Ⅰ. 서 론

국내에서는 2012년 7월 말산업 육성법을 제정하는 등 새로운 농가 소득원으로써 말산업을 육성하기 위한 다양한 노력이 수행되 고 있다. 이러한 노력의 결과로 국내 말 사육두수가 2017년 기준 27,210 두로 2016년 대비 0.6% 증가하는 등 산업의 규모가 점차 증가하는 추세를 보이고 있다(Korea Racing Authority, 2018). 또 한 2015년 기준 국내 가축분뇨 총 발생량은 173천 톤/일로 전년 도 대비 2천 톤/일 감소했지만 말에서는 214 톤/일에서 2015년 기준 243 톤/일로 증가하였다는 조사결과도 있었다(Ministry of environment, 2015). 이러한 점들을 고려할 때 말 분뇨의 발생량 은 점차 증가할 것으로 예상되며 이에 따른 분뇨 처리 문제가 향 후 발생할 수 있다고 본다. 그러나 현재 국내에서 말 분뇨와 관련 한 연구는 미비하여 향후 말 분뇨 발생으로 인한 문제를 대응하 기 위한 다양한 노력이 필요한 실정이다.

국내 말 사육 두수의 약 57%는 제주도에서 사육되고 있다(Korea Racing Authority, 2018). 그리고 현재 제주도의 말 사육 농가들 은 대부분 말 분뇨를 퇴비화하여 토양에 환원하는 방식으로 처리 하고 있다. 화산회토양은 물빠짐이 좋아 퇴비 및 비료 시용 시 비료 성분의 용탈이 잘 일어나기 때문에 대부분 화산회토양으로 이루어져 있는 제주도에서는 비료 시용에 특히 주의해야한다(Shin et al., 1975;Yoo et al., 1984;Kang et al., 2001).

가축분 퇴비는 다른 유기질 비료에 비해 질소, 인산, 칼리의 함 량이 높고 질소에 비해 인산의 함량이 높은 특징이 있다. 이러한 특성으로 토양 중 영양성분의 불균형을 초래하거나 질산태 질소가 지하로 침투되어 지하수를 오염시키는 원인이 되기도 한다(Hwang et al., 2002;Hwang et al., 2004). 특히나 질산태 질소는 인체에 유해성이 큰 것으로 알려져 있어 현행법상 지하수 수질 기준의 주 요 지표로 활용되기도 하며 유아에게 청색증(Methemoglobinemia) 을 유발하여 큰 문제를 일으킬 수 있다(Kwun et al., 1997).

말 분뇨를 퇴비로 자원화 하여 주요 말 조사료인 이탈리안 라 이그라스에 시용할 때 시용 수준에 따라 제주도 화산회토양에서 이탈리안 라이그라스의 생산성과 용탈수에 미치는 영향을 알아 보기 위해 본 연구를 수행하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

본 연구는 2018년 10월 22일에 파종하고, 2019년 4월 25일에 수 확하여 약 6개월간 수행하였다. 연구 장소는 해발 약 200 m에 위치 한 국립축산과학원 난지축산연구소 시험포장에서 간이 Lysimeter를 설치하여 실시하였다. 간이 Lysimeter는 1 m×1 m×0.67 m 부피 의 플라스틱 상자에 자갈, 다공성 막, 토양을 순서대로 채워 제작 하였다. 토양은 농암갈색화산회토양을 사용하였다. 사료작물은 이탈리안 라이그라스(IRG) 중 ‘코윈어리’를 공시하였다. 파종 방 법은 조파로 하여 ha 당 40 kg을 파종하였다. 화학비료 시비량은 N-P-K = 200-150-150 kg/ha로 설정했고 마분 퇴비는 질소(N) 시비량을 기준으로 환산하여 사용하였다.

이탈리안 라이그라스는 출수기에 수확하였다. 수확 전 20개체 를 임의로 선발하여 지엽의 선단까지의 길이를 측정하여 초장을 조사하였다. 수확 후 생초 수량을 측정하고, 생초 약 500 g 내외를 60℃에서 48시간 이상 건조한 후 건물률을 계산해 건물 수량을 조 사하였다. 사료 가치 분석을 위해 작물을 완전히 건조 및 분쇄하여 Neutral detergent fiber(NDF), Acid detergent fiber(ADF), 조단 백질(CP)을 분석하였다. NDF 및 ADF 함량은 Goering and Van Soest(1970)법에 준하여 분석하였고 조단백질은 AOAC(2011)법 에 의거하여 분석하였다.

