KR20190031863A - 토양 특성의 감지 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시간의 경과에 따른 토양 특성을 효과적, 지속적으로 감지하여, 제어 방출성 작물보호제의 방출 시점이나, 사용량 등을 보다 효과적으로 조절 및 결정할 수 있게 하는 토양 특성의 감지 장치와, 이를 사용한 토양 특성의 감지 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 시간의 경과에 따른 토양 특성을 효과적, 지속적으로 감지하여, 제어 방출성 작물보호제의 방출 시점이나, 사용량 등을 보다 효과적으로 조절 및 결정할 수 있게 하는 토양 특성의 감지 장치와, 이를 사용한 토양 특성의 감지 방법에 관한 것이다.
농업분야에서 작물의 성장을 좌우하는 토양의 특성을 측정하는 것은 아주 중요한 일이지만 과학적으로 이를 해결할 수 있는 센서의 개발은 제한적인 상황에 있다. 일부 토양의 습도, 온도 또는 이온 농도를 측정하는 센서가 개발되어 현장에 적용되고는 있으나, 시간의 경과에 따른 토양 특성, 특히, 작물보호제의 사용에 의해 시간의 경과에 따라 토양 특성이 변화하는 양상을 효과적으로 감지할 수 있게 하는 센서는 제대로 개발되지 못하고 있는 실정이다.
한편, 농업분야에서 작물의 성장을 촉진시키는 비료 성분이나 해충으로부터 보호하기 위한 작물보호제 등을 사용함에 있어서는, 주로 수용성을 나타내는 작물보호제를 포함한 용액 상태의 조성물을 토양에 살포하는 방식이 적용되고 있다. 그러나, 이러한 살포 방식에 있어서는, 작물보호제의 효과를 장기간 지속시키기 어려우며, 토양 위 또는 토양 중에서 쉽게 씻겨 나가면서 짧은 시간 간격을 두고 반복적인 살포가 필요하게 된다. 이러한 반복적인 살포의 필요성 등으로 인해, 농업 분야의 경제성이 낮아질 수 있으며, 또한 환경적인 문제도 보다 크게 발생할 수 있다.
이로 인해, 비료나 작물보호제 성분을 시간에 따라 지속적으로 방출시키는 제어 방출성 작물보호제의 개발이 계속적으로 요구되어 시도되고 있다. 이러한 제어 방출성 작물보호제는 주로 분해성 고분자 내에 작물보호제 함유 성분을 포함시키는 형태로서, 상기 고분자의 분해 속도를 이용하여 작물보호제가 제어된 속도로 토양 중에서 서서히 방출되도록 할 수 있다.
그런데, 기존에는 시간의 경과에 따라 토양 특성이 변화하는 양상을 효과적으로 감지할 수 있는 센서가 제대로 개발된 바 없었기 때문에, 각 농가의 토양 특성에 따라 제어 방출성 작물보호제가 적용되었을 때, 경시적으로 토양 특성이 어떻게 변화하는지 제대로 감지할 수 없었던 것이 사실이다.
그 결과, 각 농가의 토양에 대해, 제어 방출성 작물보호제를 어떠한 양이나 간격으로 살포해야 하는지 제대로 결정되기 어려웠고, 각 토양 특성에 부합하는 작물보호제의 방출 시점이나 사용량을 적절히 결정하기 어려웠던 것이 사실이다.
이에 본 발명은 시간의 경과에 따른 토양 특성을 효과적, 지속적으로 감지하여, 제어 방출성 작물보호제의 방출 시점이나, 사용량 등을 보다 효과적으로 조절 및 결정할 수 있게 하는 토양 특성의 감지 장치와, 이를 사용한 토양 특성의 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 토양 내에 매립되어, 토양 내의 온도, 습도 또는 이온 농도를 측정하는 감지부; 및
상기 측정 결과를 표시하는 표시부를 포함하고,
상기 토양 내에 매립되는 감지부의 표면에는, 토양 배양 조건 하에서 1일 당 0.0001 중량% 이상의 중량 감소 속도로 정의되는 생분해성을 나타내는 생분해성 고분자가 코팅되어 있는 토양 특성 감지 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 토양 특성 감지 장치의 감지부를 대상 토양에 매립하는 단계; 및
상기 감지부에서 측정된 온도, 습도 또는 이온 농도의 변화량을 감지하여, 상기 생분해성 고분자 코팅의 분해 속도를 산출하는 단계를 포함하는 토양 특성의 감지 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 생분해성 고분자의 분해 속도를 사용하여, 시간의 경과에 따른 토양 특성을 효과적, 지속적으로 감지할 수 있는 토양 특성의 감지 장치가 제공된다.
