WO2017159909A1 - 자연 활성 토양 개선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 토양 개선방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 (A)독립영양 미생물; 축분(畜糞), 석회 및 미네랄로 이루어지는 미생물 배지; 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심, 으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 광물비료; 및 고흡수성 폴리머를 토양에 투입하는 단계; (B)30~40cm의 깊이로 로타리치는 단계; 및 (C)3~5개월 동안, 초기에는 1일 2~3회 회당 5~10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후에는 30~50%로 양을 줄여서 수분을 공급하는 단계로 이루어지는 토양 개선방법이 제공된다.

Description

자연 활성 토양 개선방법

본 발명은 사막과 같이 척박한 토양을 자연 활성 토양으로 개선하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 독립영양미생물인 남조류를 이용하여 척박한 토양을 식물의 경작이 가능한 자연활성토양으로 개선하는 방법에 관한 것이다.

최근 우리나라에서 황사로 인하여 많은 피해가 발생함에 따라, 그 발생 근원지인 중국과 몽골의 사막화에 대한 우려가 커지고 있다. 지구 온난화에 따른 건조 심화 및 생태계의 인위적인 교란에 의한 녹지의 파괴 등으로 인하여 사막화 현상이 가속화 되고 있다. 녹지가 사라져서 지표 반사율이 증가하고, 이에 따라 지표가 쉽게 냉각되어 강우량이 감소하여 더욱 빠른 속도로 사막화가 진행된다.

사막화가 가속된다는 것은 생물체가 살 수 있는 환경이 감소한다는 것을 의미하므로 사막화의 진행을 중단시키거나, 또한 이로부터 더 나아가서 기존의 사막을 경작 가능한 비옥한 토양으로 바꾸는 노력이 필요하게 되었다.

대표적인 사막화 방지방법으로서는 인공조림을 통하여 토양을 개선하는 방법을 들 수 있다. 이는 나무가 가지고 있는 수분저장능력을 이용하여 토양의 수분을 확보하고 이를 이용하여 토질이 개선되도록 하는 것으로서, 중국의 서부 지방 등에서 활발히 진행되고 있다.

그러나 사막 지역에서 나무를 재배하는 것은 그 환경적인 요인으로 인해 극히 어려운 일이다. 그러므로 나무를 심기 전에 먼저 토양을 개선하여 자연활성을 가지는 토양으로 개선하는 것이 선행되어야 한다.

이를 위하여 토양에 토양 미생물을 도입하여 토양을 개선하고자 하는 시도가 이루어져 왔다. 미생물이 정착을 하기 위해서는 유기물과 같은 영양분과 함께 수분이 일정하게 공급이 되어야 한다. 그러나 사막지역에서는 원거리에서 물을 끌어오거나, 지하수를 확보하는 것 자체가 용이한 일이 아니므로 어려움이 있다.

이에 따라 본 발명자들은 분산형 전력공급시설을 포함하는 수분공급체계와 특수미생물군, 영양배지, 광물비료, 고흡수성폴리머를 적절히 사용하여, 척박한 사막의 모래 토양을 그 자체적으로 우수한 통기성과, 보수성, 보비성을 갖춘 자연활성토양으로 변화시키고자 하였다. 이러한 자연활성토양은 처음 조성하기가 어렵지 일단 조성이 되면, 적은 량의 물을 갖고서도 작물재배가 가능해지는 효과가 있다. 또한 첨가되는 광물비료와 영양배지의 종류와 상태에 따라 사막의 모래 토양을 원하는 수준의 작물재배가 가능한 양질의 비옥토로 전환할 수 있게 된다.

본 발명은 토착미생물이 생존하지 못하는 사막과 같은 척박한 토양을 개선하여, 사막화를 방지하고 식물을 경작할 수 있는 토양으로 개선하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면 (A)독립영양 미생물; 축분(畜糞), 석회 및 미네랄로 이루어지는 미생물 배지; 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 광물비료; 및 고흡수성 폴리머를 토양에 투입하는 단계; (B)30~40cm의 깊이로 로타리치는 단계; 및 (C)3~5개월 동안, 초기에는 1일 2~3회 회당 5~10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후에는 30~50% 양을 줄여서 수분을 공급하는 단계로 이루어지는 토양 개선방법이 제공된다.

