KR20170077949A

KR20170077949A - 유산균을 이용한 친환경 토양 개량제의 제조방법

Info

Publication number: KR20170077949A
Application number: KR1020150187823A
Authority: KR
Inventors: 이상화; 박석환; 이태근; 양병근; 류훈의
Original assignee: 서원대학교산학협력단; 주식회사 흙살림
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-07-07

Abstract

본 발명은 제오라이트 80~95중량%에 유산균 배양액 5~20중량%를 분무하며 혼합한 후, 상온에서 20~30시간 동안 건조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 제조된 토양 개량제는 작물 생육 촉진 효과가 우수할 뿐만 아니라 현장 적용시에도 작물 생육 촉진 효과가 우수하여, 작물 생육 촉진 효과 지속시간이 길어 매우 경제적이다.

Description

유산균을 이용한 친환경 토양 개량제의 제조방법 {Method for production of eco-friendly soil conditioner with lactic acid bacteria}

본 발명은 친환경 토양 개량제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유산균을 함유하여 현장 적용시에도 우수한 작물 생육 촉진 효과를 발휘하는 친환경 토양 개량제의 제조방법에 관한 것이다.

농산물 재배에 가장 중요한 것은 토양이다. 적정한 유기물과 유용미생물이 어우러져 있는 토양이 좋은 토양으로 고품질 농산물을 다수확하기 위해서는 지속적인 토양 개량이 필요하다.

토양 내 유용 미생물은 여러 가지 유기물질들을 작물이 이용하기 쉽게끔 분해하는 역할을 하며, 항생 물질을 생성하여 병원균의 증식 및 침입을 막아주는 역할을 한다. 유용미생물 종류로는 효모, 고초균, 광합성균, 곰팡이, 고온성 미생물, 질소 고정균, 일반 호기성 세균 등이 있다.

이와 같은 유용 미생물은 토양 속에서 식물과 유기적인 상호 작용으로 식물체의 생육을 도와주는 역할을 하고 있으나, 무분별한 화학 농약과 화학 비료의 사용으로 토양 내 유용미생물의 밀도가 감소하고 있다. 또한, 연작으로 인해 병원성 미생물이 우점하는 토양도 발생되고 있어 유용 미생물을 이용한 토양 개량이 요구되고 있다.

한편, 효모(Yeast, 이스트)는 쌀겨, 밀기울 등 농가 부산물의 발효 시 열 발생의 주요 미생물로서 유기물 분해 능력이 뛰어나며 어떠한 악조건에서도 발효력이나 생존력이 우수하다. 또한, 악취발생원(축사 바닥 등)에 살포시 악취 제거 효과가 뛰어나고, 아미노산, 비타민 등 작물 및 가축 성장에 필수적인 성분을 다량 생산하며 사료의 기호성을 높여준다.

곰팡이는 생육 속도가 느려, 일반적으로 퇴비 발효 시 발효 후반기에 나타난다. 곰팡이는 섬유질 분해 능력이 우수하여 톱밥, 볏짚과 같이 섬유질 성분이 많은 유기물을 발효시킨다. 균근균(마이코리자)이라고 하는 곰팡이는 작물 뿌리에 밀착 생장하면서 토양 내 난용성 성분(특히, 인산)을 흡수하여 작물에 제공하기도 하며, 뿌리 표면의 물리적 방어벽 역할을 하여 뿌리 병해를 방지하기도 한다. 즉, 곰팡이는 종류에 따라서 작물에 병을 일으키는 것이 있는가 하면 병원성 곰팡이로부터 작물을 보호해 주는 것도 있다.

