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식물은 토양에서 흡수한 양분과 물, 잎에서 흡수한 탄산가스와 광에너지를 이용하여 탄수화물을 합성(탄소동화작용)하여 생장에 기초물질로 활용한다. 이때 토양으로부터 물 이외에 흡수하는 영양소(營養素)는 무기물질로서, 이로부터 유기물이 합성된다. 토양은 무수한 물질로 구성되어 있으며, 여기에 뿌리를 내리고 성장하는 식물체에서 검출되는 원소는 약 40종류가 넘는다. 토양의 차이, 식물의 종류, 식물의 생육 시기, 기후 등에 따라 식물체에서 검출되는 미네랄 또한 각기 차이가 있어 애석하게도 이 지구상에는 완벽한 영양소를 갖춘 식물체는 없다. 그래서 인간과 동물은 자연생태계의 기초 생산자인 식물을 통해 제한된 영양분과 미네랄 등을 섭취하며 생명을 유지하며 살아간다. 인간은 삶의 질이 높아질수록 단백질, 탄수화물, 지방 등은 지나칠 정도로 섭취하고 부족한 영양소를 보충하기 위해 미네랄이나 비타민, 효소 등에 대한 관심이 높아지고 일부는 보조 식품으로 추가 섭취하기도 한다. 근래 건강보조식품의 미네랄로 관심을 모으고 있는 물질로서 칼슘, 희토, 셀레늄, 게르마늄, 황 등이 있는 데, 이러한 무기 미네랄의 직접 섭취에는 부작용이 따른다. (예 : 유황오리, 닭 - 오리나 닭에 많은 량의 무기 황을 공급한 경우, 털이 빠져, 심한 경우 대머리 오리, 닭이 된다.) 미네랄 물질의 섭취방법에는 직접 섭취보다 식물에 비료로, 가축은 사료에 첨가하여 유기화시킨 후 섭취하는 것이 안전하며 그 흡수율 또한 높아 이에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 미국의 노벨의학상 후보였던 월락 박사의 저서 "죽은 의사는 거짓말을 하지 않는다"에서 미네랄의 섭취에 관한 여러 가지를 언급하였는데 그 가운데 식물에서는 독특한 비료 기능을 나타내면서 인체에 유익한 미네랄로서 희토원소의 그 농업적 이용에 대해 소개합니다. 현재 식물 재배에 있어 필수원소로 인정된 물질은 탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 가리 칼슘, 마그네슘, 황, 철, 붕소, 아연, 망간, 염소, 몰리브덴, 구리 16개 원소로 되어 있는데, 식물의 요구량에 따라 대량원소와 미량원소로 나눈다. 대량원소로는 탄소, 산소, 수소, 질소, 인, 가리, 칼슘, 황이며 식물체를 구성하는 원소가 되던지 에너지 축적이나 그 교환에 관여하여 식물체의 물질대사에 중요한 역할을 한다. 특히 토양 중의 결핍되기 쉬운 질소, 인산, 가리는 비료로 시용되고 있고, 칼슘, 마그네슘도 시용될 때도 있다. 미량원소는 철, 망간, 동, 아연, 몰리브덴, 붕소, 염소가 있으며 식물체에서 발견되는 수많은 효소에 들어 있으며 식물체 중에서 물질의 산화작용이나 환원작용에 관여한다. 미량원소는 철, 망간, 동, 아연, 몰리브덴, 붕소, 염소가 있으며 식물체에서 발견되는 수많은 효소에 들어 있으며 식물체 중에서 물질의 산화작용이나 환원작용에 관여한다. 그 함유율은 낮아도 이것이 결핍되면 식물에 특유한 결핍증상이 나타나 생육이 현저하게 저해를 받기 때문에 문제가 되는 것도 있다. 현재까지 밝혀진 필수원소는 16종류이지만, 확인되지 않은 나머지 물질 중에서 앞으로 필수원소 또는 부분적 필수원소로 인정될 가능성을 갖고 있는 원소들도 있다. 나트륨(Na)은 칼리의 대체 역할을 하여 칼리 부족시 흡수되어 그 기능을 대신한다. 코발트(Co)는 소량으로 생장 호르몬과 비슷한 작용을 하거나 산화적 대사과정에서 촉진작용을 한다. 규소(Si)는 벼나 보리와 같은 화본과 작물에 다량 흡수되어 생육에 매우 효과적이며 질소고정세균에의 코발트, 녹조류의 바나디움 등은 그 생육에는 필요하지만 식물전반에 대해서 필수성은 증명되지 않는다. 그리고 게르마늄, 셀레늄 등의 미네랄이 인간에게 기능성 물질로 관심이 높아, 식물에 추가로 적용하여 기능성을 강조한 농산물이 공급되고 있는데 식물체에서 비료로서의 기능은 아직 인증되지 않고 있다. 그리고 근래 유기농업에 편승해서 맥반석, 제오라이트, 질석, 백토, 일라이트, 약돌 등의 광물질이 마치 기능성 비료물질인 양, 선전하며 판매되고 있는 데, 이는 지금까지 검증된바 단지 토양개량제 범주를 벗어나지 않는다. 그러나 최근 희토 원소가 식물의 재배에서의 증수, 과일이나 채소류에서의 생육촉진 및 품질향상 등과 인체의 기능성이 하나씩 밝혀짐에 따라 희토 원소가 미량원소로 필수성이 인정될 가능성이 높다. (처음으로 이동) 희토(希土)의 영어표기는 Rare Earth로서, 번역 과정에 Earth가 土(토)로 번역되어, 흙 이름으로 이해하기 쉬운데, 희토는 희귀한 원소란 뜻이다. 그래서 희토는 황토, 백토 같은 흙(토양) 이름이 아닌, 이 지구상에 존재하는 물질의 원소그룹의 이름이다. 원소 주기율표에서 57(란탄)-71번(루테륨)까지 15가지 원소를 하나로 모아서 분류하는 데, 이들 15가지 원소는 화학적 성질이 비슷하여, 같은 부류로 취급하여 란탄족(族)원소로 분류합니다, 여기에 21번(스칸듐) 39번(이트륨)을 포함하여, 17가지 원소를 통칭“희토”라고 합니다. (처음으로 이동) 란탄족 원소가 다른 원소와 비교해서 특이한 점은, 채워지는 전자의 숫자에 비례하여 전하는 크지만 오히려 그 이온 반경은 작아지는 특성(란탄족의 수축)이 있다. 이러한 성질로 인해 란탄족의 원소가 함유되는 물질은 단단해지는 경향이 있다.(이러한 성질은 식물에도 희토를 처리해 보면, 생육은 정상적으로 이루지면서도 식물체 조직이 단단해지고, 무게의 증가 및 저장성이 매우 높아지는 현상이 나타납니다.)
