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문제 정의
- 따라서 본 연구는 국내 낙농농가에서 일반적으로 이용되고 있는 사료 및 사양방법을 선정하여 젖소의 성장단계별, 최대사료섭취 조건에서의 정확한 개체별 사료와 물 섭취량 조사를 기반으로 하여 발생된 분과 뇨의 배설량과 이화학적 성분함량을 조사하여 국내 젖소농가의 분뇨발생량과 오염물질 및 비료성분 배출량의 기준을 설정하기 위한 기준자료를 제시하고자 수행하였다.
- 그러나 이에 대한 정확한 자료가 조사되고 제시되지 않아 축산분뇨 정책을 수립하고 낙농농가가 적절하게 분뇨처리를 실시하도록 유도하는데 어려움이 있어왔다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 성장 단계와 생산 단계별로 젖소를 공시하여 사료섭취량, 음수량 및 분뇨 배설량과 분뇨 특성의 변화를 조사하였다. 시험 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 각기 다른 기후조건에서 수행됨에 따라 시험기간 중 디지털 온습도 측정기 (Datalogger SK-L200THⅡα, SATO Co., Japan)을 이용하여 시험 전체기간 동안 매 1시간 단위의 온도와 습도자료를 얻고 이를 이용하여 불쾌지수 (THI; temperature humidity index, THI = (건구온도 + 습구온도) × 0.72 + 40.6)를 변환하고, 시험기간 중 누적 값을 구하여 환경변화에 따른 공시축의 사료 섭취량에 영향을 미치는 영향을 조사하였다.
- 뇨와 생분의 pH, BOD, CODmn, SS 및 Ni 함량을 분석하였으며, 일반영양성분은 수분, 조단백질, 조지방, 조섬유, 조회분 및 N의 6성분에 대하여, 광물질함량은 Ca, P, K, Na, Mg, Zn, Cu, Cr, Pb 및 As의 10개 성분에 대하여 분석하였다.
- 또한, 본 시험의 편이성과 정확성을 확보하기 위하여 젖소의 크기에 따라 장치의 길이를 전동으로 조정할 수 있으며, 착유작업이 가능하고, 분뇨의 분리수집 및 채취가 용이하며, 전자동 사료섭취량조사장치와 온도조절과 수량계가 부착된 급수기를 장착한 4대의 가축 생리대사 측정장치 (특허 제 10-0979526호)를 개발하여 공시하였다 (Fig. 1).
- 분뇨 발생량은 예비기간은 일일1회 수집계량하고, 시료채취기간 (시험 종료 3일전부터 72시간 동안)은 배설 즉시 수집하고 4시간 간격으로 계량하였다.
- 2)를 이용하였는데, 육성우에는 『큰송아지 TMR』, 건유우에는 『건유우 TMR』, 그리고 착유우에는 『착유우(유량 30 kg 기준) TMR』을 구입하여 사용하였다. 사료급여는 매일 3회로 나누어 사료가 모자라지 않게 충분히 공급해주어 시험축이 하루 종일 무제한으로 섭취하도록 하였으며, 물과 미네랄 블록을 별도로 제공하여 자유채식할 수 있게 하였다.
- 사료섭취량조사는 수작업과 컴퓨터조사장치를 병용하여 섭취량의 정확성을 기하였으며, 물 섭취량은 매일의 개체별 수량계를 이용하여 기록하였다.
- 에 의해 측정하였다. 수분함량은 미리 항량으로 한 대형 칭량병 (秤量甁)에 일정량의 시료를 달아 60~70℃의 건조기 내에서 48~72시간 예비 건조한 다음 실험실내 상온에서 24일간 방치하여 원물의 수분함량을 구한 후, 분쇄하여 다시 분쇄된 시료를 정량 후 다음과 같이 수분함량을 계산하였다.
- 젖소 육성우는 육성초기우 (6개월령, 체중 206 kg)와 육성후기우 (15개월령, 체중 413 kg)로 구분하여 4～5월에 4두씩 개체별로 각각 4주 동안 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 사양시험을 실시하였다. 젖소 건유우는 42개월령 (체중 577 kg)의 건유우 4두를 고온기인 7월에 공시하여 개체별 사양시험을 4주 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 동안 실시하였으며, 젖소 착유우 (64개월령, 체중 694 kg, 일일산유량 31 kg) 4두를 혹한기인 12월에 공시하여 개체별 사양시험을 4주간 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 실시하였다.
