[논문]곡류 사료원별 육성기 한우 장내발효에 의한 메탄가스 배출량 비교

설용주; 김경훈; 백열창; 이상철; 옥지운; 이강연; 홍성구; 박규현; 최창원; 이성실; 오영균

doi:10.5187/jast.2011.53.2.161

곡류 사료원별 육성기 한우 장내발효에 의한 메탄가스 배출량 비교
Comparison of Methane Production in Korean Native Cattle (Hanwoo) Fed Different Grain Sources 원문보기

한국동물자원과학회지 = Journal of animal science and technology, v.53 no.2, 2011년, pp.161 - 169

초록
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본 연구는 거세 한우의 육성기 기간에 각각 보리와 옥수수 위주의 농후사료를 급여하여 발생되는 메탄가스를 측정하는데 그 목적이 있다. 공시 사료는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.4%, CP는 14.6% 이었다. 시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo(2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.7 kg/일에 필요한 각각의 TDN량 2.80 kg의 공시사료를 섭취할 수 있도록 하는 tripled 2 ${\times}$ 2 Latin square design으로 수행하였다. 사료 및 환경 적응기간 총 14일과 분 뇨 가스 측정기간 4일로 하여 진행하였고, 메탄가스는 후드식 챔버에서 입식되어 하루 동안 측정하였다. 건물 섭취량은 보리 처리구에서 3.9 kg, 옥수수 처리구는 3.8 kg으로 보리처리구가 유의적으로 섭취량이 높았다(P<0.05). 보리와 옥수수 위주의 사료를 급여했을 때 사료의 특성상 보리가 옥수수보다 반추위 내 정체 시간 및 소화속도에서 차이가 있었으나 DM, CF, NFE, NDF와 ADF 소화율의 차이는 없었다. 보리와 옥수수 급여구 섭취에너지는 대사체중 당 총에너지 섭취량은 각각 337.6 kcal/$BW^{0.75}$와 337.2 kcal/$BW^{0.75}$이었다. 총 섭취에너지 중 분으로 손실된 에너지는 보리 26.5%와 옥수수 29.6% 수준이었고, 뇨로 손실된 에너지는 보리 2.8%와 옥수수 2.3% 수준이었다. 체열에 의한 손실량도 보리와 옥수수 급여구 각각 32.4%와 34.0% 이었다. 보리와 옥수수 섭취에 따른 대사율(ME/GE)은 보리 0.64(ME/GE), 옥수수 0.62 (ME/GE) 이었다. 호흡가스에 의해 발생되는 산소, 이산화탄소와 메탄생성량은 보리위주 농후사료를 급여했을 때 산소 소모량 1.89 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.71 kg/day와 86.8 g/day이고, 옥수수 위주의 농후사료를 급여했을 때의 산소 소모량 1.68 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.23 kg/day와 77.7 g/day 이었다. 육성기에서는 보리위주 농후사료와 옥수수위주 농후사료를 급여하였을 때 산소 소모량이 거의 같았고, 보리위주의 농후사료를 급여하였을 때 이산화탄소와 메탄생성량이 각각 19.2%와 8.2% 높았다. 메탄배출계수는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 급여 시 31.7 $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$과 28.4 kg $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$로 나타났다. 메탄전환계수는 섭취한 사료에 대한 에너지 손실율이 보리는 보리 급여구에서 6.5% (0.065 Ym) 이었고, 옥수수 급여구에서 5.5% (0.055 Ym)으로 나타났다. 본 연구는 후드식 챔버를 이용하여 급여사료와 급여 에너지 차이가 사양시기별 한우에 의해서 배출되는 메탄가스를 측정하여 메탄 배출계수와 메탄전환계수를 예측하여 국가 온실가스 인벤토리 작성에 그 목적이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Methane production during anaerobic fermentation in the rumen represents an energy loss to the host animal and induces emissions of greenhouse gases in the environment. Our study focused on comparison in methane production from growing Korean native steers fed different grain sources. Six Hanwoo steers (BW = $180.6{\pm}3.1$ kg) were fed, on a DM basis (TDN 2.80 kg), 40% timothy and 60% barley concentrate (Barley) or corn concentrate (Corn), respectively, based on the Korean Feeding Standards. Each period lasted 18 days including a 14-day adaptation and a 4-day measuring times. The steers were in the head hood chamber system (one cattle per chamber) during each measuring time to measure heat and methane production per day. Different grain sources did not affect digestibilities of dry matter, crude protein, crude fiber, crude fat, NDF, ADF and nitrogen-free extract. The mean methane concentrations per day were 202.0 and 177.1 ppm for Barley and Corn, respectively. Methane emission averaged 86.8 and 77.7 g/day for Barley and Corn, respectively. Methane emission factor by maintenance energy requirement for the growing steers fed barley based concentrate was higher than the steers fed corn based concentrate (Barley vs. Corn, 31.7 kg $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$ vs. 28.4 kg $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$). Thus, methane conversion rate was 0.065 (6.5%) and 0.055 (5.5%) for Barley and Corn, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 곡류사료원에 따른 메탄 배출량의 차이를 비교하기 위하여 한우의 에너지원으로 가장 일반적으로 사용하는 곡물 사료원인 보리와 옥수수 주체사료를 급여하여 육성기 거세한우의 메탄 배출량을 비교 측정하였다.
보리와 옥수수 위주 사료급여에 따른 산소소비량, 이산화탄소와 메탄가스의 발생량을 Table 9에 나타내었다. 본 실험에서는 보리와 옥수수의 급여에 따른 에너지 섭취 수준과 사료급여량이 산소소비량, 이산화탄소와 메탄가스 발생량에 대한 결과를 얻었다. 호흡가스에 의해 배출되는 산소, 이산화탄소와 메탄생성량은 보리위주 농후사료를 급여했을 때 산소 소모량 1.
본 연구는 거세 한우의 육성기 기간에 각각 보리와 옥수수 위주의 농후사료를 급여하여 발생되는 메탄가스를 측정하는데 그 목적이 있다. 공시 사료는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.
본 연구는 후드식 챔버를 이용하여 급여사료와 급여 에너지 차이가 사양시기별 한우에 의해서 배출되는 메탄가스를 측정하여 메탄 배출계수와 메탄전환계수를 예측하여 국가 온실가스 인벤토리 작성에 그 목적이 있다.

