KR20180078587A - 마이크로 버블수를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 버블수(micro-bubble water)를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물 및 상기 마이크로 버블수를 식물의 뿌리에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 재배 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 50 μm 이하의 마이크로 버블수는 뿌리 약용식물의 생장을 촉진시킬 수 있어 식물의 최적화된 재배방법을 제공하고 있다.

Description

마이크로 버블수를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물{Composition for promoting plant growth comprising micro-bubble water as active ingredient}
본 발명은 마이크로 버블수를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물에 관한 것이다.
우리나라의 인삼인 고려인삼(Panax ginseng C. A. Meyer)은 3-6 년 장기간 재배가 소요되는 작물로서 보통 밭에서의 휴작기간이 10년 이상으로 타 작물에 비하여 토지 생산성이 매우 낮은 작물이다. 또한, 긴 생육기간 동안을 동일한 위치에서 자라기 때문에 타 작물에 비하여 토양 특성 및 재배환경에 대해 타 작물에 비하여 더 많이 영향을 받아 예부터 적합한 재배지 선정이 인삼재배의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요인으로 인식되고 있다.
우리나라의 인삼재배에 관련된 연구는 인삼의 생육과 토양특성, 인삼의 부위별 원소축적률 차이 및 유기성분의 함량 토양별 인삼성분 품종 간 생육특성 등이 있다. 그 중 인삼의 생육에 미치는 토양의 이화학적 성질에 관한 연구는 다수 보고되었으며 이들도 대부분이 단일 물질과 상호관계를 규명한 연구가 대부분이며, 토양요인 간의 복합적인 상호관계 즉 토양 내 수분과의 관계에서 이루어지는 영양분 균형에 관한 연구는 전무한 실정이다.
인삼의 생산성 향상을 위해서는 토양특성 뿐 아니라 식물체의 영양 상태를 정확하게 진단하는 것이 매우 중요하다. 하지만 타 작물에서는 생육 및 수량과 영양상태, 특히 적정농도 설정을 위한 식물체 엽 분석에 관한 연구가 다수 보고되고 있으나 인삼에 있어서는 미비한 실정이다. 따라서, 내비성이 약하고 적정비옥도 수준의 폭이 좁은 인삼에서 수량을 증대시키기 위해서는 인삼재배 적지기준 및 식물체내 적정농도 설정이 필요하며, 이를 위해서 인삼재배지의 토양 및 잎 및 뿌리 분석에 초점을 두어 영양환경에 관한 연구가 절실히 요구된다. 인삼은 반음지성 뿌리 작물로써 햇빛을 제한하는 차양막을 설치하여 오랜기간 재배가 이루어진다. 차양막은 빛 유입에 대한 제한을 이루지만 수분의 유입도 제한하게 된다. 제한적인 수분이 제공됨에도 인삼 재배에 있어서 수분의 역할은 매우 중요하다고 볼 수 있다.
이에 본 발명자들은 마이크로 버블(micro-bubble)에 의한 인삼 재배를 관한 연구를 하여 본 발명을 완성하였다.
1. 한국등록특허 제10-0771050호 2. 한국공개특허 제10-20110041261호
본 발명의 목적은 마이크로 버블수(micro-bubble water)를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 마이크로 버블수를 식물의 뿌리에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 재배 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마이크로 버블수(micro-bubble water)를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 마이크로 버블수는 50 μm 이하인 것일 수 있고, 바람직하게는 0.0000001 내지 50 μm 인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 식물은 뿌리 약용식물인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 뿌리 약용식물은 인삼, 길경(도라지), 사삼(더덕), 백수오, 당귀, 황기, 갈근, 작약, 연근 및 상백피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 마이크로 버블수를 식물의 뿌리에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 재배 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 처리는 점적관수 방법으로 수행하는 것d일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 마이크로 버블수는 50 μm 이하의 크기로 제조된 것일 수 있고, 바람직하게는 0.0000001 내지 50 μm 인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 식물은 뿌리 약용식물인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 뿌리 약용식물은 인삼, 길경(도라지), 사삼(더덕), 백수오, 당귀, 황기, 갈근, 작약, 연근 및 상백피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 마이크로 버블수는 뿌리 약용작물, 특히 인삼의 생장을 촉진함으로써 농업분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 마이크로 버블의 작용기작에 관한 개략도이다.
