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문제 정의
- 본 연구에서는 퇴비의 지표 또는 지중 시비를 모의하는 실험을 설계하여 토양 중의 미생물 농도를 조사하고, 토양에서의 미생물의 생존성을 비교·분석하고자 한다.
제안 방법
- 시비에 앞서, 퇴비와 토양의 초기 성분을 분석하였다. pH,유기물 함량, EC, T-N, P2O5, 수분 함량, TOC, 분원성대장균 및 E. coli를 분석하였으며, 분석 결과는 Table 2에 나타냈다. 퇴비의 pH는 7.
- 실험 초기에는 대장균 수 및 토양의 화학적 특성의 변화를 조사하기 위해 채취 간격을 짧게 하였으며, 이후 간격을 늘려가며 장기변화를 조사하였다. 또한 토양의 표층과 심층에서의 대장균 생존성을 비교하기 위해 지표와 약 20 cm 깊이의 지중 시료를 수집하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 지표시비 및 지중시비 처리구를 각각 조성하여 시비방법에 따른 표층 및 심층 토양의 대장균 수 변화 특성을 모니터링 하고, 그래프를 이용한 도해적방법과 비활성화계수 등의 정량적인 지표를 이용해 퇴비 시비 방법에 따른 토양에서의 대장균 생존성을 분석하였다.
- 등 총 12개 항목에 대하여 분석하였다. 본연구의 주요 분석대상인 대장균수 분석에는 총 대장균군, 분원성대장균군 및 E. coli를 동시에 정량적으로 분석할 수 있는 Colilert quanti-tray 시스템 (IDEXX, Wertbrook, MA)을 이용하였다.
- 시료는 실험을 시작한 날을 기준으로 당일, 2일, 5일, 9일, 13일, 20일, 34일, 49일에 걸쳐 각 처리구별로 총 8번의 샘플링을 실시하였다. 시료는 매회 각 처리구별로 3개의 박스 중 무작위로 2개의 박스에서 채취하였고, 두 개의 박스에서 채취한 시료를 분석하여 결과의 평균값으로 화학적 특성 및 미생물 개체수를 결정하였다. 실험 초기에는 대장균 수 및 토양의 화학적 특성의 변화를 조사하기 위해 채취 간격을 짧게 하였으며, 이후 간격을 늘려가며 장기변화를 조사하였다.
- 시료는 실험을 시작한 날을 기준으로 당일, 2일, 5일, 9일, 13일, 20일, 34일, 49일에 걸쳐 각 처리구별로 총 8번의 샘플링을 실시하였다. 시료는 매회 각 처리구별로 3개의 박스 중 무작위로 2개의 박스에서 채취하였고, 두 개의 박스에서 채취한 시료를 분석하여 결과의 평균값으로 화학적 특성 및 미생물 개체수를 결정하였다.
- 시비에 앞서, 퇴비와 토양의 초기 성분을 분석하였다. pH,유기물 함량, EC, T-N, P2O5, 수분 함량, TOC, 분원성대장균 및 E.
- 시료는 매회 각 처리구별로 3개의 박스 중 무작위로 2개의 박스에서 채취하였고, 두 개의 박스에서 채취한 시료를 분석하여 결과의 평균값으로 화학적 특성 및 미생물 개체수를 결정하였다. 실험 초기에는 대장균 수 및 토양의 화학적 특성의 변화를 조사하기 위해 채취 간격을 짧게 하였으며, 이후 간격을 늘려가며 장기변화를 조사하였다. 또한 토양의 표층과 심층에서의 대장균 생존성을 비교하기 위해 지표와 약 20 cm 깊이의 지중 시료를 수집하여 분석하였다.
- 실험기간 총 8회에 걸쳐 64개의 시료를 채취하였으며, 분원성대장균과 E. coli 수의 변화를 시간의 흐름에 따라 분석하였다. Fig.
- 실험은 퇴비 시비 방법에 따른 미생물의 생존성 차이를 확인하기 위해 시비 방법 이외에 토양조건, 기상조건 등이 똑같이 적용되도록 설계하였다. 510 × 325 × 305 (mm3) 크기의 단열 스티로폼 박스 6개를 이용하여 지표시비 처리구와 지중시비 처리구를 3개씩 구성하였다 (Fig.