- 공시된 젖소는 Table 1과 같이 젖소의 성장단계를 4단계로 나누어 성장단계별로 4두씩 공시하여 시험을 수행하였다. 젖소 육성우는 육성초기우 (6개월령, 체중 206 kg)와 육성후기우 (15개월령, 체중 413 kg)로 구분하여 4～5월에 4두씩 개체별로 각각 4주 동안 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 사양시험을 실시하였다. 젖소 건유우는 42개월령 (체중 577 kg)의 건유우 4두를 고온기인 7월에 공시하여 개체별 사양시험을 4주 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 동안 실시하였으며, 젖소 착유우 (64개월령, 체중 694 kg, 일일산유량 31 kg) 4두를 혹한기인 12월에 공시하여 개체별 사양시험을 4주간 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 실시하였다.
대상 데이터
- 공시된 젖소는 Table 1과 같이 젖소의 성장단계를 4단계로 나누어 성장단계별로 4두씩 공시하여 시험을 수행하였다. 젖소 육성우는 육성초기우 (6개월령, 체중 206 kg)와 육성후기우 (15개월령, 체중 413 kg)로 구분하여 4～5월에 4두씩 개체별로 각각 4주 동안 (사료순치기간 25일, 시료채취 3일) 사양시험을 실시하였다.
- 공시사료는 국내 농가에서 주로 사용하는 사료조성으로 배합된 상용 TMR사료 (Table. 2)를 이용하였는데, 육성우에는 『큰송아지 TMR』, 건유우에는 『건유우 TMR』, 그리고 착유우에는 『착유우(유량 30 kg 기준) TMR』을 구입하여 사용하였다. 사료급여는 매일 3회로 나누어 사료가 모자라지 않게 충분히 공급해주어 시험축이 하루 종일 무제한으로 섭취하도록 하였으며, 물과 미네랄 블록을 별도로 제공하여 자유채식할 수 있게 하였다.
이론/모형
- 공시축의 뇨 수분 함량과 pH는 농촌진흥청 축산연구소17)에 의해 측정하였다. 수분함량은 미리 항량으로 한 대형 칭량병 (秤量甁)에 일정량의 시료를 달아 60~70℃의 건조기 내에서 48~72시간 예비 건조한 다음 실험실내 상온에서 24일간 방치하여 원물의 수분함량을 구한 후, 분쇄하여 다시 분쇄된 시료를 정량 후 다음과 같이 수분함량을 계산하였다.
- 분뇨의 미량성분(Na, Ca, Mg, Zn, Cu, Cr, Pb, As)은 건식분해법에 의한 전 처리 후 유도결합 플라즈마 발광광도계 (Spectro Flame)에서 표준검량선을 작성 후 측정하였으며, 시료의 일반성분 및 광물질분석은 AOAC2)의해 분석하였다.
- 분뇨의 오염성분 농도를 나타내는 생물학적 산소요구량 (BOD: Biochemical Oxygen Demend), 화학적 산소요구량 (COD: Chemical Oxygen Demend), 부유물질 (SS = Suspended Solid), 니켈(Ni)은 수질오염 공정시험법22)에 의해 분석하였으며, 비료성분인 질소 (N), 인산 (P2O5), 가리 (K2O)의 분석은 농촌진흥청 축산연구소16) 분석기준에 준하였다.
성능/효과
- 수질오염원인 pH, BOD, COD, SS, Ni의 젖소의 성장단계별 분과 뇨중 함량을 조사한 결과는 Table 8와 같다. 각 성장단계별 분과 뇨의 pH는 착유우에서 8.37과 6.68의 나타냈으며, 건유우는 8.74과 8.16, 처녀우는 8.44과 8.32, 육성우는 8.31과 9.13로 범위를 나타냈다. 대체적으로 뇨의 pH가 분에 비하여 다소 낮은 경향을 나타내었다.
- 공시사료 중 다량 및 중금속 광물질 함량은 Table 7과 같으며, 성장단계별 분 중의 다량 및 중금속 광물질 함량에 있어서는 다량 광물질인 칼슘, 나트륨, 마그네슘함량 (%)은 평균 1.6, 0.2, 0.7로 나타났으며, 중금속 광물질인 아연, 구리, 크롬, 납, 비소의 함량(ppm)은 69.2, 19.1, 2.9, 7.7 및 2.9로 분석되었다. Nicholson 등7)의 연구에 의하면 젖소 및 육우를 포함한 가축의 사료와 분뇨의 중금속 함량을 분석한 결과, 가축의 사료에 첨가된 중금속의 농도가 배출되는 분뇨중 중금속 함량에 영향을 주며, 이러한 영향은 축종, 사양관리, 개체간 변이 등에 따라 차이가 발생한다고 하였다.
- 공시축에 사용된 시험사료 중 비료성분인 질소 (N), 인 (P) 및 칼륨 (K)의 평균함량에서 각각 2.24, 1.17, 1.77%로 분석되었다. 공시축의 성장단계별 배설된 분 중에서는 질소 0.
