KR20210110102A - 토양 개량용 조성물 및 그의 이용 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 토양 개량용 조성물, 이를 이용한 식물의 생장 촉진 또는 바이오매스의 증진 방법, 및 토양의 개선 방법에 관한 것으로서, 일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 사용하여 우수한 효율로 식물의 생장 촉진 또는 바이오매스를 증진시키거나, 토양을 개선시킬 수 있고, 특히 사막화 방지를 위한 반건조 및/또는 건조 지역에서 우수한 식물 생장 촉진, 바이오매스 증진, 토양 개선, 및/또는 토양표면고정을 통한 토양 침식억제 효과가 있다.

Description

토양 개량용 조성물 및 그의 이용{Soil conditioner composition and uses thereof}
본 출원은 토양 개량용 조성물, 이를 이용한 바이오매스의 증진 방법, 및 토양의 개선 방법에 관한 것이다.
토양조리제(또는 토양 개량제)는 일반적으로 자연적/인적 영향에 따른 식물 생장/농작물 품질과 안전성에 영향을 미치는 장애토양의 토양 물리적, 화학적, 및/또는 생물학적 특성을 개선하기 위해 사용되는 물질을 의미한다. 비료와 달리 토양개질의 정확한 성분과 화학성분은 소스에 따라 다르며, 토양조리제를 사용하여 토양의 침투성과 수분 유지 특성을 향상시킬 수 있다. 장애토양은 주로 식생이 불충분하고 구조가 열악하거나 식물 뿌리 성장이 방해되고 생식력이 낮거나 영양분이 부족하다(불균형, 산성화, 염분, 과도한 또는 불충분 한 토양 수분, 독성 물질 등). 장애토양은 모래토양(Sandy soil), 점성토양 (Clay soil), 구조장벽토양 (Structural obstacle soil), 산성토양 (Acid soil), 염분토양 (saline soil), 알칼리토양 (alkaline soil), 오염토양 (Contaminated soil)등이 있다.
장애토양을 개선하기 위해서 장애토양 성격에 따라 유기질이 다량 함유된 유기물 또는 비료를 추가하거나, pH조절제를 추가하거나, 생석회, 소석회등 석회질을 추가하거나, 토양에서 수분을 유지하기 위하여 무기염을 포함하거나, 토양의 함습성을 향상시키기 위하여 수용성 고분자를 주성분으로 포함한 물질을 추가한다.
장애토양 중 모래토양은 건조한 지역에서 주로 나타나며 사막화가 진행되는 토양에서 나타난다. 건조한 지역에서는 토양이 바람에 의해 침식이 발생되거나, 집중강우에 의해 토양이 침식되어 조림수의 생존율이 낮고, 모래토양의 특성상 물을 붙잡고 있지 못해 토양 내 영양성분이 물이 빠져나갈 때 같이 씻겨 내려가서 나무 또는 풀과 같은 식물의 뿌리가 수분뿐 아니라 영양성분까지도 이용하지 못하여 숲이나 초지 형성이 곤란하다.
건조지역에서 사막화 저지를 위한 토양 내 수분을 유지하기 위해 유기질/무기질 비료 시비, 폴리아크릴산(ASAP; acrylic sodium salt polymer) 또는 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 같은 흡습성 고분자를 추가한 다양한 토양개선의 시도가 있다. 그러나 비료를 포함한 유기질은 토양 내 수분을 유지하거나 향상시키기 어렵고, 특히 건조토양에서 작물의 생산양을 늘리기 위해 비료를 과다하게 사용하게 될 경우 오히려 토양을 황폐화하거나 강이나 하천의 수질 오염의 원인이 된다.
MgCl2와 같은 무기염은 토양 내에서 수분을 유지시킬수 있으나, 특히 모래토양에서는 비에 의해 쉽게 용해되어 토양으로부터 쉽게 제거되고 강물 등으로 유입되어 강물 등의 수생태계에 염류 농도에 의한 부정적인 영향을 준다. 또한, 과량의 무기염의 사용은 토양산성화, 식물 고사 등의 환경 문제를 야기할 수 있다.
흡습성 고분자는 토양 내에서 분해되기 위하여 장시간이 요구되고, 토양 내에서 흡습성 고분자 및/또는 이의 분해물이 토양 생태계에 독성 성분으로 작용하여 환경 오염의 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 건조지역의 사막화 방지를 위한 장애토양의 개선을 위해 무기염 또는 토양독성을 야기하는 고분자를 주성분으로 사용하지 않으면서 조림 또는 초지 형성, 건조지역 농업 활동시 작물의 생존율/생산양을 향상시키기 위해 토양 내 수분을 유지/향상시키면서 토양 내 비료성분의 유출저지, 비료효과를 증진시키는 토양조리제가 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-2056204호
본 발명의 목적은 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계를 포함하는, 식물의 생장 촉진 또는 바이오매스의 증진 방법 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 단계를 포함하는, 토양의 개선 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 라이신 및 시트르산을 포함하는, 토양 개량용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 토양 개량용 조성물을 포함하는 비료 조성물을 제공하는 것이다.
이에, 본 출원의 발명자들은 일 예에 따른 토양 개량(soil amendment or soil conditioner)용 조성물이 기존의 토양 개량용 조성물 보다 친환경적이고, 토양 개량용 조성물을 사용하지 않거나 물 또는 기존의 토양 개량용 조성물(상용 토량 개량용 조성물)을 사용하는 것보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과(예를 들면, 토양의 사막화 방지)가 우수한 것을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
본 명세서에서, "약(about)" 또는 "대략(approximately)"은 일반적으로 주어진 값 또는 범위의 상하 20% 이내, 10% 이내, 5% 이내, 4% 이내, 3% 이내, 2% 이내, 1% 이내, 또는 0.5% 이내의 값 또는 범위를 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 “토양조리제”, “토양조리제 조성물”, “토양 개량제(soil conditioner 또는 soil amendment)” “토양 개선제”, 또는 “토양 개량용(또는 개선용) 조성물”은 (1) 토양 입자의 결합 또는 입자간의 공극을 변화, 및/또는 토양 pH를 변화시켜 토양(soil)의 물리적 및/또는 화학적 성질을 개량; (2) 조성물의 점착성 및 점탄성 특성에 따라 토양 내 수분을 흡수, 유지, 증가, 및/또는 향상; (3) 토양 침식 억제; (4) 토양 내 영양성분의 유출을 방지; (5) 토양 내 비료 효과를 증가, 및/또는 향상; (6) 작물(또는 식물)의 생존율 및/또는 바이오매스를 증가, 및/또는 향상; 및/또는 (7) 토양의 화학적, 물리적, 생물적 조건을 식물 생육에 알맞게 개선하여 토양(soil)을 개량(또는 개선)시키는 조성물을 의미한다.
일반적으로 토량 개량을 위하여 화학적 비료가 흔히 사용되고 있으며, 이러한 화학적 비료는 일시적으로 지력을 상승시켜 작물의 영양을 공급하는 기능을 갖고 있으나, 이를 지속적으로 사용하면 지력이 쇠퇴하고 토양의 산성화 현상이 심화될 수 있다. 특히 현재 농업에 사용되는 토양 개량제는 작물의 생육을 위해서는 각각 다른 성질의 토양 개량제를 별도로 시비해야 하는 번거로움이 있으며, 비용도 많이 소요될 수 있다. 또한 사막화 진행 지역에서의 토양 개량을 위한 화학적 비료 시비는 사막화 지역의 건조 토양 특성상 수분을 유지하기 어렵고 영양성분의 유출 및 염류축적이 심각하여 시비효과를 보기 어려우며, 토양의 황폐화를 더욱 가속시켜 토양복원을 위한 비용이 많이 소요된다.
본 명세서에서, “토양”은 지표면 또는 지하의 자연 토양(soil or dirt or ground) 등의 적층물을 포함한다. 예를 들어, 토양은 바람 등에 의해 침식될 수 있는 크기의 미립자(particle or grain)를 포함한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
일 양상은 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물(토양조리제 조성물)을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계를 포함하는, 식물의 생장 촉진 또는 바이오매스의 증진 방법을 제공한다.
본 명세서에서, “식물의 생장 촉진”은 식물 성장 또는 식물 발육을 증가, 증진 또는 자극하고, 식물 수확량을 향상시키거나(예를 들면, 과실 수의 증가 및/또는 과실 중량의 증가), 뿌리 수를 증가시키거나, 뿌리 질량을 증가시키거나, 뿌리 부피를 증가시키거나, 뿌리 성장을 증가시키거나, 식물의 광합성 활동이 증가되거나, 식물이 포함하는 색소(예를 들면 클로로필)의 함량이 증가하거나, 잎 면적을 증가시키거나, 식물의 기립성을 증가(더 적은 식물 쓰러짐(verse)/도복(lodging))시키거나, 식물의 높이를 증가시키거나, 식물의 활력을 증가시키거나, 작물 생산을 증가시키거나, 뿌리 및/또는 싹의 건조 중량을 증가시키거나, 식물 바이오매스를 증가시키거나, 또는 이들의 조합을 지칭하는 것으로 의미할 수 있다. 식물 성장(생장)과 관련하여 "개선", "증가", 또는 "증진"시킨다는 것은 식물 성장(생장)이 일반적으로 하나 이상의 특성 또는 파라미터 면에서 일 예에 따른 토양 개량용 조성물(토양조리제)이 비처리된 대조군이나 물, 또는 기존 토양 개량용 조성물에 비해 향상된다는 것을 의미한다.
본 명세서에서, “바이오매스”는 식물(작물)의 건조 중량 또는 생중량을 의미하며, 바이오매스는 다르게 규정되지 않은 이상 식물의 모든 부분, 예를 들면, 어린싹 바이오매스(땅위에 있는 모든 식물 부분), 잎 바이오매스, 과실 바이오매스, 꽃 바이오매스, 및 뿌리 바이오매스를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 "건조 중량"은 대다수의 세포의 수분을 제거하기 위해 건조시킨 식물의 중량을 의미하고, 상기 "생중량"은 대다수의 세포의 수분을 제거하기 위해 건조시키지 않은 식물의 중량을 말한다. 바이오매스는 당업계에 알려진 바이오매스 측정 방법에 의해 측정이 가능하다.
본 명세서에서, “바이오매스의 증진”은 식물(작물)의 건조 중량 및/또는 생중량을 증가시키는 것이며, 식물의 생장을 촉진하여 식물의 건조 중량 및/또는 생중량을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 “라이신(lysine)”은 염기성 α-아미노산의 하나로서, 식물의 생육단계에서는 스스로 합성되나, 사람이나 동물의 체내에서 합성되지 못하고, 외부로부터 섭취해야 하는 필수 아미노산으로 식품첨가제, 의약 원료, 가축의 성장과 발육을 위한 사료 첨가제 등으로 사용된다.
상기 라이신은 상업적으로 이용 가능한 것이거나 추출법, 발효법, 효소법, 및/또는 합성법 등을 사용하여 생산된 것일 수 있다. 예를 들면, 코리네형 균주를 이용하여 라이신이 포함된 발효물을 얻은 후 정제하여 수득하거나, 옥살아세트산으로부터 라이신 생합성 경로를 통해 생합성되거나, 또는 화학적으로 합성된 것일 수 있다.
상기 라이신은 L-라이신, D-라이신, DL-라이신, 및 그 염 중에서 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 라이신 염은 라이신 설페이트, 라이신 아세테이트, 라이신 모노하이드로클로라이드, 라이신 디하이드로클로라이드, 라이신 모노하이드레이트, 라이신 아세틸살리실레이트, 라이신 포스페이트, 라이신 디포스페이트, 그 혼합물, 또는 그 조합물일 수 있다. 상기 라이신 염은 통상적으로 알려진 방법에 의하여 라이신 프리폼(free form)으로 전환할 수 있다. 라이신 염을 라이신 프리폼으로 전환하는 것은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 방법에 의할 수 있다.
상기 “시트르산(citric acid)”은 감귤류의 과일에서 발견되는 유기산으로서, 산소 호홉을 하는 생물의 대사과정에서 일어나는 시트르산 회로의 중간 생성물이고, 향료, 킬레이트제, 산성조미료, 및/또는 산패방지제(synergist) 등으로 사용된다.
상기 시트르산은 상업적으로 이용 가능한 것이거나 추출법 및/또는 미생물 발효 등에 의하여 생산된 것일 수 있다. 예를 들면, 다양한 식물의 씨 또는 과즙 속에 유리 상태로 존재하는 시트르산을 추출하거나, 곰팡이인 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)를 이용한 표면 발효 방식 또는 액내 발효 방식, 또는 시트르산 생산 미생물에 의한 발효방식에 의해서 제조된 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다.
상기 용매는 수계 용매일 수 있다. 수계 용매는 예를 들면 물 및/또는 알코올을 포함하는 것일 수 있고, 물을 주성분으로 포함하고, 알코올을 보조성분으로 포함할 수 있다. 상기 용매는 물(또는 탈이온수), 1차 알코올, 다가 알코올, 디올(diol) 및 트리올(triol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 예에서, 토양 개량용 조성물에 포함되는 물(또는 탈이온수)와 알코올의 혼합중량비는 1:1 내지 10:0, 1:1 내지 10:1, 1:1 내지 5:1, 또는 1:1 내지 3:2 일 수 있다. 상기 알코올 용매는, 일가 알코올(monohydric alcohol), 다가 알코올(Polyhydric alcohols), 불포화 지방족 알코올(Unsaturated aliphatic alcohols), 지환족 알코올(Alicyclic alcohols) 또는 그 혼합물일 수 있다. 상기 일가 알코올은 예를 들면 메탄올, 에탄올, 프로판-2-올, 부탄-1-올, 펜탄-1올 및 헥사데칸-1-올(hexadecan-1-ol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 다가 알코올은 예를 들면, 에탄-1,2-디올(ethane-1,2-diol), 프로판-1,2-디올(propane-1,2-diol), 프로판-1,2,3-트리올(propane-1,2,3-triol), 부탄-1,3-디올(butane-1,3-diol), 부탄-1,2,3,4-테트라올(butane-1,2,3,4-tetraol), 펜탄-1,2,3,4,5-펜톨(pentane-1,2,3,4,5-pentol), 헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔(hexane-1,2,3,4,5,6-hexol), 헵탄-1,2,3,4,5,6,7-헵톨(heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 불포화 지방족 알코올은 예를 들면 프로-2-엔-1-올(Prop-2-ene-1-ol), 3,7-디메틸옥타-2,6-디엔1-올(3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol), 프로-2-yn-1-올(Prop-2-yn-1-ol), 사이클로헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔(cyclohexane-1,2,3,4,5,6-hexol), 및 2-(2-프로필)-5-메틸사이클로헥산-1-올(2-(2-propyl)-5-methyl-cyclohexane-1-ol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 지환족 알코올은 예를 들면 시클로펜탄올(cyclopentanol), 시클로헥산올(cyclohexanol) 및 시클로헵탄올(cycloheptanol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 수계 용매를 더 포함하는 수용액 형태일 수 있고, 토양 개량용 조성물에 포함되는 라이신 및 시트르산은 수용액 내에서 염 수용액(salt solution)의 형태로 존재하고 결정으로 석출되거나 침전 (또는 침전물(precipitates))을 형성하지 않는 것일 수 있다. 일 예에서, 토양 개량용 조성물이 라이신 및 시트르산의 염 및 물을 포함하는 경우, 라이신과 시트르산은 공유 화합물 또는 불용성 염을 형성하지 않는 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물이 포함하는 라이신과 시트르산의 염(salt)의 함량은 유기(organic) 고형분 총 중량을 기준으로 0.1wt%이상, 0.5wt%이상, 1wt%이상, 2.5wt%이상, 5wt%이상, 10wt%이상, 20wt%이상, 30wt%이상, 40wt%이상, 50wt% 이상, 60wt% 이상, 70wt% 이상, 80wt% 이상, 90wt% 이상, 99.9wt%, 100wt%, 0.1 내지 100wt%, 또는 0.1 내지 99.9wt%일 수 있다.
상기 침전물(precipitates)은 라이신, 및 시트르산 중에서 선택된 하나 이상의 침전물일 수 있다. 상기 침전물(또는 침전)은 예를 들면, 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이 라이신 수용액(A(aq))과 시트르산 수용액(B(aq))의 화학변화에 의하여 불용성 염(AB(s))이 얻어지는 것, 하기 반응식 2과 같이 라이신 수용액(A(aq)) 또는 시트르산 수용액(B(aq))으로부터 라이신 고체(A(s)) 또는 시트르산 고체(B(s))가 석출되거나 또는 라이신 고체(A(s)) 또는 시트르산 고체(B(s))가 용매에 용해되지 않아 불용성 상태로 남게 되는 경우를 모두 포함한다. 또한, 토양 개량용 조성물에서 증점제가 석출되거나 또는 증점제가 용매에 용해되지 않아 불용성 상태로 남게 되는 경우를 포함한다.
[반응식 1]
A(aq)+B(aq)->AB(s)
[반응식 2]
A(aq)->A(s)
B(aq)->B(s)
상기 “침전물”은 토양 개량용 조성물의 분무 전, 후; 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계의 전 후; 토양에 처리하는 단계의 전 후; 보관; 및/또는 유통 중 생성되는 것을 모두 포함한다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물에서 라이신, 시트르산, 및 물의 함량은 라이신과 시트르산이 결정으로 석출되거나 침전이 형성되지 않도록 제어될 수 있다. 토양 개량용 조성물이 결정 또는 침전을 형성하지 않고 액상 상태를 유지할 때 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리되어, 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선(예를 들면, 토양 개량용 조성물에 의한 토양의 물리적 및/또는 화학적 토양 개량; 토양 개량용 조성물의 함습성 및/또는 흡습성에 의한 토양 내 수분 및 영양성분의 유지, 개선, 또는 증가; 토양 개량용 조성물로 인해 토양 입자 결착력 향상에 의한 토양 입단화 증가; 토양 공극률 향상; 및/또는 토양 내 수분 및 영양성분(비료성분) 유지, 개선, 또는 증가) 효과가 증가될 수 있다.
일 예에서, 토양 개량용 조성물이 건조되어 결정을 형성하더라도 용매(예를 들면, 수계 용매)를 부가하여 다시 액상 상태를 유지하게 되면, 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리되어, 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선((예를 들면, 토양 개량용 조성물에 의한 토양의 물리적 및/또는 화학적 토양 개량; 토양 개량용 조성물의 함습성 및/또는 흡습성에 의한 토양 내 수분 및 영양성분의 유지, 개선, 또는 증가; 토양 개량용 조성물로 인해 토양 입자 결착력 향상에 의한 토양 입단화 증가; 토양 공극률 향상; 및/또는 토양 내 수분 및 영양성분(비료성분) 유지, 개선, 또는 증가) 효과가 증가될 수 있다.
본 명세서에서, 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선된다는 것은 일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 처리하지 않은 경우 또는 물이나 기존 토양 개량용 조성물을 처리한 경우보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 증진, 증가, 개선, 또는 상승된 것을 의미한다.
기존 토양 개량에 사용되고 있는 조성물(기존 토양 개량용 조성물, 상용 토양 개량용 조성물, 상용 토양조리제)은 토양 내 수분을 유지하기 위해 폴리아크릴산(ASAP; acrylic sodium salt polymer) 또는 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 같은 흡습성 고분자, 및/또는 농업 및 축산업에서 발생되는 부산물을 활용하여 만든 유기질 조성물, 또는 MgCl, 석회와 같은 무기질 조성물이 있다.
흡습성 고분자는 토양 내 수분을 유지하는 효과는 있으나, 바이오매스 증가효과가 없으며, 토양 내에서 분해되기 위하여 장시간이 요구되고, 토양 내에서 흡습성 고분자 및/또는 이의 분해물이 토양 생태계에 독성 성분으로 작용하여 환경 오염의 문제를 야기하기 때문에, 생물독성, 토양독성에 의해 고농도 또는 다량으로 반복적 사용이 불가하다.
유기질 조성물은 토양 내 수분을 유지하거나 향상시키기 어렵고, 과다한 사용은 토양 내 철, 구리, 망간과 같은 미량원소들이 유기물과 결합하여 식물이 이용할 수 없는 상태로 바뀌어 토양 내 미량원소의 결핍을 초래하고, 또는 과다 사용시 식물 세포내 질산화물의 과다축적에 따라 식물 성장에 영향을 줄 수 있다. 특히, 건조토양에서 식물(작물)의 생산양을 늘리기 위해 과다하게 유기질 조성물을 사용할 경우 오히려 토양을 황폐화를 가속시키거나 강이나 하천의 수질 오염의 원인이 된다.
무기질 조성물(MgCl2, 석회 등과 같은 무기염)은 모래토양에서는 비에 의해 쉽게 용해되어 토양으로부터 쉽게 제거되고 강물 등으로 유입되어 강물 등의 수생태계에 염류 농도에 의한 부정적인 영향을 준다. 또한, 토양 개선 용도로서 과량의 무기질 조성물의 사용은 토양 pH를 변화시켜 염류토양화, 또는 토양산성화 등 토양환경문제를 야기하고, 토양의 염기성이 증가하면 토양 내 인, 아연, 마그네슘, 칼슘, 붕소등과 같은 영양소를 굳혀 식물이 사용하지 못하므로 식물 고사 등의 생육문제를 야기할 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 액상일 수 있다. 상기 토양 개량용 조성물이 액상으로 유지되면 토양과 균일하게 혼합될 수 있거나 균일하게 도포하기 용이하여, 라이신 및 시트르산의 결정 또는 침전을 포함하는 조성물 또는 고체 파우더 형태(또는 분말 형태)의 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진 효과, 및/또는 토양 개선 효과가 우수할 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 14 일 이상 보관 또는 유통한 후에 침전이 형성되지 않는 것일 수 있다. 예를 들면 14일 이상, 예를 들면 12개월 이상, 예를 들면 24개월 이상, 보관하더라도 조성물은 안정하여 물성을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 상기 토양 개량용 조성물이 보관되는 환경의 온도는 -18℃ 내지 80℃, 구체적으로 -18℃ 내지 45℃, 0℃ 내지 60℃, 또는 20℃ 내지 40℃일 수 있다. 상기 온도 범위를 벗어나는 곳에서 보관하더라도, 상기 토양 개량용 조성물이 사용되는 환경의 온도가 상기 온도범위 내라면 제형과 품질에 영향이 없을 수 있다. 예를 들면, 저온에서 보관되는 경우에는, 사용 전에 상온에 일정 시간 방치한 후에 사용할 수 있다.
