KR20190076210A - 케나프를 이용한 간척지의 개량 방법 - Google Patents

케나프를 이용한 간척지의 개량 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명에 따른 케나프를 간척지에 투입함으로써 간척지의 토질을 개량하는 방법은 해당 간척지에서 재배된 케나프를 해당 지역에 바로 투입함으로써, 별도의 생산비가 필요 없을 뿐만 아니라 현장에서 바로 해결함으로써 물류비 등을 절약할 수 있고, 또한 다른 축분 퇴비와 달리 추가의 비점 오염이 발생하지 않기 때문에 지속가능한 토질 개량 방법이라는 매우 탁월한 효과가 있다.

Description

케나프를 이용한 간척지의 개량 방법 {Modification method of reclaimed land using Kenaf}
본원 발명은 간척지의 개량 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 아열대 초본식물인 케나프를 간척지에서 재배하고 이를 다시 간척지의 개량에 사용하는 방법에 관한 것이다.
국토부가 발간한 '2017년 지적통계연보'에 따르면 1년간 여의도 면적의 15배만큼 우리나라 국토가 증가했다. 주요한 원인은 산업 용지 확보를 위한 간척지가 신규 등록했기 때문이다. 이와 같이 매년 늘어나는 면적에 대비하여 이를 농경지로 활용할 수 있는 비율은 높지 않다. 간척지는 매우 강한 산성으로서 pH가 낮아 미생물이 자랄 수 없고, 작물 재배에는 매우 불리한 물리적 특성을 가지고 있기 때문이다.
간척지 토양을 개량하기 위해 보통 석고(CaSO4)와 가축분 퇴비 등을 많이 사용하고 있다. 석고의 Ca는 토양으로부터 Na를 분리하여 토양의 물성을 개량, 입단화 시키는 효과가 있으며, 가축분 퇴비는 양분을 공급할 뿐만 아니라 미생물의 생육에 적합한 조건을 만들어 주기 때문이다.
특허문헌 1은 폐석고, 제지슬러지에 유기, 무기질등을 혼합한 염토개량제 및 상토제조법에 관한 것이다. 전국 각지에 산재되어 있는 공장에서 발생되는 공해물질인 황산의 석회, 중화에 의해 배출된 물질을 100 내지 150℃이내로 가열하여 이수화석고(CaSO4, 2H2O)를 제조하여 사용하였다. 유기물질로는 유기질 퇴비를 혼합하여 사용하였다.
특허문헌 2는 석고와 유기성 오니류를 이용한 간척지 논토양 입상토양개량제에 관한 것으로서, 인산질(P2O5)비료를 제조하는 과정에서 부산물로 다량 발생하는 폐석고(Gypsum, CaSO4,2H2O)와 다른 폐기물인 제지펄프공장 슬러지와 화력발전소 소각로 플라이-애쉬(Fly-ash)를 조미료공장 발효폐수(Amino acid)등의 식품공장 오니류를 접착제로 하여 입상으로 뭉치고 건조한 것이다.
특허문헌 3은 슬래그와 석고를 이용한 입상 토양개량제 제조방법으로서, 슬래그와 석고를 투입하여 적정크기로 파쇄하는 원료파쇄단계와; 슬래그저장사이로, 석고저장사이로, 보조사이로, 언더사이즈사이로, 저장탱크를 각각 구비하여, 이에 파쇄된 슬래그분말 및 파쇄된 석고분말, 원료 첨가제인 보조제, 발효부산물인 조립제를 각각 수납, 구비하는 원료준비단계와; 저장탱크 내의 조립제를 조절탱크로 이송시키고 이에 물, 황산, 염산, 질산, 인산, 암모니아 등과 혼합하여 조립제의 수분, 점도, pH 등을 조절하는 단계와; 상기 저장된 슬래그분말 중량 5 내지 95%와 석고분말 5 내지 95%를 혼합기에 투입한 후 이에 물, 희석된 조립제를 스프레이시키면서 혼합하는 단계와; 혼합기에서 혼합된 원료를 조립기에 투입하고, 이에 제올라이트, 벤토나이트, 마그네사이트, 붕사 등의 보조제를 투입하며, 구형의 입자 형성을 위해 희석된 조립제를 원료분말에 스프레이시키는 단계와; 상기 조립기에서 입상화된 토양개량제를 건조기에 투입하여 100 내지 350℃의 온도로 함수율 10% 이내로 건조시키는 단계와; 건조된 상기 토양개량제를 선별기에 투입하여 1 내지 5㎜ 크기의 입자만 선별하고, 1㎜ 미만의 입자는 언더사이즈사이로로 공급되며, 5㎜ 초과의 오버 사이즈(over size)는 파쇄기에서 파쇄된 후 언더사이즈사이로로 이송되어 조립기로 재투입되는 단계와; 선별된 1 내지 5㎜의 입자를 냉각기로 이송시켜 50℃ 이하의 온도로 냉각시키는 단계와; 냉각된 토양개량제를 선별기를 통과시켜 구매자가 요구하는 입자 크기로 선별하여 단위포장하는 단계로 이루어진 슬래그와 석고를 이용한 입상 토양개량제 제조방법에 관한 것이다.