- 77%로 분석되었다. 공시축의 성장단계별 배설된 분 중에서는 질소 0.33%, 인 0.49%, 칼륨 0.20%로 나타났으며, 뇨 중에서는 질소 1.02%, 인 0.27%, 카리 1.03%로 조사되었다 (Table 6).
- 03으로 나타났다. 광물질인 Ca, Na, Mg 함량은 1.56, 0.24, 0.69% 이었으며, 중금속물질인 Zn, Cu, Cr, Pb, As의 분 중의 함량은 69.23, 19.14, 2.89, 7.73, 2.94 ppm 수준으로 조사되었다. 따라서 농가에서 젖소의 성장단계별 배출되는 분뇨를 파악함으로써 영양과 오염물질의 최적 균형을 유지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이러한 요인은 사료와 물의 무제한적 자유채식조건에서의 시험결과를 통해 국내 낙농현장에서의 젖소의 섭취량과 배설량을 추정하는 기준으로써 최대범위의 값을 얻고자하는 시험의 결과로써, 본 시험의 결과를 국내 낙농현장에서의 기준량 결정시 이를 감안하여 20~30% 정도를 가감하는 것이 타당할 것으로 생각된다. 그러므로 본 시험결과인 성장단계별 배출량은 체중이 450 kg 기준의 젖소로 환산한 배출량인 분 23.2 kg, 뇨 15.5 kg, 합계 38.8 kg에서 각각 표준편차 만큼의 양을 절감한 값으로써 분 19.2 kg, 뇨 10.9 kg, 합계 30.1 kg을 젖소의 두당 일일 배출단위로 보는 것이 타당할 것으로 판단된다.
- 젖소 분뇨의 BOD5, COD, SS의 오염물질농도는 각각 분에서 15,444, 53,159, 40,528 mg/L이었고, 뇨에서 8,454, 1,116, 962 mg/L이었다. 그리고 분과 뇨를 통한 수질오염물질인 BOD5, CODMn, SS의 일일부하량은 523, 1,416 및 1,025g 인 것으로 조사되었다. 또한, 비료성분인 N, P, K의 함량은 분 중에는 0.
- 음수섭취량은 유 생산량이 30 kg 이상인 착유우에서 가장 많게 나타났으며, 고온기에 사육한 건유우에서도 상당량의 물을 섭취한 것을 알 수 있었다. 그리고 사료섭취량은 착유우에서 가장 증가하였으며, 배설량은 착유우, 건유우, 처녀우, 육성우의 순으로 높았고, 배출율은 처녀우, 건유우, 착유우, 육성우의 순으로 높게 나타났다. 이는 음수섭취량은 환경온도에 따라 차이가 있으며, 10℃에서는 67.
- 94 ppm 수준으로 조사되었다. 따라서 농가에서 젖소의 성장단계별 배출되는 분뇨를 파악함으로써 영양과 오염물질의 최적 균형을 유지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 3 L로 건유우의 63%, 착유우의 25% 수준이라고 하였다. 본 시험결과, 사료 건물섭취량은 2배정도인 9.2 kg로 건유우의 68%, 착유우의 45% 수준으로 조사되었다. 특히 젖소는 건유우와 비교하여 음수섭취량이 2배 가량 높았으며, 이러한 이유는 우유생산 때문인 것으로 판단된다.
- 부유물질 (SS)의 분과 뇨 중의 함량은 육성우에서는 8,900, 770 mg/L 수준을 보였고, 처녀우에서는 14,000, 548 mg/L 수준이었으며, 건유우에서는 5,878, 841 mg/L로 가장 낮게 나타났으며, 착유우에서는 133,333, 1,692 mg/L로 나타나 처녀우와 착유우의 분에서 가장 높은 부유물을 보였다. 분과 뇨 간에는 분에서 7~78배 정도 높은 경향을 보였다.
- 분과 뇨를 통한 BOD의 일일 두당 평균 부하량은 육성우에서는 분 91 g, 뇨 57 g, 합계 148g 이었고, 처녀우에서는 분 223±4.7 g, 뇨 104±4.8 g, 계 327±9.6 g 수준이었으며, 건유우에서는 250 g, 뇨 110g, 계 361 g으로 나타났으며, 착유우에서는 분 1,408 g, 뇨 312 g, 계 1,719 g을 배출한 것으로 나타나, 착유우의 BOD 부하량이 가장 높게 나타났다.
- 분과 뇨를 통한 COD의 일일 두당 평균 부하량은 육성우에서는 분 665 g, 뇨 37 g, 계 702 g 이었고, 처녀우에서는 분 1,035 g, 뇨 81 g, 합계 1,116 g 수준이었으며, 건유우에서는 1,441 g, 뇨 69 g, 합계 1,510 g으로 나타났으며, 착유우에서는 분 1,906 g, 뇨 194 g, 합계 2,100 g을 배출한 것으로 나타나 착유우에서 가장 높은 COD 부하량을 나타내었다.