일 예에서, 토양 개량용 조성물은 식물, 식물 부위(예를 들면, 잎, 줄기, 가지, 뿌리, 및/또는 꽃), 및/또는 식물 종자에 직접 적용 또는 전달되거나, 또는 식물이 자라고 있거나 자랄 예정이거나 종자가 뿌려져 있거나 뿌려질 예정인 토양(예를 들면 식물 식재 토양)에 적용되거나 혼합될 수 있다. 예를 들면, 스프레딩, 분무, 관주, 식물의 부위(예를 들면, 잎, 줄기, 가지, 뿌리, 및/또는 꽃), 토양, 묘?趾? 붓거나 심기 전 종자의 침지 및/또는 심은 후 종자를 흠뻑 적시는 것과 같은 임의의 수단에 의하여 수행될 수 있고 전술된 다양한 수단을 조합하여 사용할 수 있다.
일 예에서, 토양 개량용 조성물을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계는 침지법, 토양 혼합법, 토양 위 살포법, 도포 처리, 훈증 처리, 분무, 관수, 및 간접흡수법으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 방법으로 수행될 수 있다.
일 예에서, 토양 개량용 조성물을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 상기 토양 개량용 조성물의 농도는 식물 종, 처리할 토양의 성질 및 상태, 적용 수단 및 식물 성장 단계에 따라 적절히 선택될 수 있다.
일 예에서, 상기 침지법은 식물의 뿌리를 상기 토양 개량용 조성물에 적시는 단계를 포함할 수 있으며, 적시는 단계를 용이하게 하기 위하여, 상기 토양 개량용 조성물을 0.1 내지 5%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 20%, 0.1 내지 30%, 0.1 내지 40%, 또는 0.1 내지 50%(중량% 또는 부피%)로 희석하여 사용할 수 있다. 일 예에서, 상기 범위의 희석액 농도를 갖는 토양 개량용 조성물을 처리하면, 식물 뿌리 근처의 토양 내 토양입자의 결착력, 물리적 및/또는 화학적 토양개량, 토양의 합습성이 더욱 향상될 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 혼합법은 상기 토양 개량용 조성물을 100내지 4500kg/ha, 300 내지 4500kg/ha, 300 내지 2400kg/ha, 600 내지 900kg/ha, 450 내지 4500kg/ha, 600 내지 4500kg/ha, 900 내지 4500kg/ha, 1800 내지 4500kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 1200 내지 3000kg/ha, 또는 1500 내지 3000kg/ha의 농도로 첨가하여 토양과 혼합하는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 농도로 토양 개량용 조성물이 토양과 혼합되는 경우 상기 범위 밖의 농도로 혼합되는 경우 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진 효과, 및/또는 토양 개선 효과가 우수할 수 있다.
일 예에 따르면, 기존 공지된 토양 개량용 조성물과 달리 토양에 포함되는 농도가 증가되어도(또는 조성물 내 고형분 함량이 증가되어도) 식물의 생장(예를 들면, 식물의 생존율, 식물 성장 높이, 및/또는 클로로필 농도) 및/또는 토양의 환경에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과를 개선시킬 수 있다.
일 예에서 상기 토양 위 살포법은 상기 토양 개량용 조성물을 100내지 4500kg/ha, 300 내지 4500kg/ha, 300 내지 2400kg/ha, 600 내지 900kg/ha, 450 내지 4500kg/ha, 600 내지 4500kg/ha, 900 내지 4500kg/ha, 1800 내지 4500kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 1200 내지 3000kg/ha, 또는 1500 내지 3000kg/ha의 농도로 토양에 살포하는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 농도로 토양 개량용 조성물이 토양 위에 살포되는 경우 상기 범위 밖의 농도로 살포되는 경우 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진 효과, 및/또는 토양 개선 효과가 우수할 수 있다.
상기 간접흡수법은 식물의 뿌리에 직접 닿지 않는 거리에서 뿌리 근처에 투입하여 식물이 간접적으로 이용하는 방법을 의미한다.
일 예에서, 관수 또는 간접흡수법은 0.1 내지 5%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 20%, 0.1 내지 30%, 0.1 내지 40%, 또는 0.1 내지 50%(중량% 또는 부피%)로 희석하여 사용할 수 있다. 일 예에서, 상기 범위의 희석액 농도를 갖는 토양 개량용 조성물을 처리하면, 식물 뿌리 근처의 토양 내 토양입자의 결착력, 물리적 및/또는 화학적 토양개량, 토양의 합습성이 더욱 향상될 수 있다.
일 예에서, 토양, 종자, 묘목, 또는 식물(작물)은 임의 단계에서 필요한 만큼 상기 토양 개량용 조성물이 여러번 처리될 수 있으며, 적용 횟수는 예를 들어 시비 프로그램, 식물 종, 처리가 개시되는 발육 단계, 건강 상태, 생육, 환경, 기후 조건, 및/또는 식물의 재배 목적에 따라 결정될 수 있다.
본 명세서에서 제공되는 토양 개량용 조성물이 적용(처리) 가능한 식물은 건식 환경(예를 들면, 밭, 정원, 화분 등)에서 재배되는 식물(예를 들면, 원예 식물, 밭 재배 식물 등), 침수 또는 담수 재배 작물(예를 들면, 벼 등의 논 재배 작물), 수경 재배 작물, 및 수생 식물로 이루어진 모든 단자엽 및 쌍자엽 식물, 또는 모든 초본 및 목본 식물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 예에서, 상기 식물은 벼, 밀, 호밀, 보리, 호프, 옥수수, 대두, 감자, 밀, 팥, 귀리, 조 및 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 및 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 마초, 목초, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩, 유채, 잔디 및 피마자를 포함하는 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 및 바나나를 포함하는 과수류; 소나무, 팜오일 및 유칼립투스를 포함하는 목본류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 및 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알팔파, 톨페스큐, 및 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료 작물류 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구체예에서, 상기 식물은 포플라(Poplar), 골담초(Caragana), 옥수수(maize), 라이그라스(ryegrass), 벼, 호밀, 밀, 보리, 호프, 콩, 감자, 팥, 귀리, 수수, 조, 애기 장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파, 당근, 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩, 유채, 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구, 바나나, 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합, 튤립, 레드클로버, 오차드그라스, 알팔파, 톨페스큐, 및 페레니얼라이그라스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 조성물은 중량원소, 미량원소, 증점제, 안정제, 점착 부여제, 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 증점제는 토양 개량용 조성물의 점도를 증가시킨다. 증점제는 예를 들어 잔탄검(xanthan gum), 구아검(guar gum), 아라비아검, 트래거캔스검, 갈락탄, 캐러브검, 카라야검, 카라기난, 아카시아검, 칸난, 퀸스씨드(마르멜로), 알게콜로이드(갈조 엑기스), 전분(쌀, 옥수수, 감자, 밀 등에서 유래하는 것), 글리시리진, 알기닌(alginin), 소듐 알기네이트(sodium alginate), 콜라겐(collagen), 알기네이트(alginate), 젤라틴(gelatin), 푸르셀라란(Furcellaran), 카라지난(carrageenan), 카제인(casein), 로커스트콩검(locust bean gum), 펙틴(pectin), 키토산(chitosan), 알부민, 덱스트란, 숙시노글루칸, 풀루란, 트라가칸친(tragacanthin), 히알루론산(hyaluronic acid), 펙틴(pectin), 알긴산(alginic acid), 아가(agar), 갈락토만난(galactomannans), 베타-사이클로덱스트린, 아밀로즈(amylase), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴산(PAA), N-(2-하이드록시프로필)메타아크릴아미드(HPMA), 디비닐에테르-말레익안하이드라이드(DIVEMA), 폴리포스페이트, 폴리포스파젠,메틸셀룰로오스, 메틸에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 마이크로크리스탈린셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시부틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스스테아르옥시에테르, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 알킬히드록시에틸셀룰로오스, 노녹시닐히드록시에틸셀룰로오스, 셀룰로오스황산나트륨, 메틸셀룰로오스, 메틸에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 로커스빈검(locust bean gum), 로릭산(lauric acid), 윌란검(welean gum), 및 푸루란 pullulan) 중에서 선택된 1종 이상이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 증점제로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.
일 예에 따르면, 상기 토양 개량용 조성물에서 증점제 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 9중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1 중량부 이하, 0.1 중량부 이하, 0.01 내지 10 중량부, 0.01 내지 5중량부, 0.01 내지 1중량부, 또는0.01 내지 1 중량부일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 증점제를 포함하는 토양 개량용 조성물은 상기 범위 밖의 함량으로 증점제를 포함하는 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
상기 점착 부여제(tackifier)는 토양 개량용 조성물의 점착성을 증가시킨다. 점착 부여제는, 로진(rosin), 수소화 로진(hydrogenated rosin), 중합된 로진(polymerized rosin), 말레 로진(male rosin), 로진글리세린(rosin glycerin), 개질된 페놀성 로진(modified phenolic resin), 로신산(rosin acid), 로신에스터(rosin ester) 등의 로진 및 그 개질 생성물(rosin and its modified products); 테르펜 수지(terpene resin), 테르펜 페놀 수지(terpene-phenol resin), 테르펜-스티렌 수지(terpene-styrene resin) 등의 테르펜계 수지(terpene-based resin); C5 석유 수지(C5 petroleum resin), C9 석유 수지(C9 petroleum resin), 바이사이클릭 로나디엔 석유 수지(bicyclic ronadiene petroleum resin), 수소화 석유 수지(hydrogenated petroleum resin) 등의 석유 수지(petroleum resin); 로진 에멀젼(rosin emulsion), TPR 수계 수지(TPR water based resin), 2402 수지 에멀젼(2402 resin emulsion), 석유 수지 에멀젼(petroleum resin emulsion), 쿠마론인덴 수지 등의 수지 에멀젼(Resin emulsion); 캐슈 오일 개질 페놀수지(Cashew oil modified phenolic resin), 톨유 개질 페놀수지(Tall oil modified phenolic resin) 등의페놀계 수지(phenolic resin); 폴리메틸스티렌 수지, 케톤알데히드 수지, 자일렌 포름알데히드 수지, 러버(rubber), 지르콘산(girconic acid), 폴리라이신, 글루타알데히드(glutaraldehyde), 글리옥살(glyoxal), 헥사메틸렌테트라민(Hexamethylenetetramine), 부탄테트라카르복실산(butanetetracarboxylic acid), 및 아코닉산(aconic acid) 중에서 선택된 1종 이상이나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 점착 부여제로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.
알 예에 따르면, 상기 토양 개량용 조성물에서 점착 부여제 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 9중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하 1 중량부 이하, 0.1 중량부 이하, 0.01 내지 10중량부, 0.01 내지 1중량부, 또는 0.1 내지 1중량부일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 점착 부여제를 포함하는 토양 개량용 조성물은 상기 범위 밖의 함량으로 점착 부여제를 포함하는 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
상기 pH 조절제는 토양 개량용 조성물을 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과를 증진시킬 수 있는 pH 범위(예를 들면, 2 내지 11, 2 내지 9.5, 또는2 내지 8.5)로 유지시켜 줄 수 있는 물질이면 제한 없이 사용 가능하다. pH 조절제는 공지의 완충제를 제한 없이 이용할 수 있으며, 예를 들면, 트로메타민, HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid), HEPPS (3-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]propane-1-sulfonic acid), TAPS (3-[[1,3-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)propan-2-yl]amino]propane-1-sulfonic acid), MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonicacid), TES (2-[[1,3-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)propan-2-yl]amino]ethanesulfonic acid), BES (N,N-bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid), TAPSO (3-[[1,3-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)propan-2-yl]amino]-2-hydroxypropane-1-sulfonic acid), POPSO (Piperazine-N,N'-bis(2-hydroxypropanesulfonic acid)), HEPPSO (N-(Hydroxyethyl)piperazine-N'-2-hydroxypropanesulfonic acid), DIPSO (3-(N,N-Bis[2-hydroxyethyl]amino)-2-hydroxypropanesulfonic acid), 글리신아미드 (glycinamide), 바이신 (Bicine), 트리신 (Tricine), 아세트아미도글리신 (Acetamidoglycine), MOPS (3-morpholinopropane-1-sulfonic acid), 이들의 혼합물, 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 토양 개량용 조성물에서, pH 조절제 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 9중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1 중량부, 0.1 중량부 이하, 0.01 내지 10중량부, 0.01 내지 1중량부, 또는 0.1 내지 1중량부 일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 pH 조절제를 포함하는 토양 개량용 조성물은 상기 범위 밖의 함량으로 pH 조절제를 포함하는 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
일 예에서, 상기 안정제는 예를 들면 토양 개량용 조성물에서 활성 성분의 수용액 조성물 내 분산을 강화시켜 상 안정성(phase stability)을 향상시킬 수 있다. 상기 안정제는 예를 들면, 글리세롤, 알킬렌글리콜, 디알킬렌글리콜, 벤젠디올, 벤젠트리올, 디알코올아민, 트리알코올아민, 아라비톨, 만니톨, 이소말트, 자일리톨, 솔비톨, 말티톨, 에리쓰리톨, 리비톨, 둘시톨, 락티톨, 트레이톨, 이디톨, 폴리글리시톨, 메탄올, 에탄올, 프로판-2-올, 부탄-1-올, 펜탄-1올, 에탄-1,2-디올(ethane-1,2-diol), 프로판-1,2-디올(propane-1,2-diol), 프로판-1,2,3-트리올(propane-1,2,3-triol), 부탄-1,3-디올(butane-1,3-diol), 부탄-1,2,3,4-테트라올(butane-1,2,3,4-tetraol), 펜탄-1,2,3,4,5-펜톨(pentane-1,2,3,4,5-pentol), 헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔(hexane-1,2,3,4,5,6-hexol), 헵탄-1,2,3,4,5,6,7-헵톨(heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol), 프로-2-엔-1-올(Prop-2-ene-1-ol), 3,7-디메틸옥타-2,6-디엔1-올(3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol), 프로-2-yn-1-올(Prop-2-yn-1-ol), 사이클로헥산-1,2,3,4,5,6-헥솔(cyclohexane-1,2,3,4,5,6-hexol), 2-(2-프로필)-5-메틸사이클로헥산-1-올(2-(2-propyl)-5-methyl-cyclohexane-1-ol), C2-C10 알킬렌디아민, C2-C10 알케닐렌디아민, 페닐렌디아민, 및 n-아미노(C1-C5)알킬 (C1-C5)알칸디아민 중으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 안정제로 사용하는 것이라면 모두 가능하다.
일 예에 따르면, 상기 토양 개량용 조성물에서, 안정제 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 9중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1 중량부, 0.1 중량부 이하, 0.01 내지 10중량부, 0.01 내지 1중량부, 또는 0.1 내지 1중량부 일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 안정제를 포함하는 토양 개량용 조성물은 상기 범위 밖의 함량으로 안정제를 포함하는 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
상기 중량원소는 영양성분으로 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등일 수 있고, 상기 미량원소는 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 붕소(B), 몰리브덴(Mo), 염소(Cl) 및/또는 이들의 염일 수 있다. 일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물에 포함되는 미량원소의 함량은 유기(organic) 고형분 총 중량을 기준으로 0.01 내지 20wt%, 0.1 내지 10wt%, 1 내지 10wt%, 0.01wt%이상, 0.1wt%이상, 1wt%이상, 2.5wt%이상, 5wt%이상, 10wt%이상, 5 내지 20wt%, 5 내지 15wt%, 또는 5 내지 10wt% 일 수 있다. 일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물에 포함되는 중량원소의 함량은 유기(organic) 고형분 총 중량을 기준으로 0.01 내지 20wt%, 0.1 내지 10wt%, 1 내지 10wt%, 0.01wt%이상, 0.1wt%이상, 1wt%이상, 2.5wt%이상, 5wt%이상, 또는 10wt%이상일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물 고형분 함량 100 중량부를 기준으로 미량원소의 함량은 0.01 내지 100 중량부, 0.1 내지 90 중량부, 1 내지 80 중량부, 2.5 내지 70 중량부, 5 내지 60 중량부, 5 내지 50 중량부, 5 내지 20 중량부, 또는 5 내지 10 중량부일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물 고형분 함량 100 중량부를 기준으로 중량원소의 함량은 0.01 내지 100 중량부, 0.1 내지 90 중량부, 1 내지 80 중량부, 2.5 내지 70 중량부, 5 내지 60 중량부, 5 내지 50 중량부, 5 내지 20 중량부, 또는 5 내지 10 중량부일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물 고형분 함량 100 중량부를 기준으로 중량원소와 미량원소의 합은 0.01 내지 100 중량부, 0.1 내지 90 중량부, 1 내지 80 중량부, 2.5 내지 70 중량부, 5 내지 60 중량부, 5 내지 60 중량부, 10 내지 60 중량부, 10 내지 50 중량부, 또는 10 내지 40 중량부일 수 있다.
상기 범위의 함량으로 중량원소와 미량원소가 일 예에 따른 토양 개량용 조성물에 포함됨으로써 토양 결착력, 물리적 및/또는 화학적 토양개량, 및/또는 합습성이 증가되고, 식물의 성장이 더욱 향상될 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양 개량용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부, 1 내지 70 중량부, 1 내지 60 중량부, 1 내지 50 중량부, 10 내지 50 중량부, 10 내지 40 중량부, 20 내지 40 중량부, 또는 20 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 범위 내의 고형분 함량을 포함하는 토양 개량용 조성물은 침전을 형성하지 않고 점착력을 유지할 수 있어 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양에 적용(예를 들면, 토양 위에 살포하거나 토양과 혼합)하는 것이 용이하며, 고형분의 함량이 70 중량부를 초과하는 경우에는 침전이 형성되어, 토양 개량용 조성물로서의 효과가 저하될 수 있다. 고형분의 함량이 적어지더라도 조성물 내 침전이 형성되거나 함습성을 잃어버리는 것은 아니므로, 적용되는 분야에 따라 고형분의 함량은 0.1 내지 50 중량부, 또는 0.1 내지 30 중량부 수준으로도 조절될 수 있다. 상기 고형분 함량은 라이신 및 시트르산의 고형분 함량(라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량)을 의미할 수 있다.
상기 토양 개량용 조성물에서, 시트르산 및 라이신은 시트르산 및 라이신을 단위체로 하는 축합물을 함유할 수 있다. 예를 들면, 상기 축합물은, 다이머, 트라이머 또는 올리고머 일 수 있으며, 상기 축합물의 함량은 시트르산 및 라이신 함량의 합 100 중량부를 기준으로 하여 20 중량부 이하, 10 중량부 이하, 1 중량부 이하일 수 있으며, 축합물을 포함하지 않을 수 있다. 상기 축합물을 상기 범위 내로 포함할 경우 토양 개량용 조성물의 함습성 및 유동성이 우수하며, 액상 상태가 유지되어 토양 개량용 조성물은 토양 위에 살포하거나 토양과 혼합하는 것이 용이하여 상기 범위 이상(초과) 함량으로 축합물를 포함하는 토양 개량용 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 라이신 및 시트르산을 10:1 내지 1:10, 5:1 내지 1:5, 5:1 내지 1:3, 5:1 내지 1:2, 5:1 내지 1:1.5, 5:1 내지 1:1, 1:1 내지 1:5, 3:1 내지 1:5, 3:1 내지 1:3, 3:1 내지 1:2, 3:1 내지 1:1.5, 3:1 내지 1:1, 1.5:1 내지 1:5, 1.5 내지 1:3, 1.5:1 1.5:1 내지 1:2, 1.5:1 내지 1:1.5, 1.5:1 내지 1:1.5 또는 1.5:1 내지 1:1의 몰비로 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 내의 몰비로 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물은 상기 범위 밖의 몰비로 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물 보다 식물의 생장 촉진, 바이오매스의 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하다.
다른 양상은 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 단계를 포함하는, 토양의 개선 방법을 제공한다.
상기 “토양 개선”(또는 토양 개량)은 알칼리토양, 염분 함유 토양, 점토질 토양, 모래질 토양 등과 같이 작물이나 수목과 같은 식물의 정상적인 생존 또는 생장이 어려운 지역으로 분류되는 다양한 형태의 토양에 적용되어 식물의 식재 및 생장을 원활하게 하는 것, 토양의 산도 교정 및 완충작용, 식물(작물)의 생장 및 뿌리 발육 촉진, 토양이 단단해지는 것을 방지, 토양의 통기성을 좋게하여 뿌리의 적절한 생장을 도움, 토양의 비료성분 용탈 방지, 염류 집적 방지, 및/또는 토양의 침식 방지를 의미하는 것일 수 있다.
일 예에서, “토양의 개선”은 하기 (1) 내지 (7)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다:
(1) 토양의 수분 함량 유지;
(2) 토양의 수분 함량 증가;
(3) 토양의 벌크 밀도(bulk density) 감소;
(4) 토양의 벌크 밀도(bulk density) 유지;
(5) 토양의 침식 방지;
(6) 토양 내 비료성분의 유출 방지; 및
(7) pH4.5 초과 내지 pH8.0 미만의 범위로 토양 산도 유지.
일 예에서, “토양의 개선”은 상기 토양 개량용 조성물이 처리되지 않거나 물 또는 상용 토양 개량용 조성물이 처리된 경우와 비교하였을 때 상기 토양 개량용 조성물이 토양에 처리되어 하기 (1) 내지 (7)로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 효과를 나타내는 것일 수 있다:
(1) 토양의 수분 함량 유지;
(2) 토양의 수분 함량 증가;
(3) 토양의 벌크 밀도(bulk density) 감소;
(4) 토양의 벌크 밀도(bulk density) 유지;
(5) 토양의 침식 방지;
(6) 토양 내 비료성분의 유출 방지; 및
(7) pH4.5 초과 내지 pH8.0 미만의 범위로 토양 산도 유지.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 토양에 처리되어 상기 토양 개량용 조성물이 처리되지 않거나 물 또는 상용 토양 개량용 조성물(기존 토양 개량용 조성물)이 처리된 경우보다 토양의 수분 함량의 변화량이 적거나 수분 함량을 증가시키거나 수분 함량을 유지시킬 수 있다. 일 예에 따른 토양 개량용 조성물이 토양의 수분 함량을 유지, 증가하는 것은 건조 조건(또는 가뭄조건)의 토양에서 효과가 더 우수한 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 토양에 처리되어 상기 토양 개량용 조성물이 처리되지 않거나 상용 토양 개량용 조성물이 처리된 경우보다 토양의 함습성을 증가시키는 것일 수 있고, 토양의 함습성은 하기 수학식 2에 의해 계산된 것일 수 있다.
일 예에서 상기 토양 개량용 조성물은 물 또는 상용 토양 개량용 조성물 보다 조성물의 내수성, 조성물 자체의 함습성, 및/또는 흡습성이 증가된 것일 수 있다.
