[논문]양송이버섯 재배용 자주식 배지교반기 개발

박환중; 유병기; 이성현; 이찬중; 김영호

doi:10.14480/jm.2018.16.4.250

양송이버섯 재배용 자주식 배지교반기 개발
Development of self-propelled windrow turner for button mushroom compost 원문보기

Journal of mushrooms = 한국버섯학회지, v.16 no.4, 2018년, pp.250 - 256

박환중 (국립농업과학원 스마트팜개발과) , 유병기 (국립농업과학원 스마트팜개발과) , 이성현 (국립농업과학원 스마트팜개발과) , 이찬중 (국립원예특작과학원 버섯과) , 김영호 (새터영농조합법인)

초록
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유럽에서 양송이 야외발효에 많이 사용하던 윈드로우 터너를 우리나라 실정에 맞게 밀짚대신 볏짚을 사용할 수 있도록 개량 개발하였다. 관행 굴삭기작업과 비교하여 조사한 결과는 다음과 같다. 교반작업 성능은 $81m^3/hr$으로 굴삭기 $28.6m^3/hr$보다 2.8배 높았으며, 재배사 한 동(균상면적 $165m^2$)당 1회 배지교반시간이 46분으로 관행보다 노력을 66% 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 야외발효 말기 배지더미의 온도분포 조사 결과 배지더미 중앙 아래부분의 온도가 관행보다 $5^{\circ}C$ 이상 높아 호기발효에 유리한 것으로 나타났으며, 부숙도를 추정할 수 있는 회분조사결과 $30.9{\pm}1.1%$로 나타나 관행 $28.4{\pm}1.6%$보다 부숙정도도 높게 나타났다. 버섯의 농가 재배결과 수확량이 시작기의 경우 관행 대조구 대비 22.9% 증수되는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The windrow turner, widely used for outdoor fermentation of mushrooms in Europe, has been improved by using rice straw instead of wheat straw in accordance with Korea's actual situation. It was compared with conventional excavator work, and the results were as follows. Agitation performance was $81m^3/hr$, which was 2.8 times higher than $28.6m^3/hr$ of excavator. As a result of the temperature distribution in the pile at the end of the fermentation stage, it was found that the temperature at the lower part of the pile was $5^{\circ}C$ higher than that of conventional pile. This was more favorable for aerobic fermentation. Meanwhile, ash ratio of prototype ($30.9{\pm}1.1%$) was higher than that of control $28.4{\pm}1.6%$. In the case of prototype turner agitation, the yield of mushroom cultivation was $880kg/66m^2$, that was 22.9% higher than the conventional control yield of $716kg/66m^2$.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Conception of compost turner
그림 Fig. 2. Lug set type of compost turner
그림 Fig. 3. Lug shape of compost turner
그림 Fig. 4. A schematic diagram of the self-propelled windrow compost turner
표 Table 1. Specification of prototype self-propelled windrow compost turner
그림 Fig. 5. Workability by different type of pickup lug
그림 Fig. 6. The shape of compost and lug by compost turner at the last turning during outdoor fermentation, it was impossible to work if the pickup-lug linear velocity is more than 2.0 m/s.
그림 Fig. 7. Variation of temperature on different height in compost during initial period(mixing of substrate materials ~ 2nd turning by excavator)
그림 Fig. 8. Variation of temperature on different height in compost during latter period(3rd turning?final turning).
그림 Fig. 9. Temperature distribution on compost inside file(half cross section at last stage of outdoor composting process)
표 Table 2. Change of composts characteristics during different stages of outdoor composting process
그림 Fig 10. Comparison of cultivation characteristics. (left: control, right: turner)
표 Table 3. Yield comparison of different compost processing methods.

AI 본문요약
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문제 정의

유럽의 양송이배지용 윈드로우 터너는 밀짚을 기본재료로 사용하는 기계로 개발되어 밀짚보다 부드러우면서도 질겨 인장력이 밀짚보다 2배 이상 높은 볏짚을 사용해야하는 우리나라 실정에 적용이 어려운 점이 있다. 본 연구에서는 우리나라 실정에 맞게 볏짚을 주원료로 사용하여 1차 배지를 만들 수 있도록 교반기를 개발하여 관행 굴삭기 작업과 비교하였다.
7kg/m²에서 2017년 11kg/m²으로 감소하였다(MAFRA, 1997, 2018). 본 연구에서는 유럽에서 벙커와 터널시스템이 개발되어 보급되기 전에 1차배지생산에 많이 사용되던 윈드로우 터너(windrow turner)를 우리나라 실정에 맞게 볏짚을 사용하여 양송이용 1차 배지를 생산할 수 있도록 개발하였다. 유럽의 양송이배지용 윈드로우 터너는 밀짚을 기본재료로 사용하는 기계로 개발되어 밀짚보다 부드러우면서도 질겨 인장력이 밀짚보다 2배 이상 높은 볏짚을 사용해야하는 우리나라 실정에 적용이 어려운 점이 있다.

