토양개량제 {SOIL CONDITONER}

본 발명은 토양 성질을 개선할 수 있는 토양개량제에 관한 것이다.

토양(土壤)은 엷은 층으로 지구 표면을 덮고 있으며, 알맞은 양의 공기와 물이 들어 있을 때에는 기계적으로 식물을 지지하고, 아울러 양분의 일부를 식물에 공급하여 식물을 길러줄 수 바탕이 된다. 상기 토양은 암석의 풍화 산물과 이에 분해 및 부패되어 사는 유기물이 섞여지고, 기후, 생물 등의 작용을 받아 그 성질이 변화될 수 있다.

상기 토양은 그 깊이에 따라 크게 표토(表土), 심토(心土), 모질물(母質物) 등으로 구분될 수 있다. 그 중에서, 상기 표토는 유기물 함량이 높아 암색을 띠며 식물이 흡수 및 이용하는 대부분의 양분과 수분을 저장, 공급하는 부위이다. 상기 표토의 토심은 토양의 생사성과 밀접한 관계가 있다. 예를 들어, 대규모 간척사업 혹은 기타 토공사에서 부족한 흙은 산을 깎아 그 부족분을 확보하거나 인공토양을 이용하는 것이 가능하지만, 이를 건강한 식물 생육이 가능한 토양으로 바꾸기 위한 표토의 확보는 거의 불가능하다. 즉, 표토는 재생이 어려운 자원이며, 양호한 표토가 무분별한 공사로 인해 일단 소실되거나, 또는 기타 이유로 표토의 산태가 파괴 되어진 후에, 이를 재조성하기 위해서는 장기간에 걸친 노력과 많은 경비가 소요된다.

상기 토양의 물리적, 화학적 성질을 식물생육에 알맞도록 개선하기 위해서 토양개량제를 사용할 수 있다. 배경기술에 따르면, 상기 토양개량제로서 퇴비(두엄), 볏짚, 보릿짚 등을 사용하거나, 또는 화학 비료들을 사용하였다. 그러나, 배경기술에 따른 토양개량제는 수분 저장 능력이 떨어져 극척박지나 인공 지반 등과 같은 곳에서 사용하기에는 무리가 있다. 특히, 우리나라와 같이, 계절에 따라 강수량의 변화가 심한 지역에서는 토양의 수분 저장 능력이 절실히 요구된다.

본 발명은 수분 저장 능력을 가짐으로써 토양 및/또는 토양에서 자라는 식물에 지속적으로 수분 공급이 가능한 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 토양미생물을 활성화시킬 수 있는 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 염분을 흡수함으로써 토양의 알칼리화를 방지할 수 있는 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 식물 생장에 효과적인 성분들을 다량 함유함으로써 왕성한 식물의 생장 촉진을 유도할 수 있는 토양개량제를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 토양개량제는 흡수성 고분자 수지 100 중량부; 키토산 30 내지 70 중량부; 배지에 고초균, 유산균, 효모균 및 사상균으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 균주를 접종하여 배양시킨 발효배양물 20 내지 40 중량부; 운모 20 내지 40 중량부; 및 산화칼슘 분말 20 내지 40 중량부를 포함한다.

여기서, 본 발명에 따른 토양개량제는 펄라이트 50 내지 150 중량부; 및 세라믹스 50 내지 150 중량부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 토양개량제는 톱밥 1000 내지 1300 중량부; 수피 1300 내지 1600 중량부; 및 축분 1800 내지 2200 중량부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 토양개량제는 지렁이 분변토 800 내지 1200 중량부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 흡수성 고분자 수지가 많은 수분을 흡수하여 저장할 수 있으므로, 본 발명의 토양개량제를 토양과 섞어주면, 토양 및/또는 토양에서 자라는 식물에 지속적으로 수분 공급이 가능하다. 이를 통해, 토양으로 관수의 양과 회수를 절감할 수 있다. 또한, 토양미생물을 활성화할 수 있으므로, 상기 토양개량제를 포함하는 토양은 많은 유기물을 함유할 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 염분을 흡수할 수 있으므로, 토양의 알칼리화를 방지할 수 있으며, 아울러 식물에 염분이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 식물 생장에 효과적인 성분들, 예를 들어, 키토산, 펄라이트 및 세라믹스 등을 다량 함유함으로써 식물의 생장 촉진을 유도할 수 있다.