상기 (A)단계에서 독립영양 미생물은 Anabaena 속, Nostoc 속, Microcoleus 속, Oscillatoria 속, Calothrix 속, Phormidium 속 남조류 또는 이들이 혼합된 미생물인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 남조류와 함께 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 균을 혼합하여 사용한다.

상기 축분과 함께 또는 대신하여 유기질비료를 사용할 수 있다. 이때 질소와 인산의 성분이 풍부한 유기질 비료로서, 그 형상은 그래뉼 타입, 100nm이하의 미분 또는 액상화하여 사용할 수 있다.

상기 광물성비료는 통기성과 보수성, 보비성을 높이기 위해 발포시켜 사용할 수 있으며, 그래뉼 타입, 100nm이하의 미분 또는 액상화하여 사용할 수 있다.

상기 (C)단계에서 상기 수분공급은 점적호스를 통하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 수분공급은 태양광, 풍력 또는 소규모 플라즈마 발전과 같은 분산형 발전시스템을 통하여 관정(管井)으로부터 점적호스로 펌핑하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 (C)단계에 이어서, (D)뿌리가 깊고 키가 작은 잔디류나 곡물류를 파종하여 수분을 공급하며 재배하는 단계; 및 (E)수확 후에 로타리치는 단계를 추가로 포함하는 토양 개선방법이 제공된다.

상기 고흡수성 폴리머는 자기 체적의 100~200배로 팽창이 가능하고, 반복된 팽창과 수축이 가능한 재질로 이루어진 것으로서, 5~10년의 내용년수를 갖춘 폴리머인 것이 바람직하다.

토양 3.3㎡ 를 기준으로 상기 독립 영양 미생물은 수분 20% 건조 미생물기준으로 1~10g, 상기 배지는 1~2Kg, 상기 광물비료는 0.1~1kg, 상기 고 흡수성 폴리머는 120~150g을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 사막과 같이 척박한 토양을 효과적으로 자연활성 토양으로 개선할 수 있으므로, 사막화를 방지하고 작물을 재배할 수 있는 용지확보가 가능하다.

도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 개선된 토양의 변화와 식물의 생장을 나타내는 사진이다.

도 5는 본 발명 기술내용을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명은 독립영양 미생물을 이용하여 척박한 토양을 자연활성을 가지는 토양으로 개선하는 방법에 관한 것으로서, 독립영양 미생물을 투입 시, 토양 내의 수분을 항상 일정 정도 이상으로 유지할 수 있도록 고 흡수성의 폴리머를 함께 투입하여 미생물이 토양에 안정적으로 정착할 수 있도록 돕는 것을 기술적 특징으로 한다(도 5).

본 발명의 일 구체예에 따르면 (A)독립영양 미생물; 축분(畜糞), 석회 및 미네랄로 이루어지는 미생물 배지; 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 광물비료; 및 고흡수성 폴리머를 토양에 투입하는 단계; (B)30~40cm의 깊이로 로타리치는 단계; 및 (C)3~5개월 동안, 초기에는 1일 2~3회 회당 5~10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후에는 30~50%로 양을 줄여서 수분을 공급하는 단계로 이루어지는 토양 개선방법이 제공된다.

사막과 같은 척박한 토양, 즉 토착미생물이 거의 존재하지 않는 토양을 작물재배가 가능한 토양으로 개선하기 위해서는 지속적인 수분의 공급이 필요하다. 그러므로 먼저 탐사장비를 통해 지하수를 확보하고, 이를 점적 호스 등을 통하여 살수할 수 있는 급수설비를 갖추는 것이 필요하다. 이때, 관정을 뚫은 이후 지속적 펌핑이나 점적호스를 통한 관수에 있어서는 전력이 필수적으로, 사막과 같은 지역은 전선을 연결하기 곤란하기 때문에 지구별로 별도의 분산형 전력시스템이 필요한데, 주로 태양광과 풍력 그리고 소규모 플라즈마발전기에 의한 발전이 이에 속한다고 할 수 있다.