제안 방법

2018년 7월 25일 함수율 17%의 중량 170 kg 볏짚원형 베일 45롤을 1시간 침수 후 1일간 가적하였다가 26일 16시 함수율 20%의 계분 2.4톤과 혼합하여 본적을 하고 5일간 놓았다가 2일 간격으로 관행 굴삭기로 뒤집기를 하여 쌓아 놓기를 하고 3번째 교반전에 석고 350kg을 첨가한 후 절반씩 나누어 절반은 관행 굴삭기로 교반을 하고 절반은 개발한 시작기로 교반을 하며 온도, 함수율, 회분율, 볏짚의 길이 변화 등을 측정하였다. 회분율 측정은 농촌진흥청 비료의 표준분석법과 시료채취방법(고시 제1996.
관행의 굴삭기에 포크날을 부착하여 교반하는 작업과 양송이 배지교반기 시작기로 교반하는 작업에서 시간을 측정하여 재배사 1동당(균상면적 165 m²) 들어가는 노동시간을 분석하였다.
또한 픽업드럼의 러그를 붙인 사선방향과 스피너 날의 사선방향이 반대로 되도록 배치하여 배지재료가 러그를 따라 올라갈 때에는 바깥쪽으로 힘을 받고 스피너에 의해 날아갈 때에는 안쪽으로 힘을 받도록 하여 교반효과를 높이도록 제작하였다. 그리고 배지 재료의 물성에 따라 픽업드럼의 회전속도와 주행속도를 인버터를 이용하여 조절할 수 있게 하였으며, 교반 중에 발효과정 중 날아가 수분을 보충할 수 있도록 물탱크, 펌프, 노즐로 구성된 살수장치도 구비하였다. 또한 볏짚은 밀짚에 비하여 2배 이상 질기므로 교반토크가 크게 걸린다.
교반초기에는 물에 적신 짚의 성격이 뻣뻣한 특성이 있으나 발효되면서 점점 부드러워지고 탄성보다는 소성이 강해지는 성격이 있어 복원력도 줄어드는 경향이 있다. 따라서 물성에 따른 픽업드럼의 적정 회전수를 인버터를 사용하여 변화시켜가며 작업상태를 조사하였다.
볏짚의 길이 변화는 3곳 이상에서 34개씩의 볏짚길이를 측정하여 평균과 표준편차를 구하였다. 또한 탐침형온도계를 배지에 설치하여 온도분포를 측정하였다. 배지의 단면 온도분포는 Golden software사에서 나온 Surfer 10프로그램을 사용하여 분석하였다.
4 및 Table 1과 같이 시작기를 제작하였다. 또한 픽업드럼의 러그를 붙인 사선방향과 스피너 날의 사선방향이 반대로 되도록 배치하여 배지재료가 러그를 따라 올라갈 때에는 바깥쪽으로 힘을 받고 스피너에 의해 날아갈 때에는 안쪽으로 힘을 받도록 하여 교반효과를 높이도록 제작하였다. 그리고 배지 재료의 물성에 따라 픽업드럼의 회전속도와 주행속도를 인버터를 이용하여 조절할 수 있게 하였으며, 교반 중에 발효과정 중 날아가 수분을 보충할 수 있도록 물탱크, 펌프, 노즐로 구성된 살수장치도 구비하였다.
물에 적신 볏짚을 계분과 10:3의 비율로 섞어 쌓는 본적 이후 5일간 야적 후 관행방식으로 1, 2차 교반 뒤에 각각 2일간 쌓아놓았을 때의 퇴비배지 내부 높이별 온도변화는 Fig. 7과 같았다. 계분과 젖은 볏짚을 썩어쌓는 본적 이후 배지내의 높이별 온도는 처음에는 윗부분(꼭대기에서 30 cm)이 가장 먼저 올라갔고 그 다음 중앙부분이 올라가고, 마지막으로 아랫부분(바닥에서 30 cm)의 온도가 올라가는 경향이 있었다.
). 배지재료가 러그에 따라 올라가고 스피너에 의해 날아갈 때 앞에서 뒤로 움직일 뿐만 아니라 좌우로도 움직이도록 러그와 스피너 날을 반대방향 사선으로 배치하는 것을 착안점으로 하였다.
시험에는 절단되지 않은 볏짚을 사용하였으며 1시간 침수하여 건진 후 1일간 방치하였다가 계분과 볏짚을 3:10의 비율로 섞어 관수하여 수분함량을 70~75%로 조절하였다. 본 퇴적 후 2~3일 간격으로 교반하였다.
앞에서 관행과 시작기로 생산한 배지를 부여의 버섯농가 동일 재배사에 절반씩 입상하여 수확량 비교시험을 하였다.
조향을 위하여는 구동륜마다 독립된 기어드모터를 부착하여 독립적으로 조절할 수 있도록 하여 전후진 및 자기자리에서 360도 선회도 가능하도록 하였다. 이동이 아닌 교반작업 중에는 타이머로 설정하여 무인 작업도 할 수 있도록 하였으며, 유무선 리모콘으로 운전할 수 있도록 하였다.
따라서 교반 중에는 속도를 낮추어 주행하여 높은 교반토크를 낼 수 있도록 하고 교반없이 이동할 때에는 속도를 높일 수 있도록 인버터를 사용하여 구동륜의 속도를 조절할 수 있게 하였다. 조향을 위하여는 구동륜마다 독립된 기어드모터를 부착하여 독립적으로 조절할 수 있도록 하여 전후진 및 자기자리에서 360도 선회도 가능하도록 하였다. 이동이 아닌 교반작업 중에는 타이머로 설정하여 무인 작업도 할 수 있도록 하였으며, 유무선 리모콘으로 운전할 수 있도록 하였다.