가설 설정

4) Values in parenthesis represent percentage of intake energy.

제안 방법

Recovery 시험은 챔버 내에 표준 메탄가스(순도, 99.995%)를 SET Regulator dial (Kofloc, Japan)을 이용하여 시간당 1.0～1.5L (표준 메탄가스/h)를 흘러주어 10시간 후 메탄가스를 측정하였다(Williams 등, 2007).
메탄배출계수 산출을 위한 메탄가스 측정은 국립 축산과학원 가축대사실험동내 후드타입 호흡 챔버 메탄가스 센서(Horiba Ltd, Kyoto, Japan)를 이용하여 1일 호흡가스 측정, 1일 휴식의 사이클로 반복 측정하였다. 메탄가스 배출량을 측정하기 위해서는 기압과 온도 및 airflow를 이용하여 산출한다.
분·뇨는 본 실험 기간 중 전량 채취하였는데, 뇨 시료 채취 시 4N의 황산 300 ml을 매일 아침 뇨 채집용기에 넣어 암모니아테 질소의 휘발을 방지하였다. 분은 1일 총 배설량을 정량한 후 혼합기에서 15~20분간 교반하여 10%량을 채취, －15℃ 냉동실에 보관하거나 48시간동안 건조시켜 분석하였다. 뇨는 배설량의 10%를 채취하여 냉동실에 보관하거나 분석을 실시하였다.
사료 및 환경 적응기간 총 14일과 분·뇨 가스 측정기간 4일로 하여 진행하였고, 메탄가스는 후드식 챔버에서 입식되어 하루 동안 측정하였다.
단 가스 측정은 4일 중 격일로 총 이틀간 측정하였다. 사료는 오전 9시와 5시에 2회로 균등분할 급여하였고, 물과 칼슘, 인 공급용 린칼 블록은 자유 섭취케 하였다. 사육기에 따른 배합사료의 원료사료 배합 비율과 배합사료, 티모시의 화학 조성분은 Table 1과 2에 나타내었다.
칼리브레이션은 0～21% 산소 센스(Columbus Instruments, OHIO, USA), 0～0.75% 이산화탄소 센스(Columbus Instruments, OHIO, USA), 0～430 ppm 메탄 센스(Horiba Ltd, Kyoto, JAPAN)를 표준 혼합가스를 이용하여 calibration을 실시하였다.

대상 데이터

본 시험은 생후 6개월 령의 육성기 거세한우 6두(180.6 ± 3.1 kg)를 공시하여 농촌진흥청 국립축산과학원 가축 대사실험동에서 수행하였다.
챔버의 대사틀 치수는 230 cm L × 140 cm H × 160 cm W이고, 후드타입 챔버는 115 cm L ×100 H × 140 cm W 사이즈로 제작되었다.