척박한 토양에는 토착미생물이 거의 존재하지 않으므로 외부에서 미생물을 공급해 주어야 한다. 이때, 미생물은 유기물질이 적은 척박한 토양에서 자체적으로 빛과 수분의 보충만으로 생존할 수 있는 독립영양 미생물인 것이 바람직하다.

남조류(cyanobacteria, blue-green algae)는 핵막으로 싸인 핵 및 엽록체가 없는 조류로서 청녹조류라고도 불린다. 클로로필 a 외에 -카로틴, 믹소크산틴 및 피코빌린류로서 c-피코시아닌, c-피코에리스린을 다량 함유한다. 동화산물로 남조전분(cyanophycean starch) 또는 글리코겐을 만든다.

지상의 표층, 담수, 바닷물 등에 서식하나 매우 건조한 조건이나 고온(80)에 견디는 종도 발견되고 있다. 또한 남조류는 그들이 생장하는 과정에 많은 양의 분비물을 생산하여 세포 외부에 두터운 막(mucous envelope or mucilage sheath)을 형성한다. 이것은 주성분이 다당류(polysaccharides)로 알려져 있으며, 그 역할은 물을 함유하여 스스로를 보호하기 위한 것, 타 생물에 대한 방어막, 필수양분을 저장하기 위한 저장고 등 여러 가지로 그 기능이 보고되어 있다. 토양 식물학자들의 연구에 따르면 이러한 분비물은 토양입자와 킬레이터(Chelator)로서 작용하여 토양의 내수성 입단 형성에 큰 역할을 하여 토양의 보수력과 보비력(保肥力)을 향상시키는데 크게 공헌한다고 알려져 있다. 가늘고 긴 섬유질 형상을 만들어서 흙이나 모래 사이에 달라붙어 독립된 구조체를 형성하게 된다. 이러한 구조체 속에는 각종 지의류, 이끼류, 균류들이 모여 살게 되고, 또한 이러한 독립된 구조체들이 모여서 커다란 케이크 형상의 스펀지체를 이루게 되는데, 이러한 스펀지체들이 각종 침식으로 부터 토양의 유실을 막고 수분을 흡수, 유지하는 기능을 하게 된다.

남조류의 사체도 단백질의 함량이 65%를 넘고 그 단백질은 식물생장에 필요한 필수아미노산을 모두 포함하고 있어 남조류가 사멸한 경우에도 토양의 활성을 개선하는데 도움을 준다. 이러한 미생물들의 활발한 대사작용의 결과로 인한 효소작용에 의해, 모래의 토양화가 급속히 진행된다.

본 발명에서는 Anabaena 속, Nostoc 속, Microcoleus 속, Oscillatoria 속, Calothrix 속, Phormidium 속 남조류 또는 이들이 혼합된 미생물을 사용하는 것이 바람직하다.

이때 상기 남조류와 함께 아스페르질루스(Aspergillus)균, Rhizopus nigricans을 혼합 사용하는 것이 바람직하다. 남조류의 사체는 매우 훌륭한 영양원이 된다. 하지만 표피층이 두터워 그 자체로 식물체가 흡수하는 효율은 30~35%정도에 이른다. 이때 상기 남조류와 함께 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans 등의 균을 혼합 사용하면, 아스페르질루스(Aspergillus)균, Rhizopus nigricans이 자체적으로 토양을 활성화 하는 기능도 있지만, 남조류의 사체를 분해하여 식물체가 흡수하기 좋은 형태로 바꾸어 주게 되는데, 이 경우 흡수효율이 90~95%까지 상승하는 효과가 생기게 되는 것이다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 배양조에 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미세광물분말을 넣어 회전시키면서 남조류를 배양 후, 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 균을 혼합하여 함께 배양하여 사용한다.

보다 구체적으로는 남조류 배양 시, 미량원소가 풍부한 미세하게 정제한 광물(카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄, 바심 등)을 배양조에 투입하여 남조류가 배양되는 과정에서 배양로에 주기적인 회전운동을 시켜 침전된 광물(카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄, 바심 등)의 부유물을 만들어 미세한 광물의 콜로이드입자와 남조류가 왕성하게 배양되며 생성된 다당류와 점성분의 물질과 결합, 배양조에 쌓이고, 이와 같은 과정이 반복되며 '스트로마톨라이트'의 아주 기초 단계가 형성된다.