광합성 세균은 마치 식물처럼 햇빛을 이용하여 광합성을 행하는 세균이다. 진홍색을 띠며 균체 내 단백질 함량이 매우 높고 각종 비타민, 미네랄, 생리 활성 물질 및 항균, 항바이러스 물질을 다량 생산한다. 광합성 세균은 암모니아, 유화수소, 유기산 등 각종 악취 발생 물질을 섭취하면서 자라므로 악취 제거 효과가 우수하다. 광합성 세균은 가스 제거 역할도 수행함으로써 하우스의 미숙 유기물 사용에 따른 가스 피해를 방지할 수 있는 미생물이다. 또한, 오염된 물의 정화 능력도 뛰어나 양어장의 정수 처리용 미생물로도 사용되고 있다. 농업에서 주로 이용되는 균주는 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas ) 속 균으로 황색비유황세균으로 분류된다. 발근 촉진 효과와 화아 형성에 도움을 주며, 착색 촉진에도 효과적으로 이용된다.

고온성 미생물은 50~70℃의 고온에서 최적 생장을 하며, 또한 그 활성이 대단히 우수한 각종 효소를 생산한다.

모든 식물체는 대기 중의 질소를 질소원으로 직접 이용할 수 없으므로 화학 합성 질소비료를 사용함으로써 질소분을 섭취하게 된다. 그러나 질소 고정 미생물은 대기 중의 질소를 고정하며 작물이 이용할 수 있는 형태로 만들어 줌으로써 질소비료 시비량을 절감시킬 수 있다. 주로 콩과작물에서 잘 관찰되지만 대부분의 작물이 다양한 질소고정균과 공생관계를 형성한다. 콩과에 공생하는 균은 리죠비움 속이며, 다른 작물에 공생하는 균은 아죠토박터 속이 많다.

호기성 세균은 공기가 있는 상태에서 각종 유기물을 분해하면서 자라는 집단으로서, 균종에 따라서는 병원성 미생물을 억제하거나, 동식물 성장에 필요한 영양 성분을 생산하는 등 식물체의 모든 부위에 밀접한 관계를 가지는 미생물 집단이다. 토양을 분석해보면 각종 세균, 방선균, 곰팡이 등이 매우 많이 존재하는데 작물재배토양은 세균이 우점하고, 산림토양은 곰팡이가 우점한다.

그런데, 상기와 같은 유용 미생물 및 천연물을 이용하여 식물의 병·충 방제, 토양 개량제 등으로 개발되고 있으나, 현장에서의 적용 효율이 화학합성 농약에 비해 낮거나 재현성이 떨어지는 등 단점이 많아 활용도 제고에 장애가 되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0903666호 (등록일자: 2009.06.11)에는, 슬러지 및 톱밥 혼합물을 포함하고, 슬러지 및 톱밥 혼합물 단위그람당 107 이상의 부숙촉진용 Phanerochaete chrysosporium 신균주(기탁번호: KCCM 10725P)를 포함하는 중금속이 오염된 토양에서 식물의 식생을 복원시키기 위한 토양개량제에 대한 기술이 기재되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-1481766호 (등록일자: 2015.01.06)에는, 탄소원 5~15중량%, 질소원 2~10중량%, 유기산 0.5~3중량%, 미생물 배양액 20~30중량% 및 나머지 양의 용수로 이루어진 미생물 제제; 및 상기 미생물 제제에 함유된 미생물이 고정되는 담체로 이루어지고, 상기 담체는 규산칼슘 30~40중량%, 미강 50~68중량% 및 주정박 2~10중량% 이루어진 것인 작물재배토양 개선용 미생물 토양개량제에 관한 기술이 기재되어 있다.

본 발명은 현장 적용시에도 적용 효율이 우수한 친환경 토양 개량제의 제조방법을 개발하여 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제오라이트 80~95중량%에 유산균 배양액 5~20중량%를 분무하며 혼합한 후, 상온에서 20~30시간 동안 건조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 토양 내 양이온 치환능이 우수한 제오라이트를 입제화시켜 유산균을 흡착시킨 토양 개량제는 유산균의 효과뿐만 아니라, 양이온 치환능과 토양의 물리성이 우수하다. 또한, 현장 적용시에도 적용 효율이 우수하여 작물의 생육 촉진 효과가 우수하다.