모래토양과 같은 건조 토양에서 상용 토양 개량용 조성물은 강우에 의해 녹아 쉽게 씻겨져 내려가거나, 식물이 이용하기 어려운 토양의 깊이까지 흘러내려가 버려 식물이 이용가능한 양이 쉽게 감소한다는 단점이 있으나, 일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 내수성이 우수하여, 토양 내에서 식물이 이용가능한 양을 유지하기 용이하다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 조성물 자체의 함습성, 및/또는 흡습성이 증가되어 토양의 건조를 방지할 수 있고, 그 효과는 상용 토양 개량용 조성물 보다 우수한 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 토양에 처리되어 상기 토양 개량용 조성물이 처리되지 않거나 상용 토양 개량용 조성물이 처리된 경우보다 토양의 벌크 밀도를 감소시키거나 작물의 성장에 좋은 최적의 벌크 밀도를 유지시킬 수 있다.
상기 벌크 밀도(bulk density; 용적 밀도)는 토양의 무게를 그 토양의 전체 부피(전체 용적)으로 나누어 구한 값으로 토양의 치밀한 정도를 나타낸다. 동일한 부피 내에 토양 알갱이 보다 무게가 적은 유기물 및/또는 수분의 함량이 많다면 벌크 밀도가 낮아지고, 토양이 압축되어 있을수록 벌크 밀도가 높게 나타난다.
상기 비료 성분(비료)은 질소원, 인산원, 칼륨원, 칼슘원, 황원, 마그네슘원, 또는 이의 조합일 수 있고, 예를 들면, 요소, 염화칼륨, 붕소, 황산아연, 황산(고토) 마그네슘, 인산, 칼륨, 망간, 붕소 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 질소원이 제공하는 질소는 단백질, 효소, 아미노산, 핵산, 엽록소 등의 구성요소로서 작물의 생육과 수확량 결정에 중요한 역할을 하고, 상기 인산원이 제공하는 인산은 세포의 핵산을 구성하는 요소로서 세포분열에 필수적이다. 상기 칼륨원이 제공하는 칼륨은 음전하와의 균형, 삼투압 조절, 및/또는 물과 양분 이동에 필수적이고, 잎에서 만든 양분을 과실로 이동시키는 주요역할을 한다. 상기 칼슘원이 제공하는 칼슘은 세포막의 기능에 관여한다. 상기 황원이 제공하는 황은 단백질의 필수 성분으로서 엽록소 형성에 관여한다. 상기 마그네슘원이 제공하는 마그네슘은 엽록체의 필수 구성요소이며 광합성에 적즉적으로 관여하고, 마그네슘이 부족해지면 녹색잎의 엽맥 사이가 황화된다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 상기 토양 개량용 조성물을 처리하지 않거나 기존의 토양 개량용 조성물(상용 토양 개량용 조성물)을 처리한 경우보다 비료성분을 포함하는 토양에 처리되어 비료 유출이 감소될 수 있고, 그 비료 유출 감소양은 예를 들면, 일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 포함하지 않는 토양의 비료 유출 감소양보다 1.5배 내지 10배, 1.5배 내지 5배, 1.5배 내지 3배, 1.5 배 내지 2.5 배, 또는 2 배 내지 2.5배 적은 것일 수 있다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 상기 토양 개량용 조성물을 처리하지 않거나 기존의 토양 개량용 조성물을 처리한 경우보다 비료성분을 포함하는 토양에 처리되어 비료 유출이 감소시켜 토양 내에 비료 성분의 양을 유지시키는 것일 수 있다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 상기 토양 개량용 조성물을 처리하지 않거나 기존의 토양 개량용 조성물을 처리한 경우보다 토양의 침식이 방지될 수 있고, 상기 토양의 침식은 강우 및/또는 바람에 의한 것일 수 있다. 일 예에서 상기 토양 개량용 조성물은 5 내지 80°, 10 내지 60°, 15 내지 50°, 또는 20 내지 40°, 또는 10 내지 20°의 경사각의 토양의 침식을 방지하는 것일 수 있다. 일 예에서 침식이 방지된다는 것은, 일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 상기 토양 개량용 조성물을 처리하지 않거나 기존의 토양 개량용 조성물을 처리한 경우보다 바람 및/또는 강우에 의해 토양이 침식된 높이(단차)가 적은 것을 의미할 수 있다.
일 예에 따른 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물이 처리된 토양은 pH4.5 초과 내지 pH8.0 미만의 산도를 유지하는 것일 수 있다. 토양이 산성화되어 pH4.5 이하의 산도를 갖는 경우, 토양수의 수소이온이 증가하게 되고, 수목에 독성을 띠는 토양 입자 속의 알루미늄 이온을 용출시켜 수목의 생육장애를 유발하고 인산과 결합하여 양분 결핍을 발생시킬 수 있다. 한편 토양이 알칼리화되어 pH8.0 이상의 산도를 갖는 경우, 칼슘 이온과 인산이 결합하고 그 외에 미량 원소들의 용해도를 낮춰 양분 결핍으로 인한 수목의 영양 생리 장애를 유발할 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 단계는 침지법, 토양 혼합법, 토양 위 살포법, 도포 처리, 훈증 처리, 분무, 관수, 및 간접흡수법으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 방법에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 100 내지 4500kg/ha, 300 내지 4500kg/ha, 300 내지 2400kg/ha, 600 내지 900kg/ha, 450 내지 4500kg/ha, 600 내지 4500kg/ha, 900 내지 4500kg/ha, 1800 내지 4500kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 900 내지 4000kg/ha, 1200 내지 3000kg/ha, 또는 1500 내지 3000kg/ha 의 농도로 토양에 처리될 수 있다.
일 예에서 상기 토양은 비료 성분을 더 포함하거나 비료가 시비된 것일 수 있다. 상기 비료 성분에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물은 비료 성분을 포함하는 토양에 처리되어 토양개선 효과가 상승적으로 나타날 수 있다. 일 예에서, 비료 성분을 포함하는 토양이라도 토양의 화학적, 물리적, 및/또는 미생물적 성질이 좋지 않을 경우에는 비료의 효과를 제대로 거둘 수 없으나 일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 함께 처리시에 토양개선 효과와 함께 비료의 효과를 상승적으로 증가시킬 수 있다. 일 예에서, 비료의 효과를 상승적으로 증가시킨다는 것은 일 예에 따른 토양 개량용 조성물이 비료 성분을 포함하는 토양에 처리되어, 상용 토양 개량용 조성물이 동일 비료 성분을 포함하는 토양에 처리된 경우 보다 식물의 바이오매스양을 증가시키는 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양은 0.02mm 이상의 입도를 갖는 토양을 30 내지 80 중량부; 0.02mm 미만 내지 0.002mm 초과하는 입도를 갖는 토양을 10내지 40중량부; 및 0.002mm 미만의 입도를 갖는 토양을 5 내지 40중량부로 포함하는 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양은 0.02mm 이상의 입도를 갖는 토양을 40 내지 80 중량부; 0.02mm 미만 내지 0.002mm 초과하는 입도를 갖는 토양을 15 내지 30중량부; 및 0.002mm 미만의 입도를 갖는 토양을 5 내지 30중량부로 포함하는 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양의 수분 함량 유지는 주간온도 25 내지 35℃ 또는 25 내지 30℃; 야간온도 15 내지 25℃ 또는 15 내지 25℃; 상대습도 10 내지 80%RH, 15 내지 70%RH, 20 내지 60%RH, 30 내지 55%RH, 또는 35 내지 50%RH의 조건에서 10일 내지 300일, 15일 내지 250일, 또는 20일 내지 200일 경과시에 토양의 수분 함량 변화율이 0.1 내지 90%, 0.1 내지 80%, 0.5 내지 80%, 1 내지 60%, 1내지 50%, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 20% 미만, 15% 이하, 10% 이하, 7% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하 0.9% 이하, 0.8% 이하, 0.7% 이하, 0.6% 이하, 0.5% 이하, 0.4% 이하, 또는 0.3% 이하인 것일 수 있다.
일 예에서, 상기 토양의 수분 함량 유지는 주간온도 25 내지 35℃ 또는 25 내지 30℃; 야간온도 15 내지 25℃ 또는 15 내지 25℃; 상대습도 10 내지 80%RH, 15 내지 70%RH, 20 내지 60%RH, 30 내지 55%RH, 또는 35 내지 50%RH의 조건에서 10일 내지 300일, 15일 내지 250일, 또 는20일 내지 200일 경과시에 일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 처리한 토양의 수분 함량이 상용 토양 개량용 조성물을 처리한 토양보다 0.01 내지 20 중량%, 0.01 내지 10중량%, 0.01 내지 5중량%, 0.1 내지 10중량%, 또는 0.1 내지 5중량% 높은 것일 수 있다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물의 처리에 의하여 상기 토양은 수분을 장시간 포함할 수 있는 토양으로 개질될 수 있다. 일 예에서 상기 토양이 수분을 장시간 포함할 수 있는 토양으로 개질될 경우 유입되는 수량이 유실되는 수량에 비하여 많아질 수 있고, 그로 인하여 사막화의 방지, 또는 사막 토양의 개질 효과를 나타낼 수 있고, 사막화 방지 또는 사막 토양이 개질되어 토사 유실(토양 유실)저감 효과가 나타날 수 있다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양 개량용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부인 것일 수 있다. 상기 고형분 함량은 라이신 및 시트르산의 고형분 함량(라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량)을 의미할 수 있다. 고형분 함량에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 라이신 및 시트르산을 5:1 내지 1:5의 몰비로 포함할 수 있다. 토양 개량용 조성물 내 포함되는 라이신 및 시트르산의 혼합몰비에 대해서는 전술한 바와 같다.
상기 토양의 개선 방법에 사용되는 토양 개량용 조성물에 대해서는 전술한 바와 같다.
다른 양상은 라이신 및 시트르산을 포함하는, 토양 개량용 조성물을 제공한다.
일 예에서 상기 토양 개량용 조성물은 비료 성분을 더 포함하는 것일 수 있다. 비료 성분을 더 포함함에 따라 나타나는 상승적인 효과에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에서. 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양 개량용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 고형분 함량은 라이신 및 시트르산의 고형분 함량(라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량)을 의미할 수 있다. 고형분 함량에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물은 라이신 및 시트르산을 5:1 내지 1:5의 몰비로 포함할 수 있다. 토양 개량용 조성물 내 포함되는 라이신 및 시트르산의 혼합몰비에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 예에서, 상기 토양 개량용 조성물의 pH는 2 내지 11, 2 내지 9.5, 또는 2 내지 8.5일 수 있다. 상기의 pH 범위를 갖는 토양 개량용 조성물은 저장안정성 및 보관안정성이 우수하며 장기간 보관하더라도 제형이나 품질에 변화가 없을 수 있다. 상기 토양 개량용 조성물은 제조되는 즉시 사용할 때뿐 만 아니라 장기간 보관한 후에 사용하더라도, 식물 생장 촉진, 바이오매스 증진, 및/또는 토양 개선 효과가 우수하고, 침전이 형성되지 않는다.
상기 토양 개량용 조성물은 14 일 이상 보관 또는 유통한 후에 침전이 형성되지 않는 것일 수 있다. 예를 들면 14일 이상, 예를 들면 12개월 이상, 예를 들면 24개월 이상, 보관하더라도 조성물이 안정하여 물성을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 상기 토양 개량용 조성물이 보관되는 환경의 온도는 -18℃ 내지 80℃, 구체적으로 -18℃ 내지 45℃, 0℃ 내지 60℃, 또는 20℃ 내지 40℃일 수 있다. 상기 온도 범위를 벗어나는 곳에서 보관하더라도, 상기 토양 개량용 조성물이 사용되는 환경의 온도가 상기 온도범위 내라면 제형과 품질에 영향이 없을 수 있다. 예를 들면, 저온에서 보관되는 경우에는, 사용 전에 상온에 일정 시간 방치한 후에 사용할 수 있다.
상기 토양 개량용 조성물에 대해서는 전술한 바와 같다.
또 다른 양상은 상기 토양 개량용 조성물을 포함하는, 비료 조성물을 제공한다.
일 예에서 상기 비료 조성물은 식물이 생장하기 위해 필요한 추가 성분을 더 포함할 수 있고, 통상적으로 알려진 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.
본 명세서에서, '비료'는 식물이 정상적으로 생육하기 위하여 필요한 원소의 하나 혹은 그 이상을 공급하는 모든 물질을 의미하며, 유기비료(분해되는 식물/동물 물질로 이루어짐)와 무기비료(화학 물질 및 무기 물질로 이루어짐) 등으로 구분될 수 있다.
상기 비료 조성물은 일반적인 제형기를 사용하여 적당한 크기의 액상, 분말, 펠렛 또는 과립 등의 다양한 형태로 제형화 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기에서 제형화된 본 발명의 비료 조성물은 그대로 사용되거나 또는 실온에서 풍건하거나 동결 건조 또는 고온 건조 방법으로 건조시켜 사용할 수 있다. 액상 형태의 비료 조성물을 농가에서 적절히 사용하기 위해서는 작물에 사용 가능한 pH 범위로서 침전이 되지 않아야만 한다. 이는 사용하는 원료의 pH, 용해도를 고려하여 배합비를 선정할 수 있다.
일 예에 따른 토양 개량용 조성물을 사용하여 우수한 효율로 식물의 생장 촉진 또는 바이오매스를 증진시킬 수 있고, 토양을 개선, 및/또는 토양 표면 고정을 통한 토양 침식억제 효과가 있다.
도 1은 참고예 7에 따른 1H 핵자기공명스펙트럼(NMR) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 필드 실험지역에서의 월별 강우량과 기온을 나타낸다.
도 3은 일 구체예에 따른 토양조리제 조성물의 토양 침식 억제 효과를 나타낸다. 도 3에 직사각형으로 표시된 부분은 토양조리제 조성물 d-1(좌측 사진) 및 d-2(우측 사진)를 살포한 지역이고, 그 외의 부분은 토양조리제 조성물을 살포하지 않은 비살포 지역을 의미하고, 노란색 화살표는 살포 지역과 비살포 지역에서 바람 또는 강우에 의해 토양이 침식된 높이(단차)를 의미한다.
본 발명은 하기 실시예를 들어 더욱 자세히 설명할 것이나, 하기 실시예로 권리범위가 한정되는 의도는 아니다. 전술한 바와 같이, 하기 실시예의 “토양조리제 조성물” 또는 “토양조리제”는 “토양 개량용 조성물”과 동일한 의미로 사용되었다.
실시예 1. 라이신과 시트르산의 염을 포함하는 토양조리제 조성물의 제조
실시예 1-1. 라이신과 시트르산의 염 및 증점제를 포함하는 토양조리제 조성물의 제조
54중량% L-라이신 프리폼(Lysine free form) 수용액 100g 에 DIW(증류수) 53.33g을 부가하고 상온(25℃)에서 30분 동안 교반과 동시에 희석하였다. 희석된 라이신에 시트르산(citric acid: CA) 47.31g 및 잔탄검 1.98g을 상온(25℃)에서 천천히 투입하며 1시간 동안 교반 후 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 반응 혼합물이 상온(25℃)에 도달한 후 반응을 종결하여 202.62g의 토양조리제 조성물 1A를 수득하였다. 이 조성물 1A에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량은 토양조리제 조성물 100중량부를 기준으로 하여 약 50중량부(= 50중량%)이고, 토양조리제 조성물에 포함된 라이신과 시트르산의 혼합 몰비는 1.5:1이었다. 잔탄검 함량은 조성물 전체 중량에 대하여 0.977wt%이고 용매는 탈이온수였다.
라이신과 시트르산의 몰비를 변경시킨 것을 제외하고는 상기 토양조리제 조성물 1A의 제조방법과 유사하게 토양조리제 조성물 1B 내지 조성물 1G를 제조하였다.
토양조리제 조성물 1A 내지 조성물 1G에 포함된 라이신 및 시트르산의 혼합 몰비, 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량, 및 잔탐검 함량을 하기 표 1에 기재하였다.
토양조리제 조성물
(토양 개량용 조성물)		 몰비(Lys:CA) 고형분 함량 (wt%) 잔탐검 함량(wt%)
조성물 1A 1.5:1 50 0.977
조성물 1B 3:1
조성물 1C 1:3
조성물 1D 5:1
조성물 1E 1:5
조성물 1F 10:1
조성물 1G 1:10
실시예 1-2. 라이신과 시트르산의 염을 포함하는 토양조리제 조성물의 제조
54중량% L-라이신 프리폼(Lysine free form) 수용액 100g 에 DIW(증류수) 55.31g을 부가하고 상온(25℃)에서 30분 동안 교반과 동시에 희석하였다. 희석된 라이신에 시트르산(citric acid: CA) 47.31g을 상온(25℃)에서 천천히 투입하며 1시간 동안 교반 후 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 반응 혼합물이 상온(25℃)에 도달한 후 반응을 종결하여 202.62g의 토양조리제 조성물 2A를 수득하였다. 이 조성물 2A에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분의 함량은 조성물 100중량부를 기준으로 하여 약 50중량부이고, 라이신과 시트르산의 혼합몰비는 1.5:1이고 용매는 탈이온수였다.
라이신과 시트르산의 몰비를 변경한 것을 제외하고는 상기 토양조리제 조성물 2A의 제조방법과 유사하게 토양조리제 조성물 2B 내지 조성물 2G를 제조하였다.
토양조리제 조성물 2A 내지 조성물 2G에 포함된 라이신 및 시트르산의 혼합 몰비와 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량을 하기 표 2에 기재하였다.
토양조리제 조성물
(토양 개량용 조성물)		 몰비(Lys:CA) 고형분 함량 (wt%)
조성물 2A 1.5:1 50
조성물 2B 3:1
조성물 2C 1:3
조성물 2D 5:1
조성물 2E 1:5
조성물 2F 10:1
조성물 2G 1:10
실시예 1-3. 라이신과 시트르산의 염, 증점제, 및 미량원소를 포함하는 토양조리제 조성물의 제조
54중량% L-라이신 프리폼(Lysine free form) 수용액 100g에 DIW(증류수) 37.10g을 부가하고 상온(25℃)에서 30분 동안 교반과 동시에 희석하였다. 희석된 라이신에 시트르산(citric acid: CA) 47.31g 및 잔탄검 1.98g을 상온(25℃)에서 천천히 투입하며 1시간 동안 교반하고 나서 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01g과 붕산(H3BO3) 0.34g, 황산망간(MnSO4 ·H2O) 4.49g, 황산철(FeSO4 ·7H2O) 4.54g, 황산구리(CuSO4 ·5H2O) 2.39g, 황산아연(ZnSO4 ·7H2O) 4.46g을 추가한 후 60℃에서 5시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 반응 혼합물이 상온(25℃)에 도달한 후 반응을 종결하여 202.62g의 토양조리제 조성물 3A를 수득하였다. 이 조성물 3A에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량은 조성물 100중량부를 기준으로 하여 약 50중량부이고, 라이신과 시트르산의 혼합몰비는 1.5:1이었다. 잔탄검 함량은 조성물 전체 중량에 대하여 0.977wt%이고, 용매는 탈이온수였다.
잔탄검을 첨가하지 않고, 54중량% L-라이신 프리폼 수용액 100g에 DIW 39.08g을 부가한 것을 제외하고는 상기 토양조리제 조성물 3A의 제조방법과 유사하게 토양조리제 조성물 3B 제조하였다.
토양조리제 조성물 3A 및 3B에 포함된 라이신 및 시트르산의 혼합 몰비, 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량, 및 미량원소 함량을 하기 표 3에 기재하였다.
토양조리제 조성물 몰비(Lys:CA) 고형분 함량
(wt%)		 잔탄검 함량
(wt%)		 미량원소 함량
(wt%)
조성물 3A 1.5:1 50 0.977 8.0%
조성물 3B 1.5:1 50 - 8.0%
실시예 2. 내수성 평가
실시예 2-1. 토양조리제 조성물 제조
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산 1.5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내의 고형분 함량이 1중량%(조성물 a-1), 2.5중량%(조성물 a-2), 5중량%(조성물 a-3), 7.5중량%(조성물 a-4), 및 10중량%(조성물 a-5)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1B(라이신과 시트르산 3:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내의 고형분 함량이 1.5중량%(조성물 a-6), 2 중량%(조성물 a-7), 및 2.5중량%(조성물 a-8)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1C(라이신과 시트르산 1:3 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내의 고형분 함량이 1.5중량%(조성물 a-9), 2 중량%(조성물 a-10), 및 2.5중량%(조성물 a-11)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1D(라이신과 시트르산 5:1 몰비)을 고형분 함량 1.5중량%(조성물 a-12), 2중량%(조성물 a-13), 및 2.5중량%(조성물 a-14)가 되게 물로 각각 희석하여 사용하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1E(라이신과 시트르산 1:5 몰비)을 고형분 함량 1.5중량%(조성물 a-15), 2중량%(조성물 a-16), 및 2.5중량%(조성물 a-17)가 되게 물로 각각 희석하여 사용하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1F(라이신과 시트르산 10:1 몰비)을 고형분 함량 2.5중량%(조성물 a-18)가 되게 물로 희석하여 사용하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1G(라이신과 시트르산 1:10 몰비)을 고형분 함량 2.5중량%(조성물 a-19)가 되게 물로 희석하여 사용하였다.
대조군 A로는 상업적으로 구매 가능한 염화마그네슘(MgCl2)을 주성분으로 포함하는 토양조리제(DUS-CON, 프레스토사)를 사용하였고, 토양조리제에 기재된 가이드라인에 따라 토양조리제의 고형분 함량은 20중량%(wt%)로 희석하여 사용하였다.
대조군 B로는 탈이온수를 그대로 사용하였다.
상기와 같이 토양조리제 조성물 1A 내지 1G에 물을 첨가하여 제조한 조성물 a-1 내지 조성물 a-19 에 포함된 라이신 및 시트르산의 혼합몰비, 고형분 함량, 및 잔탄검 함량을 하기 표 4에 기재하였다. 하기 표 4에서 고형분 함량은 토양조리제 조성물 a-1 내지 a-19의 경우 라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량을 의미하고, 대조군 A의 경우 조성물 내의 고형분 함량을 의미한다.
