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문제 정의
- 우리나라에서는 1990년대 초부터 친환경농업이 정책 대상으로 논의되었고 1997년 환경농업육성법이 제정 되었다. 2001년부터 친환경농업육성 5개년 계획을 통해 2005년까지 화학비료와 농약을 사용량기준으로 30%까지 절감하는 것을 목표로 하고 있다. 2002년 현재 친환경농산물 생산량이 20, 534천톤으로 전체농산물 생산량의 3%를 차지하고 있으며, 이 중 유기농산물 생 산량 11.
- 따라서 본 연구는 유기농산물을 생산하기 위한 화학비료 대체비료로 활용하기 위하여 각 유기질자재를 배합하여 발효시켰을 때 그 과정에서 나타나는 무기 성분과 미생물수의 변화를 조사하여 혼합발효 유기질 비료의 발효 특성을 구명하고자 수행되었다.
제안 방법
- 혼합된 유기질비료의 총량을 500 kg으로 하였으며 수 분 함량을 40% 정도로 맞추기 위하여 물을 추가하였다. 2002년 10월 12일에 비가림 시설에서 유기질비료를 혼합하였으며 초기 한 달간은 10일에 한 번 뒤집기를 하였고 그 후 20일마다 한 번씩 3회 뒤집기를 실시하였다. 유기질비료 제조에 사용된 유기질 재료의 특성은 Table 1과 같다.
- 냉장 보관된 미건조 시료 10 g을 멸균수 90 mL에 취하여 왕복진탕기에서 200 rpm으 로 10분간 진탕하여 1CK-108 배가 되도록 희석액을 만들고 이를 미생물수 측정에 사용하였다. 각 시료당 미생물수는 3개의 petri dish에 나타난 colony를 각각 계수한 후 평균값을 내어 건물중에 대한 미생물의 수, 즉 cfu dry weight로 산출하였다. 호기성세균은 NA 배지 (Difco 213000 : bacto beef extract 3 g, bacto peptone 5 g, agar 15 g, distilled water 1000 mL.
- 8)를 사용하여 28℃에서 10일간 배양하여 계수하였다. 균류는 Rose bengal 배지 (Difco 218312 : soy peptone 5.0 g, dextrose 10.0 g, monopotassium phosphate 1.0 g. magnesium sulfate 0.5 g, rose bengal 0.05 g. agar 15.0 g, distilled water 1000 mL, pH 6.8)를 사용하여 25℃ 에서 5일간 배양 후 효모와 사상균을 구별하여 계수하였다. Trichoderma sp.
- 이화학적 특성 분석시료는 혼합직후와 교반시 발효 10일, 20일, 30일, 50일, 70일 후에 약 300 g을 채 취 하였고. 그 중 50 ge 105℃에서 24시간 건조하여 수분함량을 조사하였으며 유기물 함량은 회화로에 600 'C 로 2시간동안 회화하여 측정하였다. 건조된 시료는 토양식물체 분석법에 준하여 무기성분 함량을 분석하였다 (NIAST, 2000).
- 총질소는 Kjeldahl법, 인은 Vanadate법으로 분석하였으며 양이온과 미량원소는 원자흡광분광광도 계 (Smith-Hieftje 4000, Franklin, USA)로 측정하였다. 그리고 무기태 질소는 생체시료 10 g을 2 M KC1 50 mL로 침출한 다음 침출액에 MgO 0.2-0.3 g을 첨가 후 증류하여 암모니아태 질소 를 분석하였고 암모니아태 질소를 추출한 후 Devarda's alloy를 가하여 질산태 질소를 분석하였다. 탄질비는 Nam et al.
- Trichoderma sp.는 Czapec-Dox agar (glucose 20 g. ammonium sulfate2.8 g, sodium nitrate 1.0 g. dipotassium phosphate 1.0 g, magnesium sulfate 0.5 g. potassium chloride 0.5 g, ferric sulfate 0.01 g, oxgall 5 g, chloramphenicol 1.0 g, rose bengal 0.15 g. agar 20 g. distilled water 1000 mL. pH 6.8)를 사용하여 균류배양법과 같은 방법으로 배양하여 조사하였다. 그리고 Bacillus sp.
- (Simamoto, 2000a: Lee and Yoon, 2000). 따라서 본 연구에서도 초기 수분함량을 40% 수준으로 맞추었다. 혼합직후 수분함량은 36.
