을 식물의 성숙기에 외부 환경에 방출한다.
(c)는, 상기 인공 토양 입자(50)를 혼합한 인공 토양 배지(100)를 나타내고 있다. 인공 토양 입자(50h)와, 인공 토양 입자(50i)를 혼합한 것은, 도 6의 (c)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 초기 생육 기간에 인산을 방출하여, 식물의 성장을 촉진한다. 또한, 식물의 중기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨의 방출을 개시하고, 식물의 성숙기에 인산의 방출량을 증가시켜, 식물의 성장을 증진시킨다. 그리고, 인공 토양 입자(50h)와, 인공 토양 입자(50i)와의 혼합 비율을 적절하게 조정하면, 재배 대상의 식물에 최적인 양분의 방출량을 조정할 수 있다. 따라서, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된 인공 토양 배지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다.
[제5 실시형태]
도 7은, 본 발명에 따른 실시형태이며, 제5 실시형태의 인공 토양 배지(100)의 설명도이다. (a) 및 (b)는, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 인공 토양 입자(50j, 50k)에 의해 구성되는 인공 토양 배지(100)의 개략도와, 각각의 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 인공 토양 입자(50j, 50k)의 각각의 기부(10)의 구성은, 도 2의 (a)에 나타낸 것이므로, 도 7에서는 생략하고 있다. (c)는, (a) 및 (b)의 인공 토양 입자(50j, 50k)를 혼합했을 때의 대상 식물의 재배의 경과에 수반하는 인공 토양 배지(100)의 천이도와, 인공 토양 배지(100)의 양분의 방출 특성을 그래프로 나타낸 것이다. 그래프의 세로축은 양분의 방출량을, 가로축은 대상으로 하는 식물의 재배 기간을 나타내고 있다. 본 실시형태의 인공 토양 입자(50)는, 피복층(20)을 가지는 제2 인공 토양 입자(50)만을 사용하고, 인공 토양 입자(50j, 50k)는, 기부(10) 내에 이온 교환능이 부여되어 있지 않은 필러(1)를 사용하고, 각각 상이한 성질의 수용성 수지로 피복되어 피복층(20)이 형성되어 있다.
인공 토양 입자(50j)는, 기부(10)의 필러(1)에 카올린 클레이를 사용하여 KNO3의 양분을 보지시키고, 또한 바인더에 저수용성 수지를 사용하여 조립하거나, 농도를 조정한 고분자 겔화제를 사용하여 겔화하는 것 등에 의해 기부(10)를 난붕괴성으로 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 고수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50j)는, 기부(10)가 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)이 관수나 근산 등에 의해 용이하게 분해하므로, 도 7의 (a)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 초기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(K＋, NO3 -)의 중기 방출을 개시하고, 또한 기부(10)가 난붕괴성이므로, 식물의 성장기 후기에 인공 토양 입자(50j)가 붕괴하고, 나머지 양분을 식물의 성숙기에 외부 환경에 방출한다.
인공 토양 입자(50k)는, 기부(10)의 필러(1)에 카올린 클레이를 사용하여 (NH4)3PO4의 양분을 보지시키고, 또한 물에 용해하지 않는 합성 수지계 바인더를 사용하여 조립하거나, 고분자 겔화제를 사용하여 겔화함으로써 기부(10)를 붕괴하지 않도록 구성하고, 나아가서는 기부(10)를 저수용성 수지로 피복하여 피복층(20)을 형성하고 있다. 인공 토양 입자(50k)는, 기부(10)가 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 피복층(20)의 분해에 시간을 요하며, 도 7의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 성장기 후기에 피복층(20)의 분해가 시작되고, 양분(NH4 ＋, PO4 3-)의 후기 방출이 개시한다. 인공 토양 입자(50k)는, 피복막(20)이 분해하여도 기부(10)가 붕괴하지 않기 때문에, 서서히 양분을 방출한다. 인공 토양 입자(50j) 및 인공 토양 입자(50k)는, 필러(1)에 이온 교환능을 가지고 있지 않은 카올린 클레이를 사용하고 있으므로, 도 7의 (b)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 이온 교환능을 가지는 필러(1)를 사용한 경우와 비교하면, 양분의 방출 속도가 빨라진다.