도 2는 마이크로 버블 발생장치의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 3은 마이크로 버블을 생산한 후 버블의 크기가 측정된 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 고려인삼유기농 협동조합에서 제공한 하우스에서 일반수가 공급되는 곳과 마이크로 버블수가 공급되는 곳을 표기한 사진이다.
도 5는 마이크로 버블수와 일반수에서의 생육차이를 나타내는 결과이다. A는 파종 후 9일째의 종자 육묘의 생육차이를 나타낸 결과이고, B는 파종 후 약 4개월 후의 종자 육묘의 생육차이를 나타낸 결과이다.
도 6은 2년근 묘삼에서 마이크로 버블수와 일반수에서의 생육차이를 나타내는 결과이다. A는 마이크로 버블수를 처리한 후 9일째의 묘삼의 생육차이를 비교한 결과이고, B는 마이크로 버블수를 처리한 후 약 4개월 후에 묘삼의 생육차이를 비교한 결과이다.
도 7은 마이크로 버블수(bubble) 및 일반수(common)를 처리한 후 2년근 묘삼을 매월 채취하여 뿌리의 중량을 측정한 결과이다.
도 8은 마이크로 버블수(bubble) 및 일반수(control)을 처리한 후 묘삼을 건조시키는 과정에서 증발되는 수분증발량을 측정한 결과이다.
본 발명의 용어, "마이크로 버블(micro-bubble)"은 기포 직경이 50μm 이하의 기포를 말하며, "마이크로 버블수(micro-bubble water)"는 상기 마이크로 버블로 이루어진 물을 말한다. 마이크로 버블은 기포 표면에서의 이온농축과 부착능력이 증가하며, 기포 소멸 시 자기가압(압축, 파괴 연쇄반응)에 의해 순간 초음파 및 초고온(약 5,500℃ 이론적 계산수치)의 국소온도가 발생하는 특징을 갖고 있다. 도 1에서와 같이, 마이크로버블 또는 나노버블(nano-bubble)은 밀리버블(milli-bubble)과 달리, 수면으로 0.1cm/sec의 매우 느린 속도로 상승하며, 높은 비표면적, 높은 용해도, 확산성 등을 가지고 있으며, 400MHz의 초음파 및 140dB의 높은 음압을 발생시키는 특징이 있다. 또한, 수중 가압, 용해 후 파단시켜 발생되며, 미세한 기포를 형성하여 공정 내 처리수 입자에 부착되며, 수중에서 계면흡착되고 이동되어 부상분리되는 특징이 있다.
마이크로 버블을 생산하는 원리는 하기 표 1과 같으나, 버블의 생산방식에 무관하게 버블의 물리적 특징은 동일하게 작용하고 있다. 마이크로 버블은 수면으로의 상승속도가 느리게 작용되며, 수중에서 축소하고 소멸하여 완전 용해된다. 마이크로 버블은 세정에 관한 산화의 가능성이 증가하고 소멸시 초고압, 초고온을 형성하며 에너지를 발산하게 된다. 표면 대전(帶電)에 의한 정전반발력이나 계면활성제에 의해 장시간 안정화 기능이 나타난다.
구 분 공정의 특성
용존공기 기포발생장치
(Dissolved-Air-Flotation, DAF)		 순환수를 고압으로 과포화시킨 후 반응조에서 대기압으로 압력 강하하여 미세기포 발생
유도공기 기포발생장치
(Induced-Air-Flotation, IAF)		 회전임펠러의 통과 또는 다공질 물체를 통하여 공기를 주입시켜 기포발생
용존가스 기포발생장치
(Dissolved-Gas-Flotation, DSF)		 공기가 아닌 특정 가스로 과포화된 포화수의 압력강하로 미세기포 발생
진공 기포발생장치
(Vacuum-Flotation, VF)		 감압된 밀폐조에서 용해도를 감소시켜 기포발생
전해 발생장치
(Electro-Flotation, EF)		 물의 전기분해에서 발생하는 수소 또는 산소 기포발생
미생물학적 기포발생장치
(Microbiological-Auto-Flotation, MAF)		 생물학적 질산-탈질 공정의 N2, CO2 또는 과도한 조류번식에 의한 과포화 산소의 용출에서 유발된 기포발생
계면활성제 기포발생장치
(Suspended-Air-Flotation, SAF)		 계면활성제를 첨가하여 작은 압력 차이에서 화학적인 작용으로 기포발생
스플리터식 기포발생장치
(Splitter-type Flotation)		 물과 공기가 펌프에 유입되어 impeller에 의해 갈라진 후 Mixing chamber에서 가압과 압력 강하로 기포발생
본 발명의 용어, "뿌리 약용식물의 묘"는 뿌리 약용식물의 작고 어린 식물체를 의미한다. 뿌리 약용식물의 묘는 종자 또는 종근으로부터 수득할 수 있다. 예를 들어, 뿌리 약용식물의 종자 또는 종근을 육묘용 포트에 파종하고 일반 하우스 재배법과 동일한 생육조건으로 일정기간(예컨대, 1개월) 육묘하여 뿌리 약용식물의 묘를 얻는다.