전자의 전도성을 높여주는 반도체 첨가 소재로, 화학제품의 촉매제, 희토의 특성 중 하나인 상자성체(원소 그 자체는 자력이 없지만 다른 원소와 결합하면 자성을 띄는 성질)를 이용한 영구 자석, 고속철도의 바퀴, 레일과 같은 강력한 합금 제조에 없어서는 안 되는 물질이 되었다. 그 밖에 빛의 흡수성을 이용한 색유리, 우주항공 프로젝트 등에 사용되고 있으며, 의약용으로는 항암물질, 심혈관계 질환, 노인성 질환에 효과가 있어 약제 처방에 이용되는 고급 물질이기도 하다. 이러한 희토 원소가 근래에 들어 식물체내에서 매우 유익한 생리조절제 기능이 밝혀짐으로써 최근에 그 농업적 가치가 주목 받고 있습니다. 금, 은, 백금 등과 같은 귀금속 성분도 식물에 미치는 영향이 물론 있지만 그 경제적 가치를 고려 할 때 농업적 이용에는 한계가 있지만, 희토 원소 중 첨단 산업용 원소 외의 물질은 농업적 이용에 충분한 가치가 있는 것으로 인정받고 있다. (처음으로 이동)
우리나라 토양 속에도 미량의 희토가 존재하나, 그 함량이 낮아(0.006%) 채광의 경제성이 없다. 세계적으로는 중국, 인도, 오스트리아, 소련, 미국, 캐나다 및 북유럽국가 등지에서 채광이 되는 데, 중국에서 전 세계 80% 이상을 공급하고 있다. 중국에서는 일찍이 희토의 경제적 가치를 간파하고, 등소평의 생전에 中東有石油(중동은 석유가 있어, 부국이 되었고) 中國有希土(중국은 희토가 있어, 앞으로 큰 부국이 될 것이다)라 하여, 30년 전부터 엄청난 매장량을 발판으로 국가적인 개발사업으로 선정하여, 포두지역에 대규모 희토 연구소를 설립하고 산업, 의학, 농업부분 등 각 분야에 적용하는 중점 사업으로 운영하고 있다.
우리 정부에서도 농림부의 주관 하에, 2001년 연구비를 지원하여, 전북대학교에 희토연구소를 설립하였으며, 식물과 동물분야에 연구를 시작하여, 2004년 8월에 1차 완료하여, 특허로 등록되고, 현재 식물 비료에 대한 부분은 기업체에 이전되어 희토다조아라는 상표로 국내에 공급하고 있으며, 농림부 산하 연구지원 기관인 농림기술관리센터에서 2004년에는 지난 10년간의 농업분야 연구과제 평가 결과 5대 우수농업자재로서 선정하였다. 여기에서 언급되는 데이터는 그 연구 결과와 보도자료를 활용하고 있다. 그간 많은 연구와 노력으로 희토 제품은 농진청 비료공정에 2006년 일반비료 중 “질산희토비료”로 인정하였고, 2007년에는 친환경유기농자재로 등록되어 일반재배 뿐 아니라 유기농재배에도 부담 없이 적용할 수 있게 되었다. 희토비료는 4종 복합 비료가 아니라 1종 비료로서, 기능상 식물생장 조절제의 역할을 하는 것이 특징이다. 비록 국내에는 희토의 매장량이 없는 실정이지만, 농업적용 분야에서의 앞선 연구와 투자로 세계의 농업 부분의 적용 권리는 중국포두에 생산설비를 투자한 우리가 갖고 있으며, 원료를 수입 가공하여 해외에 수출을 하고 있다.
우리나라 토양 속에도 미량의 희토가 존재하나, 그 함량이 낮아(0.006%) 채광의 경제성이 없다. 세계적으로는 중국, 인도, 오스트리아, 소련, 미국, 캐나다 및 북유럽국가 등지에서 채광이 되는 데, 중국에서 전 세계 80% 이상을 공급하고 있다. 중국에서는 일찍이 희토의 경제적 가치를 간파하고, 등소평의 생전에 中東有石油(중동은 석유가 있어, 부국이 되었고) 中國有希土(중국은 희토가 있어, 앞으로 큰 부국이 될 것이다)라 하여, 30년 전부터 엄청난 매장량을 발판으로 국가적인 개발사업으로 선정하여, 포두지역에 대규모 희토 연구소를 설립하고 산업, 의학, 농업부분 등 각 분야에 적용하는 중점 사업으로 운영하고 있다.
