WO2014017799A1 - 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 - Google Patents

사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 Download PDF

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WO2014017799A1
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soil
polymer
water
seeds
copolymer
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PCT/KR2013/006564
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Inventor
이진희
방기훈
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(주)에이피더블유
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G13/00—Protecting plants
    • A01G13/02—Protective coverings for plants; Coverings for the ground; Devices for laying-out or removing coverings
    • A01G13/0256—Ground coverings
    • A01G13/0262—Mulches, i.e. covering material not-pre-formed in mats or sheets
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G13/00—Protecting plants
    • A01G2013/004—Liquid mulch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials

Definitions

  • the present invention relates to a construction method for restoring the vegetation ecosystem in the desertification area, and more particularly, by applying to the soil surface of the desertification using a polymer soil stabilizer, which is environmentally friendly and excellent in soil stabilization function, the movement of soil and sand immediately Construction for restoring vegetation ecosystem in desertification area that prevents yellow dust and sand breeze and suppresses evaporation of water through the surface to ensure plant growth and thus sustain the environment where vegetation can be formed It is about a method.
  • Desertification is, according to the United Nations Convention to combat Desertification (UNCCD), 'land degradation caused by a variety of factors, including climate change and human activity in dry, semi-arid and wet areas.
  • the desertification process is accompanied by the occurrence of sand dust fine sand dust, which can damage a wide range of neighboring areas due to these fine sand dust traveling over a long distance, such as whipwind or jet stream.
  • sand dust fine sand dust can damage a wide range of neighboring areas due to these fine sand dust traveling over a long distance, such as whipwind or jet stream.
  • whipwind or jet stream For example, in the case of China's Inner Mongolia desert, the yellow sands have moved to China, Korea, and Japan, and far beyond the United States, causing enormous damage to many areas such as environment, health, and industry.
  • An object of the present invention has been proposed to restore the threatened area to the state of the vegetation ecosystem before the desertification process, specifically, the soil surface of the deserted area using a polymer soil stabilizer, which is environmentally friendly and excellent in soil stabilization function
  • a polymer soil stabilizer which is environmentally friendly and excellent in soil stabilization function
  • the present invention has the following configuration to achieve the above object.
  • the construction method for the recovery of vegetation ecosystem in the desertification area comprises the steps of: a) providing a polymer-based soil stabilizer in water; And b) spraying the soil with the pooled soil stabilizer diluted in water.
  • step a) may further comprise the step of spraying or burying the seed in the soil.
  • the seed may be sown in the soil at the same time as step b).
  • the super absorbent resin can be buried in the soil together with the seed.
  • the soil may be mixed with the superabsorbent resin together with the seeds or seeds, or the furrows are made in the soil, and the superabsorbent resin is added together with the seeds or seeds in the furrows and then covered with soil.
  • step b) prior to step b) may further comprise the step of supplying moisture to the soil.
  • the weight ratio of polymer soil stabilizer and water in the polymer soil stabilizer is, for example, 1: 0.2 to 1: 100, preferably 1: 1 to 1:50, more preferably Is 1: 2 to 1:30.
  • the super absorbent polymer is a polyacrylate polymer (polyacrylate polymer), polyacrylamide polymer (polyacrylamide copolymer), ethylene maleic anhydride copolymer (ethylene maleic anhydride copolymer) Or crosslinked carboxymethyl cellulose, cross-linked carboxymethylcel lulose, polyvinyl alcohol copolymers, or cross-linked polyethylene oxide.
  • the super absorbent polymer may contain a fertilizer component.
  • the step of providing a polymer soil stabilizer of the present invention by dipping in water may further comprise the step of mixing the pozzolanic evenly together.
  • the weight ratio of the polymer-based soil stabilizer and pozzolanic is for example 1: 0.001 to 1: 1, preferably 1: 0.005 to 1: 0.5, more preferably 1: 0.01 to 1: 0.1.
  • the particle size of pozzolan is, for example, lOOmesh to lOOOOmesh, more preferably 300mesh to 600mesh.
  • the pozzolane is selected from the group consisting of natural pozzolanes, artificial pozzolanes and mixtures thereof.
  • the natural pozzolanic includes, but is not limited to, volcanic ash, manure rock weathering, dissolved clay, silicate clay, diatomaceous earth, zeolite or a combination thereof.
  • the artificial pozzolanic includes, but is not limited to, fly ash, silica hum, calcined clay, flash ash, slag, chaff, or mixtures thereof.
  • the construction method according to the present invention is applied to the soil surface of the desertification by using an environmentally friendly and excellent soil stabilizing function polymer-based soil stabilizer, to suppress the movement of soil, sand and the like to prevent yellow sand and sand breeze, and also to the ground surface By suppressing evaporation of moisture through the plant, it is possible to stably grow plants, thus maintaining the environment in which vegetation can be formed, which is effective in restoring the vegetation ecosystem of deserted areas.
  • La and lb are diagrams illustrating a process in which a polymer-based soil stabilizer and pozzolanic are infiltrated between soil particles and then bonded thereto according to one embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are SEM images of soil particles with or without polymer soil stabilizer.
  • Figure 3 is a graph showing the change in water content with the passage of time of the Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the change in load bearing capacity over time of the Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • 5 is a real site photograph observed four weeks after the construction directly on the site of the desertification area according to the construction method of the present invention.
  • Soil stabilizers are materials that have been used on pavement roads instead of cement or asphalt, but the strength and durability of roads are poor, but they are mainly used for trails, bicycle paths, light roads, It can be said to be suitable for road-based use.
  • soil stabilizers are divided into chemical soil stabilizers and physical soil stabilizers according to their mechanism of action.
  • Chemical soil stabilizers are highly affected by soil types because bonds between soil particles are generated by chemical reactions, whereas physical soil stabilizers can be used for a wider range of soil types.
  • Chemical soil stabilizers are broadly divided into four categories: ionic family, enzyme family, lignosulfate (lignin) family, and salt family (chloride) family.
  • the mechanism of action varies depending on the type, but the basic mechanism is as follows. Fine granules carry anions and attract water cations. As a result, water is adsorbed to each of the granules. When the chemical soil stabilizer enters the adsorbed water, it becomes active and exchanges positive charges, reducing the surface charge of the particles, and causing the water layer to fall off, concentrating the minerals in the clay.
  • the action of chemical soil stabilizers like catalysts, occurs until water is lost.
  • Physical soil stabilizers are largely divided into three categories: petroleum resin (bitumen), polymer and triresin. The mechanism of action is the physical bonding through the coating of the granules.
  • All soil stabilizers except for silver and enzymatic soil stabilizers, can be used as a dust suppressant to prevent migration and scattering of granules when sprayed onto the soil surface at a dilute concentration.
  • the physical soil stabilizer is the main mechanism of action between the grains, so it does not change the basic properties of the soil itself compared to the chemical soil stabilizer.
  • the petrolium resin (bitumen) series is not desirable because it is toxic to vegetation, and the triresin series has a low cost but very expensive disadvantages.
  • the soil stabilizer used in the present invention is a non-toxic and environmentally friendly polymer-based soil stabilizer when applied to the surface of the soil to form a coating of a certain thickness on the surface to prevent erosion of the soil due to the movement and scattering of the granules At the same time, it has the function of keeping moisture in the soil.