(c)는, 상기 인공 토양 입자(50)를 혼합한 인공 토양 배지(100)를 나타내고 있다. 인공 토양 입자(50j)와, 인공 토양 입자(50k)를 혼합한 것은, 도 7의 (c)의 그래프에 나타낸 바와 같이, 식물의 중기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출하여 식물의 생장을 촉진하고, 식물의 후기 생육 기간에 암모니아태 질소 및 인산을 방출하여, 식물의 성장을 증진시킨다. 그리고, 인공 토양 입자(50j)와, 인공 토양 입자(50k)와의 혼합 비율을 적절하게 조정하면, 재배 대상의 식물에 최적인 양분의 방출량을 조정할 수 있다. 따라서, 재배 대상의 식물에 따라 적절한 양분의 공급 시기 및 양분의 공급량이 고도로 제어된 인공 토양 배지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다. 본 실시형태의 인공 토양 입자(50)는, 필러(1)에 이온 교환능을 부여한 재료를 사용하고 있지 않으므로, 피복층(20)이 분해한 후, 양분의 방출량을 한번에 증가시켜, 그 방출 기간을 짧게 설정할 수 있다.
실시예
본 발명의 인공 토양 배지에 대하여, 상이한 양분 방출 특성을 가지는 복수의 인공 토양 입자로 구성된 인공 토양 배지를 평가하는 시험을 실시하였다. 시험 결과를 이하에 설명한다.
<인공 토양 입자의 제작>
(1) 입상물(인공 토양 입자의 기부)의 제작(실시예 1∼13, 비교예)
하기의 표 1∼3에 기재된 배합(중량부)에 따라, 필러로서의 양이온 교환성 광물인 제올라이트, 음이온 교환성 광물인 하이드로탈사이트, 또는 비이온 교환성 광물인 카올린 클레이를 알긴산 나트륨 0.5% 수용액에 첨가하고, 믹서(SM-L57: 산요전기 주식회사 제조)를 사용하여 3분간 교반하여, 혼합액을 제작하였다. 얻어진 혼합액을, 다가 금속 이온 수용액인 5% 염화 칼슘 수용액에 적하하여 겔화물을 생성하였다. 생성한 겔화물을 용액으로부터 회수하고, 세정한 후, 55℃의 건조기 중에서 24시간 건조시켜, 실시예 1∼13의 입상물(인공 토양 입자의 기부), 및 비교예의 인공 토양 입자를 제작하였다. 이 중, 실시예 12는, 상기 겔화물을 세정한 후, 150℃의 건조기 중에서 24시간 건조시킨 것을 그대로 인공 토양 입자로 하였다. 실시예 13은, 상기 겔화물을 세정한 후, 동결 건조에 의해 건조시킨 것을 그대로 인공 토양 입자로 하였다. 실시예 12 및 실시예 13은 건조 방법이 상이한 것이지만, 각각의 건조를 행함으로써, 인공 토양 입자의 기부는 이붕괴성이 되었다. 양분의 인공 토양 입자로의 도입은, 필러에 양이온 교환성 광물의 제올라이트 또는 음이온 교환성 광물의 하이드로탈사이트를 사용하는 경우, 인공 토양 입자를 각각의 비료 성분의 용액에 침지하여, 비료 성분을 필러에 담지시켰다. 필러에 비이온 교환성 광물인 카올린 클레이를 사용하는 경우에는, 비료 성분을 알긴산 나트륨 수용액에 첨가하여 인공 토양 입자를 제작하고, 인공 토양 입자 내에 보지시켰다.