우리 정부에서도 농림부의 주관 하에, 2001년 연구비를 지원하여, 전북대학교에 희토연구소를 설립하였으며, 식물과 동물분야에 연구를 시작하여, 2004년 8월에 1차 완료하여, 특허로 등록되고, 현재 식물 비료에 대한 부분은 기업체에 이전되어 희토다조아라는 상표로 국내에 공급하고 있으며, 농림부 산하 연구지원 기관인 농림기술관리센터에서 2004년에는 지난 10년간의 농업분야 연구과제 평가 결과 5대 우수농업자재로서 선정하였다. 여기에서 언급되는 데이터는 그 연구 결과와 보도자료를 활용하고 있다. 그간 많은 연구와 노력으로 희토 제품은 농진청 비료공정에 2006년 일반비료 중 “질산희토비료”로 인정하였고, 2007년에는 친환경유기농자재로 등록되어 일반재배 뿐 아니라 유기농재배에도 부담 없이 적용할 수 있게 되었다. 희토비료는 4종 복합 비료가 아니라 1종 비료로서, 기능상 식물생장 조절제의 역할을 하는 것이 특징이다. 비록 국내에는 희토의 매장량이 없는 실정이지만, 농업적용 분야에서의 앞선 연구와 투자로 세계의 농업 부분의 적용 권리는 중국포두에 생산설비를 투자한 우리가 갖고 있으며, 원료를 수입 가공하여 해외에 수출을 하고 있다. (1) 시금치, 상치에서 희토의 처리로 질산염을 23%, 20%, 상치, 사과, 배에 희토 처리로 침투이행성 농약인 코니도, 고독성 살충제 더스반을 33%, 38%, 21% 감소시켜준다. (2) 유기농업에서 병충해의 관리는 쉽지 않은 데, 수도 유기농 재배 방법 중 오리농법에 추가로 희토 를 적용해 본 결과, 문고병의 발생을 현격히 줄어들었으며. 아울러 더 좋은 미질의 쌀을 얻을 수 있어 한층 더 높은 가격으로 판매가 이어집니다. 희토는 친환경농자재로서 오리농법, 우렁이농법 등의 유기농법이나, 저농약 재배 및 관행의 일 반 농법에도 그대로 적용할 수 있는 손쉬운 물질입니다. (3) 모든 작물에서 그렇듯이, 사과에서도 질소질 비료가 과할 경우 착색 및 육질의 저하에 결정적인 작용을 합니다. 희토 처리구에서는 같은 조건하에서도 착색도가 높아지며, 당도도 대비구에 비해 2.5도 이상 증가되었습니다.
(4) 토마토에 적용해 보면, 절간이 짧으면서도, 뿌리의 생장이 확연히 차이가 난다. 당도의 증가는 물론 토마토에 많이 함유된 비타민C의 함량을 49%나 증가시키고, 토마토의 생육에서 칼슘의 부 족으로 나타나는 배꼽섞음병의 발생은 68% 이상 감소시킵니다. (5) 고추에서도 비타민C의 함량 증가와 수확량을 증가시켜 주고, 토마토와 마찬가지로 칼슘의 부족 현상으로 나타나는 고추끝썩음병의 발생이 줄어듭니다. 이처럼 희토는 식물 체내에서 칼슘의 역할과 밀접한 관계를 나타내는 데, 학계에서는 희토를 일명 "수퍼칼슘"이라 합니다. (6) 희토를 처리한 무를 잘라, 상온에 7일 동안 놓아두어도 변함이 없는 데, 처리하지 않은 일반 무 는 검게 변합니다. 이처럼 희토를 처리한 농산물은 그 저장성이 높아집니다.
(7) 취나물(주요 잔류농약 검사 대상 작물)에 적용해보면 6,7월에 수확하는 취나물은 월동 이후 3 월경에 첫 수확하는 시기의 것에 비해, 취나물 고유의 향이 떨어지는 데, 희토를 한 달에 한번 씩 처리한 이후 수확한 취나물에서는 3월에 수확한 것과 거의 같은 향기가 납니다.
(8) 화훼에 처리하면 꽃 고유의 색이 선명해 지고, 절화의 수명이 길어집니다. (9) 지속 기간이 20일 정도로 자주 사용 않아도 되며, 조생종 과수, 수박, 메론, 수도 등 한번 수확 작물은 3회, 만생종 과수의 경우 전 생육기에 4회, 참외, 오이, 토마토, 고추 등 연속 수확작물 은 1개월 주기로 사용함으로 적용하면 되는 데, 일반 농법의 경우 농약 사용 시 혼용하여 사용 하면 작업이 간단하다. (10) 권장 정량을 사용할 경우 생육의 촉진이 이루어지며, 농도를 높이거나 사용주기를 당기면 오히 려 생육 억제 효과를 나타내는 성질로 인해 출하 조절용으로도 사용되어진다. (처음으로 이동)
또한 다량의 농약 사용으로 인해 물이 크게 오염되고 있는데, 특히 수도용으로 상용되고 있는 6,619톤의 농약이 문제시되고 있으며, 농약으로 인한 수질오염이 더욱 우려가 되고 있는 실정입니다.
