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문제 정의
- 우리나라의 퇴비 제조시 주원료나 제조 방법이 외국과는 상이하므로 우리나라 실정에 맞는 퇴비의 평가 기준이 필요하며 이를 정립하기 위한 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 제조되는 퇴비의 제조 과정에서 퇴비화 단계 별로 시료를 채취하여 종자 발아와 뿌리의 생장 시험 을 통해서 퇴비의 부숙도에 따른 식물 독성(phytotoxicity)을 평가하여 보다 토양환경에 유익하고 고품질 의 퇴비생산 및 적정 시용에 관한 기초자료로 활용하고자 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 시료의 물 추출물에 대한 식물독성 (phytotoxicity)시 험에 사용된 대상 식물은 배츠(assies campestris), 상주(Zac&ca sativa), 보리 (Hardeam vulgare) 및 콩 (Glycine max) 등 4종의 식물종자를 사용하였다. 발아 시험은 시료의 물 추출물 각각 5ml를 여과지를 깐 샤 아레 각각 분주하고, 식물종자는 70% 에탄올로 1~2 분간 종피를 소독하고 멸균증류수로 세척한 후 종자의 크기를 고려하여 적정수의 종자를 정치한 후 27℃, 습도 75%의 생장상에서 수행하였다. 증류수를 처리한 대조구의 종자 발아수 및 뿌리 길이를 기준으로 하여 시료의 수용성 추출물 처리구의 종자발아율(Seed Germination)과 상대 뿌리생장율 (Root Elongation)로 나타내었으며 뿌리 길이를 함께 표시하였다.
- 분석용 시료는 Table 1과 같이 원료를 혼합하고 퇴비화를 시작한 후 각각 2, 6, 8, 12주째에 각각 채취하였으며 6(TC에서 48시간 건조하여 2 mtn체를 통과시킨 시료를 각각 SC-2, SC-6, SC-8, SC-12로 명명하고 보관하면서 실험에 사용하였다.
- 시료의 물 추출물은 슬러지퇴비 20g에 10배 부피의 증류수를 첨가하여 25℃에서 4시간 진탕(130rpm)하고 여과하여 그 여액을 수집하였으며 동일한 과정을 2회 반복 수행하였다. 수집한 여액을 여과(0.
- 시료의 물 추출물의 물리화학적 특성 분석은 표준분석법(RDA, 1996)을 약간 변형하여 다음과 같이 수행하였다. 전 질소 함량은 auto-Kjeldahl장치 (Bchi 323)를 사용하여 Kjeldahl법으로, 암모늄태 질소의 함량은 시료의 물 추출물을 10mL에 5배 부피의 2.
- 양이온(K, Ca, Mg) 및 염분(NaCl)함량은 시료를 습식분해한 후 원자흡수 분광광도법(Shimadzu AA6601F)으로 분석한 후 환산 하였다. 염류농도(EC)는 퇴비시료에 10배 부피의 증류수를 첨가하여 30분간 진탕한 후 여과하여 그 여액을 EC-meter(Mettler MC-226)로 측정하였다.
- 수분함량은 적외선수분측정기(Denver instrument IR-200)를 이용해 측정하였으며, 전 질소 함량은 auto- Kjeldahl장치 (Bchi 323)를 사용하여 Kjeldahl법으로 측정하였다. 유기물 함량은 회화법, pH는 시료에 증류수 (1:10)를 첨가하여 30분간 진탕한 후 여과하여 pH- meter(Orion 410A)로 측정하였다. 양이온(K, Ca, Mg) 및 염분(NaCl)함량은 시료를 습식분해한 후 원자흡수 분광광도법(Shimadzu AA6601F)으로 분석한 후 환산 하였다.
- 발아 시험은 시료의 물 추출물 각각 5ml를 여과지를 깐 샤 아레 각각 분주하고, 식물종자는 70% 에탄올로 1~2 분간 종피를 소독하고 멸균증류수로 세척한 후 종자의 크기를 고려하여 적정수의 종자를 정치한 후 27℃, 습도 75%의 생장상에서 수행하였다. 증류수를 처리한 대조구의 종자 발아수 및 뿌리 길이를 기준으로 하여 시료의 수용성 추출물 처리구의 종자발아율(Seed Germination)과 상대 뿌리생장율 (Root Elongation)로 나타내었으며 뿌리 길이를 함께 표시하였다. 뿌리 생육에 대한 저해 효과를 관찰하기 위해서 발아한 종자의 뿌리 길이를 평균치로 나타내었으며 발아하지 않은 종자는 뿌리생장율 계산에서 제외하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 공시재료는 Table 1과 같이 맥주슬러지 (35%)와 생선 슬러지(35%)를 주원료로 하고 톱밥(30%)을 혼합하여 로터리식 공법으로 제조되고 있는 슬러지퇴비이며 제조 과정 중 일정 기간별로 시료를 채취하였다.