본 연구에 이용된 마분 퇴비는 난지축산연구소 퇴비 저장소에서 6개월 이상 부숙된 것을 사용하였다. 마분 퇴비에 대하여 총질소 (TN), 총인(TP), 총칼륨(TK), 수분, 유기물 함량, pH 등 이화학적 성분을 농촌진흥청 가축분뇨 성분분석 실험법에 의거하여 분석했는 데 그 결과는 Table 1과 같다(Rural Development Administration, 2006). 화학비료는 시판되는 요소비료, 용성인비, 염화칼륨 비료 를 설정된 시비량을 기준으로 환산 후 혼합하여 시용하였다.

용탈수 채취를 위해서 간이 Lysimeter 하단부에 밸브를 설치하 였고, 비 온 뒤 혹은 관개 후 충분히 모아지면 용탈수를 채취하였 다. 용탈수는 시험 기간 중 총 7회(11.7, 11.19, 12.12, 1.25, 2.21, 3.5, 4.3.)에 걸쳐 채취하였다. 채취 후 질산태 질소(NO3-N), 인산태 인(PO3-P), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn))을 환경부 수질오염공정 시험방법에 준하여 분석하였다(Mimistry of environment, 2004).

시험구 처리구는 무시용구, 화학비료구, 마분 퇴비 + 화학비료 혼용구, 질소 기준 마분 퇴비 50%, 100%, 150% 시용구로 총 6 처리구를 설정했고 난괴법 3반복으로 배치하였다.

시험 기간 동안의 강수량 및 기온을 측정하기 위해 강수량 센 서와 WatchDog 1450 Data Logger (Spectrum Technologies, WatchDog 1450, USA)를 설치하였다(해발 약 200 m). 시험 기간 중 강우 일수가 적을 경우 관개를 실시했고 이는 결과 데이터에 포함되었다. 강수량은 파종을 했던 10월에는 많았으나 11월에서 수확 시까지 대체로 100 mm 이내였고 기온은 계절에 따라 감소 하다가 증가했는데 전 기간 15℃보다는 낮았다(Fig. 1.).

통계처리는 R 통계 package(version 3.0.3)를 이용하여 처리구 간에 분산분석을 실시하였으며, 처리 간 유의성(p<0.05)은 ANOVA 분석 후 Duncan’s multiple range test(1955)를 이용하여 검증하 였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 이탈리안 라이그라스 생산성

마분 퇴비 시용 수준에 따른 이탈리안 라이그라스의 생산성은 Table 2와 같다. 초장은 총 2회에 걸쳐 조사하였는데 1차 조사에 서는 마분 퇴비 150% 시용구가 29.1±2.8 cm로 유의적으로 가장 높았고 화학비료구와 마분 퇴비 100% 처리구가 각각 22.4±1.5, 20.9±3.1 cm로 그 다음으로 높았다. 2차(수확 시) 조사에서는 마분 퇴비 150%와 100%, 혼용구, 화학비료구가 각각 69.3±2.5 cm, 69.3± 1.4 cm, 67.5±1.2 cm, 66.5±1.2 cm로 서로 간에 유의적인 차이는 없었으나 마분 퇴비 50% 처리구(62.5±0.4 cm)와 무시용구(61.6± 2.1 cm)보다는 유의적으로 높았다(p<0.05).

건물 수량은 화학비료구가 11,965±564 kg/ha로 유의적으로 가장 높았고 마분 퇴비 150%, 혼용구가 각각 9,043±681 kg/ha, 8,825±611 kg/ha이었으며, 마분 퇴비 100%, 50%, 무시용구가 각 각 5,291±1,373 kg/ha, 4,293±804 kg/ha, 2,986±739 kg/ha이었다 (p<0.05).