토양조리제 몰비(Lys:CA) 고형분 함량(wt%) 잔탄검 함량(wt%)
a-1 1.5:1 1 0.0195
a-2 2.5 0.0489
a-3 5 0.0977
a-4 7.5 0.1466
a-5 10 0.1954
a-6 3:1 1.5 0.0293
a-7 2 0.0391
a-8 2.5 0.0489
a-9 1:3 1.5 0.0293
a-10 2 0.0391
a-11 2.5 0.0489
a-12 5:1 1.5 0.0293
a-13 2 0.0391
a-14 2.5 0.0489
a-15 1:5 1.5 0.0293
a-16 2 0.0391
a-17 2.5 0.0489
a-18 10:1 2.5 0.0489
a-19 1:10 2.5 0.0489
대조군 A
(상용 조리제)		 - 20 -
대조군 B(탈이온수) - - -
실시예 2-2. 내수성 평가
상기 실시예 2-1에서 제조한 토양조리제 조성물(조성물 a-1 내지 a-3, 및 a-5)과 대조군 A(상용 조리제), 및 대조군 B(탈이온수)에 대하여 내수성을 하기 방법에 따라 평가하였다.
모래가 일정한 높이로 채워진 유리 컬럼에 토양조리제 조성물(또는 대조군)을 도포한 후 토양조리제 조성물(또는 대조군)이 침투하는 높이(깊이)에 따라 내수성을 평가하였다. 내수성이 우수한 조성물은 침투 높이(깊이)가 작고(얇고) 내수성이 부진한 조성물, 즉 물에 잘 용해되는 조성물은 침투 높이(깊이)가 크다(깊다).
투명한 유리 컬럼(지름 3.6cm, 높이 18cm)에 모래 250g을 16cm 높이로 채웠다. 상기 실시예 1에서 제조된 토양조리제 조성물(a-1 내지 a-3, 및 a-5), 대조군 A, 또는 대조군 B를 12.5g씩 각각 유리 컬럼에 채워진 모래 기둥의 상단에 도포하고, 180분 경과 후 중력에 의해 모래 속으로 조성물이 침투된 높이(깊이)를 측정하여 하기 수학식 1에 의해 침투율을 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 평가 온도는 25℃±1℃ 이었다.
[수학식 1]
침투율(%) = [H1 / H0 ×100]
H0: 유리 컬럼에 채워진 모래의 전체 높이
H1: 토양조리제 조성물에 의하여 침투되는 모래의 높이
조성물 침투율[%]
a-1 100
a-2 81
a-3 50
a-5 44
대조군 A 100
대조군 B 100
표 5에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 2-1에서 제조된 토양조리제 조성물(a-1 내지 a-3 및 a-5)은 대조군 A, B에 비하여 동등 이하의 침투율을 보여주어, 결과적으로 동등 이상의 내수성을 나타내었다.
모래토양에서 무기염과 같은 토양조리제는 강우에 의해 녹아 쉽게 씻겨 내려가거나 식물이 이용하기 어려운 토양 깊이까지 쉽게 흘러내려가 버려서 토양 내에서 이용 가능한 토양조리제의 양을 유지하기 어려워 기존의 토양조리제의 경우는 수분을 붙잡고 유지하는 효력이 쉽게 사라지는 단점이 있었다. 상기 실시예 2-1에서 제조된 토양조리제 조성물 a-1 내지 a-3 및 a-5는 상용 토양조리제 조성물인 대조군 A보다 고형분 함량이 2배에서 20배 이상 적음에도 동등 이상의 내수성을 나타내었다. 따라서 이로부터 일 예에 따른 토양조리제 조성물은 토양 내에서 식물이 이용가능한 양을 유지하기 용이하고, 이에 따라 토양 내 수분 함량을 유지시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실시예 3. 라이신과 시트르산의 혼합 몰비에 따른 조성물의 함습성, 흡습성 분석
실시예 3-1. 토양조리제 조성물의 제조
상기 실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2A(라이신과 시트르산 = 1.5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 b-1), 10중량%(조성물 b-2), 20중량%(조성물 b-3), 25중량%(조성물 b-4), 30중량%(조성물 b-5), 40중량%(조성물 b-6) 및 50중량%(조성물 b-7)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2B(라이신과 시트르산 = 3:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 b-8), 10중량%(조성물 b-9), 20중량%(조성물 b-10), 및 25중량%(조성물 b-11)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2C(라이신과 시트르산 = 1:3 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 b-12), 10중량%(조성물 b-13), 20중량%(조성물 b-14), 및 25중량%(조성물 b-15)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2D(라이신과 시트르산 = 5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 b-16), 10중량%(조성물 b-17), 20중량%(조성물 b-18), 및 25중량%(조성물 b-19)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2E(라이신과 시트르산 = 1:5 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 b-20), 10중량%(조성물 b-21), 20중량%(조성물 b-22), 및 25중량%(조성물 b-23)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2F(라이신과 시트르산 = 10:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 10중량%(조성물 b-24), 20중량%( 조성물 b-25), 및 25중량%( 조성물 b-26)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-2에서 얻어진 토양조리제 조성물 2G(라이신과 시트르산 = 1:10몰비 조성물)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 10중량%(조성물 b-27), 20중량%(조성물 b-28), 및 25중량%(조성물 b-29) 인 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 토양조리제 조성물 2A 내지 2G에 물을 첨가하여 제조한 b-1 내지 b-29 조성물 내의 라이신 및 시트르산의 혼합몰비, 및 라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량을 하기 표 6에 기재하였다.
조성물 몰비(Lys:CA) 고형분 함량(중량%)
b-1 1.5:1 5
b-2 10
b-3 20
b-4 25
b-5 30
b-6 40
b-7 50
b-8 3:1 5
b-9 10
b-10 20
b-11 25
b-12 1:3 5
b-13 10
b-14 20
b-15 25
b-16 5:1 5
b-17 10
b-18 20
b-19 25
b-20 1:5 5
b-21 10
b-22 20
b-23 25
b-24 10:1 10
b-25 20
b-26 25
b-27 1:10 10
b-28 20
b-29 25
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산=1.5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 c-1), 10중량%(조성물 c-2), 20중량%(조성물 c-3), 25중량%(조성물 c-4), 30중량%(조성물 c-5), 40중량%(조성물 c-6), 및 50중량%(조성물 c-7)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1B(라이신과 시트르산=3:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 c-8), 10중량%(조성물 c-9), 20중량%(조성물 c-10), 및 25중량%(조성물 c-11)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1C(라이신과 시트르산=1:3 몰비) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 c-12), 10중량%(조성물 c-13), 20중량%(조성물 c-14), 및 25중량%(조성물 c-15)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1D(라이신과 시트르산=5:1 몰비) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 c-16), 10중량%(조성물 c-17), 20중량%(조성물 c-18), 및 25중량%(조성물 c-19)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1E(라이신과 시트르산=1:5 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량 5중량%(조성물 c-20), 10중량%(조성물 c-21), 20중량%(조성물 c-22), 및 25중량%(조성물 c-23)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1F(라이신과 시트르산=10:1 몰비) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 25중량%(조성물 c-24) 및 50중량%(조성물 c-25)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1G(라이신과 시트르산=1:10 몰비) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 25중량%(조성물 c-26), 및 50중량%(조성물 c-27)인 조성물을 제조하였다.
대조군 D로는 상업적으로 구매 가능한 염화마그네슘(MgCl2)을 주성분으로 포함하는 토양조리제(DUS-CON, 프레스토사)를 준비하였다. 토양조리제에 기재된 가이드라인에 따라 고형분 함량은 10중량%(조성물 D-1), 20중량%(조성물 D-2), 및 25중량%(조성물 D-3)로 각각 희석하여 사용하였다.
대조군 E로는 탈이온수를 그대로 사용하였다.
상기와 같이 토양조리제 조성물 1A 내지 1G에 물을 첨가하여 제조한 c-1 내지 c-27 조성물 내의 라이신 및 시트르산의 혼합몰비, 라이신 및 시트르산으로 이루어지는 고형분 함량, 및 잔탄검 함량을 하기 표 7에 기재하였다.
몰비(Lys:CA) 고형분 함량
(중량%)		 잔탄검 함량(중량%)
c-1 1.5:1 5 0.0977
c-2 10 0.1954
c-3 20 0.3908
c-4 25 0.4885
c-5 30 0.5862
c-6 40 0.7816
c-7 50 0.977
c-8 3:1 5 0.0977
c-9 10 0.1954
c-10 20 0.3908
c-11 25 0.4885
c-12 1:3 5 0.0977
c-13 10 0.1954
c-14 20 0.3908
c-15 25 0.4885
c-16 5:1 5 0.0977
c-17 10 0.1954
c-18 20 0.3908
c-19 25 0.4885
c-20 1:5 5 0.0977
c-21 10 0.1954
c-22 20 0.3908
c-23 25 0.4885
c-24 10:1 25 0.4885
c-25 50 0.977
c-26 1:10 25 0.4885
c-27 50 0.977
대조군 D-1 - 10 -
대조군 D-2 - 20 -
대조군 D-3 - 25 -
대조군 E
(탈이온수)		 - - -
각각의 토양조리제 조성물에 대하여 토양 내 함습성, 조성물 함습성 및 흡습성을 하기 방법에 따라 평가하였다.
실시예 3-2. 토양조리제 처리에 따른 토양의 함습성 평가 (efficiency of water holding capacity in soil)
가로 7.8cm, 세로 7.8cm 플라스틱 용기 내에 혼합 토양을 2.5cm의 일정한 두께로 배치하고 스프레이 분사 방법에 의해 상기 실시예 3-1에서 제조한 토양조리제 조성물, 대조군 D, 또는 대조군 E를 각각 혼합 토양 표면에 분사하였다. 각 조성물의 분무량은 하기 표 8 내지 표 12에 기재하였다. 혼합 토양은 입도 평균 142.3㎛(d10 68.31㎛, d50 128.1㎛, d90 229.8㎛)의 모래 87.6w/w%와 입도 400mesh 이하 황토 12.4w/w%를 혼합한 후 수분 함량을 18.6w/w%로 조정하여 사용하였다.
이어서, 25℃±1℃의 온도 및 20%±5%의 상대습도(RH)를 유지하면서 24시간 동안 혼합 토양의 무게 변화를 측정하여 하기 수학식 3에 따라 토양의 수분 감소율을 계산하고, 수학식 2에 따라 대조군 E(물 처리군)에 대한 상대 함습성을 평가하였다. 평가 결과의 일부를 표 8 내지 표 12에 나타내었다. 수학식 2에서 물 분무 후 토양의 수분 감소율은 토양조리제 조성물 대신 물을 사용하여 하기 수학식 3을 이용하여 계산한 것이다.
수분 감소율이 낮을수록 순수한 물을 포함하는 혼합 토양(대조군 E)에 비하여 수분의 손실이 낮아지고 상대 함습성이 높을수록 순수한 물이 처리된 혼합 토양(대조군 E)에 비하여 수분의 유지율이 높아짐을 의미한다.
[수학식 2]
상대 함습성(%) = [1 - (조성물 분무 후 토양의 수분 감소율 / 물 분무 후 토양의 수분 감소율)]×100
[수학식 3]
조성물(또는 물) 분무 후 토양의 수분 감소율 = [(조성물(또는 물) 분무 직후의 혼합 토양의 무게 - 24 시간 경과 후의 혼합 토양의 무게)/ 조성물(또는 물) 분무 직후의 혼합 토양의 무게]×100
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 표면분무량
(g/m2)		 상대함습성
(%)
b-1 1.5:1 - 5 40 34.4
c-1 0.0977 33.9
b-2 - 10 42.2
c-2 0.1954 42.1
b-8 3:1 - 5 89.4
b-9 - 10 90.9
b-12 1:3 - 5 88.5
b-13 - 10 96.2
b-16 5:1 - 5 103.8
b-17 - 10 104.7
b-20 1:5 - 5 66.3
b-21 - 10 91.2
대조군 D
(D-1)		 - - 10 -8.6
대조군 E - - 0 0
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 표면분무량
(g/m2)		 상대함습성
(%)
b-1 1.5:1 - 5 80 44.5
c-1 0.0977 42.1
b-2 - 10 46.7
c-2 0.1954 50.5
b-8 3:1 - 5 126.3
b-9 - 10 95.4
b-12 1:3 - 5 88.3
b-13 - 10 100.9
b-16 5:1 - 5 97.9
b-17 - 10 104.2
b-20 1:5 - 5 81.5
b-21 - 10 82.5
대조군 D
(D-1)		 - - 10 6.8
대조군 E - - 0 0
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 표면분무량
(g/m2)		 상대함습성
(%)
b-1 1.5:1 - 5 160 52.0
c-1 0.0977 55.3
b-2 - 10 52.3
c-2 0.1954 62.2
b-8 3:1 - 5 93.4
b-9 - 10 99.2
b-12 1:3 - 5 89.2
b-13 - 10 98.6
b-16 5:1 - 5 109.0
b-17 - 10 95.4
b-20 1:5 - 5 63.3
b-21 - 10 82.5
대조군 D
(D-1)		 - - 10 -5.2
대조군 E - - 0 0
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 표면분무량
(g/m2)		 상대함습성
(%)
b-1 1.5:1 - 5 320 55.1
c-1 0.0977 57.0
b-2 - 10 55.8
c-2 0.1954 63.9
b-8 3:1 - 5 86.1
b-9 - 10 87.2
b-12 1:3 - 5 80.3
b-13 - 10 87.3
b-16 5:1 - 5 87.0
b-17 - 10 84.6
b-20 1:5 - 5 64.6
b-21 - 10 49.0
대조군 D
(D-1)		 - - 10 -6.8
대조군 E - - 0 0
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 표면분무량
(g/m2)		 상대함습성
(%)
b-1 1.5:1 - 5 640 62.9
c-1 0.0977 66.1
b-2 - 10 64.3
c-2 0.1954 80.3
b-8 3:1 - 5 75.9
b-9 - 10 84.0
b-12 1:3 - 5 64.8
b-13 - 10 72.6
b-16 5:1 - 5 82.9
b-17 - 10 68.5
b-20 1:5 - 5 64.2
b-21 - 10 70.2
b-24 10:1 - 10 0.4
b-27 1:10 - 10 2.1
대조군 D
(D-1)		 - - 10 -5.9
대조군 E - - 0 0
상기 표 8 내지 12에서, 물과 동일한 상대 함습성을 가지는 경우 상대 함습성은 0% 이고, 토양조리제 조성물이 분무된 토양의 수분 감소율이 0(24시간 후 수분 전혀 감소 안함)인 경우 상대 함습성은 100% 이며, 토양조리제 조성물이 분무된 토양의 수분 감소율이 음인 경우(24시간 후 오히려 토양 무게 증가인 경우, 매우 효과 우수) 상대 함습성 100% 초과하고, 토양조리제 조성물이 분무된 토양의 수분 감소율이 물을 분무한 경우 보다 더 큰 경우 (물보다 수분 더 많이 감소, 물보다 효과 부진) 상대함습성은 음의 값으로 나타난다. 상기 표 8 내지 12에 나타난 바와 같이, 상대 함습성이 음의 값(＜0)으로 계산된 일부 대조군(D-1)은 물보다 함습성이 부진하였다.
상기 표 8 내지 12에 나타난 바와 같이, 실시예 3-1에서 제조된 토양조리제 조성물은 토양 내에서 대조군 D 및 대조군 E에 비하여 수분 감소율이 현저히 낮았다. 즉, 토양조리제 조성물은 토양에 처리되어 토양의 함습성을 증가시켰다.
심지어 대조군 D의 무기염 토양조리제는, 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 비에 의해 용해되어 표층으로부터 쉽게 제거되고 강물 등으로 유입되어 강물 등의 수생태계에 염류 농도에 의한 부정적인 영향을 주기 쉬우며, 토양 표면에 존재하는 도로, 철골 구조물 등을 부식시켜 이들의 내구성을 저하시키고, 과량의 무기염 토양조리제의 사용은 토양산성화, 식물 고사 등의 환경 문제를 야기하는 한계가 있다.
실시예 3-3. 조성물 함습성 평가 (inherent efficiency of water holding capacity)
가로 7.8cm, 세로 7.8cm 플라스틱 용기 내에 상기 실시예 3-1에서 제조한 토양조리제 조성물, 및 대조군 E를 각각 25g씩 투입하였다.
이어서, 40℃ ± 1℃의 온도 및 10% ± 5%의 상대습도(RH)를 유지하면서 24시간 동안 조성물의 무게 변화를 측정하여 하기 수학식 4 에 따라 조성물의 수분 감소율을 계산하여 조성물의 함습성(%)을 평가하였다. 평가 결과의 일부를 표 13에 나타내었다. 조성물 함습성(%)이 낮을수록 조성물이 포함하고 있던 수분의 손실양이 높아짐을 의미한다.
[수학식 4]
조성물의 함습성(%)= [(투입된 조성물의 무게 - 24 시간 경과 후의 손실된 조성물의 무게) / 투입된 조성물의 무게]×100
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 24h후 함습성(%)
b-4 1.5:1 - 25 32.5
c-4 0.4885 25 35.7
b-11 3:1 - 25 33.2
c-11 0.4885 25 39.3
b-15 1:3 - 25 31.2
c-15 0.4885 25 37.5
b-19 5:1 - 25 31.2
c-19 0.4885 25 40.2
b-23 1:5 - 25 29.8
c-23 0.4885 25 35.3
b-26 10:1 - 25 14.6
c-24 0.4885 25 18.7
b-29 1:10 - 25 16.0
c-26 0.4885 25 28.3
대조군 E - - 0 0
표 13을 참조하면, 상기 실시예 3-1에서 제조된 토양조리제 조성물은 대조군 E 에 비하여는 조성물의 수분 감소율이 낮아 조성물 자체의 함습성이 우수한 것을 알 수 있었다.
실시예 3-4. 흡습성 평가 (hygroscopicity)
가로 7.8cm, 세로 7.8cm 플라스틱 용기 내에 상기 실시예 3-1에서 제조한 토양조리제 조성물, 대조군 D, 또는 대조군 E 20g과 모래 20g을 각각 혼합한 혼합물을 투입하고, 60℃±1℃의 온도에서 3시간 동안 건조시켰다.
이어서, 25℃±1℃의 온도 및 90%±5%의 상대습도(RH)를 유지하면서 22시간 동안 상기 토양조리제 조성물의 무게 변화를 측정하여 하기 수학식 5에 따라 수분 흡수율을 계산하여 흡습성을 평가하였다. 수학식 5에서 토양조리제 조성물의 무게는 모래를 제외한 조성물의 무게를 의미한다. 수분 흡수율이 높을수록 토양조리제 조성물의 흡습성이 우수함을 의미하고, 평가 결과의 일부를 표 14에 나타내었다.
[수학식 5]
수분 흡수율(%) = [(24 시간 경과 후 토양조리제 조성물의 무게 - 투입된 토양조리제 조성물의 무게) / 투입된 토양조리제 조성물의 무게]×100
조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량(wt%) 고형분 함량(wt%) 수분 흡수율(%)
b-2 1.5:1 - 10 6.6
b-9 3:1 - 10.0
b-13 1:3 - 7.3
b-17 5:1 - 10.9
b-21 1:5 - 8.0
b-24 10:1 - 12.0
b-27 1:10 - 8.3
대조군 E - - 0 0.0
b-4 1.5:1 - 25 5.9
c-4 0.4885 7.9
b-11 3:1 - 15.5
b-15 1:3 - 6.4
b-19 5:1 - 16.2
b-23 1:5 - 9.4
b-26 10:1 - 17.4
b-29 1:10 - 12.4
대조군 E - - 0 0.0
표 14를 참조하면, 상기 실시예 3-1에서 제조된 토양조리제 조성물은 대조군 E(탈이온수)에 비하여 수분 흡수율이 증가되었는 바 향상된 흡습성을 가져 토양의 건조를 방지할 수 있다.
실시예 4. 침지법에 의한 토양조리제 조성물의 효과 분석
실시예 4-1. 토양조리제 조성물의 제조
상기 실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산=1.5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 d-1), 10중량%(조성물 d-2), 20중량%(조성물 d-3), 25중량%(조성물 d-4), 30중량%(조성물 d-5)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1B(라이신과 시트르산=3:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-6), 및 30중량%(조성물 d-7)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1C(라이신과 시트르산=1:3 몰비) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-8), 및 30중량%(조성물 d-9)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1D(라이신과 시트르산=5:1 몰비 조성물)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-10), 및 30중량%(조성물 d-11)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1E(라이신과 시트르산=1:5 몰비 조성물)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-12), 및 30중량%(조성물 d-13)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1F(라이신과 시트르산=10:1 몰비 조성물)에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-14) 및 30중량%(조성물 d-15)인 조성물을 제조하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1G(라이신과 시트르산=1:10 몰비 조성물) 에 물을 첨가하여 조성물 내에서 라이신과 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 20중량%(조성물 d-16), 및 30중량%(조성물 d-17)인 조성물을 제조하였다.
대조군 D로는 상업적으로 구매 가능한 폴리아크릴산(ASAP; Sodium polyacrylate, 산동완화화학기술유한회사(Shandong Wanhua Chemical Technology Co.,Ltd.))을 사용하였다. ASAP는 super absorbent polymer로 자체 무게의 300~800배까지 수분 흡수가 가능한 제품으로서, 1중량%를 초과하는 고형분 함량으로 침지법에 의해 식물뿌리에 접촉시 생물 독성이 있어 식물이 고사하는 악영향이 있어 제품의 가이드라인에 따라 ASAP는 조성물 내 고형분 함량을 1중량%로 희석하여 사용하였다(조성물 D-1).
대조군 E로는 탈이온수를 그대로 사용하였다.
상기와 같이 토양조리제 조성물 1A 내지 1G에 물을 첨가하여 제조한 d-1 내지 d-17 조성물 내의 라이신 및 시트르산의 혼합몰비, 라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량, 및 잔탄검 함량을 하기 표 15에 기재하였다.
조성물 몰비(Lys:CA) 고형분 함량(wt%) 잔탄검 함량(wt%)
d-1 1.5:1 5 0.0977
d-2 10 0.1954
d-3 20 0.3908
d-4 25 0.4885
d-5 30 0.5862
d-6 3:1 20 0.3908
d-7 30 0.5862
d-8 1:3 20 0.3908
d-9 30 0.5862
d-10 5:1 20 0.3908
d-11 30 0.5862
d-12 1:5 20 0.3908
d-13 30 0.5862
d-14 10:1 20 0.3908
d-15 30 0.5862
d-16 1:10 20 0.3908
d-17 30 0.5862
대조군 D-1 - 1 -
대조군 E - - -
각각의 토양조리제 조성물을 사용하여 토양 수분 함량, 식물의 생존율, 클로로필(Chlorophyll) 농도, 및 식물 성장 분석을 하기 방법에 따라 평가하였다.
실시예 4-2. 침지법에 의한 토양 수분 함량 (Soil water content) 평가
침지법(Dipping root)은 일반적으로 나무 조림시 나무 뿌리 근처에서 토양조리제로서 수분유지의 효능평가에 사용하는 방법으로 각각의 토양조리제 조성물의 희석액에 약 30초간 나무의 뿌리를 담가 침지시킨 다음 토양에 나무를 심는 방법이다.