본 발명에 따른 토양개량제는 극척박지, 경사가 있는 절개지, 대규모 아파트단지 및 주택단지 등 조경공사현장 내에 수목식재공사 지역에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 절개지나 인공지반으로 인해 수목의 생장에 불량한 현장 및 식재지에 사용될 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 식재된 수목의 빠른 생장을 요하는 곳에 포설될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 토양개량제에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 토양개량제는 흡수성 고분자 수지 100 중량부, 키토산 30 내지 70 중량부, 발효배양물 20 내지 40 중량부, 운모 20 내지 40 중량부 및 산화칼슘 분말 20 내지 40 중량부를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 토양개량제는 펄라이트 50 내지 150 중량부 및 세라믹스 50 내지 150 중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 토양개량제는 톱밥 1000 내지 1300 중량부, 수피 1300 내지 1600 중량부 및 축분 1800 내지 2200 중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 토양개량제는 지렁이 분변토 800 내지 1200 중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 토양개량제는 단독으로 이용될 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 토양개량제는 기존의 화학비료, 벤토나이트(bentonite), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 암모늄, 마그네슘, 석회염, 퇴비(두엄), 구비(외양간 두엄), 볏짚, 보릿짚, 들풀로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 혼합되어 사용될 수 있다.

이하에서는 상기 토양개량제의 각 구성 성분에 대하여 상세히 설명한다.

상기 흡수성 고분자 수지는 물을 흡수할 수 있는 고분자 수지이면 되므로, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 폴리아크릴산 부분 중화물 가교체, 전분-아크릴로니트릴그라프트 중합체의 가수분해물, 전분-아크릴산그라프트 중합체의 중화물, 초산비닐아크릴산에스테르 공중합체의 중화물, 아크릴로니트릴 공중합체의 가수분해물, 아크릴아미드 공중합체의 가수분해물 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 이들은 각각 수용액중합, 현탁중합, 역상현탁중합 등 중에서 어느 하나로 제조될 수 있다.

상기 흡수성 고분자 수지는 최대 약 2000배에 달하는 물의 양을 저장할 수 있다. 따라서, 상기 흡수성 고분자 수지를 포함하는 본 발명에 따른 토양개량제는 최적의 조건 속에서 관수없이 식물에 약 한달간 수분을 공급할 수 있다. 또한, 상기 흡수성 고분자 수지는 식물체에 수분을 공급한 후 원래의 형태로 돌아오며, 이에 따른 상기 흡수성 고분자 수지의 습윤, 팽창 작용으로 토양 공극을 개선하여 통기성과 배수성을 높여줄 수 있다. 상기 흡수성 고분자 수지의 크기는 대략 수분 흡수전 수mm이어서 뛰어난 보수성 및 통수성을 확보할 수 있다.

상기 키토산은, 일반적으로, 패각류, 예를 들어, 굴, 조개 또는 게 등의 껍질로부터 석회질성분과 단백질성분을 제거하여 키틴(chitin)을 얻은 후, 상기 키틴을 알칼리 용액으로 처리하여 탈아세틸화(deacetylation)함으로써 얻을 수 있다.