특허문헌 4는 일라이트를 이용한 염해지용 토양개량제 조성물 및 상기 토양개량제 조성물을 이용한 식목방법에 관한 것으로서, 일라이트 분말을 20 내지 50중량%, 이수석고(CaSO4.2H2O) 20 내지 50중량%, 질석 5 내지 20중량%, 잔탄검 (XANTAN GUM) 1 내지 10중량%가 포함된 일라이트를 이용한 염해지용 토양개량제 조성물에 관한 것이다.
특허문헌 5는 유기성 폐기물이 생석회 수화반응으로 제조된 슬러지를 이용한 기능성비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 음식 쓰레기, 식품부산물로 이루어지는 유기폐기물 및 축분, 돈분, 계분, 낙엽, 골프장 잔디, 하수 오니 등으로 이루어지는 기타 폐기물이 생석회 수화반응으로 제조된 슬러지로부터 기능성비료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1 내지 5는 석고 또는 가축분 등을 포함하는 유기성 폐기물을 활용한 토양개량제이나, 석고를 사용하여 화학적인 작용을 통해서 염분을 제거하기 때문에 넓은 간척지를 개량하기 위해서 매우 많은 양의 석고가 필요하다는 문제점이 있다. 한편 유기성 폐기물은 양분을 공급할 뿐만 아니라 미생물의 생육에 적합한 조건을 만들어 주는 효과가 있지만, 최근 들어서는 오히려 간척지 주변을 포함한 환경의 비점 오염의 원인으로 지적되고 있다.
특허문헌 6은 이온교환수지를 활용한 토양 개량제 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 이온흡착 이온교환수지를와 흡착제를 혼합한 것이다. 그러나, 앞서 언급한 석고와 마찬가지로 넓은 간척지를 개량하기 위해서는 막대한 양의 고가인 이온교화수지가 사용되어야 하는 문제점이 있다.
특허문헌 7은 간척지 토양의 개량을 위한 복합 미생물제제 및 이를 이용한 식물 생육의 촉진방법에 관한 것으로서, 고농도 염분 조건에서 생장이 우수하고 유기물 분해능이 우수한 마리노박터 속 (Marinobacter sp.) 균주, 광합성 세균으로 식물 생육을 촉진하는 로도박터 속 (Rhodobacter sp.) 균주, 질소 고정능력이 우수하여 식물의 뿌리 활착을 도와주는 미소리조비움 속 (Mesorhizobium sp.) 균주를 유효성분으로 포함하는 복합 미생물제에 관한 것이다. 그러나 상기 미생물 제제는 염분 조건이 어느 정도 개선된 상태에서 식물의 생육을 촉진할 수 있는 방법으로서, 염분 제거가 이루어지지 않은 초기 간척지에는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
이상과 같이 간척지의 염분과 토양의 물리, 화학적 성질을 개선함과 동시에, 지속가능하고 비점 오염을 유발하지 않는 환경 친화적인 간척지의 개량 방법은 아직까지 제시되지 않았다.
대한민국 공개특허공보 제1996-0022938호 (공개일 : 1996.07.18.) 대한민국 공개특허공보 제2001-0002046호 (공개일 : 2001.01.05.) 대한민국 공개특허공보 제2006-0012861호 (공개일 : 2006.02.09.) 대한민국 등록특허공보 제10-1317889호 (등록일 : 2013.09.26.) 대한민국 등록특허공보 제10-1533430호 (등록일 : 2015.06.26.) 대한민국 공개특허공보 제2014-0148030호 (공개일 : 2014.12.31.) 대한민국 등록특허공보 제10-0982114호 (등록일 : 2010.09.07)
본원 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간척지의 염분과 토양의 물리, 화학적 성질을 개선함과 동시에, 지속가능하고 비점 오염을 유발하지 않는 환경 친화적인 간척지의 개량 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원 발명은 케나프를 간척지에 투입함으로써 간척지의 토질을 개량하는 방법을 제공한다. 이때 케나프는 개량하려는 간척지에서 재배된 것이 바람직하다. 이는 다른 토질 개량제와 다르게 현장에서 바로 생산 및 공급이 가능하다는 매우 큰 장점을 제공하다. 또한 현장에서 재배된 식물이 바로 현장의 유기물로 공급되고 있는바, 추가의 비점 오염이 발생하지 않는다.
