수도작용 상토 조성물, 이를 이용한 상토매트 및 그의 제조방법{BED SOIL COMPOSITION FOR RAISING PADDY RICE, BED SOIL MAT MADE OF THE COMPOSITION AND PREPARATION METHOD OF THE SAME}

본 발명은 수도작용 상토 조성물, 그로부터 제조된 상토매트 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 뜬모 발생이 억제되고 수분흡착성이 개선된, 수도작에 적합한 pH로 조정된 상토 조성물, 그로부터 제조된 상토매트 및 상토매트의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 모판용 상토는 사용방법이 번거롭고 무게가 무거워 사용시 노령의 농민들에게 과중한 노동력을 요할 뿐만 아니라 가격도 비싸서 많은 개선의 여지를 안고 있었다. 이와 같은 종래의 육묘용 상토 조성물의 문제점을 개선하고자 본 발명자들은 피트모스 등의 유기질 원료와 제지섬유소를 주재로 한 유기질 상토 조성물과 그로부터 제조된 상토매트에 관한 발명을 특허출원한 바 있다 (한국특허출원 제 7257/2000호). 기출원된 매트 조성물은 가벼우면서도 파열강도가 우수하여 운반특성이 뛰어나고, 공극률이 커서 공기와 수분의 투과성이 양호하여 종자의 발아 및 재배가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 그로부터 제조된 상토매트 역시 진공성형방식으로 제조되어 대량생산이 가능하다.

상기한 육묘용 상토매트는 조작 용이성과 대량생산성 및 종자발아율이 증대된다는 장점에도 불구하고, 매트 제조시 100~120℃ 이상의 고온에서 건조되므로 과건조로 인하여 매트의 형상이 평탄하지 못하여 균일한 상품성을 얻기가 곤란할 뿐만 아니라, 모판상자에 넣은 후 골고루 관수하기가 힘들다는 문제가 있다. 또한 과건조된 매트는 목질화 현상으로 인해 변형되게되어 수분흡착이 더디므로, 관행적으로 사용되는 자동 기계 파종기에 적용하기에는 시차에 따른 어려움이 있다. 따라서, 매트에 충분한 수분흡착이 덜된 상태에서 파종할 경우 출아(出芽) 시기에 뜬모 발생으로 인한 뿌리 활착에 장애가 발생한다는 문제점이 있었다.

이 같은 문제점은 상기한 종래의 육묘용 유기질 상토매트에 있어서, 유기질 성분으로 사용되는 Peat Moss의 재질 특성상 셀룰로스에 기인하는 비트 (뒤틀림)현상과 더불어, 수분흡착성에 개선의 여지가 있기 때문인 것으로 여겨진다.

또 다른 문제점으로는, 제지 성분으로서 사용되는 폐지 신문등의 잉크 성분이 주변 환경이나 매트에 심어질 종자의 발아에 악영향을 줄 우려가 있다는 점을 들 수 있다.

따라서, 상기한 문제점이 해소된 상토용 조성물과 그로부터 최적의 방법으로 상토 매트를 제조하는 방법이 개발될 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 한가지 목적은 종자의 출아과정 중 신속한 뿌리 활착을 가능케 하고, 뜬모발생을 억제할 수 있는 상토 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조성물 중의 폐잉크 성분을 제거하여 화학성분의 부작용을 회피하고, 관수에 적합하도록 소프트한 질감을 갖는 상토 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 특히 벼등 수도작을 위한 상토매트를 제조하는데 적합하도록 pH가 최적화된 상토 조성물을 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 별도의 방제과정이 없이도 유해생물을 회피할 수 있도록 유해생물 기피제를 함유하는 상토 조성물을 제공하는 것이다.

또 다른 측면에서 본 발명은 상기한 상토용 조성물을 이용하여 만들어진 수도작용 상토매트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동 파종기계의 관수 시스템에 효과적으로 적용가능한 수도작용 상토매트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 상토 조성물을 이용하여 수도작용 상토매트를 제공하는데 적합한 상토매트의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 상토 조성물로 만들어진 매트에 미세한 타공을 형성시킨 상토매트의 형상.

도 2는 본 발명의 상토 매트에 벼종자를 파종하여 7일간 육묘한 사진.

상기한 목적을 달성하기 위해, 집중적으로 연구한 결과, 본 발명자는, 상토 조성물의 조성을 변화시키고, 이와 같이 개선된 조성을 갖는 상토 조성물로부터 상토매트를 제조함에 있어, 단계별 처리조건을 개선시킴으로써, 상술한 문제점이 해결된 개선된 수도작용 상토매트를 제조할 수 있음을 발견하였다.