상기 실시예 4-1에서 제조한 토양조리제 조성물 약 30L의 d-1 내지 d-17, 대조군 D-1, 또는 대조군 E 에 포플라(Poplar, 0.5 ~ 1년생, 1 ~ 1.5m 높이(키)) 및 골담초(Caragana, 1 ~ 2년생, 0.5m 높이(키))의 뿌리 부분을 각각 30초간 침지 후 각 조성물로부터 뿌리를 꺼내서 직경(diameter) 20cm, 깊이(depth) 30cm의 화분에 심었다. 각 화분에 담기는 혼합 토양으로서, 입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9중량%, 및 입도 평균 0.002mm 미만 토양 6.8중량%로 구성된 건조토양 19kg을 사용하였다. 동일 농도의 조성물당 각각 30개의 화분을 사용하여 측정한 결과에 대한 평균값으로 각 토양의 수분 함량을 나타내었다.
상기 건조토양의 초기 수분 함량은 14중량%였으며, 각 조성물당 30개 화분을 하기 3개의 가뭄 스트레스 조건(토양의 수분 함량 11중량%, 6중량%, 3중량%)으로 나누어 효능평가를 진행하였다: (1) 토양 수분 함량 11중량% 조건(A, no drought stress), (2) 토양 수분 함량 6중량% 조건(B, moderate drought stress), (3) 토양 수분 함량 3중량% 조건(C, serious drought stress). 주간온도 25~30℃, 야간온도 15 ~ 20℃, 상대습도 35 ~ 50%RH, 일조시간 269시간(sun days(비가 오지 않고 구름이 많이 끼지 않은 개인날): 20일) ~ 305시간(sun days: 15일)의 조건에서 식물을 배양하였고, 가뭄 스트레스 조건에 따라 배양 조건은 변경되었다(예를 들면, A 조건의 경우 일사량이 적으면서 저온 다습한 시간대(주간온도 약 25℃, 야간온도 약 15℃, 상대습도 50%RH, 일조시간이 짧은 기간)에서 식물 배양, C 조건의 경우 증발량이 많도록 일사량이 많고 고온 건조한 시간대(주간온도 약 30℃, 야간온도 약 20℃, 상대습도 35%RH, 일조시간이 긴 기간)에서 식물 배양).
토양 수분 함량이 각각의 가뭄 스트레스 조건(11중량, 6중량, 또는 3중량%)에 도달하면(식재 후 22일차) 2일 동안 조건을 유지하고, 식물 식재 후 24일차에 토양 수분 함량이 14중량%에 도달할때까지 화분에 물을 살포(rewatering)하였다. 다시 토양 수분 함량이 각각의 가뭄 스트레스 조건에 도달하면(30일차), 2일 동안 조건을 유지하고, 식물 식재 후 32일차에 토양 수분 함량이 14중량%에 도달하기까지 화분에 물을 살포(drought-rewatering)하였다. 상기 rewatering 과 drought-rewatering하는 2사이클 동안 화분 내 토양과 수분의 무게변화를 측정하여 토양 내 수분 함량을 측정하고, 그 결과를 표 16 내지 19에 나타내었다.
표 16은 가뭄 스트레스 11중량% 조건(A, no drought stress) 에서의 식물 식재 후 일수에 따른 토양의 수분 함량을 나타내고, 표 17은 가뭄 스트레스 5중량% 조건(B, moderate drought stress)에서 식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량 결과를 나타내며, 표 18은 가뭄 스트레스 3중량% 조건(C, serious drought stress)에서 식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량 결과를 나타낸다.
A 조건 식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량(wt%)
0(day) 22(day) 32(day)
E 14.00 11.24 11.30
d-1 14.00 11.66 11.64
d-2 14.00 11.79 11.69
d-3 14.00 11.86 11.87
d-4 14.00 11.95 11.92
d-5 14.00 12.24 12.31
d-6 14.00 11.93 11.85
d-7 14.00 11.95 11.89
d-8 14.00 11.85 11.77
d-9 14.00 11.86 11.75
d-10 14.00 11.91 11.85
d-11 14.00 11.92 11.89
d-12 14.00 11.87 11.84
d-13 14.00 11.89 11.85
d-14 14.00 10.20 10.25
d-15 14.00 10.25 10.26
d-16 14.00 11.20 11.35
d-17 14.00 11.35 11.37
D-1 14.00 11.66 11.59
B 조건 식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량(wt%)
0(day) 22(day) 32(day)
E 14.00 5.30 5.06
d-1 14.00 5.66 5.84
d-2 14.00 5.87 5.99
d-3 14.00 6.40 6.26
d-4 14.00 6.53 6.53
d-5 14.00 6.88 7.12
d-6 14.00 6.48 6.48
d-7 14.00 6.50 6.50
d-8 14.00 6.45 6.51
d-9 14.00 6.52 6.52
d-10 14.00 6.53 6.52
d-11 14.00 6.52 6.52
d-12 14.00 6.53 6.53
d-13 14.00 6.58 6.53
d-14 14.00 5.10 5.12
d-15 14.00 5.11 5.13
d-16 14.00 5.15 5.14
d-17 14.00 5.18 5.14
D-1 14.00 5.66 5.30
C 조건 식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량(wt%)
0(day) 22(day) 32(day)
E 14.00 3.02 5.26
d-1 14.00 3.44 5.84
d-2 14.00 3.54 5.99
d-3 14.00 3.82 6.16
d-4 14.00 4.39 6.43
d-5 14.00 4.79 7.32
d-6 14.00 4.30 5.80
d-7 14.00 4.32 5.86
d-8 14.00 4.35 5.83
d-9 14.00 4.36 5.85
d-10 14.00 4.33 5.92
d-11 14.00 4.35 5.93
d-12 14.00 4.35 5.95
d-13 14.00 4.36 5.96
d-14 14.00 4.36 4.30
d-15 14.00 4.36 4.32
d-16 14.00 3.35 4.45
d-17 14.00 3.35 4.58
D-1 14.00 3.36 5.30
대조군 D-1은 super absorbent polymer로 자체 무게의 300~800배까지 순식간에 수분을 흡습하는 성질을 갖고 있으나, 상기 표 16 내지 18에 나타난 바와 같이, 실시예 4-1에서 제조한 토양조리제 조성물을 침지법으로 처리한 토양은 대조군 E 또는 대조군 D-1을 침지법으로 처리한 토양 보다 토양 수분 함량을 현저히 높게 유지시켰다.
실시예 4-3. 침지법에 의한 식물 생존율(survival rate), 식물 성장 높이(plant height), 및 클로로필 농도 측정
상기 실시예 4-2에 기재된 방법과 같이 침지법으로 포플라 및 골담초를 식재하고 각각의 가뭄스트레스 조건(A, B, C)에서 식물을 배양하여 포플라 식재 후 95일차 및 골담초 식재 후 168일차에 각 식물의 생존율, 식물 높이(Plant height), 클로로필 농도(SPAD unit)를 분석하였다. 주간온도 25~30℃, 야간온도 15~20℃, 상대습도 35~50%RH, 일조시간 269시간(sun days(비가 오지 않고 구름이 많이 끼지 않은 개인날): 20일) ~ 일조시간 305시간(sun days: 15일)의 조건에서 식물(포플라 및 골담초)을 배양하였다.
SPAD unit(Chlorophyll concentration)은 SPAD meter(SPAD-502, Konica-Minolta, Tokyo, Japan)에 의해 각각 10군데의 잎사귀들의 SPAD 값을 측정하여 그 결과를 표 19 에 나타내었다. 각 실험 결과는 6번 반복 실험한 평균값으로 나타내었다.
표 19는 각 가뭄스트레스 조건(A, B, C)에 따른 포플라 성장(생존율, 식물 성장 높이 및 클로로필 농도) 분석 결과를 나타내고, 표 20은 11중량%의 가뭄스트레스 조건(A)에 따른 골담초 성장(생존율 및 식물 성장 높이) 분석 결과를 나타낸다.
Index 생존율(%) 식물 높이(cm) 클로로필 농도
SPAD units
가뭄 스트레스 조건 A(11%) B(5%) C(3%) A(11%) B(5%) C(3%) A(11%) B(5%) C(3%)
E 100 100 83.3 192.4 214.2 187.6 31.5 28.2 36.6
d-1 100 100 100 201.7 212.5 205.6 34.1 37.1 40.5
d-2 100 100 100 199.3 221.3 206.8 34.6 36.5 41.8
d-3 100 100 100 204.2 223.4 212.3 40.7 38.5 42.3
d-4 100 100 100 217.2 227.8 214.6 45.3 39.7 40.2
d-5 100 100 100 218.3 229.6 215.7 46.2 41.4 41.5
d-6 100 100 100 216.5 225.4 213.5 43.2 41.5 42.5
d-7 100 100 100 216.8 227.4 213.8 45.2 43.2 42.8
d-8 100 100 100 215.5 223.7 212.6 43.8 41.8 42.0
d-9 100 100 100 215.9 225.7 214.2 44.2 44.6 43.1
d-10 100 100 100 216.2 224.8 213.1 44.5 44.8 45.2
d-11 100 100 100 216.1 227.0 215.4 45.1 45.2 41.2
d-12 100 100 100 216.5 223.5 213.9 42.8 43.4 41.9
d-13 100 100 100 215.9 226.4 213.2 43.8 42.8 40.9
d-14 85 74 66 200.2 201.2 200.8 38.5 39.2 38.7
d-15 83 75 62 202.1 200.4 201.9 39.5 36.4 38.2
d-16 75 61 55 195.4 199.4 199.2 33.4 35.6 38.7
d-17 74 66 53 192.3 200.2 201.1 33.2 39.9 40.1
D-1 100 100 100 189.5 193.4 204.5 31.5 35.9 39.9
Index E d-1 d-2 d-3 d-4 d-5 D-1
생존율(%) 50 75 75 75 66.7 66.8 58.3
식물 높이(cm) 66.8 80.5 81.5 82.3 82.5 87.9 78.2
침지법에 사용되는 조성물 내의 폴리아크릴산(D) 고형분 함량이 1중량%를 초과하면, 생물독성으로 인해 식물이 고사하여 생존율을 측정할 수 없으므로, 식물높이 및 SPAD 등 식물성장 평가를 진행하지 못하였다.
표 19 및 표 20에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 4-1에서 제조한 토양조리제 조성물은 침지법으로 처리시에, 대조군 E 및 대조군 D-1 보다 포플라 및 골담초의 생존율, 식물 성장 크기, 및/또는 클로로필 농도가 증가하여 식물의 성장이 촉진되는 것을 확인하였다.
실시예 5. 토양 혼합법에 의한 토양조리제 조성물의 효과 분석
실시예 5-1. 토양조리제 조성물의 제조
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산=1.5:1 몰비 포함)를 450kg/ha(e-1), 900kg/ha(e-2), 1800kg/ha(e-3), 3000kg/ha(e-4), 4500kg/ha(e-5) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1B(라이신과 시트르산=3:1 몰비 포함)를 1800kg/ha(e-6), 4500kg/ha(e-7) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1C(라이신과 시트르산=1:3 몰비 포함)를 1800kg/ha(e-8), 4500kg/ha(e-9) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1D(라이신과 시트르산=5:1 몰비 포함)를 1800kg/ha(e-10), 4500kg/ha(e-11) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1E(라이신과 시트르산=1:5 몰비 포함)를 1800kg/ha(e-12), 4500kg/ha(e-13) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1F(라이신과 시트르산=10:1 몰비 조성물)를 1800kg/ha(e-14), 4500kg/ha(e-15) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1G (라이신과 시트르산=1:10 몰비 조성물)를 1800kg/ha(e-16), 4500kg/ha(e-17) 농도로 토양과 혼합하였다.
대조군 D로는 상업적으로 구매 가능한 폴리아크릴산(ASAP)을 준비하였다. 토양조리제에 기재된 가이드라인에 따라 분말 형태로 토양에 투입하고 450kg/ha의 농도로 토양과 혼합하여 사용하였다(대조군 D-1). 폴리아크릴산은 토양과 혼합시 450kg/ha 초과하여 토양과 혼합하면, 포플라와 골담초를 사용한 본 실시예 5에서는 생물 독성 및 토양 독성으로 인해 식물이 고사하였다.
대조군 E로는 탈이온수를 그대로 사용하였다. 탈이온수는 토양 수분 함량을 조정하면서 첨가되었다.
토양조리제 조성물 토양조리제 조성물 내의 몰비(Lys:CA) 토양과의 혼합 농도
e-1 조성물 1A 1.5:1 450kg/ha
e-2 900kg/ha
e-3 1800kg/ha
e-4 3000kg/ha
e-5 4500kg/ha
e-6 조성물 1B 3:1 1800kg/ha
e-7 4500kg/ha
e-8 조성물 1C 1:3 1800kg/ha
e-9 4500kg/ha
e-10 조성물 1D 5:1 1800kg/ha
e-11 4500kg/ha
e-12 조성물 1E 1:5 1800kg/ha
e-13 4500kg/ha
e-14 조성물 1F 10:1 1800kg/ha
e-15 4500kg/ha
e-16 조성물 1G 1:10 1800kg/ha
e-17 4500kg/ha
대조군 D-1 폴리아크릴산
(ASAP)		 - 450kg/ha
대조군 E 탈이온수 - -
토양 혼합법(mixed with soil)에 따라 표 21에 기재된 농도로 토양조리제 조성물과 혼합한 토양을 이용하여 토양 수분 함량 측정과 식물 생존율, 및 식물 성장 높이 등의 식물성장 분석을 하기 방법에 따라 수행하였다.
실시예 5-2. 토양 혼합법에 의한 토양 수분 함량 측정
상기 실시예 5-1에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물(조성물 1A 내지 1G)을 표 21에 기재된 각 농도별로 건조 토양과 잘 혼합하고(토양 혼합법), 혼합한 토양을 직경(diameter) 20cm, 깊이(depth) 30cm의 화분에 담은 후 포플라(Poplar, 0.5 ~ 1년생 1 ~ 1.5m 높이(키)) 및 골담초(Caragana, 1 ~ 2년생 0.5m 높이(키))를 식재하고, 토양수분 함량을 측정하였다.
각 화분 당, 입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3 중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9 중량%; 및 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8 중량%로 구성된 건조토양과 토양조리제 조성물(또는 대조군)을 상기 표 21의 농도로 혼합한 혼합 토양 19kg을 사용하였다. 토양 혼합법으로 동일 농도의 조성물당 20개 화분을 사용하여 토양조리제 조성물의 효능평가를 진행하고, 측정한 결과에 대한 평균값을 산출하여 결과값으로 나타내었다. 상기 혼합 토양의 초기 수분 함량은 14중량%였으며, 토양의 수분 함량이 3중량%(가뭄 스트레스 조건)에 도달하면(식재 후 23일차), 가뭄 스트레스 조건을 2일간 유지하고 식물 식재 후 25일차에 토양의 수분 함량이 14 중량%에 도달하기까지 물을 살포(rewatering)하였다. 다시 토양의 수분 함량이 3중량%에 도달하면(식재 후 38일차) 조건을 2일 동안 유지하고, 식물 식재 후 40일 차에 토양의 수분 함량이 14 중량%에 도달하기까지 물을 살포(drought-rewatering)하였다. 상기 과정 중 식물 식재 후 23 및 38일차에 토양 수분 함량을 측정하여 그 결과를 표 22에 나타내었다.
식물 식재 후 일수에 따른 토양 수분 함량(wt%)
0(day) 23(day) 38(day)
E 14.00 3.01 3.92
e-1 14.00 3.79 4.82
e-2 14.00 3.97 5.38
e-3 14.00 4.12 5.21
e-4 14.00 4.65 5.43
e-5 14.00 4.97 6.89
e-6 14.00 3.89 4.89
e-7 14.00 4.75 5.98
e-8 14.00 3.92 4.95
e-9 14.00 4.85 6.08
e-10 14.00 3.94 4.93
e-11 14.00 4.78 5.99
e-12 14.00 4.02 5.01
e-13 14.00 4.95 6.21
e-14 14.00 3.57 4.23
e-15 14.00 3.58 4.25
e-16 14.00 3.64 4.38
e-17 14.00 3.65 4.44
D-1 14.00 3.67 4.57
표 22에 나타난 바와 같이, 실시예 5-1에서 제조한 토양조리제 조성물을 토양과 혼합시 대조군 E, 및 대조군 D-1에 비해 상기 가뭄 스트레스 조건에서 토양 수분 함량이 증가하였고 토양과의 혼합 농도가 높아질수록 토양 수분 함량이 증가하였다.
실시예 5-3. 토양 혼합법에 의한 식물 성장분석
토양 혼합법(mixed with soil)으로서, 실시예 5-1에서 제조한 토양조리제 조성물을 각각의 농도별로 토양 위에 살포한 다음, 트랙터로 토양표면의 흙과 조성물을 혼합한 후 나무(포플라(Poplar) 및 골담초(Caragana))를 심었다. 토양조리제 조성물(또는 대조군)과 건조토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3 중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9 중량%; 및 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8 중량%로 구성)을 혼합하여 토양 혼합법에 따른 식물 성장분석을 수행하였다. 조성물 동일 농도 기준 50개의 나무를 심고, 각 결과를 평균하여 결과값으로 나타내었다. 연평균 강수량 365.7mm의 건조한 기후의 필드 조건(도 2)에서 식물성장 평가를 진행하고 포플라 식재 5달 이후 및 골담초 식재 5달 이후 각 식물의 생존율, 및 식물 성장을 분석하였다.
포플라의 경우, 개체 별로 나무의 두께(직경)이 유사한, 1.5m의 크기의 개체를 식재하여, 성장 후 동일한 위치(지상 0.5m)에서 나무 몸통(trunk)의 직경(Diameter at 0.5m above ground)을 측정하였고, 식재시 줄기 및 잎사귀가 존재하지 않는 상태로 식재되었으므로 새롭게 난 어린가지, 잎사귀의 수(number of new shoot)를 측정하였으며, 광합성할 수 있는 잎사귀의 면적이 ??을수록 식물 성장이 촉진되므로, 잎의 면적(width of leaves)를 측정하여 식물 성장 지표로 활용하였다.
골담초의 경우, 식물 성장 높이(Plant height)를 측정하였고, 골담초는 포플라와 같이 직립하여 성장하는 나무가 아니므로, 크라운의 직경(Crown Diameter)을 측정하여 식물 성장 지표로 활용하였다.
표 23은 포플라 및 골담초 나무의 생존율(%)을 나타내고, 표 24는 포플라 나무의 성장을 분석한 결과를 나타내며, 표 25는 골담초 나무의 성장을 분석한 결과를 나타낸다.
Survival rate (%) 포플라(poplar) 골담초(Caragana)
E 81 72
e-1 82 74
e-2 82 80
e-3 90 85
e-4 92 84
e-5 98 82
e-6 88 82
e-7 93 80
e-8 87 81
e-9 92 78
e-10 87 83
e-11 93 79
e-12 86 81
e-13 91 74
e-14 75 59
e-15 73 60
e-16 74 52
e-17 74 55
D-1 78 64
포플라 Diameter at 0.5m above ground Number of new shoot Length of leaves(cm) Width of leaves(cm)
E 1.2 5.9 6.1 5.7
e-2 1.3 8.0 9.0 8.1
e-3 1.6 6.2 9.0 8.2
e-5 1.5 6.1 8.2 8.1
D-1 1.2 5.8 7.6 6.2
골담초 Crown Diameter (cm) Plant height (cm)
E 80.0 66
e-2 82.0 79
e-3 81.0 83
e-5 78.0 72
D-1 73.0 71
표 23에 나타난 바와 같이, 실시예 5-1에 기재된 농도와 같이 토양조리제 조성물을 혼합한 토양에서 식물성장 평가시, 대조군 D 또는 대조군 E를 혼합한 토양에서 보다 식물(포플라 및 골담초)의 성장율이 증가하였다. 표 24에 나타난 바와 같이 실시예 5-1 에 기재된 농도와 같이 토양조리제 조성물을 혼합한 토양에서 포플라의 성장 평가시 대조군 D 또는 대조군 E를 혼합한 토양에서 보다 나무 몸통 직경, 어린가지 및 잎사귀 수와 잎의 면적 모두 증가하였다. 표 25에 나타난 바와 같이, 실시예 5-1 에 기재된 농도와 같이 토양조리제 조성물을 혼합한 토양에서 포플라의 성장 평가시 대조군 D 또는 대조군 E를 혼합한 토양에서 보다 식물 성장 높이 및 크라운의 직경이 증가하였다. e-5의 경우, 크라운 직경이 대조군 E 보다 낮은 것처럼 보이나 식물 자체의 성장 크기(키)가 대조군 E 보다 크기 때문에 대조군 E 보다 골담초의 가지와 잎의 수가 더 많고, 따라서 e-5의 경우도 대조군 E 또는 D-1보다 골담초의 성장을 증가시킨 것을 알 수 있었다.
대조군 D-1(폴리아크릴산(D))은 450kg/ha초과하여 사용시 독성으로 인해 대조군 E에 비해 절반 이상의 나무가 고사하여 식물 성장 평가를 진행하지 못하였다.
실시예 6. 건조 조건 하 라이신과 시트르산의 혼합 몰비에 따른 토양조리제 조성물의 식물성장 촉진 효과 분석
실시예 6-1. 토양조리제 조성물의 제조
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산=1.5:1 몰비)를 300kg/ha(f-1), 450kg/ha(f-2), 600kg/ha(f-3), 900kg/ha(f-4), 1200kg/ha(f-5), 2400kg/ha(f-6) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1B(라이신과 시트르산=3:1 몰비)를 600kg/ha(f-7), 900kg/ha(f-8) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1C(라이신과 시트르산=1:3 몰비) 를 600kg/ha(f-9), 900kg/ha(f-10) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1D(라이신과 시트르산=5:1 몰비) 를 600kg/ha(f-11), 900kg/ha(f-12) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1E(라이신과 시트르산=1:5 몰비) 를 600kg/ha(f-13), 900kg/ha(f-14) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1F(라이신과 시트르산=10:1 몰비)를 600kg/ha(f-15), 900kg/ha(f-16) 농도로 토양과 혼합하였다.
실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1G(라이신과 시트르산=1:10 몰비)를 600kg/ha(f-17), 900kg/ha(f-18) 농도로 토양과 혼합하였다.
대조군 D로는 상업적으로 구매 가능한 폴리아크릴산(ASAP)을 준비하였다. 토양조리제에 기재된 가이드라인에 따라 분말 형태로 450kg/ha(대조군 D-1), 또는 600kg/ha(대조군 D-2) 의 농도로 토양과 혼합하여 사용하였다.