- 시료의 물 추출물은 슬러지퇴비 20g에 10배 부피의 증류수를 첨가하여 25℃에서 4시간 진탕(130rpm)하고 여과하여 그 여액을 수집하였으며 동일한 과정을 2회 반복 수행하였다. 수집한 여액을 여과(0.45µm)한 후 최종 부피가 100mL가 되도록 감압 농축하여 각각 WSC-2, WSC-6, WSC-8, WSC-12이라 하고 본 실험에 사용하였다.
- 시료의 물 추출물에 대한 식물독성 (phytotoxicity)시 험에 사용된 대상 식물은 배츠(assies campestris), 상주(Zac&ca sativa), 보리 (Hardeam vulgare) 및 콩 (Glycine max) 등 4종의 식물종자를 사용하였다. 발아 시험은 시료의 물 추출물 각각 5ml를 여과지를 깐 샤 아레 각각 분주하고, 식물종자는 70% 에탄올로 1~2 분간 종피를 소독하고 멸균증류수로 세척한 후 종자의 크기를 고려하여 적정수의 종자를 정치한 후 27℃, 습도 75%의 생장상에서 수행하였다.
이론/모형
- 시료의 물리 화학성 분석은 농촌진흥청 농업과학기술원에서 고시한 비료의 품질검사 방법 및 시료채취 기준(RDA, 1996)에 준하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. 수분함량은 적외선수분측정기(Denver instrument IR-200)를 이용해 측정하였으며, 전 질소 함량은 auto- Kjeldahl장치 (Bchi 323)를 사용하여 Kjeldahl법으로 측정하였다. 유기물 함량은 회화법, pH는 시료에 증류수 (1:10)를 첨가하여 30분간 진탕한 후 여과하여 pH- meter(Orion 410A)로 측정하였다.
- 시료의 물리 화학성 분석은 농촌진흥청 농업과학기술원에서 고시한 비료의 품질검사 방법 및 시료채취 기준(RDA, 1996)에 준하여 다음과 같이 실험을 수행하였다. 수분함량은 적외선수분측정기(Denver instrument IR-200)를 이용해 측정하였으며, 전 질소 함량은 auto- Kjeldahl장치 (Bchi 323)를 사용하여 Kjeldahl법으로 측정하였다.
- 유기물 함량은 회화법, pH는 시료에 증류수 (1:10)를 첨가하여 30분간 진탕한 후 여과하여 pH- meter(Orion 410A)로 측정하였다. 양이온(K, Ca, Mg) 및 염분(NaCl)함량은 시료를 습식분해한 후 원자흡수 분광광도법(Shimadzu AA6601F)으로 분석한 후 환산 하였다. 염류농도(EC)는 퇴비시료에 10배 부피의 증류수를 첨가하여 30분간 진탕한 후 여과하여 그 여액을 EC-meter(Mettler MC-226)로 측정하였다.
- 시료의 물 추출물의 물리화학적 특성 분석은 표준분석법(RDA, 1996)을 약간 변형하여 다음과 같이 수행하였다. 전 질소 함량은 auto-Kjeldahl장치 (Bchi 323)를 사용하여 Kjeldahl법으로, 암모늄태 질소의 함량은 시료의 물 추출물을 10mL에 5배 부피의 2.0M-KC1 를 가하여 30분간 진탕한 후 증류하고 전 질소 함량 측정법과 동일한 방법으로 측정하였다. 질산태질소는 암모늄태질소를 증류하고 난 여액에 devard's alloy 02g을 신속하게 넣은 후 켈달법과 동일하게 적용하였으며 기타 특성 분석은 퇴비시료와 동일한 방법으로 수행하였다.
- 0M-KC1 를 가하여 30분간 진탕한 후 증류하고 전 질소 함량 측정법과 동일한 방법으로 측정하였다. 질산태질소는 암모늄태질소를 증류하고 난 여액에 devard's alloy 02g을 신속하게 넣은 후 켈달법과 동일하게 적용하였으며 기타 특성 분석은 퇴비시료와 동일한 방법으로 수행하였다.
