KR20170075326A - 목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법 - Google Patents

목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목질원료를 활용한 토양개량제의 성능 개선방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분쇄된 목질원료를 열처리하고, 요소 또는 깻묵을 첨가하여 식물성장에 적절한 C/N율로 조정하여 토양의 통기성 및 보수성능이 향상되어 식물의 마름현상이 개선되고, 병해충 억제 효과 및 잡초의 성장이 제어되는 효과가 있는 목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법에 관한 것이다.

Description

목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법{Method of Preparing Soil Conditioner Using Woody Materials}
본 발명은 목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목질원료 중에 각종 추출물의 양을 줄이기 위한 전처리로서 열처리를 실시하여 목재의 추출성분중 식물의 발아 및 성장에 저해가 되는 성분의 함량을 감소시키고, 질소성분을 목질원료에 혼합시킴으로써 식물성장에 적절한 C/N율로 조정하여 토양개량제의 성능을 개선시킨 목질원료를 활용한 토양개량제의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 목질원료는 유기물로서 미생물에 의해 열화 및 부후되어 토양개량제로 사용할 수 있다. 목질원료를 토양개량제로 사용시 토양 속의 통기성과 투수성이 향상되고 수분 보수성이 좋아 보수제로서 건조지역의 토양 개량제로서도 좋은 원재료이다.
목질원료는 페놀, 타닌 같은 각종 추출물을 함유하고 있으며, 이러한 성분들은 식생물의 발아 및 성장에 저해 작용을 하기 때문에 잡초 생장의 억제용으로서의 멀칭재로 사용하기도 한다. 그러나 목질원료는 질소원보다 탄소원 비율(C/N율)이 높아 토양개량제로 사용되어 토양 속에 혼합될 때 식물성장에 필요한 질소 비율이 매우 부족하여 식물의 성장시에 질소기아현상이 발생하며, 이 현상은 식물성장에 큰 저해요인으로 작용하여 황화현상이 발생되는 등의 문제점이 야기된다.
따라서 목질원료를 토양개량제로 활용하기 위해서는 식물 성장의 저해물질인 각종 추출물을 저분자화시키거나 분해시키는 등의 농도 감소를 위한 전처리가 필요하다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 목질원료 중에 각종 추출물의 양을 줄이기 위한 전처리로서 열처리에 의해 목재의 추출성분 중 식물의 발아 및 성장저해성분의 함량을 감소시키고, 목질원료를 활용한 토양개량제로서의 C/N율을 하향 조정하여 식물의 성장 중에 발생하는 질소기아현상을 방지하고 식물성장요인을 보강시키기 위하여 질소성분을 목질원료에 혼합시켜 식물성장에 적절한 C/N율로 조정할 경우에 토양개량제를 사용할 때에 야기되는 식물의 종자발아 저해현상과 목질원료의 높은 C/N율로 인한 질소기아 현상 및 황화현상을 방지하고 식물성장을 촉진시키며, 보수성을 유지하면서 토양개량제로서의 역할을 수행할 수 있는 토양개량제를 제조할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 목질원료를 토양개량제로 사용할 때에 야기되는 식물 발아 및 성장 저해현상과 목질원료의 높은 C/N율로 인한 질소기아 현상 및 황화현상을 방지하고 식물성장을 촉진시키며, 지속적으로 보수성을 유지하면서 토양개량제 역할을 수행할 수 있는 토양개량제를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 목질원료를 분쇄하는 단계; (b) 분쇄된 목질원료를 열처리하여 식물발아 및 성장을 저해하는 목재의 추출성분을 감소시키는 단계; 및 (c) 질소원을 첨가하여 C/N율을 19~35로 조정하는 단계를 포함하는 토양개량제의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 토양개량제는 토양의 통기성 및 보수성능이 개선되어 식물의 마름현상이 개선되고, 토양속의 해충에 대한 저항작용이 있어 해충의 피해가 감소되며, 잡초의 성장이 제어되는 효과가 있다. 또한, 황화현상 및 기아현상이 감소되어 성장이 한층 높아지고, 화학비료와 달리 목재성분이나 분해물이 완전히 없어질 때까지 토양개량제로서의 역할을 지속적으로 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리 및 C//N율 조정방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 전처리 및 C/N율 조정후 생물 검정 시험 과정의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 C/N율을 조정한 효과를 나타낸 그래프이다(y축: C/N율; L Con: 낙엽송 톱밥 대조구(목재톱밥 미처리 후 토양 혼합); L H200 (Larix(Hot) 200): 낙엽송 220℃ 열처리; L H400 (Larix(Hot) 400): 낙엽송 240℃ 열처리; L H200N (Larix(Hot), 질소원 첨가 200): 낙엽송 220℃ 열처리 후 질소성분 추가; L H400N (Larix(Hot), 질소원 첨가 400): 낙엽송 240℃ 열처리 후 질소성분 추가; L: 낙엽송; P: 소나무; H: 열처리; 200/400 열처리온도; N: 질소원성분 추가; cold: 냉수추출; hot: 온수추출)