  • the polymer soil stabilizer is a vinyl polymer or copolymer (vinyl polymer or copolymer), acrylic polymer or copolymer (acrylic polymer or copolymer), vinyl acrylic copolymer (vinyl acrylic copolymer), vinyl Maleic copolymers (vinyl maleic copolymer) and their mixtures may be included.
  • the copolymer refers to an alternating copolymer, a block copolymer, a random copolymer, or a graft copolymer obtained by polymerizing two or more different monomers, and may also include a polymer polymerized by three or more different monomers such as a terpolymer. have.
  • the vinyl polymer is a polymer obtained by polymerizing two or more identical vinyl monomers, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, polybutylene, polystyrene, polyvinyl chloride polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, and polyacrylonitrile. It is not limited to these.
  • the acrylic polymer is a polymer obtained by polymerizing two or more of the same acrylic monomers, and examples thereof include polyacrylate, polymethacrylate, Polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, and the like. It is not limited.
  • the vinyl acrylic copolymer is a polymer obtained by copolymerizing a vinyl monomer and an acrylic monomer, and examples thereof include vinyl acetate-butyl acrylate copolymer, vinyl acetate ⁇ methyl methacrylate copolymer, styrene-acrylate copolymer, and styrene-methacrylate. Acrylate copolymers and the like, but is not limited thereto.
  • the vinyl maleic copolymer is a polymer obtained by copolymerizing a vinyl monomer with maleic acid or maleic anhydride.
  • examples thereof include vinyl acetate-maleic acid copolymer, vinyl acetate-maleic anhydride copolymer, styrene-maleic acid copolymer, Styrene-maleic anhydride copolymers, but are not limited to these.
  • the polymer soil stabilizer is an additive selected from the group consisting of wetting agents, dispersants, colorants, anti-peeling agents, binders, UV blocking agents, antioxidants, salts, enzymes, reinforcing agents and combinations thereof. It can be included as.
  • the additive is polyurethane, sodium hyaluronate, acrylic monomer, aqua ammonia, formaldehyde, sodium alpha olefin, sulfonate and combinations thereof It may be selected from the group consisting of.
  • La and lb are diagrams illustrating a process in which a polymer soil stabilizer penetrates between soil particles and then binds thereto according to an embodiment of the present invention.
  • mixing the polymer soil stabilizer to the soil particles causes the polymer soil stabilizer to be uniformly dispersed between the soil particles, forming a film-like structure surrounding the soil particles.
  • the film thus formed gradually attaches soil particles to each other as moisture dries.
  • the polymer soil stabilizer further increases the adhesion between the soil particles by forming a continuous layered layer filling the pores of the soil particles.
  • FIGS. 2A and 2B are SEM images of soil particles with or without polymer soil stabilizer.
  • Figure 2a is a photograph showing the electron microscope (SEM) imaging results for the soil + water
  • Figure 2b is a photograph showing the SEM imaging results for the soil + PX300 + water.
  • Super absorbent polymer (super absorbent polymer) used in the present invention is an environmentally friendly material in the form of powder or granules can absorb water up to several hundred times its own weight. In addition, it is possible to repeatedly absorb and release moisture, which can stably supply the necessary moisture for plants to grow when applied in soil. In the case of dry soil, it is possible to maximize the effect of vegetation recovery by using a super absorbent polymer with fertilizer. It has already been used for a long time to increase crop yields in dry areas.
  • the overall moisture absorption mechanism of the superabsorbent polymer is divided into chemical and physical parts.
  • the chemical mechanism is the expansion of the polymer chain due to the mutual coupling between the hydrophilic groups and water molecules in the polymer and the repulsive force between the hydrophilic groups
  • the physical mechanism is the absorption of water into the polymer chain by osmotic pressure.
  • the superabsorbent polymer absorbs water such as rainwater in the soil and expands, and when it dries, the water absorbs moisture through the roots and shrinks. This is because the water absorption of the root is stronger than the power of the superabsorbent resin to retain moisture.
  • the contracted superabsorbent polymer expands by absorbing moisture again when water is supplied. However, because water absorbs various ions in the soil together with water, its absorption capacity decreases as it is repeated.
  • TerraCottem ® which is sold in the test as a super absorbent polymer
  • HYDR0S0RB TM, WCS (domestic), etc. can be used.
  • the present invention can directly play a role in preventing global warming by absorbing carbon dioxide (C0 2 ) as well as preventing the yellow dust directly. It can also solve various problems such as reduced food production, reduced biodiversity and economic loss due to desertification.
  • the construction method according to the present invention When the construction method according to the present invention is applied to a farmland in a dry region including a desertification area, it can supply a sufficient moisture to the crops can greatly contribute to increase the harvest of the crops.
  • Pozzolan has a particle size of 150-300mesh and used natural pozzolan produced in Sinan-gun, and super absorbent resin used WCS-850AQUA 'S' produced by 'Green World', a domestic company.
  • Polymeric soil stabilizers were selected from PX300, Soiltac ® , So 1 -Sement ® Envirotac II and Polyvinyl alcohol. All of them were diluted in water so that the weight of the core polymer was the same. The water used in this experiment is ordinary water. Table 1 shows the conditions of all examples and comparative examples.
  • PX300 (density 1.08, polymer content 54%) containing vinyl maleic copolymer and water as a polymer soil stabilizer were diluted at a weight ratio of 1: 5.0, and two 30 cm x 30 cm sized pots The soil was mixed with Masato and sand in a ratio of 9 to 1 so that the whole pot was chopped to the bottom so that it was 15 cm high. After spraying a certain amount of grass seeds in the prepared pollen (Example 1) and changing the soil to a depth of 5cm and chopped the entire pot. Another plant pot (Example 15) prepared above was sprinkled with a certain amount of grass seed and super absorbent resin and grounded to a depth of 5 cm and then chopped the entire pot. Each 1,000 ml of water was carefully sprayed evenly on the surface of the ear using an aperture. After 1 hour, the aqueous PX300 solution, which was dilute in water, was sprayed on the soil surface carefully again and again using an aperture.
  • Another plant pot (Example 16) prepared above was sprinkled with a certain amount of grass seed and super absorbent resin and ground to a depth of 5 cm and then smashed the whole pot. Each 1000 ml of water was carefully and evenly sprayed on the surface using an aperture. After 1 hour, evenly mixed pozzolanic solution in ⁇ 300 aqueous solution diluted in the water, and then carefully sprayed again on the soil surface using an aperture.
  • Soiltac ® (density 1.08, polymer content 55%) and water containing vinyl copolymer as a polymer soil stabilizer were diluted at a weight ratio of 1: 5.1, and each of two pots of 30 cm x 30 cm The soil was mixed with Masato and sand in a ratio of 9 to 1 so that the whole pot was chopped to a height of 15 cm. After spraying a certain amount of grass seeds in the prepared pollen (Example 2) and ground the soil to a depth of 5cm and chopped the entire pot. 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed onto the soil surface using an iris.
  • Example 3 and Example 8 Envirotac II containing an acrylic polymer (density 1.10, polymer content 41%) and water as a polymer soil stabilizer were distilled at a weight ratio of 1: 3.7. The whole planter was chopped to the bottom so that the sand mixed with sand at a ratio of 9 to 1 was 15 cm high. After spraying a certain amount of grass seeds in the prepared pollen (Example 3) and grind ⁇ to a depth of 5cm and chopped the entire pot. 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed on the surface of the ear using an aperture. After 1 hour, the aqueous solution of Envirotac II diluted in water was carefully sprayed on the soil surface again using an iris.