성능/효과
- 그의 연구에서 저장양분이 많은 곡류 및 근채류가 비교적 더 작은 저장양분를 갖는 엽채류보다도 독성에 대한 내성이 더 크다고 보고하였다. 그러나 본 연구에서는 상추와 배추, 콩의 세 종류의 종자에서는 유사한 경향을 나타내었으며 보리종자에서 가장 민감한 저해작용을 나타내어 그들의 연구결과와는 약간 다른 경향을 나타내었다.
- 7%로 발아율의 변화가 크지 않았으며 발아 초기에 약간의 저해작용이 확인되었다. 그에 비해 퇴비화 6주째, 8주째, 12주째 시료의 물 추출물 처리구에서는 발아 1일째에 발아율이 100%를 나타내었다. 배추 종 자의 뿌리 생장율은 퇴비화 2주째 시료의 물 추출물 처리구에서 발아시험 1일째에 21.
- 그에 비해 퇴비화 6주째, 8주째, 12주째 시료의 물 추출물 처리구에서는 발아 1일째에 발아율이 100%를 나타내었다. 배추 종 자의 뿌리 생장율은 퇴비화 2주째 시료의 물 추출물 처리구에서 발아시험 1일째에 21.6%, 2일째에 32.7%, 3일째에 52.4%, 5일째에는 63.8%, 10일째에는 64.4% 로 뿌리생장은 시간이 경과해도 대조구에 비해 상당한 저해를 나타내었으며 퇴비화 6주째와 8주째 시료의 물 추출물에 대해서는 발아 1일째에 뿌리 생장율이 각각48.3%와 51.5%를 나타내던 것이 5일째부터는 각각 발아율 100%에 이르러 비교적 빠른 시일에 회복되었다. 퇴비화 12주째 시료의 물 주줄물 처리구에서는 발 아 1일째에 뿌리 생장율이 64.
- 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에 50%의 발아율을 나타내었으며 발아 3일째 이후에는 변화가 관찰되지 않았다. 보리 종자의 뿌리 생장율은 퇴비화 2주째와 6주째 시료의 물 추출물에서는 발아가 이루어지지 않았으며 퇴비화 8주째 시료의 물 추출물에 대해서는 발아 10일째에도 16.6%의 낮은 뿌리 생장율을 나타내었다. 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에98.
- 퇴비화 2주째 시료의 물 추출물 처리구에서 저해가 더 크게 나타났으나 퇴비화가 진행될수록 종자 발아에 대한 저해가 적어지는 경향을 보였다. 뿌리 생장율에서 퇴비화 초기 단계 시료의 물 추출물은 퇴비화 후반부 시료의 물 추출물에 비해 저해 효과가 크게 나타났으며 발아 초기에 저해 효과가 현저히 관찰되어 배추에 대한 시험과 유사한 경향을 나타내는 것이 확인되었다.
- 51%로 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 시료의 총 질소 함량의 변화는 퇴비화가 진행됨에 따라 퇴비화 6주째까지는 그 함량이 다소 증가하다가 퇴비화가 더 진행됨에 따라서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 유기물 함량은 퇴비화가 진행될수록 전반적으로 유기물 함량이 감소하는 경향을 나타내었다.
- 19%로 감소하였다. 암모니아태 질소는 퇴비화 2주째는 0.06%를 나타내었으며 퇴비화가 진행될수록, 증가하다가 퇴비화 후반부에는 0.05% 로 낮아지는 경향을 보였으며, 질산태 질소는 퇴비화 초기 단계에 0.09%에서 전반적으로 증가하는 경향이 나타내어 암모니아태질소와 질산태질소의 비가 8주까지는 증가하다가 12주째에는 오히려 감소하는 경향을 보였다. Finstein과 Miller(1985)는 퇴비화 단계에서 아질산염이나 질산염이 생겨날 때가 퇴비를 이용할 수 있는 시기라고 하여 질산화 정도로 퇴비의 부숙도를 판정하였으며, Ri0hldi(1986)는 퇴비의 부숙도 평가에 있어서 암모늄태질소의 감소와 안정화 그리고 질산염의 증가가 안정화 지표라고 하였는데 본 연구에서는 12주간 발효한 시료에서 그러한 경향이 나타났다.