본 발명의 용어, "육묘"는 좁은 의미에서는 종자의 파종에서부터 정식에 이르기까지 일정기간 동안 정식하기에 가장 적합한 묘를 키워내는 작업과정이라고 말할 수 있으며, 넓은 의미에서는 종자의 선택, 상토의 준비 및 육묘상의 설치 등 모든 관련자재의 선택도 육묘에 영향을 미치므로 육묘과정에 포함된다.
본 발명의 마이크로 버블수는 식물에 점적관수의 방법으로 제공될 수 있다. 본 발명의 용어, "점적관수"는 튜브 끝에서 물방울이 떨어지게 하거나 천천히 흘러 나오도록 하여 원하는 부위에 소량의 물을 지속적으로 공급하는 관수방법을 의미한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 재료 및 방법
사지는 2016년 3월 12일에 경기도 안성에서 고려인삼유기농협동조합의 종자 직파 육묘장으로 생육상황이 양호한 하우스 한 동(30 X 30 ㎡)을 제공받아 이루어졌다.
5톤 물탱크 두 개를 준비하고 첫 번째 물탱크는 일반수가 제공되고 다른 물탱크에는 마이크로 버블(micro-bubble) 발생장치를 연결하여 필요 시 가공시켜 일반수에서 마이크로 버블수(micro-bubble water)를 생산하였다. 마이크로 버블의 크기는 50μm 이하이고, 12시간 동안 버블발생장치를 이용하여 버블수를 생산하였다(도 2 및 3). 마이크로 버블은 공기를 넣어 용존산소를 극대화하여 실험에 사용하였다.
하우스 안의 육묘장은 총 4개의 육묘라인이 설정되어있으며 2개의 라인은 일반수가 제공되고 나머지 2개 라인은 마이크로 버블수가 제공될 수 있도록 점적 관수관을 설치하였다(도 4).
인삼시료는 관수관을 통해 수분이 제공된 이후 생육시간별(월별) 각각 3 지점에서 평균적인 개체 5~6본을 채취하였다. 인삼시료는 지상부(잎과 줄기)와 지하부(뿌리)로 나누어 생육특성을 조사하였다. 지상부의 생육은 줄기길이, 폭, 엽장, 엽폭 및 생엽중을 측정하였으며, 뿌리의 생육특성은 근장, 직경, 미세근수 및 생근중을 측정하였고, 건근중은 상온에서 24시간 건조 후 조사하였다.
실시예 2. 전체 생육 특성
마이크로 버블수에 대한 효과를 알아보기 위하여, 일반수를 대조군으로 하여 인삼의 생육특성을 관찰하였다. 인삼의 초기 생장에 대한 생육특성은 파종 후 9일째 및 약 4개월 후에 지상부와 지하부로 구분하여 생장의 차이를 비교하였다. 그 결과, 파종 후 9일째의 경우 지상부에서는 현저한 차이가 나타나지 않았으나, 지하부의 경우 뿌리의 길이가 일반수를 사용한 대조군에 비해 1cm 내지 2cm 정도 더 길었음을 확인하였다(도 5A). 파종 후 약 4개월 뒤의 경우 뿌리의 형태 및 크기가 일정하고, 생육에 필요한 미세근이 일반수를 사용한 대조군에 비해 훨씬 풍부하게 생성되어 있음을 확인하였다(도 5B).
2년근 묘삼에서도 일반수 및 마이크로 버블수를 사용한 경우 생육에서의 차이가 있는지 확인하는 실험을 진행하였다. 그 결과, 마이크로 버블수를 사용하면 일반수를 사용한 것에 비해 세근이 현저하게 많이 존재함을 확인하였다(도 6A). 또한, 인삼의 생장기가 되면 마이크로 버블을 사용하는 경우 일반수에서 보다 뿌리가 더 굵어지고 커졌음을 확인하였다(도 6B). 또한, 지하부의 생체중을 측정하면 마이크로 버블수를 사용하는 경우 일반수에 비해 15% 정도로 높은 값을 보였다.
