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문제 정의
- 본 연구는 고구마 멀칭재배에서 문제가 되고 있는 수확 전 멀칭비닐의 수거 노동력을 절감하고, 농촌환경 오염의원인 이 되고 있는 폐비닐 처리 등의 문제를 해결하기 위하여 고구마 멀칭재배에서 생분해성 플라스틱 피복재 이용 가능성을 검토하고자 수행하였다.
제안 방법
- 혼합액을 상온에서 6시간 동안 진탕하여 유리섬유 필터로 여과한 후 여과액을 적당히 취하여 성분을 분석하였다. 고구마의 수량은 50 g 이상의 상품괴근을 기준으로 조사하였으며, 굴절당도계(PR101, ATAGO, Japan)를 사용하여 당도(Brix)를 측정하였다.
- 또한 포장피복 상태에서 인장강도와 신율 등 물성의 변화를 측정하였다(ASTM, 1998). 기계적 물성측정 시 시료당 각각 7회를 측정하여 상한 및 하한치를 버린 후 5회 평균치를 구하였다. 중금속 용출 시험은 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry, Varian, USA)를 사용하여 분석하였다.
- 측정하였다. 인장강도와 신율은 ASTM(미국재료규격 시험협회) D882 규정에 의해 MD(machine direction)와 TD (transverse direction) 두 가지 형태로 플라스틱조각을 만들어 strain rate을 500 mm/min으로 고정하여 측정하였고, 인열강도는 ASTM D1004 규정에 의해 MD, TD 방향으로 플라스틱 조각을 만들어 strain rate을 50 mm/min으로 고정하여 측정하였다. 또한 포장피복 상태에서 인장강도와 신율 등 물성의 변화를 측정하였다(ASTM, 1998).
- 멀칭재료는 생분해성 플라스틱 필름으로 지방족 폴리에스테르(PBSA, Poly butyleneadipate-co-butylene succinate)7} 주성분인 것과 수지에 전분을 가한 것(PCL, Polycaprolactone + starch)을 각각 두께에 따라 3종씩을 사용하였으며 대비 구로서 일반멀칭재료인 폴리에틸렌(LDPE, Low Density Polyethylene)를 사용하였다. 재식간격은 휴간 70 cm, 주간 20 cm로 삽식 하였으며, 시 비량은 N, P2O5, &0을 각각 5.5, 6.3, 15.6 kg/10a씩 전량 기비로 시용하였다. 삽식 방법은 고구마를 삽식하고 그 위에 멀칭재료와 고구마 묘 사이가 공간이 생기지 않토록 밀착피복 하였으며 삽식 후 5일이 지나서 발근이 완료된 다음 묘를 노출 시켰다(Nakasuka & Andrady, 1992).
- 3으로 한 용매에 시료 : 용매 = 10 : 10(W:V)의 비로 혼합하였다. 혼합액을 상온에서 6시간 동안 진탕하여 유리섬유 필터로 여과한 후 여과액을 적당히 취하여 성분을 분석하였다. 고구마의 수량은 50 g 이상의 상품괴근을 기준으로 조사하였으며, 굴절당도계(PR101, ATAGO, Japan)를 사용하여 당도(Brix)를 측정하였다.
대상 데이터
- 실험품종인 신천미를 6월 15일에 포장에 십 식하고 멀칭하였으며 4개월의 생육기간을 지나 고구마를 수확하였다. 멀칭재료는 생분해성 플라스틱 필름으로 지방족 폴리에스테르(PBSA, Poly butyleneadipate-co-butylene succinate)7} 주성분인 것과 수지에 전분을 가한 것(PCL, Polycaprolactone + starch)을 각각 두께에 따라 3종씩을 사용하였으며 대비 구로서 일반멀칭재료인 폴리에틸렌(LDPE, Low Density Polyethylene)를 사용하였다. 재식간격은 휴간 70 cm, 주간 20 cm로 삽식 하였으며, 시 비량은 N, P2O5, &0을 각각 5.
- 본 실험은 2005~2007년에 작물과학원 목포시험장 포장에서 수행하였으며, 시험구 배치는 난괴번 3반복으로 배치하였다. 실험품종인 신천미를 6월 15일에 포장에 십 식하고 멀칭하였으며 4개월의 생육기간을 지나 고구마를 수확하였다.