- Finstein과 Miller(1985)는 퇴비화 단계에서 아질산염이나 질산염이 생겨날 때가 퇴비를 이용할 수 있는 시기라고 하여 질산화 정도로 퇴비의 부숙도를 판정하였으며, Ri0hldi(1986)는 퇴비의 부숙도 평가에 있어서 암모늄태질소의 감소와 안정화 그리고 질산염의 증가가 안정화 지표라고 하였는데 본 연구에서는 12주간 발효한 시료에서 그러한 경향이 나타났다. 양이온 함량은 퇴비화가 진행됨에 따라 퇴비화 초기 단계보다 퇴비화 후반부에서 모든 양이온 함량이 감소하는 경향을 나타냈으며, 특히 다른 양이온에 비하여 K함량이 퇴비화 초기 단계보다 크게 감소하는 경향을 보여주었다. pH의 경우에는 뚜렷한 변화를 나타내지 않았고 평균 pH 6.
- 시료의 총 질소 함량의 변화는 퇴비화가 진행됨에 따라 퇴비화 6주째까지는 그 함량이 다소 증가하다가 퇴비화가 더 진행됨에 따라서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 유기물 함량은 퇴비화가 진행될수록 전반적으로 유기물 함량이 감소하는 경향을 나타내었다. 일반적으로 퇴비의 부숙 초기 단계에서는 pH가 감소하는 경향을 나타내지만, 호기성 조건이 안정화되면 미생물의 생육이 왕성해져서 유기태 질소의 암모니아화 작용이 촉진되므로 pH가 상승(Sohn 등, 1996)하는 것으로 알려져 있는데 본 연구에서도 퇴비화가 진행됨에 따라 pHry 감소하다가 퇴비화 후반부에서는 중성 부근을 나타내었다.
- 퇴비화 단계별 시료의 물 추출물에 대한 발아 시험 결과 배추 종자에서는 뿌리 생장에 대한 저해가 종자 발아에 대한 저해에 비해 더 크게 나타났으나 상추 종자에 대해서는 뿌리 생장에 비해 종자 발아에 대한 저해가 더 크게 나타났다. 이러한 종자 발아와 뿌리 생육에 대한 저해는 시간이 경과함에 따라 디소 감소하는 경향을 보였으나, 발아 초기의 저해작용의 영향이 지속됨을 관찰할 수 있었다. 작물에 따라서 그 정도는 달랐으나 종자 발아와 뿌리 생육을 저해함을 관찰할 수 있었으며, 퇴비화 초기 단계 시료 처리구에서 저해 현상이 현저히 나타남을 관찰할 수 있었다(Table 5).
- 이러한 종자 발아와 뿌리 생육에 대한 저해는 시간이 경과함에 따라 디소 감소하는 경향을 보였으나, 발아 초기의 저해작용의 영향이 지속됨을 관찰할 수 있었다. 작물에 따라서 그 정도는 달랐으나 종자 발아와 뿌리 생육을 저해함을 관찰할 수 있었으며, 퇴비화 초기 단계 시료 처리구에서 저해 현상이 현저히 나타남을 관찰할 수 있었다(Table 5).
- 총 질소 함량은 퇴비화 2주째는 0.17%를 나타내었으며, 퇴비화가 진행됨에 따라서 그 함량이 증가하다가 퇴비화 12주째에는 0.19%로 감소하였다. 암모니아태 질소는 퇴비화 2주째는 0.
- 총 질소 함량은 퇴비화 초기 단계인 2주째는 0.95%정도 이었다가 퇴비화 6주째에는 3.20%로 증가하는 경향을 보였다. 퇴비화 8주째 퇴비는 3.
- 5%를 나타내던 것이 5일째부터는 각각 발아율 100%에 이르러 비교적 빠른 시일에 회복되었다. 퇴비화 12주째 시료의 물 주줄물 처리구에서는 발 아 1일째에 뿌리 생장율이 64.9%, 2일째에 82.6%, 3 일째 98.0%, 5일째부터는 100%를 나타내어 그 저해 효과가 현저히 감소하는 경향을 나타내었다(Table 4).
- 퇴비화 8주째 시료의 물 추출물의 경우에 발아 3일째에 25%의 발아율을 나타내었으며 그 이후 발아율의 변화는 관찰되지 않았다. 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에 50%의 발아율을 나타내었으며 발아 3일째 이후에는 변화가 관찰되지 않았다. 보리 종자의 뿌리 생장율은 퇴비화 2주째와 6주째 시료의 물 추출물에서는 발아가 이루어지지 않았으며 퇴비화 8주째 시료의 물 추출물에 대해서는 발아 10일째에도 16.
- 6%의 낮은 뿌리 생장율을 나타내었다. 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에98.3%, 발아 5일째에는 61.7%, 발아 10일째에는 63.0%의 뿌리 생장율을 나타내었다(Table 7).