대조군 E로는 탈이온수를 그대로 사용하였다.
토양조리제 조성물 몰비(Lys:CA) 토양과의 혼합 농도
f-1 조성물 1A 1.5:1 300kg/ha
f-2 450kg/ha
f-3 600kg/ha
f-4 900kg/ha
f-5 1200kg/ha
f-6 2400kg/ha
f-7 조성물 1B 3:1 600kg/ha
f-8 900kg/ha
f-9 조성물 1C 1:3 600kg/ha
f-10 900kg/ha
f-11 조성물 1D 5:1 600kg/ha
f-12 900kg/ha
f-13 조성물 1E 1:5 600kg/ha
f-14 900kg/ha
f-15 조성물 1F 10:1 600kg/ha
f-16 900kg/ha
f-17 조성물 1G 1:10 600kg/ha
f-18 900kg/ha
대조군 D-1 폴리아크릴산 - 450kg/ha
대조군 D-2 폴리아크릴산 - 600kg/ha
대조군 E 탈이온수 - -
각각의 토양조리제 조성물을 처리시에 건조 조건(3종의 건조 토양 및 3종의 가뭄 스트레스 조건 적용)에서 식물성장 분석을 하기 방법에 따라 평가하였다.
실시예 6-2. 건조 조건에서 식물 성장분석
실시예 6-2-1. 토양 혼합법에 의한 옥수수(maize) 성장 분석
실시예 6-1과 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물(조성물 1A 내지 1G)을 표 26에 기재된 각 농도별로 건조 토양과 혼합하고(토양 혼합법), 혼합된 토양을 표면적 452cm2의 화분에 담은 후 옥수수(Maize, Yuhe863)를 심어 28~33℃(낮), 20~25℃(밤)(일조시간(sun hour) 269시간(sun days 20일) ~ 305시간(sun days 15일))의 조건으로 식물을 배양하였다. 토양 내 base fertilizer로 N, P, K는 건조토양대비 0.138g/kg 질소(N) (Urea, granule, Nitrogen content 46%), 0.156g/kg P2O5(superphosphate, Granule, Phosphorus content 20%), 0.18g/kg K2O(Potassium chloride, powder, Potassium content 60%)로 첨가되었다.
토양은 a 토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 41.5중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 30.2중량%; 입도평균 0.002mm 미만 토양 28.3중량%), b 토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 59.6중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 24.7중량%; 입도평균 0.002mm 미만 토양 15.7중량%), c 토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9중량%; 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8중량%)로 구성된 3종의 건조토양을 각각 8kg씩 사용하였다. 혼합 토양 a, b, c의 성분을 하기 표 27에 기재하였다.
0.02mm 초과 0.02 이하 내지 0.002mm 이상 0.002mm 미만
a토양 41.50중량% 30.20중량% 28.30중량%
b토양 59.60중량% 24.70중량% 15.70중량%
c토양 78.30중량% 14.90중량% 6.80중량%
토양 혼합법은 조성물 동일농도당 12개 화분을 사용하여 평균하여 효능평가를 진행하였다. 가뭄 스트레스 조건으로서, (1) a 토양은 토양 수분 함량 15.2중량% 조건(A, no drought stress), 토양 수분 함량 4.3중량% 조건(C, serious drought stress)하에서, (2) b 토양은 토양 수분 함량 11.6중량% 조건(A, no drought stress), 토양 수분 함량 3.3중량% 조건(C, serious drought stress)하에서, (3) c 토양은 토양 수분 함량 8.7중량% 조건(A, no drought stress), 2.5중량% 조건(C, serious drought stress)하에서 효능평가를 진행하였다.
a 토양의 A 조건: 1) 토양 내 수분 함량이 19.5중량%에서 가뭄스트레스 조건 15.2중량%에 도달(식재후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 19.5중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 40일째)하고 2) 다시 가뭄 스트레스 조건 15.2중량%에 도달(식재후 46일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 19.5중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 49일차)하였다.
a 토양의 C조건: 1) 토양 내 수분 함량이 19.5중량%에서 가뭄 스트레스 조건 4.3중량%에 도달(식재후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 15.2중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 40일차)하고 2) 다시 가뭄 스트레스 조건에 도달(식재후 46일차)하면 3일간 가뭄 스트레스 조건 4.3중량%을 유지한 이후, 15.2중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 49일차)하였다.
b 토양의 A 조건: 1) 토양 내 수분 함량이 14.9중량%에서 가뭄 스트레스 조건 11.6중량%에 도달(식재후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 14.9중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 40일차)하고, 2) 다시 가뭄 스트레스 조건 11.6중량%에 도달(식재후 46일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 14.9중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 49일차)하였다.
b 토양의 C 조건: 1) 토양 내 수분 함량이 14.9중량%에서 가뭄 스트레스 조건 3.3중량%에 도달(식재 후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 11.6중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 40일차)하고 2) 다시 가뭄 스트레스 조건 3.3중량%에 도달(식재 후 46일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 11.6중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 49일차)하였다.
c 토양의 A 조건: 1) 토양 내 수분 함량이 11.2중량%에서 가뭄 스트레스 조건 8.7중량%에 도달(식재 후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 11.2중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 40일차하고 2) 다시 가뭄 스트레스 조건8.7중량%에 도달(식재 후 46일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 11.2중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 49일차)하였다.
c 토양의 C 조건: 1) 토양 내 수분 함량이 11.2중량%에서 가뭄 스트레스 조건 2.5중량%에 도달(식재 후 37일차)하면 3일간 가뭄스트레스 조건을 유지한 이후, 8.7중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재후 40일째)하고 2) 다시 가뭄 스트레스 조건 2.5중량%에 도달(식재 후 46일차)하면 3일간 가뭄 스트레스 조건을 유지한 이후, 8.7중량%까지 도달하도록 물을 살포(식재 후 49일차)한다.
상기 각 조건에서 토양 내 수분 함량이 각각의 가뭄 스트레스 조건의 수분 함량 중량%에 도달하도록 한 후 물을 살포하여 rewatering하고 다시 각각의 가뭄 스트레스조건에 도달하면 drought-rewatering하는 2사이클 동안 식물(옥수수) 성장 분석을 수행하여 식재후 50일 차에 식물 성장을 분석(식물 성장 높이, 클로로필 농도, 건조 중량)하여 그 결과를 하기 표 29 내지 34에 나타내었다.
하기 표 28은 각 토양에서의 가뭄스트레스 조건(토양 수분 함량)을 나타낸다.
A조건
(no drought stress)		 C조건
(serious drought stress)
a 토양 15.2중량% 4.3중량%
b 토양 11.6중량% 3.3중량%
c 토양 8.7중량% 2.5중량%
SPAD unit는 상기 실시예 4의 방법과 같이 측정하고 옥수수의 바이오매스 양은 옥수수 씨앗(maize seed)을 파종 후 50일 차에 토양조리제 조성물 동일 농도당 6개 화분에서 발생한 작물의 각 줄기와 뿌리를 수확하여 70℃에서 72시간 건조 후 건조중량(g)을 측정하였다.
표 29 및 표 30은 a 토양에서의 옥수수 성장 분석(식물 성장 높이, 클로로필 농도, 건조 중량)를 나타내고, 표 31 및 표 32는 b 토양에서의 옥수수 성장 분석(식물 성장 높이, 클로로필 농도, 건조 중량)를 나타내며, 표 33 및 표 34는 c 토양에서의 옥수수 성장 분석(식물 성장 높이, 클로로필 농도, 건조 중량)를 나타낸다.
a토양 plant height (cm) SPAD unit
가뭄 스트레스 조건 A(15.2%) C(4.3%) A(15.2%) C(4.3%)
E 0 105.7 89.4 30.4 25.9
f-1 300 119.7 92.4 31.6 27.6
f-3 600 121.8 105.8 35.8 31.4
f-4 900 132.4 108.3 36.2 32.6
f-7 600 120.3 103.4 33.1 30.0
f-8 900 126.3 106.6 33.2 30.2
f-9 600 119.8 102.3 32.1 30.2
f-10 900 125.6 102.5 32.8 30.2
f-11 600 120.6 103.9 33.9 30.4
f-12 900 126.7 106.1 34.5 30.5
f-13 600 119.6 102.1 33.2 30.1
f-14 900 125.1 102.1 34.1 30.8
f-15 600 115.0 91.2 30.1 26.2
f-16 900 116.1 91.6 30.4 26.1
f-17 600 115.3 90.8 30.2 26.3
f-18 900 115.4 90.1 30.3 26.4
D-2 600 119.3 91.6 29.7 26.8
a토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
가뭄 스트레스 조건 A(15.2%) C(4.3%) A(15.2%) C(4.3%) A(15.2%) C(4.3%)
E 0 17.8 13.8 9.3 7.6 27.1 21.4
f-1 300 29.5 14.7 10.6 9.4 31.1 24.1
f-3 600 25.4 16.9 11.2 9.8 36.6 26.7
f-4 900 25.7 17.2 11.5 9.9 37.2 27.1
f-5 1200 23.7 14.8 10.8 8.6 34.5 23.4
f-7 600 24.3 15.9 10.9 9.5 35.2 25.4
f-8 900 24.5 16.1 11.0 9.6 35.5 25.7
f-9 600 24.3 16.0 11.1 9.5 35.4 25.5
f-10 900 24.4 16.1 11.1 9.5 35.5 25.6
f-11 600 25.1 16.2 10.8 9.6 35.9 25.8
f-12 900 25.2 16.3 11.2 9.6 36.4 25.9
f-13 600 24.9 15.9 10.9 9.4 35.8 25.3
f-14 900 25.0 16.1 11.1 9.4 36.1 25.5
f-15 600 18.1 14.3 10.2 8.5 28.3 22.8
f-16 900 18.2 14.1 10.1 8.6 28.3 22.7
f-17 600 18.3 13.2 10.2 8.4 28.5 21.6
f-18 900 18.2 13.9 10.5 8.5 28.7 22.4
D-2 600 18.1 9.4 9.3 7.3 27.4 16.7
b 토양 plant height (cm) SPAD unit
가뭄 스트레스 조건 A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%)
E 0 85.4 84.5 23.4 22.8
f-1 300 95.8 92.7 26.4 25.9
f-3 600 99.3 95.3 28.9 26.9
f-4 900 97.3 94.6 28.6 26.2
f-7 600 98.5 93.2 27.5 25.9
f-9 600 98.9 93.1 27.6 26.2
f-11 600 98.4 93.5 27.2 26.1
f-13 600 98.6 93.2 27.3 26.3
f-15 600 85.6 85.3 23.5 23.1
f-17 600 85.9 85.2 23.5 23.2
D-2 600 91.6 88.2 26.2 25.1
b 토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
가뭄 스트레스 조건 A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%)
E 0 13.6 9.1 5.1 3.8 18.7 12.9
f-1 300 16.5 11.3 6.4 6.0 22.9 15.3
f-3 600 17.7 12.1 8.1 7.1 25.8 17.3
f-4 900 16.8 11.9 7.4 6.1 24.2 19.2
f-7 600 16.2 11.8 7.5 6.4 23.7 18.2
f-9 600 16.3 11.9 7.5 6.8 23.8 18.7
f-11 600 16.2 11.7 7.6 6.5 23.8 18.2
f-13 600 16.3 11.9 7.6 6.7 23.9 18.6
f-15 600 14.2 10.1 5.2 4.2 19.4 14.3
f-17 600 14.1 10.2 5.2 4.1 19.3 14.3
D-2 600 15.9 10.2 6.2 5.4 22.1 15.0
c 토양 plant height (cm) SPAD unit
가뭄 스트레스 조건 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 102.9 80.3 27.6 26.2
f-1 300 106.7 88.4 31.6 28.6
f-3 600 113.5 103.4 34.8 33.1
f-4 900 112.1 103.9 35.9 34.5
f-5 1200 103.0 92.4 28.8 27.3
f-7 600 110.2 102.4 34.5 33.1
f-8 900 111.0 102.5 34.2 33.1
f-9 600 110.4 102.1 34.6 32.8
f-10 900 110.6 102.0 34.9 32.9
f-11 600 110.1 102.4 33.9 32.4
f-12 900 110.2 102.9 33.8 32.5
f-13 600 110.8 101.4 34.2 32.9
f-14 900 110.2 101.9 34.1 32.5
f-15 600 103.2 90.2 31.8 28.2
f-16 900 103.1 90.1 31.8 28.6
f-17 600 103.5 91.2 32.1 29.1
f-18 900 103.6 90.8 31.9 28.6
D-2 600 73.4 71.6 22.4 21.1
c 토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
가뭄 스트레스 조건 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 15.3 12.4 5.6 4.7 20.9 17.1
f-1 300 15.5 12.8 8.9 5.1 21.4 17.9
f-3 600 18.5 13.4 8.4 7.4 26.9 20.8
f-4 900 18.6 14.6 9.6 7.9 28.2 22.5
f-5 1200 17.2 13.8 10.8 8.8 28.0 22.6
f-7 600 17.9 13.1 7.9 7.2 25.8 20.3
f-8 900 17.6 13.1 8.5 7.3 26.1 20.4
f-9 600 17.5 13.2 7.8 7.1 25.3 20.3
f-10 900 17.4 13.3 8.4 7.2 25.8 20.5
f-11 600 17.6 12.8 7.9 6.8 25.5 19.6
f-12 900 17.9 12.9 8.6 6.9 26.5 19.8
f-13 600 17.2 12.8 7.1 6.7 24.3 19.5
f-14 900 18.1 12.7 8.3 6.8 26.4 19.5
f-15 600 16.2 12.5 6.1 5.2 22.3 17.7
f-16 900 16.1 13.0 6.0 5.3 22.1 18.3
f-17 600 16.2 12.6 6.2 5.1 22.4 17.7
f-18 900 16.3 13.2 6.3 5.6 22.6 18.8
D-2 600 11.8 10.2 6.7 4.9 18.5 15.1
표 29 내지 표 34에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 토양에 적용시 대조군 E, D-2에 비해 건조 조건하에서 옥수수의 식물 크기, 클로로필 농도(SPAD 농도), 바이오매스(지상부 줄기의 건조 중량, 뿌리의 건조중량, 총 건조 중량)를 증가시켰다. 토양조리제 조성물 내 고형분 함량이 증가될수록 조성물의 식물 성장 촉진 효과가 증가되었다.
표 29 내지 표 34에서 실험을 진행하여 a토양, b토양, c토양을 사용하여(토양 혼합법) 재배한 옥수수를 파종하고 5개월 후 수확한 후에 토양의 pH 및 토양 내 잔류 전기전도도를 측정한 결과를 하기 표 35에 기재하였다. 옥수수가 수확(파종 후 5개월 후) 완료된 각각의 건조 토양 10g을 1mm 시브(sieve)에 통과시킨 후 물 50㎖와 혼합하여 5분간 진탕 교반한 후 여과지에서 여과하여 conductivity meter(Mettler Toledo사)로 토양 전기전도도를 측정하였다. 토양 전기전도도는 3회 반복 실험한 결과값으로 표나타내었다.
토양 Index pH Conductivity (dS/m)
a 토양 E 7.13 0.21
f-1 7.08 0.22
f-3 7.02 0.22
f-4 6.95 0.22
f-5 6.82 0.23
b 토양 E 7.55 0.17
f-1 7.5 0.18
f-3 7.42 0.18
f-4 7.38 0.17
c 토양 E 8.03 0.16
f-1 7.96 0.20
f-3 7.91 0.22
f-4 7.88 0.23
f-5 7.83 0.24
표 35에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 처리시 탈이온수 E를 처리한 것 보다 토양의 pH가 중성으로 전이되었고, 전기전도도(Conductivity)는 염류토양화에 영향을 주지않는 범위에서 향상되어 토양 내 식물이 활용할 수 있는 유기물의 양이 증가되어 토양비옥도가 향상된 것을 알 수 있었다. 토양의 염기성이 증가하면 토양 내 인, 아연, 마그네슘, 칼슘, 붕소 등과 같은 영양소가 굳어져 이를 식물이 사용하지 못하고, 식물 고사 등의 생육문제를 야기할 수 있다. 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 적용시 토양 내 영양성분과 수분 함량이 증가되어 영양소의 용해를 증가시키고, 식물이 필요로 하는 영양소를 공급함으로서 토양 내 전기전도도를 향상시켰다.
실시예 6-2-2. 토양 혼합법에 따른 라이그라스(ryegrass) 및 알팔파(alfalfa) 성장 분석
상기 실시예 6-1과 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물(조성물 1A 내지 1G)을 표 26에 기재된 각 농도별로 건조 토양과 혼합하여(토양 혼합법) 표면적 78cm2의 화분에 담은 후 초목류인 라이그라스(ryegrass;Secale Cerale, Dongmu 70) 및 알팔파(ryegrass;Medicago Sativa)를 각각 파종하고 28~33℃(낮), 20~25℃(밤)(sun hour 202시간(sun days 16일)~282시간(sun days 28일))의 조건에서 배양하였다. 토양 내 base fertilizer로 N, P, K는 건조토양대비 0.1g/kg 질소(N)농도(Urea, granule, Nitrogen content 46%), 0.04g/kg P2O5농도(superphosphate, Granule, Phosphorus content 20%), 0.15g/kg K2O농도(Potassium chloride, powder, Potassium content 60%)로 첨가되었다.
건조 토양은 c토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9%; 및 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8%; 표 27)로 구성된 건조토양 1.2kg을 사용하였다. 토양 혼합법은 조성물 동일농도당 12개 화분을 사용하여 평균하여 효능평가를 진행하였다. c 토양은 가뭄스트레스 조건으로서 토양 수분 함량 11중량% 조건(A, no drought stress), 3중량% 조건(C, serious drought stress)하에서 토양조리제 조성물의 효능평가를 진행하였다. 첫번째 사이클로 토양 내 수분 함량이 각각의 가뭄스트레스 조건에 도달(식재 후 35일차)하면 가뭄스트레스 조건하에서 2일간 유지한 후, 수분 함량 14중량%에 도달하도록 물을 살포(식재 후 37일차)하여 rewatering하고 두번째 사이클로 다시 각각의 가뭄조건에 도달 (식재 후, 45일차)하면 가뭄스트레스 조건을 2일간 유지한 후 토양 내 수분 함량이 14중량%에 도달하도록 물을 살포(식재 후 47일차)하여 rewatering하고 다시 각각의 가뭄조건에 도달하는 조건으로 drought-rewatering하는 2사이클 동안 라이그라스 또는 알팔파의 성장 분석을 수행하였다. 라이그라스 또는 알팔파의 바이오매스양은 각각의 씨앗 파종 후 50일 이후에 조성물을 동일 농도로 처리한 6개 화분에서 발생한 바이오매스의 각 줄기와 뿌리를 수확하여 70℃에서 72시간 건조후 건조중량으로 측정하여 그 결과를 표 36에 나타내었다.
라이그라스의
총 건조 중량(g)		 알팔파의
총 건조 중량(g)
조성물 농도 A(11%) C(3%) A(11%) C(3%)
E 0 0.67 0.47 0.49 0.34
f-1 300 0.78 0.65 0.66 0.45
f-3 600 0.83 0.69 0.75 0.52
f-4 900 0.80 0.68 0.68 0.49
D-2 600 0.77 0.63 0.65 0.44
실시예 6-3. 온실에서 토양위 살포법에 따른 식물 성장 분석
토양위 살포법(spray on the soil surface)에 의한 효능 평가는 건조토양(a, b, c; 표 27) 위에 하기 표 37의 조성 및 농도로 각각 토양조리제 조성물을 살포한 것을 제외하고는 상기 실시예 6-2-1(옥수수의 성장 분석), 실시예 6-2-2(라이그라스 및 알팔파의 성장 분석)과 유사한 조건 및 방법으로 식물(옥수수, 라이그라스, 및 알팔파) 성장분석을 수행하였다.