- 실험품종인 신천미를 6월 15일에 포장에 십 식하고 멀칭하였으며 4개월의 생육기간을 지나 고구마를 수확하였다. 멀칭재료는 생분해성 플라스틱 필름으로 지방족 폴리에스테르(PBSA, Poly butyleneadipate-co-butylene succinate)7} 주성분인 것과 수지에 전분을 가한 것(PCL, Polycaprolactone + starch)을 각각 두께에 따라 3종씩을 사용하였으며 대비 구로서 일반멀칭재료인 폴리에틸렌(LDPE, Low Density Polyethylene)를 사용하였다.
이론/모형
- 기계적 물성 평가는 Instron사의 UTM(universal test machine) 4202를 이용하여 인장강도와 인열강도, 신율 등 기계적 물성을 측정하였다. 인장강도와 신율은 ASTM(미국재료규격 시험협회) D882 규정에 의해 MD(machine direction)와 TD (transverse direction) 두 가지 형태로 플라스틱조각을 만들어 strain rate을 500 mm/min으로 고정하여 측정하였고, 인열강도는 ASTM D1004 규정에 의해 MD, TD 방향으로 플라스틱 조각을 만들어 strain rate을 50 mm/min으로 고정하여 측정하였다.
- 기계적 물성측정 시 시료당 각각 7회를 측정하여 상한 및 하한치를 버린 후 5회 평균치를 구하였다. 중금속 용출 시험은 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry, Varian, USA)를 사용하여 분석하였다. 시료액의 조제는 생분해성 플라스틱 필름 100 g을 정밀히 달아 초순수에 염산을 넣어 pH를 5.
성능/효과
- 따라서 생분해성 필름을 멀칭재료로 사용하기위해서는 그 편리성도 중요하지만 분해산물로부터 유해 물질이 검출되지 않아야 한다. ICP를 이용하여 생분해성 필름에 대한 용출시험을 수행한 결과 Cr, Cu, Zn과 같은 중금속들은 소량이 검출되기도 하였으나 대부분의 다른 성분들은 검출되지 않았다 ( Table 2). 이와 같은 결과는 현재 국내 환경마크협회가 정하는 생분해성 수지 제품에 대한 유해물질 함량기준을 충족하는 것으로써 PBSA와 PLC - Starch가 토양과 환경 에 유해하지 않음을 의미하는 것으로 판단되었다.
- 제조 원료별로는 EC의 경우 60~70일이 지나면서 급격한 물성저하를 보였으나, 그 외에 폴리에스테르와 폴리에스테르-전분 제품 간의 뚜렷한 차이는 보이지 않았다. 또한 두께별로는 25 nm가 20~15 nm 보다 변화율이 낮았으며, 반면에 폴리에틸렌(LDPE)는 매우 완만한 변화를 보여 인장강도의 변화와 비슷한 경향이었다.
- 또한 생분해성 필름의 두께나 제조 원료간에는 별다른 차이가 없었으며, 아직 분해되지 않고 남은 조각들도 이미 형체가 변형되어 머지 않아 분해가 될 것으로 예상되었다. 반면에 일반멀칭재료인 LDPE는 육안상 변화를 보이지 않았다.
- 조사한 결과, 지상부 생육은 멀칭재료간에 차이가 없었다. 또한 평균 괴근 수량은 PBSA는 3, 070 kg/lOa, PLC - Starche 3, 093 kg/10a, LDPE는 2, 946 kg/10a으로 멀칭 재료간에 뚜렷한 차이를 나타내지 않았다. 고구마 식미 품질 특성에 가장 영향을 주는 당도도 멀칭재료간에 뚜렷한 차이가 없었다.
- 삽식 후 120일이 경과한 다음 피복재료별로 생육 및 수량 특성을 조사한 결과, 지상부 생육은 멀칭재료간에 차이가 없었다. 또한 평균 괴근 수량은 PBSA는 3, 070 kg/lOa, PLC - Starche 3, 093 kg/10a, LDPE는 2, 946 kg/10a으로 멀칭 재료간에 뚜렷한 차이를 나타내지 않았다.