상기 키토산은 토양내의 후사리움균 밀도를 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 식물의 항바이러스제 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 키토산은 토양 내 유용 미생물, 예를 들어, 방선균, 유산균 등을 증식할 수 있다. 또한, 상기 키토산은 미생물에서 나오는 키틴을 분해하는 효소를 증진하거나, 또는 토양 내의 병원균을 녹이거나 활성을 약하게 하는 자위작용을 촉진할 수 있다. 또한, 상기 키토산은 과일의 당도 증가병해충의 유전전달을 차단하여 병원균의 증식 억제할 수 있다. 또한, 상기 키토산은 토양 및 식물의 살균작용과 병충해 방지를 할 수 있으며, 토양을 소독하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 키토산은 토양의 단립화를 촉진할 수 있으며, 이를 통해 토양의 배수성, 통기성 및 보수성 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 키토산은 염소를 흡착할 수 있을 뿐만 아니라 토양 중금속을 흡착 및 배 설할 수 있다. 또한, 상기 키토산은 식물의 잔뿌리 발달을 촉진할 수 있으며, 식물의 견고성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 키토산은 식물의 생육증진, 병발생감소, 상처회복력 증진, 생리장해 예방의 효과가 있다. 또한, 상기 키토산은 식물 뿌리에 막을 형성하여 병해충 발생을 억제하고 뿌리내림에 도움을 줄 수 있다.

상기 키토산은 그 분자량에 따라 그 작용, 및/또는 효과가 달라질 수 있다. 본 발명에 따른 토양개량제에 포함된 키토산의 분자량은 1000 내지 5000 일 수 있으며, 이 경우 상기 키토산은 토양미생물(soil microbes)을 배양할 수 있다. 한편, 상기 키토산의 분자량은 상술한 바와 다르게, 20,000 내지 40,000 일 수 있으며, 이 경우 상기 키토산은 항균효과를 나타낼 수 있다. 상기 저분자량의 키토산 및 고분자량의 키토산이 조합되어 이용될 수 있을 것이다. 여기서, 상기 토양미생물이란 토양 속에 서식하면서 유기물을 분해하는 미생물을 말한다. 상기 토양미생물로는, 예를 들어, 일반세균군에 속하는 유포자세균, 무포자세균 뿐만 아니라 특수세균군에 속하는 유리질 고정세균, 질화세균, 탈질세균, 황세균, 철세균 및 섬유소(셀룰로오스) 분해세균 등이 있다. 이 외에도, 상기 토양미생물로는 방선균, 사상균, 효모, 조류, 원생동물 등이 있다.

상기 키토산의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 30 중량부 미만이면 식물 생육 부진, 병균저항력의 저하 및 유해물질 배출작용 저하라는 문제점이 있는 반면, 70 중량부를 초과하면 키토산 내의 염분을 제거해야하는 문제점이 있다.

상기 발효배양물은 배지에 고초균, 유산균, 효모균 및 사상균으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 균주를 접종하여 배양시켜 제조할 수 있다. 상기 배지는 백미, 율무, 수수 등의 곡물류 등에서 선택되는 1종 이상의 곡류 배지일 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 배지는 버섯 배지이어도 무방하며, 이 외에도 다양한 배지가 이용될 수 있을 것이다. 상기 유산균으로는, 예를 들어, 락토바실러스 플랜타럼( Lactobacillus plantarum )이 있다. 상기 효모균으로는, 예를 들어, 사카로마이세스 세레비지애( Saccharomyces cerevisiae )가 있다. 상기 사상균으로는, 예를 들어, 아스퍼질러스 오리자( Aspergillus oryzae )가 있다.

상기 발효배양물은 섬유소 분해 미생물 및 유산균을 증식시킬 수 있다. 또한, 상기 발효배양물은 유익 효소와 대사 생성물을 통해 식물에 영양원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 토양의 악취를 제거할 수 있다.

상기 발효배양물의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이면, 토양미생물에 의한 분해가 더딘 문제점이 있는 반면, 40 중량부를 초과하면 토양 공극 내에 산소 부족의 문제점이 있다.

상기 운모는 석영, 장석과 함께 화강암 중에 있는 중요한 조암 광물 중의 하나이다. 상기 운모는 층상구조를 가지며, 보통은 육각 판상의 결정형을 이루거나, 인상(鱗狀), 섬유상, 주상(柱狀)을 이루는데, 어느 형태나 밑면에 완전한 쪼개짐이 있어서 아주 엷게 벗겨지는 특징이 있다.

