KR102479161B1 - 버섯 폐배지를 이용한 친환경 비료의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
질소, 인, 및 칼륨의 공급원으로서 충분한 함량을 포함하며 동시에 높은 염분이 포함되지 않고 적절한 수준의 탄소 및 질소의 비율(C/N)을 갖는, 버섯 폐배지를 활용한 친환경 비료의 제조 방법이 제공된다.
Description
아래 실시예들은 버섯 폐배지를 이용한 친환경 비료의 제조 방법 기술에 관한 것이다.
대부분의 정원 토양에는 충분한 영양분을 공급하기 위해 토양 개량제가 필요하다. 우리가 정원 토양을 개선하기 위해 분뇨 등의 토양 개량제를 사용하는 이유이다. 시간이 지남에 따라 토양이 생명(우리가 재배하는 식물과 채소)을 유지하는 데 사용되면서 필요한 영양소와 미생물이 고갈된다. 종종 거름이나 퇴비를 통해 건강한 유기물을 토양에 다시 도입하는 것이 중요한 과제로 부각되고 있다.
비료와 퇴비는 영양분을 식물이 접근할 수 있는 더 접근하기 쉬운 형태로 분해하는 유용한 미생물을 추가하여 토양을 개선한다. 다행히 분뇨와 퇴비는 부족하지 않은 상황이다.
한편, 소 분뇨 기반의 거름의 경우 토양 수분 유지 및 배수 개선에 효과가 있다. 토양 개량제로서 분뇨는 토양의 구조를 개선하는 데 탁월하여 식물이 자라기에 적합한 면이 있다. 또한, 풍부한 유기 영양소 공급원으로서, 소의 분뇨는 질소, 인, 칼륨과 같은 많은 영양소의 공급원이다. 사실, 대부분의 소 분뇨는 버섯 분뇨보다 이 세 가지 영양소를 약간 더 많이 함유할 수 있다. 나아가, 소의 분뇨는 식물의 영양 손실을 방지한다. 영양소 침출은 필수 영양소가 씻겨나와 뿌리가 더 이상 도달할 수 없는 토양으로 밀려 내려갈 때 발생하는데 소 분뇨는 필수 영양소의 손실을 방지하는 데 탁월하다.
그러나, 소 분뇨의 단점으로서는, 신선한 분뇨를 사용할 수 없으며 식물에 해를 끼칠 수 있다. 신선한 분뇨는 질소 함량이 매우 높기 때문에 신선한 분뇨를 시비하면 식물을 태울 수 있다. 또한, 꽃이나 열매가 없고 큰 잎을 얻어질 수 있으며 식물이 탈수될 수 있다. 또한, 잡초 씨앗과 소금을 포함할 수 있고, 잡초는 들판에서 흔히 볼 수 있으므로 씨앗은 소의 소화 시스템을 통과하여 분뇨에 남아 있다. 중요하게는, 치료된 동물의 남은 의약품 및 기타 합성 화학 물질이 포함되어 있을 수 있다. 소는 성장을 촉진하고 건강을 유지하기 위해 다양한 주사를 맞는 경우가 많다. 이들은 몸에 남아 분뇨로 전달될 수 있다. 또한, 유해한 병원체를 포함할 수 있다: E. coli, Salmonella, Campylobacter 박테리아, Giardia 또는 Cryptosporidium protozoa와 같은 몇 가지 병원균이 분뇨에 남아 있을 수 있다. 매우 드물지만 촌충과 같은 기생충은 때때로 소의 분뇨에서 발견된다. 이 기생충은 소 분뇨가 사용 전에 완전히 퇴비화되지 않으면 식물 조직으로 퍼진다. 식용 식품 주변에 분뇨를 사용하는 경우 특별한 주의가 필요한 실정이다.
이에 버섯 폐배지 비료가 상기 단점을 보완하기 위한 대체품으로서 연구 개발되고 있다. 폐배지 거름은 토양 수분 유지 및 개선에 적합하고, 식물이 자라나기에 더 적합한 환경을 제공한다. 또한, 버섯 퇴비가 소 분뇨 대비 가볍고 분포시키기가 쉽다. 일부 식물은 신선한 버섯 퇴비의 염분 함량에 더 민감할 수 있지만, 분뇨보다 병원균이 퍼질 가능성이 적다.