이와 같이 침전된 침전물과 위층에서 배양된 남조류를 배양조에서 분류하여 수분률 80-90% 수준으로 만든 후, 아래에 형성된 부유물(스트로마톨라이트 초기단계)과 따로 분리한 남조류의 1/2과 골고루 섞고, 다시 따로 배양하여 준비 한 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans 등의 균을 스트로마톨라이트 초기단계의 부유물과 남조류 섞은 것과 1/1000로 골고루 섞은 후, 빛이 차광된 27도씨에 맞춘 발효시설에 쌓아 발효를 한다.

이 과정에서 균주가 먹은 침전물 및 남조류의 배설물들은 나노화되어 식물이 자랄 수 있는 영양소원이 가득 한 양질의 것으로 바뀌게 된다.

이 발효과정은 곰팡이 균주가 하얗게 표면을 덮을 때까지 발효를 시켜 배양하며, 배양이 끝난 후 배양 전에 남겨놓은 1/2의 남조류를 저온건조기에서 말려 준비한 것과 골고루 섞는다. 필요에 따라 액상으로 사용하거나 분말 및 펠렛 형태로 사용한다.

투입하는 미생물의 양은 토양의 상태에 따라 달라지지만, 수분 20%내외 건조 미생물을 기준으로 3.3㎡ 당 1g~10g을, 배양액의 경우 100ml~1,000ml를 사용한다.

토양미생물과 더불어 토양미생물이 우선적으로 살 수 있는 영양분이 필요한 바, 축분을 위주로 한 유기물, 이러한 유기물과 급속한 반응 과정을 거치는 석회류, 그리고 각종 미네랄류로 이루어진 배지를 함께 투입한다.

축분으로는 계분, 돈분, 우분 등이 사용될 수 있으며, 계분을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 축분과 함께 또는 대신하여 질소와 인산의 성분이 풍부한 다양한 형태의 유기질 비료를 사용할 수 있다. 그 형상에 있어서도, 그래뉼 타입을 포함하며, 물류비 및 인건비를 고려하여 고농축화의 필요가 있는 경우와 흡수성을 올리기 위해 100나노 사이즈 이하로 미분하여 사용하거나, 또는 액상화하여 사용하는 것을 포함 한다. 상기 미네랄로는 마그네슘, 철, 붕소, 망간, 아연, 구리, 몰리브덴, 코발트를 들 수 있다. 상기 배지의 투입량은 토양의 상태에 따라 달라질 수 있지만, 3.3㎡ 당 1~2kg을 사용할 수 있다.

사막과 같은 척박한 토양의 경우 영양분을 축적하지 못하고 있으므로, 전체 토양의 객토가 이루어진다면 좋겠지만, 대규모의 사막녹화와 같은 토양 개량의 경우에, 시간적 경제적으로 현실성이 부족하다. 그러므로 본 발명에서는 양이온 치환 기능이 있는 기능성 광물비료를 일정량 투입해 주는 것으로 객토를 대체한다. 양이온 치환(Cation Exchange)기능이 강한 토양은 점토광물로, 광물성 비료로는 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite),겔라이트(천연포졸란), 일라이트, 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄, 바심 등을 사용할 수 있는데, 풍부한 원적외선을 방출하고 수분의 유지 통기성 유지 양이온치환의 기능을 하므로 적정량 미생물과 같이 시비한다. 양이온 치환 용량이 클수록 비료로 사용하는 영양 성분이 작물에 이용되는 비율이 증대된다. 즉 비옥한 토양일수록 양이온 치환 용량이 크다 할 수 있다. 상기 광물성비료는 통기성과 보수성, 보비성을 높이기 위해 발포시켜 사용할 수 있으며, 그래뉼 타입, 100nm이하의 미분 또는 액상화하여 사용할 수 있다. 상기 광물비료의 투입량은 토양의 상태에 따라 달라질 수 있지만, 3.3㎡ 당 0.1~1kg을 사용할 수 있다.