상기 운모는 무균, 무취, 무독성의 성질을 가진다. 또한, 상기 운모는 보수성, 보비성, 보온성, 배수성이 뛰어나다. 또한, 상기 운모는 양이온 교환능력이 뛰어나 유기물과 혼합한 후, 이에 효소를 첨가해 비료화할 수 있다. 또한, 상기 운모 는 규소, 철, 칼륨, 마그네슘 등과 같은 천연 물질을 함유하고 있다.

상기 운모의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이면, 보수성 감소, 보비성 감소, 양이온 치환 능력 감소라는 문제점이 있는 반면, 40 중량부를 초과하면 과도한 보수성으로 식물 생육력이 저하되는 문제점이 있다.

상기 산화칼슘 분말은 수용성을 가질 수 있다. 상기 산화칼슘 분말은 식품첨가용으로 사용될 수 있을 정도로 독성이 없으며, 식물체에 부작용이 없다. 또한, 상기 산화칼슘 분말의 희석액은 강알카리성을 유지하며 유해균 증식을 효과적으로 억제할 수 있다. Ca++로 이온화될 수 있는 상기 산화칼슘 분말은 식물이 가장 흡수하기 좋은 형태로 물과 양분의 이동을 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 산화칼슘 분말은 연작과 비료의 과다 사용으로 인한 토양 산성화와 경질화를 완화시킬 수 있다. 또한, 상기 산화칼슘 분말은 칼슘 부족현상 해소하여 병해충 예방에 기여할 수 있다.

상기 산화칼슘 분말의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 20 중량부 미만이면, 식물의 세포벽 형성능력과 유기산 중화능력이 저하되는 문제점이 있는 반면, 40 중량부를 초과하면 토양의 강알칼리성으로 유도 식물 생육이 저하되는 문제점이 있다.

상기 펄라이트는 마그마가 지표의 호수나 바다로 흘러들어 급속히 냉각되면서 내부에 휘발성분이 농집되어 생성된 비정질의 광물을 적절한 입도로 분쇄하여 대략 1100℃ 이상의 고온에서 급속 가열/팽창시킨 초경량 순수 무기질계 인공토양 이다.

상기 펄라이트는 양분 보유력(Cation Exchangeable Capacity: CEC) 및 양분을 조절할 수 있다. 또한, 상기 펄라이트는 비산을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 양분을 서서히 하부의 육성층 토양으로 방출할 수 있다. 또한, 상기 펄라이트는 토양입자간의 가교현상을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 수목지지력이 매우 뛰어나 최소의 토심적용이 가능하므로 기존 건축물에서도 대관목의 식재가 가능하다. 또한, 상기 펄라이트는 무기질계 인공토양이므로, 즉, 유기물질을 포함하지 않아서, 갱년 변화가 없으며, 시간이 지나도 유기물질의 분해에 따른 수목의 과생장, 배수불량과 같은 문제점이 없는 영구적인 식재기반층의 역할을 수행할 수 있다.

상기 펄라이트의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 50 중량부 미만이면, 통기·배수성을 개선할 수 없는 반면, 150 중량부를 초과하면 가루가 많이 날리는 문제점이 있다.

상기 세라믹스는 원적외선을 방출하여 공진형상을 일으켜 분자의 활성화를 유도할 수 있다. 상기 세라믹스는 수소원자에 변각, 병진, 회전, 신축운동을 유발하여 산소원자와 수소원자간의 104도 31분을 유지시키고, 물분자 활성화로 산소, 질소 등 기체분자를 받아들여 오염된 물을 활성수로 만들어주는 정화작용을 할 수 있다. 또한, 상기 세라믹스는 작물의 영양분 흡수력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 과채류의 당도 향상, 녹색식물의 원색 유지, 식물 생육 촉진, 식물의 병해예방 및 갈변방지를 할 수 있다. 또한, 상기 세라믹스는 유해악취 제거, 수분증발억제, 식물의 모세관 수축작용의 활성화 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 세라믹스는 퇴비의 발효를 촉진할 수 있다.

상기 세라믹스의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 50 중량부 미만이면, 원적외선 방사에 의한 효과를 볼 수 없다는 문제점이 있다.

