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문제 정의
- 따라서, 본 연구의 목적은 현재 시･군에서 유통되는 가축분 부산물퇴비를 대상으로 대표시료를 채취하여 영양물질 및 중금속 함량 등 화학성분을 분석하고, 이를 바탕으로 가축분 종류 및 혼합비에 따른 퇴비성분과의 상관성 분석을 통해 가축분퇴비의 화학적 분포 특성을 분석하는데 있다.
- 본 연구에서는 시중에 유통되는 가축분퇴비의 시료 수집을 위해 시･도별 부산물 비료 생산업체 등록현황 (Fig. 1)을 바탕으로 광역단위 대표시료 수를 결정하였다. 연구대상 광역단위에는 농지면적이 넓게 분포하는 경기도, 강원도, 충청도, 전라도, 경상도를 대상으로 하였으며 도시지역인 광역시는 제외하였다.
제안 방법
- 가축분퇴비는 계분, 돈분, 우분, 톱밥을 주원료로 생산되었고, 일부 미량의 마분을 포함하는 경우도 있었다. 가축분의 종류에 따라 단일 가축분을 원료로 하는 계분, 돈분 퇴비와 여러 축분을 혼합한 혼합퇴비로 구분하였다. 퇴비성분은 퇴비 생산업체에서 제공하는 명목성분함량 자료를 바탕으로 조사하였고, 여기에는 가축분 함량 이외에 왕겨, 수비, 버섯배지, 농작물잔사, 미생물제 등의 성분함량도 포함하고 있다.
- 본 연구에서는 현재 시･군에 유통되고 있는 부산물퇴비를 대상으로 대표시료를 채취하여 영양물질 및 중금속 함량 등 화학 성분을 분석하고, 이를 바탕으로 가축분 종류 및 혼합비에 따른 퇴비 성분과의 상관성 분석을 통해 화학적 분포 특성을 분석하였다. 본 연구결과와 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 비료공정규격에 포함되지 않지만 퇴비가 비료 대용으로 이용된다는 점에서 영양물질 성분함량도 분석하였다. Table 3에서 보는 바와 같이, 일반퇴비와 그린퇴비의 영양물질 함량은 비슷하게 나타났다.
- 수집한 가축분 부산물퇴비 시료 중 약 2 kg을 플라스틱 봉투에 담아 밀폐하고, 서울대학교 농업과학공동기기센터 (NICEM)에 의뢰하여 화학성분 분석을 의뢰하였다. 화학성분 분석 항목에는 유기물량, 비료성분, 중금속 등을 포함하였으며 각 항목에 대한 분석 방법은 Table 2와 같다.
- 전국 광역 단위를 대상으로 수집한 총 29개의 부산물퇴비 중 원료특성 및 성분함량 조사를 실시하지 못한 2개를 제외한 27개의 부산물퇴비를 이용하여 원료 종류에 따른 성분분석을 실시하였다. 수집된 가축분퇴비 시료의 주요 원료별 평균 구성비를 살펴보면 Table 4와 같다.
대상 데이터
- 1)을 바탕으로 광역단위 대표시료 수를 결정하였다. 연구대상 광역단위에는 농지면적이 넓게 분포하는 경기도, 강원도, 충청도, 전라도, 경상도를 대상으로 하였으며 도시지역인 광역시는 제외하였다. 퇴비 시료 수는 먼저 광역단위로 대표 시료수를 미리 결정하고, 해당 광역단위 내에 같은 수의 수집 대상 시･군을 임의로 선정하였다.
- 퇴비 시료의 수집은 선정된 시･군 단위의 농협을 직접 방문하여 수집하거나 또는 유선으로 연락하여 택배로 퇴비 시료를 전달받았다. 일반 퇴비에 비해 유기물 함량기준인 높은 그린 퇴비는 시중의 대형마트에 유통되는 퇴비를 구매하여 수집하였다.
- Table 1은 지역별 및 가축분 종류별로 수집한 퇴비의 시료수를 일반퇴비와 그린퇴비로 구분하여 보여주고 있다. 지역별로는 경기도에서 9, 경상도 8, 충청도 5, 전라도 4, 강원도 3개의 시료를 수집하였고, 이는 4개의 그린 퇴비를 포함한 시료수이다. 가축분퇴비는 계분, 돈분, 우분, 톱밥을 주원료로 생산되었고, 일부 미량의 마분을 포함하는 경우도 있었다.