Park et al.(2006)은 호밀에 돈분과 우분 액비를 질소를 기준으로 환산하여 시용했을 때 액비 시용량이 증가함에 따라 건물 수량이 증 가하고 화학비료에 비해 적게 나타난다고 했고, Annicchiarico et al.(2008)은 우분 퇴비를 유기질소 함량을 기준으로 환산하여 이탈 리안 라이그라스에서 기비로 전량 시용하면 화학비료보다는 수량 이 낮다고 하여 본 연구와 유사한 결과가 나타났다(Annicchiarico et al., 2008;Park et al., 2006).

코윈어리의 경우 건물 수량이 예취 방법과 지역별 기후 특성 에 따라 약 7,800 kg/ha에서 30,000 kg/ha까지 다양하게 나타나 는 것으로 보고되었다. Ji et al.(2019)은 제주지역에서 이탈리안 라이그라스(Florida 80)를 2회 예취했을 때 건물 수량이 30,737 kg/ha라고 보고하였다. 본 실험은 건물 수량이 다소 낮게 나타났 다. 이는 1회 예취를 실시하였고, 토심이 낮아 토양 내 수분이 잘 머무르지 못 하는 간이 Lysimeter의 특성에 따라 작물의 성장이 저조했기 때문으로 사료 된다(Ko et al., 2015;Kim et al., 2016;Choi et al., 2018;Ji et al., 2019;Kim et al., 2019).

마분 퇴비 시용 수준에 따른 이탈리안 라이그라스의 식물체 성분 은 Table 3에 나타내었다. NDF는 모든 처리구에서 39.8%~42.4% 로 나타났고 ADF는 21.1%~23.6%로 나타났다. 그리고 조단백질 은 7.0%~7.4%로 나타났다. NDF, ADF, 조단백질은 처리간의 유의적인 차이가 없었다. 따라서 IRG 생산 시 마분 퇴비를 시용 해도 사료적 가치는 문제가 없을 것으로 사료된다.

Ji et al.(2019)은 이탈리안 라이그라스(Florida 80)의 식물체 성분이 NDF는 약 61.2%, ADF는 약 38.2%, CP는 약 9.2% 정 도라고 했는데 본 실험에서는 3가지 항목 모두 상대적으로 다소 낮게 나타났다. 간이 Lysimeter의 토심이 약 0.5 m 내외이고 충 진 된 토양으로 충분히 토양이 다져지지 못해 토양 내 수분이 잘 머무르지 못하는 생육 조건이 형성 되었고, 이것이 작물의 생육 에 영향을 준 것으로 사료된다. 그리고 이러한 생육 조건이 작물 의 세포벽 형성을 저해하는 등 작물의 정상적인 세포벽 성분 형 성을 저해한 것으로 사료된다. Kwon et al.(2008)은 맥류 작물이 출수 후 일수가 경과하면서 이삭의 비구조 탄수화물의 집적이 이 루어져 NDF 함량이 낮아진다고 했는데, 본 연구에서는 이와 유 사한 원리로 작물의 성장 저해 요인이 세포벽 형성을 저해하였고 출수 후 성숙이 빠르게 진행되어 비구조 탄수화물이나 회분 등의 다른 물질들의 함량이 높아져 NDF와 ADF의 함량이 낮게 나타 난 것으로 사료 된다. 그리고 질소의 용탈이 잘 되는 화산회토양 의 특성 및 물빠짐이 일반적인 포장보다 심하게 일어나는 간이 Lysimeter의 특성상 식물의 질소 이용성이 낮아져 조단백질의 함량이 낮게 나타난 것으로 사료된다. 그리고 이는 추후 추가 실 험 등을 통해 정확한 원인 등을 확인해 볼 필요가 있을 것으로 판단된다(Ji et al., 2019;Kwon et al., 2008).

2. 용탈수 성분

용탈수의 분석항목 중 질산태 질소(NO₃-N)의 경우 3차 분석 (12.12.)까지는 전체적으로 증가하다가 감소하는 경향을 보였고 마지막 6, 7차 분석(3.5., 4.3.) 시에는 검출되지 않았다. 3차 분석 시에 마분 퇴비 150% 시용구가 82.5 ppm으로 가장 높게 나타났 다(Fig. 2.).