데이터처리

본 시험에서 곡물사료별로 급여하여 얻어진 결과는 SAS package (2002) GLM (general linear model) procedure 이용하여 검정하였다.

이론/모형

뇨는 배설량의 10%를 채취하여 냉동실에 보관하거나 분석을 실시하였다. 사료, 분뇨의 일반성분은 AOAC (1990) 법에 의하여 분석하였다.
시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo (2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.7 kg/일에 필요한 각각의 TDN 량 2.80 kg의 공시사료를 섭취할 수 있도록 하는 tripled 2 × 2 Latin square design으로 수행하였다.
시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo(2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.7 kg/일에 필요한 각각의 TDN 함량 2.80 kg의 공시사료를 섭취할 수 있도록 하는 tripled 2 × 2 Latin square design으로 수행하였다.

성능/효과

후드식 호흡 챔버 recovery test 결과는 Table 4와 같다. Recovery test는 10시간에 걸쳐 10리터의 메탄가스 일정량을 흘려주었고, 챔버 별 메탄가스 검출 결과는 99.7~100%로 거의 전량이 검출되었다. Recovery test간 외부로 빠져나가는 가스는 거의 없었 으며 챔버 간 차이도 없는 것으로 확인되었다.
건물 섭취량 대비 조단백질, 조지방, 조섬유, 조회분 섭취량은 옥수수 처리구에서 유의적으로 섭취량이 높았다(P<0.05).
건물 섭취량은 보리 처리구에서 3.9 kg, 옥수수 처리구는 3.8 kg 으로 보리처리구가 유의적으로 섭취량이 높았다(P<0.05).
공시 사료는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.4%, CP는 14.6%이었다. 시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo(2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.
공시 사료는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.4%, CP는 14.6%이었다. 시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo(2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.
급여한 보리와 옥수수 위주의 급여한 시험사료는 전량 섭취하였고 건물 섭취량은 보리 처리구에서 3.92 kg, 옥수수 처리구는 3.88 kg으로 보리처리구가 유의적으로 섭취량이 많았다(P<0.05).
육성기 한우에 보리와 옥수수 위주의 농후사료 급여에 따른 메탄 배출계수를 Table 10에 나타내었다. 메탄전환계수는 섭취한 사료 에너지가 메탄가스 발생에 의한 손실율이 보리 급여구에서 6.5%(0.065 Ym) 이었고, 옥수수 급여구에서 5.5%(0.055 Ym)로 메탄가스에 의한 손실율에서 유의적인 차이가 없었다. Beauchemin과 McGinn (2005)의 보고에 의하면 육성기 때 70% 보리와 옥수수사일리지, 25% steam-rolled 보리와 옥수수 급여 시 메탄 발생에 의한 손실율이 각각 7.
4 kg CH₄ head^-1 yr^-1로 나타났다. 메탄전환계수는 섭취한 사료에 대한 에너지 손실율이 보리는 보리 급여구에서 6.5% (0.065 Ym) 이었고, 옥수수 급여구에서 5.5% (0.055 Ym)으로 나타났다.
4 kg CH₄head^-1 yr^-1로 나타났다. 보리 위주의 농후사료를 급여했을 때가 옥수수 위주의 농후사료를 급여했을 때 보다 연간 약 10.4%정도 반추위 메탄발생량이 높은 것으로 나타났다. 국제 유엔 산하기후변화 단체인 IPCC가 정한 아시아의 메탄배출계수를 살펴보면 축사에서 길러진 450 kg 성숙한 수컷의 경우 59 kg CH₄ hea^-1 yr^-1, 325 kg 암소의 경우는 50 kg CH₄ head^-1 yr^－1이다.
05). 보리와 옥수수 위주의 사료를 급여했을 때 사료의 특성상 보리가 옥수수보다 반추위 내 정체 시간 및 소화속도에서 차이가 있었으나 DM, CF, NFE, NDF와 ADF 소화율의 차이는 없었다. 보리와 옥수수 급여구 섭취에너지는 대사체중 당 총에너지 섭취량은 각각 337.
국제 유엔 산하기후변화 단체인 IPCC가 정한 아시아의 메탄배출계수를 살펴보면 축사에서 길러진 450 kg 성숙한 수컷의 경우 59 kg CH₄ hea^-1 yr^-1, 325 kg 암소의 경우는 50 kg CH₄ head^-1 yr^－1이다. 본 시험과 비슷한 체중대인 200 kg 송아지는 사육 형태가 목장이나 방목의 경우 메탄 배출 계수가 36 kg CH₄ head^-1 yr^-1로 본 실험의 보리와 옥수수 위주의 사료를 급여 했을 때 보다 높았다. 정확한 메탄 배출 계수를 산정하기 위해서는 개체 체중, 일당증체량, 사육 환경, 사료의 소화률(DE%)과 메탄 전환 계수(Ym) 등 모든 조건하에서 산정이 이루어지다(IPCC, 2006).