  • SoH-Sement ® (density 1.10, polymer content 403 ⁇ 4>) containing vinyl acrylic copolymer and water as a polymer soil stabilizer were diluted to a weight ratio of 1: 3.6, and two pots of 30 cm x 30 cm Each dog was chopped with a pot of musato and sand mixed with a ratio of 9 to 1 to a height of 15 cm. After spraying a certain amount of grass seeds in the prepared pots (Example 4) and ground the soil to a depth of 5cm and chopped the entire pot. 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed onto the soil surface using an iris.
  • polyvinyl alcohol As a polymer soil stabilizer, polyvinyl alcohol is dissolved in a small amount of water, followed by additional water, and the weight of the solid polyvinyl alcohol used and the polyvinyl diluted in water.
  • the weight ratio of alcohol was 1: 10.4, and two pots of 30 cm x 30 cm each were ground with the entire potted plants on the floor so that the soil mixed with Masato and sand at a ratio of 9 to 1 was 15 cm high. After spraying a certain amount of grass seeds in the prepared pollen (Example 5) and grind ⁇ to 5cm depth, the entire pot was chopped to the bottom. 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed onto the soil surface using an iris.
  • aqueous polyvinyl alcohol solution diluted in water was carefully evenly sprayed again on the soil surface using an aperture.
  • 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed onto the soil surface using an iris.
  • pozzolanic was evenly mixed with the aqueous polyvinyl alcohol solution diluted in water, and then carefully sprayed again on the soil surface using an aperture.
  • PX300 containing vinyl maleic copolymer and water as a polymer soil stabilizer were mixed at different weight ratios as shown in Table 1 below, and masato and sand were added to two 30 cm x 30 cm pots, respectively.
  • the soil mixed in a ratio of 9 to 1 was 15 cm high, and the whole pot was chopped to the floor.
  • Sprinkle a certain amount of grass seeds in each pot grind the soil to a depth of 5 cm, and then smash the entire pot. 1,000 ml of water was carefully and evenly sprayed on the surface of the ear using an aperture. After 1 hour, evenly mixed pozzolanic solution with each of the aqueous solution of PX300 dilute in water, and then carefully sprayed again on the soil surface using an aperture.
  • the soil load tester (model name 351, maximum measured value 4.5) was used to determine the load bearing capacity (kg / m 2 ) of the soil for each fixed date. The measurement is shown in Table 3 below, and is shown in FIG. 4 for clarity.
  • Examples 15 to 18 using the superabsorbent polymer and PX300 together showed the lowest overall load bearing capacity. This is presumed to be due to the fact that the use of superabsorbent resins is further suppressed by the evaporation of water, and the effect of PX300 is reduced as the drying is delayed, and the superabsorbent resin itself is buried in the upper soil layer. And the example treated with pozzolanic showed a slightly higher load bearing capacity than the example without.
  • Comparative Examples 1 and 2 which did not use the polymer soil stabilizer and pozzolanic, showed similar load bearing overall.
  • This desertification area site example was carried out on the land near Ulaanbaatar, Mongolia.
  • wheat and alfalfa were sown on 5m x 5m square land.
  • the pozzolanic particle size is 150-300mesh and natural pozzolanic produced by Sinan-gun is used, and the super absorbent resin is WCS ⁇ 850AQUA 'S' produced by the domestic company 'Green World'.
  • Polymeric soil stabilizer was used PX300 showed the most excellent effect in the above room experiments. In FIG. 5, actual photographs after 4 weeks of sowing are attached.

Abstract

본 발명은 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법에 관한 것으로， 그 방법은 폴리머계 토양안정화제를 물에 회석하여 제공하는 단계; 및 물에 회석된 상기 폴리머계 토양안정화제를 토양에 살포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며，친환경적이고 토양안정화 기능이 우수한 폴리머계 토양안정화제를 이용해 사막화 지역의 토양 지면에 도포함으로써， 토사 및 모래 둥의 이동을 억제하여 황사 및 모래바람 등을 방지하고 지표면을 통한 수분의 증발을 억제하여 안정적으로 식물의 생장이 가능하고 따라서 식생이 형성될 수 있는 환경을 지속시킬 수 있는 사막화 지역에서의 식생생태계 회복을 위한 시공방법에 관한 것이다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법
【기술분야】
본 발명은 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법에 관한 것으로， 더욱 상세하게는 친환경적이고 토양안정화 기능이 우수한 폴리머계 토양안정화제를 이용해 사막화의 토양 지면에 도포함으로써， 즉시 토사 및 모래 등의 이동을 억제하여 황사 및 모래바람 등을 방지하고 지표면을 통한 수분의 증발을 억제하여 안정적으로 식물의 생장이 가능하고 따라서 식생이 형성될 수 있는 환경을 지속시킬 수 있는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법에 관한 것이다.
【발명의 배경이 되는 기술】
사막화란 사막화방지협약 (UNCCD: United Nations Convention to Combat Desertification)에 의하면 '건조， 반건조 및 아습윤 지역에서 기후변동 및 인간 활동을 포함한 다양한 요인으로 인하여 발생하는 토지황폐화' 를 말한다.
사막화가 진행되는 과정을 보면 아래와 같다. 일반적으로 건조지 (연간 강우량
4 백隱 이하)에서도 그 기후에 맞게 잘 적응한식생 (나무와 풀)들은 존재한다. 그러나， 인간이 근처에 살면서 산림을 벌목하고 숲을 개간해 땔감과 목재를 확보하고， 식량생산을 위해 농지로 변환시키면서 사막화가 시작되게 된다. 이 상태에서 2 ~4년이 지나면 더 이상 만족할 만한 농업 생산량이 나오지 않게 되어 주민의 이주가 시작되더라도 일부 생명력이 강한 풀은 그 지역에서 몇 년을 걸쳐 더 살 수 있다. 하지만 농업만이 주업이 아닌 이 지역 주민들의 비합리적인 방목으로 그나마 남아 있던 풀들은 완전히 사라지게 되고， 완전히 노출된 지표면올 통해 수분의 증발이 가속화된다. 이 경우 층분한 양의 비가 오더라도 땅속에 수분을 저장할 수 있는 식생이 없어 강우량보다 증발하는 수분의 양이 항상 많게 되고, 해가 지날수록 이러한 악순환이 반복되면서 사막화가 더욱 더 진행되는 것이다.
이러한 현상은 현재 동북아지역뿐 아니라 전 세계적으로 사막화가 일어나고 있는 일반적인 현상이라는데 문제가 있다. 더욱이 사막화가 진행되면 사막에서 불어오는 바람이 강력해지고 이로 인해 모래 이동이 증가함으로 다시 사막화가 더욱 확산되고 사막화의 진행 속도도 급격히 증가하게 되기 때문에 전 세계적인 문제로 인식되고 있다.
또한 사막화 과정은 황사 둥 미세모래먼지의 발생을 반드시 동반하기 때문에 편서풍이나 제트 기류 등을 타고 장거리를 이동하는 이들 미세모래먼지로 인해 광범위한 이웃 지역에 피해를 줄 수 있다. 예를 들어， 중국의 내몽고 사막의 염황사 경우에는 중국, 한국 및 일본을 비롯하여 멀리 미국까지도 이동하여 환경， 건강， 산업 등 많은 분야에 막대한 피해를 발생시키고 있다.