- coli의 비활성화계수를 각각 산정하였고, 초기 대장균 수와 함께 Table 3에 나타냈다. 지표시비 처리구 분원성대장균 심층 모니터링의 경우, 실험 중반 강우에 의한 대장균 수 증가 효과를 배제하기 위하여 강우 이전까지의 데이터를 사용하여 비활성화계수를 산정하였다. 계산 결과, 지표시비 처리구에서의 비활성화계수가 지중시비 처리구에 비해 높은 것으로 나타났으며, 이는 앞서 언급한 바와 같이 건조한 환경조건과 강한 자외선에 의해 지표에 시비된 퇴비에 존재하는 대장균이 빠르게 사멸하였기 때문이다.
- 퇴비의 시비 방법에 따른 표층 및 심층에서의 대장균 생존성을 정량적으로 비교하기 위하여 처리구별 미생물 비활성화 계수 (inactivation rate)를 산정하였다. 비활성화계수는 아래식 (1)과 같이 시간에 대한 미생물 개체수를 지수식으로 나타낼 때 기울기로 정의된다
대상 데이터
- 510 × 325 × 305 (mm3) 크기의 단열 스티로폼 박스 6개를 이용하여 지표시비 처리구와 지중시비 처리구를 3개씩 구성하였다 (Fig. 1).
- 축분 퇴비의 시비가 수확 후 겨울에 주로 이루어지기 때문에 이를 반영하기 위해 실험기간을 겨울철로 정하였다. 실험에 사용된 토양은 서울대학교 인근 밭에서 채취하였으며, 채취 시 경작 중이 아니었고 작물의 사체 등은 존재하지 않았다. 퇴비는 상용 녹색비료 부숙 유기질 비료 (가축분퇴비)를 구입하여 사용하였고, 계분 30 %, 돈분 20 %, 우분 5 %, 톱밥 30 %, 수피10 %, 왕겨 5 %의 비율로 구성되었다.
- Coli는 각각 76,538MPN/dry g, 8,358 MPN/dry g으로 각각 969 MPN/dry g, 70MPN/dry g인 토양과 비교해 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 실험에 사용한 토양은 서울시 관악구 봉천동에 위치한 밭에서 채취하였으며, 토양환경정보시스템 (흙토람)에서 토성을 확인한 결과 사양토인 것으로 나타났다. 농촌진흥청의 농업용어사전에 따르면 사양토는 20 % 이하의 점토, 52 % 이상의 모래를 가지는 토양으로 분류된다.
- 1). 실험은 서울대학교농업생명과학대학 주변 햇빛이 잘 드는 곳에서, 2013년 10월16일부터 2013년 12월 4일까지 50일간 수행하였다. 축분 퇴비의 시비가 수확 후 겨울에 주로 이루어지기 때문에 이를 반영하기 위해 실험기간을 겨울철로 정하였다.
- 실험에 사용된 토양은 서울대학교 인근 밭에서 채취하였으며, 채취 시 경작 중이 아니었고 작물의 사체 등은 존재하지 않았다. 퇴비는 상용 녹색비료 부숙 유기질 비료 (가축분퇴비)를 구입하여 사용하였고, 계분 30 %, 돈분 20 %, 우분 5 %, 톱밥 30 %, 수피10 %, 왕겨 5 %의 비율로 구성되었다. 시비량은 일반적인 시비량이 10 a당 200 - 600 kg이 시비됨에 따라 10 a당 300 kg를 기준으로 하여 박스당 500 g씩 시비하였다.
데이터처리
- 는 시간 t에서의 미생물 수, 그리고 t는 시간을 나타낸다. 비활성화 계수는 Microsoft Office Excel (Version 2010)의 회귀함수기능을 이용하여 산정하였다.
성능/효과
- 1. 퇴비의 유기물 함량은 51.6 %, 영양물질 함량은 T-N과 P2O5이 각각 2.32 %, 4,384 mg/kg로 나타났다. 퇴비에 존재하는 분원성대장균 및 E.
- 2. 지표시비 처리구에서 지중시비 처리구에 비해 전반적으로 대장균의 개체수가 많은 것으로 나타났다. 특히 지표시비 직후 표층의 대장균 수가 굉장히 많아 인체에 노출될 경우 병원성 미생물에 의해 위해할 수 있을 것으로 사료되며, 따라서 지중시비가 비교적 안전한 시비방법으로 판단된다.
- 3. 비활성화계수 산정 결과, 지표시비 처리구의 표층에서 분원성대장균 및 E. coli의 비활성화계수가 각각 0.105, 0.136으로 나타났고, 심층에서는 0.054, 0.042로 나타났다. 지중시비 처리구의 표층에서는 분원성대장균 및 E.