- 상추 종자에 대한 발아율과 뿌리생장율 시험에서도 전반적으로 종자 발아에 대한 저해가 확인되었다. 퇴비화 2주째 시료의 물 추출물 처리구에서 저해가 더 크게 나타났으나 퇴비화가 진행될수록 종자 발아에 대한 저해가 적어지는 경향을 보였다. 뿌리 생장율에서 퇴비화 초기 단계 시료의 물 추출물은 퇴비화 후반부 시료의 물 추출물에 비해 저해 효과가 크게 나타났으며 발아 초기에 저해 효과가 현저히 관찰되어 배추에 대한 시험과 유사한 경향을 나타내는 것이 확인되었다.
- 3%의 뿌리 생장율을 나타내었다. 퇴비화 6주째 시료의 물 추출물의 경우에는 발아 5일째에90.8%를 나타내었으며, 발아 10일째에는 91.7%의 뿌리 생장율을 나타내었으며 퇴비화 8주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에 94.4%, 발아 5일째에는 100%에 이르렀다. 퇴비화 12주째 퇴비물 추출물의 경우에는 발아 3일째에 77.
- 2%의 발아율을 나타내었으며 발아 5일째부터는 발아율이 100%에 이르렀다. 퇴비화 6주째와 8주째 시료의 물 추출물에서는 발아 5일째에 100%를 나타내었으며 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에 100%의 발아율을 나타내었다. 콩 종자에 대한 퇴비물 추출물의 발아 저해작용은 발아 초기에 다소 관찰되었으나 시간이 경과함에 따라 저해는 거의 관찰할 수 없었다.
- 보리 종자는 퇴비화 2주째와 6주째 시료의 물 주줄 물에서는 발아 10일째까지 발아가 이루어지지 않았다. 퇴비화 8주째 시료의 물 추출물의 경우에 발아 3일째에 25%의 발아율을 나타내었으며 그 이후 발아율의 변화는 관찰되지 않았다. 퇴비화 12주째 시료의 물 추출물에서는 발아 3일째에 50%의 발아율을 나타내었으며 발아 3일째 이후에는 변화가 관찰되지 않았다.
- 퇴비화 각 단계별로 채취한 시료(sludge compost)의 물 추출물에 대한 4종의 식물종자의 발아율과 뿌리 생장율을 조사한 결과를 Table 4~6에 나타내었다. 퇴비화 기간별 시료의 물 추출물에 대한 발아 시험에서 배추 종자의 발아율은 퇴비화 2주째 시료의 물 추출물 처리구에서 발아율은 발아 1일째에 90.0%를 나타내었 으며 2일째에는 92.5%, 3일째에는 96.7%, 5일째부터 는 96.7%로 발아율의 변화가 크지 않았으며 발아 초기에 약간의 저해작용이 확인되었다. 그에 비해 퇴비화 6주째, 8주째, 12주째 시료의 물 추출물 처리구에서는 발아 1일째에 발아율이 100%를 나타내었다.
- 퇴비화 단계별 시료의 물 추출물에 대한 발아 시험 결과 배추 종자에서는 뿌리 생장에 대한 저해가 종자 발아에 대한 저해에 비해 더 크게 나타났으나 상추 종자에 대해서는 뿌리 생장에 비해 종자 발아에 대한 저해가 더 크게 나타났다. 이러한 종자 발아와 뿌리 생육에 대한 저해는 시간이 경과함에 따라 디소 감소하는 경향을 보였으나, 발아 초기의 저해작용의 영향이 지속됨을 관찰할 수 있었다.
- 반면 보리 종자에서는 발아 저해 작용이 뚜렷하게 나타났으며 특히 퇴비화 2주, 6주, 8주째 시료의 물 추출물 처리구에서는 발아가 전혀 이루어지지 않았다. 퇴비화 후반부 시료의 물 추출물 처리구에서는 그 저해작용이 다소 적게 나타났으나 발아 전 과정에 걸쳐 저해가 지속됨을 관찰할 수 있었다.
후속연구
- 우리나라의 퇴비 제조시 주원료나 제조 방법이 외국과는 상이하므로 우리나라 실정에 맞는 퇴비의 평가 기준이 필요하며 이를 정립하기 위한 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다. 따라서 본 논문에서는 국내에서 제조되는 퇴비의 제조 과정에서 퇴비화 단계 별로 시료를 채취하여 종자 발아와 뿌리의 생장 시험 을 통해서 퇴비의 부숙도에 따른 식물 독성(phytotoxicity)을 평가하여 보다 토양환경에 유익하고 고품질 의 퇴비생산 및 적정 시용에 관한 기초자료로 활용하고자 본 연구를 수행하였다.
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