이러한 사막화 방지를 위해 각국마다 사막화 진행 지역에 많은 자금을 들여 식생을 하고 있지만 단순히 식생을 반복하는 것만으로는 사막화를 방지하기에 층분한 실효성을 확보하지 못하고 있는 실정이다.
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제】
본 발명의 목적은 사막화 과정을 통해 황폐화된 지역을 그 이전의 식생생태계로 상태로 회복시키기 위하여 제안된 것으로서, 구체적으로는 친환경적이고 토양안정화 기능이 우수한 폴리머계 토양안정화제를 이용해 사막화 지역의 토양 지면에 도포함으로써, 토사 및 모래 등의 이동을 억제하여 황사 및 모래바람 등을 방지하고 표면을 통한 수분의 증발을 억제하여 안정적으로 식물의 생장이 가능하고 따라서 식생이 형성될 수 있는 환경을 지속시킬 수 있는 사막화 지역에서의 식생생태계 회복을 위한 가장 경제적인 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 【과제의 해결 수단】
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
본 발명에 따른 사막화 지역에서의 식생생태계 회복을 위한 시공방법은， a) 폴리머계 토양안정화제를 물에 회석하여 제공하는 단계; 및 b) 물에 희석된 상기 풀리머계 토양안정화제를 토양에 살포하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서， a)단계의 이전， 이후 또는 동시에 종자를 토양에 뿌리거나 묻는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서， b)단계와 동시에 종자를 토양에 뿌릴 수도 있다. 한편， 본 발명에 있어서， 종자를 토양에 묻는 경우에는 상기 종자와 함께 고흡수성 수지를 토양에 묻을 수 있다. 이 경우， 토양을 갈면서 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 같이 섞거나， 토양에 고랑을 만들고 상기 고랑 속에 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 넣은 후 흙으로 덮어주는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서， b)단계 이전에 토양에 수분을 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 폴리머계 토양안정화제에서 폴리머계 토양안정화제와 물의 중량비는 예를 들어， 1:0.2 내지 1:100， 바람직하게는 1:1 내지 1:50， 더욱 바람직하게는 1:2내지 1:30이다.
본 발명의 일 구현예에서， 상기 고흡수성 수지 (super absorbent polymer)는 폴리 아크릴 산 중합체 (polyacrylate polymer), 폴리아크릴아마이드 중합체 (polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 앤하이드라이드 공중합체 (ethylene maleic anhydride copolymer) , 가교결합 카르복시메틸 셀를로스 (cross— 1 inked carboxymethylcel lulose) , 클리비닐 알코을 공중합체 (polyvinyl alcohol copolymers) , 가교결합 폴리에틸렌 옥사이드 (cross-linked polyethylene oxide) 중 선택된 어느 하나이거나 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서， 상기 고흡수성 수지는 비료 (fertilizer )성분을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명의 폴리머계 토양안정화제를 물에 회석하여 제공하는 단계에서 포졸란을 함께 골고루 섞는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서， 폴리머계 토양안정화제와 포졸란의 중량비는 예를 들어 1:0.001 내지 1:1， 바람직하게는 1:0.005 내지 1:0.5, 더욱 바람직하게는 1:0.01 내지 1:0.1이다.
본 발명의 일 구현예에서， 포졸란의 입자 크기는， 예를 들어 lOOmesh 내지 lOOOmesh, 보다 바람직하게는 300mesh내지 600mesh이다.
본 발명의 일 구현예에서， 포졸란은 천연 포졸란， 인공 포졸란 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 본 발명의 일 구현예에서， 상기 천연 포졸란은 화산재， 웅회암의 풍화물， 용성 백토， 규산백토， 규조토， 제을라이트 또는 이들의 흔합물을 포함하지만， 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서， 상기 인공 포졸란은 플라이 애쉬， 실리카 훔, 소성점토， 섬광회 , 슬래그， 왕겨재 또는 이들의 혼합물을 포함하지만， 이들로 제한되는 것은 아니다.
【발명의 효과】
본 발명에 따른 시공방법은, 친환경적이고 토양안정화 기능이 우수한 폴리머계 토양안정화제를 이용해 사막화의 토양 지면에 도포함으로써, 토사 및 모래 등의 이동을 억제하여 황사 및 모래바람 등을 방지하고 또한 지표면을 통한 수분의 증발을 억제하여 안정적으로 식물의 생장이 가능하고 따라서 식생이 형성될 수 있는 환경을 지속시켜 사막화 지역의 식생생태계 회복에 효과가 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 la 및 lb는 본 발명의 일 구현예에 따라 폴리머계 토양안정화제와 포졸란이 토양 입자사이에 침투한 뒤 이와 결합되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 2b 는 폴리머계 토양안정화제의 유무에 따른 토양 입자에 대한 SEM 사진이다.
도 3은본원발명의 실시예 및 비교실시예의 시간의 흐름에 따른 함수비의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 는 본원발명의 실시예 및 비교실시예의 시간의 흐름에 따른 하중지지력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본원발명의 시공방법에 따라 사막화 지역 현장에 직접 시공하고 4 주 후에 관찰한 실제 현장사진이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
상술한본 발명의 목적,특징 및 장점은 다음의 실시예를통하여 보다분명해질 것이다.
본발명의개념에따론실시예는다양한변경을가할수있고여러가지형태를가질 수 있으므로특정 실시예들은본 명세서 또는출원에 상세하게 설명하고자 한다.그러나, 이는본발명의 개념에 따른실시예들을특정한개시 형태에 한정하려는 것이 아니며，본 발명의 사상및 기술 범위에 포함되는모든 변경，균등물내지 대체물을포함하는 것으로 이해되어야한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서，본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한， 복수의 표현을포함한다. 본 명세서에서 "포함하다"또는 "가지다"등의 용어는설시된특징,숫자,단계，동작,구성요소,부분품또는이들을조합한것이존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자， 단계, 동작, 구성 요소， 부분품또는 이들을조합한것들의 존재 또는부가가능성을미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야한다.
토양안정화제 (soil stabilizer)란 기존의 시멘트나 아스팔트를 대신하여 흙포장 도로에 사용되어 왔던 물질들로서 도로의 강도나 내구성은 떨어지나 시공의 용이성과 저렴한 비용 등으로 주로 산책로， 자전거길， 경차용 도로, 도로기반 등의 용도로 적합하다고 할 수 있다.
이러한 토양안정화제는 그 작용기전에 따라 크게 화학적 토양안정화제와 물리적 토양안정화제로 나누어 진다. 화학적 토양안정화제는 화학적 반웅에 따라 토양입자간의 결합이 생성되므로 토양의 종류에 따라 영향을 많이 받는 반면 물리적 토양안정화제는 보다 광범위한토양의 종류에 사용될 수 있다.