케나프는 아프리카와 인도가 원산지로 아욱과에 속하는 아열대 1년생 초본식물이다. 케나프는 이미 외국에서 섬유 펄프와 바이오복합소재 등의 제품을 만드는데 유용하게 사용돼 왔고, 우리나라에서는 가축을 먹일 사료로 경제성이 높아 최근 시험 재배가 이뤄지고 있다.
케나프는 전세계적으로 300여종이 분포하고 있는데 이미 세계적으로는 3대 섬유작물의 하나로 여겨지고 있고, 다양한 바이오 소재용 식물자원로도 각광을 받고 있다. 우리나라에서는 2000년대 초반부터 농촌진흥청과 한국원자력연구원 등을 통해 품종 연구가 진행되고 있으며, 전라북도와 경상남도, 포항시 같은 일부지역에서는 자체연구도 활발하다.
특히 케나프는 사료가치가 높고 생육속도가 빠르다. 또 옥수수와는 달리 재배 시 멧돼지나 야생동물의 피해도 없는 자원이다.
우리나라에서는 케나프는 5월초를 전후해 파종하고, 10월초를 전후해 수확한다. 케나프의 수확 시기를 일괄로 정해 놓고 10월초 전후해 수확한 것은 그해 바로 해당 간척지에 투입할 수 있다. 또는 순차적으로 수확하여 우선 수확된 케나프를 7월말부터 투입하는 방법도 가능하다.
케나프는 논과 간척지 같은 물이 많은 곳에서도 재배가 가능한데 휴경답이나 재배가 어려운 간척지에서도 자란다는 장점이 있다. 이밖에도 잘 자란 케나프는 키가 4~5미터, 직경은 6~7센티미터로 단위 면적당 생산량이 옥수수의 50% 이상 많고, 조단백질 함량도 15% 정도로 옥수수에 비해 3~4% 높은 것으로 조사되면서 조사료 영양가치 측면에서도 우수한 사료작물로 평가받고 있다.
케나프는 초본계 식물이지만, 그 줄기의 강도가 일반 초본계 식물과는 다르게 매우 높다. 이처럼 밀도가 높은 줄기를 절단 또는 파쇄된 상태로 간척지에 투입할 경우, 토양의 개선 효과가 있다.
특허문헌 1 내지 5의 석고의 화학적 작용되는 달리, 케나프는 밀도가 높기 때문에 강우 등에 의해서 수분이 공급될 경우, 물에 의해서 팽창된다. 이러한 팽창 효과는 토양 내에서 공극률을 증가 시킴과 동시에 물리성을 개선하는 것으로 파악되었다. 특히 증가된 공극률은 강우 등에 의한 수분 침투를 용이하게 하여, 토양 표면으로부터 염분을 세척하는 효과를 나타낸다. 이로 인해서 작물이 자랄 수 있는 작토층, 즉 작토심을 깊게하는 효과가 있다. 이러한 효과는 종래의 석고 등의 개선제에서는 찾아볼 수 없는 효과로서, 특히 간척지의 토양이 단립구조로서 매우 밀도가 높아 다년간의 강우에 의해서도 토양 표면의 염분이 쉽게 세척되지 못하는 문제점을 본원 발명에서는 매우 간단하면서도 효과적으로 해결하고 있다.
이를 위해서는 케나프는 절단 또는 파쇄된 상태로 투입되는 것이 바람직하며, 투입 후 종래의 토양과 혼합하는 과정을 부가하는 것이 바람직하다.
케나프는 10a(아르, 100㎡)당 2 내지 10톤이 투입되는 간척지의 토질을 개량하는데 바람직하다. 대체적으로 케나프의 투입량에 따라서 간척지 토질 개량 효과가 큰 것으로 나타났으나, 넓은 면적을 동시에 개량하기 위해서는 해당 면적에서 생산될 수 있는 케나프를 해당 면적만큼에 투입할 수 있다. 이때, 케나프를 별도로 건조하지 않고 생산된 그대로 절단 또는 파쇄하여 투입할 수 있다. 이때, 케나프는 중량수분함량이 9 내지 12%이다.