데이터처리

또한 탐침형온도계를 배지에 설치하여 온도분포를 측정하였다. 배지의 단면 온도분포는 Golden software사에서 나온 Surfer 10프로그램을 사용하여 분석하였다.
6호)에 준하여 수분을 측정하고 건조된 시료에 대하여 550°C의 회화로에서 2시간 동안 가열하여 측정된 건물 대비 무기물(Ash)의 비율로 측정하여 부숙도를 산정할 수 있도록 하였다. 볏짚의 길이 변화는 3곳 이상에서 34개씩의 볏짚길이를 측정하여 평균과 표준편차를 구하였다. 또한 탐침형온도계를 배지에 설치하여 온도분포를 측정하였다.

이론/모형

회분율 측정은 농촌진흥청 비료의 표준분석법과 시료채취방법(고시 제1996. 6호)에 준하여 수분을 측정하고 건조된 시료에 대하여 550°C의 회화로에서 2시간 동안 가열하여 측정된 건물 대비 무기물(Ash)의 비율로 측정하여 부숙도를 산정할 수 있도록 하였다.

성능/효과

우리나라에 평균적인 재배사 한동(균상면적 165 m²)의 물량을 작업할 경우 초기에는 부피가 커서 작업물량이 많고 후기에는 부피가 줄어서 작업 물량이 적어지므로 평균작업시간을 구한 결과 관행 굴삭기 작업으로는 134분, 시작기로는 61분이 걸려 55%시간을 절약할 수 있은 것으로 분석되었다. 그러나 배지생산공장이나 대규모작업반에서 많은 양의 배지를 연속 생산할 경우에는 교반작업을 무인작업으로 설정하고 전후 작업을 할 수 있으므로 재배사 한 동(균상면적 165 m²)당 1회 평균 배지교반시간이 46분에 가까워져 노력을 66% 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 시작기에 의한 교반은 교반 정밀도가 작업자의 숙련도에 관계없이 확보할 수 있다.
러그의 형상에 따른 작업특성은 이등변삼각형 러그는 짚이 미끄러져 떨어져서 작업능률이 떨어지는 경향이 있었으나 직각삼각형 러그는 미끄럼 발생이 적어 작업능률이 높았다.
버섯농가에서 같은 재배사의 절반씩 관행과 시작기로 교반하여 발효한 배지를 입상하여 버섯을 재배한(Fig. 10) 결과 각각 66 m²의 재배상에서의 수확량은 Table 3과 같이 시작기 880 kg으로 관행 716 kg대비 22.9% 증수되는 것으로 나타났다.
볏짚의 길이는 전체적으로는 처음 66±15cm에서 시작기의 경우 35±10 cm, 굴삭기의 경우 45±15cm보다 약간 짧아지는 경향을 보였으며 함수율은 큰 변화는 없었다.
8배 높았으나 시작기로 작업할 경우에는 작업초기에 시작기의 작업시작 위치로의 이동, 비산방지판설치, 교반 끝 부분 작업정리 등 교반작업 전후 작업에 약 15분의 시간이 소요되었다. 우리나라에 평균적인 재배사 한동(균상면적 165 m²)의 물량을 작업할 경우 초기에는 부피가 커서 작업물량이 많고 후기에는 부피가 줄어서 작업 물량이 적어지므로 평균작업시간을 구한 결과 관행 굴삭기 작업으로는 134분, 시작기로는 61분이 걸려 55%시간을 절약할 수 있은 것으로 분석되었다. 그러나 배지생산공장이나 대규모작업반에서 많은 양의 배지를 연속 생산할 경우에는 교반작업을 무인작업으로 설정하고 전후 작업을 할 수 있으므로 재배사 한 동(균상면적 165 m²)당 1회 평균 배지교반시간이 46분에 가까워져 노력을 66% 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양송이버섯의 수량에 영향을 미치는 요인은?	1960년대에 양송이버섯 인공재배가 도입된 후 현재까지도 재배기술 확립이 미흡하여 수확량이 불안정한 상태라고 보고되었다(Kim et al, 2010). 또한 양송이버섯의 수량은 배지의 품질에 크게 영향을 받는다(Llama et al, 2014). 우리나라는 양송이 배지를 만드는 유기질재료로 주로 볏짚을 사용하기 때문에서구의 퇴비제조방법과는 일치되지 않는 부분이 많이 있다.
	양송이의 재배 특성은?	양송이(Agaricus bisporus)배지는 짚에 축분, 석고 등을 섞어 교반하여 호기 발효시켜 만든다. 양송이는 이 배지를 저온살균(pasteurizing)하고 후발효(conditioning)하여 암모니아를 제거하고 종균을 접종하여 활착시킨 후 복토를 하여 재배하는 특성이 있다(Grivensven, 1988). 병버섯재배와 액체종균기술을 사용할 수 있는 다른 농산버섯은 우리나라의 생육기술이 정상급 수준에 있으나 양송이는 이런 기술을 사용할 수 없는 재배특성으로 인해 재배기술이 매우 뒤쳐져 있는 실정이다.