상기 톱밥은 수분조절제와 팽화제로서의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 톱밥은 입자가 크며, 취급이 용이하며, 악취의 흡착능력 좋다는 특성이 있다. 상기 톱밥은 발효/부숙하여 사용할 수 있다.

상기 수피는 나무줄기의 코르크 형성층보다 바깥 조직을 말한다. 상기 수피는 통기성, 배수성, 보비성이 뛰어나다는 특성이 있다. 상기 수피는 발효/부숙하여 사용할 수 있다.

상기 축분은 톱밥 및 수피 등과 함께 혼합되어 사용될 수 있는데, 이는 축분 속에 질소가 다량 함유되어 있어서, 질소와 탄소와의 영양 균형을 이루지 않아 발효시 암모니아가 유실되고, 아울러 악취를 유발하므로 이를 방지하기 위함이다.

상기 축분의 함량이 상기 흡수성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1800 중량부 미만이면, 유기물의 함유량이 작아지는 문제점이 있는 반면, 2200 중량부를 초과하면 악취와 발효상의 문제점이 있다.

상기 지렁이 분변토(earthworm casts)는 지렁이가 흙과 유기물을 섭취 소화시켜서 배설한 것으로서, 매우 부드러운 입자로 되어 있어서 토양과 쉽게 혼합될 수 있다. 상기 지렁이 분변토는 티오바실러스 티오옥시단스( Thiobacillus thiooxidans ), 슈도모나스( Pseudomonas ), 오소박터( Arthobactor ), 하이포마이크로비옴 엑스( Hyphomicrobium X ), 메틸로박테리엄( Methylobacterium sp.) 등과 같은 다양한 미생물을 함유하고 있어서 생물학적 탈취제로서 이용될 수 있다. 또한, 상기 지렁이 분변토는 비표면적이 크고 양이온 치환능력이 매우 우수하여 통기성 및 수분의 흡수성이 우수하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토양개량제는 많은 수분을 흡수하여 저장할 수 있으므로, 토양 및/또는 토양에서 자라는 식물에 지속적으로 수분 공급이 가능하다. 이를 통해, 토양으로 관수의 양과 회수를 절감할 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 토양미생물을 활성화할 수 있으므로, 상기 토양개량제를 포함하는 토양은 많은 유기물을 함유할 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 염분을 흡수할 수 있으므로, 토양의 알칼리화를 방지할 수 있으며, 아울러 식물에 염분이 공급되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 식물 생장에 효과적인 성분들, 예를 들어, 키토산, 펄라이트 및 세라믹스 등을 다량 함유함으로써 식물의 생장 촉진을 유도할 수 있다.

또한, 상기 토양개량제는 극척박지에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 경사가 있는 절개지, 대규모 아파트단지 및 주택단지 등 조경공사현장 내에 수목식재공사 지역에 사용될 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 절개지나 인공지반으로 인해 수목의 생장에 불량한 현장 및 식재지에 사용될 수 있다. 또한, 상기 토양개량제는 식재된 수목의 빠른 생장을 요하는 곳에 포설될 수 있다.

이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하나, 후술되는 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예

흡수성 고분자 수지 50g, 키토산 25g, 발효배양물 15g, 운모 15g, 산화칼슘 분말 15g, 펄라이트 50g, 세라믹스 50g, 톱밥 600g, 수피 750g, 축분 1000g을 혼합하여 토양개량제를 제조하였다.

상기 실시예의 토양개량제를 극척박지에 적용한 후, 상기 극척박지의 pH 및 염분농도(EC)를 측정하여 이를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 실시예의 토양개량제의 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 유기물 각각의 함량 및 보비력을 측정하여 이를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예에 따른 토양개량제는 pH가 5.4로서 약산성을 가짐과 아울러 토양의 염분이 많이 제거되었음을 알 수 있었다. 또한, 상기 토양개량제는 식물 생장에 필요한 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 유기물이 매우 많을 뿐만 아니라 보비력이 우수함을 알 수 있었다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.