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문제 정의
- 따라서 본 연구는 바이오가스플랜트에서 약 한달 동안 혐기소화 시킨 후 배출된 ADS 액비를 봄배추 재배용 비료로서 사용가능성을 조사해 보고자 수행되었다.
- 본 시험은 돈사 slurry를 바이오가스플랜트 에서 메탄가스 생산 (32일간 혐기발효)후 배출되는 액비 (ADS 액비)를 배추에 시비하였을 때, 양분 공급능, 생육상태, 수확량 및 토양환경에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 공시배추 재식거리는 75 × 30 cm (처리구 당 시험구 면적 31.5 m2 )로 하고 재배포장을 처리당 3반복으로 난괴법으로 배치하여 총 1,242포기 (23개 × 6주 × 9구)를 식재하였다.
- 재배시험은 봄배추 (Brassica campestris L. cv.)를 대상으로 질소 무시용구 (PK), 화학비료 시용구 (NPK), ADS 액비 시용구를 두고, 3반복으로 난괴법에 의해 배치하였다.
- )의 생육 상태를 비교 검증하였다. 처리구는 질소 무 시용구 (PK), 화학비료 3요소 시용구 (NPK) 및 돈분액비 (Anaerobically digested piggery slurry, ADS) 시용구를 두고, 질소는 NPK시 용구에서는 요소태 질소를 10a당 32.4 kg (기비 50%, 추비 50%) 시용하였으며, ADS구에는 NPK 시용구의 질소량에 해당되는 ADS 액비를 10a당 2,950ℓ를 시용하였다. 인산과 칼리는 전 처리구에 대하여 용과린 (P2O5)과 염화칼리 (K2O)를 10 a당 각각 23.
- 시험토양의 이화학성은 Table 2에서 보는 바와 같이 USDA (2004)의 기준에 의한 토성은 약산성의 양토로서 유기물, 유효태 인산 및 질소함량을 고려한 비옥도는 낮은 수준이 었다. 토양시료는 시험전과 생육시기별 (정식 후 15일, 30일, 50일)로 표토 15 cm 부위를 채취하여 풍건한 후, 2 mm체를 통과시켜 분석에 사용하였다.
대상 데이터
- 본 시험에 사용된 ADS 액비는 총질소 함량은 0.55%이며, 인산, 칼리 및 기타성분에서도 적정수준을 함유하고 있는 pH 8.6인 알카리성이었다.
- 본 시험에서 사용된 ADS 액비는 돈사에서 배출되는 slurry를 바이오가스플랜트에서 메탄생산을 위해 32일간 혐기발효 후 배출된 소화액을 사용하였으며, 화학적특성은 Table 1에 나타내었다. 바이오가스플랜트는 고액분리를 하지 않은 상태의 돈사 slurry를 중온 (35℃ ± 2)형 혐기소 화조 2기의 완전혼합형 연속반응조 (Continuous flow Stirred Tank Reactor, CSTR) 공법으로 운영되었다.
- 바이오가스플랜트는 고액분리를 하지 않은 상태의 돈사 slurry를 중온 (35℃ ± 2)형 혐기소 화조 2기의 완전혼합형 연속반응조 (Continuous flow Stirred Tank Reactor, CSTR) 공법으로 운영되었다. 본 시험에서 사용된 ADS 액비는 알카리성이며, 총질소 함량이 0.55%이며, 인산과 칼리가 소량 함유되어 있었다. 농촌 진흥청 비료공정규격 (RDA, 2011)에서 가축 분뇨발효액은 부산물비료 중 부숙비료로서 규정하고 있어 본 시험에 사용된 돈분액비는 모든 조건을 만족시키고 있었으며, 식물성장에 필수요소인 Zn과 Cu가 공정규격의 1/3 수준으로 함유되어 있어 작물재배를 위한 액비로서 사용 가능한 것으로 나타났다.
- 4 kg (기비 50%, 추비 50%) 시용하였으며, ADS구에는 NPK 시용구의 질소량에 해당되는 ADS 액비를 10a당 2,950ℓ를 시용하였다. 인산과 칼리는 전 처리구에 대하여 용과린 (P2O5)과 염화칼리 (K2O)를 10 a당 각각 23.0 kg (기비 100%) 및 29.5 kg (기비 60%, 추비 40%)를 공통적으로 시비하였다. 각 처리별 질소와 칼리의 추비는 배추정식 후 20일에 실시하였다.