다행스러운 것은 본 연구소에서 약 10년간에 걸쳐 실시한 실험결과에 의하면, 희토 시용은 작물의 질소 이용율을 높이고, 식물체 내 질산염 수준을 23~46% 감소시킴으로서, 질소질 비료의 사용량을 대폭 줄임으로, 결과적으로 수질오염을 경감시킬 수 있을 것으로 사료됩니다. 농약에 있어서도 상치와 배추에 희토를 사용함으로서, 코니도(imidacloprid)의 함량을 각각 32.4%와 52.7%를 감소시킬 수 있다는 결론을 얻었습니다. 친환경 청정 농산물 생산은 앞으로 우리 농업이 지향하는 방향이며, 모든 국민이 소원하는 바이다. 이를 위해 정부에서는 막대한 자금을 투자하고 있으며, 대학이나 연구소뿐만 아니라 농민이나 농민단체에서도 친환경 자연 농산물 생산을 위하여 꾸준히 연구 노력하고 있다.
희토는 기능성 천연 신소재로 작물의 광합성을 촉진하여 지상부 생육을 돕고, 뿌리 생육을 왕성하게 하는 생리활성물질로 알려져 있으며, 농산물의 품질을 향상시키고 내병성 및 내환경성을 증진시키는 있는 것으로 보고 되고 있다.
특히 희토는 모든 인류의 초관심사인 인체 건강과 밀접한 관계가 있는 농약 잔류량과 질산염 강하 효과가 있는 것으로 보고 되고 있는데, 중국 내몽고 희토연구원의 실험결과에 의하면 7.0~40.3%의 질산염 감소효과가 있다고 하였으며, 중국 호남성 농업과학원에서는 희토를 사용함으로서 벼에서는 20.95%, 고추는 22.9%의 농약 잔류량 강하효과가 있었다고 발표된 바 있다. 질산태 질소는 식물의 정상적인 대사작용과 생장에 절대적으로 필요한 양분중의 하나이지만 질소질 비료를 다량 시용하여 식물체가 질소성분을 많이 흡수할 경우 질산환원 효소의 활력 감소와 광합성 능력의 저하로 식물체 내에 높은 수준의 질산염이 축적된다. 습한 조건 하에서는 질산염 축적이 많지 않지만(Hanway 및 Englehorn, 1958 ; Wright 및 Divison, 1964) 일시적인 건조는 식물체의 대사율 저하로 질산염 축적이 증가된다(Case, 1957). 또한 토양 중 유효태 미량원소의 부족이나 그늘 (Crawford 등, 1961), 일조시간 부족, 과다한 퇴비사용, 낮은 기온, 그리고 제초제인 2,4-D 같은 화학물질 등에 의해 식물체내 질산염이 다량 축적된다고 한다(中村 등, 1971; Uesaka 및 Akira, 1964).
사람이 질산염을 다량 섭취하면 위에서 아질산염으로 환원이 되어, 혈액 중 헤모그로빈과 결합하여 methemoglobin을 형성하여, 혈액의 산소 운반능력이 저하되고, 유아에게는 청색증을 야기시킨다. 또한 질산염은 타액 중 S. epidermides 등의 세균에 의해 아질산염으로 환원되고, 이 아질산염은 식품 중에 들어 있는 아민류와 반응하여 N-nitrosamine이라는 강력한 발암성 물질이 생성된다고 보고 되어 있다. 질산염의 과다 섭취는 암과 돌연변이, 태아 기형, 갑상선 비대증을 일으킨다는 보고도 있다. 질산염의 가장 큰 섭취원은 채소이다. 그런데 불행하게도 우리나라 국민의 채소 섭취량은 세계 1위이며, 따라서 질산염 섭취량도 FAO/WHO의 일일섭취허용량(ADI)의 1.8~3.4배나 초과한 390~742mg이며, 서양인들의 일일질산염 섭취량 50~100mg과도 엄청난 차이가 있다. 채소중의 질산염 함량은 재배시에 살포되는 비료의 종류, 살포량, 살포시기에 영향을 많이 받으며, 특히 질소 시용량과 채소 내 질산염 축적량과는 밀접한 연관이 있기 때문에 채소에 대한 질소질비료 시비수준에 따른 식물체내 질산염 축적과, 잔류농약에 대한 저하, 그리고 농작물의 품질 향상에 천연 신소제로 알려진 희토를 농작물에 사용함으로써 안전식품 생산에 의한 농가소득 향상은 물론 국민 건강 증진에 기여할
수 있으리라고 믿는다.
환경의 중요성과 식품 안정성에 대한 소비자들의 관심이 높아지면서 1990년대부터 환경을 보호하면서 양질의 건강 농산물을 생산하자는 지속농업, 환경농업이 확대되기 시작하였다. 그러나 환경농업의 단점으로는 첫째, 농산물 생산량의 저하가 우려되기 때문에 환경농업이 확대될 경우 식량난 해결에 어려움이 있다. 둘째, 화학비료를 사용하지 않고, 유기질비료나 특수 천연비료를 자가생산하여 사용하기 때문에 작물이 필요로 하는 영양분을 균형 있게 공급하기가 어렵다. 셋째, 병충해가 발생하였을 경우 미생물 배양물이나 천연물질을 자체 개발하여 사용하고는 있으나 농약에 비해서는 효과가 많이 떨어지기 때문에 병충해 방제에 어려움이 많다는 점이다. 환경농업에서 야기되는 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 농자재 중의 하나가 신소재 천연광물질로 제조된 희토비료다.
15개 원소와 성질이 유사한 2개 원소 등 17개의 광물원소(La, Ce, Pr, Nd, Sm, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y,)로 구성되어 있고, 인공합성물인“Pm"을 제외하고는 모두 자연계에 존재하는 원소들이다. 국제적으로는 RE(Rare Earth )로 표기하고 있다. 토양속의 일반 함량은 0.015~0.025％ 정도인 것으로 알려져 있으며, 우리가 생각하는 희토는 황토나 백토 등과 같은 흙의 종류가 아닌 일반 금속 성분의 금속원소이다.