화학적 토양안정화제는 다시 크게 4가지로 나누어 진다: 이온계열， 효소계열， 리그노설페이트 (리그닌)계열， 그리고 염 (클로라이드)계열. 작용기전은 종류에 따라 차이가 있지만 기본적인 기전은 다음과 같다. 미세한 토립자는 음전하 (an ions)을 띠고 있어 물의 양이온 (cations)을 끌어당긴다. 이에 따라 물이 각각의 토립자에 흡착되어 있다. 화학적 토양안정화제가 위 흡착된 물에 들어가면 활성화되어 양전하 교환이 되면서 토립자 표면 전하가 감소하고 수분층이 떨어져 나와 점토의 무기물들이 웅집된다. 화학적 토양안정화제의 작용은 촉매 (catalyst)와 같아 수분이 없어질 때까지 일어난다. 물리적 토양안정화제는 크게 3 가지로 나누어 진다: 페트롤리움레진 (역청)계열， 폴리머계열， 그리고 트리레진계열. 작용기전은 토립자의 코팅을 통한 물리적 결합이다.
이은계열과 효소계열의 토양안정화제를 제외한 모든 토양안정화제는 묽은 농도로 토양표면에 살포할 경우에는 토립자의 이동이나 비산를 방지하는 비산억제제 (dust suppressant)로 사용될 수가 있다.
물리적 토양안정화제는 토립자간의 물리적 결합이 주된 작용기전이기 때문에 화학적 토양안정화제에 비해 토양자체의 기본 성질을 바꾸지 않아 종자와 함께 토양표면에 살포시에는 식생이 가능하다. 그러나 페트를리움레진 (역청)계열은 식생에 독성이 있어 바람직하지 않고 트리레진계열은 독성이 낮긴 하나 매우 비싼 단점이 있다.
본 발명에서 사용되고 있는 토양안정화제는 독성이 없고 친환경적인 폴리머계열의 토양안정화제로서 토양의 표면에 적용시에는 표면에 일정 두께의 코팅을 형성하여 토립자의 이동 및 비산에 따른 토양의 침식을 방지하고 동시에 토양내의 수분을 유지하게 하는 기능을 가지고 있다.
본 발명의 일 구현예에서， 폴리머계 토양안정화제는 비닐계 중합체 또는 공중합체 (vinyl polymer or copolymer) , 아크릴계 중합체 또는 공중합체 (acrylic polymer or copolymer) , 비닐 아크릴계 공중합체 (vinyl acrylic copolymer) , 비닐 말레익계 공중합체 (vinyl maleic copolymer) 및 이들의 흔합물올 포함할 수 있다.
본 발명에서 공중합체는 2 이상의 상이한 단량체를 중합한 교호 공중합체， 블록 공중합체， 랜덤 공중합체， 또는 그라프트 공중합체를 의미하며， 터폴리머 등의 3 이상의 상이한 단량체를 중합한 고분자도 포함할 수 있다.
상기 비닐계 중합체는 2 이상의 동일한 비닐계 단량체를 중합한 고분자로서， 이의 예로는 폴리에틸렌， 폴리프로필렌， 폴리부틸렌, 폴리스티렌， 폴리비닐클로라이드 폴리비닐아세세이트, 폴리비닐알코올， 폴리아크릴로니트릴 등이 있으나， 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 아크릴계 중합체는 2 이상의 동일한 아크릴계 단량체를 중합한 고분자로서， 이의 예로는 폴리아크릴레이트， 폴리메타크릴레이트， 폴리메틸아크릴레이트， 폴리메틸메타크릴레이트， 폴리에틸아크릴레이트， 폴리에틸메타크릴레이트， 폴리아크릴아미드， 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트， 폴리부틸아크릴레이트， 폴리부틸메타크릴레이트 등이 있으나， 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 비닐 아크릴계 공중합체는 비닐계 단량체와 아크릴계 단량체를 공중합한 고분자로서， 이의 예로는 비닐아세테이트—부틸아크릴레이트 공중합체， 비닐아세테이트ᅳ메틸메타크릴레이트 공중합체， 스티렌-아크릴레이트 공중합체， 스티렌-메타크릴레이트 공중합체 등이 있으나， 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 비닐 말레익계 공중합체는 비닐계 단량체와 말레산 또는 말레산무수물을 공중합한 고분자로서， 이의 예로는 비닐아세테이트ᅳ말레산 공중합체， 비닐아세테이트- 말레산무수물 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체， 스티렌-말레산무수물 공중합체 등이 있으나， 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리머계 토양안정화제는 습윤제， 분산제， 착색제， 박리방지제， 결합제， UV 차단제， 산화방지제， 염제， 효소제， 강화제 및 이들의 흔합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서， 상기 첨가제는 풀리우레탄， 소듬 하이알루로네이트 (sodium hyaluronate), 아크릴계 모노머, 아쿠아 암모니아 (aqua a隱 onia), 포름알데히드， 소듐 알파 올레핀， 설포네이트 및 이들의 흔합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
도 la 및 lb 는 본 발명의 일 구현예에 따라 폴리머계 토양안정화제가 토양 입자 사이에 침투한 뒤 이와 결합되는 과정을 나타내는 도면이다. 도 la 및 도 lb 에 도시된 바와 같이, 토양 입자에 폴리머계 토양안정화제를 흔합하면 폴리머계 토양안정화제가 토양 입자 사이에 균일하게 분산되어， 토양 입자를 둘러싸는 막과 같은 구조를 형성한다. 이와 같이 형성된 막은 수분이 건조되어 감에 따라 토양 입자가 서서히 서로 부착된다. 이러한 과정을 거쳐 폴리머계 토양안정화제는 토양 입자의 공극을 채우는 연속적인 층전층을 형성함으로써 토양 입자 사이의 접착력을 더욱 증대시키게 된다. 본 발명에서는 폴리머계 토양안정화제로서 시중에서 판매되고 있는 PX300, Soiltac®, Soil-Sement®, Envirotac II, LDC®, T-PRO® , DustShield, Soi IShield-LS, Haul Road Dust Control®등을사용할 수 있다.
도 2a 및 2b 는 폴리머계 토양안정화제의 유무에 따른 토양 입자에 대한 SEM 사진이다. 구체적으로, 도 2a 는 토양 + 물에 대한 전자현미경 (SEM) 촬영 결과를 나타내는 사진이고， 도 2b 는 토양 + PX300 + 물에 대한 SEM 촬영 결과를 나타내는 사진이다. 미세결정구조를 시험한 결과로서， 도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이， 시료의 표면에 폴리머가 확인되었고， 토양 입자와 폴리머와의 물리적 결합이 일어난 것을 알 수 있다.
본 발명에서 사용되는 고흡수성 수지 (super absorbent polymer)는 분말 또는 과립형태의 친환경 물질로 자체 무게의 수백배까지 수분을 흡수할 수 있다. 또한 반복적으로 수분의 흡수 및 방출이 가능하여 토양내에 적용시 식물이 자라는테 필요한 수분을 안정적으로 공급할 수 있다. 메마른 토양의 경우는 비료성분이 첨가된 고흡수성 수지를 사용함으로써 식생회복의 효과를 극대화시킬 수 있다. 이미 오래전부터 건조한지역에서의 농작물 수확증대를 위해 사용되어 왔다.
고흡수성 수지의 전반적인 수분 흡수 기전은 화학적인 부분과 물리적인 부분으로 나뉜다. 화학적 기전은 고분자내의 친수성 그룹과 물분자간의 상호결합과 친수성 그룹간의 반발력으로 인한 고분자 사슬의 팽창이고 물리적 기전은 삼투압 현상에 의한 고분자사슬내로의 물의 흡수이다.