- 쌀겨 25%, 골 분 5%로 하였고 일라이트, 패화석 및 황토는 각각 10%씩 첨가하였다. 몇 가지 배합비율을 달리하여 제조하였으나 처리간 발효과정 중의 특성 변화가 비슷하여 대표적인 처리만을 연구결과에서 평가하였다. 혼합된 유기질비료의 총량을 500 kg으로 하였으며 수 분 함량을 40% 정도로 맞추기 위하여 물을 추가하였다.
- 어분 19%, 혈분 1%. 쌀겨 25%, 골 분 5%로 하였고 일라이트, 패화석 및 황토는 각각 10%씩 첨가하였다. 몇 가지 배합비율을 달리하여 제조하였으나 처리간 발효과정 중의 특성 변화가 비슷하여 대표적인 처리만을 연구결과에서 평가하였다.
- 이화학적 특성 분석시료는 혼합직후와 교반시 발효 10일, 20일, 30일, 50일, 70일 후에 약 300 g을 채 취 하였고. 그 중 50 ge 105℃에서 24시간 건조하여 수분함량을 조사하였으며 유기물 함량은 회화로에 600 'C 로 2시간동안 회화하여 측정하였다.
- 유기재배를 위한 화학비료 대체 혼합발효 유기질비료를 개발하기 위하여 깻묵, 어박, 쌀겨, 골분 등의 유 기질 자재와 일라이트. 패화석 등을 배합하여 제조하였으며 70일간의 제조과정 중 이화학적 특성 및 미생물 밀도 변화를 조사하였다. 유기질비료의 주요 성분인 깻묵과 쌀겨는 각각 7.
- 몇 가지 배합비율을 달리하여 제조하였으나 처리간 발효과정 중의 특성 변화가 비슷하여 대표적인 처리만을 연구결과에서 평가하였다. 혼합된 유기질비료의 총량을 500 kg으로 하였으며 수 분 함량을 40% 정도로 맞추기 위하여 물을 추가하였다. 2002년 10월 12일에 비가림 시설에서 유기질비료를 혼합하였으며 초기 한 달간은 10일에 한 번 뒤집기를 하였고 그 후 20일마다 한 번씩 3회 뒤집기를 실시하였다.
대상 데이터
- 시험재료의 제조방법 참깻묵, 어분과 혈분은 질소원으로 쌀겨와 골분은 인산원으로 사용하였고 일라이트. 패 화석 및 황토는 미량요소와 토양개량 효과를 증진시키기 위하여 첨가되었다.
- 각 시료당 미생물수는 3개의 petri dish에 나타난 colony를 각각 계수한 후 평균값을 내어 건물중에 대한 미생물의 수, 즉 cfu dry weight로 산출하였다. 호기성세균은 NA 배지 (Difco 213000 : bacto beef extract 3 g, bacto peptone 5 g, agar 15 g, distilled water 1000 mL. pH 6.8)를 사용하였다. Pseudomonas sp.
이론/모형
- 그 중 50 ge 105℃에서 24시간 건조하여 수분함량을 조사하였으며 유기물 함량은 회화로에 600 'C 로 2시간동안 회화하여 측정하였다. 건조된 시료는 토양식물체 분석법에 준하여 무기성분 함량을 분석하였다 (NIAST, 2000). 총질소는 Kjeldahl법, 인은 Vanadate법으로 분석하였으며 양이온과 미량원소는 원자흡광분광광도 계 (Smith-Hieftje 4000, Franklin, USA)로 측정하였다.
- 미생물밀도 혼합발효 유기질비료의 제조과정 중의 미생물 밀도변화는 희석평판법에 준하여 측정하였 다 (NIAST, 2000). 냉장 보관된 미건조 시료 10 g을 멸균수 90 mL에 취하여 왕복진탕기에서 200 rpm으 로 10분간 진탕하여 1CK-108 배가 되도록 희석액을 만들고 이를 미생물수 측정에 사용하였다.
- 건조된 시료는 토양식물체 분석법에 준하여 무기성분 함량을 분석하였다 (NIAST, 2000). 총질소는 Kjeldahl법, 인은 Vanadate법으로 분석하였으며 양이온과 미량원소는 원자흡광분광광도 계 (Smith-Hieftje 4000, Franklin, USA)로 측정하였다. 그리고 무기태 질소는 생체시료 10 g을 2 M KC1 50 mL로 침출한 다음 침출액에 MgO 0.
- 3 g을 첨가 후 증류하여 암모니아태 질소 를 분석하였고 암모니아태 질소를 추출한 후 Devarda's alloy를 가하여 질산태 질소를 분석하였다. 탄질비는 Nam et al. (1998)의 환산식 TOC =1.995+ 0.484 XOM으로부터 총탄소를 산출하여 총탄소에 대한 총질소의 비로 계산하였다.