- 분과 뇨를 통한 부유물질 (SS)의 일일 두당 평균 부하량은 육성우에서는 분 107 g, 뇨 6.8 g, 계 114 g 이었고, 처녀우에서는 분 251 g, 뇨 6.4 g, 합계 257 g 수준이었으며, 건유우에서는 151 g, 뇨 10.7 g, 합계 162 g으로 가장 낮게 나타났으며, 착유우에서는 분 5,867 g, 뇨 54.6 g, 합계 5,921 g을 배출한 것으로 나타나, 처녀우와 착유우의 부유물질 일일 두당 부하량이 가장 높은 것으로 조사되었다.
- 성장단계별 사료건물섭취량과 섭취율은 Table 4에서와 같이 일일 두당 사료건물섭취량은 착유우, 건유우, 처녀우 및 육성우의 순서로 20.8 kg, 13.8 kg, 9.6±1.5 kg, 9.2 kg을 나타내어 체중과 연령에 따라 섭취량이 높은 것으로 나타났다.
- 음수섭취량은 유 생산량이 30 kg 이상인 착유우에서 가장 많게 나타났으며, 고온기에 사육한 건유우에서도 상당량의 물을 섭취한 것을 알 수 있었다. 그리고 사료섭취량은 착유우에서 가장 증가하였으며, 배설량은 착유우, 건유우, 처녀우, 육성우의 순으로 높았고, 배출율은 처녀우, 건유우, 착유우, 육성우의 순으로 높게 나타났다.
- 2 L라고 보고 하였는데, 본 시험에서는 이전 연구보고와 비교하여 최소 일일 12~36 L정도 증가하였다. 이러한 요인은 사료와 물의 무제한적 자유채식조건에서의 시험결과를 통해 국내 낙농현장에서의 젖소의 섭취량과 배설량을 추정하는 기준으로써 최대범위의 값을 얻고자하는 시험의 결과로써, 본 시험의 결과를 국내 낙농현장에서의 기준량 결정시 이를 감안하여 20~30% 정도를 가감하는 것이 타당할 것으로 생각된다. 그러므로 본 시험결과인 성장단계별 배출량은 체중이 450 kg 기준의 젖소로 환산한 배출량인 분 23.
- 5 kg 이었다. 한편, 건유우의 총 섭취량은 68.7 kg으로 육성우와 처녀우와 비교하여 월등히 높았으나, 사료섭취의 차이가 아닌 음용수 섭취의 차이에 기인하는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 우리나라 전체 젖소사육농가에서 연간 배출되는 분뇨의 정확한 발생량을 조사하는 것은 불가능함으로 이를 추정하기 위해 젖소사육농가의 환경오염물질 배출량을 적정선으로 설정하여 관리하기 위한 기준을 확립하는 것이 중요하다. 그러나 이에 대한 연구는 소수의 연구기관15,16)에 의한 제한적인 연구보고서 밖에 없어 이에 대한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 필요성이 있다.
- 따라서 이러한 젖소의 성장단계별, 최대의 섭취 조건에서 배출되는 분뇨 배설량, 오염물질 및 비료성분을 파악함으로써, 국내에서 가축분뇨로 공급 가능한 비료 공급량과 농경지 비료수요량에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 특히 젖소는 건유우와 비교하여 음수섭취량이 2배 가량 높았으며, 이러한 이유는 우유생산 때문인 것으로 판단된다. 또한 음수 공급방법의 차이로 인한 것으로 본 시험에 공시된 젖소는 항상 일정한 온도와 청결이 유지되는 급수기를 개체별로 제공하여 하루종일 자유채식시킨 것과 관련이 있을 것으로 사료되며, 건유우에 있어서는 고온기로 인한 가축의 섭취증가에 기인한 것으로 사료된다. Adams1)의 보고에 의하면 음수섭취량은 육성우, 건유우 및 착유우 등 성장단계에 따라 다르며, 건유우가 섭취하는 음수량은 26.
- 이는 섭취량이 증가하면 배설량도 증가한다는 많은 연구자들의 보고와 일치 하지 않는 것이다. 본 시험에서의 공시축이 36% 이상 많은 총섭취량을 보였으나 배설량은 상대적으로 적게 나타났는데, 이는 이전 시험들과 본 시험에서의 섭취량조사와 배설량조사에 사용된 시설로 인한 정확성의 차이인지 그 외 공시사료나 환경의 차이로 인한 것인지 조사두수가 작아 정확한 원인을 찾기 어려우므로 보다 더 많은 시험과 공시두수가 필요하다고 생각된다.
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