NO₃-N는 처리구 간에 통계적 유의성은 없었으나 대체로 마분 퇴비 150% 시용구에서 NO₃-N가 수치적으로 가장 높았고, 그 다 음으로 마분 퇴비 100% 시용구와 50% 시용구가 나타났으며, 화 학비료구와 혼용구는 대체로 마분 퇴비를 시용했을 때보다 수치 적으로 적거나 비슷한 수준으로 나타났다. 시험은 3반복으로 수 행되었으나 모든 처리구 내에서 편차가 다소 크게 나타나 유의성 이 없었던 것으로 사료된다(Fig. 2.).

돈분 퇴비 및 액비를 옥수수에 시용했을 때 시험 초기에 고농 도의 NO₃-N가 용탈 되고 초기 함량이 증가하였다가 점차 감소 한다고 했는데 마분 퇴비를 시용했을 때에도 이와 비슷하게 나타 났다(Yook et al., 2002). Basso et al.(2005)은 NO₃-N는 식물이 성장할 때가 수확 시나 파종 시보다 더 적게 용탈된다고 했는데 이와 같은 원리로 이탈리안 라이그라스의 월동기간 동안은 식물 의 질소 이용량이 적어 NO₃-N이 다량 검출되었다가 식물의 생 육 활동이 점차 활발해지면서 질소의 이용량도 많아져 NO₃-N도 적게 검출된 것으로 사료된다. 몇 가지 작물의 작부체계에서 우분 퇴비를 시용했을 때 용탈수에서 NO₃-N가 화학비료를 시용했을 때보다 다소 높다고 했는데 마분 퇴비를 시용했을 때도 비슷한 결 과가 도출되었다(Basso et al., 2005;Hepperly et al., 2009).

NO₃-N를 제외한 나머지 PO₄-P, Cr, Cu, Zn은 전 기간 거의 검출되지 않았다. PO₄-P의 경우 인의 집적이 잘 일어나는 제주 도 화산회토양의 성질에 의해서 용탈수에서는 검출이 거의 되지 않은 것으로 사료되고 Cr, Cu, Zn은 퇴비에 함유된 양이 적었기 때문에 용탈수에서는 거의 검출되지 않은 것으로 사료된다.

Ⅳ. 요 약

국내에서 말 사육 두수가 가장 많고 화산회토양으로 이루어져 있는 제주도에서 마분 퇴비의 시용수준이 이탈리안 라이그라스 의 생산성과 수질 환경에 미치는 영향을 알아보기 위해 본 연구 를 수행하였다. 사료작물은 이탈리안 라이그라스(코윈어리)를 공 시하였고 용탈수 성분 분석을 위해서 간이 Lysimeter를 제작하 였다. 퇴비 시용 수준에 따라 6처리하였고, 이탈리안 라이그라스 의 수량 등 생산성을 조사하였다. 용탈수는 7회 채취하여 NO₃ -N, PO₄-P, Cr, Cu, Zn을 분석하였다. 마분 퇴비 시용 수준에 따 른 이탈리안 라이그라스의 건물 수량은 화학비료구가 유의적으로 가장 높게 나타났고(11,965±564 kg/ha), 마분 퇴비 150%, 혼용구 가 그 다음으로 유의적으로 높게 나타났으며(9,043±681 kg/ha, 8,825±611 kg/ha), 마분퇴비 100%, 50%가 그 다음으로 나타났다 (4,293±804 kg/ha, 2,986±739 kg/ha)(p<0.05). 용탈수의 분석항 목 중 질산태 질소(NO₃-N)의 경우 3차 분석까지는 전체적으로 증가하다가 감소하는 경향을 보였고 마지막 6, 7차 분석 시에는 검출되지 않았다(Fig. 2.). NO₃-N는 처리구 간에 유의적인 차이 는 없었으나 수치적으로 마분 퇴비 150% 시용구에서 NO₃-N가 가장 많은 경향이 나타났고, 화학비료구와 혼용구는 수치적으로 마분 퇴비를 시용했을 때보다 적거나 비슷한 수준을 나타났다. NO₃-N를 제외한 나머지 PO₄-P, Cr, Cu, Zn은 전 기간 거의 검 출되지 않았다. 본 연구 결과를 종합했을 때 마분 퇴비를 시용할 때는 기비로 마분 퇴비를 질소 기준 50%수준 시비하고 이듬해 봄 추비로 화학비료를 나머지 50% 수준으로 시비하면 수량이 크 게 떨어지지 않으면서 수질 오염에도 상대적으로 적은 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.