즉, 본 발명자는, 관수 특성 개선을 위해, 상토 조성물에 계면활성제를 적정량 첨가할 경우, 상토 조성물 중의 섬유질을 유연하게, 즉 소프트하게 만들어 완성된 매트의 평탄화 효과와 수분흡착 개선은 물론, 제지 섬유소에 포함된 인쇄 잉크 성분의 제거효과를 아울러 얻을 수 있음을 발견하였다.

또한, 상기한 상토 조성물에 천연의 유해생물 기피제를 첨가할 경우, 별도의 방제처리를 필요로 함이 없이, 이식시, 상기 천연기피제 성분이 상토 배지 및 육묘된 뿌리와 함께 토양중에 함께 매립됨으로 해서, 수도작의 경우 어린 모종의 뿌리를 해치는 물바구미와 같은 유해생물을 퇴치하는 친환경적 효과를 얻을 수 있다는데 착안하여 상토 조성물의 성분을 개선시켰다.

나아가, 본 발명자는, 수도용 상토매트의 최적 pH가 기존의 상토매트의 pH 6 내지 6.5보다 약산성인 pH 5 내지 5.5라는 것에 착안하여 상토 조성물의 pH를 상기 범위로 조정하였다. pH의 조정은 여러가지 산화제, 알루미늄 설페이트 등을 이용하여 수행할 수 있다.

본 발명에 따라 상기 종래기술의 문제점이 해소된 상토 조성물은 주성분인 피트모스 등의 유기질 성분과 제지섬유소 외에 계면활성제와 임의로 천연의 유해생물 기피제를 함유한다. 구체적인 조성은 다음과 같다.

(i) 피트모스 (peat moss), 코코낫 피트 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 유기질 원료 60 내지 90 중량부,

(ii) 골판지, 그라프트지, 또는 신문폐지에서 얻어지는 제지섬유소 10 내지 40 중량부,

(iii) 계면활성제 0.1 내지 0.5 중량부, 및 임의로

(iv) 천연 유해생물 기피제 3 내지 5 중량부.

상기 성분에 더해 키토산, 황토, 활성탄, 보습제, 유기질 원료와 제지섬유서의 결속성형제 등을 미량 첨가할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 피트모스 등의 유기질 원료와 제지섬유소는 특허출원 제 7257/2000호에 설명된 바와 같이 처리된 것을 사용하며 특허출원 제 7257/2000호의 내용은 그 전체가 본 발명에 참고된다. 상기 유기질 원료와 제지섬유소의 중량비율은 60:40 내지 90:10인 것이 적합하고, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 80:20인 것이 바람직하다. 제지섬유소의 함량이 상기 범위를 초과하면 파열강도가 필요이상으로 커지고, 그로부터 얻어지는 상토매트의 수분함량이 적어져서 비트현상을 일으키게 되므로 발아된 종자의 뿌리 단절의 원인이 되어 바람직하지 못하다. 또한, 제지섬유소의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 파열강도가 약해서 완성된 매트가 쉽께 파괴되므로 운반성에 악영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

계면활성제로서는 비이온계 계면화성제를 사용하며, 제지산업에서 폐유 제거에 사용되는 계면활성제이면 무방하며 그 종류에는 특히 제한이 없다. 계면활성제의 양은 유기질 원료와 제지섬유소의 합량을 100 중량부로 했을 때 0.1 내지 0.5 중량부의 양이 적당하다. 0.1 중량부 미만이면, 소망하는 유연효과와 폐지잉크 분해효과를 거둘 수 없고, 0.5 중량부를 초과하면, 매트 조성물로부터 제조된 상토매트로부터 잉여 계면활성제 성분이 유출될 수 있어 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 천연의 유해생물 기피제로는 님 케익 (Neem Cake) 또는 무화과나무의 잎이나 줄기를 사용한다. 님 케익이란 님 나무 열매의 기름을 짜고 난후 압착시켜 얻어진 부산물로서 그 중에 함유된 아자디락틴 (azadirachtin) 성분이 기피제 역할을 한다. 또한, 무화과의 잎이나 줄기 역시 효과적인 천연 유해생물 기피제로 사용할 수 있으므로, 친환경적인 방제효과를 거둘 수 있다. 사용시에는 건조된 무화과 나무 잎이나 줄기를 1 내지 1.5 메쉬 정도로 분쇄하여 기타 원료와 함께 혼합 사용한다. 유해생물 기피제의 양은 역시 유기질 원료와 제지섬유소의 합량을 100 중량부로 했을 때 3 내지 5 중량부의 양으로 사용한다. 3 중량부 미만이면 소망되는 기피효과를 얻는데 미흡하고, 5 중량부를 초과하면 육묘 식물 자체에 스트레스를 주어 생육에 지장이 초래된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기한 상토 조성물을 이용하여 상토매트를 제조하는 개선된 방법을 제공한다. 구체적으로 본 발명의 방법은, 상토매트에 엠보싱 처리를 함으로써 종자 파종시 종자가 골고루 산파되어 안착하도록 하고, 매트 건조시 기존의 고온열풍건조법 대신 60~80℃에서 저온제습시킴으로써 비트현상 방지 및 원활한 수분흡수를 가능케 하고, 매트를 치밀하게 타공함으로써 수분 흡착을 돕고, 종자의 출아시 뿌리활착을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 상토 조성물로부터 상토매트를 제조하는 방법의 특징적인 측면을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 매트 제조방법 중, 매트생산 건조 시스템에서는, 60~80℃ 저온으로 송풍 수분증발 시키면서, 제습 시키기 위한 냉각 장치를 설치하여, 과열건조를 근본적으로 차단하기 때문에, 상토매트 재질이 소프트해지면서 비트(뒤틀림)현상 없이 평탄한 모양으로 만들어지므로 제품성이 양호하고, 관수시에도 안정적으로 신속한 수분흡착을 달성할 수 있기 때문에, 관행대로 사용해오던 자동 파종기계의 관수 시스템에도 효과적으로 사용 할수 있게 된다. 또한 저온건조는 획기적인 연료 절감효과가 있어, 생산가격 경쟁력 향상이 가능하다.