고흡수성 수지는 토양내에서 빗물 등의 수분을 흡수하여 팽창하였다가 건조시 뿌리를 통해 수분을 빼앗기며 수축한다. 이는 뿌리의 수분흡수력이 고흡수성 수지가 수분을 지니려는 힘보다 강하기 때문이다. 수축된 고흡수성 수지는 수분이 공급되면 다시 수분을 흡수하며 팽창한다. 그러나 토양내 여러 이온 등을 수분과 같이 흡수하기 때문에 그 흡수력은 반복됨에 따라 점점 줄어든다.
본 발명에서는 고흡수성 수지로서 시증에서 판매되고 있는 TerraCottem®,
HYDR0S0RB™, WCS (국내) 등을사용할 수 있다.
본 발명은 황사를 직접적으로 방지할 뿐만 아니라 회복된 식생생태계가 이산화탄소 (C02)를 흡수함으로써 지구온난화 방지에 직접적인 일익을 담당할 수 있다. 또한 사막화로 인한 식량 생산량 감소， 생물다양성의 감소， 경제적 손실 등의 여러가지 문제들을서서히 해결해 줄 수 있다.
본 발명에 따른 시공방법을 사막화 지역을 포함한 건조한 지역의 농지에 적용할 경우， 농작물에 층분한 수분을 공급할 수 있어 농작물의 수확 증대에 크게 기여할 수 있다.
아래에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예
본 실시예에서는 모두 30cm X 30cm 크기의 정사각형 모양의 화분에 마사토와 모래를 9 대 1 의 비율로 섞은 홁을 사용하였고 종자는 잔디품종으로 동일한 양을 사용하였다. 포졸란은 입자크기가 150-300mesh 이며 신안군에서 생산된 천연포졸란을 사용하였으며， 고흡수성 수지는 국내회사인 '초록세상만들기' 에서 생산한 WCS- 850AQUA 'S' 를 사용하였다. 폴리머계 토양안정화제는 PX300, Soiltac®, So i 1 -Sement ® Envirotac II 및 Polyvinyl alcohol 총 5 개 종류를 사용하였으며 모두 핵심 폴리머의 무게가 동일하게 되게 물에 희석하였다. 본 실험에 사용된 물은 일반 수듯물이다. 하기 표 1에 모든 실시예 및 비교예의 조건을 기재하였다.
모든 화분은 실내의 창가에 두었으며 초기에 공급한 물을 제외하고는 시험기간동안 전혀 물을 공급하지 않았다.
실시예 1 및 실시예 15
폴리머계 토양안정화제로서 비닐 말레익계 공중합체 (Vinyl maleic copolymer) 를 함유하는 PX300(밀도 1.08， 폴리머 함량 54%)과 물을 1 ： 5.0 의 중량비로 희석하였고， 30cm X 30cm크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 흙을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 1)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 15)에 일정량의 잔디종자와 고흡수성 수지를뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 각각 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 각각 상기 물에 회석된 PX300 수용액을 조리개를 이용하여 흙표면에 —다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 6 및 실시예 16
폴리머계 토양안정화제로서 비닐 말레익계 공중합체 (Vinyl maleic copolymer) 를 함유하는 PX300 밀도 1.08， 폴리머 함량 54%)과 물을 1 ： 5.0 의 중량비로 회석하였고， 30cm X 30cm크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 홁을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시 '예 6)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 16)에 일정량의 잔디종자와 고흡수성 수지를뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 각각 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 각각 상기 물에 회석된 ΡΧ300 수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 2 및 실시예 7
폴리머계 토양안정화제로서 비닐계 공중합체 (Vinyl copolymer) 를 함유하는 Soiltac® (밀도 1.08， 폴리머 함량 55%)과 물을 1 ： 5.1 의 중량비로 희석하였고， 30cm X 30cm크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 흙을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 2)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Soiltac®수용액을 조리개를 이용하여 홁표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 7)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Soiltac®수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 3 및 실시예 8 폴리머계 토양안정화제로서 아크릴계 중합체 (Acrylic polymer)를 함유하는 Envirotac II(밀도 1.10, 폴리머 함량 41%)와 물을 1 ： 3.7 의 중량비로 회석하였고， 30cm X 30cm 크기의 화분 두 개에 각각 마사토와 모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 홁을 15cm높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 3)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Envirotac II 수용액을 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 8)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Envirotac II 수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 4 및 실시예 9
폴리머계 토양안정화제로서 비닐 아크릴계 공중합체 (Vinyl acrylic copolymer) 를 함유하는 SoH-Sement® (밀도 1.10， 폴리머 함량 40¾>)과 물을 1 ： 3.6 의 중량비로 희석하였고， 30cm X 30cm크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비을로 섞인 흙을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 4)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물쎄 회석된 Soil-Sement®수용액을 조리개를 이용하여 홁표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 9)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Soil-Sement®수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 5 및 실시예 10
폴리머계 토양안정화제로서 폴리비닐 알코올 (Polyvinyl alcohol)를 소량의 물에 녹인 후 추가로 물을 부어 사용된 고체 폴리비닐 알코올 무게와 물에 희석된 폴리비닐 알코올의 중량비가 1 ： 10.4 가 되게 하였고， 30cm x 30cm 크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9대 1의 비율로 섞인 흙을 15cm높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 5)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 회석된 Polyvinyl alcohol 수용액을 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 10)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 Polyvinyl alcohol 수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 11 내지 14
폴리머계 토양안정화제로서 비닐 말레익계 공중합체 (Vinyl maleic copolymer)를 함유하는 PX300과 물을 하기 표 1에서와 같이 각각 다른 중량비로 흔합하였고， 30cm x 30cm 크기의 화분 두 개에 각각 마사토와 모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 흙을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 각각의 화분에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 회석된 PX300수용액 각각에 포졸란을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
실시예 17및 실시예 18
폴리머계 토양안정화제로서 비닐 말레익계 공중합체 (Vinyl maleic copolymer) 를 함유하는 PX300C밀도 1.08， 폴리머 함량 54¾>)과 물을 1 ： 10.0 의 중량비로 희석하였고, 30cm X 30cm크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 홁을 15cm 높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (실시예 17)에 일정량의 잔디종자와 고흡수성 수지를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1 시간 후 상기 물에 희석된 PX300 수용액을 골고루 섞은 후 조리개를 이용하여 홁표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (실시예 18)에 일정량의 잔디종자와 고흡수성 수지를 뿌리고 5cm깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,000ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 1*시간 후 상기 물에 희석된 PX300수용액에 포졸란을 골고루 섞은 후조리개를 이용하여 흙표면에 다시 조심스럽게 골고루 살포하였다.
비교예 1 내지 2
30cm X 30cm 크기의 화분 두 개에 각각 마사토와모래가 9 대 1 의 비율로 섞인 홁을 15cm높이가 되게 화분전체를 바닥에 치며 다져 넣었다. 상기 준비된 화분 (비교예 1)에 일정량의 잔디종자를 뿌리고 5cm 깊이로 흙을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,110ml 의 물을 조리개를 이용하여 홁표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다. 상기 준비된 다른 화분 (비교예 2)에 일정량의 잔디종자와 고흡수성 수지를 뿌리고 5cm깊이로 홁을 갈아준 후 화분전체를 바닥에 치며 다졌다. 1,110ml 의 물을 조리개를 이용하여 흙표면에 조심스럽게 골고루 살포하였다.