하지만, 버섯 페배지는 질소, 인, 및 칼륨의 공급원으로서 충분한 함량을 포함하도록 가공되는 것이 필요하다. 또한, 높은 염분이 포함되지 않으며 적절한 C/N 및 pH를 갖는 버섯폐배지의 제공이 필요하다. 이러한 상황에서 본 발명자들은 특정 조건하의 2단계 발효 단계를 포함함에 따라 충분한 N-P-K공급원으로서 적절한 수준의 C/N의 값을 갖는 식물 비료를 제공할 수 있었고 실제 식물 생육에 유리한 효과가 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
실시예들은 질소, 인, 및 칼륨의 공급원으로서 충분한 함량을 포함하며 동시에 높은 염분이 포함되지 않고, 적절한 수준의 탄소 및 질소의 비율(C/N)을 갖는 버섯 폐배지를 활용한 친환경 비료의 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은,
건초 40 내지 50 중량부, 밀짚 25 내지 35 중량부, 및 가축 분뇨 5 내지 15 중량부를 포함하는 버섯기질을 준비하는 단계를 포함하는 제1단계;
상기 버섯기질에 버섯 균주를 접종하여 버섯을 재배 및 수확한 후 남겨진 버섯 폐배지의 회수하는 단계를 포함하는 제2단계; 및
상기 버섯폐배지에 정제수를 첨가하는 단계 및 10 내지 15일간 발효하는 단계를 포함하는 제3단계를 포함하는,
버섯 폐배지를 이용한 친환경 비료의 제조 방법을 제공한다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1단계는,
상기 건초 40 내지 50 중량부, 상기 밀짚 25 내지 35 중량부, 상기 가축 분뇨 5 내지 15 중량부, 석고 1 내지 3 중량부, 옥수수 속대 0.2 내지 0.5 중량부, 코코아 껍질 0.1 내지 0.3 중량부, 목화씨 껍질을 0.1 내지 0.3 중량부, Bacillus subtilis 0.05 내지 0.2 중량부 및 Bacillus polyfermenticus 0.05 내지 0.2 중량부를 혼합하여 혼합물을 수득하는 단계; 및
상기 혼합물을 35 내지 45℃에서 2 내지 5일간 호기 발효시켜 버섯기질을 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1단계에서,
상기 가축 분뇨는 원료 가금류 분뇨에 천연 피트모스(H2) 및 물을 함량을 조절하며 첨가하고 가열하여 수분 함량이 40 내지 60 중량% 및 유기물 함량이 25 내지 35 중량%, pH 6.5 내지 7.5, 및 염도가 2.0 중량%가 되도록 한 것일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2단계는,
상기 버섯 기질 0.5m3 당 느타리버섯균 액상 7,000 내지 8,000cc을 10 내지 20℃의 접종실에서 접종하고, 온도 20 내지 30℃습도 60 내지 70%, CO2 1,300 내지 1,700 ppm의 배양시설에서 30 내지 40일간 육성되고, 상기 버섯을 수확하고, 남겨진 버섯 폐배지를 회수하는 단계; 및
상기 버섯 폐배지에 15 내지 25 kHz 및 400 내지 600 W의 조건으로 30 내지 40℃에서 20 내지 60분간 초음파를 가하여 멸균하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제3단계는,
상기 버섯폐배지 60 내지 80 중량부에 Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, 및 Lactobacillus brevis의 각각 0.05 내지 0.2 중량부를 첨가하고 수분 함량이 25 내지 35 중량%가 되도록 정제수를 첨가하여 혼합물을 수득하는 단계; 및
상기 혼합물을 10 내지 15일간 30 내지 40℃의 온도에서 호기 발효하여 비료를 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일실시예에 따른 장치는 하드웨어와 결합되어 상술한 방법들 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 제어될 수 있다.
실시예에 따른 친환경 비료는 질소, 인, 및 칼륨의 공급원으로서 충분한 함량을 포함하며 동시에 높은 염분이 포함되지 않고, 적절한 수준의 탄소 및 질소의 비율(C/N)을 갖는다. 나아가 저온에서 살균됨에 따라 버섯 재배 과정에 잔존하는 잔류물이 사멸될 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 버섯 폐배지를 이용한 비료의 제조
버섯 기질의 제조
탄소 공급원으로서 건초 45 중량부, 밀짚 30 중량부, 가공된 가금류 분뇨 10 중량부, 석고 2 중량부, 옥수수 속대 0.4 중량부, 코코아 껍질 0.2 중량부, 목화씨 껍질을 0.2 중량부, Bacillus subtilis MG401(500억 cfu/g) 0.1 중량부 및 Bacillus polyfermenticus MG440(500억 cfu/g 0.1 중량부를 혼합하였다. 상기 가공된 가금류 분뇨는, 원료 가금류 분뇨(수분 함량 40 중량%, 유기물 함량 15 중량%, pH 8.0, 및 염도 2.0 중량%)에 pH가 4.2인 산성의 천연 피트모스(H2) 및 물을 함량을 조절하며 첨가하고 100℃ 이상으로 가열하여 수분 함량이 50 중량% 및 유기물 함량이 30 중량%, pH 7.0, 및 염도가 1.0 중량%가 되도록 한 것이다.