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 토양개량제를 혼합한 토양(a) 및 목재톱밥 분쇄물을 미처리한 토양개량제를 혼합한 토양(b)에서 자란 무의 발아 및 성장량을 비교한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 톱밥을 혼합한 토양 및 비교예의 토양에서 무를 파종하고 60일 후의 성장량을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 톱밥을 혼합한 토양 및 비교예의 토양에서 들깨를 파종하고 80일 후의 성장량을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 토양개량제를 혼합한 토양, 음성 대조군 및 양성 대조군(단순 톱밥 혼합)에서 자란 무의 토양 보수성 향상 효과를 비교한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 토양개량제를 혼합한 토양, 음성 대조군 및 양성 대조군(단순 톱밥 혼합)에서 자란 무의 병해충 방제 효과를 비교한 사진이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서 목질원료를 토양개량제로 사용할 때에 야기되는 식물저해현상과 목질톱밥을 토양 속에 혼합할 때 높은 C/N율로 인한 질소기아 현상 및 황화현상을 방지하고 식물성장을 촉진시키며, 지속적으로 보수성을 유지하면서 토양개량제 역할을 수행하기 위해, 목질원료 중에 각종 추출물의 양을 줄이기 위한 전처리로서 열처리에 의해 식물발아 및 성장을 저해하는 목재의 추출성분을 감소시키고, 질소성분을 목질원료에 혼합시켜 C/N율을 식물성장에 적절한 19~35로 조정하여 질소기아현상을 방지하고 식물성장요인을 보강시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서 (a) 분쇄된 목질원료를 열처리하여 식물발아 및 성장을 저해하는 목재의 추출성분을 감소시키는 단계; 및 (b) 질소원을 첨가하여 C/N율을 19~35로 조정하는 단계를 포함하는 토양개량제의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 톱밥 등과 같은 목질 분쇄물을 토양개량제로서 사용할 때에 식물저해작용 또는 질소기아 현상이 발생하는 것을 방지하여 토양개량제의 성능을 개선시키고자 전처리인 열처리를 실시하여 식물성장 저해 작용을 야기하는 목재추출물을 분해시키고 생물저해성분의 양을 감소시키고, 질소성분을 혼합시켜 식물성장의 저해요인을 제거 및 보완하는 것을 특징으로 한다.
또한, 목재의 특성상 C/N율이 높아 식물의 질소 기아현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 열처리하고, 요소, 또는 깻묵을 첨가하여 C/N율을 35 이하로 감소시켜 토양개량제로의 성능을 한층 개선시킨 것에 특징이 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
(a) 목질원료의 분쇄
도 1은 목재분쇄물을 토양개량제로 사용하기 위하여 처리되는 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다. 본 발명에 따른 토양개량제는 모든 목질원료를 대상으로 하며, 특히 미이용목재, 저가목재를 주원재료로 할 수 있다. 즉, 재선충피해 소나무, 잎마름병 피해 참나무류 등의 해충 피해목, 임지폐잔목, 간벌 및 가지치기목, 그루터기목, 건설폐잔재 등을 주원재료로 할 수 있다.
목질원료는 페놀, 타닌 같은 각종 추출물이 함유하고 있어 이러한 성분들이 식생물의 발아 및 성장에 저해 작용을 하기 때문에 잡초 생장의 억제용으로서의 멀칭재로 사용하기도 한다. 하지만, 식물대상으로 토양개량제로 사용할 때 C/N율이 높아(C/N율: 171~247) 토양 속에서 혼합될 때에 식물성장용으로서는 질소 비율이 상당히 낮아져 식물의 성장시에 질소기아현상이 발생되고, 식물성장에 큰 저해 작용과 옆면의 황화현상이 발생되는 등의 문제점이 야기된다.
대상 목질원료를 톱밥, 파티클 또는 칩 등의 형태로 분쇄할 수 있으며, 바람직하게는 톱밥의 형태로 분쇄하며, 그 크기는 50 내지 120mesh, 바람직하게는 50 내지 100mesh 일 수 있다.
(b) 목재 분쇄물의 열처리
본 발명에서는 목질원료를 토양개량제로 활용하기 위해서는 식물 성장의 저해물질인 각종 추출물을 저분자화시키거나 분해시키는 등의 농도 감소를 위한 전처리를 수행한다. 상세하게는 분쇄된 목재톱밥을 200~250℃, 바람직하게는 210~250℃의 온도에서 5~25분, 바람직하게는 10~20분 동안 열처리하여 식물발아 및 성장을 저해하는 목재의 추출성분을 감소시켜 목재 추출물에 의한 식물의 발아 억제작용을 완화시키는 역할을 한다.
(c) 질소원 첨가
열처리된 톱밥은 질소원을 열처리 후의 목질원료 100중량부 대비 1 내지 3중량부를 혼합하여 C/N율을 19~35, 바람직하게는 20~30으로 조정할 수 있다. 상기 질소원으로는 요소 또는 깻묵을 혼합할 수 있다. 목질토양개량제는 제품으로서 20kg 단위로 포장한다.