- 4. 분원성대장균과 E. coli 사이의 비활성화계수 차이는 크지 않은 것으로 나타나, 두 대장균의 생존성은 큰 차이를 보이지 않는 것으로 판단된다.
- 대장균 수 변화 분석 결과를 종합하면, 실험 초기에는 지표 시비의 경우 표층에서 높은 대장균 수를 기록하였다. 실험 초기에는 강우에 따른 수분함량 증가에 의한 증식, 퇴비의 지중침투 등의 효과로 표층과 심층 모두에서 분원성대장균 수가 증가하는 경향을 보였으며, 실험 후기에는 강우에 의한 대장균 수 증가 효과는 미미한 것으로 나타났다.
- 전반적으로 지표시비의 경우가 대장균 수가 많은 것으로 나타났고, 특히 지표시비 직후 표층의 대장균 수가 굉장히 많아 인체에 위해한 병원성 미생물이 존재할 가능성이 높은 것으로 사료된다. 또한 표층에서 심층에 비해 대장균 수 변화가 큰 것으로 나타났으며, 이는 심층에 비해 낮은 수분 함량 및 강한 자외선 등의 영향 때문일 것으로 판단된다.
- 32 %, 4,384 mg/kg이었다. 마지막으로 분원성대장균 및 E. Coli는 각각 76,538MPN/dry g, 8,358 MPN/dry g으로 각각 969 MPN/dry g, 70MPN/dry g인 토양과 비교해 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다. 실험에 사용한 토양은 서울시 관악구 봉천동에 위치한 밭에서 채취하였으며, 토양환경정보시스템 (흙토람)에서 토성을 확인한 결과 사양토인 것으로 나타났다.
- 본 연구의 미생물 모니터링 결과, 전반적으로 병원성 미생물에 의한 인체 위해성 측면에서는 지중시비 방법이 지표시비 방법에 비해 안전할 것으로 보인다. 하지만 국내에서는 지표시비 방법이 일반적으로 적용되고 있다.
- 본 연구의 미생물 모니터링 결과, 전반적으로 병원성 미생물에 의한 인체 위해성 측면에서는 지중시비 방법이 지표시비 방법에 비해 안전할 것으로 보인다. 하지만 국내에서는 지표시비 방법이 일반적으로 적용되고 있다.
- coli수 모니터링 결과를 나타내고 있다. 실험 시작시 퇴비가 집중되어 있는 표층의 E. coli 수가 심층에 비해 많은 것을 확인할 수 있으며, 분원성 대장균과 마찬가지로 낮은 수분함량 및 강한 자외선 강도에 의해 E. coli 수가 빠르게 감소하는 것으로 나타났다. 실험 약 35일째에는 표층에 E.
- , 2006). 실험 중반 강우에 의해 심층에서 분원성대장균의 수가 초기에 비해 증가한 후 다시 감소하는 것으로 나타났다. 이는 강우 수가 지중으로 침투함에 따라 미생물이 토양의 공극을 통해 심층으로 이동하였기 때문으로 판단된다 (Abu-Ashair et al.
- 3은 실험기간 동안의 토양수분 변화를 나타내고 있다. 실험 초기 각 처리구의 표층에서 채취한 시료의 수분 함량이 심층에서 채취한 시료에 비해 빠르게 감소하는 것을 확인할 수 있고, 실험 중반 이후 강우에 의해 수분 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 지표시비 처리구의 표층에서 채취한 시료의 경우 대부분이 퇴비 성분으로, 다른 시료에 비해 기상조건에 의한 수분 함량의 변화가 많은 것으로 나타났다.
- 대장균 수 변화 분석 결과를 종합하면, 실험 초기에는 지표 시비의 경우 표층에서 높은 대장균 수를 기록하였다. 실험 초기에는 강우에 따른 수분함량 증가에 의한 증식, 퇴비의 지중침투 등의 효과로 표층과 심층 모두에서 분원성대장균 수가 증가하는 경향을 보였으며, 실험 후기에는 강우에 의한 대장균 수 증가 효과는 미미한 것으로 나타났다. E.