- 재배시험은 경기도농업기술원 포장에서 봄배추 춘광 (Brassica campestris L. cv.)의 생육 상태를 비교 검증하였다. 처리구는 질소 무 시용구 (PK), 화학비료 3요소 시용구 (NPK) 및 돈분액비 (Anaerobically digested piggery slurry, ADS) 시용구를 두고, 질소는 NPK시 용구에서는 요소태 질소를 10a당 32.
데이터처리
- 본 시험의 모든 data 분석은 SAS (1999) 통계 package를 이용한 LSD검정 (p<0.05)을 실시하였다.
이론/모형
- 성분 분석은 농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 다음과 같은 방법으로 실시하였다. 토양의 pH 및 치환성 양이온 (EC)은 5배량 (1 : 5, w/w)의 물로 추출하여 초자전극법으로 측정하였고, 유기물 (OM)은 Tyurin법, 유효태 인산 (AV.
- 0)로 추출한 후 ICP (GBC Integra XL, Australia)로 분석하였다. 양이온치환능 (CEC)은 1N-NH4OAc (pH 7.0)로 포화시키고 ethanol로 과잉의 NH4를 제거한 후, HCI로 산성화한 1N-CaCl2로 NH4를 용출시켜 Kjeldahl 증류법으로 분석하였다. 토성은 미농무성 기준 (USDA, 2004)에 따라 판정하였다.
- 0)로 포화시키고 ethanol로 과잉의 NH4를 제거한 후, HCI로 산성화한 1N-CaCl2로 NH4를 용출시켜 Kjeldahl 증류법으로 분석하였다. 토성은 미농무성 기준 (USDA, 2004)에 따라 판정하였다.
- 성분 분석은 농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 다음과 같은 방법으로 실시하였다. 토양의 pH 및 치환성 양이온 (EC)은 5배량 (1 : 5, w/w)의 물로 추출하여 초자전극법으로 측정하였고, 유기물 (OM)은 Tyurin법, 유효태 인산 (AV.-P2O5)은 Lancaster법, NO3-N은 Kjeldahl 증류법, SO4 는 Calcium phosphate 비색법, Cl는 질산은 적 정법, EC는 1N-NaOAc (pH 7.0)로 추출한 후 ICP (GBC Integra XL, Australia)로 분석하였다. 양이온치환능 (CEC)은 1N-NH4OAc (pH 7.
- 퇴비와 식물체는 H2SO4-HClO4로 습식 산 분해하여 질소는 Kjeldahl법, 인산은 Vanadate 법, K, Ca, Mg, Na는 ICP (GBC Integra XL, Australia)로 분석하였고, 중금속은 RDA (2011) 수질오염공정시험기준의 유도결합 플라스마 발광광도법(Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy)에 준용하여 As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb 및 Zn 함량을 분석하였다.
성능/효과
- N를 제외하고 P과 K를 동량으로 시용한 PK구와 NPK구 간에는 K2O는 차이가 없었으나, PK구가 P2O5는 비롯한 조사된 모든 영양소 흡수량이 유의적으로 적었다 (p<0.05).
- 그러나 NPK구에서는 추비로 인하여 토양내 NO3-N 함량이 ADS구에 비해 유의적으로 많이 남아 있었으며 (p<0.05), ADS 구에서는 정식 후 15일 경과시의 수준과 비슷하게 유지되었다.
- 3 수준으로 유지되었다. 그러나 N를 시용한 구로서 화학비료를 시용 한 NPK구에서는 배추정식 후 15일까지는 pH 6.7 수준으로 유지되다가 정식 30일 이후로 6.2로 낮아졌으며, 돈분액비 처리를 한 ADS구에서는 정식 15일까지 pH 7.0으로 약간 상승하였다가 정식 30일 이후에는 pH 6.3-6.4으로 유지되었다. 이러한 결과는 요소의 질산화과정 (nitrification)이 화학비료인 NPK 구가 유기질비료인 ADS구 보다 빠르게 진행 되었기 때문 (Tan, 1993)으로 사료된다.
- 05). 배추 수확량은 NPK구를 100%로 기준하였 을 경우, ADS구에서는 114%로 증수되었으나, N 무시용구인 PK구에서는 43% 수준이었다.
- 배추 수확량은 NPK구를 100%로 기준하였을 경우, ADS구에서는 114%로 증수되었으나, N 무시용구인 PK구에서는 43% 수준으로 매우 적었다 (p<0.05).
- 배추 수확시 (정식 후 50일경과) N 흡수량은 ADS구가 NPK구에 비해 많았으며 (p<0.05), 모든 영양소 흡수량에서 PK구가 유의적으로 낮았다 (P<0.05).