- 퇴비 시료 수는 먼저 광역단위로 대표 시료수를 미리 결정하고, 해당 광역단위 내에 같은 수의 수집 대상 시･군을 임의로 선정하였다. 퇴비 시료의 수집은 선정된 시･군 단위의 농협을 직접 방문하여 수집하거나 또는 유선으로 연락하여 택배로 퇴비 시료를 전달받았다. 일반 퇴비에 비해 유기물 함량기준인 높은 그린 퇴비는 시중의 대형마트에 유통되는 퇴비를 구매하여 수집하였다.
데이터처리
- 가축분 종류에 따른 화학성분 농도의 차이의 통계적 유의성, 가축분 성분함량과 화학성분 상관성 분석을 위해 SPSS 통계 소프트웨어 (IBM SPSS Statistics Version 20, IBM Corp., USA)의 t-검정과 Pearson 상관분석 방법을 이용하였다.
- 가축분퇴비의 원료 종류 및 혼합비에 따른 퇴비 성분과의 상관성을 분석하기 위해 변수들 사이의 선형관계의 정도와 방향을 수학적인 수치로 계산하는 이변량 상관분석 (Pearson's correlation)을 실시하였다.
- 총 29개의 퇴비 시료의 화학성분 분석결과를 일반퇴비와 그린퇴비로 구분하여 평균, 최소, 최댓값으로 나타내면 Table 3과 같다. 농촌진흥청 고시에 제시된 비료공정규격을 같이 표시하여 분석결과와 비교하였다.
성능/효과
- 1. 총 29개의 퇴비 시료의 화학성분 분석결과, 유기물량, 영양 물질 등 대부분의 공정규격을 만족하였고, 특히 중금속 함량은 중금속 전 항목에서 모두 공정규격에 비해 훨씬 낮아 전반적으로 퇴비의 품질이 양호한 것으로 나타났다.
- 2. 가축분 종류에 따른 퇴비의 성분분석 결과, 일반퇴비와 그린퇴비 모두 영양물질 함량의 큰 차이는 없었고, 인산의 함량이 평균 2.38 %로 질소의 1.47 % 보다 높게 나타났다. 전반적으로 계분 퇴비는 유기물이나 비료성분 함량이 높았고, 돈분퇴비는 수분함량이 높고, 특히 중금속 함량이 다른 축분퇴비에 비해 훨씬 높게 나타났다.
- 3. Pearson 상관분석 결과, 가축분 원료 및 혼합비에 따라 부산물 퇴비의 영양물질 및 화학성분 분포 특성과 일정부분 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 특히, 계분 함량은 퇴비의 비료성분 (N-P-K)과 양의 상관성을 보였고, 돈분 함량은 퇴비의 수분 및 중금속 성분과 높은 양의 상관성을 보였다.
- 4. 본 연구를 통해 가축분에 따른 퇴비 성분 특성을 분석한 결과, 가축분 부산물 퇴비는 전반적으로 인산함량이 높게 나타났다. 이는 질소를 기준으로 시비량을 결정하는 관행에 비추어, 인산의 과다 시용 가능성이 있고, 이에 따른 토양 인산축적 및 유출의 원인이 될 수 있는 만큼, 가축분 퇴비 시비 시 인산함량을 고려한 시비방법 개선이 필요할 것으로 사료된다.
- 또한, Table 6에서와 같이 돈분은 특성상 높은 중금속을 함유하고 있기 때문에 퇴비화가 된 후에도 대부분의 중금속과 상관성이 높았다. 가축분 2종 이상이 혼합된 퇴비 중 돈분과 우분의 평균 혼합비가 40 % 이상으로 질소성분과 음의 상관을 보이는 돈분 및 우분의 영향으로 혼합퇴비에서도 질소성분과 음의 상관을 나타냈다. 산림공정으로 배출되는 폐기물인 톱밥은 미국이나 유럽의 선진국에서 이미 중금속 흡착용으로 널리 연구되어지고 있으며, 그 가능성을 보여주고 있다 (Jeon, 2007).
- 가축분퇴비는 평균적으로 총 가축분약 56 %에 톱밥 25 % 가량으로 구성된다. 가축분 중에서 계분 함량이 25 %로 가장 크고, 다음으로 돈분과 우분이 각각 18 %와 13 % 차지하는 것으로 분석되었다.