- 4 (b)는 지중시비 처리구의 분원성대장균 수 모니터링 결과를 나타내고 있으며, 표층 및 심층에서의 대장균 수 감소속도는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 실험 초기에는 퇴비가 토양과 골고루 섞여 있어 표층 및 심층에서 같은 수의 분원성대장균 수를 기록했으며, 실험 중반 강우시에는 침투에 의해 표층에 비해 심층에서 대장균 수가 비교적 크게 증가하는 것으로 나타났다. 추세선의 감소 기울기는 심층에서 표층에 비해 조금 큰 것으로 나타났다.
- coli 수를 기록하여 대부분의 대장균이 사멸하는 것으로 나타났다. 심층에서는 분원성대장균에 비해 뚜렷한 증가추세 없이 E. coli 수가 감소하는 것으로 나타났으며, 실험 마지막에는 E. coli가 거의 존재하지 않는 것으로 나타났다. E.
- 042로 표층과 큰 차이를 보였다. 지중시비 처리구의 표층에서는 분원성대장균 및 E. coli의 비활성화계수가 각각 0.029, 0.037로 나타났으며, 심층에서는 각각 0.042, 0.033으로 처리구 및 샘플링 위치별로 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 분원성 대장균과 E.
- 이는 분석상에 발생한 오차의 가능성 혹은 강우와 샘플링으로 인해 토양에 존재하는 퇴비의 분포가 비균질성을 가지게 되었고,퇴비가 비교적 많이 존재하는 부분이 분석에 사용되었을 가능성이 있는 것으로 사료된다. 지중시비처리구를 포함한 이외의 샘플에서는 실험 마지막에 10 MPN/dry g 이하의 E. coli 수를 기록하여 대부분의 대장균이 사멸하는 것으로 나타났다. 심층에서는 분원성대장균에 비해 뚜렷한 증가추세 없이 E.
- coli 모니터링 결과를 나타내고 있다. 지표시비 처리구와 마찬가지로 E. coli수가 꾸준히 감소하는 것으로 나타났으며, 추세선의 기울기는 표층 및 심층에서 큰 차이를 보이지 않았다.
- 실험 초기 각 처리구의 표층에서 채취한 시료의 수분 함량이 심층에서 채취한 시료에 비해 빠르게 감소하는 것을 확인할 수 있고, 실험 중반 이후 강우에 의해 수분 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 지표시비 처리구의 표층에서 채취한 시료의 경우 대부분이 퇴비 성분으로, 다른 시료에 비해 기상조건에 의한 수분 함량의 변화가 많은 것으로 나타났다.
- 32 %, 4,384 mg/kg로 나타났다. 퇴비에 존재하는 분원성대장균 및 E. Coli는 각각 76,538 MPN/dry g, 8,358 MPN/dry g으로 각각 969 MPN/dry g, 70 MPN/dryg인 토양과 비교해 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다.
- coli를 분석하였으며, 분석 결과는 Table 2에 나타냈다. 퇴비의 pH는 7.94로 6.67인 토양보다 조금 높게 나타났으며, 유기물 함량 및 EC는 각각 51.6 %, 47.4 dS/m로 나타났다. 퇴비의 영양물질 함량은 T-N과 P2O5이 각각 2.
- 4 dS/m로 나타났다. 퇴비의 영양물질 함량은 T-N과 P2O5이 각각 2.32 %, 4,384 mg/kg이었다. 마지막으로 분원성대장균 및 E.
후속연구
- 모니터링 결과, 전반적으로 병원성 미생물에 의한 인체 위해성 측면에서는 지중시비 방법이 지표시비 방법에 비해 안전할 것으로 보인다. 따라서, 지표시비에 따른 위해성을 줄이기 위해서는 시비 시기 조절, 경운 등의 방법을 통해 영농활동에 따른 병원성 미생물 접촉의 잠재성을 줄이는 방법이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 퇴비 잠재 위해성 관리를 위한 대책 마련의 기초자료로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 하지만 국내에서는 지표시비 방법이 일반적으로 적용되고 있다. 따라서, 지표시비에 따른 위해성을 줄이기 위해서는 영농활동과 충분한 간격을 두고 시비 시기를 정하여 병원성 미생물이 사멸할 시간을 갖도록 하거나, 시비 후 경운 등을 통해 영농활동에 따른 병원성 미생물 접촉의 잠재성을 줄이는 방법이 필요할 것으로 사료된다.
- 따라서, 지표시비에 따른 위해성을 줄이기 위해서는 시비 시기 조절, 경운 등의 방법을 통해 영농활동에 따른 병원성 미생물 접촉의 잠재성을 줄이는 방법이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 퇴비 잠재 위해성 관리를 위한 대책 마련의 기초자료로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
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