이러한 토양 특성의 감지 장치를 적용하면, 제어 방출성 작물보호제의 방출 시점이나, 사용량 등을 보다 효과적으로 조절 및 결정할 수 있다.
도 1은 스마트폰과 같은 통신부와, 일 구현예의 토양 특성 감지 장치의 적용예를 나타내는 사진이다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 토양 특성 감지 장치 및 방법에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 토양 내에 매립되어, 토양 내의 온도, 습도 또는 이온 농도를 측정하는 감지부; 및
상기 측정 결과를 표시하는 표시부를 포함하고,
상기 토양 내에 매립되는 감지부의 표면에는, 토양 배양 조건 하에서 1일 당 0.0001 중량% 이상의 중량 감소 속도로 정의되는 생분해성을 나타내는 생분해성 고분자가 코팅되어 있는 토양 특성 감지 장치가 제공된다.
이러한 일 구현예의 토양 특성 감지 장치는, 감지부에 일정한 분해 속도를 갖는 생분해성 고분자를 코팅하여 적용한 것이다. 이러한 고분자의 종류나 코팅층의 두께를 달리하게 되면 그 분해되는 속도가 원하는 범위로 조절된다. 이러한 분해 속도를 고려하는 한편, 이러한 코팅층이 특정 토양 내에서 분해되는 시간 및 속도를 측정하고, 이러한 코팅층을 갖는 감지부(센서)로부터 발생되는 전기적 신호를 수집하게 되면, 이러한 특정 토양이 시간의 경과에 따라 온도나, 습도 등 특성이 어떻게 달라지게 되는지 지속적, 효과적으로 감지할 수 있다.
더 나아가, 이러한 토양 특성 감지 장치와 함께, 수용성 작물 보호제 및 생분해성 고분자 코팅층을 포함한 제어 방출성 작물 보호제를 특정 토양에 적용하게 되면, 상기 감지 장치로부터 감지되는 코팅층의 분해 속도로부터 상기 제어 방출성 작물 보호제의 방출 속도(즉, 생분해성 고분자 코팅층의 분해 속도)를 용이하고 효과적으로 감지할 수 있다.
이렇게 감지된 작물 보호제의 방출 속도와, 시간의 경과에 따른 토양의 특성 변화를 고려하면, 특정 토양에서 제어 방출성 작물 보호제의 방출 특성 등을 용이하게 측정 또는 예측하여, 해당 제어 방출성 작물보호제의 방출 시점이나, 사용량 등을 보다 효과적으로 조절 및 결정할 수 있다.
따라서, 일 구현예의 감지 장치와, 제어 방출성 작물 보호제를 함께 적용하면, 작물보호제나 비료를 맞춤형으로 살포할 수 있으며, 상기 작물보호제가 최적의 시기에 분해되면서 약제를 방출할 수 있도록 관리할 수 있다.
부가하여, 상기 일 구현예의 감지 장치는 생분해성 고분자 코팅층을 포함함에 따라, 단순한 습도나 온도, pH 등에 따른 조건을 넘어 토양 미생물들의 종류와 활동에 대한 정보까지도 고려할 수 있는 실질적인 토양의 활성도를 직접 측정하는 시스템으로 확장 가능하다.
이러한 일 구현예의 감지 장치에서, 상기 생분해성 고분자의 코팅층은 0.01㎛ 내지 10mm의 두께를 가질 수 있고, 상기 생분해성 고분자는 폴리락타이드 중합체, 폴리락타이드-폴리글리콜라이드 공중합체 및 폴리히드록시알카노에이트 중합체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 생분해성 고분자의 종류나 코팅층의 두께는, 상기 감지 장치와 함께 적용되는 제어 방출성 작물호보에에 포함된 생분해성 고분자와 동일 또는 상응하게 적용될 수 있다.
그리고, 상기 일 구현예의 감지 장치는, 상기 생분해성 고분자 코팅층을 포함하는 점을 제외하고는 통상적인 토양 특성 감지 장치의 구조에 따를 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 장치는 전기저항식 또는 정전용량식 습도 센서 또는 온도 센서 등의 감지부를 포함할 수 있고, 이러한 감지부 표면에 상기 고분자 코팅층이 적용될 수 있다.
이러한 감지 장치의 일 예에서, 상기 감지 장치를 토양에 설치한 후 고분자 코팅층이 시간에 따라 분해되어 감지부가 수분과 접촉하게 될 때 변화되는 습도변화량이 일정 값 이상이 되면 신호를 전송하도록 할 수 있다.
또, 상기 감지 장치는 고정식으로 설치하는 것도 가능하지만 (고정형), 소형화 하여 서방형 작물보호제나 비료와 함께 살포하는 형태로도 될 수 있다 (살포형).