상기 혼합물에 지표면으로부터 100cm 떨어뜨린 마포대에 포장 보관한 후 40℃에서 3일간 호기 조건하에서 발효시켜 버섯기질을 제조하였다.
버섯의 배양 및 폐배지 회수
상기 버섯기질 0.5m3 당 느타리버섯균 액상 7,000~8,000cc을 15℃의 접종실에서 접종하고, 온도 20~30℃습도 60~70%, CO2 1,300~1,700 ppm의 배양시설에서 35일간 육성 재배하였다. 재배된 버섯을 수확한 후, 남겨진 버섯 폐배지를 회수하였다. 상기 버섯 폐배지에 20 kHz 및 500 W의 조건으로 (100% amplitude) 35℃에서 30분간 초음파를 가하여 멸균을 실시하였다.
폐배지의 발효 및 비료의 제조
멸균된 버섯폐배지 70 중량부에 Lactobacillus plantarum MG207(500억 cfu/g), Lactobacillus paracasei MG310(500억 cfu/g), Lactobacillus brevis MG19(500억 cfu/g) 의 액상유산균 각각 0.1 중량부씩을 첨가하고 수분 함량이 30 중량%가 되도록 정제수를 첨가하였다. 상기 혼합물에 지표면으로부터 100cm 떨어뜨린 마포대에 포장 보관한 후 12일간 35℃의 온도에서 호기 조건하에서 발효시켰다. 상기 발효물을 비료로서 완성하였다.
비교예 1 내지 3
비교예 1은 실시예 1에 있어서 버섯 기질의 제조단계에 있어 바실러스 균주를 첨가하지 않은 점만 제외하고 동일하게 제조하였다.
비교예 2는 실시예 1에 있어서 폐배지 발효단계에 있어 락토바실러스 균주를 첨가하지 않은 점만 제외하고 동일하게 제조하였다.
비교예 3은 실시예 1에 있어서 버섯 기질의 제조단계에 있어 바실러스 균주를 첨가하지 않은 점 및 폐배지 발효단계에 있어 락토바실러스 균주를 첨가하지 않은 점만 제외하고 동일하게 제조하였다.
실험예 1. 화학적 분석
토양화학분석법(농업과학기술원, 2000)에 의거하여 상기 비료를 분석하였다. pH와는 시료와 증류수를 각각 1:10(w/v)으로 혼합하여 1시간 동안 교반한 후 측정하였다. 총질소 함량(Kjeldahl method; Bremner, 1965), 치환성 양이온 K+,(1 N NH4-acetate pH 7.0, AAS, atomic absorption spectroscopy), 유효인산의 함량은 Lancaster법을 이용하여 분석하였다. 유기물 측정은 회화법(Ben-Dor and Banin, 1989)을 이용하였으며, 600℃에서 약 2시간 가열한 후 수분의 양을 제외하고 계산하였다. 그 결과는 표 1에 제시된다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| pH | 7.3 | 6.7 | 6.8 | 5.8 |
| 질소량(%) | 0.7 | 0.2 | 0.4 | 0.2 |
| 인(%) | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 |
| 칼륨(%) | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.1 |
| C/N 율 | 31.0 | 41.7 | 35.6 | 45.2 |
퇴비의 중요 요건은 질소(N), 인(P) 및 칼륨(K)의 함량이다. 퇴비화 조건 중 C/N비는 미생물 활성에 중요한 인자이다. 미생물 생육에 적합한 C/N비는 25~35이며, 이보다 낮을 경우 질소가 암모니아 가스로 휘발되며, 50 이상으로 과도하게 높을 경우 질소기아 현상이 발생하여 미생물의 활동이 제한된다. 실시예 1에서 충분히 높은 함량의 질소, 인, 칼륨 함량이 확인되었으며, 이는 비교예 1 내지 3과 비교하여 현저히 증가된 결과이다. 특히, 비교예 3 대비 균주를 첨가한 비교예 1 및 2에서 다소 개선되는 모습이 보이는데, 두 균주를 모두 사용한 실시예 1에서 현저히 개선되는 것을 보아 두 단계를 동시 사용함에 따른 시너지 효과가 있는 것으로 판단된다.