중국은 세계 최대의‘Rare Earth’원소 자원 매장 국가로 약 3,600만 톤 이상인 것으로 밝혀졌다. 현재 중국은 전세계의‘Rare Earth’의 80%를 생산하고 있으며, 21세기의 매우 중요한 지하자원으로 첨단산업에 이용 되고 있다. 희토류 원소는 강한 환원력이 있으며, 활성산소를 제거하여 질병을 예방치료하고, 노화를 방지하는 기능이 있다. ② 발색작용 흡수된 희토 성분은 뿌리 끝이나 지상부 생장점으로 이동하여, 70% 이상은 단백질과 결합하고(생장조절물질, 각종 효소의 생성과 활력 증강 및 작물 생육에 관여함), 20% 내외는 색소(엽록소 4.6%, 크산토필;엽황소 4.1%, 카로틴 10.7%)와 결합하여 엽록소와 단백질 합성에 관여한다. 희토는 엽록소 생성을 증가시켜 광합성을 촉진하며, 과채류와 과일의 색깔을 선명하게 한다. ③ 양분흡수 조절기능작용 희토원소는 필수 다량원소인 N, P 및 K의 흡수를 돕고, 과잉흡수를 조절하여 작물에 양분균형을 이루게 하는 기능을 가지고 있다. 희토원소의 보상작용을 통하여 Ca 및 Mg과 같은 양분의 결핍에 의한 생장장애와 비정상적인 대사작용을 방지하고, 세포막과 세포벽을 강화한다. 또한 작물 생육에 필수미량원소인 Zn(tryptophan 협성에 촉매역할, 물질대사 에너지대사 강화), Mn(엽록소 합성 촉진, 호흡작용과 관련), Cu(효소의 조성 성분), Fe 및 Mo(두과식물의 질소고정에 중요) 등의 흡수를 촉진한다. ④ 촉매작용 희토류 원소는 광합성, 물질대사 및 에너지대사에 촉매역할을 하여 작물의 건강과 생장을 원활하게 한다. 희토는 식물 내분비 호르몬인 GA3나 IAA의 합성이나 활성을 촉매한다. ⑤ 생화학적인 작용 희토는 효소나 생장조절물질 등과 작용하여 유기체에 중요한 영향을 미친다. Ca2+, Fe2+, Mg2+ 뿐만 아니라 미량금속원소가 없으면 많은 효소들은 활력을 잃는다. 이러한 원소들은 금속이온들과 특별한 결합체를 형성하여 조직의 활력을 유지하는데, 희토는 이러한 이온들과 경합하고 조합하여 희토의 생화학적 효과를 나타낸다. 희토는 질소고정효소, nitratereductase, peroxidas, esterase 및 isoenzymes에 영향을 미쳐 물질대사, 에너지대사, 내병성 증가에 관여한다. 또한 희토류 원소는 가수분해에 의해 DNA나 RNA의 합성에도 영향을 미친다. 희토는 식물체 조직 내 IAA, GA 및 CTK 함량을 크게 증가시키고, 이들의 비율을 조절하는 기능을 가지고 있다. 그리고 뿌리, 잎 기타 기관의 세포분열과 생장을 증진시키고 스트레스에 대한 방어기작과 손상된 조직의 회복과 재생에 관여한다. 그러나 분자수준의 식물호르몬 조절에 대한 희토의 기작에 대해서는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. ⑥ 광합성 촉진작용 희토류 원소는 protochlorophyl을 chlorophyl로 전환하는데, 촉매역할을 함으로서 엽록소 함량을 증가시킨다. RE-chlorophyl 복합체를 형성하여 단파장의 광흡수 능력을 증가시킨다. 엽록소가 고에너지의 photon을 붙잡아 흡수, 이용케하여 광화학반응을 촉진한다. 희토는 엽록소 막에 있는 Mg2+-ATP 효소와 Ca2+-ATP 효소 활력을 증가시키며, Hill반응 및 RuBPcase의 활력을 증진시킨다.