그리고, 상기 감지 장치는 토양의 1곳 또는 2곳 이상에 설치될 수 있으며, 여러 지점에서 확인 된 신호들을 통계 처리하여 보다 정확한 토양 특성을 감지하거나, 고분자 코팅층의 분해 속도가 산출될 수 있다.
또한, 상기 감지 장치는 상술한 감지부와 함께, 상기 측정 결과를 표시하는 표시부를 더 포함한다. 이러한 표시부는 일반적인 디스플레이의 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 감지 장치는 상기 감지부에서의 측정 결과를 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있고, 이러한 통신부는 사용자의 이동 통신 기기로 상기 감지부에서의 측정 결과를 전송할 수 있다. 이로서, 농부 등 작업자가 실시간으로 토양 특성의 변화를 확인하고, 적절한 고분자 코팅층의 분해 속도를 확인할 수 있다. 이로부터 제어 방출성 작물보호제의 살포 시점이나 사용량 등을 보다 효과적으로 확인/조절 및 결정할 수 있다.
이와 같이, 스마트폰 등 이동 통신 기기와, 일 구현예의 토양 특성 감지 장치의 적용예를 나타내는 사진이 도 1에 도시되어 있다.
상술한 일 구현예의 감지 장치를 적용하면, 감지부로부터 수집된 정보를 이용해 특정 지역 토양의 활성도를 바탕으로 보다 정확한 서방형 작물보호제나 비료 사용을 계획할 수 있게 되므로, 맞춤형 환경친화적 관리가 가능하다. 더 나아가, 고분자 코팅기술과 센서기술을 통합하여 IoT가 연계된 smart farming system 기반기술로 발전 가능하다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 감지 장치를 적용한 토양 특성의 감지 방법이 제공된다. 이러한 감지 방법은 상술한 토양 특성 감지 장치의 감지부를 대상 토양에 매립하는 단계; 및
상기 감지부에서 측정된 온도, 습도 또는 이온 농도의 변화량을 감지하여, 상기 생분해성 고분자 코팅의 분해 속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 상기 생분해성 고분자 코팅층의 분해 속도를 기초로, 수용성 작물 보호제 및 생분해성 고분자 코팅층을 포함한 제어 방출성 작물 보호제의 방출 특성을 측정 또는 예측할 수 있으며, 이로부터 제어 방출성 작물보호제의 적절한 사용량(살포량), 방출 특성 및 살포 시기 등을 용이하게 예측 및 결정할 수 있다.
이를 보다 효과적으로 하기 위해, 상기 토양 특성 감지 장치의 매립 시기는 상기 제어 방출성 작물 보호제의 최초 살포 시기와 동일하게 조절할 수 있다.
Claims (9)
- 토양 내에 매립되어, 토양 내의 온도, 습도 또는 이온 농도를 측정하는 감지부; 및
상기 측정 결과를 표시하는 표시부를 포함하고,
상기 토양 내에 매립되는 감지부의 표면에는, 토양 배양 조건 하에서 1일 당 0.0001 중량% 이상의 중량 감소 속도로 정의되는 생분해성을 나타내는 생분해성 고분자가 코팅되어 있는 토양 특성 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 고분자의 코팅층은 0.01㎛ 내지 10mm의 두께를 갖는 토양 특성 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 고분자는 폴리락타이드 중합체, 폴리락타이드-폴리글리콜라이드 공중합체 및 폴리히드록시알카노에이트 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 토양 특성 감지 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 감지부에서의 측정 결과를 전송하는 통신부를 더 포함하는 토양 특성 감지 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 통신부는 사용자의 이동 통신 기기로 상기 감지부에서의 측정 결과를 전송하는 토양 특성 감지 장치.
- 제 1 항의 토양 특성 감지 장치의 감지부를 대상 토양에 매립하는 단계; 및
상기 감지부에서 측정된 온도, 습도 또는 이온 농도의 변화량을 감지하여, 상기 생분해성 고분자 코팅의 분해 속도를 산출하는 단계를 포함하는 토양 특성의 감지 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 생분해성 고분자 코팅의 분해 속도를 기초로, 수용성 작물 보호제 및 생분해성 고분자 코팅층을 포함한 제어 방출성 작물 보호제의 방출 특성을 측정 또는 예측하는 단계를 더 포함하는 토양 특성의 감지 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제어 방출성 작물 보호제의 방출 특성의 측정 또는 예측 결과를 기초로, 상기 제어 방출성 작물 보호제의 살포량 및 살포 시기를 결정하는 단계를 더 포함하는 토양 특성의 감지 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 토양 특성 감지 장치의 매립 시기는 상기 제어 방출성 작물 보호제의 살포 시기와 동일하게 하는 토양 특성의 감지 방법.
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|---|---|
| KR102348151B1 (ko) | 2022-01-05 |
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