한편 케나프를 투입할 때 추가의 유기질 비료, 석고도 투입할 수 있다. 이때 추가되는 유기질 비료는 케나프와 유사한 효과를 나타낼 수 있는 압축형 펠릿형퇴비인 것이 바람직하다. 펠릿형퇴비는 케나프와 유사하게 강우 등에 의해서 팽창하기 때문에 물리적은 공극율 높일 수 있는 보조수단으로 사용할 수 있다.
본원 발명에 따른 케나프를 간척지에 투입함으로써 간척지의 토질을 개량하는 방법은 해당 간척지에서 재배된 케나프를 해당 지역에 바로 투입함으로써, 별도의 생산비가 필요 없을 뿐만 아니라 현장에서 바로 해결함으로써 물류비 등을 절약할 수 있고, 또한 다른 축분 퇴비와 달리 추가의 비점 오염이 발생하지 않기 때문에 지속가능한 토질 개량 방법이라는 매우 탁월한 효과가 있다.
또한 본원 발명에 따른 간척지의 토질을 개량하는 방법은 초본계면서 목본계와 유사한 밀도를 가진 케나프를 사용함으로써 강수에 의한 절단 케나프의 팽창 효과에 의한 토지의 공극률 향상, 이로 인한 강수에 의한 염분 세척 효과, 작토심의 개선의 효과가 있다.
이와 같이 본원 발명에 따른 간척지의 토질을 개량하는 방법은 염분과 토양의 물리, 화학적 성질을 개선함과 동시에, 지속가능하고 비점 오염을 유발하지 않는 환경 친화적인 개량 방법이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<시험 1> 간척지 토양개선을 위한 절단 케나프 연차 투입효과 분석
가. 시험품종 : 장대(국산품종), 홍마 300(만생종)
나. 시험장소 : 새만금 간척지(김제만경), 원내(대조구)
다. 처리내용 : 케나프 절단생체(대조 : 무투입, 가축분퇴비)
라. 투입량 : 3톤/10a ※ 2016년 3월 3톤/10a 투 입
마. 투입 후 재배작물 : 하계-케나프, 동계-IRG
바. 조사항목 : 토양 이화학성, 투입작물 생육 및 수량 등
<시험 2> 간척지 토양 개선을 위한 전단 케나프 투입량 설정
가. 시험장소 : 새만금 간척지(김제만경), 원내(대조구)
나. 처리내용(투입량) : 2톤, 3톤, 4톤, 5톤, 6톤/10a
다. 재배작물 : 하계-케나프(장대), 동계--IRG
라. 조사항목 : 토양 유기물함량, 염농도, 토양 이화학성, 투입작물 생육 및 수량 등
<시험 3> 간척지 토양 개선을 위한 케나프 절단 투입시기 설정
가. 시험장소 : 새만금 간척지(김제만경), 원내(대조구)
나. 처리내용(투입시기) : 7월 하순, 8월 하순, 9월 하순, 10월 하순
다. 투입방법 : 케나프 재배 후 파쇄기 절단투입
라. 투 입 량 : 3톤/10a
마. 조사항목 : 토양 유기물함량, 염농도, 토양 이화학성, 투입작물 생육 및 수량 등
<시험 1> 간척지 토양개선을 위한 절단 케나프 연차 투입효과 분석
가. 기상특성 : 평균온도 및 최고온도가 평년대비 최고 2.2℃ 높았고, 강수량은 평년대비 343.23㎜ 적었으며, 일조량은 182.4시간 많았음
나. 간척지 유기물 투입 연차별 토양 이화학성 변화
유기물 투입 2 년 경과에 따라 토양 내에서 분해가 이루어져 토양 유기물 농도와 유효 인산 등은 점차 증가 추세, 토양공극률은 유기물 잔존 정도에 따라 달라짐. 작토심은 증가하는 경향을 보이며, 가장 효율적 토양 개량 효과 유기물원은 펠렛퇴비 〉 볏짚 〉 절단 케나프
Figure pat00001
* 토양 분석은 '16년 4월 유기물 투입 후 '16년 5월과 '17년 5월 실시하였음.
다. 유기물원 투입에 따른 년차별 케나프 생육 및 수량 변화
- 간척지 유기물 투입에 따른 케나프 생육 (조사일 : 2017. 9. 20)
유기물 투입 2년차에서 전반적인 생육 개선효과 관찰되며, 생육이 양호한 유기물은 펠렛퇴비 (16% 증가) > 절단케나프(14% 증가) > 볏짚 (13% 증가)
Figure pat00002
- 간척지 유기물 투입에 따른 케나프 수량 (조사일 : 2017. 9. 20)
토양 내 분해 속도가 높은 것으로 관찰되어 토양 물리성 개선 효과가 높은 절단 케나프에서 유기물 투입 2년차에서 수량 증가율 8%로 가장 컸음.