또한 이와 같이 저온으로 건조된 매트를 약 2 mm 정도 직경의 다수의 침봉으로 구성된 타공용 기계를 이용하여 매트윗면에서 바닥면으로 조밀하게 밀집타공 관통시킴으로써, 관수할 때에도 즉시 수분을 흡착하는데 커다란 도움을 줄 뿐 아니라, 씨앗의 출아 과정에서도 뿌리활착이 매우 빠르고 그 결과, 일시적인 뜬모 발생도 현저히 줄일수 있다. 아울러, 최종 밀집 타공으로 인해 매트의 비트 현상도 결정적으로 개선된다는 부수적인 효과도 거둘 수 있다. 단, 타공용 침봉 직경이 4mm이상인 경우에는 타공구멍이 커서 물흡착은 다소 빠를수 있으나, 출아시 뿌리가 타공구멍쪽으로 쏠리게되므로 타공 직경은 1 내지 3 mm 정도가 바람직하다.

이와 같이 매트를 제조함에 있어, 종래의 펄프 몰드의 헤드 머신 (head meachine) 부분에서 성형조와 탈형조의 2조 시스템으로 구성된 몰드 장치보다는, 생산성과 효율성의 측면에서 일체형 연속 (continuous style) 생산식 드럼 장착진공 성형방식을 이용할 경우, 롤링 시트 성형시 안정성과 편리성을 도모할 수 있다. 즉, 요철이 없는 단순 모양의 평형 매트 생산시 시간당 생산성을 효율적으로 높이기 위해 일체형 원형드럼식으로 연속 진공성형하여 탈형조 없이 곧바로 공기로 직접 콘베어 벨트에 탈착 건조시키면 시설 장치비의 저렴화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 기계 운용면에서도 취급이 용이하여 인력 절감 효과를 얻을 수 있고 안정성도 향상되는 바, 이와 같은 매트 제조장치의 상세는 별도 출원을 통해 구체화 한다.

본 발명의 매트 제조방법은 유기질 원료, 제지섬유소, 계면활성제에 물과 임의로 천연의 유해생물 기피제를 비롯한 미량요소를 첨가하여 교반 및 해리하면서 pH 5~5.5로 조정하여 혼합액을 제조하는 제 1단계, 상기 혼합액을 매트 성형조에 투입하여 침적시키고 수분을 진공흡입하여 고형 롤링 시트상 매트를 형성하는 제 2단계, 및 상기 시트상 매트를 일체형 원통 드럼 성형몰드에서 롤링 분리하여 60 ~ 80℃에서 저온제습 송풍건조시키는 제 3단계, 및 건조된 시트상 매트를 치밀하게 타공하는 제 4단계를 포함하여 구성된다. 롤링으로 타공되어 나오는 시트는 규격매트로 절단하여 최종적으로 수도작용 유기질 상토매트를 얻는다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이나, 다음의 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 예시적 구체예에 불과할 뿐, 본 발명의 보호범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

살균처리된 피트모스 또는 코코아피트 8Kg과 제지섬유소 2Kg을 혼합한 총 10Kg, 계면활성제로서 FGR-250 (주식회사 일칠화학 제품) 20g 및 Neem Cake 350g을 물과 함께 1톤용량 펄퍼 탱크에서 30분 정도 교반하여 제지가 섬유소로 해리시켜 혼합용액을 만들었다. 이렇게 혼합된 것을 고해하고 농도조절을 위해 급수시키면서 알루미늄 설페이트를 이용하여 수도용 적정 산도인 pH 5~5.5로 조정하여, 배합 원료 농도가 1.5 ~ 2%로 조성된 펄프액을 준비하였다.