미생물이 토양에 정착하기 위해서는 지속적인 수분 공급이 요구된다. 사막과 같은 척박한 토양이 위치하는 지역은 대기가 건조하므로 수분의 증발량이 많으므로, 토양 내에 항상 일정 정도 이상의 수분량을 유지시키는 것이 무엇보다도 중요하다. 본 발명의 일 구체예에 따르면 초기 1일 2~3회 30분씩 점적호스로 매회 10mm정도 물을 공급해 주지만, 미생물의 생육에 필요한 수분의 지속적인 공급을 위해 물탱크 역할을 해줄 고 흡수성 폴리머를 토양에 함께 투입한다.

상기 고 흡수성 폴리머는 자기 체적의 100~200배로 팽창이 가능하고, 반복된 팽창과 수축이 가능한 재질로 이루어진 것으로서, 5~10년의 내용년수를 갖춘 것을 사용하는 것이 바람직하다. 고 흡수성 폴리머는 수분을 흡수하면 겔(gel) 형태의 구조체로 변화가 일어나며, 물을 흡수한 겔(gel)에는 겔(gel) 내부에 물을 가두어 두려고 하는 흡수력(폴리머와 물의 친화력, 물의 침투압)과 흡수작용을 억제하려고 하는 힘(폴리머의 3차원망목에 기인하는 고무탄성력) 등이 작용한다. 친화력과 침투력의 합계가 탄성력과 평행을 이룬 지점에서 물의 흡수와 분자사슬의 확장은 멈추어지고, 안정된 형태의 수분 포화상태가 되어 수분을 지속적으로 보관할 수 있게 된다. 고 흡수성 폴리머를 토양과 혼합사용하면 흡수 겔(gel)이 물탱크 역할을 하여 미생물의 정착을 위한 물의 공급원이 되어 토양 내의 수분량을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면 시판품인 K-SM 아크릴아마이드 계의 고 흡수성 고분자수지나, 폴리아크릴산을 주성분으로 하는 토양개량제(WCS, Water Combination Soil)를 사용할 수 있다.

상기 고 흡수성 폴리머의 투입량은 토양의 상태에 따라 달라질 수 있지만, 3.3㎡ 당 120~150g을 사용할 수 있다. 이때 고 흡수성 폴리머는 상기 광물비료, 유기질비료 및 미생물을 액상화한 경우 그 액상을 먼저 흡수시켜 사용하거나, 광물비료 유기질비료 및 미생물의 액상을 흡수한 상태의 고 흡수성 폴리머를 저온건조기로 재건조하여 그래뉼 타입 또는 펠렛 형태로 사용하는 것도 가능하다.

보통의 경우 나노단위로 미분된 경우 효과의 확산성과 흡수성은 증가하나 약효의 지속성을 담보하기 어렵다. 특히 사막의 토양 같은 경우 초기에는 보수력 과 보비력이 거의 없기 때문에 토양표면에 살포시 유실의 우려가 크다. 이에 액상의 광물비료, 유기질비료, 미생물을 고 흡수성 폴리머를 통해 흡수를 시키고, 이것을 건조하여 무게와 부피를 줄여서 이동과 사용이 용이하게 만들어 사용할 수 있는데, 일단 고 흡수성 폴리머 안에 미생물과 각종 영양성분이 가득 차게한 후, 건조시켜 부피와 무게를 줄여 물류와 사용이 용이하게 하고, 현장 사용시 물과 온도 조건이 맞으면, 즉시 미생물이 활동하게 되며, 또 그에 적합한 영양분과 수분을 시간을 두고 서서히 배출해 줄 수 있게 됨으로 해서, 사막의 토양이 자체적으로 우수한 보수성과 보비력을 갖추는 시점까지 지속적 효과를 유지해 주는 장점을 갖게 되는 것이다.

토양에 상기 성분들을 투입한 후 30~40cm의 깊이로 로타리 쳐서 토양과 혼합시킨다. 이어서, 상기 토양에 수분을 공급하여 미생물이 정착할 수 있도록 한다. 토양의 상태에 따라 달라지겠지만, 3~5개월 동안 수분을 공급한다. 초기에는 1일 2회 회당 5~10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후 부터는 30~50%로 양을 줄여서 수분을 공급한다. 이때 점적 호스를 사용할 수 있다.