【표 1】
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
1)토양안정화제 /물， 2)PVA: Polyvinyl alcohol, 3)PVA무게 /물에 희석된 최종 부피
실험예 1 - 함수비 측정 실험
비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 18 에 대하여， 정해진 일자별로 수분 측정기 (모델명 . PMS-714)를 이용하여 10cm 깊이의 토양내의 함수비 (¾)를 측정하여 하기 표 2 에 기재하였고, 보다 알기 쉽게 하기 위하여 도 3 으로 나타내었다. 위와 같이 토양내의 함수비를 측정함으로써， 폴리머계 토양안정화제， 고흡수성 수지 및 포졸란 각각의 역할에 따른토양내 수분의 증발 방지력을 파악할 수 있다.
【표 2】
Figure imgf000017_0001
상기 표 2 과 도 3 의 시간의 흐름에 따른 함수비의 변화를 보면， 실시예 15 내지 18 의 폴리머계 토양안정화제와 고흡수성 수지를 동시에 적용한 경우가 가장 우수한 토양내 수분의 증발 방지력를 가짐을 알 수 있다. 특히 비교예와 비교해 보았을 때 그 차이는 더욱 극명하게 드러나고 있다. 18 일차에 아무 것도 처리하지 않은 비교예 1 의 함수비는 0.0% 이지만 폴리머계 토양안정화제와 고흡수성 수지를 동시에 적용한실시예 15 내지 18의 함수비는 7.2~8.3%를 보여주고 있다.
실시예 1 내지 5 의 폴리머계 토양안정화제간의 차이는 PX300, Soil-Sement®, Soiltac®, Envirotac II， Polyvinyl alcohol 의 순서로 함수비가줄어듬을 알 수 있다. 이는 폴리머계 토양안정화제의 토양내 수분의 증발 방지력의 차이가 있음을 보여주고 있다.
실시예 6내지 10 또는 실시예 16 및 18의 폴리머계 토양안정화제와포졸란을 같이 사용한 경우에는 폴리머계 토양안정화제만 사용하였을 때와 큰 함수비의 차이를 보여주지는 않았다. 단， PX300와 Soil-Sement® 그리고 Polyvinyl alcohol 은 폴리머계 토양안정화제만 사용하였을 때와 비교하여 시간이 지날수록 약간 높은 함수비를 보여 주었으나 Soiltac®과 Envirotac II 은 반대로 낮은 함수비를 보여 주었다. 이는 폴리머계 토양안정화제와 포졸란의 결합이 토양내 수분의 증발 방지력에 큰 영향을 미치지는 않으나 폴리머계 토양안정화제의 종류에 따라 상생작용을 할 수도 있고 반대의 작용을 할 수도 있음을 보여주고 있다.
실시예 6 및 실시예 11 내지 14의 PX300의 농도 변화에 따른 함수비를 보면， 농도가 묽어짐에 따라 다소 줄어드는 경향을 보여 주고 있으나 큰 차이는 없다. 즉， 일정 농도 범위에서는 PX300의 농도 변화에 따른 토양내 수분의 증발 방지력의 차이가 별로 없음을 알수 있다.
고흡수성 수지만 적용한 비교예 2 와 폴리머계 토양안정화제만 사용한 실시예 1 내지 5 간의 함수비를 비교해 보면， 시간이 지날수록 실시예 1 내지 5 의 함수비가 비교예 2 의 함수비보다 높아짐을 알 수 있다. 이는 토양내에 수분을 최대한 유지하기 위해 사용된 폴리머계 토양안정화제와 고흡수성 수지 중 폴리머계 토양안정화제가 장기적으로 토양내 수분의 증발 방지력이 보다 뛰어남을 알 수 있다. 참고로 폴리머계 토양안정화제와 고흡수성 수지를 같이 적용한 실시예 15 내지 18 을 보면 장단기 함수비가 가장 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
실험예 2 - 하중지지력 측정 실험
비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 18 에 대하여， 정해진 일자별로 토양강도 테스트기 (모델명 351， 최대 측정치 4.5)를 이용하여 토양의 하중지지력 (kg/m2)을 측정하여 하기 표 3 에 기재하였고， 보다 알기 쉽게 하기 위하여 도 4 로 나타내었다. 위와 같이 토양의 하중지지력를 측정함으로써， 폴리머계 토양안정화제， 고흡수성 수지 및 포졸란 각각의 역할에 따른 토양의 표면경화정도를 파악할 수 있고 이로써 바람에 의한토양의 침식 가능성을 판단할 수 있다.
【표 3】
Figure imgf000019_0001
상기 표 3 과 도 4 의 시간의 흐름에 따른 하중지지력의 변화를 보면, 실시예 6 내지 10 의 폴리머계 토양안정화제와 포졸란를 동시에 적용한 경우가 가장 우수한 하중지지력를 가짐을 알 수 있다. 그러나 토양안정화제의 종류에 따라서는 폴리머계 토양안정화제만 적용한 경우와 큰 차이가 없는 경우도 있다. 이는 포졸란이 폴리머계 토양안정화제와 같이 사용될 경우 하중지지력에 반드시 좋은 효과만 나타내지 않음을 보여준다.
실시예 6 및 실시예 11 내지 14 의 PX300 의 농도 변화에 따른 하중지지력을 보면， 농도가 묽어짐에 따라 측정 가능한 최대 하중지지력 4.5 에 이르는 시간이 길어짐을 알 수 있다. 이는 풀리머계 토양안정화제의 농도를 조절함으로써 원하는 시간내에 원하는 하중지지력을 얻을 수 있음을 보여주고 있다.
고흡수성 수지와 PX300 을 같이 사용한 실시예 15 내지 18 을 보면， 전체적인 하중지지력이 가장 낮게 나왔다. 이는 고흡수성 수지를 같이 사용함으로써 수분의 증발이 보다 억제되어 건조가 늦어짐에 따라 PX300 의 효과가 떨어진 것과 토양 상층에 묻혀 있는 고흡수성 수지 자체의 영향인 것으로 추측된다. 그리고 포졸란을 처리한 실시예는 그렇지 않은 실시예보다 약간 높은 하중지지력을보여주었다.
폴리머계 토양안정화제 및 포졸란을 사용하지 않은 비교예 1 내지 2 는 전체적으로 비슷한 하중지지력을 보여주었다.
실험예 3 - 발아， 성장및 고사
비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 18 에 대하여, 잔디의 발아율， 평균성장길이 및 고사시점을 관찰하였다.
실험 3 일차부터 모든 화분에서 싹이 발아하기 시작하였다. 초기에 충분한 수분이 공급되어 발아시기 및 발아율의 차이가 거의 없었다.
실험 25 일차이내에서는 실시예간 또는 실시예 및 비교예간의 발아율 및 성장길이의 차이를 크게 구별할 수는 없었으나 26 일차부터 함수비가 가장 빨리 줄어든 비교예 1 의 잔디가 가장 먼저 시들기 시작하여 30 일차에 완전히 고사하였고， 가장 높은 함수비를 유지한 실시예 15 와 16 의 잔디가 가장 늦게 45 일차부터 시들기 시작하여 52 일차에 완전히 고사하였다. 약간의 차이는 있으나 전체적으로 함수비가 먼저 줄어드는 순으로 먼저 시들기 시작하였고 4~7일후에 완전히 고사하였다. 실험예 4 — 양생시간
실시예 1 내지 5 및 실시예 6 내지 10 에 대하여， 포졸란 사용에 따른 양생시간의 차이를 측정하여 하기 표 4 에 기재하였다. 양생시간의 기준은 매시간마다 육안으로 관찰하여 표면이 완전히 건조된 시간을 기준으로 하였다.