(2) 피복층의 형성(실시예 1∼11)
표 1∼3에 기재된 배합(중량부)에 따라, 입상물의 외표부에 피복층을 형성하였다. 이하에, 각각의 실시예에서의 피복층의 형성 방법을 설명한다.
실시예 1: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리알킬렌옥사이드(스미토모 세카 주식회사 제조, 아쿠아코크(등록상표))의 20% 에탄올 용해액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리알킬렌옥사이드로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 2: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜(와코순약 공업 주식회사 제조, 분자량: 2000)의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 3: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리비닐알코올(전기화학 공업 주식회사 제조, 덴카포발(등록상표) K-05)의 40% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리비닐알코올로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 4: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 아세트산 비닐(카와구치 주식회사 제조, 천용 수예 본드)의 20% 에멀젼 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 아세트산 비닐로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 5: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 한천(와코순약 공업 주식회사 제조)의 80℃, 1% 용해액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 한천으로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 6: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 알긴산 나트륨(와코순약 공업 주식회사 제조)의 1% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 5% 염화 칼슘 수용액에 침지하여 겔화시키고, 55℃에서 24시간 건조시켜 알긴산으로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 7: 피복층을 형성하기 위한 수지로서 고글루론산알긴산(주식회사 키미카사 제조, 키미카알긴 I-3G)의 2% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 5% 염화 칼슘 수용액에 침지하여 겔화시키고, 55℃에서 24시간 건조시켜 고글루론산알긴산으로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 8: (1) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: Ca2 ＋)를 제작하였다. (2) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리비닐알코올의 40% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리비닐알코올로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 9: (1) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: K＋)를 제작하였다. (2) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리비닐알코올의 40% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리비닐알코올로 피복한 인공 토양 입자(양분: NO3 -)를 제작하였다.
실시예 10: (1) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: K＋)를 제작하였다. (2) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: NO3 -)를 제작하였다. (3) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리비닐알코올의 40% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리비닐알코올로 피복한 인공 토양 입자(양분: PO4 3-)를 제작하였다.
실시예 11: (1) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리에틸렌글리콜의 20% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리에틸렌글리콜로 피복한 인공 토양 입자(양분: K＋, NO3 -)를 제작하였다. (2) 피복층을 형성하기 위한 수지로서 폴리비닐알코올의 40% 수용액에 입상물을 상온에서 1시간 함침시킨 후, 80℃에서 24시간 건조시켜 폴리비닐알코올로 피복한 인공 토양 입자(양분: NH4 ＋, PO4 3-)를 제작하였다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
[표 3]
Figure pct00003
표 1∼3의 실시예1∼13 및 비교예의 결과를 이하에 나타낸다.
(1) 실시예 1, 실시예 3, 및 실시예 4
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 후기에 피복층이 분해하고, 식물의 후기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(2) 실시예 2
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지하고 있는 인공 토양 입자는 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(3) 실시예 5
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지하고 있는 인공 토양 입자는 생분해성 수지로 피복되어 있으므로, 미생물에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(4) 실시예 6
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 산분해성 수지(인산분해성 수지)로 피복되어 있으므로, 담지하고 있는 인산에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(5) 실시예 7
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층의 고글루론산알긴산이 인산 용해 특성을 가지고 있으므로, 담지하고 있는 인산에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(6) 실시예 8
질산태 질소 및 칼륨을 탐지한 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 칼슘을 담지시킨 인공 토양 입자는 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 칼슘을 방출했다. 또한 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 후기에 피복층이 분해하고, 식물의 후기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(7) 실시예 9
칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 칼륨을 방출했다. 또한, 질산태 질소를 담지시킨 인공 토양 입자는 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 후기에 피복층이 분해하고, 식물의 후기 생육 기간에 질산태 질소를 방출했다.
(8) 실시예 10
질산태 질소 및 칼륨을 담지한 인공 토양 입자는 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 후기에 피복층이 분해하고, 식물의 후기 생육 기간에 인산을 방출했다.