이와 같은 방법으로 토양을 개선한 결과, 30cm 정도의 토양이 자연활성 토양으로 개선되어, 작물의 재배가 가능하게 되었다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 상기 (C)단계에 이어서, (D)뿌리가 깊고 키가 작은 잔디류나 곡물류를 파종하여 수분을 공급하며 재배하는 단계; 및 (E)수확 후에 로타리치는 단계를 추가로 포함하는 토양 개선방법이 제공된다.

일단 식물의 재배가 가능한 상태가 되면, 뿌리가 깊고 키가 작은 잔디류나 곡물류를 파종하여 수분을 공급하며 재배한다. 이는 작물로부터 수확물을 얻기 위한 목적도 있지만, 토양의 활성을 더욱 증진시키기 위한 것이다. 작물이 자라서 수확할 시기가 되면, 열매 등의 필요한 부분만 수확을 한 후에 식물체를 남긴 상태로 다시 로타리를 친다. 이때, 필요에 따라서는 미생물을 추가적으로 투입할 수 있다. 이와 같은 작업에 의하여 식물체가 새로운 유기물 공급원으로서 작용하게 된다.

이를 통하여 토양은 더욱 깊은 정도까지 활성화가 이루어진다. 이 상태에서는 옥수수 등 상대적으로 키가 큰 작물의 재배도 가능하게 된다. 작물 재배 후에는 필요한 부분만 수확하고 다시 전체를 갈아 엎는 로타리 작업을 수행한다.

이와 같은 과정을 반복하여 2~3년 정도 거치게 되면 토양층이 50cm~100cm 깊이까지 양질의 자연활성토양으로 복원이 이루어진다. 이 후에는 키가 큰 나무를 식재하는 것도 가능하다.

본 발명은 독립영양 미생물을 이용하여 척박한 토양을 자연활성을 가지는 토양으로 개선하는 방법에 관한 것으로서, 독립영양 미생물을 투입 시, 토양 내의 수분을 항상 일정 정도 이상으로 유지할 수 있도록 고 흡수성의 폴리머를 함께 투입하여 미생물이 토양에 안정적으로 정착할 수 있도록 돕는 것을 기술적 특징으로 한다.

종래 고분자 폴리머를 이용하여 사막을 녹화하려는 시도가 있었다. 고분자 폴리머를 표토층에 혼합하여 사막녹화를 실시하는 방법은 발전설비나 복잡한 급수체계가 필요치 않아 시간적으로나 금전적으로 경제적인 사막녹화 방법이라 할 수 있다. 그러나 근본적으로 물의 부족량을 극복하지 않는 한 장기적 관점에서 사막녹화의 본 목적을 완성하기 어렵고, 국부적이고 지엽적인 공간의 사막녹화 시도는 가능하지만, 급수체계 없이 결과적으로 대면적의 사막녹화를 실행하기에는 한계가 있다. 이에 비해 미생물을 이용한 토양개량방법은 근본적인 토양의 변화를 통해 토양자체의 보수력과 보비력을 향상시켜, 사막 토양개량을 통한 녹화의 원천적인 원인해결이 가능하다는 장점을 갖는다. 다만, 외부 접종 미생물이 기존의 토양미생물과의 싸움에서 살아남아야 하고, 또한 사막과 같이 황폐한 곳에서 궁극적으로 토양미생물을 정착시키기 위해서는 상당기간 물과 양분의 공급이 지속 되어야 하는데, 경우에 따라서는 대규모의 발전 설비나 관정 시스템 및 급수체계가 뒤따르지 않으면 실패하기 쉬운 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 분산형 발전시스템과 연계하여 급수설비 구비를 용이하게 하였으며, 상기 급수체계정비와 함께 고분자 폴리머를 사용하여 토양개량화(녹화) 초기, 급수시간 이외의 시간에도 물과 영양분을 지속적으로 공급해 줄 수 있는 체계를 갖추었다. 이에 따라 극단적인 경우 1~2개월 급수체계가 끊어지는 경우에도 고분자 폴리머가 워터 탱크의 기능을 해 줄 수 있다. 고흡수성 폴리머의 수분과 양분의 저장능력은 사막처럼 전체적인 강우가 부족하고 급작스럽게 비가 내리다 장기간 건조한 지역의 토양개량 및 작물재배의 목적에 매우 유용한 보조 수단이 될 수 있는 것이다.