상기와 같은 방법으로 제조된 토양개량제를 자연토양의 중량% 대비 10 내지 15중량%를 첨가하여 사용할 수 있으며, 본 실시예에서 성능검증할 때 배양토양대비 토양개량제 10~15중량%를 혼합하여 사용하였다.
본 발명에 따른 토양개량제를 토양에 혼합하여 사용하면 통기성과 투수성이 향상되고 수분 보수성이 향상된다.
본 발명에서는 목질원료 중에 각종 추출물의 양을 줄이기 위한 전처리로서 열처리에 의해 식물의 발아 및 성장 저해성분의 함량을 감소시키고, 또한, 목질원료를 활용한 토양개량제의 C/N율이 높아 발생하는 질소기아현상을 방지하고 식물성장요인을 보강시키기 위하여 질소성분을 목질원료(톱밥)에 혼합시켜 C/N율을 식물성장에 적절한 20~30로 조정하여 기존 토양개량제의 성능을 개선시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
제조예 1: 토양개량제의 제조
열처리에 의한 추출물 감소 효과 확인
낙엽송(Larix) 및 소나무(Pine)를 분쇄한 목재 분쇄물(톱밥)을 220℃ 및 240℃의 온도에서 20분 동안 열처리하여 추출물 감소 효과를 표 1에 나타내었다.
Larix(낙엽송) Pine(소나무)
냉수추출물 온수추출물 냉수추출물 온수추출물
온도(℃) 220 240 220 240
추출물의 양(%) 5.5 9.5 5.5 8
그 후에 열처리한 톱밥 100중량부에 대하여 요소 또는 깻묵 1~3중량부 첨가하여 도 4에 나타낸 바와 같이 C/N율을 19~35의 범위로 조정하여 토양개량제를 제조하였다.
실시예 1: 생물 검정
제조예 1에서 제조한 토양개량제를 토양 대비 10~12중량% 혼합하고 그 토양에 무 또는 들깨를 파종하여 성장량을 측정하여 토양개량제 성능 개선 효과를 검증하였다.
비교예 1: 양성 대조군
목재톱밥 분쇄물을 미처리한 후 토양 대비 12중량% 혼합하고 그 토양에 무 또는 들깨를 파종하여 성장량을 측정하였다.
비교예 2: 음성 대조군
토양개량제로서 유통되고 있는 부엽토를 혼합한 토양에 무 또는 들깨를 파종하여 성장량을 측정하였다. 도 7에서 DC가 유통제품 부엽토를 혼합한 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 토양개량제를 혼합한 토양(a)에서 자란 무와 비교예 1에 따라 목재톱밥 분쇄물을 미처리한 토양개량제를 혼합한 토양(b)에서 자란 무와 비교하였을 때, 실시예 1의 토양개량제를 혼합한 토양에서 발아 및 성장량이 월등한 것을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 톱밥을 혼합한 토양에서 무를 파종하고 60일 후에 성장량을 비교한 그래프이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 음성 대조군 및 양성 대조군에 비하여 무 성장량이 탁월하게 높은 것을 알 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 톱밥을 혼합한 토양에서 들깨를 파종하고 80일 후에 성장량을 비교한 그래프이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 음성 대조군 및 양성 대조군에 비하여 들깨 성장량이 우수한 것을 알 수 있으며, 음성 대조군이 양성 대조군보다 성장량이 높은 것으로 보아, 미처리한 톱밥을 혼합하는 것은 도리어 식물의 생장에 저해작용을 하는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 열처리 후 C/N율을 조정한 토양개량제를 혼합한 토양, 음성 대조군 및 양성 대조군(단순 톱밥 혼합)에서 자란 무의 토양 보수성 향상 효과를 비교한 사진으로, 실시예 1은 수분부족현상 없이 정상적으로 생장하는 반면에, 음성 대조군은 수분 부족으로 시들음 현상을 보이고, 양성 대조군은 성장 저해 현상까지 보였다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 병해충 방제 효과에 대해서도 실시예 1은 수분부족현상 없이 병해충을 억제하며 정상적으로 생장하는 반면에, 음성 대조군은 병해충 현상이 발생하고, 양성 대조군은 병해충 현상에 추가하여 수분부족 및 시들음 현상까지 보였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 다음 단계를 포함하는 토양개량제의 제조방법:
    (a) 분쇄된 목질원료를 열처리하여 식물발아 및 성장을 저해하는 목재의 추출성분을 감소시키는 단계; 및
    (b) 질소원을 첨가하여 C/N율을 19~35로 조정하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질소원은 요소 및 깻묵으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 선택되는 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 150~250℃에서 5~25분간 수행하는 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 목질원료는 재선충피해 소나무, 잎마름병 피해 참나무, 임지폐잔목, 간벌목, 가지치기목, 그루터기목 및 건설폐잔재로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 목질원료를 50 내지 120mesh의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 질소원을, 열처리 후의 목질 원료 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부 포함하는 토양개량제의 제조방법.
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