따라서, 마이크로 버블수의 사용은 일반수에 비해 인삼의 생육을 증가시켰음을 확인하였다. 이러한 생리적 차이 및 형태적 차이로 인한 생육차이는 동일한 재배지역이나 동일한 토양조건이라도 제공되는 물의 조건이 달라짐에 따라 인삼의 생육에 직접적인 영향을 끼침을 알 수 있었다.
실시예 3. 부위별 변화 특성
본 발명자들은 마이크로 버블수 또는 일반수를 사용한 경우 종자 묘 및 2년근 묘삼에서 생육의 차이를 부위별로 비교하는 실험을 진행하였다. 측정항목은 하기의 표 2와 같은 13가지를 측정하였다.
세근 수
단위: 개		 세근 길이
단위: cm		 줄기 길이
단위: cm		 줄기 폭
단위: cm		 잎 가로
단위: cm		 잎 세포
단위: cm		 잎 폭
단위: cm
뿌리 길이
(전체)
단위: cm		 뿌리 길이
(주근)
단위: cm		 뿌리 폭
단위: cm		 무게
(줄기포함, wet)
단위: g		 무게(wet)
단위: g		 무게(dry)
단위: g
Age Water Leaf Stem Root
length
(cm)		 width
(cm)		 length
(cm)		 diameter
(mm)		 length
(cm)		 diameter
(mm)		 fresh(g) dry
(g)
종자(seed) common 3.952 2.063 9.973 0.126 9.027 0.372 0.312 0.167
Bubble 4.388 2.211 12.021 0.132 11.905 0.400 0.375 0.191
2년근 common 5.216 3.188 10.582 0.178 4.624 0.504 0.606 0.310
Bubble 6.272 2.795 12.076 0.193 4.827 0.589 0.737 0.403
상기 13가지 항목 중, 주요한 8가지 항목(잎 가로, 잎 세로, 줄기 길이, 줄기 폭, 뿌리 길이, 뿌리 폭, 뿌리 무게(fresh) 및 뿌리 무게(dry))에 대하여 상기 표 3에 기재하였다.
그 결과, 종자(seed)에서의 수치를 살펴보면, 마이크로 버블수를 사용하는 경우 일반수를 사용하는 경우에 비해 잎, 줄기 및 뿌리의 생장률이 약 10%의 정도로 증가됨을 확인하였다(표 3). 또한, 2년근 묘삼에서도 동일하게 생장률이 증가하였는데, 이 경우 약 15% 정도로 생장률이 증가됨을 확인하였다(표 3).
또한, 인삼에 대한 실질적인 소득과 관련된 뿌리의 무게(생근중)를 측정하였다. 2년근 묘삼의 경우 마이크로 버블수의 경우 일반수와 비교할 때 뿌리의 무게가 지속적으로 증가된 상태로 유지하였음을 확인하였다(도 7). 마이크로 버블수를 사용하는 경우 일반수에 비해 뿌리의 건조 중량(건근중) 역시 높음을 확인하였다(표 3). 또한, 묘삼의 건조시 증발되는 수분증발량을 측정한 결과, 마이크로 버블수로 재배한 인삼은 수분 증량률이 일반수를 사용하여 재배한 경우보다 낮았음을 확인하였다(도 8).
따라서, 마이크로 버블수를 인삼의 재배에 적용하는 경우 종자 묘와 2년근 묘삼에서 인삼의 생육이 증가되며, 특히 인삼에 대한 실질적인 소득과 관련된 뿌리의 무게, 즉 건조중량이 증가됨을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 마이크로 버블수(micro-bubble water)를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 버블수는 50 μm 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물은 뿌리 약용식물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 뿌리 약용식물은 인삼, 길경(도라지), 사삼(더덕), 백수오, 당귀, 황기, 갈근, 작약, 연근 및 상백피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항의 마이크로 버블수를 식물의 뿌리에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 재배 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리는 점적관수 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 버블수는 50 μm 이하의 크기로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 식물은 뿌리 약용식물인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 뿌리 약용식물은 인삼, 길경(도라지), 사삼(더덕), 백수오, 당귀, 황기, 갈근, 작약, 연근 및 상백피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020160183493A 2016-12-30 2016-12-30 마이크로 버블수를 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진용 조성물 KR101970686B1 (ko)

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