- 4와 같았다. 생분해성 필름 PBSA(EA, EB, EC)와 PLC - Starch(DD, DE, DF)는 고구마 삽식 후 60~80일이 지나면서 분해되기 시작하였고, 수확기인 120일이 지나서는 95%이상이 분해되는 것을 확인하였다.
- 신율의 변화는 생분해성 필름 EA, EB, EC, DD, DE, DF의 경우 피복 후 8월 14일(60~70일) 동안 급격히 감소하다가 그 후 완만한 감소를 보였다(Fig. 2). 제조 원료별로는 EC의 경우 60~70일이 지나면서 급격한 물성저하를 보였으나, 그 외에 폴리에스테르와 폴리에스테르-전분 제품 간의 뚜렷한 차이는 보이지 않았다.
- ICP를 이용하여 생분해성 필름에 대한 용출시험을 수행한 결과 Cr, Cu, Zn과 같은 중금속들은 소량이 검출되기도 하였으나 대부분의 다른 성분들은 검출되지 않았다 ( Table 2). 이와 같은 결과는 현재 국내 환경마크협회가 정하는 생분해성 수지 제품에 대한 유해물질 함량기준을 충족하는 것으로써 PBSA와 PLC - Starch가 토양과 환경 에 유해하지 않음을 의미하는 것으로 판단되었다.
- 고구마 재배 시 농가에서 주로 사용하고 있는 lDPE는 멀칭 재료로서 장점은 있으나 수확작업과정에서 비닐 제거 시간이 많이 든다. 일일 수확작업 소요시간 중 비닐제거 시간을 조사한 결과 50%를 차지하였다( Table 3). 멀칭 작업 과정에서 얕게 묻힌 부분은 비닐제거 작업이 쉬우나 골에 깊게 묻힌 부분은 삽이나 손으로 흙을 걷어내야만 제거되기 때문에 시간이 많이 소요된다.
- 2). 제조 원료별로는 EC의 경우 60~70일이 지나면서 급격한 물성저하를 보였으나, 그 외에 폴리에스테르와 폴리에스테르-전분 제품 간의 뚜렷한 차이는 보이지 않았다. 또한 두께별로는 25 nm가 20~15 nm 보다 변화율이 낮았으며, 반면에 폴리에틸렌(LDPE)는 매우 완만한 변화를 보여 인장강도의 변화와 비슷한 경향이었다.
- 1). 제조 원료별로는 폴리에스테르와 전분이 합성된 DD, DE, DF가 폴리에스테르인 EA, EB, EC에 비하여 인장강도 변화율이 낮았으며 그 중에서도 EC의 물성이 매우 저하되었다. 두께별로는 25 um가 20-15 nm 보다 변화율이 낮았으며, 반면에 폴리에틸렌(LDPE)는 거의 변화가 없었다.
- 따라서 이 기간까지는 멀칭재료가 두둑을 피복한 상태로 유지되어야만 멀칭재료로서 가치가 있다. 조사 결과 삽식한 묘가 두둑을 덮는 시기와 멀칭재료가 분해되는 시기가 거의 일치함으로써 고구마재배 시 생분해성 필름을 멀칭재배로 사용하기에 별다른 문제가 없었던 것으로 판단되었다. 금후 고구마 재배 시 생분해성 필름을 멀칭재료로 사용한다면 구입비가 상승될 수 있으나 수확작업의 간편성, 농업환경 오염 방지 등을 고려해볼 때 실제 농업현장에서 이용 가치가 매우 높을 것으로 생각된다.
후속연구
- 조사 결과 삽식한 묘가 두둑을 덮는 시기와 멀칭재료가 분해되는 시기가 거의 일치함으로써 고구마재배 시 생분해성 필름을 멀칭재배로 사용하기에 별다른 문제가 없었던 것으로 판단되었다. 금후 고구마 재배 시 생분해성 필름을 멀칭재료로 사용한다면 구입비가 상승될 수 있으나 수확작업의 간편성, 농업환경 오염 방지 등을 고려해볼 때 실제 농업현장에서 이용 가치가 매우 높을 것으로 생각된다.
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