수량 우수 유기물원(2년차 종합)은 펠렛퇴비 (10,848㎏/10a, 무처리 대비 148% 증가), 볏짚 (9,621㎏/10a, 120% 증가) > 절단 케나프(8,528㎏/10a, 95% 증가) 이었음.
Figure pat00003
<시험 2> 간척지 토양 개선을 위한 절단 케나프 투입량 설정
가. 유기물원 절단 케나프 투입량에 따른 간척지 토양 이화학성 변화
케나프 투입 처리에서 전반적으로 간척지 토양 화학성이 개선되었으며, 케나프 유기물 6톤/10a 투입시 토양 유기물이 무투입에 비해 1.8배 증가하였으며(8.9g/㎏에서 25.1g/㎏으로 증가), 권장 수준 범위(25 내지 35g/㎏) 로 접근하고 있으며, 토양 염농도는 투입량이 많아질수록 물리성 개선에 의해 감소하는 경향을 보이고 있음.
Figure pat00004
토양물리성은 절단케나프 투입량 증가에 따라 공극률이 증가하고 용적밀도 감소하는 것으로 나타남.
공극률(%) : 무투입 시 49에서 케나프 2톤/10a 투입시 51.5로 증가하였고, 케나프 6톤/10a 투입시 55로 증가함.
용적밀도(g/㎤) : 무투입시 1.35에서 케나프 2톤/10a 투입시 1.28로 감소하였고, 케나프 6톤/10a 투입시 1.19로 감소함.
Figure pat00005
절단 케나프 투입량 증가에 따라 토양 경도(딱딱함)는 줄어들고 작토심은 증가하는 것으로 나타남.
토양경도(㎜)는 무투입시 22에서 케나프 2톤/10a 투입시 20.9로 감소하였고, 케나프 6톤/10a는 18.0까지 감소.
작토심은(㎝)은 무투입시 9.6이던 것이 케나프 2톤/10a 투입시 14.5로 크게 증가하였고, 케나프 6톤/10a 투입시에는 19.2까지 증가함.
나. 유기물원 절단 케나프 투입량에 따른 케나프 생육 및 수량
유기물원 절단 케나프 투입량에 따른 케나프 생육(조사일 : 2017. 10. 13)을 조사하였다. 절단 케나프 투입량 증가에 따라 생육 증가함. 2톤 대비 6톤 초장 24.7% 증가하였고, 절단 케나프 투입량 증가에 따라 간척지/비간척지초장 비율도 증가함. 무투입 80.6%에서 6톤/10a 투입시 91.8%로 증가.
Figure pat00006
절단 케나프 유기물원 투입량이 증가할수록 건물수량 증가하는 것으로 나타남. 간척지 6톤/10a 투입시 3,778kg/10a로 무투입 대비 42% 증수하였으며, 절단 케나프 투입량이 늘어날수록 간척지 생산성이 향상되어 (간척지/비간척지) 수량 비율 점차적 증가함. 2톤 59.8%에서 6톤 70.1%로 증가.
<시험 3> 간척지 토양 개선을 위한 케나프 절단 투입시기 설정
가. 투입 시기별 절단케나프 투입량
7월말, 8월말, 9월말, 10월말 각각 4324, 8592, 10159, 10929 ㎏/10a를 투입함.
나. 투입 시기에 따른 간척지 토양 이화학성 변화
일찍 투입한 것이 분해 기간이 길어질수록 토양 화학성 개선 폭이 큰 것으로 나타남.
Figure pat00007
또한 조기 투입될 수록 분해 기간이 길어져 토양 물리성 개선 폭이 크게 나타남.
Figure pat00008
이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 케나프를 간척지에 투입함으로써 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케나프는 개량하려는 간척지에서 재배된 것인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케나프는 재배하여 수확한 것을 해당 해에 바로 투입하는 것인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 케나프를 7월 이전에 투입하는 것인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케나프는 절단 또는 파쇄된 상태로 투입되는 것인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케나프는 10a당 2 내지 10톤이 투입되는 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케나프는 중량수분함량이 9 내지 12%인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    케나프를 투입할 때 추가의 유기질 비료도 투입하는 것인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기질 비료는 압축형 펠릿형퇴비인 간척지의 토질을 개량하는 방법.
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