⑦ 질병억제 기능 작용 희토류 원소의 병원균의 생장억제 원인은 아직 정확하게 밣혀지지 않았으나 희토는 작물체체에서 protease, cellulase, pectinase를 활성화하여 Erwinia chrysanthemi, Xanthomonas oryzae, Pseudomonas colanacearum, Clavibacter michiganense 등의 생장을 억제하고, fungi의 생장도 억제하며, 토양중의 박테리아, 곰팡이, 방사선균에도 강한 독성을 나타낸다고 한다. 희토비료의 사용으로 작물체내에 면역단백질 생성이 증가하여 작물의 내병성이 향상된다. 희토에 의해 peroxidas(14.6% 증가)의 활력과 hydroxybenzene(19.7% 증가)이 증가하여 내병성이 향상되었다는 보고가 있다. Hydroxybenzene은 phytoalexin을 생성하여 병원균을 효과적으로 방어하는 물질이다. ⑧ 외부 환경 stress에 대한 방어 기능 작용 (고온, 건조, 가뭄, 중금속, 농약, 자외선 등) 기상이변으로 인한 이상 고온이나 저온, 가뭄현상이 일어나거나, 중금속이나 농약, 자외선에 과다하게 노출되었을 때 작물 체내에서는 ROS(Reactive Oxygen Species, 활성산소종)가 발생하여 ROS가 세포를 공격하여 세포막의 투과성, 세포의 전기화학적 평형의 불균형, 대사장해, 독성현상 등이 나타나 작물에 큰 피해를 준다. 희토는 직접적으로 과잉의 active free radicals 형성을 막고, 효소활성을 증가시켜 ROS에 대한 방어체계를 형성하여 각종 스트레스를 완화시킨다. 외부 스트레스에 대한 저항성을 높이는데 매우 중요한 역할을 하는 식물 뿌리 내 dehydrogenase, polyphenol oxidase, lactic dehydrogenase, amylase, nitrogenase, nitrate reductase, DNase 및 RNase 의 활력이 희토에 의해 증강된다. 그리고 희토는 식물체의 SOD(superoxide dismutase), CAT(catalase), POD(peroxidase)와 PPO(polyphenoloxidase) 등의 효소활력을 증강하며, 가용성 당, 단백질 및 아미노산 합성을 촉진하여 chelation 함으로서 독성을 야기하는 물질을 감소시키며, 식물체내 중금속 축적을 막는다. 중금속이나 오존, 자외선 등의 스트레스 하에서는 눈에 띄는 피해가 나타나기 전 광합성에 먼저 피해가 나타난다. 엽록체 막의 손상, Mg 해리 및 엽록소가 파괴되어 광화학작용에서 광전자 전환율의 감소와 각종 효소의 활력이 감소된다. 그러나 희토는 protochlorophyll을 chlorophyll로 전환하는데 촉매역할을 함으로서 엽록소 함량을 증가시킴으로서 광합성 능력을 회복시킨다. RE3+ + O- + 2H+ ---> RE4+ + 2H2O RE4+ + O2- ---> RE3+ + O2 와 같은 세포내 화학작용으로 희토가 직접적으로 활성산소(O2-)를 제거한다.
① 발아촉진 기능 희토비료를 종자에 피복하거나 반종 또는 침종할 경우 종자의 발아속도가 빨라지고 발아 소요 일수가 단축되며, 총 발아율이 높아진다. 사용농도는 작물의 종류와 발아온도에 따라 다르며, 일반적으로 저농도에서는 발아촉진작용이 있으나, 고농도에서는 억제작용이 있다. 출현율과 유식물 활력도 향상된다.
② 뿌리발달 기능 식물에 있어서 뿌리는 매우 중요한 역할을 하며, 식물의 미래를 결정짓는다. 희토비료를 엽면살포하면 잎에서 흡수되어 잎>줄기>뿌리>꽃>종자 순으로 많이 분포하지만, 토양에 시비를 하면 뿌리를 통하여 흡수된 희토는 뿌리>잎>줄기>꽃>종자 순으로 분포된다. 희토비료를 시용하면 뿌리부분의 희토는 생장점으로 이동되어 tryptophan (IAA의 전구물질)함량이 증가되고(7~24%), IAA함량이 증가되어(12.4~36.8%) 뿌리의 세포분열과 신장이 촉진된다. 희토비료를 사용하면 작물의 뿌리활력이 크게 증가하여 뿌리의 수, 길이, 부피, 무게가 모두 증가한다. 뿌리의 양분흡수 능력이 증가하면서 과다한 양분은 흡수를 억제하여 양분을 균형 있게 흡수케 하고 도장을 방지한다. 또한 두과작물에 희토비료를 사용하면 뿌리 근류 생성을 촉진하고, 근류균의 질소고정능력을 증가시키는 효과가 있다.
③ 지상부 영양생장 기능 희토비료는 질산환원효소의 활성을 증가시켜 무기질소를 유기질소 화합물인 아미노산과 단백질로 전환시킴으로서 영양생장을 촉진하기 때문에 작물의 생육을 3~10일 정도 앞당기며, 출엽 속도와 분얼을 촉진하는 효과가 있다. 잎이 두꺼워지고, 엽면적과 엽면적 지수가 증가하며, 절간이 짧아지면서 굵어지기 때문에 도복에 강해진다. 엽록소 함량이 증가하고 광합성 능력이 향상되어 영양기관을 주로 수확하는 담배, 사료작물, 채소류 등의 수량이 크게 증가한다. 그러나 저농도의 희토비료는 영양생장을 촉진하지만 고농도 처리는 영양생장을 억제한다.
④ 생식생장 및 수량증수 기능 흡수된 희토는 생식생장기에는 결실기관으로 이동하여 개화시기를 3~7일 정도 단축시키고, 균일하게 꽃이 피게 하며, 결실율을 높인다. 낙과방지에 효과가 크며, 열매의 무게가 증가하고, 품질과 외관을 향상시켜 상품성이 높아진다. 희토비료는 뿌리를 튼튼하게 하고 생식생장의 기초인 영양생장을 양호하게 하기 때문에 생식기관을 주로 수확하는 곡실류, 과채류 과일류의 열매 조직을 단단하게 하고 항산화작용으로 저장성이 향상되며, 수량과 품질이 크게 향상된다.
⑤ 내병성 기능 희토는 강력한 세균 발육 저지력과 항 바이러스력을 지니고 있어 작물에 시비할 경우 엽고병, 엽반병, 녹병, 잎마름병, 얼룩무늬병, 노균병, 탄저병 등에 대한 방제효과가 있다는 보고가 많다. 또한 희토비료는 칼리흡수를 촉진하여 각종 효소가 활성화되고, 대사작용이 활발하여 작물이 건강하게 되고 저항력이 강해지며, 페놀류 함량이 증가하여 세균을 억제하고 병원균의 침입과 확산을 방지한다.