한편, 유산균은 공기가 있건 없건 20～40℃에서 빠른 속도로 자라며, 배양 과정 중 젖산을 생산하여 산도를 저하(pH 4)시키고 과산화수소(H₂O₂)를 생성함으로써 병원성 미생물의 증식을 억제하며 토양 병해를 방지한다. 또한 각종의 생리 활성 물질(비타민, 아미노산, 핵산 등), 항균물질, 항암물질을 생산함으로써 작물의 경우 식물체 자기 방어 능력을 증가시키며, 가축의 경우 장내 미생물상 안정화, 사료 효율 증가, 내병성 증가 효과를 나타낸다. 작물재배에서는 인산과 각종 비료의 활성을 높게 해주어 생육을 촉진시키며, 각종 액비제조 시 발효에 활용된다. 다만, 지난 20여 년간 화학합성 농약을 대체 또는 보완할 수 있는 방법으로서 기능성 미생물 및 천연물을 이용한 제품 또는 작물 병해충 방제제, 토양개량제 등이 다수 개발되어 일부는 상용화에 진입하였지만 현장에서의 적용 효율이 화학합성 농약에 비해 낮거나 재현성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 제오라이트에 유산균을 흡착시키고 입상 제형화시켜 현장 적용 효율이 우수한 토양 개량제의 제조방법을 개발한 것이다. 토양 개량제는 주로 작물 정식 전에 토양에 처리하는 자재로 살포의 용의성 및 효과 지속성에 따라 입상 형태가 유리하다. 하기 실험예에 의하면, 본 발명에 의해 제조된 토양 개량제를 토양에 처리시 작물의 생육 효과가 증진됨을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 토양 개량제는 바람직하게 유산균이 1×10⁶~ 3.4×10⁷cfu/g 만큼 함유되어 있는 것이 좋다. 1×10⁶cfu/g 미만이면 토양에 혼화될 시 유산균으로부터 발생하는 유용 효과가 충분히 발휘되지 못하고, 3.4×10⁷cfu/g을 초과하면 경제적이지 못하다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 유산균 배양액은, 바람직하게 배지 중량의 0.1~0.5중량% 만큼 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .) 종균 배양액을 주입한 후, 35~40℃, 30~70 rpm, 0.1~0.5 v/v/m, 22~26시간 동안 배양된 것이 좋다.

한편, 본 발명의 토양개량제는 작물 재배 전이나 재배 중에 토양에 혼화하여 사용할 수 있다.

본 발명에 의해 제조된 토양 개량제는 작물 생육 촉진 효과가 우수할 뿐만 아니라 현장 적용시에도 작물 생육 촉진 효과가 우수하여, 작물 생육 촉진 효과 지속시간이 길어 매우 경제적이다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[ 실시예 1: 유산균을 이용한 토양 개량제 제조]

유산균을 이용한 토양 개량제를 제조하기 위하여 우선 유산균을 배양하였다. 배지를 121℃에서 25분 동안 멸균시킨 후, 본배양 배지 용량의 0.3중량% 만큼의 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .) 종균 배양액을 주입한 후, 38℃, 50 rpm, 0.2 v/v/m, 24시간의 조건으로 배양하여 유산균 배양액을 제조하였다.

그 후, 제오라이트 90중량%에 유산균 배양액 10중량%를 분무하여 흡착시킨 후, 24시간 동안 상온 건조하여 입상 제형화된 토양 개량제를 제조하였다.

[ 실험예 1: 본 발명 토양 개량제의 작물 생육 효과 확인]

본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조된 본 발명의 토양 개량제의 작물 생육 효과를 확인하고자 하였다.

작물로는 배추, 상추, 무, 당근, 양배추를 선택하였고, 각 토양에 일주일 간격으로 토양 개량제를 토양혼화 처리한 후, 7주 후 각 작물의 엽수, 초장, 지상부무게를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1 내지 5에 나타내었다. 표 1은 배추, 표 2는 상추, 표 3은 무, 표 4는 당근, 표 5는 양배추에 대한 결과이다.