- 배추 정식 후 30일 경과 시 토양 중 치환성 K+ 과 Na+ 이온은 ADS구가 타 처리구에 비해 유의적으로 높았다 (p<0.05).
- 배추의 Pb 함량은 PK, NPK, ADS 처리구 순으로 높았으며, Cd 함량은 NPK구가 타 처리구에 비해 유의적으로 높았다 (p<0.05).
- 배추정식 후 30일 경과 시 토양에는 NPK 구에서는 추비로 인하여 토양내 NO3-N 함량 이 ADS구에 비해 많이 남아 있었으며 (p<0.05), ADS구에서는 정식 후 15일 경과시의 수준과 비슷하게 유지되었다.
- 토양 중 질소는 주로 NO3 － 또는 NH4 + 형태로 되어있고, 공중 질소는 근류균에 의해 식물체의 주요 질소원인 암모늄염이나 질산염으로 무기태 형태로 고정된다. 본 시험에서 N 수준을 동일하게 시용한 ADS구가 NPK구에 비해 토양 중에 남아 있는 NO3-N 함량이 낮았던 것은 배추 의 생육에 필요한 무기태 질소로의 전환이 ADS구에서 빨라 식물체내로 흡수도 빠르게 일어났다는 것을 의미하는데, Table 4에서 식물체내 총질소 함량이 ADS구가 높았던 것도 이를 뒷받침하고 있다.
- 수확 시 (정식 후 50일경과) 배추의 N 흡수량은 ADS구가 NPK구에 비해 많았으며(p<0.05), 모든 영양소 흡수량에서 PK구가 유의적으로 낮았다 (p<0.05).
- 이상의 결과들을 종합해 보면, 바이오가스 프랜트에서 32일간 혐기발효시켜 메탄가스 생산 후 배출되는 돈사 slurry는 발효기질의 다양성에도 불구하고 액비로서 적절한 N 수준을 유지하면서 유해 중금속 함량도 안전한 수준이었다. 또한 P과 K만 적정량 보충하면, 배추의 질소 흡수량과 수확량에 있어서도 NPK 화학비료구 보다 많아 유기태 질소비료 대체원으로서 적절할 것으로 사료된다.
- 이상의 결과로부터 바이오 가스플랜트에서 혐기소화시킨 돈분액비는 P과 K만 적절히 보충하면 우수한 비료가 될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- 정식 30일후 배추의 영양소 흡수량은 ADS 구가 NPK구에 비해 P2O5와 K2O의 흡수량은 많았고 MgO 흡수량은 적었으며 (p<0.05), 다른 영양소에서는 차이가 없었다.
- 정식 50일 후 배추의 총질소 (T-N) 흡수량은 배추가 성장함에 따라 크게 증가하였는데 NPK구의 흡수량을 100%로 하였을 때, ADS 구에서는 116%로 수확량과 비슷하였으나 N 무시용구인 PK구에서는 24%로서 수확량 비율인 43%에 비해서도 현저히 떨어졌다 (P< 0.05).
- 3% 수준 밖에 되지 않았다. 조사된 성분 중에서 K2O 흡수량이 가장 많았고, 다음으로 T-N, CaO 및 P2O5 순이며, MgO와 Na2O가 가장 낮았다.
- 치환성 양이온 EC는 각 시기별 처리간에는 유의차가 없었으나 시험시작 후 시간이 경과함에 따라, 즉 배추가 성장함에 따라 낮아졌다. 이러한 결과는 MgO와 같은 다량무기물 치환성 양이온은 작물이 성장함에 따라 요구량이 증가하기 때문이다 (Tan, 1993).
- 토양내 유효태 인산 (Av.-P2O5) 함량은 처리 간에는 큰 차이를 보이지 않았으나 배추 정 식후 시간의 경과에 따라 점차 감소하여 식물이 성장함에 따라 토양 내 유효태 인산이 흡수되고 있다는 것을 알 수 있다. 치환성 K+ 과 Na+ 이온은 배추 정식 후 30일에 ADS구가 NPK구에 비해 유의적으로 높았으나 (p<0.
- 토양의 중금속 함량은 시험 전과 수확 시 토양과의 차이가 없었으며, 배추내 중금속함량은 식품위생법의 잔류허용기준보다 현저히 낮은 수준이었다.
후속연구
- 007 mg/kg라 하여 본 시험의 ADS구와 비슷한 수준이었다. 토양의 조건이 비슷하였음에도 불구하고 배추의 중금속 (Pb, Cd) 함량이 처리간에 차이가 나타난 것은 식물체의 성장 특성이 달랐던 것이 주요한 원인일 수 있으나 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
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