⑥ 좋지 않은 환경(추위, 더위 및 건조 등)에 대한 저항력 증가 기능 식물은 좋지 못한 환경에 처하게 되면, 활성산소(free radical, O2-, -OH)가 발생한다. 과잉 생산된 활성산소는 세포벽이나 DNA 등을 파괴하거나 변형시켜 제 기능을 못하게 한다. 또한 여러 가지 아미노산이나 핵산을 손상시켜 생리적 기능을 저하시키고 질병과 노화를 촉진한다. 그러나 희토비료는 이러한 활성산소를 직접 제거하여 질병과 노화를 방지한다. 희토비료 시용으로 작물의 전해질 삼출량이 크게 감소하고, 엽중 당과 proline 함량이 증가하며, K흡수가 촉진되어, 추위에 대한 내성을 크게 증가시킨다. Proline, 당분 및 K는 원형질의 성질과 대사작용을 안정시키고, 저온에서 단백질 변성을 방지하며, 자유수(free water) 함량을 감소시키고, 결합수(bound water) 함량을 증가시켜 원형질의 점성을 증가시킴으로서 추위에 대한 내성을 강하게 한다. 또한 희토비료는 엽중 proline 함량을 증가시키고 전기전도율을 감소시켜 세포 내 수분을 유지시키고 세포막 구조를 안정시킴으로서 가뭄에 강하게 한다.
⑦ 노화 방지 기능 희토비료를 사용하면 희토류 원소의 강한 환원작용으로 활성산소를 제거한다. 또한 식물체 내에 항산화 효소의 활성과 페놀류 함량이 크게 증가하여 질병을 예방하고, 식물체를 건강하게 하여 노화를 방지한다. 따라서 화훼류는 화기가 길어지고, 연속 수확작물은 생산기간이 연장되어 생산량이 증가하는 효과가 있으며, 과일나무는 다음 해 신초의 활력이 크게 증가한다.
⑧ 질산염과 농약잔류량 저감 기능 식물체는 물질대사 중 탄수화물 대사와 질소 대사가 특히 중요한데, 희토는 이러한 대사작용에 중요한 역할을 하는 각종 효소를 활성화시킨다. 특히 질소환원효소(nitrogen reductase)의 활성화로 질소환원작용이 활발하게 이루어져 무기적 질산태질소가 유기질소화합물(단백질 등)로 전환되어 식물체 내 질산염 함량을 크게 줄인다. 농산물 내 농약잔류는 직 간접적으로 인간의 건강을 크게 해치며, 농산물의 품질을 떨어트린다. 그러나 희토비료를 11개 작물에 사용하여 측정한 결과 농약 잔류량이 0.48~98.6% 강하되어 평균 강하율이 50.8%에 이르렀다. ⑨ 농산물의 품질향상 기능 희토비료를 사용하여 수확한 농산물은 고유의 맛과 향이 진하고, 조직이 단단하여 저장성이 좋아진다. 곡류는 단백질 함량이 증가하고, 과일류는 육질이 많고, 비타민C와 당도가 높으며, 오래 저장하여도 과육의 강도가 높고 신선하며, 희토의 항산화작용으로 갈색 변화가 훨씬 적게 일어났다, 기능성 작물에는 페놀류 함량이나 요구되는 성분의 함량이 높아진다.
- 생육초기에 희토비료 사용 후 10일까지는 뿌리 생장 위주로 작용하여 지상부 생장은 약간 더디지만 이 후에는 효과가 뚜렷함. . 내병성 및 내도복성 증가, . 유효 이삭 수 증가, . 이삭당 종자 수 증가, . 천립중 및 생산량 증가, . 내병성 및 내도복성 증가. ② 두과 및 유지작물 . 단백질 함량 증가, . 지방함량 증가. ③ 채소류 . 비타민C 증가, . 내병성 증가, . 생산량 증가, . 저장성이 향상되어 신선도 유지. ④ 화훼류 . 같은 시기에 일정하게 꽃이 피고 꽃봉오리 커짐. . 개화기간 길게 함. . 향기 증가. ⑤ 과일류 . 당도 증가, 비타민C 함량 증가, . 내병성 증가, . 낙과 방지, . 과일의 착색을 고르게 선명하게 하며, 저장성이 증가하여 오랫동안 신선도 유지. ⑥ 특용작물(담배, 녹차, 인삼, 약용작물 등) . 페놀류 함량 증가, 내병성 증가, 수량 증가. (처음으로 이동) 희토비료의 사용방법에는 - 종자침종, 종자분의, 엽면시비, 토양시비 등이 있다. (1) 종자침종 - 종자 종류에 따라 침종농도와 침종시간이 크게 다르다. (2) 종자분의 - 증량제에 100~500ppm의 희토를 종자와 같이 섞어 파종한다. (3) 엽면시비 - 700~1,300ppm의 희토비료를 3~4회 엽면 살포함 (4) 토양시비 - 1,000ppm의 희토비료를 토양에 직접 뿌리거나 유기질비료와 혼합 하여 사용함. ② 재배환경에 따른 사용량과 작물별 사용 시기 - 엽면적이 큰 작물이나 과수에는 사용량을 증가한다. - 일반적으로 토양 비옥도(특히 질소질)가 높은 토양에는 희토비료 사용량을 많게 하고, 척박하거나 사질 토양에는 적게 한다. - 알카리성 토양에서는 토양 중 희토가 작물에 흡수이용이 어렵기 때문에 희토시용 효과가 산성토양에 비해 지중 이용도가 떨어지나 엽면시비에서 효과가 높다. - 光量과 온도가 낮은 고냉 산간지에서는 평야지보다 시용효과가 높다. - 한냉한 기후에서는 시용농도를 높여야 하고, 더운 기후에서는 낮추어야 한다. - 채소 중에서는 백합과, 십자화과 및 박과류의 희토 요구량이 비교적 크며, 가지과 식물은 비교적 민감하다. - 콩과작물에 대한 시용효과가 비교적 현저하다. - 동일 작물 중에서는 조생종 품종은 만생종에 비해 사용량을 줄이며, - 영양생장기에 희토에 대한 반응이 민감하기 때문에 사용량을 줄이고, 생식생장기에는 수요량이 많으므로 적당히 증가시킨다. - 작물별 사용시기 및 사용량은 적은 양으로 효과가 좋은 엽면시비를 기준 으로 제시한다. (1) 벼 1차 : 이앙 7일 전(묘판) : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. 2차 : 분얼기(이앙 후 20~30일) : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. 3차 : 수잉기(배동기) : 희토비료 100g을 물 7-10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. (2) 채소, 과채류 1차 : 정식 7일 전(묘판) : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. 2차 : 정식 후 20~25일 : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. 3차 : 2차 살포 후 20~25일 : 희토비료 100g을 물 7-10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. * 연속 수확작물(참외, 고추, 오이, 토마토 등)은 3차 살포 후 20~30일 간격으로 추가 살포할 것.