토양조리제 조성물 토양조리제 조성물 내의 몰비(Lys:CA) 토양위 살포 농도
f-1 조성물 1A 1.5:1 300kg/ha
f-3 600kg/ha
f-4 900kg/ha
f-5 1200kg/ha
f-7 조성물 1B 3:1 600kg/ha
f-8 900kg/ha
f-9 조성물 1C 1:3 600kg/ha
f-10 900kg/ha
f-11 조성물 1D 5:1 600kg/ha
f-12 900kg/ha
f-13 조성물 1E 1:5 600kg/ha
f-14 900kg/ha
f-15 조성물 1F 10:1 600kg/ha
f-16 900kg/ha
f-17 조성물 1G 1:10 600kg/ha
f-18 900kg/ha
대조군 D-2 폴리아크릴산 - 600kg/ha
대조군 E 탈이온수 - -
표 38 및 표 39은 a 토양에서의 옥수수에 대한 바이오매스 분석 결과(토양위 살포법)를 나타내고, 표 40 및 표 41은 b 토양에서의 옥수수에 대한 바이오매스 분석 결과(토양위 살포법)를 나타내며, 표 42 및 표 43은 c 토양에서의 옥수수에 대한 바이오매스 분석 결과(토양위 살포법)를 나타낸다.
a토양 plant height (cm) SPAD unit
조리제 농도 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 109.5 90.5 33.4 31.4
f-1 300 122.5 102.4 35.9 36.5
f-3 600 133.8 107.8 41.3 37.2
f-4 900 139.1 109.4 42.8 39.4
f-5 1200 129.3 104.1 37.0 36.1
f-7 600 128.9 105.2 38.5 35.6
f-8 900 130.2 105.1 38.6 35.6
f-9 600 127.5 106.3 37.8 35.4
f-10 900 131.2 106.8 37.9 35.9
f-11 600 129.5 105.0 38.1 35.2
f-12 900 132.8 105.9 38.6 35.3
f-13 600 127.4 105.1 36.8 34.9
f-14 900 131.0 105.6 37.9 35.2
f-15 600 115.2 91.2 33.2 31.5
f-16 900 116.8 91.3 33.8 32.4
f-17 600 115.2 92.1 34.2 33.8
f-18 900 116.7 93.5 35.1 33.6
D-2 600 115.4 93.7 35.1 34.5
a토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
조리제 농도 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 19.3 16.2 9.7 6.1 29.0 22.3
f-1 300 20.3 18.6 11.4 6.6 31.7 25.2
f-3 600 22.0 18.5 12.8 9.6 34.8 28.1
f-4 900 21.2 19.3 13.7 9.8 34.9 29.1
f-5 1200 21.8 18.7 12.4 9.1 34.2 27.8
f-7 600 21.5 17.5 12.1 8.9 33.6 26.4
f-8 900 21.6 17.6 12.3 9.0 33.9 26.6
f-9 600 22.1 17.5 12.1 8.8 34.2 26.3
f-10 900 22.0 17.5 12.4 8.9 34.4 26.4
f-11 600 21.4 18.1 12.1 9.1 33.5 27.2
f-12 900 21.6 17.9 12.2 9.2 33.8 27.1
f-13 600 22.0 17.3 12.5 8.8 34.5 26.1
f-14 900 21.8 17.4 12.6 8.4 34.4 25.8
f-15 600 20.3 16.5 10.1 7.1 30.4 23.6
f-16 900 20.4 16.2 10.0 6.9 30.4 23.1
f-17 600 20.1 16.2 10.1 7.1 30.2 23.3
f-18 900 20.6 16.8 10.3 7.3 30.9 24.1
D-2 600 18.8 14.3 9.3 5.8 28.1 20.1
b토양 plant height (cm) SPAD unit
조리제 농도 A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%)
E 0 90.5 88.4 24.4 23.5
f-3 600 107.8 101.8 28.4 27.9
f-4 900 100.4 97.6 27.5 26.5
f-7 600 106.2 99.8 27.1 26.8
f-9 600 105.6 99.9 27.3 26.8
f-11 600 105.8 98.7 27.5 26.4
f-13 600 106.2 99.0 27.6 26.8
f-15 600 100.1 97.2 25.4 24.3
f-17 600 101.2 96.8 26.1 24.0
D-2 600 99.7 96.9 26.2 23.6
b토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
조리제 농도 A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%) A(11.6%) C(3.3%)
E 0 13.7 8.4 6.4 3.5 20.1 11.9
f-1 300 15.7 10.4 7.9 6.5 23.6 16.9
f-3 600 18.5 12.1 8.2 7.6 26.7 19.7
f-4 900 16.1 10.9 8.1 7.1 24.2 18.0
f-7 600 17.1 11.0 7.8 7.1 24.9 18.1
f-9 600 17.2 11.2 7.9 7.5 25.1 18.7
f-11 600 17.3 11.0 7.8 7.2 25.1 18.2
f-13 600 17.2 11.3 7.9 7.4 25.1 18.7
f-15 600 14.3 9.2 6.8 5.9 21.1 15.1
f-17 600 14.9 9.3 6.9 6.1 21.8 15.4
D-2 600 14.9 8.9 6.5 5.6 21.4 14.5
c토양 plant height (cm) SPAD unit
조리제 농도 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 88.4 78.9 24.6 22.4
f-1 300 108.4 99.7 34.3 33.2
f-3 600 124.6 110.5 36.5 33.9
f-4 900 122.4 107.5 36.1 35.2
f-5 1200 119.5 102.5 35.4 34.3
f-7 600 122.3 107.5 35.0 32.1
f-8 900 121.3 105.1 35.2 34.1
f-9 600 122.4 107.6 35.3 32.0
f-10 900 121.2 105.3 35.1 34.2
f-11 600 122.1 107.1 35.2 33.0
f-12 900 120.8 105.2 35.6 34.1
f-13 600 121.9 107.3 35.8 32.9
f-14 900 121.6 105.2 35.9 34.5
f-15 600 100.2 90.8 30.1 25.0
f-16 900 100.5 91.5 30.5 25.8
f-17 600 99.5 90.9 30.2 25.5
f-18 900 100.3 91.6 30.1 25.4
D-2 600 81.3 74.6 22.1 20.4
c토양 Shoot dry weight (g) Root dry weight (g) Total dry weight (g)
조리제 농도 A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%) A(8.7%) C(2.5%)
E 0 13.5 9.4 6.4 5.5 19.9 14.9
f-1 300 15.8 11.8 9.6 6.0 23.4 17.8
f-3 600 18.6 14.8 9.1 7.6 27.7 22.4
f-4 900 17.8 14.4 9.5 6.9 27.3 21.3
f-7 600 16.3 14.0 8.8 7.0 25.1 21.0
f-8 900 15.8 13.8 9.0 6.4 24.8 20.2
f-9 600 16.3 14.1 8.5 7.2 24.8 21.3
f-10 900 15.6 13.9 9.0 6.5 24.6 20.4
f-11 600 16.8 14.1 8.6 7.2 25.4 21.3
f-12 900 15.6 13.4 9.0 6.0 24.6 19.4
f-13 600 16.4 14.2 8.4 7.4 24.8 21.6
f-14 900 15.4 13.5 9.1 6.9 24.5 20.4
f-15 600 14.1 10.2 7.0 5.6 21.1 15.8
f-16 900 14.2 10.2 7.1 5.8 21.3 16.0
f-17 600 14.2 10.2 6.9 5.9 21.1 16.1
f-18 900 14.3 10.5 7.1 6.1 21.4 16.6
D-2 600 11.9 8.2 8.3 5.6 20.2 13.8
표 44는 c 토양에서의 라이그라스 및 알팔파의 건조 수확량을 분석한 결과(토양위 살포법)를 나타낸다.
c 토양 라이그라스의
총 건조 중량 (g)		 알팔파의
총 건조 중량(g)
조리제 농도 A(11%) C(3%) A(11%) C(3%)
E 0 0.38 0.24 0.35 0.20
f-1 300 0.46 0.38 0.53 0.42
f-3 600 0.51 0.43 0.56 0.46
f-4 900 0.51 0.43 0.58 0.47
D-2 600 0.43 0.37 0.49 0.41
실시예 6-4. 필드에서의 토양 혼합법에 따른 식물성장 분석
일 예에 따른 토양조리제 조성물을 표 26에 기재된 각각의 농도별로 건조토양과 혼합하여 토양 20m2 면적 3 plots 위에 살포한 다음, 트랙터로 토양표면의 흙과 조성물을 혼합한 후(토양 혼합법), 옥수수(maize), 감자(potato), 라이그라스(독보리; ryegrass) 또는 알팔파(자주개자리; alfalfa, Medicago Sativa)를 심었다. 옥수수, 라이그라스, 및 알팔파는 씨앗으로 파종되었고, 감자는 씨감자로 파종되었다. 옥수수 재배를 위한 토양 내 Nitrogen source로서 180kg/ha 농도로 우레아(Urea, granule, Nitrogen content 46%)를 각각 four leaf, honking period, tasseling stage의 성장 단계에 사용하였다. 감자 재배를 위한 토양 내 N과 P source로서 디암모늄포스페이트(Diammonium phosphate)를 225kg/ha 농도로 감자 파종 전에 사용하였다. 라이그라스 및 알팔파를 위한 토양 내 base fertilizer는 처리하지 않았다.
건조 토양은 c 토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3중량%와 입도 평균 0.02mm 이상 - 0.002mm 이하 토양 14.9중량%, 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8중량%로 구성된 토양)을 사용하였다. 50년간 연간 평균 기온은 8.3℃, 50년간 연평균 강수량 365.7mm의 건조한 기후의 필드 조건(도 2)에서 식물(옥수수, 감자, 라이스, 및 알팔파)을 재배하고, 파종 후 158일 차에 옥수수를 수확하고. 135일 차에 감자, 라이그라스, 및 알팔파를 수확하여 각 건조 수확양(dry mass yield)을 분석하였다. 필드 실험 수행한 지역의 월별 강우량과 기온은 도 2에 나타내었다.
표 45는 필드 조건에서 재배한 옥수수의 생산양(토양 혼합법, c 토양)을 나타낸다. 표 45에 나타난 바와 같이, 대조군 E 및 D-1 대비 상기 실시예 6-1에서 제조한 토양조리제 조성물이 적용된 토양에서 재배된 옥수수의 생산양이 증가하였다.
(옥수수) Grain Yield (kg/ha)
E 0 11064
f-2 450 12378
f-5 1200 13232
f-6 2400 12949
D-1 450 11533
표 46는 필드 조건에서 재배한 감자의 생산양 (토양 혼합법, c 토양)을 나타낸다. 표 46에 나타난 바와 같이, 대조군 E 및 D-1 대비 상기 실시예 6-1에서 제조한 토양조리제 조성물이 적용된 토양에서 재배된 감자의 총 수확량이 증가하였으며 그 중에서도 토양조리제 처리양이 많아지면 크기가 큰 감자의 비율이 더 증가되었다.
(감자) Total Yield (kg/ha) >200g Yield (kg/ha) 80~200g Yield (kg/ha) <80g Yield (kg/ha)
E 0 13301 5313 6252 1734
f-1 300 14136 5593 6208 2335
f-3 600 16520 8685 6694 1141
f-5 1200 17703 8812 6356 2534
D-1 450 14133 5862 5720 2550
표 47는 필드 조건에서 재배한 라이그라스 및 알팔파의 건조 중량을 분석한 결과(토양 혼합법, c 토양)를 나타낸다. 표 47에 나타난 바와 같이, 대조군 E 및 D-1 대비 상기 실시예 6-1에서 제조한 토양조리제 조성물이 적용된 토양에서 재배된 라이그라스 및 알팔파의 건조 중량이 증가하였다.
Index 알팔파의
총 건조 중량(g)		 라이그라스의
총 건조 중량 (g)
E 0 2760 1154
f-2 450 3800 1708
f-5 1200 3807 3084
f-6 2400 3803 3971
D-1 450 2990 708
표 45 내지47에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물은 대조군 E(탈이온수), 및 대조군 D-1, D-2에 비해 옥수수, 감자, 라이그라스, 알팔파 모두 바이오매스(작물의 생산양 또는 식물의 건조중량) 수확량을 현저히 증가시켰고, 그 효과는 조성물의 처리 농도가 높아질수록 증가되었다.
실시예 7. 토양조리제 조성물의 비료 효과 증진 활성 확인
상기 실시예 6-1에 기재된 바와 같이, 토양조리제 조성물을 토양과 혼합하고, (f-1(300kg/ha), f-3(600kg/ha), 및 f-4(900kg/ha))과 상업적으로 이용가능한 Urea를 20kg/ha, 40kg/ha, 60kg/ha 농도로 첨가하여 하기 표 48의 농도 조합이 되도록 토양에 혼합하였다. 다른 비료성분으로서, P원으로 150kg/ha(calcium superphosphate, 15% phosphorus)와 K원으로 120kg/ha(potassium chloride, 60% potassium)을 사용하였다. 토양으로서, c 토양(입도 평균 0.02mm 초과 토양 78.3중량%; 입도 평균 0.002mm 이상 - 0.02mm 이하 토양 14.9중량%; 입도평균 0.002mm 미만 토양 6.8중량%)을 사용하였다.
상기에서 제조한 토양조리제 조성물 및 비료성분을 포함하는 혼합 토양 8kg을 직경(diameter) 20cm, 깊이(depth) 30cm의 화분에 담고 옥수수(Maize, Da Feng 30)를 심은 후 28~33℃(낮), 20~25℃(밤)의 조건에서 배양하였다. 동일 조성의 혼합 토양이 담긴 화분 12개씩을 사용(1세트 당)하여 토양 혼합법으로 토양조리제 조성물의 효능평가(바이오매스 및 비료효과 증진 평가)를 총 3세트 반복 수행하였다.
옥수수의 바이오매스양은 옥수수 씨앗을 파종 후 60일 이후에 옥수수의 각 줄기와 뿌리를 수확하여 70℃에서 72시간 건조 후 건조중량(g)으로 측정하여 그 결과를 하기 표 48에 기재하였다.
treatment no. Factor biomass(g)
N (Urea kg/ha) N (토양조리제 조성물(kg/ha))
1 1 (0) 1 (0) 85.33
2 1 (0) 2 (f-1 (300)) 168.33
3 1 (0) 3 (f-3 (600)) 232.00
4 1 (0) 4 (f-4 (900)) 249.33
5 2 (20) 1 (0) 140.67
6 2 (20) 2 (f-1 (300)) 221.67
7 2 (20) 3 (f-3 (600)) 261.00
8 2 (20) 4 (f-4 (900)) 278.33
9 3 (40) 1 (0) 200.50
10 3 (40) 2 (f-1 (300)) 259.00
11 3 (40) 3 (f-3 (600)) 281.33
12 3 (40) 4 (f-4 (900)) 303.00
13 4 (60) 1 (0) 213.67
14 4 (60) 2 (f-1 (300)) 267.50
15 4 (60) 3 (f-3 (600)) 287.67
16 4 (60) 4 (f-4 (900)) 349.33
토양조리제 조성물과 비료의 혼합에 따른 비료효과 증진 평가는 하기 수학식 6과 수학식 7으로 계산하여 표 49(Z값 계산 결과) 및 표 50((ab)ij 값(상호작용 효과) 계산 결과)에 나타내었다.
[수학식 6]
Zij=(yij -
Figure pat00001
) (i=1,2,3,4; j=1,2,3,4)
Z값은 하나의 실험세트에서 바이오매스 평균값(yij)과 전체 실험세트의 바이오매스 전체 평균(
Figure pat00002
) 사이의 관계이며 상호작용 효과 계산에 사용되었다. 상기 수학식 6에서 yij는 하나의 실험세트에서 12개의 동일 실험군(treatment no.)의 바이오매스 평균 값을 나타내고,
Figure pat00003
는 3회 반복된 전체 실험세트(총 3세트)에서 총 36개의 동일 실험군(treatment no.)의 바이오매스 전체 평균값을 나타내며, i는 우레아 처리 농도에 따른 인덱스(표 48)이고 j는 토양조리제 조성물 처리 농도에 따른 인덱스(표 48)이다.
[수학식 7]
（ab）ij= Zij-ai-bj (i=1,2,3,4; j=1,2,3,4)
ai=∑Zij/4
bj=∑Zij/4
수학식 7에서, ai는 우레아만 사용한 실험군의 바이오매스 증가에 대한 주효과를 나타내고, bj는 토양조리제 조성물만 사용한 실험군의 바이오매스 증가에 대한 주효과를 계산한 것이다. (ab)ij는 특정 농도로 우레아와 토양조리제 조성물이 혼합되었을 때 나타나는 바이오매스 증가에 대한 상호작용 효과를 나타낸다. (ab)ij가 0이 아니면, 우레아와 토양조리제 조성물 사이에 상호작용 효과가 있고 (ab)ij 값이 증가할수록 우레아와 토양조리제 조성물 간의 상호작용이 우수한 것을 의미한다.
treatment no. yij Zij
1 94 8.67
2 167 -1.33
3 239 7
4 255 5.67
5 125 -15.67
6 225 3.33
7 252 -9
8 275 -3.33
9 215 14.5
10 251 -8
11 284 2.67
12 311 8
13 177 -36.67
14 249 -18.5
15 332 44.33
16 382 32.67
treatment no. (ab)ij 값
6 17.96
7 18.36
8 18.63
10 21.03
11 26.3
12 30.63
14 11.8
15 21.96
16 52.3
표 50에 나타난 바와 같이, 질소원 비료(우레아)와 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 혼합하여 사용할 경우, (ab)ij 값(상호작용 효과)으로 볼 때 비료효과의 증진효과가 나타났고, 처리되는 토양조리제의 농도가 높아질수록 비료 효과의 증진 활성이 증가하였다.
실시예 8. 토양조리제 조성물 및 비료 혼합시의 상승 효과
상기 실시예 6-1에 기재된 바와 같이, 토양조리제 조성물을 토양과 혼합하고 (f-2(450kg/ha), f-3(600kg/ha), 및 f-4(900kg/ha)) 상업적으로 이용 가능한 비료로서 200kg/ha N(Urea), 112kg/ha P(P2O5), 86kg/ha K(K2O), 15kg/ha Zn, 1kg/ha B 농도로 토양에 혼합하였다. 상기 토양조리제 조성물을 각각의 농도별로 건조 토양과 혼합하여 토양 20m2 면적 3 plots 위에 살포한 다음, 트랙터로 토양표면의 흙과 조성물을 혼합한 후 옥수수(maize, Da Feng 30) 씨를 파종하였다. 건조 토양으로서 c 토양(입도 평균 0.02mm이상 토양 78.3%와 입도 평균 0.02-0.002mm 토양 14.9%, 입도평균 0.002mm이하 토양 6.8%로 구성된 토양)을 사용하였다. 50년간 연간 평균 기온은 8.3℃, 50년간 연평균 강수량 365.7mm의 건조한 기후의 필드 조건에서 식물을 배양하였다. 실시예 6-4와 동일한 필드에서 실험이 진행되었으며, 필드 실험 수행한 지역의 월별 강우량과 기온은 도 2에 나타내었다.
옥수수 씨를 파종하고 60일이 경과한 후 옥수수의 바이오매스 건조 중량을 측정하고, 지표하 0~20cm의 토양의 수분 함량을 측정하여 표 51에 나타내었다.
대조군으로 비료 및 토양조리제를 첨가하지 않은 토양 F와 상업적으로 이용가능한 200kg/ha N(Urea), 112kg/ha P(P2O5), 86kg/ha K(K2O), 15kg/ha Zn, 1kg/ha B를 처리한 F-1을 사용하였다. 또한, 상업적으로 이용가능한 토양조리제 제품(HumiCtech, Beijing Goldenway Bio-tech, Co., Ltd.)을 1200kg/ha 농도로 토양과 혼합하고, 상업적으로 이용가능한 비료로서 200kg/ha N(Urea), 112kg/ha P(P2O5), 86kg/ha K(K2O), 15kg/ha Zn, 1kg/ha B 농도로 토양에 혼합하여 대조군(대조군 F-2)으로서 사용하였다.
표 51은 토양조리제 조성물 및 대조군이 혼합된 토양에서 배양된 옥수수에 대한 총 바이오매스(건조중량), 클로로필 함량, 및 일 예에 따른 토양조리제 조성물이나 대조군이 혼합된 토양에 대한 토양 수분 함량 분석 결과를 나타낸다.
Index 총 바이오매스(g/plant) 클로로필 함량
(SPAD unit)		 지표하 0~20cm의 토양 수분 함량 (중량%)
F 124.7 26.9 16.85
f-2 619.3 52.3 23.47
f-3 650.9 53.3 26.01
f-4 691.3 54.8 25.37
F-2 481.2 50.9 20.93
F-1 582.7 41.1 17.21
표 51에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물은 비료를 포함하는 토양과 혼합하여 사용하면, 비료를 단독으로 사용(F-1)한 것 보다 총 바이오매스, 클로로필 함량, 토양 수분 함량이 현저히 증가되었고, 비료 및 상용 토양조리제 조성물을 사용(F-2)한 것보다도 바이오매스, 클로로필 함량, 토양 수분 함량이 증가되었으므로, 상용 토양조리제 조성물 보다 일 예에 따른 토양조리제 조성물은 비료를 포함하는 토양과 혼합되어 식물 성장, 바이오매스 증가에 상승적인 효과를 나타낼 수 있다.
비료성분 유출 분석을 위해, 바닥에 1cm 구멍 5개가 뚫린 1000㎖ 메스실린더에 건조 토양은 c 토양을 사용하여 건조토양과 상업적으로 이용가능한 비료성분 우레아 비료(Urea, granule, Nitrogen content 46%)를 200kg/ha 농도로 혼합한 후, 상기 실시예 6-1에서와 유사하게 토양조리제 조성물을 각 농도로(f-2(450kg/ha), f-3(600kg/ha), f-4(900kg/ha), 및 f-4(1800kg/ha)) 토양과 일정하게 혼합한 혼합토양을 1000㎖ 메스실린더에 25cm까지 채우고 250㎖의 물을 주고 1일 동안 정치하여 비료성분이 용해되어 토양에 흡수되도록 하였다. 이후 물 20㎖를 주고 메스실린더 하부에 뚫린 구멍으로 유출된 물을 채집하여 유출된 양과 질소비료 유출양을 계산하였다.
표 52는 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 처리한 토양에서 비료 유출 분석 결과를 수행한 결과를 나타낸다.
Index N함량
(mg N/kg soil)		 20㎖ 물 첨가시 유출된 물 부피(㎖) N 유출양
(N leakage; %)
F-1 134.61 12.85 2.26%
f-2 150 10 1.61%
f-3 157.7 6.86 0.99%
f-4 165.4 6.57 1.25%
f-5 182.7 6.29 0.91%
표 52에 나타난 바와 같이, 일 예에 따른 토양조리제 조성물 및 비료를 처리한 토양에서는 비료의 유출 효과가 비료만을 처리한 대조군 보다 현저히 낮아진 바 일 예에 따른 토양조리제 조성물이 토양 내 비료성분의 유출 방지 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
실시예 9. 잔탄검 및/또는 미량원소를 포함하는 토양조리제 조성물의 토양 개선 및 바이오매스 증가 효과
실시예 1-3에서 얻어진 토양조리제 조성물 3A(잔탄검 및 미량원소 포함)를 450kg/ha(h-1), 600kg/ha(h-2), 및 900kg/ha(h-3) 농도로 토양과 혼합하고, 토양조리제 조성물 3B(미량원소 포함)를 450kg/ha(h-4), 600kg/ha(h-5), 및 900kg/ha(h-6) 농도로 토양과 혼합하였다(표 53). 또한, 상업적으로 이용가능한 비료로 200kg/ha N(Urea), 112kg/ha P(P2O5), 86kg/ha K(K2O) 농도로 토양에 혼합하였다. 상기 토양조리제 조성물 및 비료와 혼합한 토양으로서 c토양(입도 평균 0.02mm이상 토양 78.3%와 입도 평균 0.02-0.002mm 토양 14.9%, 입도평균 0.002mm이하 토양 6.8%)을 사용하였다. 대조군 F로 비료 및 토양조리제 조성물을 혼합하지 않은 토양을 사용하였고, 대조군 F-1으로 토양조리제 조성물을 첨가하지 않고 비료만 처리한 토양을 사용하였다. 대조군 F-1은 상업적으로 이용가능한 비료로 200kg/ha N(Urea), 112kg/ha P(P2O5), 86kg/ha K(K2O), 0.02kg/ha Mo(Na2MoO4·2H2O), 1.2kg/ha B(H3BO3), 10kg/ha Mn(MnSO4·H2O), 10kg/ha Fe(FeSO4·7H2O), 7kg/ha Cu(CuSO4·5H2O), 10kg/ha Zn(ZnSO4·7H2O)를 사용하였다.