실험예 2. 식생 조사
상기 비료를 이용한 원예 재배방법으로 식물을 식재한 뒤 식물 생육의 변화를 알아보기 위해 수행되었다. 토양 유해 미생물을 조사하 기 위하여 원예활동에서 가장 많이 사용되고 있는 헤테라(Hedera helix L.), 테이블 야자(Chamaedorea elegans)를 12cm 플라스틱 화분에 각각 이식하였다. 실험 장소는 20~23℃, 습도 60~70%, 광도 1000Lux로 설정한 실내공간에서 16주간 실시하였으며 4일 간격으로 50mL씩 관수하였다.
식물 생육 변화를 관찰한 결과 동일한 환경조건아래에서 아이비와 테이블 야자의 생육변화가 현저히 차이가 났다. 8주차 및 16주차의 아이비 초장 및 테이블 야자 엽수의 길이를 아래 표 2에 나타내었다.
| 아이비 초장(cm) | 테이블 야자 엽수(cm) | |||
| 구분 | 8주 | 16주 | 8주 | 16주 |
| 실시예 1 | 18.7 | 21.5 | 28.7 | 40.5 |
| 비교예 1 | 13.6 | 17.3 | 18.5 | 27.4 |
| 비교예 2 | 12.1 | 13.8 | 21.7 | 26.5 |
| 비교예 3 | 11.3 | 12.7 | 14.7 | 28.9 |
이상과 같이 실시예 1을 사용한 경우 식물의 생장이 비교예 1 내지 3 대비 현저히 증가한 것으로 확인되었다.
Claims (3)
- 건초 40 내지 50 중량부, 밀짚 25 내지 35 중량부, 및 가축 분뇨 5 내지 15 중량부, 석고 1 내지 3 중량부, 옥수수 속대 0.2 내지 0.5 중량부, 코코아 껍질 0.1 내지 0.3 중량부, 목화씨 껍질을 0.1 내지 0.3 중량부, Bacillus subtilis 0.05 내지 0.2 중량부 및 Bacillus polyfermenticus 0.05 내지 0.2 중량부를 혼합하여 혼합물을 수득하는 단계로서, 상기 가축 분뇨는 원료 가금류 분뇨에 천연 피트모스(H2) 및 물을 함량을 조절하며 첨가하고 가열하여 수분 함량이 40 내지 60 중량% 및 유기물 함량이 25 내지 35 중량%, pH 6.5 내지 7.5, 및 염도가 2.0 중량%가 되도록 한 단계, 및
상기 혼합물을 35 내지 45℃에서 2 내지 5일간 호기 발효시켜 버섯기질을 수득하는 단계를 포함하는 버섯기질을 준비하는 단계를 포함하는 제1단계;
상기 버섯 기질 0.5m3 당 느타리버섯균 액상 7,000 내지 8,000cc을 10 내지 20℃의 접종실에서 접종하고, 온도 20 내지 30℃습도 60 내지 70%, CO2 1,300 내지 1,700 ppm의 배양시설에서 30 내지 40일간 육성되고, 상기 버섯을 수확하고, 남겨진 버섯 폐배지를 회수하는 단계, 및
상기 버섯 폐배지에 15 내지 25 kHz 및 400 내지 600 W의 조건으로 30 내지 40℃에서 20 내지 60분간 초음파를 가하여 멸균하는 단계를 포함하는 것인, 제2단계; 및
상기 버섯폐배지 60 내지 80 중량부에 Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, 및 Lactobacillus brevis의 각각 0.05 내지 0.2 중량부를 첨가하고 수분 함량이 25 내지 35 중량%가 되도록 정제수를 첨가하여 혼합물을 수득하는 단계, 및
상기 혼합물을 10 내지 15일간 30 내지 40℃의 온도에서 호기 발효하여 비료를 수득하는 단계를 포함및 10 내지 15일간 발효하는 단계를 포함하는 제3단계를 포함하는,
버섯 폐배지를 이용한 친환경 비료의 제조 방법.
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