	네덜란드를 비롯한 유럽에서 1차, 2차, 3차 양송이 배지를 만드는 방법은 무엇인가?	유럽에서는 1990대 중반 Nothern Ireland 에서 벙커 용기(bunker)에서 배지를 만드는 방법이 개발되어 퇴비를 야외에서 발효하는 방법이 대체되기 시작되었다(Shanna et al 1991,1996, Lyons 2000). 네덜란드를 비롯한 유럽에서는 씨엔씨(CNC), 후이만(Hooymans), 워크로(Walkro)사 등 대형 배지제조전문회사가 있어서 터널에서 밀짚과 축분을 호기발효시킨 1차 배지(phase I), 이것을 터널에서 56°C로 저온살균하고 5~8일간 컨디셔닝시켜 암모니아가스를 배출하여 제거한 2차 배지(phase II), 이 2차 배지에 곡립종균을 접종하여 터널에서 14~19일 배양한 3차 배지(phase III)를 만들어 농가에 보급하고 있다(Kim, 2017, Mark, et al 2016). 농가에서는 이 3차 배지에 피트모스로 된 복토를 함께 입상하여 양송이를 재배한다.

참고문헌 (11)

Grivensven LJLD. 1988, The cultivation of Mushrooms, Univ. of Nijmegen. the Netherlands. pp. 31-39, 56-59.
Kim HK, Lee BJ, Kim YG, Yun YU, Yang ES, Kim HG. 2010. Study of the composting method using wheat straw on Agaricus bisporus cultivation. J mushroom sci prod. 8: 33-36.
Kim YG. 2017. Dutch button mushroom industry status, Mushroom 21: 88-105.
Llarena-Hemandez CR, Largeteau ML, Ferrer N, Regnault-Roger C, Savoie JM. 2014. Optimization of the cultivation conditions for mushroom production with European wild strains of Agaricus subrufescens and Brazilian cultivars. J Sci Food Agric 94: 77-84.

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Lyons GA, McCall RD, Sharma HS. 2000. Physical degradation of wheat staw by the in vessel and windrow methods of mushroom compost production Can J Microbiology 26: 817-825.
MAFRA. 1997. Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs 1996. Major statistics of Agriculture, Food and Rural Affairs.
MAFRA. 2018. Ministry of Agriculture, Food, and Rural Affairs 2017. Major statistics of Agriculture, Food and Rural Affairs.
Mark DO, Ton VS. 2016. Mushroom Signals, Phase1, Phase2, Phase3, Roodbont Publishers. B.V., The Netherlands. pp 16-51.
Rural Development Administration. 1996. Quality inspection method and sampling standard of fertilizer, Rural Development Administration Notice No. 1996-6, pp 78-80.
Sharma HSS. 1991. Biochemical and thermal analyses of mushroom compost during preparation. In The Science and Cultivation of Edible Fungi; Maher,M.,Ed., Balkema: Rotterdam. The Netherlands 1:169-179.
Sharma HSS. 1996. Compositional analysis of neutral detergent and acid detergent, lignin and humus fractions of mushroom compost. Thermochimica Acta. 285:211-220.

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