소화율은 일반적으로 건물섭취량의 증가가 반추위 통과속도를 높이기 때문에 소화율이 낮아지는 원인이 되고 급여사료의 구성분성에 의해서 소화율이 달라진다. 본 시험에서는 조사료와 농후사료의 급여 비율과 급여량이 같았고 보리와 옥수수의 영양소적 구성성분 섭취량에서는 차이가 있으나 DM, CF, NFE, NDF와 ADF 소화율에서 유의적인 차이는 나타나지 않았다. DM 섭취량 중의 CP 섭취량 비율은 보리와 옥수수 급여구 13.
62 (ME/GE) 이었다. 본 실험에서는 에너지 급여수준과 사료급여 수준의 증가에 따른 대사율의 변화는 보리나 옥수수 모두든 처리구에서 차이가 없었다. 농후사료로 60%, 조사료 40% 급여한 Lee 등(2003) 실험에서는 조사료원에 따른 소화율 차이로 대사율(ME/GE) 0.
32%보다 약 두 배정도 높은데, 사료를 급여했을 때 급여 사료의 단백질이나 조섬유 등의 구성성분의 차이가 반추위내 정체 시간(Yang 등, 1997) 및 소화속도에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 영양소별 사료 섭취량에서는 차이가 있었으나 사료섭취량 차이의 의한 영향보다는 두 사료의 영양소적 구성성분의 차이가 반추위내의 정체시간이 소화속도의 차이를 가져와 메탄 발생량에 영향을 미친 것으로 사료된다. 하루 동안 메탄 농도의 변화를 Fig.
본 연구에서는 옥수수 위주의 농후사료를 급여했을 때 보다 보리 위주의 농후사료를 급여했을 때 산소소비량, 이산화탄소와 메탄가스 생성량이 높았는데 이는 반추위내 발효 성상차이에서 그 원인을 찾을 수 있다. 대표적인 에너지 사료인 보리와 옥수수 위주의 사료를 급여했을 때 반추위내 발효 성상에서 차이를 보이는데 일반적으로 옥수수 위주의 사료를 급여했을 때 반추위내 pH가 더 낮아지고 총 휘발성지방산 생성량과 아세트산 생성량이 증가에(Beauchemin 과 McGinn 등, 2005) 따른 산의 생성으로 pH가 6 이하로 낮아져 메탄생성 미생물의 생육에 영향을 미쳐 메탄생성이 감소하는 결과를 가져온다(Van Kessel과 Russell, 1996).
2에 나타내었다. 육성기 때 보리와 옥수수 위주의 농후사료 급여구에서 각각 보리 202.0 ppm, 옥수수 177.1 ppm으로 사료급여 후 메탄농도가 증가하다가 일정 수준으로 유지되는 패턴을 보였다. 특히 반추가축에 의한 호흡, 트림에 의한 메탄배출은 반추가축의 특이한 소화 시스템 내에서 사료의 발효에 의해서 생성 되고, 일반적으로 더 많은 사료의 섭취는 더 많은 메탄을 배출하게 된다.
육성기에서는 보리위주 농후사료와 옥수수 위주 농후사료를 급여하였을 때 산소 소모량이 거의 같았고, 보리위주의 농후사료를 급여하였을 때 이산화탄소 발생량은 유의적으로 높았고(P<0.05), 메탄 발생량은 높은 경향이 나타났다(P = 0.19).
7 g/day 이었다. 육성기에서는 보리위주 농후사료와 옥수수위주 농후사료를 급여하였을 때 산소 소모량이 거의 같았고, 보리위주의 농후사료를 급여하였을 때 이산화탄소와 메탄생성량이 각각 19.2%와 8.2% 높았다. 메탄배출계수는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 급여 시 31.
뇨와 메탄가스에 의한 에너지 손실은 농후사료와 조사료의 급여비율과 조 사료로 이용된 볏짚과 티모시의 차이가 반추위내 소화율이나 섬유소 등의 영양성분에 의한 차이로 생각된다. 체열발생량 비율은 총에너지 섭취량 중 보리와 옥수수 급여구에서 각각 32.1과 34.1%로 나타났고 두 사료 간 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 체열 발생에 의한 에너지 손실에서 Chung 등(1992)은 사료섭취량이 증가할수록 체열발생량 증가한다고 하였고, 농후사료급여 비율이 높아질 때도 체열발생에 의한 에너지 손실이 높아지는 것으로 보고되고 있다.
75이었다. 총 섭취에너지 중 분으로 손실된 에너지는 보리 26.5%와 옥수수 29.6% 수준이었고, 뇨로 손실된 에너지는 보리 2.8%와 옥수수 2.3% 수준이었다. 또한 메탄가스에 의한 에너지 손실도 보리 6.
62 (ME/GE) 이었다. 호흡가스에 의해 발생되는 산소, 이산화탄소와 메탄생성량은 보리위주 농후사료를 급여했을 때 산소 소모량 1.89 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.71 kg/day와 86.8 g/day이고, 옥수수 위주의 농후사료를 급여했을 때의 산소 소모량 1.68 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.23 kg/day와 77.7 g/day 이었다. 육성기에서는 보리위주 농후사료와 옥수수위주 농후사료를 급여하였을 때 산소 소모량이 거의 같았고, 보리위주의 농후사료를 급여하였을 때 이산화탄소와 메탄생성량이 각각 19.