[실시예]

이하, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예 1: 토양 활성화

나무로 사각 틀을 만들어, 모래 흙을 15cm 정도의 높이까지 채웠다.

처리구에 남조류 배양액 50㎖, 계분, 석회 및 마그네슘, 철, 붕소, 망간, 아연, 구리, 몰리브덴, 코발트로 이루어지는 배지 100g, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석 및 게르마늄 혼합물 50g과 시판품인 고 흡수성 고분자수지(WCS-0803) 5g을 토양에 투입하고, 골고루 혼합하여 주었다.

상기 처리구와 미처리 구에 고추, 상추, 오이 모종을 심고, 점적호스를 사용하여 수분을 공급하였다. 1일 2회 회당 10mm의 양으로 수분을 공급하며, 토양의 변화와 식물의 생장을 관찰하였다.

그 결과를 도 1 내지 도 4에 나타내었다.

도 1은 14일 경과시점의 각 토양에서의 물 빠짐 정도를 나타낸다. 처음 5일 정도까지는 처리구(상측)와 미 처리구(하측)의 차이가 없었으나 5일 후 부터는 처리구의 물 빠짐이 늦어지는 것을 확인할 수 있었다.

도 2는 처리구와 미처리구의 토양의 변화를 나타내는 사진이다. 도 2에서 확인되는 바와 같이 23일 경과 시점에서 미 처리구(좌측)는 여전히 모래상태로 남아 있지만, 처리구(우측)는 토양이 변화되어 밭 흙처럼 보이며, 잡초도 자라기 시작하는 것을 확인할 수 있었다.

도 3은 3주 경과 후에 뽑은 상추의 뿌리를 나타내는 사진이다. 우측의 상추 뿌리(미처리구)는 아랫방향으로 뿌리가 형성되어 있지만, 좌측의 상추 뿌리(좌측)는 아랫방향 뿐 아니라 여러 방향으로 잔뿌리가 뻗어 서로 얽혀 스펀지와 같은 구조체를 이루며, 그 사이에 흙이 달라붙어 있어 쉽게 떨어지지 않았다.

도 4는 5주 경과 후 사진으로,2주간 급수를 중단 한 상태인데, 좌측의 비처리구는 모래표면이 하얗게 말라있는 상태이고, 고추묘종은 말라서 죽은 상태를 보이고 있는 반면에, 우측의 처리구는 급수가 중단된 상태에서도 이끼와 풀이 더욱 왕성히 자라고 있고, 토양의 절개된 면을 들여다보아도 여전히 상당 부분 수분을 유지하고 있는 것을 볼 수가 있다. 또한 고추 묘종도 2주 전 보다 더 많이 자라 있고 여전히 싱싱한 상태를 유지 하고 있는 것을 확인 할 수 있다.

실시예 2: 사막토양 활성화

중국 내몽고 사막에서 토양 활성화 작업을 수행하였다. 토양 3.3㎡ 기준으로 남조류 배양액 1ℓ, 계분, 석회 및 마그네슘, 철, 붕소, 망간, 아연, 구리, 몰리브덴, 코발트로 이루어지는 배지 2, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석 및 게르마늄 혼합물 1kg과 시판품인 고 흡수성 고분자수지(WCS-0803) 150g을 토양에 투입하였다. 30cm의 깊이로 로타리쳐서 토양과 혼합하였다. 점적호스를 사용하여 3개월 동안 수분을 공급하였다. 초기에는 1일 2회 회당 10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후 부터는 30%정도 양을 줄여서 수분을 공급하면서 토양을 개선하였다.

상기 토양에 호밀을 2~3cm 깊이로 파종하여 1일 2회 오전 10시, 오후 3시 일회 약 10mm의 물을 뿌려주며 재배하면서 관찰하였다.

대조군으로 상기 토양활성화 작업을 하지 않은 토양에 호밀을 2~3cm 깊이로 파종하여 1일 2회 오전 10시, 오후 3시 일회 약 10mm의 물을 뿌려주며 재배하면서 관찰하였다.