토양조리제 조성물 몰비(Lys:CA) 잔탄검 함량
(wt%)		 토양과의 혼합 농도
h-1 조성물 3A 1.5:1 0.977 450kg/ha
h-2 600kg/ha
h-3 900kg/ha
h-4 조성물 3B - 450kg/ha
h-5 600kg/ha
h-6 900kg/ha
대조군F 첨가하지 않음 - - -
대조군 F-1 조리제 대신 비료만 첨가 - - -
토양조리제 조성물 및/또는 비료와 혼합한 혼합 토양 8kg을 직경 20 cm, 깊이 30cm의 화분에 담고, 동일 조성의 화분 12개를 사용하여 토양의 개선 효과(토양의 벌크밀도, 지표하 0~20cm의 토양 수분 함량 등) 및 옥수수(Maize, Da Feng 30)의 바이오매스양을 측정하였다. 옥수수의 바이오매스양은 옥수수의 씨앗을 파종 후 낮에 28~33℃, 밤에 20~25℃ 조건에서 배양 후 60일이 경과한 후 토양조리제 조성물을 동일 농도로 처리한 12개 화분에서 발생한 바이오매스의 각 줄기와 뿌리를 수확하여 70℃에서 72시간 건조후 건조중량으로 측정하고 그 결과를 표 54에 기재하였다.
일 예에 따른 토양조리제 조성물의 토양 개선 효과를 살펴보기 위하여, 옥수수 씨를 파종하고 60일이 경과한 후 지표하 0~20cm 의 토양의 수분 함량을 측정하고 토양 벌크 밀도를 측정하여 그 결과를 표 54에 기재하였다.
Index 토양 벌크 밀도 총 바이오매스
(g/plant)		 지표하 0~20cm의 토양 수분 함량 (중량%)
F 1.54 128.5 15.85
h-1 1.46 690.5 18.96
h-2 1.42 696.7 26.50
h-3 1.40 702.4 26.83
h-4 1.50 623.8 20.03
h-5 1.48 680.4 21.03
h-6 1.46 681.3 21.52
F-1 1.52 583.6 17.30
대조군 F-1은 h-1 ~ h-6의 경우 보다 식물이 이용할 수 있는 미량 성분을 더 많이 포함함에도 표 54에 나타난 바와 같이, 대조군 F, F-1에 비하여 일 예에 따른 토양조리제 조성물을 사용할 경우(h-1 ~ h-6), 토양과의 혼합 농도가 증가함에 따라 토양 벌크밀도가 낮아지고, 토양수분 함량이 증가되었으며, 옥수수의 바이오매스가 증가됨을 확인하여 일 예에 따른 토양조리제 조성물의 토양개선 및 바이오매스 증진 효과를 확인하였다.
실시예 10. 토양조리제 조성물의 토양 침식 억제 효과
상기 실시예 1-1에서 얻어진 토양조리제 조성물 1A(라이신과 시트르산=1.5:1 몰비)에 물을 첨가하여 조성물 내 라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량이 5중량%(조성물 d-1), 10중량%(조성물 d-2)인 조성물을 제조하였다. 대조군 E로는 탈이온수를 그대로 사용하였다. 상기와 같이 토양조리제 조성물 1A에 물을 첨가하여 제조한 d-1 내지 d-2 조성물 내의 라이신과 시트르산의 혼합몰비, 라이신 및 시트르산으로 이루어진 고형분 함량, 및 잔탄검 함량은 표 15와 동일하다.
실시예 6-4와 동일한 필드 조건(도 2에 나타난 강우와 온도 조건)에서 토양침식 억제 효과를 평가하였다. 필드 내 c토양(입도 평균 0.02mm 이상 토양 78.3%; 입도 평균 0.02-0.002mm 토양 14.9%; 입도평균 0.002mm이하 토양 6.8%)로 구성되어 20°이상으로 경사각이 구성되어 있는 경사면에 구획을 나누어 토양조리제 조성물 d-1 및 d-2를 각각 3L/m2로 살포하였다. 토양조리제 조성물이 살포된 토양과 살포되지 않은 토양을 50년간 연간 평균 기온은 8.3℃, 50년간 연평균 강수량 365.7mm의 건조한 기후의 필드 조건(도 2)에 2019년 5월부터 10월까지 6개월간 노출시켜 토양의 침식상태를 확인한 결과를 도 3에 나타내었다. 실험을 진행한 후, 토양침식 억제 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 좌측 사진에서 경계표(폴대) 4개로 구분된 영역(직사각형)은 토양조리제 조성물 d-1을 살포한 부분이고, 도 3에서 우측 사진에서 경계표 4개로 구분된 영역(직사각형)은 토양조리제 조성물 d-2를 살포한 부분을 나타낸다. 도 3에서 노란색 화살표는 토양조리제 조성물 살포 지역과 비살포 지역에서 바람 또는 강우에 의해 토양이 침식된 높이(단차)를 나타낸다.
도 3에 나타난 바와 같이, 토양조리제가 살포되지 않은 토양은 강우와 바람에 의해 토양표면의 토양 침식이 심각하게 이뤄진 반면, 토양조리제가 살포된 토양에서는 살포되지 않은 토양과 비교해 토양표면이 고정화되어 토양 침식이 억제되었다.
참고예 1. 라이신 및 유기산을 포함하는 조성물의 안정성 평가
(라이신과 시트르산=1:1 몰비 조성물)
54중량% L-라이신 프리폼(Lysine free form) 수용액 100g 에 DIW(증류수) 79g을 부가하고 상온(25℃)에서 30분 동안 교반과 동시에 희석하였다. 희석된 라이신에 시트르산(citric acid: CA) 70.97g을 상온(25℃)에서 천천히 투입하며 1시간 동안 교반하고 나서 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 반응 혼합물이 상온(25℃)에 도달한 후 반응을 종결하여 조성물 249.93g을 수득하였다. 이 조성물에서 고형분의 함량은 조성물 100 중량부를 기준으로 하여 약 50중량부이고, 라이신과 시트르산의 혼합몰비는 1:1이고 용매는 탈이온수이다.
(라이신과 다른 유기산=1:1 몰비 조성물)
상기 방법과 동일한 방법으로, 유기산의 종류만을 달리하여 조성물을 제조하였다.
시트르산 대신에 아세트산, 글루타민산, 글루타르산, 타르타르산, 아스파르트산, 푸마르산, 글리옥실산, 4-케토피멜산, 피루브산, 1,3-아세톤디카르복실산을 각각 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 조성물을 제조하였다.
(침전 여부 평가)
제조된 조성물의 침전 형성 여부를 평가하였다. 구체적으로는, 각 조성물을 50μm 두께의 OPP 필름(삼영화학공업)위에 바 코터기(bar coater)를 이용해 약 50μm의 두께로 도포하였다. 조성물이 도포된 필름을 상온(25℃), 상대습도 60±10% 조건에서 14day 동안 방치한 후, OPP 필름상에 존재하는 조성물의 표면 변화를 확인하여 형상 변화를 평가하였다.
라이신과 시트르산을 포함하는 조성물은 침전이 형성되지 않는 반면, 다른 유기산과 라이신을 포함하는 조성물은 침전이 형성되어 점착성을 평가할 수 없었다.
라이신과 다양한 유기산을 혼합하여 조성물을 제조하는 경우, 모든 조성물이 침전을 형성하지 않고 점착성을 나타내는 것은 아니라는 점을 확인하였다.
참고예 2. 조성물의 용매에 따른 용해도 평가
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조하였다. (라이신과 시트르산의 몰비율 = 1:1, 고형분 함량 50 중량부) 제조된 상기 조성물 50g에 하기 추가 용매 25g을 각각 투입하고 1시간 동안 교반하였다. 교반을 실시한 후 조성물의 추가 용매인 메탄올, 톨루엔, 벤젠, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO), n-헥산 용매에 대한 용해도를 평가하였다. 평가 결과, 실시예 1에서 제조된 조성물은 알코올인 메탄올을 추가 용매로 사용하는 경우에는 용해되었으나, 상술한 다른 추가 유기용매에 대해서는 용해되지 않고 침전되었다.
참고예 3. 고형분 함량에 따른 조성물의 형상, 점도 및 초기점착력 분석
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조하였다. 다만, 조성물 내 고형분 함량을 각각 10 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 61 중량%, 62 중량%, 63 중량%, 64 중량%, 65 중량%, 66 중량%, 67 중량%, 68 중량%, 69 중량%, 70 중량%, 71 중량%, 72 중량%, 75 중량%이 되도록 조성물을 제조하였다. (라이신과 시트르산의 몰 비율은 1:1) (조성물 1-1 내지 1-19) 상기 고형분 함량은 물의 함량으로 조절하였다.
1) 안정성 평가
몰 비율을 다양하게 갖는 각각의 조성물의 안정성 평가를 위한 구체적인 방법은 다음과 같다. 각각의 조성물을 직경 5cm의 알루미늄 디쉬(dish)에 약 1g을 정량하였다. 이후 상온(25℃), 상대습도 60±10% 조건에서 14day 동안 조성물 내 침전 형성 여부를 관찰하였다.
2) 점도 평가
점도는 회전식 점도계 (제조사: LAMYRHEOLOGY, 상품명: RM200 TOUCH CP400 또는 RM200 TOUCH)를 사용하여 25±1℃, LV-1번 형태의 스핀들(Spindle), 60rpm의 조건에서 점도를 측정하였다.
3) 초기 점착력 평가
안정성 평가에서 침전이 형성되지 않은 조성물에 대하여 초기 점착력을 평가하였다. 초기 점착력은 Anton Paar社의 Rheometer 측정 장비를 사용하였으며, 이 장비를 통해 상기 조성물의 초기점착력을 비교하였다. 25mm 직경을 갖는 SUS 재질의 프로브(Probe)를 조성물에 1분 동안 접촉하여 0.01mm 겝(gap)을 유지한 뒤 동일속도로 프로브를 박리시키며 발생하는 힘을 측정하여 순간적으로 이루어지는 초기 점착력에 대한 정량적 평가를 하였다.
평가 결과는 하기 표 55에 나타내었다.
No. 라이신:CA
(mol ratio)		 고형분 함량
(wt%)		 점도
(mPa.s)		 초기점착
(mJ)		 침전 형성 여부
1-1 1:1 10 10.08 0.21 무
1-2 1:1 20 11.84 0.217 무
1-3 1:1 30 13.54 0.216 무
1-4 1:1 40 16.24 0.22 무
1-5 1:1 50 26.68 0.222 무
1-6 1:1 60 85.28 0.523 무
1-7 1:1 61 91.45 0.562 무
1-8 1:1 62 99.13 0.614 무
1-9 1:1 63 115.22 0.652 무
1-10 1:1 64 125.35 0.751 무
1-11 1:1 65 168.5 0.783 무
1-12 1:1 66 184.15 0.899 무
1-13 1:1 67 233.56 0.921 무
1-14 1:1 68 290.52 1.12 무
1-15 1:1 69 424.2 1.24 무
1-16 1:1 70 657.67 1.48 무
1-17 1:1 71 불용성 물질(CA) 존재
1-18 1:1 72 불용성 물질(CA) 존재
1-19 1:1 75 불용성 물질(CA) 존재
표 55를 참조하면, 조성물 내 고형분 함량이 71 중량% 이상인 경우에는 침전이 형성된 반면, 조성물 내 고형분 함량이 10 중량% 내지 70 중량%인 경우에는 침전이 형성되지 않고 액상을 유지함을 확인하였다.
참고예 4. 초기 점착력 비교
종래의 점착제와 본 출원의 조성물의 점착력을 비교하였다.
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조하였다. 다만, 조성물 내 고형분의 함량이 10 중량%가 되도록 물의 함량을 조절하였다. (라이신과 시트르산의 몰 비율 = 1:1)(조성물 2-1)
상업적으로 구매 가능한 폴리비닐알콜계 점착제(polyvinyl alcohol based adhesive: PVA 088-50, Qingdao Sanhuan Colorchem CO.,LTD)를 준비한 후, 고형분 함량이 10중량%가 되도록 물의 함량을 조절하여 조성물(이하, 대조군 1)을 제조하였다.
참고예 3에 기재된 방법과 동일한 방법을 이용하여, 상기 본 출원의 조성물(고형분 함량 10 중량%) 및 상기 대조군 1의 점도 및 초기 점착력을 평가하였다. 평가 결과는 하기의 표 56에 나타내었다.
No. 고형분 함량
(wt%)		 점도
(mPa.s)		 초기점착력
(mJ)
2-1 10 10.1 0.21
대조군 1(PVA계) 10 43.49 0.201
표 56을 참조하면, 본 출원에 따른 조성물은 폴리비닐알콜계 점착 조성물 (대조군 1)과 비교하여 초기 점착력이 동등한 수준을 나타내었다.
참고예 5. 용매에 따른 박리강도 평가
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조하였다(하기의 3-1 내지 3-3). 다만, 라이신과 시트르산의 몰 비율을 각각 1.5:1, 1:1, 및 1:1.5 로 하여 조성물을 제조하였다(고형분 함량 50 중량부).
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조였다(하기의 3-4 내지 3-6). 다만, 라이신과 시트르산의 몰 비율을 각각 1.5:1, 1:1, 및 1:1.5 로 하여 조성물을 제조하였으며, 용매로 메탄올을 추가하였다. 상기 탈이온수와 메탄올의 중량 비율은 1:1로 하였다. (고형분 함량 50 중량부)
참고예 1에 기재된 제조방법에 따라, 라이신 및 시트르산을 포함하는 조성물을 제조하였다(하기의 3-7 내지 3-8). 다만, 탈이온수 외 메탄올을 추가하였으며, 탈이온수 및 메탄올의 중량 비율은, 6:4, 및 4:6으로 하였다. (라이신과 시트르산의 몰 비율 = 1:1, 고형분 함량 50 중량부)
대조군으로는, 상업적으로 구매 가능한 아크릴계 점착제 (K901, ㈜한성P&I) (이하, 대조군 2)(고형분 함량 59 중량%)를 준비하였다. 상기 각각의 조성물에 대하여 박리강도를 하기 방법에 따라 평가하였고, 평가 결과는 하기 표 57에 나타내었다.
1)박리강도
PET 필름을 준비한 후, (필름 규격: 120mm*25mm, 두께: 38㎛, 또는 50㎛) bar coater를 사용하여 상기 PET 필름(50㎛ 두께)표면에 시료를 11㎛ 의 두께로 코팅 하였다. 이후 오븐에서 60℃, 4분간 건조 한 뒤 dry laminatior 장비를 사용해 PET 필름(38㎛ 두께)과 함께 lamination 하였다(roller speed 1.9m/min, roller temp. 60℃). 라미네이션이 완료된 시편을 30℃로 제어된 오븐에서 72hr 동안 건조 하였다. ASTM D1876 “180° T 박리강도 측정” 방법에 따라 상기 건조된 시편의 박리강도가 측정되었다. 평가 결과는 하기 표 57에 나타내었다.
No. 라이신:CA
(mol ratio)		 용매 고형분 함량
(wt%)		 박리강도
(N/25mm)
3-1 1.5:1 DIW 50 5.91
3-2 1:1 5.45
3-3 1:1.5 4.92
3-4 1.5:1 DIW와 메탄올 (1:1 wt ratio) 7.11
3-5 1:1 6.92
3-6 1:1.5 6.18
3-7 1:1 DIW와 메탄올(6:4wt ratio) 6.28
3-8 1:1 DIW와 메탄올(4:6wt ratio) -
대조군 2
(아크릴계)		 - 59 6.61
표 57을 참조하면, 본 출원에 따른 조성물에 의하여 스테인레스강에 접착된 PET 필름은 1시간 내에 분리되었으며, 대조군 2에 비하여 더 낮은 고형분 함량을 가짐에도 유사한 박리강도를 제공하였다.
또한, 물과 알코올을 용매로 사용하는 경우에는 박리강도가 더 향상되었다. 향상된 박리강도는 혼합용매를 이용한 조성물이 탈이온수만을 함유한 조성물과 비교하여 접촉각이 낮고, 그 결과 기재에 대한 코팅성이 더 우수하기 때문으로 판단된다. 다만, 탈이온수와 알코올의 함량이 4:6 중량 비율인 경우에는 조성물 내 상분리가 발생하여 사용이 불가하였다.
참고예 6. 반응 온도 조건에 따른 조성물 내 조성 분석
일 예에 따른 조성물을 제조함에 있어서, 온도 조건에 따른 조성물 내 조성을 분석하였다.
1) 0℃ (저온)에서 제조: 54중량% 라이신 수용액 100g에 DIW(증류수) 79g를 부가하고 0℃(T1)에서 30분 동안 교반하였다. 희석된 결과물에 시트르산 70.97g을 0℃(T2)에서 천천히 투입하며 교반을 1.5시간 동안 실시하여 조성물을 제조하였다. (고형분 함량: 50 중량%, 라이신과 시트르산의 혼합몰비 = 1:1) 교반되는 동안 동일한 온도 유지를 위하여 아이스 베스를 사용하였다.
2) 25℃ (상온)에서 제조: 54중량% 라이신 수용액 100g에 DIW(증류수) 79g를 부가하고 상온 25℃(T1)에서 30 분 동안 교반하였다. 희석된 결과물에 시트르산 70.97g을 25℃(T2)에서 천천히 투입하며 교반을 1.5시간 동안 실시하여 조성물을 제조하였다.(고형분 함량: 50 중량%, 라이신과 시트르산의 혼합몰비 = 1:1). 조성물이 교반되는 동안 동일한 온도 유지를 위하여 온도 제어기를 사용하였다 (이하 동일).
3) 60℃에서 제조: 상기 2)의 방법과 동일한 방법으로 조성물을 제조하였으며, 다만, T2는 60℃로 변경되었다.
4) 80℃에서 제조: 상기 2)의 방법과 동일한 방법으로 조성물을 제조하였으며, 다만, T2는 80℃로 변경되었다.
5) 240℃에서 제조: 상기 2)의 방법과 동일한 방법으로 조성물을 제조하였으며, 다만, T2는 240℃로 변경되었다.
상기 방법에 따라 조성물을 제조한 결과, 240 ℃에서는 탄화물이 형성되어 조성물을 제조할 수 없었다. 따라서, 0 ℃, 25 ℃, 60 ℃ 및 80 ℃에서 제조된 조성물에 대하여 1H NMR 를 이용하여 성분 분석을 실시하였다.
본 출원에서 사용된 NMR 분석기기 및 조건은 다음과 같다.
초전도퓨리에변환핵자기공명분광기(400MHz) 모델명: AVANCE II 400, 제조사: Bruker Biospin (Maget field strength 9.4 Tesla, Field driftrate: 4Hz/hr, Obervable Freguency : 400Mhz 1H, Sensitivity: 220 : 1(1H), Variable Temp. : -70~+110℃), 용매: D2O
0℃(샘플 1), 25℃(샘플 2), 및 80℃(샘플 3)에서 제조된 조성물에 대하여 1H NMR 분석을 수행하였다. NMR 분석 결과는 도 1에 나타내었다. 도 1을 참고하면, 0 ℃, 25 ℃, 및 80 ℃에서 제조된 조성물은 모두 동일한 위치에서 1H NMR 피크가 나타났으며, 화학적 이동 (chemical shift)가 발생하지 않았는 바, 이들은 모두 동일한 조성을 갖고 있다는 점을 알 수 있다. 즉, 0℃, 25℃, 및 80℃에서 제조된 조성물은 내에는 라이신과 시트르산이 혼합물 상태로 존재하고 라이신과 시트르산의 축합물 생성이 없거나, 축합물이 생성되더라도 불순물로서 매우 소량 포함되어 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계를 포함하는, 바이오매스의 증진 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물을 식물, 식물의 종자, 토양, 및 식물 식재 토양으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 처리하는 단계는 침지법, 토양 혼합법, 토양 위 살포법, 도포 처리, 훈증 처리, 분무, 관수, 및 간접흡수법 으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 방법으로 수행되는 것인, 바이오매스의 증진 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 토양 혼합법은 상기 토양 개량용 조성물을 100 내지 4500kg/ha의 농도로 첨가하여 토양과 혼합하는 것인, 바이오매스의 증진 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 식물은 포플라(Poplar), 골담초(Caragana), 옥수수(maize), 라이그라스(ryegrass), 벼, 호밀, 밀, 보리, 호프, 콩, 감자, 팥, 귀리, 수수, 조, 애기 장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파, 당근, 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩, 유채, 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구, 바나나, 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합, 튤립, 레드클로버, 오차드그라스, 알팔파, 톨페스큐, 및 페레니얼라이그라스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 바이오매스의 증진 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물은 중량원소, 미량원소, 증점제, 안정제, 점착 부여제, 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 더 포함하는 것인, 바이오매스의 증진 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양 개량용 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부인, 바이오매스의 증진 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물은 라이신 및 시트르산을 5:1 내지 1:5의 몰비로 포함하는 것인, 바이오매스의 증진 방법.
  8. 라이신 및 시트르산을 포함하는 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 단계를 포함하는, 토양의 개선 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 토양의 개선은 하기 (1) 내지 (7)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인, 토양의 개선 방법:
    (1) 토양의 수분 함량 유지;
    (2) 토양의 수분 함량 증가;
    (3) 토양의 벌크 밀도(bulk density) 감소;
    (4) 토양의 벌크 밀도 (bulk density) 유지;
    (5) 토양의 침식 방지;
    (6) 토양 내 비료성분의 유출 방지; 및
    (7) pH4.5 초과 내지 pH8.0 미만의 범위로 토양 산도 유지.
  10. 제8항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물을 토양에 처리하는 단계는 침지법, 토양 혼합법, 토양 위 살포법, 도포 처리, 훈증 처리, 분무, 관수, 및 간접흡수법으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 방법으로 수행되는 것인, 토양의 개선 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 토양은 비료 성분을 더 포함하는 것인, 토양의 개선 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 토양은 0.02mm 초과하는 입도를 갖는 토양을 30 내지 80 중량부; 0.002mm 이상 내지 0.02mm 이하의 입도를 갖는 토양을 10 내지 40 중량부; 및 0.002mm 미만의 입도를 갖는 토양을 5 내지 40 중량부로 포함하는 것인, 토양의 개선 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 토양의 수분 함량 유지는 주간온도 25 내지 35℃, 야간온도 15 내지 25℃, 상대습도 35 내지 50%RH의 조건에서 20일 내지 200일 경과시에 토양의 수분 함량 변화율이 0.1 내지 80% 인 것인, 토양의 개선 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양조리제 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부인, 토양의 개선 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물은 라이신 및 시트르산을 5:1 내지 1:5의 몰비로 포함하는 것인, 토양의 개선 방법.
  16. 라이신 및 시트르산을 포함하는, 토양 개량용 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 비료 성분을 더 포함하는, 토양 개량용 조성물.
  18. 제16항에 있어서, 상기 토양 개량용 조성물 내 고형분 함량은 토양조리제 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 70 중량부인, 토양 개량용 조성물.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 라이신 및 시트르산을 5:1 내지 1:5의 몰비로 포함하는, 토양 개량용 조성물.
  20. 제16항의 토양 개량용 조성물을 포함하는, 비료 조성물.
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