	엽수		초장		지상부무게
	본엽/개	지수	mm	지수	g	지수
무처리	14.66±1.87^a	100	120.50±23.80^a	100	22.28±8.90^a	100
유산균	16.80±1.78^a	120	166.73±12.62^b	138	57.86±9.86^b	263
유의확률(p)	0.058		0.000		0.000

* 유의확률 < 0.05

	엽수		초장		지상부무게
	본엽/개	지수	mm	지수	g	지수
무처리	16.40±2.50^a	100	157.66±18.94^a	100	20.57±2.38^a	100
유산균	21.06±1.09^b	131	204.13±12.90^b	130	52.62±3.61^b	263
유의확률(p)	0.000		0.000		0.000

* 유의확률 < 0.05

	엽수		초장		지상부무게		지하부무게
	본엽/개	지수	mm	지수	g	지수	g	지수
무처리	6.46±0.83^a	100	189.80±23.35^a	100	12.70±2.85^a	100	31.42±17.18^a	100
유산균	8.80±0.56^b	146	244.46±21.40^b	129	27.52±3.03^b	229	67.02±18.29^b	216
유의확률(p)	0.000		0.000		0.000		0.000

* 유의확률 < 0.05

	엽수		초장		지상부무게		지하부무게
	본엽/개	지수	mm	지수	g	지수	g	지수
무처리	6.33±0.81^a	100	321.46±22.19^a	100	8.90±1.64^a	100	16.16±4.33^a	100
유산균	7.26±0.79^b	121	379.80±50.37^b	118	14.14±3.75^b	158	17.52±4.74^a	108
유의확률(p)	0.000		0.000		0.000		0.000

* 유의확률 < 0.05

	엽수		초장		지상부무게
	본엽/개	지수	mm	지수	g	지수
무처리	7.73±0.96^a	100	213.26±46.45^a	100	16.04±5.35^a	100
유산균	11.40±0.63^b	147	228.33±10.78^ab	107	30.46±2.79^b	190
유의확률(p)	0.000		0.002		0.000

* 유의확률 < 0.05

실험결과, 본 발명의 토양 개량제는 배추, 상추, 무, 당근, 양배추의 엽수, 초장, 지상부 무게를 유의적으로 증가시켜 작물의 생육에 도움을 주는 것을 확인할 수 있었다.

[ 실험예 2: 토양 내 유산균 측정]

본 실험예에서는 상기 실험예 1에서 작물 (배추, 상추, 무, 당근, 양배추) 재배 7주 후의 토양에 존재하는 유산균을 측정하고자 하였다.

그 결과는 하기 표 6에 나타내었다.

	배추	상추	무	당근	양배추
유산균	1.0×10³	2.0×10³	2.5×10³	3.1×10³	1.7×10³

(단위: cfu/g)

상기 표 6에서 확인되는 바와 같이, 배추, 상추, 무, 당근, 양배추를 재배한 모든 토양에서 유산균이 존재함을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 결과로부터, 본 발명은 현장 적용 효율이 낮은 유산균을 제오라이트에 흡착시켜 입상형태로 제조함으로써, 작물 재배 후에도 토양에 유산균이 존재함을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 작물 생육 촉진 효과를 더욱 지속적으로 발휘할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims

제오라이트 80~95중량%에 유산균 배양액 5~20중량%를 분무하며 혼합한 후, 상온에서 20~30시간 동안 건조하여 제조되는 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 토양 개량제는,
유산균이 1×10⁶~ 3.4×10⁷cfu/g 만큼 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 유산균 배양액은,
배지 중량의 0.1~0.5중량% 만큼 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .) 종균 배양액을 주입한 후, 35~40℃, 30~70 rpm, 0.1~0.5 v/v/m, 22~26시간 동안 배양된 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법.