(9) 실시예 11
질산태 질소 및 칼륨을 담지한 인공 토양 입자는 고수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 초기에 피복층이 분해하고, 식물의 중기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 암모니아태 질소 및 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 저수용성 수지로 피복되어 있으므로, 수분에 의해 식물의 성장기 후기에 피복층이 분해하고, 식물의 후기 생육 기간에 암모니아태 질소 및 인산을 방출했다. 실시예 11은, 필러에 비이온 교환성 광물인 카올린 클레이를 사용하고 있으므로, 다른 실시예와 비교하여, 양분의 방출 속도는, 약간 빨라졌다.
(10) 실시예 12
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는, 피복층을 가지지 않고, 또한 기부가 이붕괴성으로 구성되어 있으므로, 식물의 초기 생육 기간에 인산의 방출을 개시하고, 식물의 중기 생육 기간에 방출이 종료하였다.
(11) 실시예 13
질산태 질소 및 칼륨을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소 및 칼륨을 방출했다. 또한, 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는, 피복층을 가지지 않고, 또한 기부가 이붕괴성으로 구성되어 있으므로, 식물의 중기 생육 기간에 인산의 방출을 개시하고, 식물의 중기 생육 기간에 방출이 종료하였다.
(12) 비교예
질산태 질소, 칼륨 및 인산을 담지시킨 인공 토양 입자는 피복층을 가지지 않기 때문에, 식물의 초기 생육 기간에 질산태 질소, 칼륨 및 인산을 방출했다. 즉, 비교예에서는 모든 양분을 같은 시기에 방출했다.
상기 결과로부터, 본 발명의 인공 토양 배지는, 재배 대상의 식물의 성장 단계에 맞추어 적절한 종류의 양분을, 적절한 양만큼 공급할 수 있는 것이 밝혀졌다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명의 인공 토양 배지는, 식물 공장 등에서 행해지는 식물의 재배에 이용 가능하지만, 그 외의 용도로서, 시설 원예용 토양 배지, 녹화용 토양 배지, 성형 토양 배지, 토양 개량제, 인테리어용 토양 배지 등에도 사용 가능하다.
1 필러
2 세공
10 기부
20 피복층
50 인공 토양 입자
100 인공 토양 배지

Claims (10)

  1. 양분을 방출 가능한 복수의 인공 토양 입자를 포함하는 인공 토양 배지(培地)로서,
    상기 복수의 인공 토양 입자는, 식물의 재배 기간이 상이한 단계에서 각각의 양분을 방출하도록 설정된 복수 종류의 인공 토양 입자로 구성되어 있는, 인공 토양 배지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 외부 환경의 변화에 따라 양분을 방출하도록 설정되는, 인공 토양 배지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종은, 분해성을 가지는 수지로 피복되어 있는, 인공 토양 배지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분해성을 가지는 수지는, 수용성 수지, 생분해성 수지, 및 산분해성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 인공 토양 배지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분해성을 가지는 수지는, 전분, 셀룰로오스, 펙틴, 젤라틴, 한천, 알긴산염, 카라기난(carrageenan), 잔탄검(xanthan gum), 로카스트빈검(locust bean gum), 타라검(tara gum), 사일리움시드검(psyllium seed gum), 덱스트린, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 아세트산 비닐, 폴리에틸렌이민, 폴리알킬렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 변성 전분, 및 산화 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 인공 토양 배지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 분해성을 가지는 수지를 사용하여 조립(造粒)된 것인, 인공 토양 배지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 상이한 건조 조건 하에서 건조된 것인, 인공 토양 배지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자 중 적어도 1종에 이온 교환능을 부여하고 있는, 인공 토양 배지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 양이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자와, 양이온 및 음이온 교환능을 구비하는 인공 토양 입자를 포함하는, 인공 토양 배지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종류의 인공 토양 입자는, 0.2∼10 ㎜의 입경(粒徑)을 가지는, 인공 토양 배지.
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