상토매트 크기(폭 265mm, 높이 6mm) 일체 원형드럼 성형조(Suction mold)를 성형탱크에 충분히 잠기도록 침적시키고, 진공펌프 압축공기(7.5bar/m ³ )의 진공압을 1초간 작동시켜 액중의 고형분이 결속,응집하면서 원형드럼 성형조의 그릴망 내부벽 전체에 5-6mm정도의 두께로 부착되도록 시트성형한 후, 원형드럼 성형조에 부착된 시트매트를 에어 (air) 탈형시켜 건조기 이송용 콘베어벨트에 탈착시켰다. 이와같이, 진공 성형으로 형상화된 시트는 60%-65%수분을 갖게되나 60-80℃정도에서 저온 제습 송풍으로 건조하였다. 이 때, 상기 일체형 원형드럼식 진공성형 타공판에 기존 그릴망을 씌운후 그 위에 겹치기로 엠보싱 구조망을 씌워 진공성형함으로써, 조밀하게 엠보싱 처리된 요철매트를 얻을 수 있었다.

건조 후 평균 폭265mm, 세로 28000mm, 두께 5.5mm로 약 2.5% 수축 건조된 시트형태가 1조 만들어졌으며, 동일한 탱크에 들어있는 원료로부터 시간당 시트 2조가 매트로 절단 (cutting) 했을때 평균 1000매 이상 생산할 수 있어 펄프몰드식보다 약 2배의 생산성을 확인할 수 있었다. 또한 약간 수축건조된 매트는 모판상자에 담고 물을 주었을때 모판상자 내부크기로 즉시 복원되었으며 발아 성장할 수 있도록 보습된 유기상토로 되었다. 생산 시스템 체재로 돌입할 때는 1회 성형 완료가 6초 정도 소요되므로 펄프성형몰드의 12초대보다 생산성이 2배 정도의 향상되었을 뿐만 아니라, 시설비의 절감과 연료비의 절감을 감안할 때 대량생산 경쟁력을 기대할수 있다.

실시예 2

상기 실시예 1의 방법에 따라 얻어진 수도작용 상토매트의 성분분석을 위해, 국가공인기관인 한국화학시험연구원에 농촌진흥청 고시 제 2000-18호 시험을 의뢰, 수행하여 본 발명의 상토매트가 환경과 토양에 미치는 안정성 결과를 다음 표 1과 같이 얻었다.

상기 시험결과로부터 본 발명의 상토 조성물로부터 성형된 상토매트는 환경규제성분이 모두 기준치 미만으로서 주변 환경과 토양, 작물에 안정함을 확인할 수 있었다.

실시예 3

실시예 1에서 얻어진 본 발명의 수도작용 상토매트를 이용한 실제 벼 육묘 기능 여부와 그 효과를 알아보기 위해, 수원 소재 농촌진흥청 작물시험장에 시험을 의뢰하여 벼 파종 육묘실험을 행하였다. 시험은 다음과 같이 행하였다.

재료 및 방법

가. 시험품종: 주안벼

나. 시험재료: 본 발명에 따른 상토매트 (55.7 X 26.5 X 7.9 cm)

다. 매트성분:

- 주성분: 피트 모스 74%, 펄프섬유 20%,

- 미량성분: 숯, 황토, 질소, 습윤재 (CMC), 천연물 농약 (아자디락틴), 계면활성제 등.

라. 육묘자재와 모 종류의 내용을 다음 표 2에 나타내었다.

¹ 관행상토는 논흙 (2/3)과 완숙퇴비 (1/3)을 혼합하여 제조한 것임.

마. 시험구 배치: 완전임의배치 5 반복

시험성적

가. 육묘자재에 따른 파종 전후 육묘상자의 무게: 관행상토와 본 발명 매트를 이용한 파종 전후 육묘상자의 무게를 측정하여 다음 표 3에 그 결과를 나타내었다.