【표 4】
Figure imgf000021_0001
포졸란을 처리한 실시예 6 내지 10 과 포졸란을 처리하지 않은 실시예 1 내지 5 와의 양생시간을 비교하여 보면， 포졸란을 처리한 실시예 6 내지 10 이 훨씬 빨리 양생이 되었음을 알 수 있다. 이는 포졸란을 사용함으로써 본원발명의 시공방법이 날씨로 인한 제약으로부터 좀 더 벗어날 수 있음을 보여준다.
본 실험을 통해 폴리머계 토양안정화제가 식생의 유지에 가장 중요한 토양내 수분의 증발 방지에 큰 효과가 있으며 고흡수성 수지와 같이 사용할 경우 그 효과가 훨씬 뛰어난 것을 알 수 있다. 또한 포졸란을 같이 사용함으로써 바람에 의한 토양의 침식을 좀 더 효과적으로 막을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 기술을 비가 충분히 오지 않는 사막화 지역에 적용할 경우 토양내 수분의 증발을 최대한 억제하여 식생생태계의 회복에 큰 도움이 되리라 판단된다.
실험예 5 -사막화지역 현장실시예
본 사막화 지역 현장 실시예는 몽골 울란바토르 근교 토지에서 실시하였다. 먼저 5m X 5m 크기의 정사각형 모양의 땅에 밀과 알팔파를 파종하였다. 포졸란은 입자크기가 150-300mesh이며 신안군에서 생산된 천연포졸란을사용하였으며， 고흡수성 수지는 국내회사인 '초록세상만들기' 에서 생산한 WCSᅳ 850AQUA 'S' 를 사용하였다. 폴리머계 토양안정화제는 상기 실내 실험에서 가장 뛰어난 효과를 보여준 PX300 를 사용하였다. 하기 도 5에 파종 4주 후의 실제 사진을 첨부하였다.
도 5 를 살펴보면， 밀 (사진 1 내지 2)의 발아 및 성장은 알팔파 (사진 3 내지 4)에 비해 매우 빠르다. 알팔파의 경우 근접하여 촬영한 사진을 보면 발아하여 자라고 있음을 알 수 있다.
도 5 의 사진 3 과 사진 4 를 보면， PX300 을 살포한 부분과 그 옆의 PX300 을 처리하지 않은 땅 중 PX300 을 살포한 부분이 약간 진한 색깔을 띠고 있음을 알 수 있다.
각 사진내의 포졸란을 처리한 부분과 처리하지 않은 부분과의 차이는 상기 도 5 의 사진으로는 구별하기 힘드나 포졸란을 처리한 부분의 하중지지력이 조금 높고 양생시간이 빨랐다.
본 사막화 지역의 현장 실험을 통해 본 발명의 실제 적용 가능성을 입증하였다.

Claims

【특허청구범위】
【청구항 1】
a) 폴리머계 토양안정화제를 물에 회석하여 제공하는 단계; 및
b) 물에 희석된 상기 폴리머계 토양안정화제를 토양에 살포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 2】
제 1 항에 있어서， 상기 a)단계의 이전， 이후 또는 동시에 종자를 토양에 뿌리거나 묻는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 3】
제 1 항에 있어서， 상기 b)단계와 동시에 종자를 토양에 뿌리는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 .
【청구항 4】
제 2 항에 있어서， 종자를 토양에 묻는 경우, 종자와 함께 고흡수성 수지를 토양에 묻는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 5]
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서， b)단계 이전에 토양에 수분을 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 . ■
【청구항 6】
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서， 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 토양에 묻는 경우， 토양을 갈면서 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 섞는 것을 특징으로 하는 사막화지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 .
【청구항 7】
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서， 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 토양에 묻는 경우， 토양에 고랑을 만들고 상기 고랑 속에 종자 또는 종자와 함께 고흡수성 수지를 넣은 후, 홁으로 덮어주는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 8】
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머계 토양안정화제를 물에 희석하여 제공하는 단계에서 폴리머계 토양안정화제와 물의 증량비가 1:0.2 내지 1:100인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 .
【청구항 9】
제 8 항에 있어서， 폴리머계 토양안정화제와 물의 중량비가 1:2 내지 1:30 인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 .
【청구항 10】
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한항에 있어서，
상기 폴리머계 토양안정화제가 비닐계 중합체 또는 공중합체 (vinyl polymer or copolymer) , 아크릴계 중합체 또는 공중합처 Kacrylic polymer or copolymer) , 비닐 아크릴계 공중합체 (vinyl acrylic copolymer), 비닐 말레익계 공중합체 (vinyl maleic copolymer) 또는 이들의 흔합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 111
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머계 토양안정화제가 습윤제， 분산제， 착색제， 박리방지제， 결합제， UV 차단제， 산화방지제， 염제， 효소제， 강화제 및 이들의 흔합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법. ᅳ
【청구항 12]
제 11 항에 있어서，
상기 첨가제가 폴리우레탄, 소듐 하이알루로네이트 (sodium hyaluronate), 아크릴계 모노머， 아쿠아 암모니아 (aqua ammonia), 포름알데히드， 소듐 알파 올레핀， 설포네이트 및 이들의 흔합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 13】
제 4 항， 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서，
상기 고흡수성 수지 (super absorbent polymer)가 폴리 아크릴 산 중합체 (PK)lyacrylate polymer) , 폴리아크릴아마이드 중합체 (polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 엔하이드라이드 공중합체 (ethylene maleic anhydride copolymer) , 가교결합 카르복시메틸 셀롤로스 (cross— 1 inked carboxymethylcel lulose) , 폴리비닐 알코을 공중합체 (polyvinyl alcohol copolymers), 및 가교결합 폴리에틸렌 옥사이드 (cross-linked polyethylene oxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 14】
제 13 항에 있어서，
상기 고흡수성 수지가 비료 ( fertilizer )성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 15】
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서，
폴리머계 토양안정화제를 물에 회석하여 제공하는 단계에서 포졸란을 함께 골고루 섞는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 16】
제 15 항에 있어서， 폴리머계 토양안정화제와 포졸란의 중량비가 1:0.001 내지 1:1인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 17]
제 15 항에 있어서， 상기 포졸란의 입자 크기가 lOOmesh 내지 lOOOmesh 인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 18】 제 15 항에 있어서， 상기 포졸란이 천연 포졸란, 인공 포졸란 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 19]
제 18 항에 있어서， 상기 천연 포졸란이 화산재， 웅회암의 풍화물， 용성 백토， 규산백토， 규조토, 제올라이트 또는 이들의 흔합물인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
【청구항 20】
제 18 항에 있어서， 상기 인공 포졸란이 플라이 애쉬， 실리카 흄， 소성점토， 섬광회， 슬래그， 왕겨재 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법.
PCT/KR2013/006564 2012-07-23 2013-07-23 사막화 지역의 식생생태계 회복을 위한 시공방법 WO2014017799A1 (ko)

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