성능/효과
- 유기질비료의 온도는 혼합 2일후 50℃ 이상으로 상승하였으며 발효 40일 경과 후 상온과 비슷한 온도로 내려갔다. 발효 초기 수분 함량은 36.3%였으며 1개월 후 16.0%로 감소하였고 그 후 변화가 거의 없었다. 발효 초기에 유기물 함량에 비해 질소의 손실이 커서 탄질비가 증가하였다가 발효 10일 경과 후 서서히 감소하였다.
- 0%로 감소하였고 그 후 변화가 거의 없었다. 발효 초기에 유기물 함량에 비해 질소의 손실이 커서 탄질비가 증가하였다가 발효 10일 경과 후 서서히 감소하였다. 암모니아태 질소 함량은 혼합 시 1, 504 mg kgT이었으며 10일 후 최고 농도인 5, 530 mg kg」까지 증가하였다가 서서히 감소하였다.
- 그러나 유기질비료 제조 시에 사용되는 유기질 재료는 쌀겨를 제외하고 10이하로 대 단히 낮기 때문에 가축분뇨 퇴비제조시의 조건과 많은 차이가 있었다. 본 연구에서 초기 10일 동안 총질 소 함량이 3.5%에서 2.8%로 0.7% 감소하였으며 유기 물 함량은 혼합 20일에서 50일 사이에 많이 감소하였 다 (Table 3). Baker et al.
- 발효 초기에 유기물 함량에 비해 질소의 손실이 커서 탄질비가 증가하였다가 발효 10일 경과 후 서서히 감소하였다. 암모니아태 질소 함량은 혼합 시 1, 504 mg kgT이었으며 10일 후 최고 농도인 5, 530 mg kg」까지 증가하였다가 서서히 감소하였다. 그 반면에 질산태 질소 함량은 발효 전 기간 동안 저농도로 유지되었는데 이러한 경향은 높은 pH와 관련이 있다고 판단되었다.
- 암모니아태 질소 함량은 혼합 직후 1, 504 mg kg에서 10일 후에 5, 530 mg kb으로 급격히 증가하였다 가 그 후 서서히 감소하여 3, 346 mg kb로 안정화되었다. 그러나 질산태 질소는 초기 65 mg kg"에서 30 일까지 154 mg kb로 약간 증가하였다가 감소하여 암모니아태 질소로부터 질산화 작용이 거의 일어나지 않았다 (Fig.
- 그 반면에 질산태 질소 함량은 발효 전 기간 동안 저농도로 유지되었는데 이러한 경향은 높은 pH와 관련이 있다고 판단되었다. 약 2개월간의 발효 후 유기질비료의 질소, 인산, 칼리 및 유기물 함량은 각각 2.7%, 2.8%, 1.8% 및35.9%이었다. 발효과정 중 유기질비료내 생존하는 호기성세균.
- Kim et al (1997)은 우분 퇴비화 초기과정에서 암모니아태 질소 농도가 1,500 mg kg" 에서 2,000 mg kgT으로 증가하고 12일부터 급격히 감소하여 500 mg kgT로 되었으며 고온성 미생물이 암모니 아산화작용에 관여 한다고 보고하였다. 유기 질 비료의 발효과정에서도 암모니아태 질소의 변화가 퇴 비화과정에서 보여지는 경향과 비슷하였으나 가축분 퇴비화과정보다 후기 암모니아태 질소 함량이 높았고 질산태 질소로 전환되는 양이 극히 미비했다. 이러한결과는 앞에서 언급했듯이 유기물 함량에 비해 질소 함량이 많았고 또한 높은 pH로 인해 암모니아태 질 소가 질산태 질소로 전환되지 못하고 유리 암모니아 가스로 휘산되었기 때문이라 생각된다.
- 온도 하락은 발효가능 유기물의 감소뿐만 아니라 급격히 감소된 수분이 저해인자로 작용했다고 생각된다. 이상의 온도 변화에서 유기물 혼합 후 약 40일간 3회 교반으로 유기질비료의 발효가 완료된다는 것을 확인할 수 있었다.
- 따라서 본 연구에서도 초기 수분함량을 40% 수준으로 맞추었다. 혼합직후 수분함량은 36.3%이었 고 고온 발효에 의해 발생되는 열에 의해 혼합 30일 후 16.0%까지 감소하였으며 그 후 거의 변화가 없었 다 (Table 2). 가축분, 하수슬러지와 톱밥.
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