- 전반적으로 계분퇴비는 수분함량이 적고 유기물질이나 비료성분 함량이 돈분퇴비에 비해 많은 것으로 분석되었다. 계분퇴비의 총 질소 함량은 2.06 %로 돈분퇴비의 1.61 %에 비해 약 1.3배 많았고, 대부분 암모니아태로 존재하였다. 이는 계분이 알칼리성이 매우 높기 때문으로, 퇴비화 과정에서 pH를 낮추기 위해 개량제를 사용하여 암모니아 휘발에 의한 질소 손실을 줄이게 된다.
- , 2001). 모든 중금속 항목에서 돈분퇴비의 중금속 함량이 높게 나타났으나, 일부 항목에 있어서 편차가 커서 통계적 유의성은 Cd, Cu, Ni에서만 나타났다.
- 비교공정규격에는 이밖에 염분 (NaCl)과 수분, 그리고 중금속 함량에 대한 기준을 제시하고 있다. 수집 가축분 시료의 유기물 함량을 보면 일반퇴비와 그린퇴비의 차이가 크지 않고, 평균 40 %를 초과하는 것으로 나타났다. 한 개 시료가 유기물 함량 기준에 약간 미달하였으나 나머지는 모두 공정규격을 만족하였다.
- 계분이 함유된 퇴비는 인산, 가리, 암모니아태 질소와 양의 상관성, 돈분 및 수분과 음의 상관성을 나타내는데, 이는 계분 특성상 수분이 적은 비료로서 질소, 인산, 가리 등 비료성분의 함량이 높기 때문이다. 우분이 함유된 퇴비는 암모니아태 질소와 음의 상관을 보이며, 돈분이 함유된 퇴비는 돈분 자체에 수분이 많아 퇴비화 시 톱밥 등과 같은 수분조절재를 첨가하게 되는데, 이로 인하여 톱밥과 수분에서 높은 상관성을 보였다. 또한, Table 6에서와 같이 돈분은 특성상 높은 중금속을 함유하고 있기 때문에 퇴비화가 된 후에도 대부분의 중금속과 상관성이 높았다.
- 가축분 종류에 따른 중금속 함량 분석 결과를 정리하면 Table 6과 같다. 원료별 중금속함량을 비교해보면, 모든 규정 항목에 대해 돈분퇴비가 계분이나 혼합퇴비보다 중금속 함량이 훨씬 크게 나타났다. 특히 Cd, Cu, Ni의 경우 돈분퇴비의 함량이 계분 보다 유의한 수준으로 크게 분석되었다 (p-value＜0.
- 47 % 보다 높게 나타났다. 전반적으로 계분 퇴비는 유기물이나 비료성분 함량이 높았고, 돈분퇴비는 수분함량이 높고, 특히 중금속 함량이 다른 축분퇴비에 비해 훨씬 높게 나타났다.
- 전반적으로 계분퇴비는 수분함량이 적고 유기물질이나 비료성분 함량이 돈분퇴비에 비해 많은 것으로 분석되었다. 계분퇴비의 총 질소 함량은 2.
- 한 개 시료가 유기물 함량 기준에 약간 미달하였으나 나머지는 모두 공정규격을 만족하였다. 중금속 함량 분석결과를 보면, 모든 시료가 중금속 전 항목에 있어서 공정규격에 비해 훨씬 낮은 함량을 포함하는 것으로 분석되었다. 특히 수은의 경우 1개 시료에서만 미미한 농도로 검출되었고, 나머지 시료에서는 검출되지 않았다.
- Pearson 상관분석 결과, 가축분 원료 및 혼합비에 따라 부산물 퇴비의 영양물질 및 화학성분 분포 특성과 일정부분 상관성을 보이는 것으로 나타났다. 특히, 계분 함량은 퇴비의 비료성분 (N-P-K)과 양의 상관성을 보였고, 돈분 함량은 퇴비의 수분 및 중금속 성분과 높은 양의 상관성을 보였다.
후속연구
- 본 연구를 통해 가축분에 따른 퇴비 성분 특성을 분석한 결과, 가축분 부산물 퇴비는 전반적으로 인산함량이 높게 나타났다. 이는 질소를 기준으로 시비량을 결정하는 관행에 비추어, 인산의 과다 시용 가능성이 있고, 이에 따른 토양 인산축적 및 유출의 원인이 될 수 있는 만큼, 가축분 퇴비 시비 시 인산함량을 고려한 시비방법 개선이 필요할 것으로 사료된다.
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