후속연구

현재의 결과에 의한 한우의 메탄배출계수는 아시아 지역의 IPCC 기준 조건을 충분히 만족하지만 우리나라의 한우 생산력 및 사양기술 발달에 따른 우리나라 고유의 메탄 배출계수를 산정하여야 할 것이다. 그래서 정확한 메탄 배출계수 산출을 위해 다수의 공시축및 측정기간을 확대하여 메탄배출 계수 자료축적과 더불어 Tier2와 Tier3 방법 적용으로 산출 방법의 정확성을 높여야 할 것이다. 그리고 반추가축을 제외한 대표적인 가축의 한해 메탄배출량은 돼지 4.
그러나 기업형 축산경영형태인 북아메리카 지역의 메탄 배출계수는 젖소가 121 kg CH₄ head^-1 yr^-1 , 체중 800 kg의 성숙한 수소 81 kg CH₄ head^-1yr^-1 , 체중 185 kg의 목장에서 방목할 경우 48 kg CH₄ head^-1 yr^-1로 상대적으로 배출계수가 높다(IPCC, 2006). 현재의 결과에 의한 한우의 메탄배출계수는 아시아 지역의 IPCC 기준 조건을 충분히 만족하지만 우리나라의 한우 생산력 및 사양기술 발달에 따른 우리나라 고유의 메탄 배출계수를 산정하여야 할 것이다. 그래서 정확한 메탄 배출계수 산출을 위해 다수의 공시축및 측정기간을 확대하여 메탄배출 계수 자료축적과 더불어 Tier2와 Tier3 방법 적용으로 산출 방법의 정확성을 높여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연간 메탄가스가 가축으로부터 발생되는 양은?	메탄의 지구온난화에 미치는 영향은 이산화탄소의 21배 이상이고, 반추동물에 의해 방출되는 메탄의 양은 총 메탄발생량의 23% 이상을 차지한다(IPCC, 2001). 메탄가스는 모든 가축으로부터 연간 8천만 톤 이상이 발생되고, 이중 반추동물에 의해서 대부분이 발생되며 반추동물 중에서도 소가 75%를 차지하고 나머지는 물소, 면양 그리고 산양으로부터 발생된다(Crutzen 등, 1986).
	반추가축으로부터 메탄가스는 왜 생성되는가?	또한 메탄가스는 반추가축의 장내 발효에 의해서 생성되어 섭취에너지 중 2~12%의 손실을 가져오는데(Johnson 등, 2000), 이전의 다른 연구들에서 메탄가스에 의한 에너지 손실 범위가 보리 위주의 사료 급여시험에서 6.5~12%, 옥수수 위주의 사료를 급여한 연구에서 2~4%로 보고된 바 있다(Hashizume 등, 1968; Whitelaw 등, 1984).
	반추가축에 의해 발생되는 메탄가스에 의한 에너지 손실 범위는 무엇에 영향을 받는가?	5~12%, 옥수수 위주의 사료를 급여한 연구에서 2~4%로 보고된 바 있다(Hashizume 등, 1968; Whitelaw 등, 1984). 이 에너지 손실 범위는 섭취 사료의 급여수준과 조성 그리고 섭취사료의 소화율에 크게 영향을 받는데 (Johnson과 Johnson 1995; Moss 등, 2000; Benchaar 등, 2001). 섭취한 사료의 조사료와 농후사료의 비율에 따른 반추위 정체시간의 차이에 의해서 메탄생성대사에 영양을 미칠 수 있다(Blaxter, 1962; Matsuyama 등, 2000).

참고문헌 (27)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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