파종 후 10일 후에 뽑아서 뿌리를 관찰한 결과, 활성화된 토양에서 자란 호밀의 뿌리에는 미세한 잔털이 형성되어 있고, 흙이 달라붙어 있어 흔들어도 잘 떨어지지 않았다. 그러나 대조군은 미세한 잔털이 형성되어 있지 않았으며, 2~3회 흔들면 모래 흙이 쉽게 떨어져 나가는 것을 확인할 수 있었다.

또한 대조군의 뿌리는 수분과 양분을 흡수하기 위하여 아래로 곧게 형성되어 있지만, 활성화된 토양에서 자란 호밀의 뿌리는 아랫 방향뿐 아니라 여러 방향으로 뻗어 서로 얽혀 스펀지와 같은 구조를 이루는 것을 확인할 수 있었다.

이를 통하여 본 발명 토양 개선 방법이 모래 땅을 작물 경작이 가능한 활성화 토양으로 개선하는데 효과적임을 알 수 있다.

Claims (13)

1. (A)독립영양 미생물; 축분(畜糞), 석회 및 미네랄로 이루어지는 미생물 배지; 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 광물비료; 및 고흡수성 폴리머를 토양에 투입하는 단계;

   (B)30~40cm의 깊이로 로타리치는 단계; 및

   (C)3~5개월 동안, 초기에는 1일 2~3회 회당 5~10mm의 양으로 수분을 공급하며, 4~5주 경과 후에는 30~50%로 양을 줄여서 수분을 공급하는 단계로 이루어지는 토양 개선방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 축분과 함께 또는 대신하여 질소와 인산의 성분이 풍부한 유기질 비료를 사용하는 것을 특징으로 하는 토양 개선방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (C)단계에서 상기 수분공급은 점적호스를 통하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 수분공급은 태양광, 풍력 또는 소규모 플라즈마 발전과 같은 분산형 발전시스템을 통하여 관정(管井)으로부터 점적호스로 펌핑하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 광물비료 및 유기질비료는 통기성과 보수성, 보비성을 높이기 위해 발포시켜 사용하거나, 그래뉼 타입, 100nm이하의 미분 또는 액상화하여 사용하는 것을 특징으로 하는 토양 개선 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 (C)단계에 이어서, (D)뿌리가 깊고 키가 작은 잔디류나 곡물류를 파종하여 수분을 공급하며 재배하는 단계; 및

   (E)수확 후에 로타리치는 단계를 추가로 포함하는 토양 개선방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 독립영양 미생물은 Anabaena 속, Nostoc 속, Microcoleus 속, Oscillatoria 속, Calothrix 속, Phormidium 속 남조류 또는 이들이 혼합된 미생물인 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 남조류와 함께 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans균으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 균을 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 토양 개선방법.
9. 제8항에 있어서, 배양조에 카올리나이트(Kaolinite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 버미큘라이트(Vermiculite), 클로라이트(Chlorite), 겔라이트, 일라이트, 제올라이트, 운모류, 맥반석, 게르마늄 및 바심으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미세광물분말을 넣어 회전시키면서 남조류를 배양 후, 아스페르질루스(Aspergillus)속 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 조균류 털곰팡이과의 Rhizopus nigricans로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 균을 혼합하여 함께 배양하여 사용하는 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 고 흡수성 폴리머는 자기 체적의 100~200배로 팽창이 가능하고, 반복된 팽창과 수축이 가능한 재질로 이루어지는 것으로서, 5~10년의 내용년수를 갖춘 폴리머인 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 고 흡수성 폴리머에 광물비료, 유기질비료 및 액상화한 미생물을 흡수시켜 사용하거나, 광물비료, 유기질비료 및 액상화한 미생물을 흡수한 상태의 고 흡수성 폴리머를 저온건조기로 재건조하여 그래뉼 타입 또는 펠렛 형태로 사용하는 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 미네랄은 마그네슘, 철, 붕소, 망간, 아연, 구리, 몰리브덴 및 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.
13. 제1항에 있어서, 토양 3.3㎡ 를 기준으로 상기 독립 영양 미생물은 수분 20% 건조 미생물기준으로 1~10g, 상기 배지는 1~2kg, 상기 광물비료는 0.1~1kg, 상기 고 흡수성 폴리머는 120~150g을 사용하는 것임을 특징으로 하는 토양 개선방법.

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