¹ : 육묘상자 + 상토

² : 육묘상자 + 매트

³ : 육묘상자 + 상토 + 관수 + 종자 + 복토

⁴ : 육묘상자 + 매트 + 관수 + 종자 + 복토

상기 표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상토매트를 이용한 육묘시 본 발명 매트를 이용한 파종상자의 무게는 관행상토 이용시보다 파종전에는 72-73%, 수븐공급 및 파종, 복토 후에는 38% 가벼워, 본 발명의 매트를 이용시 다루기 쉽고 노동력 절감 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.

나. 모의 생육특성

본 발명의 상토매트와 관행상토를 이용하여 육묘한 모의 생육특성을 다음 표 4에 나타내었다.

¹ : 불완전엽 포함

모의 생육특성에는 큰 차이가 없었다. 또한, 본 발명의 매트를 이용한 육묘시, 본 발명자의 특허출원 제 7257/2000호에 따른 매트의 주요 문제점이던 출아 단계에서의 모가 들뜨는 현상이 현격히 감소된 것으로 관찰되었다.

다. 모소질

육묘된 모의 각종 특성을 시험하고 어린모와 중묘에 따른 시험 결과를 각각 다음 표 5과 표 6에 나타내었다.

상기 표 5 및 표 6의 결과로부터, 이앙당시 모의 생육특성은 어린 모의 경우 본 발명의 상토매트를 이용한 육묘에서 초장, 엽수 등의 지상부 생육은 일반상토와 차이가 없었으나 근장이 일반상토보아 1.4 cm 작았고, 중묘의 경우 관행상토와 본 발명의 상토매트간의 초기 생육특성은 차이가 없음을 알 수 있다.

또한, 건물중, 배유잔존율, 모충실도, 모균일도, 그리고 매트형성 등 모소질 역시 본 발명의 상토매트와 일반상토간에 유의적인 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.

라. 기계이앙기 식부 본수 및 식부 균일도

본 발명의 상토매트와 관행상토를 이용한 기계이앙기의 식부 본수와 균일도를 조사한 결과를 다음 표 7에 나타내었다.

기계 이앙기 식부 본수 및 균일도는 관행상태와 본 발명의 상토매트 간에 큰 차이가 없었다.

실시예 3의 여러 결과는, 본 발명의 상토매트가 기존의 관행상토에 비해 조작이 훨씬 간편하면서도 관행상토에 필적하는 육묘특성을 나타냄을 보여준다. 또한, 들뜬모 현상이 완전히 제거되어 본 발명자의 기 출원 상토매트의 문제점을 해소할 수 있었다. 이는, 상토 조성물의 계면활성제 사용으로 인한 조성물의 소프트화, 평탄화 효과와 아울러 상기 조성물로부터 상토매트 제조시 엠보싱 처리, 저온제습 건조 처리에 따른 비트현상 억제, 통기, 관수특성 향상에 기인하는 것이다.

실시예 4

본 발명자의 기특허출원 제 7257/2000호에 따른 건조방식과, 본 발명의 저온제습 방식으로 건조하되 타공하지 않은 경우와 타공처리를 한 경우의 수분흡수속도를 비교하였다. 종전의 펄프성형기로 고온 건조로 제조한 매트 (특허출원 7257/2000호)와 저온 제습건조로 제조한 본 발명의 수분흡착 실시간 차를 관찰한 결과는 고온건조한 성형펄프 매트가 5-6분소요, 원형드럼 성형 연속생산식 시트를 저온 제습 건조하여 절단한 매트는 20-30초 소요로 나타나 수분흡수 속도가 훨씬빨랐으며, 시트를 절단한 매트에 조밀도로 타공한 매트는 10초 정도의 급속 관수시에도 수분이 완벽히 흡착되어, 자동파종기의 자동관수속도에 적용할 수 있었다.

본 발명에 따른 상토 조성물은 수도작에 알맞은 pH 5 ~ 5.5로 조정되어 벼 등의 수도작용으로 사용하기에 적합하고, 계면활성제 첨가에 따라 평탄성, 수분흡수성, 소프트성 개선과 함께 조성물 중 폐지성분의 폐기름의 제거효과는 물론, 천연의 유해생물 기피제를 함유시킬 경우 유해생물을 친환경적으로 회피할 수 있는 효과를 거둘 수 있다. 또한, 이러한 상토 조성물을 진공흡입하여 상토매트를 제조함에 있어, 엠보싱 처리, 저온제습 건조처리 및 타공처리를 함으로써, 수분흡착성을 현저히 향상시킬 수 있으므로, 육묘시 들뜬모 현상을 억제할 수 있고, 자동파종기의 관수 시스템에 이용하는데도 적합하여, 고유의 가볍고 우수한 조작성에 더해, 수도작 육묘의 질적 향상을 도모할 수 있을 것으로 기대된다.