(3) 과수류 1차 : 개화전 : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함. 2차 : 적과 후(장마전) : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이충분히 젖도록 살포함. 3차 : 장마 후 : 희토비료 100g을 물 10말에 잘 녹여서 잎이 충분히 젖도록 살포함 4차(만생종) : 수확 1개월 전 : 희토비료 100g을 물 7-10말에 잘 녹여 서 잎이 충분히 젖도록 살포함. ③ 사용시 주의사항 1) 희토비료는 알카리성(OH-)을 만나면 물에 용해되지 않는 수산화희토 {RE(OH3)}를 생성하기 때문에 희토비료를 알카리성 물에 희석하거나, 알카리성 비료나 농약과 함께 사용하여서는 안 된다. 2) 쇠(금속)로 된 용기는 부식되기 쉬우므로 사용하지 않는다. 3) 햇빛이 강한 한 낮이나 고온 건조한 기온에는 사용을 자제하고, 4) 오후나 흐린 날에 사용하는 것이 좋다. 5) 24시간 내에 비가 오지 말아야 하며, 6) 만일 비가 내리면 비가 그친 후 적당량을 보충하여 준다. 7) 모심기나 옮겨심기 직후에 사용하면 생장이 억제된다. 8) 개화 최성기에는 사용을 피한다. 9) 온도가 높은 시설 하우스재배나 여름 고온기에는 사용 농도를 낮춘다. (처음으로 이동)
(1997년 전북 정읍시농업기술쎈터)
2. 농약잔류량 시험 결과 (1997년 중국 농업과학기술연구원)
3. 도복성에 미치는 영향 (2002년 전북대학교 시험결과)
(2003년 전북대학교 시험결과)
2. 농약잔류량 효과 실험 (2000년 전북대학교시험결과)
3. 시금치와 상치의 엽록소에 미치는 영향 (2000년 전북대학교 시험)
- 시금치는 엽록소 함량이 13.3% 증가되었으며, 상치는 2.6% 증가되었다. 4. 시금치와 상치의 잎두께와 생체중에 미치는 영향 (전북대학교 시험결과)
10a당 수량은 시금치는 대조구에 비해 19.3% 증가 되었으며 , 잎 두께도 두꺼워졌고, 상치는 약 11%의 증수 효과가 있었다.
시금치와 상치 공히 조단백질, 조지방, 조섬유 함량은 약간 감소된 반면, 조회분과 무기물 함량은 증가되었다. 6. 세포구성 물질에 미치는 영향 (2000년 전북대학교시험결과)
7. 콩, 공심채 수량, 비타민, 농약 잔류량 (1997년 중국 농업과학기술연구원)
2. 사과 잎의 크기 잎 두께에 미치는 영향 (2000년 전북대학교 시험결과)
3. 사과, 배 농약쟌류량 실험 (2000년 전북대학교 시험결과)
2. 방울토마토의 무게, 당도, 경도 (2004년 전북대학교 실험온실)
3. 방울토마토의 생장 특성 (2004년 전북대학교 실험실)
4. 방울토마토의 농약잔류량, 비타민 함량 (1997년 전북 정읍시 농업기술센타)
(1997년 중국 농업과학원)
5. 토마토 배꼽썩음병 (1997년 전북 정읍농업기술센타)
6. 토마토에 대한 시용 효과 (Tailand)
감귤의 수량 및 농약 잔류량 (1996년 중국 농업과학기술연구원)
수박의 수량 및 농약 잔류량 (1997년 중국 농업과학기술연구원)
참외의 수량 및 농약 잔류량 (1997년 중국 농업과학기술연구원)
포도의 수량 및 농약 잔류량 (1997년 중국농업과학기술연구원)
고추 (1997년 전북 정읍농업기술센타, 중국 농업과학원 공동 실험)
(처음으로 이동)
2. 차잎의 패놀 함량과 아미노산 함량
복분자 (2003년 전북 고창복분자연구소)
토양분석 사항 실험전과 실험후의 토양분석 사항 (2003년 전북대학교 시험결과)
실험 전 토양에 비해 실험 후 토양의 유기물, Ca, Mg, K 함량은 약간 감소하였으나 pH, 유효인산, CEC 함량은 증가하였다. 특히 유효인산과 CEC 함량 증가는 시료채취나 분석오차에 기인된 것으로 사료된다.
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친환경 농업 
희토 원소의 농업적 이용
서론 |
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